KR101470164B1 - 로봇의 민감도 향상방법 - Google Patents

로봇의 민감도 향상방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101470164B1
KR101470164B1 KR20130063379A KR20130063379A KR101470164B1 KR 101470164 B1 KR101470164 B1 KR 101470164B1 KR 20130063379 A KR20130063379 A KR 20130063379A KR 20130063379 A KR20130063379 A KR 20130063379A KR 101470164 B1 KR101470164 B1 KR 101470164B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
robot
joint
acceleration
angular velocity
force
Prior art date
Application number
KR20130063379A
Other languages
English (en)
Inventor
서정호
양우성
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR20130063379A priority Critical patent/KR101470164B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101470164B1 publication Critical patent/KR101470164B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0208—Compliance devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/1607—Calculation of inertia, jacobian matrixes and inverses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

로봇의 각 관절의 각속도를 산출하는 산출단계; 상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 도출단계; 및 도출된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 환산단계;를 포함하는 로봇의 민감도 향상방법이 소개된다.

Description

로봇의 민감도 향상방법 {METHOD FOR IMPROVING SENSITIVITY OF ROBOT}
본 발명은 별도의 센서 등을 사용하지 않고도 로봇의 각 관절의 각도를 측정하고 이를 구동토크에 증폭 반영하여 로봇의 구동 민감도를 향상시킬 수 있는 로봇의 민감도 향상방법에 관한 것이다.
착용자의 의도에 따라 착용식 근력지원 로봇이 무거운 물체를 양중작업 하는 경우 착용자의 힘은 로봇에 전달되고 로봇을 통해 전달된 힘이 증폭되어 무거운 물건을 들 수 있게 된다. 본 발명은 착용자의 의도가 착용로봇에게 잘 전달되도록, 즉 착용자의 힘이 로봇에 최대한 전달되도록 착용로봇의 민감도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
기존의 착용식 근력지원 로봇은 착용자의 신체에 근전도(EMG) 센서를 부착하거나 로봇의 각 구동관절에 토크센서를 창작하여 착용자의 의도를 파악하였다. 근전도(EMG) 센서를 이용하는 방법은 착용자의 동작의도 신호를 근육의 수축과 이완으로 판단하여 로봇 제어기에 보내어 액추에이터를 구동하는 데에 사용하여 왔으며, 착용자가 움직이는 경우 근전도 센서가 신체와 정확하게 밀착되지 않아 착용차의 동작의도 신호가 왜곡되는 현상이 빈번하게 발생하는 단점이 발생한다. 또한, 토크센서를 이용하는 방법은 로봇의 구동관절에 작용하는 모든 토크를 측정한 후 로봇의 관절을 구동하기 위한 토크와 착용자가 로봇에게 전달한 토크를 구별하여 착용자의 의도를 반영하는데 토크센서를 이용하는 경우 로봇의 내구성이 취약해지며, 고가의 토크센서를 사용해야만 한다는 부담감이 있다.
종래의 JP2000-218577 A "로봇 제어 장치"는 "주어진 서보 지령치에 추종하도록 로봇의 각 구동부의 위치를 제어한 구동부 위치 서보 수단을 구비하고，해 구동부 위치 서보 수단은 구동부 위치 피드백 루프와 구동부 속도 피드백 루프를 구비하고 구성된 로봇 제어 장치에 있어，상기 로봇의 각 구동부의 위치 지령치와 그 각 구동부의 현재 위치와의 차이를 계산한 위치 오차 계산 수단과 ，상기 위치 오차 계산 수단의 출력과 임의의 값에 설정된 위치 게인 보정 계수와의 곱을 계산한 보정량 계산 수단과 ，상기 보정량 계산 수단의 출력에 상기 각 구동부의 현재 위치를 가산한 가산 수단과 ，상기 로봇의 각 구동부의 속도에 임의에 설정된 속도 게인 보정 계수를 곱한 속도 게인 보정 수단과 ，상기 속도 게인 보정 수단의 출력과 상기 가산 수단의 출력을 가산하고 보정 지령치를 계산한 보정 지령치 계산 수단을 구비하고，상기 보정 지령치 계산 수단의 출력을 각 관절의 서보 지령치로서 상기 구동부 위치 서보 수단에 입력한 것을 특징으로 한 로봇 제어 장치"를 제시한다.
그러나 이와 같은 기술에 의하더라도 로봇의 구동치를 미리 계산하여 끝단에서의 변위를 알고 있어야 하는바, 이러한 과정없이 착용식 로봇에 있어 별도의 센서를 사용하지 않고 자유자재로 움직일 경우 착용자의 의도를 파악하여 민감도를 향상시킬 수 있는 방안은 제시되지 않았던 문제가 있다.
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.
JP 2000-218577 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 별도의 센서 등을 사용하지 않고도 로봇의 각 관절의 각도를 측정하고 이를 구동토크에 증폭 반영하여 로봇의 구동 민감도를 향상시킬 수 있는 로봇의 민감도 향상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 민감도 향상방법은, 로봇의 각 관절에서 인코더를 이용하여 각도를 측정하고, 측정된 각도(q)의
Figure 112013049163113-pat00001
값과
Figure 112013049163113-pat00002
값을 이용하여 i에서의 각속도값인
Figure 112013049163113-pat00003
을 가공하고
Figure 112013049163113-pat00004
을 대체함으로써,
Figure 112013049163113-pat00005
,
Figure 112013049163113-pat00006
,
Figure 112013049163113-pat00007
를 관절의 각속도로 산출하는 산출단계; 상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 도출단계; 및 도출된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 환산단계;를 포함한다.
상기 산출단계는 로봇의 각 관절의 인코더를 이용하여 착용자의 조작에 의한 관절의 각속도를 산출할 수 있다.
상기 환산단계는 도출된 가속도의 각 축방향 성분을 0~1 사이의 값으로 정규화하고, 정규화된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구할 수 있다.
상기 도출단계는 환산된 속도를 LPF로 필터링하고 미분하여 끝단의 가속도를 구할 수 있다.
상기 환산단계는 도출된 가속도를 LPF로 필터링하고 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구할 수 있다.
상기 환산단계는 끝단에서의 힘을 LPF로 필터링하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 로봇의 민감도 향상방법은, 로봇의 각 관절에서 인코더를 이용하여 각도를 측정하고, 측정된 각도(q)의
Figure 112013049163113-pat00008
값과
Figure 112013049163113-pat00009
값을 이용하여 i에서의 각속도값인
Figure 112013049163113-pat00010
을 가공하고
Figure 112013049163113-pat00011
을 대체함으로써,
Figure 112013049163113-pat00012
,
Figure 112013049163113-pat00013
,
Figure 112013049163113-pat00014
를 관절의 각속도로 산출하는 산출단계; 상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 제1도출단계; 로봇의 중단까지 연결된 관절들 각각의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 중단에서의 속도로 환산하고 미분하여 중단의 가속도를 구하는 제2도출단계; 도출된 끝단의 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 제1환산단계; 및 도출된 중단의 가속도에 중량을 곱하여 중단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 제2환산단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 로봇의 민감도 향상방법에 따르면, 별도의 센서 등을 사용하지 않고도 로봇의 각 관절의 각도를 측정하고 이를 구동토크에 증폭 반영하여 로봇의 구동 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 착용 로봇이 상황에 맞게 착용자의 의도대로 동작하도록 제어하는 방법을 제시할 수 있으며, 토크센서 없이 구동관절에 부착된 엔코더값만을 이용하여 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 기존 착용로봇의 제어방법과 달리 추가적인 센서 장착 없이 착용자의 의도를 반영하여 착용로봇을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 필터 추가에 관한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법에 따른 효과를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법을 설명하기 위한 로봇의 모식도.
도 5 내지 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 순서도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 각속도를 산출하는 과정을 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 로봇의 민감도 향상방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 필터 추가에 관한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법에 따른 효과를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법을 설명하기 위한 로봇의 모식도이며, 도 5 내지 6은 발명의 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 순서도이다.
본 발명의 로봇의 민감도 향상방법은, 로봇의 각 관절에서 인코더를 이용하여 각도를 측정하고, 측정된 각도(q)의
Figure 112013049163113-pat00015
값과
Figure 112013049163113-pat00016
값을 이용하여 i에서의 각속도값인
Figure 112013049163113-pat00017
을 가공하고
Figure 112013049163113-pat00018
을 대체함으로써,
Figure 112013049163113-pat00019
,
Figure 112013049163113-pat00020
,
Figure 112013049163113-pat00021
를 관절의 각속도로 산출하는 산출단계(S100); 상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 도출단계(S200); 및 도출된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 환산단계(S300);를 포함한다.
즉, 각 관절에서 먼저 관절의 인코더를 이용하여 착용자의 조작에 의한 관절의 각속도
Figure 112013049163113-pat00022
,
Figure 112013049163113-pat00023
,
Figure 112013049163113-pat00024
를 산출한다.
그러나 이러한 값들은 도 7에서 보듯이, 그래프의 변동이 심하기 때문에, 이를 통한 각속도를 그대로 대입할 경우 로봇의 진동이 심하게 발생하게 된다. 따라서, 이를 비교적 완만한 형태로 흐름을 갖는 그래프로 변환한 후, 그에 따른 각속도값을 이용해야 로봇의 진동을 방지할 수 있는 것이다.
구체적으로,
Figure 112013049163113-pat00025
와
Figure 112013049163113-pat00026
을 이용한
Figure 112013049163113-pat00027
의 도출방법은 아래와 같다.
Figure 112013049163113-pat00028
Figure 112013049163113-pat00029
Figure 112013049163113-pat00030

상기 수학식 1과 같은 2차미분방정식 및 수치해석적 방법을 이용함으로써,
Figure 112013049163113-pat00031
와
Figure 112013049163113-pat00032
의 사이값인
Figure 112013049163113-pat00033
을 계산된
Figure 112013049163113-pat00034
으로 대체함으로써, 완만하게 변화되는 각속도값을 얻을 수 있는 것이다. 즉, 가공된 각속도는
Figure 112013049163113-pat00035
와 같이 얻어지는 것이다.
그리고 각각의 관절에서의 각속도가 얻어지면 이를 자코비안 행렬을 이용하여 직교좌표상으로의 로봇 끝단에서의 속도로 환산한다. 그리고 그 로봇 끝단에서의 속도를 미분하여 가속도를 얻고, 그 가속도에 로봇의 중량을 곱하여 힘을 산출하고, 그 힘을 다시 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 토크로 환산한 후 그 도출된 토크를 각 관절 모터의 지령으로 입력하게 되는 것이다.
구체적으로, 상기 환산단계(S300)는 도출된 가속도의 각 축방향 성분을 0~1 사이의 값으로 정규화하고, 정규화된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하여 노이즈를 줄이는 방법을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 도출단계(S200)는 환산된 속도를 LPF로 필터링하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하거나, 상기 환산단계(S300)는 도출된 가속도를 LPF로 필터링하고 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하거나, 상기 환산단계(S300)는 끝단에서의 힘을 LPF로 필터링하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 블록도로서 전반적인 구성을 나타낸다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 로봇의 중요 제어방법은 아래의 수식으로 표현될 수 있다.
Figure 112013049163113-pat00036
상기 수식에서 볼 수 있듯이, 로봇의 각 관절에는 가상의 스프링-댐퍼모델을 둔다. 이를 통해 각 관절의 모터에서는 전류를 통해 구동력을 인가하지만, 그 모터의 제어적인 측면에서는 스프링과 댐퍼모델을 통해 모터 구동을 제어하게 되는 것이다.
그리고 로봇의 끝단에도 가상의 스프링/댐퍼 모델을 두어 끝단에서의 변위 x에 관련된 속도와 가속도의 값을 통해 스프링-댐퍼 제어를 하고, 그 끝단에서의 반력을 자코비안 행렬의 전치행렬(트랜스포즈)을 통해 각 관절에서의 토크로 환산하여 가산한다. 그리고 최종적으로 중력보상을 함으로써 로봇의 관절이 끝단의 움직임에 추종되며 항상 중력에 대하여는 무중력과 같이 멈추어져 있는 상태를 유지하게 되는 것이다.
그러한 본 발명의 실시예로서의 착용식 로봇에서는 착용자의 움직이려는 의도를 파악하여 이를 각 관절 모터의 구동입력으로 제공해야 하는데, 이를 위하여 본 발명은 토크-힘 센서 등을 이용하지 않고 단지 관절의 구동모터측 인코더만을 이용하여 사용자의 의도를 파악하고 이를 증폭함으로써 의도에 따른 움직임의 민감도가 향상되도록 하는 것이다.
그리고, 이를 위해 상기 수식의 마지막부분에
Figure 112013049163113-pat00037
를 추가하는 것이다.
즉, 이 부분은 로봇의 끝단에서의 가상 힘을 증폭하여 자코비안 전치행렬에 대입함으로써 각 관절에 다시 토크를 인가하도록 하는 것이다.
구체적으로, 각 관절에서 측정된 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 선속도로 표현하는 과정은 아래와 같다.
Figure 112013049163113-pat00038
상기 식에서 볼 수 있듯이, 각 관절에서의 각도 q1, q2, q3는 미분에 의해 각속도로 환산되고 그 값들이 자코비안 행렬에 대입되어 위와 같이 로봇 끝단에서의 선속도 dX/dt, dY/dt로 환산된다. 그리고 그 속도는 미분되어 가속도로 환산된다.
환산된 가속도는 로봇의 중량이 곱해져 각 x축, y축으로의 축 방향으로의 힘으로 표현된다. 그리고 그 힘은 정규화된다.
Figure 112013049163113-pat00039
상기 식에서 볼 수 있듯이, 각 성분의 힘은 합해져 대각선 방향의 최종적인 힘으로 구해지고, 각 성분의 힘은 그 대각선 방향의 최종적인 힘으로 다시 나누어져, 0~1 사이의 값으로 정규화(노멀라이제이션)되는 것이다. 이러한 과정을 통해 노이즈의 성분을 줄이고 일정한 규칙대로 관절의 모터에 지령을 입력할 수 있는 것이다. 한편, 여기에서의 중량이란, 예를 들어 로봇의 상지나 하지에 관한 제어라면, 끝단은 로봇의 상지 끝 또는 하지 끝이 되고, 중량은 해당하는 로봇의 상지 중량 또는 하지 중량이 되는 것이다.
한편, 상기와 같은 방식으로 정규화된 로봇의 끝단에서의 각 힘 성분은 다시 자코비안 전치행렬(트랜스포즈)을 통해 각 관절에서의 토크로 환산된다.
Figure 112013049163113-pat00040
Figure 112013049163113-pat00041
상기의 식과 같이, 각각의 끝단에서의 힘 성분 Fx, Fy들은 자코비안 전치행렬에 의해 각 관절에서의 토크로서 표현된다.
그리고 그 토크에는 증폭비인 α가 곱해짐으로써 민감도를 조정할 수 있도록 한다.
이에 따라 로봇의 관절에서의 모터는 고유의 스프링-댐퍼 모델의 제어, 끝단에서 작용하는 스프링-댐퍼 모델의 제어 및 중력보상, 그리고 착용자의 의도에 따른 토크 전체가 합해져 제어되는 것이다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법의 필터 추가에 관한 블록도로서, 관절의 각속도를 끝단의 속도로 환산하고, 끝단의 속도를 가속도로 계산하며, 가속도를 통해 힘 성분을 구하고, 힘 성분을 통해 관절에서의 토크를 환산하는 전체 과정에서 각각의 과정 사이에는 LPF(low pass filter,저역통과필터)가 들어감으로써 노이즈를 제거할 수도 있다.
그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법에 따른 효과를 나타낸 그래프로서, 도시된 그래프와 같이 본 발명의 방법을 수행하였을 경우에는 그렇지 않은 경우에 비해 토크가 저점에서 더 빠르게 상승하거나 고점에서 더 빨리 내려옴으로써 로봇의 민감도가 향상되었다는 것을 나타낸다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 민감도 향상방법을 설명하기 위한 로봇의 모식도로서, 로봇의 하지를 실시예로 할 경우, 관절은 모두 세 개(10,20,30)가 존재하고, 각 관절에는 모터와 인코더가 탑재된다.
그리고, 착용자가 보행을 수행할 경우 각 관절의 인코더에서 각속도를 측정하고 이를 끝단에서의 힘 성분으로 도출하고, 이를 다시 각 관절에서의 토크로 환산하여 인가함으로써 착용자의 의도가 관절 모터의 구동에 반영될 수 있도록 하는 것이다.
또한, 하지를 움직일 경우에는 무릎부분의 추종이 빨라질수록 민감도는 더욱 향상되는바, 로봇의 각 관절에서 인코더를 이용하여 각도를 측정하고, 측정된 각도(q)의
Figure 112013049163113-pat00042
값과
Figure 112013049163113-pat00043
값을 이용하여 i에서의 각속도값인
Figure 112013049163113-pat00044
을 가공하고
Figure 112013049163113-pat00045
을 대체함으로써,
Figure 112013049163113-pat00046
,
Figure 112013049163113-pat00047
,
Figure 112013049163113-pat00048
를 관절의 각속도로 산출하는 산출단계(S100); 상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 제1도출단계(S220); 로봇의 중단까지 연결된 관절들 각각의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 중단에서의 속도로 환산하고 미분하여 중단의 가속도를 구하는 제2도출단계(S240); 도출된 끝단의 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 제1환산단계(S320); 및 도출된 중단의 가속도에 중량을 곱하여 중단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 제2환산단계(S340);를 수행한다.
즉, 동일한 과정을 로봇의 끝단에 대하여도 수행하지만, 중단에 대하여도 수행하는 것이다. 다만, 중단에서 수행할 경우에는 중단보다 위에 있는 관절들의 각속도만을 받아 환산하고, 도출된 힘 성분 또한 중단의 관절에만 토크로서 인가해야 할 것이다.
도시된 실시예를 기준으로 볼 때, 관절 1,2,3(10,20,30)의 각속도를 통해 끝단(50)에서의 힘 성분을 구하고 이를 관절 1,2,3(10,20,30)에 모두 반영한다.
동시에, 관절 1,2(10,20)의 각속도를 통해 중단(40)에서의 힘 성분을 구하고 이를 관절 1,2(10,20)에 토크로서 반영하는 것이다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 로봇의 민감도 향상방법에 따르면, 별도의 센서 등을 사용하지 않고도 로봇의 각 관절의 각도를 측정하고 이를 구동토크에 증폭 반영하여 로봇의 구동 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 착용 로봇이 상황에 맞게 착용자의 의도대로 동작하도록 제어하는 방법을 제시할 수 있으며, 토크센서 없이 구동관절에 부착된 엔코더값만을 이용하여 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 기존 착용로봇의 제어방법과 달리 추가적인 센서 장착 없이 착용자의 의도를 반영하여 착용로봇을 제어할 수 있다.
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.
S100 : 산출단계 S200 : 도출단계
S300 : 환산단계

Claims (7)

  1. 로봇의 각 관절에서 인코더를 이용하여 관절의 각도
    Figure 112014054101606-pat00070
    ,
    Figure 112014054101606-pat00071
    ,
    Figure 112014054101606-pat00072
    를 측정하고, 측정된 각도 중
    Figure 112014054101606-pat00049
    값과
    Figure 112014054101606-pat00050
    값을 이용하여 i에서의 각속도값
    Figure 112014054101606-pat00051
    을 수치해석기법으로 도출하고, 도출된
    Figure 112014054101606-pat00073
    로 i에서의 각속도인
    Figure 112014054101606-pat00052
    을 대체함으로써,
    Figure 112014054101606-pat00053
    ,
    Figure 112014054101606-pat00054
    ,
    Figure 112014054101606-pat00055
    를 관절의 각속도로 산출하는 산출단계(S100);
    상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 도출단계(S200); 및
    도출된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 환산단계(S300);를 포함하고,
    상기 환산단계(S300)는 도출된 가속도의 각 축방향 성분을 0~1 사이의 값으로 정규화하고, 정규화된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하는 것을 특징으로 하는 로봇의 민감도 향상방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산출단계(S100)는 로봇의 각 관절의 인코더를 이용하여 착용자의 조작에 의한 관절의 각속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇의 민감도 향상방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도출단계(S200)는 환산된 속도를 LPF로 필터링하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 것을 특징으로 하는 로봇의 민감도 향상방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 환산단계(S300)는 도출된 가속도를 LPF로 필터링하고 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하는 것을 특징으로 하는 로봇의 민감도 향상방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 환산단계(S300)는 끝단에서의 힘을 LPF로 필터링하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 것을 특징으로 하는 로봇의 민감도 향상방법.
  7. 로봇의 각 관절에서 인코더를 이용하여 관절의 각도
    Figure 112014054101606-pat00074
    ,
    Figure 112014054101606-pat00075
    ,
    Figure 112014054101606-pat00076
    를 측정하고, 측정된 각도 중
    Figure 112014054101606-pat00077
    값과
    Figure 112014054101606-pat00078
    값을 이용하여 i에서의 각속도값
    Figure 112014054101606-pat00079
    을 수치해석기법으로 도출하고, 도출된
    Figure 112014054101606-pat00080
    로 i에서의 각속도인
    Figure 112014054101606-pat00081
    을 대체함으로써,
    Figure 112014054101606-pat00082
    ,
    Figure 112014054101606-pat00083
    ,
    Figure 112014054101606-pat00084
    를 관절의 각속도로 산출하는 산출단계(S100);
    상기 각 관절의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 끝단에서의 속도로 환산하고 미분하여 끝단의 가속도를 구하는 제1도출단계(S220);
    로봇의 중단까지 연결된 관절들 각각의 각속도를 자코비안 행렬을 이용하여 로봇 중단에서의 속도로 환산하고 미분하여 중단의 가속도를 구하는 제2도출단계(S240);
    도출된 끝단의 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 제1환산단계(S320); 및
    도출된 중단의 가속도에 중량을 곱하여 중단에서의 힘을 구하고 증강비를 곱한 후, 이를 자코비안 행렬을 이용하여 각 관절에서의 필요토크로 환산하는 제2환산단계(S340);를 포함하고,
    상기 제1환산단계(S320)는 도출된 가속도의 각 축방향 성분을 0~1 사이의 값으로 정규화하고, 정규화된 가속도에 중량을 곱하여 끝단에서의 힘을 구하는 것을 특징으로 하는 로봇의 민감도 향상방법.
KR20130063379A 2013-06-03 2013-06-03 로봇의 민감도 향상방법 KR101470164B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130063379A KR101470164B1 (ko) 2013-06-03 2013-06-03 로봇의 민감도 향상방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130063379A KR101470164B1 (ko) 2013-06-03 2013-06-03 로봇의 민감도 향상방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101470164B1 true KR101470164B1 (ko) 2014-12-05

Family

ID=52677961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130063379A KR101470164B1 (ko) 2013-06-03 2013-06-03 로봇의 민감도 향상방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101470164B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160128688A (ko) * 2015-04-29 2016-11-08 목원대학교 산학협력단 스마트폰 환경에서 속도 벡터를 이용한 넘어지는 방향측정 장치 및 방법
KR20160131161A (ko) * 2015-05-06 2016-11-16 목원대학교 산학협력단 스마트폰 환경에서 가속도 벡터의 성분과 방향센서를 이용한 넘어지는 방향측정 장치 및 방법
KR20170018218A (ko) * 2015-08-07 2017-02-16 현대자동차주식회사 착용식 로봇 제어 방법 및 시스템
KR101799058B1 (ko) * 2016-05-31 2017-11-17 재단법인대구경북과학기술원 능동형 상지 운동 보조 장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06332535A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Kobe Steel Ltd ロボットの制御装置
JPH10100085A (ja) * 1996-09-30 1998-04-21 Toshiba Corp ロボットの振動抑制制御装置およびその制御方法
JP3324298B2 (ja) * 1994-10-19 2002-09-17 株式会社豊田中央研究所 マニピュレータの制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06332535A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Kobe Steel Ltd ロボットの制御装置
JP3324298B2 (ja) * 1994-10-19 2002-09-17 株式会社豊田中央研究所 マニピュレータの制御装置
JPH10100085A (ja) * 1996-09-30 1998-04-21 Toshiba Corp ロボットの振動抑制制御装置およびその制御方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160128688A (ko) * 2015-04-29 2016-11-08 목원대학교 산학협력단 스마트폰 환경에서 속도 벡터를 이용한 넘어지는 방향측정 장치 및 방법
KR101699278B1 (ko) 2015-04-29 2017-01-24 목원대학교 산학협력단 스마트폰 환경에서 속도 벡터를 이용한 넘어지는 방향측정 장치 및 방법
KR20160131161A (ko) * 2015-05-06 2016-11-16 목원대학교 산학협력단 스마트폰 환경에서 가속도 벡터의 성분과 방향센서를 이용한 넘어지는 방향측정 장치 및 방법
KR101725773B1 (ko) * 2015-05-06 2017-04-11 목원대학교 산학협력단 스마트폰 환경에서 가속도 벡터의 성분과 방향센서를 이용한 넘어지는 방향측정 장치 및 방법
KR20170018218A (ko) * 2015-08-07 2017-02-16 현대자동차주식회사 착용식 로봇 제어 방법 및 시스템
KR102288884B1 (ko) * 2015-08-07 2021-08-13 현대자동차주식회사 착용식 로봇 제어 방법 및 시스템
KR101799058B1 (ko) * 2016-05-31 2017-11-17 재단법인대구경북과학기술원 능동형 상지 운동 보조 장치를 제어하기 위한 장치 및 그 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101470164B1 (ko) 로봇의 민감도 향상방법
US9061420B2 (en) Method and system for extracting intended torque for wearable robot
JP2770982B2 (ja) マニピユレータの位置と力の協調制御装置
EP2814643B1 (en) Control systems and methods for gait devices
KR101383726B1 (ko) 로봇의 민감도 향상방법
KR20160067337A (ko) 사용자의 의도에 따라 구동되는 근력 증강 로봇 및 그 구동 방법
KR20130078885A (ko) 착용식 로봇의 양중제어방법 및 양중제어시스템
JP6006630B2 (ja) モデル予測制御を用いたパワーアシストシステム
Zhang et al. Dynamic model and input shaping control of a flexible link parallel manipulator considering the exact boundary conditions
KR101327012B1 (ko) 착용식 로봇의 구동제어방법 및 시스템
EP3117967A1 (en) Transparency control method for robotic devices and a control device therefor
RU2394674C2 (ru) Самонастраивающийся электропривод робота
JP2019051781A (ja) ばね下振動検知装置およびサスペンション制御装置
Van de Perre et al. Investigating the potential of flexible links for increased payload to mass ratios for collaborative robotics
JP3638048B2 (ja) 肢体駆動装置の制御装置
Choi et al. Development of the Cartesian arm exoskeleton system (CAES) using a 3-axis force/torque sensor
KR101448465B1 (ko) 일체화 운동기반의 양방향 원격제어기 및 원격제어방법
US20140172170A1 (en) Method and system for extracting intended torque for wearable robot
KR20130061786A (ko) 착용식 로봇의 제어방법
KR101338082B1 (ko) 착용식 로봇의 외란제거방법 및 외란제거시스템
JP2021091064A (ja) 外乱オブザーバ及び外乱オブザーバを用いた接触点推定手段
Schmitthenner et al. Performance of position, force, and impedance controllers for a pneumatic cylinder ankle exoskeleton
KR102288886B1 (ko) 착용식 로봇의 구동 제어 방법 및 시스템
RU2359306C2 (ru) Самонастраивающийся электропривод робота
KR102228527B1 (ko) 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171129

Year of fee payment: 4