KR101360450B1

KR101360450B1 - Grippper of robot and method for controlling the same

Info

Publication number: KR101360450B1
Application number: KR1020120154475A
Authority: KR
Inventors: 이석원; 양우성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-02-12

Abstract

The present invention introduces a robot gripper and a control method thereof. The robot gripper comprises: upper and lower contact parts arranged on the end of both robot arms, coming in contact with the top and bottom surfaces of a weight in gripping, and formed as a spherical shape with the constant radius; sensor parts arranged in the upper and lower contact parts to measure vertical or horizontal pressing force applied to the upper or lower contact part in gripping; and a control part for obtaining the barycentric coordinates of the weight using the vertical and horizontal distance between the end of the both arms when the weight is gripped, the vertical and horizontal pressing force components measured by the sensor parts, and the height of the weight. [Reference numerals] (700) Control part

Description

Technical Field [0001] The present invention relates to a robot gripper,

본 발명은 무게중심을 알 수 없는 미지의 물체를 조작하는 경우에 대하여, 무게중심을 알아내고, 이동시 모멘트의 불균형에 의한 불안정성을 조정할 수 있는 로봇그리퍼 및 그 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a robot gripper that can determine the center of gravity and adjust the instability due to the imbalance of the moment during movement, when operating an unknown object whose weight center is unknown.

본 발명은 무게중심을 알 수 없는 미지의 물체를 조작하는 경우에 대하여, 그리퍼에 부착되어있는 2축 센서를 통해 각 팔의 무게중심으로부터의 접촉접까지의 거리를 계산하고, 이를 통해 새로운 접촉접을 선택하여 재조작하며 수직분력과 수평분력을 계산함으로써 안정성을 판별할 수 있는 로봇그리퍼 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention calculates the distance from the center of gravity of each arm to the contact of the arm through the two-axis sensor attached to the gripper, when a unknown object whose center of gravity is not known is calculated, And a robot gripper which can determine stability by calculating a vertical force and a horizontal force, and a control method thereof.

양팔 로봇의 경우 중량물을 파지하여 들어올림에 있어 중량물이 무겁거나 길이가 길수록 그 무게중심이 양팔의 중심에 위치되도록 하여 파지함으로써 안정성을 가지고 중량물을 파지하는 것이 매우 어렵다.In the case of a two-arm robot, it is very difficult to grasp a heavy object with stability by gripping a heavy object so that the center of gravity is positioned at the center of both arms when the heavy object is heavy or long in lifting.

이는 실제 산업현장에 로봇이 적용될 경우 중량물을 파지하더라도 중량물이 미끄러지며 떨어져 안전사고가 발생할 수 있는 것인바, 이러한 사고를 미연에 방지하고자 파지시 센서를 통해 파지의 안정성을 판별할 수 있는 방법이 필요하였던 것이다.
This means that even if a robot is applied to a real industrial site, even if a heavy object is gripped, a heavy object slips off and a safety accident may occur. To prevent such an accident, a method for determining the stability of gripping is required .

종래의 KR10-2012-0069923 A "보행 로봇 및 그 자세 제어 방법"은 "토크 서보로각 관절이동작하는 보행로봇의 안정적인 자세 제어를 위한 보행 로봇 및 그 자세 제어 방법을 제안한다. 로봇의 무게중심을 이용하여 가상 중력 가속도를 계산하고, 계산된 가상 중력 가속도로부터 링크에 힘을 인가하기 위한 중력 보상 토크를 계산하여 외부에서 작용하는 어떠한 힘이나 지면의 경사도 등을 포함한 외부의 변화에도 직립 자세와 목표한상체 각도를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 로봇이 지면의 경사 방향과 경사도에대해 정보가 주어지지 않은 상황에서도 중력 방향에 대해 직립 자세를 유지할 수 있고, 서 있는 면이 서서히 기울어 질 경우에도 그에 맞추어 발목 관절 각도가 바뀌면서 상체와 다리는 변함없는 자세를 유지할 수 있다."를 제시한다. Conventional KR 10-2012-0069923 A "Walking robot and its attitude control method" proposes a walking robot and its attitude control method for stable attitude control of a walking robot in which each joint is operated by a torque servo. And calculates the gravity compensation torque for applying the force to the link from the calculated virtual gravitational acceleration to calculate the gravity compensation torque to calculate the gravity compensation torque for the upright posture and the target In addition, even when the robot is not given information about the inclination direction and the inclination of the ground, the robot can maintain the standing posture with respect to the gravity direction, and even when the standing surface is gradually inclined As the angle of the ankle joint changes, the upper body and legs can maintain their unchanged postures. "

그러나 이러한 방법에 의하더라도 미지의 중량물의 파지 안정성을 평가할 수는 없었는바, 이러한 기술이 산업현장의 로봇에서 반드시 필요하였던 것이다.However, even with this method, it was not possible to evaluate the grasping stability of the unknown heavy material, which is necessary for industrial robots.

또한, 중량물의 운반 도중 외력이나 환경에 의해 중량물에 특정 방향으로 모멘트가 작용할 경우 안정적인 파지나 자세유지를 제어할 수 없는 문제가 있었던 것이다.
In addition, when the moment acts in a specific direction on the weight by the external force or the environment during the transport of the heavy load there was a problem that can not control the stable grip or attitude maintenance.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

KRKR 10-2012-006992310-2012-0069923 AA

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 무게중심을 알 수 없는 미지의 물체를 조작하는 경우에 대하여, 무게중심을 알아내고, 이동시 모멘트의 불균형에 의한 불안정성을 조정할 수 있는 로봇그리퍼 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve this problem, the robot gripper that can determine the center of gravity, and adjust the instability due to the imbalance of the moment during movement for the case of manipulating unknown objects of unknown center of gravity The purpose is to provide a control method.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇그리퍼는, 로봇 양팔의 단부에 각각 마련되고 파지시 중량물의 상면과 하면에 각각 접촉되며 일정 반지름을 갖는 구면으로 형성된 상부접촉부 및 하부접촉부; 상기 상부접촉부와 하부접촉부 각각에 마련되어 중량물의 파지시 상부접촉부 또는 하부접촉부로 가해지는 수직방향 또는 수평방향의 가압력을 측정하는 센서부; 및 중량물의 파지시 양팔 단부의 수직방향 및 수평방향 이격거리와 각각의 센서부에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들과 중량물의 높이를 이용하여 중량물의 무게중심 좌표를 구하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a robot gripper comprising: an upper contact portion and a lower contact portion, each of which is provided at an end portion of both arms of a robot and is in contact with an upper surface and a lower surface of a weight during gripping, A sensor unit provided on each of the upper contact unit and the lower contact unit to measure a pressing force in a vertical direction or a horizontal direction applied to the upper contact unit or the lower contact unit when the heavy object is gripped; And a control unit that obtains the center of gravity coordinates of the heavy object by using the vertical and horizontal separation distances of the arms at the ends of the arm and the pressing force components in the vertical and horizontal directions measured at each sensor unit and the height of the heavy object. do.

본 발명의 로봇그리퍼를 제어하는 방법은, 중량물을 파지하는 파지단계; 양팔 단부의 수직방향 및 수평방향 이격거리로부터 중량물의 기울어짐각을 측정하는 측정단계; 및 상기 중량물의 기울어짐각과 각각의 센서부에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들과 중량물의 높이를 이용하여 중량물의 무게중심 좌표를 산출하는 산출단계;를 포함한다.Method for controlling the robot gripper of the present invention, a gripping step of holding a heavy object; Measuring a tilt angle of the heavy object from the vertical and horizontal separation distances of both arm ends; And calculating a weight center coordinate of the weight using the inclination angle of the weight and the pressing force components in the vertical and horizontal directions and the height of the weight measured by the respective sensor units.

상기 산출단계는, 중량물의 무게중심이 양팔 단부의 중앙에 위치되도록 중량물의 파지를 보정하는 보정단계;를 더 포함할 수 있다.The calculating step may further include a correction step of correcting the gripping of the heavy weight so that the center of gravity of the heavy weight is located at the center of both arm ends.

상기 산출단계는, 각각의 센서부에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들의 중량물 무게중심에 대한 모멘트의 합이 0인지 판단하는 체크단계;를 더 포함할 수 있다.The calculating step may further include a checking step of determining whether a sum of moments with respect to a weight center of gravity of the pressing force components in the vertical and horizontal directions measured by each sensor unit is zero.

상기 체크단계는, 모멘트의 합이 0이 아닌 경우 중량물의 기울어짐각을 조정하여 모멘트의 합이 0이 될 수 있도록 로봇의 양팔을 제어하는 제어단계;를 더 포함할 수 있다.
The checking step may further include a control step of controlling both arms of the robot so that the sum of moments may be zero by adjusting the inclination angle of the weight when the sum of moments is not zero.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 로봇그리퍼 및 그 제어방법에 따르면, 미지 물체의 하중을 계산하는 것이 가능하고, 접촉점에서의 무게중심까지의 거리를 계산할 수 있다.According to the robot gripper and the control method thereof constructed as described above, the load of the unknown object can be calculated, and the distance to the center of gravity at the contact point can be calculated.

이를 통해 무게중심을 양팔의 중앙에 위치하도록 하는 재조작을 통해 물체 조작성을 확보할 수 있고, 접촉점에서의 수직/수평 반력 계산을 통해 파지 안정성 판별이 가능해진다.This ensures object maneuverability through the re-operation of placing the center of gravity at the center of both arms, and makes it possible to determine the grip stability by calculating the vertical / horizontal reaction force at the contact point.

또한, 안정적인 파지 후에도 외력이나 환경에 의한 모멘트 불균형시 이를 제어함으로써 안정성을 회복할 수 있는 효과가 있다.
In addition, even after a stable gripping there is an effect to restore the stability by controlling this when the moment imbalance due to external force or environment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼의 구성도.
도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼 제어방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼 제어방법의 순서도.1 is a block diagram of a robot gripper according to an embodiment of the present invention;
2 to 3 are diagrams for explaining a robot gripper control method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method of controlling a robot gripper according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 로봇그리퍼 및 그 제어방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a robot gripper according to a preferred embodiment of the present invention and a control method thereof will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼의 구성도이고, 도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼 제어방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼 제어방법의 순서도이다.FIG. 1 is a block diagram of a robot gripper according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 to 3 are views for explaining a robot gripper control method according to an embodiment of the present invention. A flowchart of a robot gripper control method according to an example.

본 발명의 로봇그리퍼는, 로봇 양팔의 단부(100',200')에 각각 마련되고 파지시 중량물(10)의 상면과 하면에 각각 접촉되며 일정 반지름을 갖는 구면으로 형성된 상부접촉부(300) 및 하부접촉부(400); 상기 상부접촉부(300)와 하부접촉부(400) 각각에 마련되어 중량물(10)의 파지시 상부접촉부(300) 또는 하부접촉부(400)로 가해지는 수직방향 또는 수평방향의 가압력을 측정하는 센서부(500); 및 중량물(10)의 파지시 양팔 단부(100',200')의 수직방향 및 수평방향 이격거리(dx,dy)와 각각의 센서부(500)에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들과 중량물의 높이를 이용하여 중량물(10)의 무게중심(C) 좌표를 구하는 제어부(700);를 포함한다.The robot gripper of the present invention includes an upper contact portion 300 and a lower contact portion 300 which are respectively provided at the end portions 100 'and 200' of the arms of the robot and are in contact with the upper and lower surfaces of the gripping weight 10, respectively, A contact portion 400; A sensor unit 500 provided on each of the upper contact unit 300 and the lower contact unit 400 for measuring a pressing force in a vertical direction or a horizontal direction applied to the upper contact unit 300 or the lower contact unit 400 when the heavy object 10 is gripped, ); And vertical and horizontal separation distances (dx, dy) of both arm ends 100 'and 200' of the arm 10 and the pressing force components in the vertical and horizontal directions measured by the respective sensor units 500. It includes; and the control unit 700 for obtaining the coordinates of the center of gravity (C) of the heavy material 10 using the height of the heavy material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼로서, 본 발명의 로봇그리퍼는 양팔로 중량물을 파지하여 양중하는 로봇에 적용될 수 있다. 또한, 착용식 로봇에도 적용이 가능하다.FIG. 1 is a robot gripper according to an embodiment of the present invention. The robot gripper of the present invention can be applied to a robot that grips and weights a heavy object with both arms. It is also applicable to wearable robots.

구체적으로, 로봇의 양팔(100,200)에는 그리퍼가 각각 단부(100',200')에 장착된다. 그리퍼는 중량물(10)의 상면과 하면을 동시에 상방과 하방에서 가압하여 파지하고 이를 양중하도록 한다. 다만, 그 과정에서 중량물(10)이 정중앙에 위치되지 않거나 기울어진 경우에는 양중 후 중량물이 슬라이딩되어 떨어지거나 혹은 외력에 의해 쉽게 이탈됨으로써 안전사고의 위험이 있는 것이다.Specifically, grippers are mounted on the ends 100 'and 200' of the robot arms 100 and 200, respectively. The gripper presses the upper surface and the lower surface of the heavy object 10 both upwardly and downwardly, and grasps and grips them. However, if the heavy object 10 is not positioned in the middle or is inclined in the process, the weight after the weight is slid and falls off easily, or is easily separated by an external force, thereby posing a risk of a safety accident.

따라서, 이를 사전에 안정성을 판별함으로써 안전하지 않은 것으로 판단된 경우에는 다시 파지를 할 수 있도록 안내하는 것이다. 더욱이, 부가적으로는 미지의 중량물의 중량과 무게중심 역시 판단할 수 있는 로직을 구현할 수 있다.Therefore, if it is judged that it is unsafe by judging the stability beforehand, it is guided to grasp again. In addition, it is possible to implement logic that can also determine the weight and center of gravity of the unknown weight.

이를 위한 본 발명의 로봇그리퍼는, 로봇 양팔의 단부(100',200')에 각각 마련되고 파지시 중량물(10)의 상면과 하면에 각각 접촉되며 일정 반지름을 갖는 구면으로 형성된 상부접촉부(300) 및 하부접촉부(400)를 구비한다.The robot gripper according to the present invention comprises an upper contact portion 300 formed on each of the end portions 100 'and 200' of the arms of the robot and each having a spherical surface contacting the upper and lower surfaces of the gripping weight 10, And a lower contact portion 400.

상부접촉부(300) 및 하부접촉부(400)는 각각 중량물의 상면과 하면에 접촉된다. 그리고 상기 상부접촉부(300)와 하부접촉부(400) 각각에 마련되어 중량물(10)의 파지시 상부접촉부(300) 또는 하부접촉부(400)로 가해지는 수직방향 또는 수평방향의 가압력을 측정하는 센서부(500)가 마련된다. 센서부는 기본적으로 중량물에 의해 각각의 상부접촉부(300) 또는 하부접촉부(400)로 가해지는 수직방향 또는 수평방향의 가압력을 측정한다. 이를 위해 수평센서(520)와 수직센서(540)로 구성된다.The upper contact portion 300 and the lower contact portion 400 are respectively in contact with the upper and lower surfaces of the heavy object. A sensor unit (not shown) is provided on each of the upper contact unit 300 and the lower contact unit 400 to measure a pressing force applied to the upper contact unit 300 or the lower contact unit 400 when the heavy object 10 is gripped. 500 are provided. The sensor unit basically measures the pressing force in the vertical direction or in the horizontal direction applied to each of the upper contact portion 300 or the lower contact portion 400 by the heavy object. For this, a horizontal sensor 520 and a vertical sensor 540 are used.

또한, 중량물(10)의 파지시 양팔 단부(100',200')의 수직방향 및 수평방향 이격거리(dx,dy)와 각각의 센서부(500)에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들과 중량물의 높이를 이용하여 중량물(10)의 무게중심(C) 좌표를 구하도록 한다.In addition, the vertical and horizontal separation distances (dx, dy) of both arms ends 100 'and 200' when the heavy object 10 is gripped, and the vertical and horizontal pressing force components measured by the respective sensor units 500. Using the height of the field and the weight to obtain the center of gravity (C) coordinates of the weight (10).

구체적으로, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼 제어방법의 순서도로서, 이러한 본 발명의 로봇그리퍼를 제어하는 방법을 살펴보면 아래와 같다.Specifically, Figure 4 is a flow chart of the robot gripper control method according to an embodiment of the present invention, looking at the method for controlling the robot gripper of the present invention as follows.

본 발명의 로봇그리퍼를 제어하는 방법은, 중량물을 파지하는 파지단계(S100); 양팔 단부의 수직방향 및 수평방향 이격거리로부터 중량물의 기울어짐각을 측정하는 측정단계(S200); 및 상기 중량물의 기울어짐각과 각각의 센서부에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들과 중량물의 높이를 이용하여 중량물의 무게중심 좌표를 산출하는 산출단계(S300);를 포함한다. 이러한 과정을 통하여 미지의 중량물에 대한 무게중심을 구하는 것이다.Method for controlling the robot gripper of the present invention, the gripping step of holding a heavy object (S100); Measuring a tilt angle of the heavy object from the vertical and horizontal separation distances of both ends of the arms; And a calculation step (S300) of calculating the center of gravity coordinates of the weight using the inclination angles of the weight and the pressing force components in the vertical and horizontal directions and the height of the weight measured by the respective sensor units. Through this process, the center of gravity for the unknown weight is obtained.

그리고 상기 산출단계(S300)는, 중량물의 무게중심이 양팔 단부의 중앙에 위치되도록 중량물의 파지를 보정하는 보정단계(S400);를 더 포함할 수 있다. 즉, 무게중심이 로봇 양팔의 중앙에 오도록 파지를 새로이 할 수 있는 것이다. 이를 통해 더욱 안정적인 파지가 가능해진다.The calculating step (S300) may further include a correcting step (S400) of correcting the gripping of the heavy material so that the center of gravity of the heavy material is located at the center of both arm ends. In other words, it is possible to newly grasp the center of gravity to the center of both arms of the robot. This allows more stable gripping.

또한, 상기 산출단계(S300)는, 각각의 센서부에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들의 중량물 무게중심에 대한 모멘트의 합이 0인지 판단하는 체크단계(S500);를 더 포함하고, 상기 체크단계(S500)는, 모멘트의 합이 0이 아닌 경우 중량물의 기울어짐각을 조정하여 모멘트의 합이 0이 될 수 있도록 로봇의 양팔을 제어하는 제어단계(S600);를 더 포함할 수 있다.In addition, the calculating step (S300), a check step (S500) for determining whether the sum of the moments for the weight center of gravity of the vertical and horizontal pressing force components measured in each sensor unit is 0; The check step (S500) may further include a control step (S600) of controlling both arms of the robot to adjust the inclination angle of the weight when the sum of the moments is not zero so that the sum of the moments can be zero; .

즉, 안정적인 파지를 이루었다고 가정 한 후, 로봇이 중량물을 양중한 상태에서 이동시 외력이나 환경에 의해 중량물이 기울어지고 그에 따라 무게중심을 기준으로 한 모멘트의 합이 0이 아닌 경우로 변화되면 그때 로봇의 양팔을 제어하여 중량물의 기울어짐각을 변화시킴으로써 다시 모멘트를 0으로 하여 안정을 꾀할 수 있도록 하는 것이다.
In other words, after assuming that a stable grip is achieved, when the robot moves in a heavy weight state, if the weight is inclined by external force or environment, and the sum of moments based on the center of gravity is changed to non-zero, then the robot By controlling both arms of the to change the angle of inclination of the weight of the moment to make the moment back to zero to stabilize.

도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇그리퍼 제어방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이를 참고하여 상기의 과정을 설명한다.2 to 3 are views for explaining a robot gripper control method according to an embodiment of the present invention, the above process will be described with reference to this.

도 2는 로봇이 중량물의 양중 초기에 안정적인 파지를 이루도록 하는 과정을 설명한다. 미지의 중량물의 무게중심을 알기 위해서는 r1,r2,p1,p2 값을 알아야 한다. 이를 위해 로봇의 양팔 단부의 위치는 기구학적으로 계산하여 추적할 수 있고, 이로부터 r1,r2,p1,p2를 이용하여 중량물 무게중심의 상대적인 위치를 알 수 있는 것이다.Figure 2 describes the process for the robot to achieve a stable grip early in the amount of heavy. To know the center of gravity of an unknown weight, we need to know the r1, r2, p1, and p2 values. For this purpose, the position of both ends of the robot can be calculated and tracked kinematically, from which the relative position of the weight center of gravity can be known using r1, r2, p1, p2.

파지시 로봇의 양팔에 구비된 상부접촉부(300)와 하부접촉부(400)에는 각각 중량물의 상면과 하면이 접촉된 상태이다.The upper and lower contact portions of the upper contact portion 300 and the lower contact portion 400 provided on both arms of the robot are in contact with each other.

이 상태에서 중량물의 기울어짐각(θ)은 중량물이 기울어진 경우 로봇의 양팔의 단부 역시 동일한 각도로 기울어지는바, 이는 앞서 살핀 상부접촉부(300)와 하부접촉부(400)가 반지름 R을 갖는 구면으로 형성되어 있기 때문이다.In this state, the inclination angle θ of the heavy object is inclined at the same angle of the end of both arms of the robot when the heavy object is inclined, which is a spherical surface having the radius R of the upper contact part 300 and the lower contact part 400 previously. Because it is formed.

따라서, 중량물의 기울어짐각은 양팔 단부의 수직방향 이격거리(dy)와 수평방향 이격거리(dx)의 삼각함수를 통해 아래의 식과 같이 구할 수 있다.Therefore, the tilt angle of the heavy object can be obtained by the following equation through the trigonometric function of the vertical distance dy and the horizontal distance dx of the ends of both arms.

그리고 각각의 센서부의 수직방향의 가압력과 수평방향의 가압력을 측정한다. 이는 도시된 것과 같이 (F11,X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y)로 나타낸다.Then, the pressing force in the vertical direction and the pressing force in the horizontal direction of each sensor unit are measured. This is represented by (F11, X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y) as shown.

이러한 값들을 통하여 중량물의 무게중심을 Mg로 가정하고 그 모멘트의 합을 구한다면 0이 나올 경우 안정한 상태로 파지한 것이 된다.Based on these values, if the center of gravity of the weight is assumed to be Mg, and the sum of the moments is obtained, the result is that it is held in a stable state when 0 is obtained.

따라서, 아래와 같은 식을 도출할 수 있게 된다.Therefore, the following equation can be derived.

그리고 도시된 상태에서는 기구학적으로 아래와 같은 식을 추가로 구할 수 있게 된다.In the illustrated state, the following equation can be additionally obtained kinematically.

한편, 도 3은 도 2의 로봇그리퍼를 좀 더 상세히 나타낸 도면으로써, 해당 도면을 통하여 기구학적으로 α와 p1을 아래의 식으로 구할 수 있다.Meanwhile, FIG. 3 is a diagram illustrating the robot gripper of FIG. 2 in more detail, and kinematically α and p1 can be obtained through the following equation.

도 3에서 도시된 바와 같이 α의 경우 R+l/2의 길이에 cosθ를 곱하고 그 값에서 k를 뺄 경우 구할 수 있는데, k의 경우에는 r1*tanθ이다. 따라서, 이를 정리하면 α는 상기와 같은 식으로 표현될 수 있다. 여기서, l은 중량물의 높이를 말한다. 이 값은 중량물의 스펙을 통하여 이미 알고 있는 값으로 본다.As shown in FIG. 3, multiplying the length of R + l / 2 by cosθ and subtracting k from the value of k yields r1 * tanθ. Therefore, to sum it up, α can be expressed as above. Here, l refers to the height of the heavy material. This value is regarded as a known value through the specification of the weight.

그리고 p1의 경우는 α에서 R*cosθ 만큼의 길이를 뺀 길이로 볼 수 있는 것이다.
And in the case of p1 can be seen as the length minus the length of R * cos θ.

이와 같이 기구학적인 해석을 통하여, 만약 중량물을 요동이 없는 안정적인 상태로 파지한 경우로 가정하면 무게중심에서의 모멘트가 0일 것이고, 그에 따라 상기와 같은 5 가지의 식을 알 수 있게 된다. 그리고 미지수는 r1,r2,p1,p2,α이므로, 상기 식에 (F11,X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y)와 중량물의 높이 l, 양팔의 이격거리인 dx,dy,dz를 대입할 경우 r1,r2,p1,p2을 도출할 수 있는 것이다.
Through this kinematic analysis, if the weight is held in a stable state with no fluctuation, the moment at the center of gravity will be 0, and accordingly the above five equations can be seen. And since the unknown is r1, r2, p1, p2, α, the formula (F11, X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y) and the height of the weight l, Substituting the distance dx, dy, dz can yield r1, r2, p1, p2.

이를 통하여 물체의 무게중심의 상대위치 좌표를 알 수 있게 된다.Through this, the relative position coordinate of the center of gravity of the object can be known.

그리고 로봇의 양팔의 중앙에 무게중심이 위치된 경우가 가장 안정된 경우인바, r1과 r2가 동일하게 될 수 있는 지점으로 파지를 새로이 함으로써 로봇이 정적 상태에서 최적의 안정성을 갖도록 한다.
And when the center of gravity is located in the center of both arms of the robot is the most stable, r1 and r2 to the point where the new can be the same to ensure that the robot has the optimal stability in the static state.

또한, 만약 이러한 안정의 상태에서 로봇이 중량물을 양중하고 이동하는 경우 외력에 의하거나 환경에 의해 로봇의 균형이 흐트러질 경우 중량물 역시 그 중심을 잃고 파지된 상태에서 회전하게 될 것이다.In addition, if the robot lifts and moves heavy objects in such a stable state, if the robot is unbalanced by external force or environment, the heavy objects will also lose their center and rotate in a gripped state.

이러한 경우 상기 무게중심의 좌표를 알고 있기 때문에 센서부에서 측정된 (F11,X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y)와 dx,dy를 통해 도출되는 θ를 수학식 2에 대입하여 무게중심에서의 모멘트를 구할 수 있는 것이다.In this case, θ derived from (F11, X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y) and dx, dy measured by the sensor because the coordinates of the center of gravity are known. By substituting into Equation 2, the moment at the center of gravity can be obtained.

만약 중량물이 안정적인 정적 상태라면 그 모멘트의 합이 0이겠지만, 동적으로 외란에 의해 불안정한 상황이라면 모멘트가 0이 아닌 어느 한 방향으로 토크를 받아 회전하고 있는 상태가 되는 것이다.If the weight is a stable static state, the sum of the moments will be zero, but if the situation is unstable due to dynamic disturbance, the moment will be in a state where the torque is being rotated in any direction other than zero.

따라서, 이 경우 로봇은 그 중량물에 작용하는 토크를 상쇄하는 즉, 모멘트를 다시 0으로 할 수 있는 방향으로 중량물이 회전할 수 있도록 파지한 상태에서 양팔을 제어하는 것이다. 만약 중량물이 왼쪽으로 회전하며 기울어지는 경우에는 그에 반대되는 오른쪽의 방향으로 중량물이 회전되도록 양팔을 제어한다. Therefore, in this case, the robot controls both arms in a state in which the robot cancels the torque acting on the weight, that is, the weight can rotate in the direction where the moment can be zero again. If the weight rotates to the left, the arms are controlled so that the weight rotates in the direction to the right opposite to it.

그에 따라 (F11,X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y)와 θ는 다시 역으로 변화될 것이고, 이를 통해 중량물의 무게중심에서의 모멘트의 합이 0이 되는 지점으로 중량물을 회전시킨 후 정지함으로써 중량물이 다시 정적 안정성을 되찾도록 제어하는 것이다.
Accordingly, (F11, X / F11Y), (F12X / F12Y), (F21X / F21Y), (F22X / F22Y) and θ will be reversed again, so that the sum of the moments at the center of gravity of the weight is zero. By rotating the mass to a point where it becomes, it stops and controls the mass to regain its static stability.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100,200 : 양팔 300 : 상부접촉부
400 : 하부접촉부 500 : 센서부
700 : 제어부100, 200: both arms 300: upper contact
400: lower contact portion 500: sensor portion
700:

Claims

An upper contact portion 300 and a lower contact portion 400 which are respectively provided at the ends 100 'and 200' of the arms of the robot and are in contact with the upper and lower surfaces of the gripping weight 10 and have a predetermined radius;
A sensor unit 500 provided on each of the upper contact unit 300 and the lower contact unit 400 for measuring a pressing force in a vertical direction or a horizontal direction applied to the upper contact unit 300 or the lower contact unit 400 when the heavy object 10 is gripped, ); And
Vertical and horizontal separation distances (dx, dy) of both arms ends 100 'and 200' and the vertical and horizontal pressing force components measured by the respective sensor units 500 when the heavy object 10 is held. Robot gripper including; control unit 700 for obtaining the center of gravity (C) coordinates of the heavy object 10 by using the height of the heavy object.

A method of controlling a robot gripper according to claim 1,
A holding step (S100) of holding a heavy object;
Measuring a tilt angle of the heavy object from the vertical and horizontal separation distances of both ends of the arms; And
And a calculation step (S300) of calculating the center of gravity coordinates of the heavy weight by using the inclination angle of the heavy weight and the pressing force components in the vertical and horizontal directions and the height of the heavy weight measured by the respective sensor units. .

The method according to claim 2,
The calculating step (S300), the robot gripper control method further comprising a; correcting step (S400) for correcting the gripping of the heavy weight so that the center of gravity of the heavy weight is located at the center of the end of both arms.

The method according to claim 2,
The calculating step (S300), a check step (S500) for determining whether the sum of the moments for the weight center of gravity of the vertical and horizontal pressing force components measured in each sensor unit is 0; Robot Gripper Control Method

The method of claim 4,
The check step (S500), if the sum of the moment is not zero, the control step (S600) for controlling both arms of the robot to adjust the inclination angle of the weight to be the sum of the moment; Robot Gripper Control Method