KR101637654B1 - 차량 avn시스템 검사로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR101637654B1 KR1020140070963A KR20140070963A KR101637654B1 KR 101637654 B1 KR101637654 B1 KR 101637654B1 KR 1020140070963 A KR1020140070963 A KR 1020140070963A KR 20140070963 A KR20140070963 A KR 20140070963A KR 101637654 B1 KR101637654 B1 KR 101637654B1
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Abstract

다관절로 구성되며, 각 관절마다 구동부와 회전각센서가 마련되며, 단부에 푸셔가 형성되고 푸셔에는 힘센서가 마련된 매니퓰레이터; 및 매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어를 수행하고, 위치제어 후 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어를 수행하는 제어부;를 포함하는 차량 AVN시스템 검사로봇 및 그 제어방법이 소개된다.

Description

차량 AVN시스템 검사로봇 및 그 제어방법 {ROBOT FOR INSPECTING VEHICLE AVN SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE ROBOT}
본 발명은 차량의 AVN시스템을 로봇을 이용하여 자동적으로 버튼을 누르고 정상화면을 확인할 수 있도록 하는 차량 AVN시스템 검사로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근의 차량에는 디스플레이와 각종 버튼들로 구성된 AVN(AUDIO, VIDEO, NAVIGATION)시스템이 일반적으로 장착되고 있다. 이러한 AVN시스템이 올바르게 작동되는지 또는 불량이 없는지를 확인하기 위하여 공장에서는 차량의 출고전에 이를 수작업으로 일일이 확인하고 있다.
즉, 검사자가 특정버튼을 누르고, 그에 대응되는 올바른 특정화면이 나오는지를 눈으로 확인하고, 차량 1대당 이러한 작업을 수차례 진행함으로써 수작업으로 정상작동여부를 확인하고 있다.
그러나 이러한 방식은 매우 비효율적인 방식이고, 시간과 원가가 과도하게 소요되는바, 이를 로봇으로 대체함으로써 빠르고 정확하게 AVN의 정상 여부를 확인할 수 있도록 하는 기술이 필요하였다.
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.
KR 10-1999-0059516 A
본 발명은 차량의 AVN시스템을 로봇을 이용하여 자동적으로 버튼을 누르고 정상화면을 확인할 수 있도록 하는 차량 AVN시스템 검사로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇은, 다관절로 구성되며, 각 관절마다 구동부와 회전각센서가 마련되며, 단부에 푸셔가 형성되고 푸셔에는 힘센서가 마련된 매니퓰레이터; 및 매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어를 수행하고, 위치제어 후 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어를 수행하는 제어부;를 포함한다.
제어부는 위치제어시 각 관절에서의 현재각도와 목표각도의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절 구동부에 인가하는 토크를 생성할 수 있다.
제어부는 하기의 식에 따라 위치제어를 수행할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00001
각 관절의 목표각도는 매니퓰레이터 단부의 현재위치와 목표위치의 차이를 자코비안 전치행렬에 대입하여 도출할 수 있다.
각 관절의 목표각도는 하기의 식에 의해 도출할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00002
제어부는 힘제어시 매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성할 수 있다.
제어부는 하기의 식에 따라 힘제어를 수행할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00003
제어부는 위치제어 및 힘제어시 하기의 식에 따라 각 관절의 구동부를 제어할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00004
본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇은, 매니퓰레이터의 단부에 마련된 카메라센서;를 더 포함하고, 제어부는 AVN시스템의 특정버튼에 대하여 위치제어 및 힘제어를 통하여 특정버튼을 누르고, 카메라센서를 통해 특정버튼에 따른 특정구동화면을 확인함으로써 AVN시스템의 정상작동 여부를 검사할 수 있다.
본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법은, 매니퓰레이터의 위치제어를 선택하는 위치선택단계; 매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어단계; 매니퓰레이터의 힘제어를 선택하는 힘선택단계; 및 매니퓰레이터 단부의 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어단계;를 포함한다.
본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법은, 매니퓰레이터의 위치제어를 선택하고 선택행렬을 단위행렬로 입력하는 위치선택단계; 매니퓰레이터 단부의 현재위치와 목표위치의 차이를 자코비안 전치행렬에 대입하여 각 관절의 목표각도를 도출하고, 각 관절에서의 현재각도와 목표각도의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 위치제어단계; 위치제어가 완료된 경우, 매니퓰레이터의 힘제어를 선택하고 선택행렬에 0을 입력하는 힘선택단계; 및 매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 힘제어단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 AVN시스템 검사로봇 및 그 제어방법에 따르면, 차량의 AVN시스템을 로봇을 이용하여 자동적으로 버튼을 누르고 정상화면을 확인할 수 있도록 한다.
사람이 일일이 차량의 AVN 시스템을 버튼을 누르고 육안으로 검사함에 따라 상당한 검사시간이 소비되며, 검사자의 컨디션과 상황에 따라 AVN 시스템의 모든 버튼과 동작상태를 확인할 수 없는 경우가 발생하지만 본 발명의 검사로봇을 이용하면 검사시간을 단축할 수 있으며, 모든 버튼과 동작상태를 확인할 수 있어 차량의 초기품질문제를 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇을 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 검사로봇에 따른 검사화면을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법의 블록도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 검사로봇에 따른 검사화면을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법의 블록도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇을 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇은, 다관절(a,b,c,d)로 구성되며, 각 관절마다 구동부와 회전각센서가 마련되며, 단부에 푸셔(220)가 형성되고 푸셔(220)에는 힘센서(240)가 마련된 매니퓰레이터(200); 및 매니퓰레이터(200)의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어를 수행하고, 위치제어 후 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어를 수행하는 제어부(280);를 포함한다.
도 1과 같이, 본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇의 매니퓰레이터(200)는 다관절(a,b,c,d)로 이루어진다. 본 발명에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇은, 각 관절마다 구동부와 회전각센서가 마련된다. 구동부는 모터를 사용할 수 있으며, 인코더가 내장되어 실시간으로 회전각을 검출할 수 있도록 한다.
또한, 로봇 매니퓰레이터의 단부에는 우레탄으로 형성된 푸셔(220)가 형성된다. 푸셔(220)에는 힘센서(240)가 마련되어 푸셔(220)로 버튼(120)을 가압할 경우 힘을 측정하도록 한다.
제어부(280)는 매니퓰레이터를 제어하도록 한다. 구체적으로, 제어부(280)는 매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어를 수행하고, 위치제어 후 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어를 수행한다.
즉, 제어부는 위치제어와 힘제어의 두 가지 제어로 나누어 제어하는 것이며, 이를 통하여 신속하게 위치를 점하고, 정확하고 과도하지 않은 적절한 힘으로 푸셔를 통해 버튼을 가압한다.
또한, 본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇은, 매니퓰레이터의 단부에 마련된 카메라센서(260)를 더 포함하고, 제어부는 AVN시스템의 특정버튼(120)에 대하여 위치제어 및 힘제어를 통하여 특정버튼(120)을 누르고, 카메라센서(260)를 통해 특정버튼에 따른 특정구동화면(100)을 확인함으로써 AVN시스템의 정상작동 여부를 검사할 수 있다.
즉, 도 2와 같이 각종 버튼을 위치제어, 힘제어하여 누르고, 카메라센서로 화면을 촬영하여 버튼마다 해당하는 화면이 정확히 출력되는지 확인함으로써 AVN시스템을 검사하도록 하는 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법의 블록도로서, 제어부는 위치제어와 힘제어 두가지를 함께 제어하도록 한다. 위치제어와 힘제어는 선택적으로 활용되며, 그 선택을 위해 선택행렬 S를 사용한다.
구체적으로, 제어부는 위치제어시 각 관절에서의 현재각도와 목표각도의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절 구동부에 인가하는 토크를 생성할 수 있다.
즉, 제어부는 하기의 식에 따라 위치제어를 수행할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00005
도 3의 블록도를 살펴보면, 먼저 DESIRED POSITION AND FORCE GENERATOR에 의해 매니퓰레이터 단부의 목표위치가 버튼에 맞도록 설정된다. 이는 이미 입력되어 있는 버튼의 위치 값들로 구성되며, 그 중 검사 순서에 따라 하나가 선택되어 입력되는 것이다.
그리고 선택된 xd와 현재의 단부 위치인 x의 차이를 통해 오차인 e를 도출한다. 오차값이 0에 수렴하도록 위치제어가 필요하며, 이를 위해 매니퓰레이터 각 관절에 적절한 토크를 인가하도록 하는 것이다.
기본적으로, 각 관절의 토크제어는 관절의 각도제어를 통해 이루어지며, 매니퓰레이터 각 관절의 현재각도와 목표각도의 차이를 PD제어함으로써 원하는 각 관절의 토크를 생성하여 관절을 구동하고, 결국 단부의 위치에 관한 오차인 e를 0으로 수렴토록 한다.
도 2의 블록도와 수학식 1을 함께 살펴보면, 매니퓰레이터 자체는 복수의 링트와 관절로 구성되고, 이는 자코비안 행렬로서 기구학적인 관계가 도출될 수 있다. 따라서, 위치에 관한 오차를 자코비안 전치행렬에 대입하여 각 관절에서 필요한 목표각속도를 구하고, 이를 integrator를 통해 적분하여 목표각도를 구하며, 현재 각 관절의 각속도와 각도를 통해 조합하여 대입함으로써 수학식 1과 같은 PD제어가 가능한 것이다.
구체적으로, PD제어에서 필요한 목표각도와 목표각속도는 매니퓰레이터 단부의 현재위치와 목표위치의 차이를 자코비안 전치행렬에 대입하여 도출할 수 있다. 즉, 각 관절의 목표각도는 하기의 식에 의해 도출할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00006
상기 수식은 아래의 과정을 통해 유도가 가능하다.
Figure 112014054642482-pat00007
즉, 자코비안 행렬에 의한 관절 각도와 끝단 위치의 관계를 통하여, 위와 같이 유도가 가능하다. 그리고, 게인 K는 단부 위치에 관한 오차 e가 0으로 수렴토록 하기 위한 equivalent linear system의 조건으로서 실험에 의해 부여되는 게인값이다.
따라서, 매니퓰레이터 단부의 오차 e와 게인 K 및 현재 관절의 각속도를 통하여 목표각속도를 수학식 2와 같이 도출한다.
그리고, 도출된 목표각속도 및 그 적분을 통해 도출한 목표각도는 수학식 1에 대입하여 결국, 위치제어를 즉 위치오차를 0으로 수렴하기 위해 각 관절에 요구되는 관절토크를 구하고 구동부를 위치제어하는 것이다.
한편, 힘제어의 경우 푸셔가 버튼에 위치된 후 버튼을 누르기 위한 것으로서, 이는 위치제어 후 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어를 수행하는 것이다.
제어부는 힘제어시 매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성할 수 있다.
즉, 제어부는 하기의 식에 따라 힘제어를 수행할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00008
이 경우에는 선택행렬이 0으로 입력되는 것으로서, 위치제어의 경우 제어토크가 0으로 되고, 대신 힘제어의 경우 S에 0이 입력되어 단위행렬 I가 됨으로써 힘제어가 활성화되는 것이다.
이에 따라 로봇 단부의 목표가압력과 현재가압력의 차이 및 그 미분 값의 차이를 통하여 PD제어함으로써 푸셔의 가압에 관한 적절한 제어가 각 관절의 구동부의 토크제어로서 수행되도록 하는 것이다.
결국, 위치제어이든, 힘제어이든 결국에는 각 관절의 구동부의 토크를 적절히 제어함으로써 수행되는 점에서는 공통되나, 위치제어의 경우 매니퓰레이터 끝단의 오차를 줄이기 위해 각 관절에서 필요한 각도를 연산하고 이를 통해 관절의 토크를 제어하는 반면, 힘제어의 경우에는 매니퓰레이터 끝단에서 필요한 힘만큼 관절의 토크를 제어하는 것으로서, 제어의 방식에서 다소 상이한 것이다.
그리고, 위치제어가 이루어진 후 힘제어가 수행되어야 하는 점에서, 선택행렬을 통하여 하기와 같이 전체 제어가 통합될 수 있다.
제어부는 위치제어 및 힘제어시 하기의 식에 따라 각 관절의 구동부를 제어할 수 있다.
Figure 112014054642482-pat00009
이러한 AVN시스템 검사로봇을 제어하기 위한 본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법은, 매니퓰레이터의 위치제어를 선택하는 위치선택단계; 매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어단계; 매니퓰레이터의 힘제어를 선택하는 힘선택단계; 및 매니퓰레이터 단부의 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어단계;를 포함한다. 즉, 앞서 설명한 제어부는 상기와 같은 순서로 관절의 구동부를 제어한다.
구체적으로, 본 발명의 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법은, 매니퓰레이터의 위치제어를 선택하고 선택행렬을 단위행렬로 입력하는 위치선택단계; 매니퓰레이터 단부의 현재위치와 목표위치의 차이를 자코비안 전치행렬에 대입하여 각 관절의 목표각도를 도출하고, 각 관절에서의 현재각도와 목표각도의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 위치제어단계; 위치제어가 완료된 경우, 매니퓰레이터의 힘제어를 선택하고 선택행렬에 0을 입력하는 힘선택단계; 및 매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 힘제어단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 AVN시스템 검사로봇 및 그 제어방법에 따르면, 차량의 AVN시스템을 로봇을 이용하여 자동적으로 버튼을 누르고 정상화면을 확인할 수 있도록 한다.
사람이 일일이 차량의 AVN 시스템을 버튼을 누르고 육안으로 검사함에 따라 상당한 검사시간이 소비되며, 검사자의 컨디션과 상황에 따라 AVN 시스템의 모든 버튼과 동작상태를 확인할 수 없는 경우가 발생하지만 본 발명의 검사로봇을 이용하면 검사시간을 단축할 수 있으며, 모든 버튼과 동작상태를 확인할 수 있어 차량의 초기품질문제를 해소할 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.
100 : AVN화면 120 : 버튼
200 : 매니퓰레이터 220 : 푸셔
260 : 카메라센서

Claims (11)

  1. 다관절로 구성되며, 각 관절마다 구동부와 회전각센서가 마련되며, 단부에 푸셔가 형성되고 푸셔에 의한 가압력을 검출하는 힘센서가 푸셔에 마련된 매니퓰레이터; 및
    매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어를 수행하고, 위치제어 후 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 힘제어를 수행하는 제어부;를 포함하며,
    제어부는 힘제어시 매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 위치제어시 각 관절에서의 현재각도와 목표각도의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 하기의 식에 따라 위치제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
    Figure 112014054642482-pat00010
  4. 청구항 3에 있어서,
    각 관절의 목표각도는 매니퓰레이터 단부의 현재위치와 목표위치의 차이를 자코비안 전치행렬에 대입하여 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
  5. 청구항 3에 있어서,
    각 관절의 목표각도는 하기의 식에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
    Figure 112014054642482-pat00011
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 하기의 식에 따라 힘제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
    Figure 112015126364327-pat00012
  8. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 위치제어 및 힘제어시 하기의 식에 따라 각 관절의 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
    Figure 112014054642482-pat00013
  9. 청구항 1에 있어서,
    매니퓰레이터의 단부에 마련된 카메라센서;를 더 포함하고,
    제어부는 AVN시스템의 특정버튼에 대하여 위치제어 및 힘제어를 통하여 특정버튼을 누르고, 카메라센서를 통해 특정버튼에 따른 특정구동화면을 확인함으로써 AVN시스템의 정상작동 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 차량 AVN시스템 검사로봇.
  10. 청구항 1의 차량 AVN시스템 검사로봇을 제어하는 방법으로서,
    매니퓰레이터의 위치제어를 선택하는 위치선택단계;
    매니퓰레이터의 단부가 AVN시스템의 원하는 지점에 위치되도록 각 구동부의 토크를 PD제어하는 위치제어단계;
    매니퓰레이터의 힘제어를 선택하는 힘선택단계; 및
    매니퓰레이터 단부의 푸셔가 AVN시스템의 원하는 지점을 원하는 힘으로 가압하도록, 매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 힘제어단계;를 포함하는 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법.
  11. 청구항 9의 차량 AVN시스템 검사로봇을 제어하는 방법으로서,
    매니퓰레이터의 위치제어를 선택하고 선택행렬을 단위행렬로 입력하는 위치선택단계;
    매니퓰레이터 단부의 현재위치와 목표위치의 차이를 자코비안 전치행렬에 대입하여 각 관절의 목표각도를 도출하고, 각 관절에서의 현재각도와 목표각도의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 위치제어단계;
    위치제어가 완료된 경우, 매니퓰레이터의 힘제어를 선택하고 선택행렬에 0을 입력하는 힘선택단계; 및
    매니퓰레이터 단부에서의 목표가압력와 현재가압력의 차이에 관하여 PD제어함으로써 각 관절의 구동부에 인가하는 토크를 생성하는 힘제어단계;를 포함하는 차량 AVN시스템 검사로봇 제어방법.
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