KR101323452B1 - The method for grasping the pipe for the pipe climbing robot - Google Patents

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KR101323452B1
KR101323452B1 KR1020120108637A KR20120108637A KR101323452B1 KR 101323452 B1 KR101323452 B1 KR 101323452B1 KR 1020120108637 A KR1020120108637 A KR 1020120108637A KR 20120108637 A KR20120108637 A KR 20120108637A KR 101323452 B1 KR101323452 B1 KR 101323452B1
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pipe
camera
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climbing robot
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김재희
이재철
최유락
이스라엘
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한국원자력연구원
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Abstract

PURPOSE: A method to control robots is provided to improve welfare and economic efficiency as the robots are replaced with humans for works in dangerous or hateful areas. CONSTITUTION: A method to control robots comprises the following steps: filming pipes with a camera and transmitting the filmed pipe image to a control unit; and calculating the inclination of a straight line forming the left end of the filmed pipe image, the inclination of a straight line forming the right end, the x-intercept of the straight line forming the left end, and the x-intercept of the straight line forming the right end. The control unit moves a robot hand to the position suitable for gripping the pipes by using the inclination of the straight line forming the left end of the filmed pipe image, the inclination of the straight line forming the right end, the x-intercept of the straight line forming the left end, and the x-intercept of the straight line forming the right end.

Description

파이프 등반로봇의 제어방법{THE METHOD FOR GRASPING THE PIPE FOR THE PIPE CLIMBING ROBOT} Control method of pipe climbing robot {THE METHOD FOR GRASPING THE PIPE FOR THE PIPE CLIMBING ROBOT}

본 발명은 파이프 등반로봇의 제어방법에 관한 것이고, 상세하게는 파이프 등반로봇이 임의의 인근 파이프를 붙잡고 기어올라 갈 수 있도록 하기 위하여, 로봇 핸드에 장착된 카메라를 통하여 잡으려고 하는 파이프의 영상을 얻은 다음, 이 영상을 처리하여 얻은 파이프 영상의 기울기와 절편값을 이용하여 좌표 변환식을 구한 다음 역기구학을 통하여 로봇 관절의 관절각을 구하고, 이를 로봇에 명령하여 파이프를 파지하도록 하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a control method of a pipe climbing robot, and in detail, in order to allow the pipe climbing robot to grab and climb up any nearby pipe, an image of a pipe to be caught through a camera mounted on the robot hand is obtained. , And the coordinate transformation equation is obtained by using the slope and intercept value of the pipe image obtained by processing the image, and then the inverse kinematics to obtain the joint angle of the robot joint, and to command the robot to grip the pipe.

일반적으로 파이프 등반로봇은, 예를 들어 원자로 격납용기에 설치되어 있는 살수관과 같이, 매우 높은 지역에 설치되어 있어서 인간이 접근하기 매우 어려운 지점에 있는 주요 기기의 안전성 검사를 가능하게 하는 로봇을 말한다.In general, pipe climbing robots are robots that allow for the safety inspection of major equipment located at very high locations and difficult to reach by human beings, for example, spray pipes installed in reactor containment vessels. .

대형 스타디움이나 발전소 등에 설치되어 있는 파이프로 이루어진 대형 구조물이나 배관 계통을 검사함에 있어서 매우 높은 지역까지 검사요원이 접근하여야 하는 경우에는 파이프 등반로봇을 보내서 사람의 역할을 대신할 수 있다.In the case of inspectors approaching a very high area when inspecting a large structure or piping system made of pipes installed in a large stadium or a power plant, a pipe climbing robot can be sent to take the role of a person.

이러한 파이프 등반로봇은 주로 긴팔원숭이 등의 동물과 유사한 기구학적 특성을 갖지며, 스타디움이나 원자력 발전소의 고소지역에 설치되어 운용중인 배관들을 검사하러 파이프를 타고 올라가려면 파이프를 원활하게 파지할 수 있어야 한다. These pipe climbing robots have kinematic characteristics that are similar to animals such as gibbons, and they must be able to grasp the pipes smoothly in order to climb up the pipes to inspect the pipes installed in the stadium or at the nuclear power station. .

본 발명의 목적은 분기 파이프로 갈아 타거나, 인근 파이프를 붙잡고 경로를 옮기기 위해 안정적으로 파이프를 파지할 수 있는 파이프 등반로봇의 제어방법을 제공하는 것에 있다. It is an object of the present invention to provide a control method of a pipe climbing robot that can be stably gripped by a pipe to change into a branch pipe or to grab a nearby pipe and move a path.

본 발명의 다른 목적은 로봇 핸드에 장착된 카메라를 이용하여 로봇 핸드가 파이프와 일직선상에 맞추어 파이프를 잡을 수 있도록 하는 파이프 등반로봇의 제어방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a control method of a pipe climbing robot that allows the robot hand to hold the pipe in line with the pipe by using a camera mounted on the robot hand.

본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 제어방법은, 서로 회전 가능한 다수개의 링크로 구성된 바디부와, 상기 바디부의 양단에 구비되어 파이프를 파지할 수 있는 로봇 핸드와, 상기 로봇 핸드에 구비되는 카메라를 포함하는 파이프 등반로봇의 제어방법에 있어서, 상기 카메라로 파이프를 촬영하고, 촬영된 파이프 영상을 제어부로 전송하는 단계; 상기 제어부가 상기 촬영된 파이프 영상의 좌측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 1), 우측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 2), 좌측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 1), 우측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 2)을 구하는 단계; 및 상기 제어부는 상기 촬영된 파이프 영상의 좌측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 1), 우측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 2), 좌측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 1), 우측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 2)를 이용하여, 상기 로봇 핸드를 파이프를 파지하기 적합한 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. The control method of the pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention, the body portion consisting of a plurality of links rotatable with each other, a robot hand which is provided at both ends of the body portion to hold the pipe, and the robot hand is provided A control method of a pipe climbing robot including a camera, the method comprising: photographing a pipe with the camera and transmitting a photographed pipe image to a controller; The control unit includes a slope A 0 1 of a straight line constituting the left end of the photographed pipe image, a slope A 0 2 of a straight line constituting the right end, and an x intercept of the straight line constituting the left end C 0 1. ), Obtaining a x-intercept (C 0 2 ) of a straight line constituting the right end; The controller may include a slope A 0 1 of a straight line constituting the left end of the photographed pipe image, a slope A 0 2 of a straight line constituting the right end, and an x intercept C 0 of the straight line constituting the left end. 1 ), using the x-intercept (C 0 2 ) of the straight line constituting the right end, moving the robot hand to a position suitable for gripping the pipe.

본 발명의 다른 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 제어방법은, 서로 회전 가능한 다수개의 링크로 구성된 바디부와, 상기 바디부의 양단에 구비되어 파이프를 파지할 수 있는 로봇 핸드와, 상기 로봇 핸드에 구비되는 카메라를 포함하는 파이프 등반로봇의 제어방법에 있어서, 상기 카메라로 파이프를 촬영하고, 촬영된 파이프 영상을 제어부로 전송하는 단계; 상기 제어부가 상기 촬영된 파이프 영상의 좌측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 1), 우측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 2), 좌측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 1), 우측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 2)을 구하는 단계; 상기 제어부는

Figure 112012079375727-pat00001
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 x축 방향의 변위값(Dx)를 구하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112012079375727-pat00002
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 y축 방향의 변위값(Dy)를 구하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112012079375727-pat00003
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 x축 방향의 회전각도(
Figure 112012079375727-pat00004
)를 구하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112012079375727-pat00005
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 y축 방향의 회전각도(
Figure 112012079375727-pat00006
)를 구하는 단계; 상기 제어부는 상기 카메라의 x축 방향의 변위값(Dx), 상기 카메라의 y축 방향의 변위값(Dy), 상기 카메라의 x축 방향의 회전각도(
Figure 112012079375727-pat00007
),상기 카메라의 y축 방향의 회전각도(
Figure 112012079375727-pat00008
)을
Figure 112012079375727-pat00009
의 식에 대입하여, 상기 로봇 핸드가 파이프를 잡기 위한 다수의 링크 사이의 각도인
Figure 112012079375727-pat00010
을 구하는 단계; 및 상기 제어부는 상기
Figure 112012079375727-pat00011
의 각도만큼 다수의 링크를 회전시켜서 상기 파이프 등반로봇을 구동시키는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a pipe climbing robot control method including: a body part including a plurality of links rotatable to each other, a robot hand provided at both ends of the body part, and configured to grip a pipe; A control method of a pipe climbing robot comprising a camera, the method comprising: photographing a pipe with the camera and transmitting a photographed pipe image to a controller; The control unit includes a slope A 0 1 of a straight line constituting the left end of the photographed pipe image, a slope A 0 2 of a straight line constituting the right end, and an x intercept of the straight line constituting the left end C 0 1. ), Obtaining a x-intercept (C 0 2 ) of a straight line constituting the right end; The control unit
Figure 112012079375727-pat00001
Obtaining a displacement value (D x ) in the x-axis direction of the camera at a predetermined time k using an equation; The control unit
Figure 112012079375727-pat00002
Obtaining a displacement value (D y ) in the y-axis direction of the camera at a predetermined time k using an equation; The control unit
Figure 112012079375727-pat00003
The angle of rotation in the x-axis direction of the camera at a predetermined time k using the equation
Figure 112012079375727-pat00004
Obtaining; The control unit
Figure 112012079375727-pat00005
The angle of rotation in the y-axis direction of the camera at a predetermined time k using
Figure 112012079375727-pat00006
Obtaining; The control unit may include a displacement value D x in the x-axis direction of the camera, a displacement value D y in the y-axis direction of the camera, and an angle of rotation in the x-axis direction of the camera (
Figure 112012079375727-pat00007
), The angle of rotation in the y-axis direction of the camera (
Figure 112012079375727-pat00008
)of
Figure 112012079375727-pat00009
Substituting the equation, the robot hand is the angle between a number of links for holding the pipe
Figure 112012079375727-pat00010
Obtaining a; And the controller is
Figure 112012079375727-pat00011
And driving the pipe climbing robot by rotating a plurality of links by an angle of.

본 발명에 의하면, 위험하고 혐오스러운 지역의 작업을 사람 대신 파이프 등반로봇이 대신함으로써 인간의 복지 및 경제성 향상에 기여할 수 있다. According to the present invention, pipe climbing robots can replace work in dangerous and disgusting areas instead of humans, thereby contributing to the improvement of human welfare and economic efficiency.

또한, 파이프 등반로봇이 파이프를 등반과정에서 파이프를 안정적으로 파지할 수 있으므로, 안전하게 파이프의 결함 여부를 검사할 수 있다.In addition, the pipe climbing robot can hold the pipe stably while climbing the pipe, it is possible to safely inspect the pipe for defects.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇이 파이프를 파지하는 모습을 나타내는 도면.
도 3는 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇에 의한 실제 파이프 영상 및 카메라 이미지 영상 사이의 좌표변환을 나타내는 도면.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 핸드를 이동하기 전의 카메라 영상을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 핸드를 이동한 후의 카메라 영상을 나타내는 도면.
1 is a perspective view of a pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a pipe climbing robot gripping the pipe according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing coordinate transformation between an actual pipe image and a camera image image by a pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a camera image before moving the hand of the pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a camera image after moving the hand of the pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇에 의한 좌표변환을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 핸드를 이동하기 전의 카메라 영상을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 핸드를 이동한 후의 카메라 영상을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇의 핸드를 이동한 후의 카메라 영상을 나타내는 도면이다.1 is a perspective view of a pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing the coordinate transformation by the pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a pipe according to an embodiment of the present invention Figure 4 is a view showing a camera image before moving the hand of the climbing robot, Figure 4 is a view showing a camera image after moving the hand of the pipe climbing robot according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is an embodiment of the present invention The figure shows the camera image after moving the pipe climbing robot's hand.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 파이프 등반로봇(10)은 제1 핸드(11)와, 제2 핸드(12)와, 제1 링크(13)와, 제2 링크(14)와, 제3 링크(15)와, 제4 링크(16)와, 제5 링크(17)와, 제6 링크(18)를 포함한다.1 to 5, the pipe climbing robot 10 according to an embodiment of the present invention may include a first hand 11, a second hand 12, a first link 13, and a second link. 14, the third link 15, the fourth link 16, the fifth link 17 and the sixth link 18 are included.

상기 제1 핸드(11) 및 상기 제2 핸드(12)는 상기 파이프 등반로봇(10)의 양단에 구비되고, 파이프를 잡을 수 있도록 손의 형상과 유사하게 형성된다. 여기서, 상기 제1 핸드(11) 및 상기 제2 핸드(12)를 로봇 핸드라고 칭할 수 있다. The first hand 11 and the second hand 12 are provided at both ends of the pipe climbing robot 10 and are formed in a shape similar to that of a hand to hold a pipe. Here, the first hand 11 and the second hand 12 may be referred to as a robot hand.

상기 제1 링크(13)는 상기 제1 핸드(11)에 결합되어, 상기 제1 핸드(11)와 일체로 회전될 수 있다.The first link 13 may be coupled to the first hand 11 to rotate integrally with the first hand 11.

상기 제2 링크(14)는 상기 제1 링크(13)와 회전 가능하게 결합되고, 상기 제3 링크(15)는 상기 제2 링크(14)와 회전 가능하게 결합되며, 상기 제4 링크(16)는 상기 제3 링크(15)와 회전 가능하게 결합되고, 상기 제5 링크(17)는 상기 제4 링크(16)와 회전 가능하게 결합되며, 상기 제6 링크(18)는 상기 제5 링크(17)와 회전 가능하게 결합된다.The second link 14 is rotatably coupled with the first link 13, the third link 15 is rotatably coupled with the second link 14, and the fourth link 16. ) Is rotatably coupled to the third link 15, the fifth link 17 is rotatably coupled to the fourth link 16, and the sixth link 18 is connected to the fifth link. Is rotatably coupled with (17).

상기 링크들 사이에는 관절 모터(미도시)가 구비되어 회전을 위한 구동력을 제공할 수 있다. An articulation motor (not shown) may be provided between the links to provide a driving force for rotation.

상기 제6 링크(18)에 상기 제2 핸드(12)에 결합되어, 상기 제2 핸드(12)와 일체로 회전될 수 있다.The sixth link 18 may be coupled to the second hand 12 and may be integrally rotated with the second hand 12.

상기 파이프 등반로봇(10)의 양 단부에는 카메라(20)가 설치된다. 상기 카메라(20)는 상기 제1 핸드(11)에 인접한 부분에 구비되는 제1 카메라(21)와, 상기 상기 제2 핸드(12)에 인접한 부분에 구비되는 제2 카메라(22)로 구성될 수 있다.Cameras 20 are installed at both ends of the pipe climbing robot 10. The camera 20 may include a first camera 21 provided at a portion adjacent to the first hand 11 and a second camera 22 provided at a portion adjacent to the second hand 12. Can be.

일례로, 상기 제1 카메라(21)는 상기 제2 링크(14)에 구비될 수 있고, 상기 제2 카메라(22)는 상기 제5 링크(17)에 구비될 수 있다.For example, the first camera 21 may be provided in the second link 14, and the second camera 22 may be provided in the fifth link 17.

상기 카메라(20)에서 촬영된 영상은 무선으로 지상에 있는 제어부(50)로 전송된다. 일례로, 상기 제어부(50)는 디스플레이부(51)가 구비된 원격조정 컴퓨터일 수 있다.The image photographed by the camera 20 is wirelessly transmitted to the controller 50 on the ground. For example, the control unit 50 may be a remote control computer equipped with a display unit 51.

상기 제어부(50)는 전송된 영상을 처리하여 상기 파이프 등반로봇(10)의 관절 모터에 명령을 전달한다. The controller 50 processes the transmitted image and transmits a command to the joint motor of the pipe climbing robot 10.

상기 카메라(20)에서 상기 파이프 등반로봇(10)이 파지할 파이프에 관한 영상을 상기 제어부(50)에 전송하면 상기 디스플레이부(51)에는 파이프가 나타나게 된다.When the camera 20 transmits an image of a pipe to be gripped by the pipe climbing robot 10 to the controller 50, a pipe appears on the display unit 51.

상세히, 상기 로봇 핸드(11, 12)가 파이프를 안정적으로 파지하기 위해서는 1) 상기 로봇 핸드(11, 12)의 중심선(A)과 파이프의 중심선(B)이 평행한 상태(파지조건 1)에서, 2) 상기 로봇 핸드(11, 12)가 파이프를 향하여 진행(파지조건 2)하고, 3) 상기 로봇 핸드(11, 12)의 진행방향(C방향)이 상기 파이프의 중심선(B)과 수직을 형성(파지조건 3)하여야 한다. In detail, in order for the robot hands 11 and 12 to grip the pipe stably, 1) in a state in which the center line A of the robot hands 11 and 12 and the center line B of the pipe are parallel to each other (holding condition 1). 2) The robot hands 11 and 12 proceed toward the pipe (holding condition 2), and 3) the traveling direction (C direction) of the robot hands 11 and 12 is perpendicular to the center line B of the pipe. Should be formed (holding condition 3).

상기 제어부(50)는 상기 카메라(20)에서 전송된 파이프 영상을 통하여 상기 로봇 핸드(11, 12) 및 파이프 사이의 상대적인 위치관계를 파악할 수 있다. The controller 50 may determine the relative positional relationship between the robot hands 11 and 12 and the pipe through the pipe image transmitted from the camera 20.

상기 제어부(50)는 상기 로봇 핸드(11, 12)의 위치가 파지 조건 1 내지 3을 만족하지 않는다고 판단하는 경우에 상기 관절 모터에 명령하여 상기 로봇 핸드(11, 12)를 이동시킬 수 있다. When the controller 50 determines that the positions of the robot hands 11 and 12 do not satisfy the holding conditions 1 to 3, the controller 50 may command the joint motor to move the robot hands 11 and 12.

상기 제어부(50)는 도 4와 같이 상기 디스플레이부(51)에 나타난 파이프의 영상으로부터 파이프 영상의 기울기와 절편값을 이용하여 상기 카메라(20)와 파이프 사이의 좌표 변환 값을 도출한 다음, 역기구학을 통하여 로봇 관절의 관절각을 구하고, 이를 상기 파이프 등반로봇(10), 즉 상기 관절 모터에 명령하여 상기 로봇 핸드(11, 12)를 파지 조건 1 내지 3을 만족하는 위치로 이동시켜 파이프를 파지하도록 할 수 있다. The controller 50 derives the coordinate transformation value between the camera 20 and the pipe by using the slope and the intercept value of the pipe image from the pipe image shown on the display unit 51 as shown in FIG. Obtain the joint angle of the robot joint through kinematics, and command the pipe climbing robot 10, that is, the joint motor to move the robot hand (11, 12) to a position satisfying the holding conditions 1 to 3 to pipe Can be gripped.

상세히, 상기 파이프 등반로봇(10)이 파이프를 파지하기 위해서는 파이프의 위치와 방향을 알고 있어야 한다. In detail, the pipe climbing robot 10 needs to know the position and direction of the pipe in order to grip the pipe.

상기 파이프 등반로봇(10)의 베이스부와 파이프 사이의 위치변환 행렬식은 간략하게 아래의 수학식 1와 같이 나타낼 수 있다. The position conversion matrix between the base portion and the pipe of the pipe climbing robot 10 may be expressed as Equation 1 below.

상기 파이프 등반로봇(10)의 베이스부는 상기 파이프 등반로봇(10)의 일 단이 인접한 파이프를 파지하기 위해 이동할 때, 상기 파이프 등반로봇(10)의 타 단은 원래 파지하던 파이프를 안정적으로 파지하고 있는데, 이 경우의 상기 파이프 등반로봇(10)의 타 단이 상기 파이프 등반로봇(10)의 베이스부가 될 수 있다.
When the base portion of the pipe climbing robot 10 moves to one end of the pipe climbing robot 10 to grip the adjacent pipe, the other end of the pipe climbing robot 10 is to hold the pipe that was originally gripped stably and There is, in this case, the other end of the pipe climbing robot 10 may be the base portion of the pipe climbing robot (10).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112012079375727-pat00012

Figure 112012079375727-pat00012

Figure 112012079375727-pat00013
는 각각의 링크들 사이의 현재의 관절각이므로, 처음의 다섯 변환식은 쉽게 계산될 수 있다.
Figure 112012079375727-pat00013
Since is the current joint angle between each link, the first five transformations can be easily calculated.

따라서, 상기 카메라(20)와 파이프 사이의 위치변환 행렬식만 결정되면, 상기 파이프 등반로봇(10)의 베이스부와 파이프 사이의 위치변환 행렬식이 결정될 수 있다. 상기 카메라(20)와 파이프 사이의 위치/자세 변환식은 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Thus, if only the position conversion determinant between the camera 20 and the pipe is determined, the position conversion determinant between the base and the pipe of the pipe climbing robot 10 may be determined. The position / posture conversion equation between the camera 20 and the pipe may be expressed by Equation 2 below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112012079375727-pat00014
Figure 112012079375727-pat00014

여기서 상기 카메라(20)와 파이프 사이의 위치/자세 변환식,

Figure 112012079375727-pat00015
을 단순화하기 위해 아래의 3가지 가정을 할 수 있다. Where the position / attitude conversion between the camera 20 and the pipe,
Figure 112012079375727-pat00015
To simplify this, three assumptions can be made:

첫째, 실제 파이프는 3차원 실린더 형상이지만, 이를 평면의 직사각형 형상으로 가정할 수 있다. First, the actual pipe is a three-dimensional cylinder shape, but can be assumed to be a rectangular shape of the plane.

둘째, 파이프는 원통형으로 z축을 중심으로 좌우 대칭으로 가정한다. 따라서 파이프의 각도인

Figure 112012079375727-pat00016
를 0으로 단순화할 수 있다. Second, the pipe is cylindrical and is assumed to be symmetrical about the z axis. So the angle of the pipe
Figure 112012079375727-pat00016
Can be simplified to zero.

셋째, 상기 파이프 등반로봇(10)이 파이프를 파지할 때 파이프 중심선 상의 아무 곳에서 잡아도 된다고 가정한다. 즉, 로봇이 파이프를 잡을 때 zpipe 는 중요하지 않고, Dz를 0로하여 파이프 좌표계를 설정할 수 있다.
Third, it is assumed that the pipe climbing robot 10 may grab anywhere on the pipe center line when gripping the pipe. In other words, when the robot grabs a pipe , z pipe is not important and the pipe coordinate system can be set by setting Dz to 0.

위 세 가지 가정으로 상기 카메라(20)와 파이프 사이의 위치/자세 변환식,

Figure 112012079375727-pat00017
을 다음과 같이 단순화 할 수 있다.
In the above three assumptions, the position / posture conversion equation between the camera 20 and the pipe,
Figure 112012079375727-pat00017
Can be simplified to

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112012079375727-pat00018
, 즉, 상기 카메라(20)와 파이프 사이의 위치/자세 변환식을 구하기 위해
Figure 112012079375727-pat00019
의 네 개의 미지수만을 고려하면 된다. 즉, x축 방향 변위, y축 방향 변위, x축 중심으로 회전각도, y축 중심의 회전각도의 네 개의 미지수만 고려하면 된다.
Figure 112012079375727-pat00018
In other words, to obtain the position / attitude conversion equation between the camera 20 and the pipe
Figure 112012079375727-pat00019
Only four unknowns are considered. That is, only four unknowns of the x-axis displacement, the y-axis displacement, the rotation angle around the x axis, and the rotation angle around the y axis need to be considered.

도 3을 참조하여, 실제 파이프 평면(100)과 이미지 평면(110) 사이의 기하학적 관계를 계산하면, 상기 실제 파이프 평면(100) 상의 점 Q와 상기 이미지 평면(110)에 예상된 P와의 관계는 다음과 같이 표현된다.
Referring to FIG. 3, when calculating the geometric relationship between the real pipe plane 100 and the image plane 110, the relationship between the point Q on the real pipe plane 100 and the P expected in the image plane 110 is It is expressed as follows.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112012079375727-pat00020
Figure 112012079375727-pat00020

이를 풀어 쓰면,If you use it,

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112012079375727-pat00021
가 된다.
Figure 112012079375727-pat00021
.

수학식 5에서 행렬식 G 는 원근변형 매트릭스이며, 변수 f 는 카메라의 초점거리이다. In Equation 5, determinant G is a perspective deformation matrix and variable f is a focal length of the camera.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 카메라(20)로 파이프를 보았을 때, 실제 파이프의 형태는 사다리꼴 모양으로 상기 이미지 평면(110)에 투영된다. 파이프 평면에서의 양쪽 단의 직선은 이미지 평면에 기울기가 A0 이고 x절편이 C0인 기울어진 사선으로 나타난다.3 to 5, when the pipe is viewed by the camera 20, the shape of the actual pipe is projected onto the image plane 110 in a trapezoidal shape. The straight lines at both ends in the pipe plane appear as oblique oblique lines with an inclination A 0 and x-intercept C 0 in the image plane.

즉, 상기 이미지 평면(110)에 투영된 사다리꼴 형태의 파이프에서 좌측단을 구성하는 직선의 방정식은

Figure 112012079375727-pat00022
이고, 우측단을 구성하는 직선의 방정식은
Figure 112012079375727-pat00023
이다. That is, the equation of the straight line constituting the left end in the trapezoidal pipe projected on the image plane 110 is
Figure 112012079375727-pat00022
The equation of the straight line constituting the right end is
Figure 112012079375727-pat00023
to be.

여기서, 기울기를 나타내는 A0
Here, A 0 representing the slope is

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112012079375727-pat00024
Figure 112012079375727-pat00024

로 계산될 수 있고Can be calculated as

, ,

x절편을 나타내는 C0
C 0 , representing the x-intercept,

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112012079375727-pat00025
Figure 112012079375727-pat00025

으로 계산될 수 있다.
. ≪ / RTI >

컴퓨터 프로세싱을 통해 기울기 A0 1 와 A0 2, x절편 C0 1 and C0 2을 구할 수 있다 .
Through computer processing, we obtain the slope A 0 1 and A 0 2 , the x-intercept C 0 1 and C 0 2 .

결국 4개의 미지수 와,In the end, four unknowns

A0 1, A0 2, C0 1, C0 2 가 포함된 네 개의 방정식이 나오고, 이 네 개의 비선형 연립방정식을 풀면 우리가 원하는 미지수

Figure 112012079375727-pat00026
를 구할 수 있게 된다. We have four equations containing A 0 1 , A 0 2 , C 0 1 , and C 0 2 , and solving these four nonlinear simultaneous equations gives us the unknown
Figure 112012079375727-pat00026
.

최종적으로 이 값을 수학식 1에 대입하여 상기 파이프 등반로봇(10)의 베이스부와 파이프 사이의 위치변환 행렬식을 구하게 되고, 역기구학을 통하여 로봇의 관절각

Figure 112012079375727-pat00027
을 구할 수 있게 된다. Finally, this value is substituted into Equation 1 to obtain a position conversion matrix between the base portion and the pipe of the pipe climbing robot 10, and through the inverse kinematics the joint angle of the robot
Figure 112012079375727-pat00027
.

다만, 네 개의 비선형 연립 방정식을 풀려면 수치 계산을 사용 해야 하는데, 로봇 관절을 제어하는데 많은 시간이 걸릴 수 있다. To solve the four nonlinear simultaneous equations, however, numerical computation must be used, which can take a long time to control the robot joint.

따라서, 네 개의 미지수인

Figure 112012079375727-pat00028
를 구하는 다른 방법을 다음과 같이 제안할 수 있다. 네 개의 미지수인
Figure 112012079375727-pat00029
는 투영된 사선의 기울기와 절편들(A0 1, A0 2, C0 1, C0 2)과 아래와 같은 연관관계가 있다.
Thus, four unknowns
Figure 112012079375727-pat00028
Another way to find is as follows. Four unknowns
Figure 112012079375727-pat00029
Is related to the slope of the projected oblique line and the intercepts (A 0 1 , A 0 2 , C 0 1 , C 0 2 )

Figure 112012079375727-pat00030

Figure 112012079375727-pat00030

상기 제어부(50)는 아래의 수학식을 이용하여

Figure 112012079375727-pat00031
를 계산할 수 있다.
The controller 50 uses the following equation
Figure 112012079375727-pat00031
Can be calculated.

Figure 112012079375727-pat00032

Figure 112012079375727-pat00032

여기서 k는 샘플링 시간이고 그리고 KDx 는 실험으로 결정되는 이득(gain)이며, (k-1)은 바로 전에서의 값을 의미한다. Where k is the sampling time and K Dx is the gain determined experimentally, and (k-1) is the previous value.

따라서 이 방법으로 미지수

Figure 112012079375727-pat00033
를 정하고, 이 값을 수학식 1에 대입하여 상기 파이프 등반로봇(10)의 베이스부와 파이프 사이의 위치변환 행렬식을 구한 후, 역기구학을 통하여 로봇의 관절각
Figure 112012079375727-pat00034
을 구하게 된다. Therefore, unknown in this way
Figure 112012079375727-pat00033
After determining the position transformation matrix between the pipe and the base of the pipe climbing robot 10 by substituting this value into Equation 1, the joint angle of the robot through inverse kinematics
Figure 112012079375727-pat00034
Will be obtained.

상기 제어부(50)는 상기 관절 모터를 구동하여, 상기 링크들 사이의 각도인

Figure 112012079375727-pat00035
로 상기 파이프 등반로봇(10)을 제어할 수 있다.The controller 50 drives the articulated motor, which is an angle between the links.
Figure 112012079375727-pat00035
The pipe climbing robot 10 can be controlled.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

파이프 등반로봇: 10 로봇 핸드: 11, 12
링크: 13, 14, 15, 16, 17, 18 카메라: 20, 21, 22
제어부: 50, 디스플레이부: 51
Pipe Climbing Robot: 10 Robot Hand: 11, 12
Links: 13, 14, 15, 16, 17, 18 Cameras: 20, 21, 22
Control: 50, Display: 51

Claims (5)

서로 회전 가능한 다수개의 링크로 구성된 바디부와, 상기 바디부의 양단에 구비되어 파이프를 파지할 수 있는 로봇 핸드와, 상기 로봇 핸드에 구비되는 카메라를 포함하는 파이프 등반로봇의 제어방법에 있어서,
상기 카메라로 파이프를 촬영하고, 촬영된 파이프 영상을 제어부로 전송하는 단계;
상기 제어부가 상기 촬영된 파이프 영상의 좌측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 1), 우측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 2), 좌측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 1), 우측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 2)을 구하는 단계; 및
상기 제어부는 상기 촬영된 파이프 영상의 좌측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 1), 우측단을 구성하는 직선의 기울기(A0 2), 좌측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 1), 우측단을 구성하는 직선의 x절편(C0 2)를 이용하여, 상기 로봇 핸드를 파이프를 파지하기 적합한 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 파이프 등반로봇의 제어방법.
In the control method of the pipe climbing robot comprising a body portion consisting of a plurality of links rotatable with each other, a robot hand which is provided at both ends of the body portion to grip the pipe, and a camera provided in the robot hand,
Photographing a pipe with the camera and transmitting the photographed pipe image to a controller;
The control unit includes a slope A 0 1 of a straight line constituting the left end of the photographed pipe image, a slope A 0 2 of a straight line constituting the right end, and an x intercept of the straight line constituting the left end C 0 1. ), Obtaining a x-intercept (C 0 2 ) of a straight line constituting the right end; And
The controller may include a slope A 0 1 of a straight line constituting the left end of the photographed pipe image, a slope A 0 2 of a straight line constituting the right end, and an x intercept of the straight line constituting the left end C 0 1. ), Using the x-intercept (C 0 2 ) of the straight line constituting the right end, the control method of the pipe climbing robot comprising moving the robot hand to a position suitable for gripping the pipe.
제1항에 있어서,
상기 로봇 핸드를 파이프를 파지하기 적합한 위치는 상기 로봇 핸드의 중심선과 파이프의 중심선이 평행하고, 상기 로봇 핸드가 파이프를 향하여 진행할 수 있으며, 상기 로봇 핸드의 진행방향이 상기 파이프의 중심선과 수직을 형성할 수 있는 위치인 파이프 등반로봇의 제어방법.
The method of claim 1,
A suitable position for gripping the robot hand pipe is such that the center line of the robot hand and the center line of the pipe are parallel, the robot hand can travel toward the pipe, and the direction of travel of the robot hand is perpendicular to the center line of the pipe. How to control the pipe climbing robot.
서로 회전 가능한 다수개의 링크로 구성된 바디부와, 상기 바디부의 양단에 구비되어 파이프를 파지할 수 있는 로봇 핸드와, 상기 로봇 핸드에 구비되는 카메라를 포함하는 파이프 등반로봇의 제어방법에 있어서,
상기 카메라로 파이프를 촬영하고, 촬영된 파이프 영상을 제어부로 전송하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112013088239075-pat00036
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 x축 방향의 변위값(Dx)를 구하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112013088239075-pat00037
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 y축 방향의 변위값(Dy)를 구하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112013088239075-pat00038
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 x축 방향의 회전각도(
Figure 112013088239075-pat00039
)를 구하는 단계; 상기 제어부는
Figure 112013088239075-pat00040
의 식을 이용하여 기설정된 시간 k에서의 상기 카메라의 y축 방향의 회전각도(
Figure 112013088239075-pat00041
)를 구하는 단계; 상기 제어부는 상기 카메라의 x축 방향의 변위값(Dx), 상기 카메라의 y축 방향의 변위값(Dy), 상기 카메라의 x축 방향의 회전각도(
Figure 112013088239075-pat00042
),상기 카메라의 y축 방향의 회전각도(
Figure 112013088239075-pat00043
)을
Figure 112013088239075-pat00044
의 식에 대입하여, 상기 로봇 핸드가 파이프를 잡기 위한 다수의 링크 사이의 각도인
Figure 112013088239075-pat00045
을 구하는 단계; 및 상기 제어부는 상기 구하여진
Figure 112013088239075-pat00057
의 각도만큼 다수의 링크를 회전시켜서 상기 파이프 등반로봇을 구동시키는 단계;
를 포함하는 파이프 등반로봇의 제어방법.
In the control method of the pipe climbing robot comprising a body portion consisting of a plurality of links rotatable with each other, a robot hand which is provided at both ends of the body portion to grip the pipe, and a camera provided in the robot hand,
Photographing a pipe with the camera and transmitting the photographed pipe image to a controller; The control unit
Figure 112013088239075-pat00036
Obtaining a displacement value (D x ) in the x-axis direction of the camera at a predetermined time k using an equation; The control unit
Figure 112013088239075-pat00037
Obtaining a displacement value (D y ) in the y-axis direction of the camera at a predetermined time k using an equation; The control unit
Figure 112013088239075-pat00038
The angle of rotation in the x-axis direction of the camera at a predetermined time k using the equation
Figure 112013088239075-pat00039
Obtaining; The control unit
Figure 112013088239075-pat00040
The angle of rotation in the y-axis direction of the camera at a predetermined time k using
Figure 112013088239075-pat00041
Obtaining; The control unit may include a displacement value D x in the x-axis direction of the camera, a displacement value D y in the y-axis direction of the camera, and an angle of rotation in the x-axis direction of the camera (
Figure 112013088239075-pat00042
), The angle of rotation in the y-axis direction of the camera (
Figure 112013088239075-pat00043
)of
Figure 112013088239075-pat00044
Substituting the equation, the robot hand is the angle between a number of links for holding the pipe
Figure 112013088239075-pat00045
Obtaining a; And the control unit is obtained
Figure 112013088239075-pat00057
Driving the pipe climbing robot by rotating a plurality of links by an angle of;
Pipe climbing robot control method comprising a.
제3항에 있어서,
상기 카메라와 파이프 사이의 위치/자세 변환식
Figure 112012079375727-pat00047
Figure 112012079375727-pat00048
로 계산될 수 있고, Dz 및
Figure 112012079375727-pat00049
는 0으로 가정하는 파이프 등반로봇의 제어방법.
The method of claim 3,
Position / Position Conversion between the Camera and Pipe
Figure 112012079375727-pat00047
silver
Figure 112012079375727-pat00048
Can be calculated as Dz and
Figure 112012079375727-pat00049
The pipe climbing robot control method is assumed to be zero.
제4항에 있어서,
상기 카메라와 파이프 사이의 위치/자세 변환식
Figure 112012079375727-pat00050
Figure 112012079375727-pat00051
로 정의되는 것을 특징으로 하는 파이프 등반로봇의 제어방법.


5. The method of claim 4,
Position / Position Conversion between the Camera and Pipe
Figure 112012079375727-pat00050
silver
Figure 112012079375727-pat00051
Pipe climbing robot control method characterized in that it is defined as.


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