KR101329853B1 - Collision detection system of manipulator using torque filtering and control system and method of manipulator using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 머니퓰레이터 충돌 감지 장치와 이를 이용한 머니퓰레이터 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 측정이 힘든 가속도 정보 및 추가 센서가 없이 토크 필터링 과정을 이용하여 머니퓰레이터에 가해지는 외력을 추측하고 이를 토대로 머니퓰레이터의 충돌 유무를 판단하며, 물성치 오차에 취약한 기존 장치의 한계를 보완할 수 있는 능동 방식 기반의 머니퓰레이터 충돌 감지 장치와, 이와 같은 충돌 감지 장치를 통해 충돌의 위치와 크기 및 방향 등 다양한 충돌 상황을 효과적으로 감지하여 머니퓰레이터가 이에 유연하게 대처할 수 있도록 머니퓰레이터를 동작 제어하고, 이에 따라 더욱 효율적이고 안전하게 사람과 로봇의 협업을 가능하게 하는 머니퓰레이터 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a manipulator collision detection device, a manipulator control device and a control method using the same. More specifically, it is possible to estimate the external force applied to the manipulator by using torque filtering process without acceleration information and additional sensors that are difficult to measure, and to judge the presence or absence of manipulator collision, and to supplement the limitation of the existing device which is vulnerable to material error. Active collision-based manipulator collision detection device and such collision detection device effectively detect various collision situations such as the position, size and direction of collision, and control the manipulator so that the manipulator can flexibly cope with it. The present invention relates to a manipulator control device and a control method that enable efficient and safe collaboration between humans and robots.
일반 산업용 로봇은 인간에 의한 동작이나 감독이 없이도 정확한 작업을 수행하기 위해 생산 라인 등에서 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들면 자동차 산업에서 사용되고 있는 로봇은 자동차의 몸체를 운반하거나 용접하는 등의 여러 가지 작업을 수행하고 있다.General industrial robots are widely used in production lines and the like to perform accurate work without human action or supervision. For example, robots used in the automobile industry perform various tasks such as transporting or welding a body of a vehicle.
지능형 서비스 로봇은 일반 산업용 로봇과는 달리 사람이 거주하고 활동하는 공간 내에서 작업을 수행하게 된다. 따라서, 인간과 부딪쳐서 인간에게 충격을 가할 위험성이 있으므로 로봇이 사람에 대해 어느 정도의 안전성을 확보할 수 있는가가 중요한 사양이 된다. 특히 지능형 서비스 로봇 중에서 사람과의 충돌 발생 가능성이 가장 높은 머니퓰레이터의 경우 더욱 그러하다. 머니퓰레이터는 인간의 손과 팔의 형태로 이루어져 손과 팔의 동작을 제공하는 기계적인 장치이다. 현재 사용되고 있는 대부분의 머니퓰레이터는 여러 개의 링크(link)들이 서로 연결되어 구성된다. 각 링크들의 연결 부위를 관절(joint)이라 하는데 머니퓰레이터는 이러한 링크와 관절들 사이의 기하학적인 관계에 따라 운동 특성이 결정된다.Unlike general industrial robots, intelligent service robots perform tasks in spaces where people live and work. Therefore, there is a risk of hitting humans and impacting humans. Therefore, an important specification is how much safety a robot can secure to humans. This is especially true for manipulators with the highest potential for collisions with humans among intelligent service robots. Manipulators are mechanical devices that provide the movement of hands and arms in the form of human hands and arms. Most manipulators in use today are composed of several links connected to each other. The joints of the links are called joints. In the manipulator, the movement characteristics are determined by the geometric relationship between the links and the joints.
이러한 머니퓰레이터와 인간의 충돌을 방지하기 위한 기술적 해결 방안으로서, 머니퓰레이터의 소프트웨어적인 지능을 향상시켜 사전에 주위 장애물을 인식, 이를 통해 충돌 가능성을 사전에 예측하여 위험을 제거하는 방법론이 가장 이상적이지만, 이는 연산 속도 및 기타 알고리즘/지능 구현 기술 수준이 아직은 절대적 안전성을 보장하지 못하는 수준에 머물고 있다. 따라서, 머니퓰레이터를 개발하는 경우에는 충돌을 전제로 한 충돌 안전 전략 대책이 필수적이다.As a technical solution to prevent the collision between the manipulator and the human, the methodology of improving the software intelligence of the manipulator to recognize the obstacles in advance and thereby predicting the possibility of collision in advance to eliminate the risk is ideal. Computational speed and other algorithms / intelligence technology levels are still at a level that cannot guarantee absolute safety. Therefore, when developing a manipulator, the collision safety strategy measures based on the collision are essential.
이러한 충돌 안전은 인간과 로봇이 효율적으로 협업하기 위하여 필수적으로 요구되는 사양으로, 로봇과 인간의 충돌은 인간에게 치명적인 상처를 줄 수 있으므로, 현재까지 많은 충돌 안전 전략이 개발되어 왔다.Such collision safety is an essential requirement for humans and robots to effectively collaborate. Since collisions between robots and humans can cause fatal injury to humans, many collision safety strategies have been developed to date.
충돌 안전 전략은 크게 수동 방식과 능동 방식으로 분류할 수 있다. 수동 방식은 센서와 제어기를 사용하지 않고, 순순한 기계요소만으로 구성되는 안전 기구를 사용하므로, 충돌에 빠르게 대응할 수 있고, 저렴하며, 안정적이지만, 별도의 제어를 거치지 않으므로 다양한 상황에 유연하게 적용하기는 어렵다. 이와 반대로, 능동 방식은 센서나 관측기 등을 이용하여 충돌을 감지한 후에 제어기가 상황을 판단하여 최적의 대응을 취하도록 하므로 다양한 상황에 대하여 유연하게 대처할 수 있다. Collision safety strategies can be broadly classified into passive and active methods. The manual method does not use sensors and controllers, but uses a safety mechanism consisting of only pure mechanical elements, so it can respond quickly to collisions, and is cheap and stable, but it does not require separate control. it's difficult. On the contrary, in the active method, after detecting a collision using a sensor or an observer, the controller determines a situation to take an optimal response and thus can flexibly cope with various situations.
그러나 종래의 능동 방식을 위한 충돌 감지기들은 충돌의 측정이 어렵고, 별도의 센서를 요구하는 가속도 정보를 필요로 하는 경우가 많았으며, 또한 로봇의 물성치 오차에 취약하다는 단점이 있었다. 여기서, 로봇의 물성치란 로봇 각 링크의 무게, 무게 중심의 위치, 관성 모멘트 등과 같은 로봇 모델에 따른 고유 특성을 의미하며, 이하에서도 로봇의 물성치에 대해 동일한 의미로 사용한다.However, conventional collision detectors for active methods are difficult to measure collisions, often require acceleration information requiring a separate sensor, and also has the disadvantage of being vulnerable to physical property errors of the robot. Here, the physical properties of the robot means unique characteristics according to the robot model, such as the weight of each link of the robot, the position of the center of gravity, the moment of inertia, etc., and the same will be used below for the physical properties of the robot.
한편, 가속도 신호는 많은 잡음을 포함하고 있으므로 충돌 감지의 성능을 저해하는 요소로 작용하며, 특히, 가속도 신호를 측정하기 위해서는 별도의 가속도 센서를 설치하거나 관절 위치값을 2차 미분하여 구해야 하는데, 이 경우 노이즈로 인해 정확한 가속도 값을 구하기가 어려울 뿐만 아니라 제작 비용을 상승시키는 요인이 된다.Meanwhile, since the acceleration signal contains a lot of noise, it acts as a factor that hinders the performance of collision detection. In particular, in order to measure the acceleration signal, an additional acceleration sensor or a second derivative of the joint position value must be obtained. In this case, noise makes it difficult to obtain accurate acceleration values and increases the manufacturing cost.
로봇의 물성치 또한 정확한 측정이 힘들 뿐만 아니라 로봇이 물체를 파지하는 등의 행위로 인해 변할 수 있으므로, 로봇 물성치에 대한 오차로 인해 충돌 감지기의 성능이 저하되거나 오작동을 일으키게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 일반적인 충돌 감지기들은 이러한 요소들에 의해 그 사용에 제한이 있었다.The physical properties of the robot are also difficult to measure accurately, and can change due to the robot's gripping behavior. Therefore, errors in the robot's physical properties can degrade or cause malfunctions of the collision detector. Thus, conventional collision detectors according to the prior art have been limited in their use by these factors.
선행기술로는 국내공개특허 제10-2009-0124560호가 있다.
As a prior art, there is a Korean Patent Publication No. 10-2009-0124560.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 측정이 힘든 가속도 정보 및 추가 센서가 없이 토크 필터링 과정을 이용하여 머니퓰레이터에 가해지는 외력을 추측하고 이를 토대로 머니퓰레이터의 충돌 유무를 판단하는 능동 방식 기반의 머니퓰레이터 충돌 감지 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been invented to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to estimate the external force applied to the manipulator by using a torque filtering process without acceleration information and an additional sensor that is difficult to measure, and based on the presence or absence of a collision of the manipulator. It is to provide a manipulator collision detection device based on the active method for determining the.
본 발명의 다른 목적은 물성치 오차에 취약한 기존 장치의 한계를 보완하고 더욱 정확한 충돌 감지 성능을 발휘하는 머니퓰레이터 충돌 감지 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a manipulator collision detection device that compensates for the limitations of existing devices that are vulnerable to property error and exhibits more accurate collision detection performance.
본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 충돌 감지 장치를 통해 충돌의 위치와 크기 및 방향 등 다양한 충돌 상황을 효과적으로 감지하여 머니퓰레이터가 이에 유연하게 대처할 수 있도록 머니퓰레이터를 동작 제어하고, 이에 따라 더욱 효율적이고 안전하게 사람과 로봇의 협업을 가능하게 하는 머니퓰레이터 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to effectively detect various collision situations such as the location, size, and direction of a collision through such a collision detection device so that the manipulator can flexibly cope with it, and thus the manipulator can be operated more efficiently and safely. It is to provide a manipulator control device and a control method that enable the collaboration between the robot and the robot.
본 발명의 또 다른 목적은 머니퓰레이터가 작업물을 파지하는지 여부 및 작업물의 종류를 파악하여 머니퓰레이터의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별 작업을 추가하여 물성치 오차로 인한 충돌 외력 산출의 오차를 최소화할 수 있고, 이에 따라 더욱 정확한 충돌 감지 및 적절한 동작 제어를 가능하게 하는 머니퓰레이터 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to determine whether the manipulator grips the workpiece and the type of the workpiece to add a model identification operation for modifying the physical property information of the manipulator to minimize the error of the collision external force calculation due to the physical property error Accordingly, the present invention provides a manipulator control device and a control method that enable more accurate collision detection and proper motion control.
본 발명은, 머니퓰레이터에 대한 충돌 상태를 감지하는 머니퓰레이터 충돌 감지 장치에 있어서, 상기 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터; 상기 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산부; 및 상기 토크 필터와 예측 연산부에 의해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 산출 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 충돌 감지 장치를 제공한다.The manipulator collision detection device for detecting a collision state with respect to the manipulator, the manipulator collision detection device comprising: a torque filter for filtering the joint torque value measured from a torque sensor or a drive motor of the manipulator to generate a filtering torque value; A prediction calculator configured to predict and calculate the filtering torque value based on the physical property value, the position, and the speed information of the manipulator; And a calculation calculator for comparing collision torque values calculated by the torque filter and the prediction calculator to calculate a collision external force.
본 발명은, 머니퓰레이터에 대한 충돌 상태를 감지하는 충돌 감지부; 및 상기 충돌 감지부의 신호에 따라 상기 머니퓰레이터의 동작 상태를 제어하는 동작 제어부를 포함하고, 상기 충돌 감지부는 상기 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터; 상기 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산부; 및 상기 토크 필터와 예측 연산부에 의해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 산출 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 장치를 제공한다.The present invention, the collision detection unit for detecting a collision state for the manipulator; And an operation controller for controlling an operation state of the manipulator according to a signal of the collision detection unit, wherein the collision detection unit filters a joint torque value measured from a torque sensor or a driving motor of the manipulator to generate a filtering torque value. Torque filter; A prediction calculator configured to predict and calculate the filtering torque value based on the physical property value, the position, and the speed information of the manipulator; And a calculation calculation unit which compares the filtering torque values respectively calculated by the torque filter and the prediction calculation unit to calculate the collision external force.
이때, 상기 머니퓰레이터 제어 장치는 상기 머니퓰레이터가 파지한 작업물에 따라 상기 머니퓰레이터의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별부를 더 포함하고, 상기 충돌 감지부의 예측 연산부는 상기 모델 식별부에 의한 물성치 정보를 인가받아 상기 필터링 토크값을 예측 연산하도록 구성될 수 있다.In this case, the manipulator control device further comprises a model identification unit for modifying and calculating the physical property information of the manipulator according to the workpiece held by the manipulator, the prediction calculation unit of the collision detection unit receives the property information received by the model identification unit And to predict the filtering torque value.
또한, 상기 토크 필터는 사용자의 필요에 따라 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 고역 통과 필터 중 어느 하나가 선택 적용될 수 있다.In addition, the torque filter may be selectively applied to any one of a low pass filter, a band pass filter, and a high pass filter according to a user's needs.
본 발명은, 머니퓰레이터에 대한 충돌 상태를 감지하는 충돌 감지 단계; 및 상기 충돌 감지 단계에서 감지된 신호에 따라 상기 머니퓰레이터의 동작 상태를 제어하는 동작 제어 단계를 포함하고, 상기 충돌 감지 단계는 상기 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터링 단계; 상기 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산 단계; 및 상기 토크 필터링 단계와 예측 연산 단계를 통해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 외력 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 방법을 제공한다.The present invention includes a collision detection step of detecting a collision state for the manipulator; And an operation control step of controlling an operation state of the manipulator according to the signal detected in the collision detection step, wherein the collision detection step filters by filtering joint torque values measured from a torque sensor or a driving motor of the manipulator. Torque filtering to generate a torque value; A prediction calculation step of predicting and calculating the filtering torque value through the property value, position, and velocity information of the manipulator; And an external force calculation step of calculating a collision external force by comparing the filtering torque values calculated through the torque filtering step and the predictive calculation step, respectively.
이때, 상기 머니퓰레이터 제어 방법은 상기 머니퓰레이터가 파지한 작업물에 따라 상기 머니퓰레이터의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별 단계를 더 포함하고, 상기 예측 연산 단계는 상기 모델 식별 단계를 통해 수정 연산된 물성치 정보를 인가받아 상기 필터링 토크값을 예측 연산하도록 구성될 수 있다.
In this case, the manipulator control method further includes a model identification step of modifying the physical property information of the manipulator according to the workpiece held by the manipulator, the prediction operation step is to modify the physical property information modified through the model identification step And may be configured to predict and calculate the filtering torque value.
본 발명에 의하면, 측정이 힘든 가속도 정보 및 추가 센서가 없이 토크 필터링 과정을 이용하여 머니퓰레이터에 가해지는 외력을 추측하고 이를 토대로 머니퓰레이터의 충돌 유무를 판단할 수 있고, 별도의 센서가 필요없어 기존의 머니퓰레이터에 쉽게 적용될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to estimate the external force applied to the manipulator using the torque filtering process without the acceleration information and the additional sensor that is difficult to measure, and to determine whether the manipulator collides, and there is no need for a separate sensor. There is an effect that can be easily applied to.
또한, 물성치 오차에 취약한 기존 장치의 한계를 보완하고 더욱 정확한 충돌 감지 성능을 발휘할 수 있다.In addition, it can compensate for the limitations of existing devices that are vulnerable to property error and exhibit more accurate collision detection performance.
또한, 이와 같은 충돌 감지 장치를 통해 충돌의 위치와 크기 및 방향 등 다양한 충돌 상황을 효과적으로 감지하여 머니퓰레이터가 이에 유연하게 대처할 수 있도록 머니퓰레이터를 동작 제어하고, 이에 따라 더욱 효율적이고 안전하게 사람과 로봇의 협업을 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, the collision detection device effectively detects various collision situations such as the location, size and direction of the collision, and controls the manipulator so that the manipulator can flexibly cope with it. It has the effect of enabling it.
또한, 머니퓰레이터가 작업물을 파지하는지 여부 및 작업물의 종류를 파악하여 머니퓰레이터의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별 작업을 추가하여 물성치 오차로 인한 충돌 외력 산출의 오차를 최소화할 수 있고, 이에 따라 더욱 정확한 충돌 감지 및 적절한 동작 제어를 가능하게 하는 효과가 있다.
In addition, it is possible to minimize the error of the collision external force calculation due to the physical property error by adding a model identification task of correcting and calculating the physical property information of the manipulator by grasping whether the manipulator holds the workpiece and the type of the workpiece. It has the effect of enabling collision detection and proper motion control.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터의 충돌 형태를 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 충돌 감지 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 필터의 종류에 따른 주파수 통과 영역을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 방법의 동작 흐름을 단계적으로 도시한 동작 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터의 제어 및 동작 흐름을 단계적으로 도시한 동작 흐름도이다.1 is a view conceptually showing a collision form of a manipulator according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram conceptually illustrating a configuration of a manipulator collision detection device according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram conceptually illustrating a configuration of a manipulator control device according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a frequency pass region according to a type of torque filter according to an embodiment of the present invention;
5 is an operation flowchart showing a step by step flow of the manipulator control method according to an embodiment of the present invention;
6 is an operation flowchart showing step by step the control and operation of the manipulator according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터의 충돌 형태를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 충돌 감지 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이다.FIG. 1 is a diagram conceptually showing a collision form of a manipulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram conceptually illustrating a configuration of a manipulator collision detection device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 머니퓰레이터(10)는 다수개의 링크(100)가 연결된 형태로 구성되는데, 각각의 링크(100) 연결부위에는 관절(110)이 배치되며, 링크(100)와 관절(110) 사이의 기하학적 관계에 따라 운동 특성이 결정된다. First, the
도 1에는 2개 링크(100)로 구성된 머니퓰레이터(10)가 도시되는데, 이러한 머니퓰레이터(10)는 링크(100)가 관절(110)을 중심으로 회전하며 다양한 운동을 하게 된다. 각 링크(100)에는 구동 모터(미도시)가 장착되어 관절(110)을 중심으로 회전 운동을 하게 되고, 이에 따라 관절(110)에는 링크(100)의 위치, 속도, 무게 등에 따라 토크가 발생한다. 이때, 각각의 관절(110)에는 토크 센서(미도시)가 장착되어 해당 링크(100)의 회전 운동시 발생하는 관절 토크값(τ)을 측정할 수 있도록 구성된다.In FIG. 1, a
이러한 머니퓰레이터(10)의 운동시 도 1에 도시된 바와 같이 링크(100)의 운동 경로 상에 장애물(20)이 위치하게 되면, 머니퓰레이터(10)의 링크(100)와 장애물(20)의 충돌이 발생하게 된다. 이와 같은 충돌이 발생하면, 관절(110)에는 충돌 외력에 의한 토크가 추가로 발생하게 된다. 따라서, 관절(110)에 발생하는 토크값(τ)은 충돌 외력에 의해 변화하게 된다.When the
본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 충돌 감지 장치는 이러한 관절(110)의 관절 토크값(τ)에 대한 변화를 이용하여 머니퓰레이터(10)의 충돌 여부를 감지하고 충돌 외력을 산출하도록 구성된다. 좀 더 구체적으로는 머니퓰레이터(10)의 물성치 정보와 관절의 위치 및 속도로부터 예측한 토크값과, 충돌 외력이 반영된 상태로 실제 측정된 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하도록 구성되는데, 이때, 토크 필터링(torque filtering) 과정이 이용된다. 이러한 토크 필터링 과정을 통해 관절에 대한 가속도 정보를 이용하지 않더라도 충돌 외력을 산출할 수 있고, 따라서 가속도 정보가 불필요하므로 가속도 정보를 추출하기 위한 추가적인 센서 없이도 단순한 구조로 충돌 외력을 산출할 수 있다.The manipulator collision detection device according to an embodiment of the present invention is configured to detect whether the
이러한 충돌 감지 장치(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 토크 필터(310)와, 예측 연산부(320)와, 산출 연산부(330)를 포함하여 구성된다. 토크 필터(310)는 머니퓰레이터(10)의 토크 센서(120) 또는 구동 모터(130)로부터 측정된 관절 토크값(τ)을 필터링 처리하여 필터링 토크값(τf)을 생성하고, 예측 연산부(320)는 머니퓰레이터(10)의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 필터링 토크값(τf)을 예측 연산하며, 산출 연산부(330)는 토크 필터(310)와 예측 연산부(320)에 의해 각각 산출된 필터링 토크값(τf)을 비교하여 충돌 외력을 산출한다.As shown in FIG. 2, the
좀 더 자세히 살펴보면, 먼저, 머니퓰레이터의 구동시 각 관절에 작용하는 관절 토크값은 전술한 바와 같이 토크 센서(120) 또는 구동 모터(130)의 전류 변화를 통해 직접 측정할 수 있는데, 이러한 관절 토크값(τ)은 다음과 같이 머니퓰레이터의 관성과 자중에 의한 항들과 외부로부터 가해지는 외력에 의한 항의 합으로 표현될 수 있다.
In more detail, first, the joint torque value acting on each joint when the manipulator is driven may be directly measured through a change in current of the
여기서 M은 머니퓰레이터의 관성 행렬, C는 코리올리력 및 원심력 등의 비선형 항을 나타내는 행렬, G는 중력 벡터, τ는 각 관절의 모터에서 생성한 모터 토크, τe는 충돌 등의 외력에 의해서 머니퓰레이터의 각 관절에 작용하는 외부 토크, q는 관절의 변위를 나타내는 벡터이다. 이중 τ는 머니퓰레이터의 관절에 설치된 토크 센서 및 구동 모터에 인가되는 전류의 크기로부터 측정할 수 있다. 여기서 외력에 의한 영향을 생략하고, 상기의 수식을 정리하여 머니퓰레이터의 모든 물성치들을 하나의 행렬로 묶으면 다음과 같이 머니퓰레이터의 관절 토크를 나타낼 수 있다.
Where M is the inertia matrix of the manipulator, C is a matrix representing nonlinear terms such as Coriolis and centrifugal forces, G is the gravity vector, τ is the motor torque generated by the motors in each joint, τ e is the external force such as collision The external torque acting on each joint, q, is a vector representing the displacement of the joint. The double τ can be measured from the magnitude of the current applied to the torque sensor and the drive motor installed in the joint of the manipulator. If the influence of the external force is omitted and the above equations are summarized and all the properties of the manipulator are grouped into one matrix, the joint torque of the manipulator can be expressed as follows.
여기서 W는 리그레서 행렬(regressor matrix)이며, θ은 로봇의 물성치들로 구성된 행렬이다. 상기의 식은 머니퓰레이터의 관절 토크를 묘사함에 있어 가속도 정보를 요구함을 알 수 있다. 따라서 측정이 힘든 가속도 정보의 사용을 피하기 위해 토크 필터링을 사용한 필터링된 토크 τf를 다음과 같이 정의한다.
Where W is a regressor matrix and θ is a matrix composed of properties of the robot. It can be seen that the above equation requires acceleration information in describing the joint torque of the manipulator. Therefore, in order to avoid the use of acceleration information, which is difficult to measure, the filtered torque τ f using torque filtering is defined as follows.
여기에서 f는 필터의 임펄스 응답(impulse response)이며, *는 콘벌루션(convolution)을 나타내는데, 이는 다음과 같은 성질을 가진다.
Where f is the impulse response of the filter, and * represents the convolution, which has the following properties:
이러한 성질을 사용하면 머니퓰레이터의 가속도와 필터의 임펄스 응답간의 콘벌류션을 필터의 임펄스 응답의 미분값과 로봇의 속도값의 콘벌류션으로 치환할 수 있다. 따라서 이 필터링된 토크를 사용하면 상기의 식은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Using this property, the convolution of the manipulator's acceleration and the filter's impulse response can be replaced by the convolution of the derivative of the filter's impulse response and the speed of the robot. Therefore, using this filtered torque, the above equation can be expressed as follows.
이 식을 이용하면 가속도 정보 없이도 τf를 표현할 수 있음을 알 수 있다. 여기서, 머니퓰레이터의 물성치는 기존 정보로 주어지는 값이고, 머니퓰레이터의 위치 및 속도는 구동 모터의 엔코더 등을 통해 용이하게 측정할 수 있다. 따라서 이 식을 이용하여 주어진 머니퓰레이터의 물성치와 측정한 머니퓰레이터의 위치 및 속도로부터 다음과 같이 필터링된 토크를 예측하여 계산할 수 있다.
Using this equation, it can be seen that τ f can be expressed without acceleration information. Here, the physical property value of the manipulator is a value given by the existing information, the position and the speed of the manipulator can be easily measured through the encoder of the drive motor. Therefore, by using this equation, the filtered torque can be estimated and calculated from the properties of the given manipulator and the measured position and velocity of the manipulator.
여기서, 는 주어진 물성치 항이며, 는 예측한 필터링 토크값이다. here, Is the property term given, Is the predicted filtering torque value.
본 발명에 따른 충돌 감지 장치(30)는 이와 같이 예측한 필터링 토크값과, 실제로 측정한 관절 토크값을 필터링 처리한 실제 필터링 토크값을 서로 비교하여 충돌을 감지한다. 여기서, 실제 측정한 필터링 토크값은 다음과 같이 표현될 수 있다.
The
여기서, τef 는 필터링된 외력이다. 상기의 식에서 알 수 있듯이, 실제 측정한 토크는 외력을 반영하여 나타난다. Where τ ef Is the filtered external force. As can be seen from the above equation, the actual measured torque is reflected by the external force.
따라서, 주어진 모델이 정확하다면, 즉, 이라면, 예측한 필터링 토크값 와 토크 센서(120) 등으로부터 측정한 토크의 필터링 값인 τf를 비교함으로써 충돌 외력 토크 τef 를 산출할 수 있다.Thus, if a given model is correct, i.e. If, the predicted filtering torque value The collision external force torque τ ef can be calculated by comparing the τ f which is a filtering value of the torque measured from the
이러한 원리에 따라 충돌 감지 장치(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 머니퓰레이터(10)의 토크 센서(120) 또는 구동 모터(130)의 전류 변화로부터 측정된 관절 토크값(τ)을 토크 필터(310)를 통해 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성한다. 여기서, 필터링 토크값은 실제 측정된 필터링 토크값으로 전술한 수식에서 τf에 해당한다. 또한, 예측 연산부(320)를 통해 머니퓰레이터(10)의 물성치(θ)와 위치(q) 및 속도정보를 이용하여 전술한 수식에서와 같이 필터링 토크값을 예측 연산한다. 여기서, 필터링 토크값은 예측 연산된 값으로 전술한 수식에서 에 해당한다. 이후, 산출 연산부(330)를 통해 실제 측정된 필터링 토크값과 예측 연산된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출한다.According to this principle, the
이때, 충돌 외력은 실제 측정된 필터링 토크값과 예측 연산된 필터링 토크값의 차이값에 해당한다. 즉, 전술한 수식에서 살펴본 바와 같이 실제 측정된 필터링 토크값은 충돌 외력이 발생하지 않는다면, 예측 연산된 필터링 토크값과 같아야 하는데, 이 2개의 필터링 토크값이 서로 차이가 난다면, 이는 충돌 외력이 작용했기 때문이며, 따라서, 서로에 대한 차이값이 충돌 외력의 크기가 된다. In this case, the collision external force corresponds to a difference value between the actually measured filtering torque value and the predicted calculated filtering torque value. That is, as shown in the above formula, the measured measured torque is equal to the predicted calculated torque if the collision external force does not occur. If the two filtering torque values are different from each other, This is because the difference between them is the magnitude of the collision external force.
물론, 이 경우 머니퓰레이터(10)의 물성치 정보 등이 정확하여 예측 연산된 필터링 토크값이 정확하게 산출되고, 또한, 토크 센서(120) 등으로부터 노이즈가 최소화되어 실제 측정된 필터링 토크값이 정확하게 산출되어야 할 것이다. 따라서, 토크 필터(310)는 센서 등의 노이즈를 최소화할 수 있도록 저역 통과 필터가 사용될 수 있다.Of course, in this case, the information on the physical properties of the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 충돌 감지 장치는 토크 필터(310)를 이용하여 머니퓰레이터(10)의 가속도 정보를 획득하지 않고도 머니퓰레이터(10)의 충돌 외력을 산출해낼 수 있다. As described above, the manipulator collision sensing device according to the exemplary embodiment of the present invention may calculate the collision external force of the
이때, 충돌 안전 전략에 있어서 충돌 감지는 산출된 충돌 외력을 미리 설정된 임계값과 비교하는 방식으로 수행되도록 구성될 수 있는데, 이 경우 충돌 감지 여부의 오류를 피하기 위해, 머니퓰레이터의 물성치 오차 또는 센서 및 제어부에 존재하는 노이즈에 따른 오차 등을 고려하여 실험적으로 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.
In this case, in the collision safety strategy, collision detection may be configured to be performed in a manner of comparing the calculated collision external force with a preset threshold value. In this case, in order to avoid an error of whether the collision is detected, a physical property error of the manipulator or a sensor and a controller It is preferable to set a threshold experimentally in consideration of an error due to noise present in the circuit.
본 발명은 이와 같은 충돌 감지 장치를 이용하여 머니퓰레이터(10)의 동작 상태를 제어하는 머니퓰레이터 제어 장치를 제공하는데, 이하에서는 도 3 및 도 4를 중심으로 머니퓰레이터 제어 장치에 대해 설명한다.The present invention provides a manipulator control device for controlling the operation state of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 필터의 종류에 따른 주파수 통과 영역을 나타내는 도면이다.3 is a block diagram conceptually illustrating a configuration of a manipulator control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency pass region according to a type of torque filter according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 장치는 전술한 충돌 감지 장치로 구성되는 충돌 감지부(30)와, 충돌 감지부(30)의 신호에 따라 머니퓰레이터(10)의 동작 상태를 제어하는 동작 제어부(50)를 포함하여 구성된다.The manipulator control apparatus according to an embodiment of the present invention is an operation control unit for controlling the operation state of the
즉, 머니퓰레이터(10)는 동작 제어부(50)를 통해 구동 모터(130)를 제어하는 방식으로 링크 및 관절의 운동 동작을 제어할 수 있는데, 이러한 운동 동작 중 충돌 감지부(30)에 의해 머니퓰레이터(10)의 충돌이 감지되면, 동작 제어부(50)는 운동을 정지시킨다거나 다른 형태의 운동을 하게 하는 등의 방식으로 머니퓰레이터(10)의 운동 상태를 변경 조절할 수 있다.That is, the
이때, 충돌 감지부(30)는 충돌 외력의 위치, 크기 및 방향 등을 파악할 수 있고, 동작 제어부(50)는 이러한 충돌 외력의 특성에 따라 머니퓰레이터(10)가 적절한 대응을 하도록 작동할 수 있다.In this case, the
예를 들면, n개의 관절을 가진 머니퓰레이터의 관절 m에 충돌이 발생할 경우 머니퓰레이터의 기저부에 가까운 관절 1부터 m까지의 외력은 충돌로 인해 급격히 상승하지만, m+1부터 n까지 관절에서의 외력은 변화하지 않는다. 이를 토대로 충돌 외력의 위치를 유추할 수 있다. 또한, 산출된 외력의 크기로부터 충돌의 크기를 유추할 수 있고, 산출된 외력의 부호로부터 충돌의 방향 또한 구할 수 있다. For example, if a collision occurs at joint m of a manipulator with n joints, the external forces from joints 1 to m near the base of the manipulator will rise rapidly due to the collision, but the external forces at the joints from m + 1 to n will change. I never do that. Based on this, the location of the impact force can be inferred. In addition, the magnitude of the collision can be inferred from the calculated magnitude of the external force, and the direction of the collision can also be obtained from the sign of the calculated external force.
따라서 머니퓰레이터는 충돌 감지부(30)에 의해 충돌의 유무를 감지함과 동시에 충돌의 크기, 방향 및 위치를 파악할 수 있고, 이에 따라 동작 제어부(50)를 통해 적절한 대응을 수행하여 작업자의 안전을 보장할 수 있다.Therefore, the manipulator can detect the presence or absence of the collision by the
한편, 이와 같은 충돌 감지부(30)는 전술한 바와 같이 머니퓰레이터(10) 모델의 종류에 따라 기존에 주어진 물성치를 기초로 충돌 외력을 산출하는데, 이 경우 머니퓰레이터(10)가 작업물을 파지하거나 파지한 작업물의 종류에 따라 머니퓰레이터(10)의 물성치 정보가 계속 바뀌게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 장치는 이러한 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별부(40)를 더 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, as described above, the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 장치는 물성치 오차 및 변화를 보상하기 위해 전술한 충돌 감지부(30)를 확장하여 적응제어(adaptive control) 기반의 모델 식별 작업을 추가하는 방식으로 구성된다. That is, the manipulator control device according to an embodiment of the present invention is configured in such a manner as to add an adaptive control-based model identification operation by extending the aforementioned
머니퓰레이터에 외력이 작용하지 않는 상황에서 미리 주어진 머니퓰레이터의 물성치 정보가 정확하다면, 예측한 필터링 토크값 와 실제 측정한 필터링 토크값 τf는 같은 값을 가져야 한다. 따라서, 이러한 상황에서 예측한 필터링 토크값과 실제 측정한 필터링 토크값의 차이는 물성치 오차로 인한 것이며, 다음과 같이 정의할 수 있다.
If the property information of a given manipulator is correct in the situation that no external force is applied to the manipulator, the predicted filtering torque value And the actual measured filtering torque value τ f is Must have the same value. Therefore, the difference between the predicted filtering torque value and the actually measured filtering torque value is due to a physical property error, which can be defined as follows.
이로부터 다음의 식을 이용하여 머니퓰레이터의 정확한 물성치를 추출할 수 있다.
From this, the exact physical properties of the manipulator can be extracted using the following equation.
여기서 P는 물성치 보정 이득이다.Where P is the property value correction gain.
이와 같은 물성치 보정을 위해 모델 식별부(40)가 추가로 구비되며, 충돌 감지부(30)의 예측 연산부(320)는 모델 식별부(40)에 의해 수정 연산된 물성치 정보를 인가받아 필터링 토크값을 예측 연산하도록 구성된다.The
따라서, 머니퓰레이터(10)가 작업물을 파지하거나 또는 파지한 작업물을 변경하는 경우 변화하는 머니퓰레이터(10)의 물성치 정보는 모델 식별부(40)에 의해 계속해서 수정 연산된다. 충돌 감지부(30)는 이러한 모델 식별부(40)에 의해 수정 연산된 물성치 정보를 예측 연산부(320)를 통해 인가받아 필터링 토크값 및 충돌 외력을 산출하게 되므로, 물성치 정보에 따른 오차없이 더욱 정확한 충돌 외력을 산출할 수 있다.Therefore, when the
이와 같이 모델 식별부(40) 및 충돌 감지부(30)에 의해 물성치 정보에 따른 오차 없이 정확한 충돌 외력을 산출함에 따라 머니퓰레이터(10)의 운동 상태는 동작 제어부(50)에 의해 더욱 적절하게 대응 변경될 수 있고, 이에 따라 작업자를 로봇과의 충돌 위험으로부터 더욱 안전하게 보호할 수 있다.As described above, as the
한편, 이러한 물성치 오차 이외에도 충돌 감지부(30)에서는 센서의 노이즈에 의한 오차 또한 발생할 수 있으므로, 이와 같은 센서 및 제어부의 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위해 토크 필터(310)를 전술한 바와 같이 저역 통과 필터로 적용할 수 있다.On the other hand, in addition to such physical property error, the
좀 더 자세히 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 일반적으로 센서 및 제어부에 의한 노이즈는 고주파수 영역(Q2)에 해당하는 반면, 로봇의 운동과 물성치 오차로 인해 발생하는 충돌 외력의 오차는 저주파수 영역(Q1)에 해당하며, 충돌은 전체 주파수 성분을 포함하고 있다. 따라서, 토크 필터(310)로서 저역 통과 필터를 사용하면, 고주파수 영역에 해당하는 센서 및 제어부의 노이즈가 제거되고, 고역 통과 필터를 사용하면, 로봇의 운동과 물성치 오차로 인한 충돌 외력의 오차가 제거된다. 또한, 대역 통과 필터를 사용하게 되면, 고주파수 영역(Q2)과 저주파수 영역(Q1)을 제외한 중간 영역(Q3)만 통과하게 되므로, 물성치 오차로 인한 충돌 외력의 오차 및 센서의 노이즈가 제거되고, 충돌로 인한 외력만 감지할 수 있다.In more detail, as shown in FIG. 4, in general, the noise generated by the sensor and the controller corresponds to the high frequency region Q2, while the error of the collision external force generated by the motion of the robot and the error of the physical properties is the low frequency region Q1. The collision includes the entire frequency component. Therefore, when the low pass filter is used as the
이러한 특성에 따라 사용자는 필요에 따라 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 고역 통과 필터 중 어느 하나를 토크 필터(310)로 선택 적용할 수 있으며, 대역 통과 필터를 사용하는 경우 노이즈 감소 뿐만 아니라 물성치 오차로 인한 충돌 외력 오차를 방지할 수 있어 더욱 유리할 수 있다.
According to this characteristic, the user can selectively apply any one of the low pass filter, the band pass filter, and the high pass filter as the
본 발명은 이러한 머니퓰레어터 제어 장치를 통해 머니퓰레이터의 동작 상태를 제어하는 머니퓰레이터 제어 방법을 제공하는데, 도 5 및 도 6에는 이러한 제어 방법의 동작 흐름이 단계적으로 도시된다.The present invention provides a manipulator control method for controlling the operation state of the manipulator through such a manipulator control device, the operation flow of such a control method is shown step by step.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 방법의 동작 흐름을 단계적으로 도시한 동작 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터의 제어 및 동작 흐름을 단계적으로 도시한 동작 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation flow of a manipulator control method according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart illustrating a control and operation flow of a manipulator according to an embodiment of the present invention. to be.
본 발명의 일 실시예에 따른 머니퓰레이터 제어 방법은 전술한 충돌 감지부(30)와 동작 제어부(50)의 작동 원리에 따라 수행되고, 아울러, 모델 식별부(40)를 추가한 형태로 수행되므로, 여기에서는 이를 통한 동작 흐름을 간략하게 살펴본다.Manipulator control method according to an embodiment of the present invention is performed according to the operation principle of the above-described
머니퓰레이터 제어 방법은 도 5에 도시된 바와 같이 머니퓰레이터에 대한 충돌 상태를 감지하는 충돌 감지 단계(S1)와, 충돌 감지 단계(S1)에서 감지된 신호에 따라 머니퓰레이터의 동작 상태를 제어하는 동작 제어 단계(S2)를 포함하여 구성되는데, 이때, 충돌 감지 단계(S1)는 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터링 단계(S1-1)와, 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산 단계(S1-2)와, 토크 필터링 단계(S1-1)와 예측 연산 단계(S1-2)를 통해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 외력 산출 단계(S1-3)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5, the manipulator control method includes a collision detection step S1 of detecting a collision state with respect to the manipulator, and an operation control step of controlling an operation state of the manipulator according to a signal detected in the collision detection step S1 ( S2), wherein the collision detection step (S1) is a torque filtering step (S1-1) for generating a filtering torque value by filtering the joint torque value measured from the torque sensor or the drive motor of the manipulator, Prediction calculation step (S1-2) for predicting and calculating the filtering torque value through the properties, position, and velocity information of the manipulator, and filtering calculated through the torque filtering step (S1-1) and the prediction calculation step (S1-2), respectively. The external force calculation step (S1-3) which compares a torque value and calculates a collision external force is comprised.
이때, 머니퓰레이터(10)가 파지한 작업물에 따라 머니퓰레이터(10)의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별 단계(S3)가 더 추가될 수 있다. 이와 같이 모델 식별 단계(S3)가 추가되면, 전술한 예측 연산 단계(S1-2)는 모델 식별 단계(S3)를 통해 수정 연산된 물성치 정보를 인가받아 필터링 토크값을 예측 연산하도록 구성된다.In this case, a model identification step S3 of correcting and calculating the physical property information of the
이상에서 설명한 각 단계에 대한 상세한 내용은 전술한 머니퓰레이터 충돌 감지 장치 또는 머니퓰레이터 제어 장치에서 설명한 내용한 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.Details of each step described above are the same as those described in the manipulator collision detection device or the manipulator control device, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted.
이와 같은 제어 방법에 따라 머니퓰레이터(10)는 도 6에 도시된 바와 같은 작동 흐름을 갖는다. 즉, 모델 식별부에서 모델 식별 과정을 거치게 되고(S10), 모델 실별 과정이 완료되었는지 판단한 후(S11), 완료되었으면 머니퓰레이터는 정상 동작한다(S12). 이러한 정상 동작 과정에서 충돌 감지부에 의해 충돌이 발생하는지 감시하고(S13), 충돌이 감지되면 충돌 외력에 대응하여 동작 제어부를 통해 머니퓰레이터의 동작 상태가 변경 제어된다(S14). 한편, 충돌이 발생하지 않은 경우에는, 머니퓰레이터(10)가 작업물을 파지하였는지 여부를 판단하고(S15), 작업물을 파지한 경우에는 다시 이에 대한 모델 식별 과정(S10)을 거치는 방식으로 순환된다.
According to such a control method, the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.
10: 머니퓰레이터 20: 장애물
30: 충돌 감지부 40: 모델 식별부
50: 동작 제어부10: Manipulator 20: Obstacle
30: collision detection unit 40: model identification unit
50: operation control unit
Claims (6)
상기 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터;
상기 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산부; 및
상기 토크 필터와 예측 연산부에 의해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 산출 연산부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 충돌 감지 장치.
In the manipulator collision detection device for detecting a collision state to the manipulator,
A torque filter which filters the joint torque values measured from the torque sensor or the drive motor of the manipulator to generate a filtering torque value;
A prediction calculator configured to predict and calculate the filtering torque value based on the physical property value, the position, and the speed information of the manipulator; And
Computation calculation unit for calculating the collision external force by comparing the filtering torque values respectively calculated by the torque filter and the prediction operation unit
Manipulator collision detection apparatus comprising a.
상기 충돌 감지부의 신호에 따라 상기 머니퓰레이터의 동작 상태를 제어하는 동작 제어부
를 포함하고, 상기 충돌 감지부는
상기 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터;
상기 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산부; 및
상기 토크 필터와 예측 연산부에 의해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 산출 연산부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 장치.
A collision detector for detecting a collision state with respect to the manipulator; And
An operation controller for controlling an operation state of the manipulator according to a signal of the collision detection unit;
Includes, the collision detection unit
A torque filter which filters the joint torque values measured from the torque sensor or the drive motor of the manipulator to generate a filtering torque value;
A prediction calculator configured to predict and calculate the filtering torque value based on the physical property value, the position, and the speed information of the manipulator; And
Computation calculation unit for calculating the collision external force by comparing the filtering torque values respectively calculated by the torque filter and the prediction operation unit
Manipulator control device comprising a.
상기 머니퓰레이터가 파지한 작업물에 따라 상기 머니퓰레이터의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별부를 더 포함하고,
상기 충돌 감지부의 예측 연산부는 상기 모델 식별부에 의한 물성치 정보를 인가받아 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising a model identification unit for modifying the physical properties of the manipulator according to the workpiece held by the manipulator,
The predictive calculating unit of the collision detecting unit receives the property information received by the model identifying unit and predicts the filtering torque value.
상기 토크 필터는 사용자의 필요에 따라 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 고역 통과 필터 중 어느 하나가 선택 적용되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 장치.
3. The method of claim 2,
The torque filter is a manipulator control device, characterized in that any one of a low pass filter, a band pass filter and a high pass filter is applied according to the user's needs.
상기 충돌 감지 단계에서 감지된 신호에 따라 상기 머니퓰레이터의 동작 상태를 제어하는 동작 제어 단계
를 포함하고, 상기 충돌 감지 단계는
상기 머니퓰레이터의 토크 센서 또는 구동 모터로부터 측정된 관절 토크값을 필터링 처리하여 필터링 토크값을 생성하는 토크 필터링 단계;
상기 머니퓰레이터의 물성치, 위치 및 속도 정보를 통해 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 예측 연산 단계; 및
상기 토크 필터링 단계와 예측 연산 단계를 통해 각각 산출된 필터링 토크값을 비교하여 충돌 외력을 산출하는 외력 산출 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 방법.
A collision detection step of detecting a collision state for the manipulator; And
An operation control step of controlling an operation state of the manipulator according to the signal detected in the collision detection step
Including the collision detection step,
A torque filtering step of filtering the joint torque values measured from the torque sensor or the driving motor of the manipulator to generate a filtering torque value;
A prediction calculation step of predicting and calculating the filtering torque value through the property value, position, and velocity information of the manipulator; And
An external force calculation step of calculating a collision external force by comparing the filtering torque values calculated through the torque filtering step and the prediction calculation step, respectively.
Manipulator control method comprising a.
상기 머니퓰레이터가 파지한 작업물에 따라 상기 머니퓰레이터의 물성치 정보를 수정 연산하는 모델 식별 단계를 더 포함하고,
상기 예측 연산 단계는 상기 모델 식별 단계를 통해 수정 연산된 물성치 정보를 인가받아 상기 필터링 토크값을 예측 연산하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터 제어 방법.The method of claim 5, wherein
And a model identification step of modifying and calculating property information of the manipulator according to the workpiece held by the manipulator.
The predictive operation step of the manipulator control method characterized in that for predicting the filtering torque value by receiving the modified physical property information through the model identification step.
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