KR101485003B1 - Device and method for controlling position and posture of walking robot - Google Patents
Device and method for controlling position and posture of walking robot Download PDFInfo
- Publication number
- KR101485003B1 KR101485003B1 KR20140057825A KR20140057825A KR101485003B1 KR 101485003 B1 KR101485003 B1 KR 101485003B1 KR 20140057825 A KR20140057825 A KR 20140057825A KR 20140057825 A KR20140057825 A KR 20140057825A KR 101485003 B1 KR101485003 B1 KR 101485003B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- robot
- disturbance
- value
- unit
- magnitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
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
- B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
- B25J13/089—Determining the position of the robot with reference to its environment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing 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
- B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
- B25J9/162—Mobile manipulator, movable base with manipulator arm mounted on it
-
- 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
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/402—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S901/00—Robots
- Y10S901/01—Mobile robot
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치는 로봇에 대해 발생한 외란을 감지하고 상기 감지된 외란의 크기를 측정하는 센서부; 상기 측정된 외란의 크기에 대응하여 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어부; 및 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상하는 보상부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a position and an attitude of a robot, comprising: a sensor unit for sensing a disturbance generated on a robot and measuring a magnitude of the sensed disturbance; An impedance controller for performing a variable impedance control for changing a value of an impedance parameter corresponding to the magnitude of the measured disturbance; And a compensation unit for compensating for the position and attitude error of the robot by controlling a steady state error and a response speed generated according to the performance of the variable impedance control.
Description
본 발명의 실시예들은 외란 발생 시 보행 로봇의 위치 및 자세를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to an apparatus and method for controlling the position and attitude of a walking robot when disturbance occurs.
인간과 유사한 관절 체계를 가지고 인간의 작업 및 생활 공간에서 인간과 공존하며 보행하는 로봇의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 보행 로봇은 이족 또는 3족 이상의 복수의 다리를 가지는 다족 보행 로봇으로 구성되며, 안정적인 보행을 위해 각 관절에 위치한 전기 모터, 유압 모터 등의 액츄에이터를 구동해야 한다.Research and development of robots that coexist with human beings in a human work and living space with a human-like joint system and are walking are actively proceeding. The walking robot is composed of a multi-legged walking robot having two or more legs or three or more legs, and actuators such as an electric motor and a hydraulic motor located at each joint must be driven for stable walking.
액츄에이터의 구동 방식은 각 관절의 지령(command) 각도, 즉 지령(command) 위치를 주고 그것을 추종 제어하는 위치 기반의 ZMP(Zero Moment Point) 제어 방식과, 각 관절의 지령(command) 토크를 주고 그것을 추종 제어하는 토크 기반의 FSM(Finite State Machine) 제어 방식을 들 수 있다.The driving method of the actuator is based on a position-based ZMP (zero moment point) control method in which a command angle of each joint, that is, a command position is given and controlled, and a command torque of each joint is given And a torque-based finite state machine (FSM) control method for controlling tracking.
일반적으로 로봇은 작업 수행 시에 외란(disturbance)에 의해 항상 자세와 위치가 불안정해지는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 힘 제어의 일종인 임피던스 제어와 발생한 오차만큼 궤적을 보상해주는 방법들이 이용된다.Generally, the robot has a problem that its posture and position are always unstable due to disturbance when performing a task. In order to solve this problem, impedance control, which is a kind of force control, and methods for compensating the trajectory by an error are used.
힘 제어의 일종인 임피던스 제어는 주로 일정한 값의 매개 변수를 사용하게 되는데, 만약 외란의 크기가 매개 변수가 보상해 줄 수 있는 범위를 넘어서는 경우에는 적절한 보상을 해 줄 수가 없다. 또한, 임피던스 제어에서 사용되는 댐퍼 파트는 외란을 흡수하는 중요한 역할을 하지만 이로 인해 정확하고 빠른 제어를 기대하기가 어렵다.Impedance control, which is a kind of force control, mainly uses a constant value parameter. If the magnitude of the disturbance exceeds the range that the parameter can compensate, it can not compensate properly. In addition, the damper part used in the impedance control plays an important role in absorbing the disturbance, but it is difficult to expect accurate and quick control.
관련 선행기술로는 등록특허공보 제10-1262840호(발명의 명칭: 인간-로봇 협업 시스템 및 이를 기반으로 하는 부품 조립 방법, 등록일자: 2013년 5월 3일)가 있다.
A related prior art is the registered patent publication No. 10-1262840 entitled " Human-Robot Collaboration System ", and a method of assembling parts based on the method, filed on May 3, 2013.
본 발명의 일 실시예는 가변 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 위치 및 자세를 보상하고, 이때 발생하는 정상 상태 오차 및 응답 속도를 게인을 이용한 기하학적인 방법으로 개선할 수 있는 로봇의 위치 및 자세 제어 장치 및 방법을 제공한다.
In one embodiment of the present invention, the position and attitude of the robot are compensated through the variable impedance control, and the steady state error and the response speed generated at this time can be improved by a geometric method using gain. And methods.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치는 로봇에 대해 발생한 외란을 감지하고 상기 감지된 외란의 크기를 측정하는 센서부; 상기 측정된 외란의 크기에 대응하여 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어부; 및 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상하는 보상부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a position and an attitude of a robot, comprising: a sensor unit for sensing a disturbance generated on a robot and measuring a magnitude of the sensed disturbance; An impedance controller for performing a variable impedance control for changing a value of an impedance parameter corresponding to the magnitude of the measured disturbance; And a compensation unit for compensating for the position and attitude error of the robot by controlling a steady state error and a response speed generated according to the performance of the variable impedance control.
상기 센서부는 상기 외란에 따른 상기 로봇의 관절 위치와 관절 토크를 감지하여 상기 로봇의 외란 토크를 추정함으로써 상기 외란의 크기를 측정할 수 있다.The sensor unit may measure the disturbance magnitude by estimating the disturbance torque of the robot by sensing the joint position and the joint torque of the robot according to the disturbance.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치는 상기 외란의 크기별로 상기 임피던스 파라미터의 값을 매칭하여 저장하는 메모리부를 더 포함할 수 있다.The apparatus for controlling a position and an attitude of a robot according to an embodiment of the present invention may further include a memory unit for storing values of the impedance parameters according to magnitude of the disturbance.
상기 임피던스 제어부는 상기 메모리부를 참조하여 상기 센서부에 의해 측정된 외란의 크기에 매칭하는 임피던스 파라미터의 값을 선택하고, 상기 선택된 값으로 상기 임피던스 파라미터의 값을 변경하여 상기 가변 임피던스 제어를 수행할 수 있다.The impedance control unit may refer to the memory unit to select a value of an impedance parameter matching the magnitude of the disturbance measured by the sensor unit and to change the value of the impedance parameter to the selected value to perform the variable impedance control have.
상기 임피던스 파라미터는 상기 로봇의 질량, 댐핑 계수, 및 스프링 상수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The impedance parameter may include at least one of a mass of the robot, a damping coefficient, and a spring constant.
상기 보상부는 상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값과 실제 값의 차이를 계산하는 연산부; 및 상기 계산된 차이 값에 따른 피드백 데이터에 기초하여 상기 정상 상태 오차 및 상기 응답 속도를 제어하는 피드백 제어부를 포함할 수 있다.Wherein the compensating unit comprises: a computing unit for computing a difference between a reference value and an actual value of the locus of the robot; And a feedback control unit for controlling the steady state error and the response speed based on feedback data according to the calculated difference value.
상기 피드백 제어부는 상기 계산된 차이 값에 미리 설정된 게인(gain)을 상기 피드백 데이터로서 적용하여 상기 참조 값을 보정하고, 상기 보정된 참조 값에 기초하여 상기 정상 상태 오차 및 상기 응답 속도를 제어할 수 있다.The feedback control unit may correct the reference value by applying a predetermined gain to the calculated difference value as the feedback data and control the steady state error and the response speed based on the corrected reference value have.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 방법은 로봇의 위치 및 자세 제어 장치의 센서부에서, 로봇에 대해 발생한 외란을 감지하고 상기 감지된 외란의 크기를 측정하는 단계; 상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치의 임피던스 제어부에서, 상기 측정된 외란의 크기에 대응하여 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행하는 단계; 및 상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치의 보상부에서, 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상하는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a position and an attitude of a robot, the method comprising: sensing disturbance generated in a sensor unit of a robot position and orientation control apparatus and measuring a magnitude of the sensed disturbance; Performing variable impedance control in an impedance control unit of the robot position and orientation control apparatus to change a value of an impedance parameter corresponding to a magnitude of the measured disturbance; And compensating a position and attitude error of the robot by controlling a steady state error and a response speed generated by performing the variable impedance control in a compensating unit of the robot position and attitude control apparatus.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가변 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 위치 및 자세를 보상하고, 이때 발생하는 정상 상태 오차 및 응답 속도를 게인을 이용한 기하학적인 방법으로 개선함으로써, 외란의 크기에 능동적으로 대처할 수 있어 외란 발생 시에도 로봇의 위치와 자세를 효율적으로 제어할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the position and attitude of the robot are compensated through the variable impedance control, and the steady-state error and the response speed generated at this time are improved by a geometric method using gain, It is possible to efficiently control the position and posture of the robot even when disturbance occurs.
도 1은 이상적인 상황에서 로봇이 동작하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 외란에 의해 로봇의 궤적이 일그러진 상황을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 4는 도 3의 보상부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하는 과정을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.Fig. 1 is a view showing a robot operating in an ideal situation.
2 is a view showing a state in which a trajectory of a robot is distorted by a disturbance.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an apparatus for controlling the position and orientation of a robot according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 is a block diagram showing a detailed configuration of the compensating unit of FIG.
5 is a flowchart illustrating a method of controlling a position and an attitude of a robot according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a process of controlling steady state error and response speed according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 이상적인 상황에서 로봇이 동작하는 모습을 보여주는 도면이고, 도 2는 외란에 의해 로봇의 궤적이 일그러진 상황을 보여주는 도면이다.FIG. 1 is a view showing a state where a robot operates in an ideal situation, and FIG. 2 is a view showing a state where a locus of a robot is distorted by a disturbance.
도 1과 같은 경우, 로봇의 자세와 위치에 대한 참조 값과 실제 값(센싱 값)은 일치한다. 이에 따라, 상기 로봇의 엔드 이펙터(end effector)가 그리는 궤적은 정상적으로 나타난다.In the case of FIG. 1, the reference value and the actual value (sensing value) of the attitude and position of the robot coincide with each other. Accordingly, the locus drawn by the end effector of the robot normally appears.
그런데, 도 2에 도시된 바와 같이 외란(disturbance)이 발생하는 경우, 상기 로봇의 자세와 위치에 대한 참조 값과 실제 값은 일치하지 않게 된다. 이에 따라, 상기 로봇의 엔드 이펙터가 그리는 궤적은 일그러져 비정상적으로 나타난다.However, when a disturbance occurs as shown in FIG. 2, the reference value and the actual value of the position and the position of the robot do not coincide with each other. Accordingly, the locus drawn by the end effector of the robot is distorted and appears abnormally.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 로봇의 보행 중 외란이 발생하는 경우, 가변 임피던스 제어(variable impedence control)를 통해 매개 변수(임피던스 파라미터)를 외란의 크기에 맞게 적절히 변화시켜 주어 크고 작은 외란에 훨씬 더 능동적으로 대처할 수 있도록 한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when disturbance occurs while the robot is walking, the parameter (impedance parameter) is appropriately changed according to the magnitude of the disturbance through variable impedance control, So that it can cope more actively.
아울러, 본 발명의 일 실시예에서는 기하학적인 보상 방법을 함께 사용함으로써 외란을 흡수하는 역할을 하는 댐퍼 파트에 의해 발생하는 정상상태 오차와 느려진 응답속도를 개선할 수 있도록 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, by using the geometric compensation method together, it is possible to improve a steady state error and a slow response speed caused by a damper part serving to absorb disturbance.
다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에서는 가변 임피던스 제어와 기하학적인 보상 방법을 융합하여 사용함으로써 외란의 크기에 능동적으로 대처할 수 있음은 물론, 이때 발생하는 정상상태 오차와 느려진 응답속도를 개선할 수 있다.
In other words, in one embodiment of the present invention, by using the variable impedance control and the geometric compensation method in combination, it is possible to actively cope with the magnitude of the disturbance, as well as improve the steady state error and the slow response speed .
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating an apparatus for controlling the position and orientation of a robot according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300)는 센서부(310), 메모리부(320), 임피던스 제어부(330), 보상부(340), 및 제어부(350)를 포함할 수 있다.3, an
상기 센서부(310)는 상기 로봇에 대해 발생한 외란을 감지한다. 상기 센서부(310)는 상기 감지된 외란의 크기를 측정한다.The
이를 위해, 상기 센서부(310)는 상기 외란에 따른 로봇의 관절 위치와 관절 토크를 감지하고, 상기 감지된 위치 및 토크에 기초하여 상기 로봇의 외란 토크를 추정할 수 있다. 이로써, 상기 센서부(310)는 상기 추정된 외란 토크에 기초하여 상기 로봇에 대해 발생한 외란의 크기를 측정할 수 있다.To this end, the
상기 임피던스 제어부(330)는 상기 센서부(310)에 의해 측정된 외란의 크기에 맞게 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행한다. 여기서, 상기 임피던스 파라미터는 상기 로봇의 질량, 댐핑 계수, 및 스프링 상수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
이를 위해, 상기 임피던스 제어부(330)는 상기 메모리부(320)를 이용할 수 있다. 상기 메모리부(320)는 상기 외란의 크기별로 상기 임피던스 파라미터의 값을 매칭하여 미리 저장하고 있을 수 있다.For this, the
즉, 상기 임피던스 제어부(330)는 상기 메모리부(320)를 참조하여 상기 센서부(310)에 의해 측정된 외란의 크기에 매칭하는 임피던스 파라미터의 값을 선택할 수 있다. 상기 임피던스 제어부(330)는 상기 선택된 값으로 상기 임피던스 파라미터의 값을 변경하여 상기 가변 임피던스 제어를 수행할 수 있다.That is, the
이때, 상기 임피던스 제어부(330)는 하기 수학식 1을 이용하여 상기 가변 임피던스 제어를 수행할 수 있다.At this time, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, M은 질량, B는 댐핑 계수, K는 스프링 상수, f는 힘을 각각 의미한다. 또한, 
상기 보상부(340)는 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상하는 역할을 한다.The
이를 위해, 상기 보상부(340)는 도 4에 도시된 바와 같이 연산부(410) 및 피드백 제어부(420)를 포함할 수 있다. 참고로, 도 4는 도 3의 보상부(340)의 상세 구성을 도시한 블록도이다.For this, the
상기 연산부(410)는 상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값과 실제 값의 차이를 계산할 수 있다. 이를 위해, 상기 연산부(410)는 상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값을 산출하여 상기 로봇의 궤적을 센싱한 실제 값과 비교할 수 있다. 상기 연산부(410)는 상기 비교 결과에 따른 두 값의 차이를 계산하여 출력할 수 있다.The
여기서, 상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값은 상기 메모리부(320)에 미리 저장되어 있는 값으로서, 상기 로봇의 위치 및 자세에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 이러한 참조 값은 당해 기술분야에서 이미 널리 사용되고 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, the reference value regarding the locus of the robot is a value stored in advance in the
상기 피드백 제어부(420)는 상기 연산부(410)에 의해 계산된 차이 값에 따른 피드백 데이터에 기초하여, 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어할 수 있다.The
즉, 상기 피드백 제어부(420)는 상기 참조 값과 실제 값의 차이 값에 미리 설정된 게인(gain)을 상기 피드백 데이터로서 적용하여 상기 참조 값을 보정할 수 있다. 이때, 상기 피드백 제어부(420)는 상기 참조 값과 실제 값의 차이 값(E)에 상기 게인(G)을 곱하여(E*G) 상기 참조 값을 보정할 수 있다. 이에 따라, 상기 패드백 제어부(420)는 상기 참조 값을 상기 실제 값과 일치하거나 최대한 근접한 값으로 보정할 수 있다.That is, the
상기 피드백 제어부(420)는 상기 보정된 참조 값에 기초하여 상기 정상 상태 오차 및 상기 응답 속도를 제어할 수 있다. 이로써, 상기 보상부(340)는 상기 로봇의 위치 및 자세를 최종적으로 보상할 수 있다.The
상기 제어부(350)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300), 즉 상기 센서부(310), 상기 메모리부(320), 상기 임피던스 제어부(330), 상기 보상부(340) 등의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.The
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300)는 상기 임피던스 제어부(330)를 통해 가변 임피던스 제어를 수행함으로써 상기 로봇의 위치 및 자세를 일차적으로 보정하고, 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도에 대해서는 상기 보상부(340)를 통해 제어함으로써, 상기 로봇의 위치 및 자세를 최종적으로 보상할 수 있다.As described above, the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외란의 크기에 능동적으로 대처할 수 있으며, 나아가 이때 발생하는 정상상태 오차와 느려진 응답속도를 개선함으로써 외란 발생 시에도 로봇의 위치와 자세를 정확하게 제어할 수 있다.
Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to actively cope with the magnitude of the disturbance, and furthermore, by improving the steady state error and the slow response speed generated at this time, the position and attitude of the robot can be accurately controlled even when disturbance occurs .
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of controlling a position and an attitude of a robot according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 5를 참조하면, 단계(510)에서 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300)의 센서부(310)는 로봇에 대해 발생한 외란을 감지한다.Referring to FIGS. 3 and 5, in
다음으로, 단계(520)에서 상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300)의 센서부(310)는 상기 감지된 외란의 크기를 측정한다.Next, in
다음으로, 단계(530)에서 상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300)의 임피던스 제어부(330)는 상기 측정된 외란의 크기에 대응하여 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행한다.Next, in
다음으로, 단계(540)에서 상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치(300)의 보상부(340)는 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상한다.
Next, in
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하는 과정을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 상기 과정은 도 5의 단계(540)에 해당하며, 본 실시예에서는 상기 과정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.6 is a flowchart illustrating a process of controlling steady state error and response speed according to an embodiment of the present invention. The process corresponds to step 540 of FIG. 5, and the process will be described in more detail.
도 4 및 도 6을 참조하면, 단계(610)에서 상기 보상부(340)의 연산부(410)는 상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값과 실제 값의 차이를 계산한다.4 and 6, in
다음으로, 단계(620)에서 상기 보상부(340)의 피드백 제어부(420)는 상기 참조 값과 실제 값의 차이에 따른 피드백 데이터를 선택한다. 여기서, 상기 피드백 데이터는 게인 값으로서 상기 참조 값과 실제 값의 차이에 따라 다른 값으로 선택될 수 있다.Next, in
다음으로, 단계(630)에서 상기 보상부(340)의 피드백 제어부(420)는 상기 선택된 피드백 데이터에 기초하여, 상기 로봇에 대해 발생한 외란을 흡수하는 역할을 하는 댐퍼 파트에 의해 발생하는 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어한다.
Next, in
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 위치 및 자세 제어 방법에서는 가변 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 위치 및 자세를 보상하고, 이때 발생하는 정상 상태 오차 및 응답 속도를 게인을 이용한 기하학적인 방법으로 개선함으로써, 상기 로봇의 위치 및 자세를 최종적으로 보상할 수 있다.As described above, in the position and attitude control method of the robot according to an embodiment of the present invention, the position and attitude of the robot are compensated through the variable impedance control, and the steady state error and the response speed generated at this time are compensated by a geometric method The position and the posture of the robot can be finally compensated.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외란의 크기에 능동적으로 대처할 수 있으며, 나아가 이때 발생하는 정상상태 오차와 느려진 응답속도를 개선함으로써 외란 발생 시에도 로봇의 위치와 자세를 정확하게 제어할 수 있다.
Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to actively cope with the magnitude of the disturbance, and furthermore, by improving the steady state error and the slow response speed generated at this time, the position and attitude of the robot can be accurately controlled even when disturbance occurs .
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
Embodiments of the present invention include computer readable media including program instructions for performing various computer implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc., alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known to those skilled in the computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, and ROMs, And hardware devices specifically configured to store and execute the same program instructions. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.
310: 센서부
320: 메모리부
330: 임피던스 제어부
340: 보상부
350: 제어부310:
320:
330: Impedance control unit
340:
350:
Claims (8)
상기 측정된 외란의 크기에 대응하여 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행하는 임피던스 제어부; 및
상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상하는 보상부
를 포함하고,
상기 보상부는
상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값과 실제 값의 차이를 계산하는 연산부; 및
상기 계산된 차이 값에 미리 설정된 게인(gain)을 곱하여 상기 참조 값을 보정하고, 상기 보정된 참조 값에 기초하여 상기 정상 상태 오차 및 상기 응답 속도를 제어하는 피드백 제어부
를 포함하며,
상기 임피던스 제어부는
하기 수학식 1을 이용하여 상기 가변 임피던스 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치 및 자세 제어 장치.
[수학식 1]
여기서, M은 질량, B는 댐핑 계수, K는 스프링 상수, f는 힘을 각각 의미하고,
A sensor unit for sensing a disturbance occurring to the robot and measuring a magnitude of the sensed disturbance;
An impedance controller for performing a variable impedance control for changing a value of an impedance parameter corresponding to the magnitude of the measured disturbance; And
And a compensating unit for compensating for the position and attitude error of the robot by controlling a steady state error and a response speed generated by performing the variable impedance control,
Lt; / RTI >
The compensation unit
An operation unit for calculating a difference between a reference value and an actual value with respect to the locus of the robot; And
A feedback control unit for controlling the steady state error and the response speed based on the corrected reference value by multiplying the calculated difference value by a predetermined gain to thereby correct the reference value,
/ RTI >
The impedance controller
Wherein the variable impedance control is performed using Equation (1) below.
[Equation 1]
Where M is mass, B is damping coefficient, K is spring constant, f is force,
상기 센서부는
상기 외란에 따른 상기 로봇의 관절 위치와 관절 토크를 감지하여 상기 로봇의 외란 토크를 추정함으로써 상기 외란의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치 및 자세 제어 장치.
The method according to claim 1,
The sensor unit
Wherein the controller measures the disturbance magnitude by estimating disturbance torque of the robot by sensing joint position and joint torque of the robot according to the disturbance.
상기 외란의 크기별로 상기 임피던스 파라미터의 값을 매칭하여 저장하는 메모리부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치 및 자세 제어 장치.
The method according to claim 1,
A memory unit for storing a value of the impedance parameter for each magnitude of the disturbance,
And a controller for controlling the position and orientation of the robot.
상기 임피던스 제어부는
상기 메모리부를 참조하여 상기 센서부에 의해 측정된 외란의 크기에 매칭하는 임피던스 파라미터의 값을 선택하고, 상기 선택된 값으로 상기 임피던스 파라미터의 값을 변경하여 상기 가변 임피던스 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치 및 자세 제어 장치.
The method of claim 3,
The impedance controller
Wherein the control unit selects the value of the impedance parameter matching the magnitude of the disturbance measured by the sensor unit with reference to the memory unit and performs the variable impedance control by changing the value of the impedance parameter to the selected value. Position and orientation control device.
상기 임피던스 파라미터는
상기 로봇의 질량, 댐핑 계수, 및 스프링 상수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치 및 자세 제어 장치.
The method according to claim 1,
The impedance parameter
Wherein the robot comprises at least one of a mass of the robot, a damping coefficient, and a spring constant.
상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치의 임피던스 제어부에서, 상기 측정된 외란의 크기에 대응하여 임피던스 파라미터의 값을 변화시키는 가변 임피던스 제어를 수행하는 단계; 및
상기 로봇의 위치 및 자세 제어 장치의 보상부에서, 상기 가변 임피던스 제어의 수행에 따라 발생된 정상 상태 오차 및 응답 속도를 제어하여 상기 로봇의 위치 및 자세 오차를 보상하는 단계
를 포함하고,
상기 보상하는 단계는
상기 보상부의 연산부에서, 상기 로봇의 궤적에 관한 참조 값과 실제 값의 차이를 계산하는 단계; 및
상기 보상부의 피드백 제어부에서, 상기 계산된 차이 값에 미리 설정된 게인(gain)을 곱하여 상기 참조 값을 보정하고, 상기 보정된 참조 값에 기초하여 상기 정상 상태 오차 및 상기 응답 속도를 제어하는 단계
를 포함하며,
상기 가변 임피던스 제어를 수행하는 단계는
하기 수학식 1을 이용하여 상기 가변 임피던스 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치 및 자세 제어 방법.
[수학식 1]
여기서, M은 질량, B는 댐핑 계수, K는 스프링 상수, f는 힘을 각각 의미하고,
Performing variable impedance control in an impedance control unit of the robot position and orientation control apparatus to change a value of an impedance parameter corresponding to a magnitude of the measured disturbance; And
And compensating a position and attitude error of the robot by controlling a steady state error and a response speed generated by performing the variable impedance control in a compensating unit of the robot position and attitude control apparatus
Lt; / RTI >
The compensating step
Calculating a difference between a reference value and an actual value with respect to the locus of the robot in an operation unit of the compensation unit; And
The feedback control part of the compensation part corrects the reference value by multiplying the calculated difference value by a predetermined gain and controls the steady state error and the response speed based on the corrected reference value
/ RTI >
The step of performing the variable impedance control
Wherein the variable impedance control is performed using the following equation (1).
[Equation 1]
Where M is mass, B is damping coefficient, K is spring constant, f is force,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140057825A KR101485003B1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | Device and method for controlling position and posture of walking robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140057825A KR101485003B1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | Device and method for controlling position and posture of walking robot |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101485003B1 true KR101485003B1 (en) | 2015-01-27 |
Family
ID=52592234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20140057825A Expired - Fee Related KR101485003B1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | Device and method for controlling position and posture of walking robot |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101485003B1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101730909B1 (en) * | 2015-09-01 | 2017-05-04 | 국방과학연구소 | Wearing robot and variable impedance controlling method thereof |
| CN107748496A (en) * | 2017-09-25 | 2018-03-02 | 北京邮电大学 | Impedance controller algorithm based on parameter adaptive regulation |
| KR20180031158A (en) * | 2016-09-19 | 2018-03-28 | 한국기계연구원 | Decentralized device for controlling motor and decentralized method for controlling motor and articulation robot system using the same |
| CN111176283A (en) * | 2019-12-31 | 2020-05-19 | 广东省智能制造研究所 | Active compliance control method for foot type robot under complex terrain |
| WO2021029484A1 (en) * | 2019-08-12 | 2021-02-18 | 한국로봇융합연구원 | System and method for controlling disaster rescue robot |
| CN116197796A (en) * | 2023-03-13 | 2023-06-02 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | Robot polishing path compensation method and device, electronic equipment and storage medium |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06332535A (en) * | 1993-05-21 | 1994-12-02 | Kobe Steel Ltd | Robot controller |
| JP2013000856A (en) * | 2011-06-20 | 2013-01-07 | Seiko Epson Corp | Robot control system and robot system |
-
2014
- 2014-05-14 KR KR20140057825A patent/KR101485003B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06332535A (en) * | 1993-05-21 | 1994-12-02 | Kobe Steel Ltd | Robot controller |
| JP2013000856A (en) * | 2011-06-20 | 2013-01-07 | Seiko Epson Corp | Robot control system and robot system |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101730909B1 (en) * | 2015-09-01 | 2017-05-04 | 국방과학연구소 | Wearing robot and variable impedance controlling method thereof |
| KR20180031158A (en) * | 2016-09-19 | 2018-03-28 | 한국기계연구원 | Decentralized device for controlling motor and decentralized method for controlling motor and articulation robot system using the same |
| KR101866894B1 (en) * | 2016-09-19 | 2018-06-12 | 한국기계연구원 | Decentralized device for controlling motor and decentralized method for controlling motor and articulation robot system using the same |
| CN107748496A (en) * | 2017-09-25 | 2018-03-02 | 北京邮电大学 | Impedance controller algorithm based on parameter adaptive regulation |
| CN107748496B (en) * | 2017-09-25 | 2020-10-09 | 北京邮电大学 | Impedance Controller Algorithm Based on Parameter Adaptive Adjustment |
| WO2021029484A1 (en) * | 2019-08-12 | 2021-02-18 | 한국로봇융합연구원 | System and method for controlling disaster rescue robot |
| KR20210019172A (en) * | 2019-08-12 | 2021-02-22 | 한국로봇융합연구원 | Disaster relief robot control system and method |
| KR102251025B1 (en) * | 2019-08-12 | 2021-05-14 | 한국로봇융합연구원 | Disaster relief robot control system and method |
| CN111176283A (en) * | 2019-12-31 | 2020-05-19 | 广东省智能制造研究所 | Active compliance control method for foot type robot under complex terrain |
| CN111176283B (en) * | 2019-12-31 | 2022-08-26 | 广东省智能制造研究所 | Active compliance control method for foot type robot under complex terrain |
| CN116197796A (en) * | 2023-03-13 | 2023-06-02 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | Robot polishing path compensation method and device, electronic equipment and storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101485003B1 (en) | Device and method for controlling position and posture of walking robot | |
| JP4319232B2 (en) | Power assist device and control method thereof | |
| JP4271249B2 (en) | Mating device | |
| US10618164B2 (en) | Robot system having learning control function and learning control method | |
| JP6097174B2 (en) | Robot controller | |
| US9114524B2 (en) | Method of operating a wearable robot | |
| US10254741B2 (en) | Robot apparatus having learning function | |
| JP5480198B2 (en) | Spot welding robot with learning control function | |
| US9427870B2 (en) | Robotics apparatus, robot control method, program, and recording medium | |
| JP2005301508A (en) | Control unit | |
| JP4014162B2 (en) | Machine tool position control device and machine tool position control method | |
| JP6044511B2 (en) | Robot control method and robot system | |
| JP2008296310A (en) | Control device for machining robot | |
| JP5318727B2 (en) | Information processing method, apparatus and program | |
| US20110218673A1 (en) | Robot control apparatus | |
| KR102561103B1 (en) | Robot calibration system and calibration method thereof | |
| KR20190121972A (en) | Computed-torque based controller, and its parameter determination and performance analysis methods | |
| JP5989694B2 (en) | Control device, control method, and control program | |
| CN113799116A (en) | Direct force feedback control method, device, controller and robot | |
| KR20210052504A (en) | Vibration suppression device, vibration suppression method and program | |
| JP4860277B2 (en) | Vibration suppression control method and apparatus for multi-inertia resonance system | |
| CN110871456B (en) | Robot | |
| JP5660482B2 (en) | Control method and control device for feed drive system of machine tool | |
| JP7227018B2 (en) | Learning controller, robot controller and robot | |
| JP2020064021A (en) | Vibration tester for damper |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20140514 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20140527 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20140514 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20141008 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20150105 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20150115 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20150116 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20181026 |