KR101347618B1 - 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇의 작동상태에 따라 검출수단을 선택하여 적용시킴에 따라 로봇의 충돌에 보다 예민하게 반응하고, 즉각적으로 대처할 수 있는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법에 관한 것으로, 로봇의 이동 여부를 판단하는 판단단계와, 상기 로봇의 이동 여부에 따라 검출 수단을 선택하여 작동시키는 작동단계와, 상기 작동된 검출수단을 통해 장애물을 검출하는 검출단계와, 상기 검출 결과에 따라 조치를 취하는 대처단계를 포함한다.

Description

이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법{Method of avoiding the collision of dual-arm robot with mobile platform}

본 발명은 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇의 작동상태에 따라 검출수단을 선택하여 적용시킴에 따라 로봇의 충돌에 보다 예민하게 반응하고, 즉각적으로 대처할 수 있는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇(Robot)이라 함은 인간의 손발과 같이 움직일 수 있는 기계라고 간단히 정의할 수 있다. 뿐만 아니라, 로봇이란 인간에 의해 프로그래밍된 이후에는 자동적으로 스스로 작동하는 것이 가능한 기계라고 정의하는 것도 가능하다.

로봇은 산업 분야에서 인간을 대신하여 작업을 수행하는 산업용 로봇, 수술에 사용되는 의료용 로봇뿐만 아니라 가사를 돕기 위한 가정용 로봇, 어린이를 위한 완구용 로봇 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 또한, 자동차와 항공기 등 운송 수단 등의 경우에도 컴퓨터 프로그램에 의해 자동적으로 조정된다면 일종의 로봇이라고 할 수 있다.

그런데, 다수의 팔을 갖는 산업용 로봇과 같이 다수의 작동부를 구비한 로봇 시스템에서는 하나의 작동부가 다른 작동부와 충돌할 위험성이 존재한다. 또한 다수의 개별적인 로봇들이 경로를 따라 이동하는 경우에는 각 로봇이 다른 로봇과 충돌할 위험성이 존재한다.

최근의 산업 현장에는 단위 면적당 생산성을 향상시키기 위하여 둘 이상의 로봇을 일괄 생산 라인의 동일한 작업 공간에 배치하여 작업을 시키고 있다. 이 경우에 비록 각각의 로봇이 독립적이고 비동기적으로 작업하도록 제어되더라도 로봇의 충돌을 방지하는 시스템을 확립하는 것이 필요하다.

상기의 필요에 의해 인접한 산업용 로봇간의 충돌 회피 제어 방법이 미국 특허 번호 5,227,707호에 개시되어 있다.

종래 복수의 인접한 산업용 로봇간의 충돌 회피 제어 방법은 단일의 제어기가 주체가 되어 수행하는데, 먼저 제 1 로봇의 다음 목표 위치를 읽어 들인 다음, 읽어 들인 제 1 로봇의 다음 목표 위치에 간섭 구간이 존재하는지 여부를 판단한다. 상기 판단 결과, 제 1 로봇의 다음 작업 위치에 간섭 구간이 존재하지 않는 경우에는 제 1 로봇을 목표 위치로 이동시키게 된다. 한편, 목표 위치에 간섭 구간이 존재하는 경우에는 제 1 로봇을 정지시키고, 목표 위치에 다른 로봇이 작업 중인지 여부를 확인 한 다음 목표 위치가 비었다고 확인되면 제 1 로봇을 이동시키게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 방법은 장애물과의 충돌 감지를 위해서 주변 환경에 대한 정보를 사전에 파악한 다음 이에 맞게 로봇의 위치 또는 자세를 바꾸어야 하고, 복잡한 연산을 수행함에 따라 로봇의 이동 속도가 저하될 수 밖에 없는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 로봇의 작동상태에 따라 로봇 주변의 장애물을 정확하게 감지하고 장애물과 접촉 후, 로봇의 동작을 세분화하여 즉각적으로 대처함에 따라 로봇 동작의 안전성을 높일 수 있으며, 복수의 로봇이 같은 셀 내에서 작업 할 경우 로봇끼리의 충돌을 보다 효율적으로 예방할 수 있도록 하는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법은 로봇 제어부에 의해 제어되는 이동 로봇의 동작 시 충돌을 방지하기 위한 것으로, 로봇의 이동 여부를 판단하는 판단단계와, 상기 로봇의 이동 여부에 따라 검출 수단을 선택하여 작동시키는 작동단계와, 상기 작동된 검출수단을 통해 장애물을 검출하는 검출단계와, 상기 검출 결과에 따라 조치를 취하는 대처단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 판단단계에서, 상기 로봇이 이동 중이면, 상기 작동단계는 상기 검출수단으로 스캐너를 작동시켜 시각적으로 장애물을 검출한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 검출단계에서, 상기 스캐너에 장애물이 검출되면, 상기 장애물이 로봇의 핸드에 파지된 워크피스인지 여부를 확인하는 비교단계를 거친 다음 대처단계로 넘어간다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 대처단계는, 상기 장애물이 위크피스가 아니면, 로봇의 이동 경로를 변경한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 판단단계에서, 상기 로봇이 정지 중이면, 상기 작동단계는 상기 검출수단으로 토크센서를 작동시킨다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 대처단계는, 상기 토크센서에 장애물이 감지되면, 로봇 암의 이동 경로를 변경한다.

상기한 바와 같은 본 발명 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법에 따르면, 로봇의 작동상태에 따라 주변의 장애물을 정확하게 감지하고 장애물과 접촉 후, 로봇의 동작을 세분화 하여 즉각적으로 대처함에 따라 로봇의 안전성을 높일 수 있으며, 복수의 로봇이 같은 셀 내에서 작업 할 경우 로봇끼리의 충돌을 보다 효율적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는 본 발명 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법을 구현하기 위한 이동 로봇의 충돌 회피장치의 구성도,
도 3 내지 도 4는 본 발명 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법을 이용한 작업과정을 보인 개념도 이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 암의 자세 제어방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명 로봇 암의 자세 제어방법을 구현하기 위한 로봇 암의 자세 제어장치의 구성도이며, 도 3내지 도 4는 본 발명 로봇 암의 자세 제어방법을 이용한 작업과정을 보인 개념도 이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법은 로봇 제어부(100)에 의해 제어되는 이동 로봇(10)의 동작 시 충돌을 방지하기 위한 회피방법에 관한 것이다

본 발명은 로봇(10)의 이동 여부를 판단하는 판단단계(S110)와, 상기 로봇의 이동 여부에 따라 검출 수단(20)을 선택하여 작동시키는 작동단계(S120)와, 상기 작동된 검출수단(20)을 통해 장애물(1)을 검출하는 검출단계(S130)와, 상기 검출 결과에 따라 조치를 취하는 대처단계(S150)를 포함한다.

먼저, S110 단계는 로봇(10)의 이동 여부를 판단하는 단계로서, 이 단계에서 판단된 로봇(10)의 이동모드 또는 정지모드에 따라 장애물 검출을 위한 검출수단(20)이 달라질 수 있다. 이는 로봇(10)이 이동하는 이동모드에서는 로봇(10)이 주변의 장애물(1)을 감지할 수 있도록 하기 위함이고, 로봇(10)이 정지한 상태로 로봇 암(12)만 움직이는 정지모드에서는 로봇 암(12)과 접촉하는 장애물(1)을 감지할 수 있도록 하기 위함이다.

S120 단계는 상기 로봇(10)의 이동 여부에 따라 검출 수단(20)을 선택하여 작동시키는 단계이다. 상기 로봇(10)이 이동 중일 경우, 이동 중인 로봇(10) 주변의 장애물(1)을 감지하도록 한다. 한편, 로봇(10)이 정지될 경우 로봇(10)이 정지된 상태에서 로봇암(12)을 이용해서 작업 중일 가능성이 크기 때문에 로봇암(12)과 접촉하거나, 접촉 가능성이 있는 장애물(1)을 감지하도록 한다. 상기 검출수단(20)은 각종 센서들로 구비될 수 있으며, 로봇(10) 주변의 장애물(1)을 검출 및 인지할 수 있는 범위에서 다양한 실시 예가 발생할 수 있다.

S130 단계는 상기 S120 단계에서 작동된 검출수단(20)을 통해 장애물(1)을 검출하는 단계이다. 상기 검출수단(20)의 종류에 따라 장애물(1)의 검출 방법은 S120 단계에서 선택된 검출수단(20)에 의해 다양한 실시 예가 발생할 수 있다. 상기 S130 단계는 S120 단계에서 작동된 검출수단(20)을 통해 로봇(10)의 작동이 멈출 때까지 지속적으로 로봇(10)의 주변을 감시하여 로봇(10) 주변의 장애물(1)을 검출할 수 있다.

S150 단계는 상기 검출 결과에 따라 로봇(10)에 조치를 취하는 단계이다. 만약, 상기 S130 단계에서 검출수단(20)에 장애물(1)이 감지되면, 장애물(1)이 감지되지 않을 때까지 로봇(10)의 이동 또는 로봇 암(12)의 동작을 정지하거나, 로봇(10)의 이동 경로 또는 로봇 암(12)의 동선을 변경할 수 있다. 한편, 상기 S130 단계에서 검출수단(20)에 장애물(1)이 감지되지 않으면, 로봇(10)의 이동 또는 로봇 암(12)의 동작을 유지한다.

상기와 같은 이동 로봇(10)의 충돌 회피방법을 구현하기 위해서 상기 로봇 제어부(100)는 로봇(10)의 이동 또는 정지 상태를 판단하는 판단부(110)와, 로봇(10) 주변의 물체를 검출하는 검출수단(20)과, 상기 로봇(10)의 이동 여부에 따라 검출수단(20)을 선택하여 작동시키는 선택부(120)와, 상기 검출수단(20)이 검출한 물체가 장애물(1)에 해당되는지 여부를 판단하는 판정부(130) 및 상기 판정 결과에 따라 대처방법을 명령하는 지시부(140)와 회로적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 판단단계(S110)에서, 상기 로봇(10)이 이동 중이면, 상기 작동단계(S120)는 상기 검출수단(20)으로 스캐너(21)를 작동시켜 시각적으로 장애물(1)을 검출한다. 상기 검출수단(20)이 스캐너(21)로 구비될 경우, 상기 스캐너(21)는 로봇(10)의 전방에 장애물(1)이 있는지 여부를 검출하도록 로봇(10)의 전면부위에 형성될 수 있고, 상기 스캐너(21)는 로봇(10)의 양쪽 측방까지 모니터링하여 장애물(1)이 있는지 여부를 검출할 수 있다. 상기 스캐너(21)가 장애물(1)을 검출하는 방법은 스캐너(21)에서 출력되었다가 장애물(1)에서 반사된 신호를 이용하여 장애물(1)의 위치정보를 검출하는 것이다. 아울러 검출수단(20)은 상기한 스캐너(21)와 같은 거리센서 외에 RF(Radio Frequency)센서로 구비될 수 있으며, RF센서를 이용하여 장애물(1)에 부착된 RF 태그의 정보를 판독함으로써 장애물(1)의 위치를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 검출단계(S130)에서, 상기 스캐너(21)에 장애물(1)이 검출되면, 상기 장애물(1)이 로봇 핸드(11)에 파지된 워크피스(2)인지 여부를 확인하는 비교단계(S140)를 거친 다음 대처단계(S150)로 넘어간다. 만약 상기 감지된 장애물(1)이 로봇 핸드(11)에 파지된 워크피스(2)일 경우, 상기 로봇(10)은 장애물(1)이 없다고 판단하고, 기 설정된 이동 경로의 변경 없이 계속해서 이동 경로대로 움직인다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 대처단계(S150)는, 상기 장애물(1)이 위크피스(2)가 아니면, 로봇(10)의 이동 경로를 변경한다. 이때, 상기 로봇(10)은 이동 경로를 변경하지 않고, 정지했다가 장애물(1)이 제거되어 검출되지 않으면, 기설정된 이동경로를 따라 움직일 수 있다. 상기의 경우, 로봇 제어부(100)는 감지된 장애물(1)을 회피하여 새로운 경로를 생성하는 경로 생성부(150)와 회로적으로 연결될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따라 로봇의 충돌회피 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 로봇(10)의 이동 여부를 판단하여, 로봇(10)이 이동중이라고 판단되면, 검출수단(20)으로서 스캐너(21)를 작동시킨다. 상기 스캐너(21)는 로봇(10) 주변을 관찰하면서 장애물(1)이 있는지 여부를 검출한다. 이때, 스캐너(21)에 장애물(1)이 검출되지 않으면, 로봇(10)은 기설정된 경로를 따라 목적지까지 이동하게 된다. 그러나, 스캐너(21)에 장애물(1)이 검출되면, 상기 장애물(1)이 로봇 핸드(11)에 파지된 워크피스(2)인지 비교한다. 만약 감지된 장애물(1)이 워크피스(2)이면 장애물을 무시하고, 기설정된 경로를 따라 목적지까지 이동하고, 감지된 장애물(1)이 워크피스(2)가 아니면 장애물(1)이 없어질 때까지 대기하거나, 장애물(1)을 피하기 위해 이동경로를 변경하여 이동한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 판단단계(S110)에서, 상기 로봇(10)이 정지 중이면, 상기 작동단계(S120)는 상기 검출수단(20)으로 토크센서(22)를 작동시킨다. 상기 로봇(10)이 정지 중일 경우 로봇(10)이 한 위치에 고정된 상태에서 로봇암(12)으로 포장, 조립 등의 작업을 진행중임을 판단하고, 로봇암(12)에 장애물(1)이 접촉되는지 여부를 검출한다. 상기 검출수단(20)이 토크센서(22)로 구비될 경우, 상기 토크센서(22)는 로봇암(12)의 작업 시, 로봇암(12)에 장애물(1)이 접촉하는지 여부를 검출하도록 로봇암(12) 또는 로봇핸드(11)에 장착될 수 있다. 상기 토크센서(22)는 6축 힘-토크센서로 구비될 수 있다.

일반적으로, 로봇을 이용한 자동화 설비를 운용하기 위해서는 로봇의 위치는 물론, 로봇 암(12)에 작용하는 외력을 검출하기 위해 힘-토크 센서가 핵심부품으로 장착된다. 특히, 복잡하고 섬세한 작업을 자동화하기 위해서는 위치제어와 함께 힘 제어를 동시에 수행할 수 있어야 한다. 이러한 힘과 토크는 3차원 공간에서 임의의 방향으로 작용하기 때문에 일자유도의 힘센서와 토크센서를 사용하면, 여러 개의 센서를 동시에 사용하여야 하나 이는 공간상의 제약 등으로 인하여 바람직하지 못하므로, 세 방향의 힘과 세 방향의 토크를 동시에 측정할 수 있는 6축힘-토크센서를 장착하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 대처단계(S150)는, 상기 토크센서(22)에 장애물(1)이 감지되면, 로봇 암(12)의 이동 경로를 변경한다. 이때, 상기 로봇(10)은 이동 경로를 변경하지 않고, 정지했다가 장애물(1)이 제거되어 검출되지 않으면, 기설정된 이동경로로 움직일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따라 로봇의 충돌회피 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 로봇(10)의 이동 여부를 판단하여, 로봇(10)이 정지된 상태라고 판단되면, 검출수단(20)으로서 토크센서(22)를 작동시킨다. 상기 토크센서(22)는 로봇암(12)에 장착되어 로봇암(12)이 장애물(1)과 부딪히는지 여부를 검출한다. 이때, 토크센서(22)에 장애물(1)과의 충돌이 검출되지 않으면, 로봇(10)은 계속해서 로봇암(12)을 움직여 작업을 진행한다. 그러나, 토크센서(22)에 장애물(1)과의 충돌이 검출되면, 장애물(1)이 없어질 때까지 대기하거나, 장애물(1)을 피하기 위해 로봇암(12)의 작업동선을 변경하여 작업한다.

상기와 같은 본 발명 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법에 따르면, 동작모드에 따라 주변의 장애물을 정확하게 감지하고 장애물과 접촉 후, 로봇의 동작을 세분화 하여 대처함에 따라 안전성을 높일 수 있으며, 복수의 로봇이 같은 셀 내에서 작업 할 경우 로봇끼리의 충돌을 예방할 수 있는 장점이 있다.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.

1 : 장애물
2 : 워크피스
10 : 로봇
11 : 로봇핸드
12 : 로봇암
20 : 검출수단
21 : 스캐너
22 : 토크센서
110 : 판단부
120 : 선택부
130 : 판정부
140 : 지시부
150 : 경로 생성부

Claims (6)

1. 로봇 제어부에 의해 제어되는 이동 로봇의 동작 시 충돌을 방지하기 위한 회피방법으로서,
   로봇의 이동 여부를 판단하는 판단단계;
   상기 로봇의 이동 여부에 따라 검출 수단을 선택하여 작동시키는 작동단계;
   상기 작동된 검출수단을 통해 장애물을 검출하는 검출단계;
   상기 검출 결과에 따라 조치를 취하는 대처단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 판단단계에서, 상기 로봇이 이동 중이면, 상기 작동단계는 상기 검출수단으로 스캐너를 작동시켜 시각적으로 장애물을 검출하는 것을 특징으로 하는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 검출단계에서, 상기 스캐너에 장애물이 검출되면, 상기 장애물이 로봇의 핸드에 파지된 워크피스인지 여부를 확인하는 비교단계를 거친 다음 대처단계로 넘어가는 것을 특징으로 하는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 대처단계는, 상기 장애물이 위크피스가 아니면, 로봇의 이동 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 판단단계에서, 상기 로봇이 정지 중이면, 상기 작동단계는 상기 검출수단으로 토크센서를 작동시키는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 대처단계는, 상기 토크센서에 장애물이 감지되면, 로봇 암의 이동 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 이동형 양팔 로봇의 충돌 회피방법.

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