KR101474765B1 - 로봇 팔 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인간과 상호 작용을 하는 역 구동성(backdrivable)이 높은 로봇 팔을 안전하게 정지시킬 수 있는 로봇 팔 및 그 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 인간과 상호 작용을 하는 역 구동성이 높은 로봇 팔이 작업을 정지해야 하는 비상 상황의 발생으로 안전모드로 전환될 경우, 로봇 팔에 중력을 보상할 정도의 토크 즉, 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 상태의 기구학적 위치를 유지할 수 있을 정도의 토크만 출력하여 로봇 팔이 마치 무중력 상태에 있는 것처럼 제어함으로서 로봇 팔을 안전하게 정지시킬 수 있다. 이에 따라 사용자가 쉽게 로봇 팔을 움직여 안전하게 로봇 팔에서 벗어날 수 있으며, 또한 로봇 팔의 중력으로 인한 낙하를 방지하여 로봇 팔의 기구장치나 주변 환경을 보호할 수 있도록 한다.

Description

로봇 팔 및 그 제어방법{ROBOT ARM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 로봇 팔 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인간과 상호 작용을 하는 역 구동성(backdrivable)이 높은 로봇 팔을 안전하게 정지시킬 수 있는 로봇 팔 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기적 또는 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 닮은 운동을 행하는 기계장치를 로봇이라고 한다. 초기의 로봇은 생산 현장에서의 작업 자동화ㆍ무인화 등을 목적으로 한 매니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇으로 인간을 대신하여 위험한 작업이나 단순한 반복 작업, 큰 힘을 필요로 하는 작업을 수행하였으나, 최근에는 인간과 유사한 관절체계를 가지고 인간의 작업 및 생활공간에서 인간과 공존하며 다양한 서비스를 제공하는 인간형 로봇(humanoid robot)의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 인간형 로봇은 일상 생활에서 인간과 상호 작용(interaction)을 하기 위하여 역 구동성(backdrivable)이 높은 로봇 팔(arm)을 구비하며, 로봇 팔은 단일의 로드(rod) 형태로 구성하거나 또는 복수의 관절을 갖도록 구성한다. 역 구동성은 관절 모터(통상 엑츄에이터)에 전류를 가하지 않아 토크를 발생시키지 않는 상 태에서 외력으로 로봇 팔에 힘을 가할 때 로봇 팔을 쉽게 움직일 수 있는 정도를 말한다.
따라서, 역 구동성이 높은 로봇 팔은 전원 차단 상태에서 외력으로 로봇 팔을 쉽게 움직일 수 있고, 기구적으로 관절의 마찰이 적어 관절에 작용하는 토크를 모터 전류를 통해 쉽게 측정할 수 있으며, 임피던스 제어를 통해 강성(stiffness)을 조절하여 유연한 강성을 구현함으로서 인간과 상호 작용(예를 들어, 인간과 포옹하는 것)하는 것이 가능하다.
그러나, 역 구동성이 높은 로봇 팔의 경우 작업을 정지해야 하는 비상 상황이 발생하여 전원을 차단하게 되면 관절의 마찰이 매우 적기 때문에 로봇 팔(특히, 로봇 팔의 끝 부분)이 중력의 영향으로 아래 쪽으로 낙하하게 된다. 따라서 로봇 팔이 낮게 위치해 있을 경우에는 전원을 차단하더라도 큰 문제가 없으나 로봇 팔이 높게 위치하여 낙차가 클 경우에는 전원 차단 시 로봇 팔이 크게 움직이게 된다.
본 발명은 인간과 상호 작용을 하는 역 구동성이 높은 로봇 팔이 작업을 정지해야 하는 비상 상황의 발생으로 안전모드로 전환될 경우 중력 보상 제어를 통해 로봇 팔을 안전하게 정지시킬 수 있는 로봇 팔 및 그 제어방법을 제시하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 실시예는 관절에 마련된 모터의 구동에 의해 작업을 수행하는 로봇 팔의 제어방법에 있어서, 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가 판단하고; 상기 안전모드인 경우 상기 로봇 팔에 작용하는 중력의 보상 토크를 계산하고; 상기 계산된 중력의 보상 토크에 따라 상기 로봇 팔의 중력 보상 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 안전모드인가 판단하는 것은, 상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 모터 전류를 측정하여 측정된 상기 모터 전류를 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 관절 토크의 발생 정도를 체크하여 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 안전모드인가 판단하는 것은, 상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 관절 속도를 감지하여 감지된 상기 관절 속도를 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 중력의 보상 토크는 상기 로봇 팔의 무게 중심과 상기 로봇 팔의 무게 및 상기 관절 각도를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 관절 각도가 작을수록 상기 중력의 보상 토크는 큰 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 관절 각도가 수평면과 수직한 경우 상기 중력의 보상 토크는 0에 가까운 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 중력의 보상 토크는 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않도록 현재 위치를 유지하기 위한 토크인 것을 특징으로 한다.
상기 중력 보상 제어는 상기 중력의 보상 토크를 상기 모터에 출력하여 상기 로봇 팔이 현재 위치를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 팔의 제어방법은 상기 로봇 팔의 중력 보상 제어로 사용자가 안전한 위치로 이동하였는가를 판단하는 것을 더 포함하고, 상기 사용자가 안전한 위치로 이동한 경우 상기 로봇 팔의 작업을 종료하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 팔은 관절; 상기 관절을 구동하는 모터; 상기 모터의 구동에 의해 작업을 수행하는 중에 상기 작업을 정지해야 하는 안전모드인가 판단하고, 상기 안전모드인 경우 상기 관절에 작용하는 중력의 보상 토크를 계산하여 상기 계산된 중력의 보상 토크에 따라 중력 보상 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
상기 관절은 적어도 하나 이상 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 로봇 팔은 상기 관절의 마찰이 적어 외력으로 움직임이 가능한 역 구동성이 높은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 팔은 상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 모터 전류를 측정하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정된 모터 전류를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 관절 토크의 발생 정도를 체크하여 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 팔은 상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 관절 속도를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지된 관절 속도를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 로봇 팔의 무게 중심과 상기 로봇 팔의 무게 및 상기 관절 각도를 이용하여 상기 중력의 보상 토크를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 관절 각도가 작을수록 상기 중력의 보상 토크가 큰 값을 상기 모터에 출력하여 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 위치를 유지하도록 상기 중력 보상 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 관절 각도가 수평면과 수직한 경우 상기 중력의 보상 토크가 0에 가까운 값을 상기 모터에 출력하여 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 위치를 유지하도록 상기 중력 보상 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 실시예에 의하면 인간과 상호 작용을 하는 역 구동성이 높은 로봇 팔이 작업을 정지해야 하는 비상 상황의 발생으로 안전모드로 전환될 경 우, 로봇 팔에 중력을 보상할 정도의 토크 즉, 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 상태의 기구학적 위치를 유지할 수 있을 정도의 토크만 출력하여 로봇 팔이 마치 무중력 상태에 있는 것처럼 제어함으로서 로봇 팔을 안전하게 정지시킬 수 있다. 이에 따라 사용자가 쉽게 로봇 팔을 움직여 안전하게 로봇 팔에서 벗어날 수 있으며, 또한 로봇 팔의 중력으로 인한 낙하를 방지하여 로봇 팔의 기구장치나 주변 환경을 보호할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 1에서, 본 발명의 실시예에 의한 로봇(100)은 인간과 마찬가지로 두 개의 다리(110R, 110L)에 의해 직립 이동하는 이족 보행 로봇으로, 몸통(120)과, 몸통(120)의 상부에 두 개의 팔(130R, 130L)과 머리(140)를 구비하며, 두 개의 다리(110R, 110L)와 팔(130R, 130L) 선단에는 각각 발(111R, 111L)과 핸드(131R, 131L)를 구비한다.
참조부호에서 R과 L은 로봇(100)의 오른쪽(Right)과 왼쪽(Left)을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.
도 2에서, 두 개의 다리(110R, 110L)는 로봇(100)의 발목, 무릎, 힙에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 발목 관절(112R, 112L), 무릎 관절(113R, 113L), 힙 관절(114R, 114L)을 각각 구비하고, 힙 관절(114R, 114L)은 두 개의 다리(110R, 110L)와 연결되는 몸통(120) 하부의 양 쪽 끝에 위치한다.
각 다리(110R, 110L)의 발목 관절(112R, 112L)은 x축(roll axis)과 y축(pitch axis)로 움직임이 가능하고, 무릎 관절(113R, 113L)은 y축(pitch axis)로 움직임이 가능하며, 힙 관절(114R, 114L)은 x축(roll axis)과 y축(pitch axis), z축(yaw axis)로 움직임이 가능하다.
또한, 두 개의 다리(110R, 110L)에는 힙 관절(114R, 114L)과 무릎 관절(113R, 113L)을 연결하는 대퇴 링크(115R, 115L)와, 무릎 관절(113R, 113L)과 발목 관절(112R, 112L)을 연결하는 하퇴 링크(116R, 116L)를 각각 포함하여 각 관절((112R, 112L), (113R, 113L), (114R, 114L))의 움직임에 따라 일정 수준의 자유도를 가지고 보행이 가능하도록 한다.
그리고, 두 개의 팔(130R, 130L)는 로봇(100)의 어깨, 팔꿈치, 손목에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 어깨 관절(132R, 132L), 팔꿈치 관절(133R, 133L), 손목 관절(134R, 134L)을 각각 구비하고, 어깨 관절(132R, 132L)은 몸통(120) 상부의 양 쪽 끝에 위치한다.
각 팔(130R, 130L)의 어깨 관절(132R, 132L)은 x축(roll axis)과 y축(pitch axis), z축(yaw axis)로 움직임이 가능하고, 팔꿈치 관절(133R, 133L)은 y축(pitch axis)로 움직임이 가능하며, 손목 관절(134R, 134L)은 x축(roll axis)과 y축(pitch axis), z축(yaw axis)로 움직임이 가능하다.
또한, 두 개의 팔(130R, 130L)에는 어깨 관절(132R, 132L)과 팔꿈치 관절(133R, 133L)을 연결하는 상박 링크(135R, 135L)와, 팔꿈치 관절(133R, 133L)과 손목 관절(134R, 134L)을 연결하는 하박 링크(136R, 136L)를 각각 포함하여 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 움직임에 따라 일정 수준의 자유도를 가지고 이동이 가능하도록 한다. 이러한 기구학적 구조를 갖는 로봇 팔(130R, 130L)은 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 마찰이 적어 역 구동성이 높다.
그리고, 두 개의 다리(110R, 110L)와 연결되는 몸통(120)에는 로봇(100)의 허리에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 허리 관절(121)을 구비하며, 몸통(120)에 연결되는 머리(140)에는 로봇(100)의 목에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 목 관절(141)을 구비한다.
또한, 로봇(100)의 모든 관절((112R, 112L), (113R, 113L), (114R, 114L), (132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L), (121), (141))은 구동을 위한 모터(예를 들어, 엑츄에이터와 같은 전동장치;158, 도 3에 도시함)를 각각 포함하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 역 구동성이 높은 로봇 팔을 안전하게 정지시키기 위한 제어 블록도로서, 안전모드 감지부(150), 제어부(154), 구동부(156), 입력부(160) 및 전원차단부(162)를 포함하여 구성된다.
안전모드 감지부(150)는 역 구동성이 높은 로봇 팔(130R, 130L)이 인간과 상호 작용하는 작업(예를 들어, 인간과 포옹하는 것 등)을 수행하는 중에 작업을 정지해야 하는 비상 상황이 발생하였는지를 감지하기 위한 것으로, 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))에 마련된 모터(158)에 흐르는 전류를 측정하는 전류센서(151)와, 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관 절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 속도를 감지하는 엔코더(152) 등을 포함한다.
제어부(154)는 안전모드 감지부(150)의 전류센서(151)에 의해 측정된 전류를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하여 과도한 토크의 발생 여부를 체크하거나 또는 안전모드 감지부(150)의 엔코더(152)에 의해 감지된 속도를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하여 비정상적인 속도의 발생 여부를 체크하여 로봇 팔(130R, 130L)이 작업을 정지해야 하는 비상 상황이 발생하였는지를 판단하고, 비상 상황이 발생하여 안전모드로 전환해야 하는 경우 중력 보상 제어를 통해 로봇 팔(130R, 130L)을 안전하게 정지시키도록 제어한다.
또한, 제어부(154)는 로봇 팔(130R, 130L)의 중력 보상 제어를 통해 사용자가 로봇 팔(130R, 130L)에서 안전하게 벗어났는지를 모니터링하여 사용자가 안전한 위치로 이동한 경우 로봇 팔(130R, 130L)이 작업을 종료하도록 제어한다.
구동부(156)는 로봇 팔(130R, 130L)이 안전모드로 전환될 경우, 제어부(154)에서 출력되는 토크제어신호에 따라 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 토크를 제어하도록 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))에 마련된 모터(158)를 구동시킨다.
입력부(160)는 로봇 팔(130R, 130L)의 중력 보상 제어를 통해 사용자가 안전한 위치로 이동한 후, 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 안전하게 종료하기 위한 명령을 사용자가 직접 입력하여 제어부(154)에 전달한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 안전하게 종료 하기 위하여 사용자가 직접 시스템에 명령을 입력하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 중력 보상 제어를 통해 사용자가 안전한 위치(예를 들어, 로봇 팔을 초기 위치로 이동시킨 경우)로 이동하였는지를 로봇(100)에 설치된 각종 센서(3차원 측정장비, F/T센서 등)를 통해 모니터링하여 제어부(154)에 전달할 수 있다.
전원차단부(162)는 로봇 팔(130R, 130L)의 중력 보상 제어를 통해 사용자가 안전한 위치로 이동한 후, 사용자 명령에 따라 제어부(154)의 전원제어신호를 입력받아 로봇 팔(130R, 130L)에 공급되는 전원을 차단시키거나 대기모드로 전환시킨다.
이하, 상기와 같이 구성된 로봇 팔 그 제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 역 구동성이 높은 로봇 팔(130R, 130L)은 기구적으로 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 마찰이 적어 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))에 작용하는 토크를 모터(158) 전류를 통해 쉽게 측정할 수 있으며, 임피던스 제어를 통해 강성(stiffness)을 조절하여 유연한 강성을 구현함으로서 인간과 상호 작용(예를 들어, 인간과 포옹하는 것)하는 것이 가능하다.
그러나, 역 구동성이 높은 로봇 팔(130R, 130L)은 작업을 정지해야 하는 비상 상황의 발생으로 전원이 차단될 경우 중력의 영향으로 아래 쪽으로 낙하하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 비상 상황의 발생으로 전원을 차단하기 전에 중력 보상 제어를 통해 사용자가 로봇 팔(130R, 130L)을 쉽게 움직일 수 있도록 하여 사용자가 로봇 팔(130R, 130L)에서 안전하게 벗어나도록 하거나 또는 로봇 팔(130R, 130L)을 주변 환경과 충돌하지 않는 위치로 이동시키는데 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 역 구동성이 높은 로봇 팔을 안전하게 정지시키는 방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 5에서, 역 구동성이 높은 로봇 팔(130R, 130L)은 인간과 상호 작용하는 작업(예를 들어, 인간과 포옹하는 것 등)을 수행하기 위하여 작업에 필요한 토크를 계산하여 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 모터(158)에 출력함으로서 로봇 팔(130R, 130L)을 움직이는 작업을 수행한다(200). 이러한 작업 제어 시 중력 보상 제어 부분은 필요에 따라 계산될 수도 있고 사용하지 않을 수도 있다.
이와 같이, 역 구동성이 높은 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 수행하는 중에 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 정지해야 하는 비상 상황이 발생하였는지를 판단한다(202).
비상 상황의 발생 여부를 판단하는 것은, 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))에 마련된 모터(158)에 흐르는 전류를 안전모드 감지부(150)의 전류센서(151)를 통해 측정하거나 또는 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 속도를 안전모드 감지부(150)의 엔코더(152)를 통해 감지한다.
따라서, 제어부(154)는 전류센서(151)에 의해 측정된 전류를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하여 과도한 토크의 발생 여부를 체크하거나 또는 엔코더(152)에 의해 감지된 속도를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하여 비정상적인 속도의 발생 여부를 체크하여 로봇 팔(130R, 130L)이 작업을 정지해야 하는 비상 상황이 발생하였는지를 판단하는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 전류센서(151) 또는 엔코더(152)를 통해 토크나 속도를 체크하여 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 정지해야 하는 비상 상황이 발생하였는지를 판단하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 엔코더(152)를 통해 감지한 로봇 팔(130R, 130L)의 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 속도에 따른 가속도 값을 가지고 비상 상황의 발생 여부를 판단할 수 있으며, 또한 로봇(100)의 넘어짐이나 기타 여러 가지 원인에 의한 돌발 상황 시에도 비상 상황이라고 판단할 수 있다.
단계 202의 판단 결과, 비상 상황이 발생한 경우 제어부(154)는 로봇 팔(130R, 130L)이 수행하던 작업을 중지하고 로봇 팔(130R, 130L)을 안전하게 정지시키도록 중력 보상 제어를 수행한다(204).
중력 보상 제어는 로봇 팔(130R, 130L)에 작용하는 중력을 보상할 정도의 토크 즉, 로봇 팔(130R, 130L)이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 상태의 기구학적 위치를 유지할 수 있을 정도의 토크만 출력하여 로봇 팔(130R, 130L)이 마치 무중력 상태에 있는 것처럼 제어하는 것으로, 중력 보상 제어를 수행하게 되면 사용자가 로봇 팔(130R, 130L)에 가까이 있거나 끼어 있는 경우에도 사용자가 로봇 팔(130R, 130L)을 쉽게 움직일 수 있기 때문에 로봇 팔(130R, 130L)에서 안전하게 벗어날 수 있으며, 또한 로봇 팔(130R, 130L)의 중력으로 인한 낙하를 방지하여 로봇 팔(130R, 130L)이 주변 환경과 충돌하는 것을 방지할 수 있기 때문에 로봇 팔(130R, 130L)의 기구장치나 주변 환경은 물론 사용자 안전까지도 보호할 수 있게 된다.
중력 보상 제어를 위한 토크 계산방법을 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 중력 보상 제어의 토크를 계산하는 방법을 예시한 도면이다.
도 4에서, 모터(170)는 지면에 설치되어 있고, 모터(170)의 구동축에 링크(172)가 연결되어 있으며, 링크(172)는 질량을 가지고 있어 중력으로 인해 질량에 중력가속도를 곱한 크기 만큼의 무게가 중력 방향으로 작용하게 된다.
중력 보상 제어는 이러한 상황에서 외력이 가해지지 않을 때 링크(172)가 움직이지 않도록 하는 최소한의 토크를 모터(170)에서 발생하는 것으로, 토크는 링크(172)의 무게를 대표하는 무게 중심(G)과 링크(172)의 무게, 링크(172)와 지면이 이루는 링크 각도를 이용하여 계산한다. 링크 각도가 작을수록 링크(172)가 움직이지 않도록 하기 위하여 큰 토크를 발생하게 되며, 링크 각도가 지면과 수직한 경우 토크는 0에 가깝게 된다.
이와 같이, 외력에 의해 링크(172)가 움직이게 되는 경우 바뀌는 링크 각도에 따라 토크를 계산하는데 아래의 식 [1]와 같이, 링크 각도 즉, 관절각(θ)의 함수로 나타낼 수 있다.
τ=g(θ) ...... 식 [1]
여기서, τ는 모터(170) 토크를 나타내고, g는 링크 각도(θ)에 따른 중력 보상 함수의 맵핑을 나타낸다.
이후, 제어부(154)는 로봇 팔(130R, 130L)의 중력 보상 제어를 통해 사용자가 로봇 팔(130R, 130L)에서 안전한 위치로 이동하였는지를 모니터링하는데(206), 사용자가 안전한 위치로 이동하였는지를 모니터링하는 방법은 사용자가 안전한 위치로 이동한 후에 입력부(160)를 통해 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 안전하게 종료하기 위한 명령을 직접 입력하거나 사용자가 안전한 위치(예를 들어, 로봇 팔을 초기 위치로 이동시킨 경우)로 이동하였는지를 로봇(100)에 설치된 각종 센서(3차원 측정장비, F/T센서 등)를 통해 모니터링할 수 있다.
사용자가 안전한 위치로 이동하였다고 판단되면, 제어부(154)는 전원제어신호를 전원차단부(162)에 전달하고, 전원차단부(162)는 제어부(154)의 전원제어신호에 따라 로봇 팔(130R, 130L)에 공급되는 전원을 차단시키거나 대기모드로 전환시켜 로봇 팔(130R, 130L)의 작업을 종료한다(208).
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 역 구동성이 높은 로봇 팔을 안전하게 정지시키기 위한 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 중력 보상 제어의 토크를 계산하는 방법을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 역 구동성이 높은 로봇 팔을 안전하게 정지시키는 방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 로봇 130R, 130L : 로봇 팔
132R, 132L : 어깨 관절 133R, 133L : 팔꿈치 관절
134R, 134L : 손목 관절 150 : 안전모드 감지부
151 : 전류센서 152 : 엔코더
154 : 제어부 156 : 구동부
158 : 모터 160 : 입력부
162 : 전원차단부

Claims (17)

  1. 관절에 마련된 모터의 구동에 의해 작업을 수행하는 로봇 팔의 제어방법에 있어서,
    상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가 판단하고;
    상기 안전모드인 경우 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않도록, 현재 위치를 유지하기 위한 토크로서, 상기 로봇 팔에 작용하는 중력의 보상 토크를 계산하고;
    상기 계산된 중력의 보상 토크에 따라 상기 로봇 팔의 중력 보상 제어를 수행하는 로봇 팔의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안전모드인가 판단하는 것은,
    상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 모터 전류를 측정하여 측정된 상기 모터 전류를 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 관절 토크의 발생 정도를 체크하여 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 로봇 팔의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안전모드인가 판단하는 것은,
    상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 관절 속도를 감지하여 감지된 상기 관절 속 도를 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 로봇 팔의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중력의 보상 토크는 상기 로봇 팔의 무게 중심과 상기 로봇 팔의 무게 및 상기 관절 각도를 이용하여 계산하는 로봇 팔의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관절 각도가 작을수록 상기 중력의 보상 토크는 큰 값을 갖는 로봇 팔의 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 관절 각도가 수평면과 수직한 경우 상기 중력의 보상 토크는 0에 가까운 값을 갖는 로봇 팔의 제어방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중력 보상 제어는 상기 중력의 보상 토크를 상기 모터에 출력하여 상기 로봇 팔이 현재 위치를 유지하도록 제어하는 로봇 팔의 제어방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 중력 보상 제어로 사용자가 안전한 위치로 이동하였는가를 판단하는 것을 더 포함하고,
    상기 사용자가 안전한 위치로 이동한 경우 상기 로봇 팔의 작업을 종료하는 로봇 팔의 제어방법.
  10. 관절;
    상기 관절을 구동하는 모터;
    상기 모터의 구동에 의해 작업을 수행하는 중에 상기 작업을 정지해야 하는 안전모드인가 판단하고, 상기 안전모드인 경우 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않도록, 현재 위치를 유지하기 위한 토크로서, 상기 관절에 작용하는 중력의 보상 토크를 계산하고, 상기 계산된 중력의 보상 토크에 따라 중력 보상 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 로봇 팔.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관절은 적어도 하나 이상 구비된 로봇 팔.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 로봇 팔은 상기 관절의 마찰이 적어 외력으로 움직임이 가능한 역 구동성이 높은 로봇 팔.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 모터 전류를 측정하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 측정된 모터 전류를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 관절 토크의 발생 정도를 체크하여 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 로봇 팔.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 로봇 팔의 작업 중에 상기 관절 속도를 감지하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 감지된 관절 속도를 미리 정해진 제어 기준 값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 로봇 팔의 작업을 정지해야 하는 안전모드인가를 판단하는 로봇 팔.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 로봇 팔의 무게 중심과 상기 로봇 팔의 무게 및 상기 관절 각도를 이용하여 상기 중력의 보상 토크를 계산하는 로봇 팔.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 관절 각도가 작을수록 상기 중력의 보상 토크가 큰 값을 상기 모터에 출력하여 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 위치를 유지하도록 상기 중력 보상 제어를 수행하는 로봇 팔.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 관절 각도가 수평면과 수직한 경우 상기 중력의 보상 토크가 0에 가까운 값을 상기 모터에 출력하여 상기 로봇 팔이 중력에 의해 낙하하지 않고 현재 위치를 유지하도록 상기 중력 보상 제어를 수행하는 로봇 팔.
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