KR101696362B1 - 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 필드 로봇을 원격 제어하여 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치는, 사용자 원격 조작 장치로부터 원격 조종의 대상이 되는 상기 필드 로봇을 선택받고, 상기 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받는 인터페이스부, 상기 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응하여 상기 필드 로봇이 파이프를 파지하도록 하는 작업 명령 신호를 생성하는 작업 명령 생성부, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응하여 상기 파이프를 파지한 상기 복수의 필드 로봇을 작업 위치로 이동시키고, 상기 복수의 필드 로봇에게 상기 파이프를 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지 사이에 설치하도록 하는 자율 명령 신호를 생성하는 자율 명령 생성부, 그리고 생성된 상기 파이프 파지 조작 명령 신호, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호를 상기 필드 로봇으로 전송하는 통신부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법을 이용함으로써, 기존의 1:1 원격 제어 로봇 시스템의 기술적 한계로 적용이 불가능했던 파이프 설치 작업을 원격으로 조종하여 수행할 수 있다.

Description

파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법{ROBOT REMOTE CONTROL APPARATUS FOR INSTALLING PIPE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원격지의 비정형 또는 위험한 작업 환경에서 작업자를 대신할 수 있는 필드 로봇간 협업을 통해 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 필드 로봇(Field Robot)은 건설, 토목, 국방, 해저 및 우주 등과 같이 사람의 접근이 어렵거나 위험하며 실시간으로 환경이 변화되는(비정형) 작업 현장에서 작업자를 대신하여 특정 작업을 수행한다.
원격 제어 로봇 시스템(Tele-operating Robot System)은 원격 조종자가 원격 조작 장치를 통해 원격지에 위치한 로봇(필드 로봇 포함)을 조종함으로써 로봇이 작업자 대신 특정 작업을 수행하는 시스템을 의미하며, 작업의 형태에 따라 원격 조종자와 로봇의 구성비가 1:1, 1:N, N:1 및 N:N 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
현재의 원격 제어 로봇 시스템은 원격 조종자로부터 로봇의 동작 명령을 수집하는 원격 조작 장치 하나와 원격 조작 장치로부터 수신된 동작 명령에 대응되는 작업을 작업자 대신 수행하는 필드 로봇 하나로 구성된 1:1 원격 제어 로봇 시스템이 주를 이룬다.
원격 조종자 한 명이 원격지의 로봇 1기를 제어하는 1:1 원격 제어 방식은 원격 조종자가 로봇의 모든 동작 명령을 생성 및 제어하기 때문에 수행할 작업의 복잡도에 따라 작업 수행에 제약이 많고, 원격 조종자의 작업 피로도가 증가할 수 있다. 또한 특정 작업을 수행하기 위해서 원격 조종자에게 높은 원격 조작 숙련도를 요구하며, 특히 시간 지연이 발생할 경우 실질적인 로봇 원격 제어가 불가능해진다. 그리고 1:1 원격 제어 방식은 하나의 로봇이 가진 작업 공간 및 취급 하중의 제한 때문에 부피가 크거나 중량이 무거운 작업 대상물을 취급하는 작업(가령 대형 밸브 개폐 또는 대형 파이프 교체 작업)에 적합하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다수의 1:1 원격 제어 로봇 시스템을 운용할 수 있으나, 운용 시스템의 수가 증가함에 따라 원격 조종자의 수도 증가한다. 이로 인하여 원격 조종자 상호간 통신 및 소통 문제가 발생할 수 있으며, 원격 조종자 수의 증가에 따른 비용 증가 문제도 발생한다.
따라서, 한 명의 원격 조종자가 다수의 필드 로봇 간 협업을 지휘함으로써 사람의 접근이 어렵거나 위험한 비정형 옥외 작업 현장에서 파이프 설치 작업을 수행할 수 있는 원격 제어 방식의 필드 로봇 통합 제어 장치가 필요하다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1294348호(2013.08.07 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원격지의 비정형 또는 위험한 작업 환경에서 작업자를 대신할 수 있는 필드 로봇간 협업을 통해 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복수의 필드 로봇을 원격 제어하여 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치는 사용자 원격 조작 장치로부터 원격 조종의 대상이 되는 상기 필드 로봇을 선택받고, 상기 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받는 인터페이스부, 상기 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응하여 상기 필드 로봇이 파이프를 파지하도록 하는 작업 명령 신호를 생성하는 작업 명령 생성부, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응하여 상기 파이프를 파지한 상기 복수의 필드 로봇을 작업 위치로 이동시키고, 상기 복수의 필드 로봇에게 상기 파이프를 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지 사이에 설치하도록 하는 자율 명령 신호를 생성하는 자율 명령 생성부, 그리고 생성된 상기 파이프 파지 조작 명령 신호, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호를 상기 필드 로봇으로 전송하는 통신부를 포함한다.
또한, 상기 통신부는, 상기 복수의 필드 로봇 또는 상기 작업 위치에 설치된 감지 장치로부터 위치 정보, 음향 정보, 영상 정보, 접촉 정보, 가스 누출 정보, 온도 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 인터페이스부는, 수신된 상기 작업 환경 및 작업 수행 정보를 상기 사용자 원격 조작 장치로 전송하고, 사용자로부터 상기 사용자 원격 조작 장치를 통하여 수정된 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받을 수 있다.
또한, 상기 자율 명령 생성부는, 상기 파이프를 상기 플렌지 위에 걸치도록 하고, 상기 파이프와 상기 플렌지 사이의 상기 접촉 정보를 이용하여 접촉력이 0이 되도록 상기 파이프를 수평 방향으로 이동시켜 상기 파이프의 수평 방향의 위치 오차를 보정할 수 있다.
또한, 상기 자율 명령 생성부는, 상기 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 상기 파이프를 회전시켜 상기 파이프의 수직 방향의 위치 오차를 보정할 수 있다.
또한, 상기 복수의 필드 로봇의 그리퍼에 장착된 힘/토오크 센서를 통하여 측정된 상기 파이프의 무게를 이용하여 상기 그리퍼가 상기 파이프를 파지한 위치 및 상기 파이프의 기울어진 각도를 산출하고, 상기 산출된 파지 위치 및 기울어진 각도를 이용하여 상기 복수의 필드 로봇을 제어하여 상기 파이프를 회전시킬 수 있다.
또한, 생성된 상기 작업 명령 신호, 상기 자율 명령 신호, 상기 필드 로봇으로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보 중에서 적어도 하나를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 인터페이스부는, 상기 사용자 원격 조작 장치로부터 1대1 모드, 1대N 모드 및 재생 모드 중에서 어느 하나에 대한 모드 선택 신호를 더 입력받으며, 상기 모드 선택 신호로 상기 재생 모드가 선택된 경우, 상기 작업 명령 생성부 또는 상기 자율 명령 생성부는, 기 저장된 상기 작업 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호 중에서 반복하여 수행할 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출할 수 있다.
또한, 상기 작업 명령 생성부는, 상기 복수의 필드 로봇 각각에 대하여 1대1 모드로 제어하는 상기 작업 명령 신호를 생성하고, 상기 자율 명령 생성부는, 상기 복수의 필드 로봇을 1대N 모드로 제어하는 상기 자율 명령 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 필드 로봇을 원격 제어하여 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치의 제어 방법은 사용자 원격 조작 장치로부터 원격 조종의 대상이 되는 상기 필드 로봇을 선택받고, 상기 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호를 입력받는 단계, 상기 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응하여 상기 필드 로봇이 파이프를 파지하도록 하는 작업 명령 신호를 생성하는 단계, 상기 사용자 원격 조작 장치로부터 상기 복수의 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 작업 환경 및 작업 수행 정보를 입력받는 단계, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응하여 상기 파이프를 파지한 상기 복수의 필드 로봇을 작업 위치로 이동시키고, 상기 복수의 필드 로봇에게 상기 파이프를 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지 사이에 설치하도록 하는 자율 명령 신호를 생성하는 단계, 그리고 생성된 상기 파이프 파지 조작 명령 신호, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호를 상기 필드 로봇으로 전송하는 단계를 포함한다.
따라서 본 발명에 따르면 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법을 이용함으로써, 기존의 1:1 원격 제어 로봇 시스템의 기술적 한계로 적용이 불가능했던 파이프 설치 작업을 원격으로 조종하여 수행할 수 있다.
또한, 원격 조종자의 작업 개입 정도를 최소화하여 원격 조종자의 작업 피로도 상승으로 인한 작업 효율성 및 품질의 저하, 안전 사고 발생 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예에 따른 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 독점 모드에서의 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템의 구성 및 신호 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템의 작동 모드 별 제어 신호 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 필드 로봇의 작업 툴 간 상대 좌표 정보를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 필드 로봇의 작업 툴이 파지한 파이프의 회전각도를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파이프를 설치하기 위한 필드 로봇 간 동일 동작 및 대칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 필드 로봇들이 파이프 설치 동작을 수행하도록 하는 자율 명령 신호를 설명하기 위한 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예에 따른 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1a에 나타낸 것처럼, 로봇 원격 제어 시스템은 사용자 원격 조작 장치(100), 로봇 원격 제어 장치(200), 하나 이상의 필드 로봇(301, 302) 및 파이프 이송 장치(400)를 포함하며, 로봇 원격 제어 장치(200)는 네트워크를 통하여 사용자 원격 조작 장치(100), 필드 로봇(301, 302) 및 파이프 이송 장치(400)와 연결된다.
여기서, 네트워크(network)는 각각의 장치 및 필드 로봇 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예는, 블루투스(Bluetooth), NFC, 지그비(Zigbee), Wi-Fi, WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 등의 근거리 통신 또는 3G, 4G, LTE, LTE-A 등의 이동통신망과 같은 원거리 통신이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
특히, 원격지에 위치한 사용자 원격 조작 장치(100)와 로봇 원격 제어 장치(200)는 원거리 통신으로 연결될 수 있으며, 실제 작업 현장에 위치한 필드 로봇(301, 302) 및 파이프 이송 장치(400)와 로봇 원격 제어 장치(200)는 근거리 통신으로 연결될 수 있다.
먼저, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇의 정보, 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받아 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다. 이때, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자의 움직임을 감지하여 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호를 생성할 수도 있다.
또한, 사용자 원격 조작 장치(100)는 필드 로봇(301, 302)이 감지한 작업 환경 및 작업 수행 정보를 로봇 원격 제어 장치(200)로부터 수신하여 사용자에게 출력할 수 있으며, 사용자로부터 수정된 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받아 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송할 수 있다.
그리고, 도 1b에 나타낸 것처럼, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 1대1 원격 조작, 1대N 자율 동작 및 교시/재생과 같은 필드 로봇의 동작 방법을 더 선택받을 수 있다.
로봇 원격 제어 시스템이 파이프 이송 장치(400)를 포함하는 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 파이프 이송 장치(400)를 제어하기 위한 파이프 이동 조작 명령 신호를 사용자로부터 입력받아 파이프 이송 장치(400)로 전송할 수 있다. 이때, 파이프 이동 조작 명령 신호는 파이프 이송 장치(400)가 파이프 파지 및 작업 위치로의 이동 등의 작업을 수행하도록 하는 조작 명령 신호 일 수 있다.
다음으로 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)과 인접한 장소인 실제 작업 현장에 위치하며 하나 이상의 필드 로봇(301, 302)을 관리하고, 사용자 원격 조작 장치(100)와 필드 로봇(301, 302) 간의 중계 역할을 수행한다.
로봇 원격 제어 장치(200)는 원격지에 위치한 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇의 작업 정보(하나 이상의 필드 로봇(301, 302)을 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호)를 수신하고, 작업 정보에 대응하는 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송함으로써 해당 필드 로봇(301, 302)을 제어한다.
그리고 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)으로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보를 수신하여 사용자 원격 조작 장치(100)로 전달할 수 있다. 더불어, 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 필드 로봇(301, 302)이 작업 환경에 맞추어 동작할 수 있도록 하는 작업 명령 신호 및 자율 동작 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송 할 수도 있다.
또한 로봇 원격 제어 장치(200)는 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 파이프 이동 조작 명령 신호를 수신하면, 파이프 이송 장치(400)가 파이프 이동 조작 명령 신호에 대응되는 동작을 수행하도록 하는 이동 명령 신호를 생성하여 파이프 이송 장치(400)로 전송함으로써 사용자 원격 조작 장치(100)와 파이프 이송 장치(400) 간의 중계 역할을 수행할 수도 있다.
그리고 필드 로봇(301, 302)은 실제 작업 현장에 위치하며, 로봇 원격 제어 장치(200)로부터 수신된 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호에 대응되도록 동작한다.
필드 로봇(301, 302)은 각종 센서를 이용하여, 위치 정보, 음향 정보, 영상 정보, 접촉 정보, 가스 누출 정보, 온도 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지할 수 있으며, 감지된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송함으로써 로봇 원격 제어 장치(200)로부터 작업 현장의 상황에 맞는 작업 명령 신호 및 자율 동작 명령 신호를 수신하여 동작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템은 감지 장치(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 감지 장치는 각종 센서를 이용하여 필드 로봇(301, 302)이 위치한 실제 작업 현장의 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지하여 로봇 원격 제어 장치(200) 또는 사용자 원격 조작 장치(100)로 전송할 수 있다.
필드 로봇(301, 302) 및 감지 장치는 각종 센서, 촬영 장치 등을 이용하여 위치 정보, 음향 정보, 영상 정보 및 접촉 정보, 가스 누출 정보, 온도 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지할 수 있으며, 감지된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 사용자 원격 조작 장치(100) 또는 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송할 수 있다.
이때, 필드 로봇(301, 302) 및 감지 장치는 최소 2대 이상의 촬영 장치를 구비할 수 있으며, 2대의 촬영 장치는 각각 xy평면, xz평면을 촬영하도록 설치될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
마지막으로, 파이프 이송 장치(400)는 실제 작업 현장에 위치하며, 파이프(500)를 파지하여 파이프 설치 장소로 운반한다. 파이프 이송 장치(400)는 필드 로봇(301,302)이 설치 대상인 파이프(500)를 용이하게 설치할 수 있도록 사전에 파이프 설치 장소로 이동 시킬 수 있다.
이때, 파이프 이송 장치(400)는 로봇 원격 제어 장치(200)로부터 이동 명령 신호를 수신하여 제어되거나, 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 파이프 이동 조작 명령 신호를 직접 수신하여 제어될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 나타낸 것처럼, 로봇 원격 제어 장치(200)는 인터페이스부(210), 작업 명령 생성부(220), 자율 명령 생성부(230), 통신부(240) 및 저장부(250)를 포함한다.
먼저, 인터페이스부(210)는 사용자 원격 조작 장치(100)와의 통신을 수행한다. 인터페이스부(210)는 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇의 동작 명령 정보, 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호를 수신한다.
또한, 인터페이스부(210)는 필드 로봇(301, 302)으로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 사용자 원격 조작 장치(100)로 전송할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템이 파이프 이송 장치(400)를 더 포함하는 경우, 인터페이스부(210)는 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 파이프 이송 장치(400)를 제어하기 위한 파이프 이동 조작 명령 신호를 더 입력받을 수 있다.
그리고 작업 명령 생성부(220)는 수신된 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응하는 작업 명령 신호를 생성한다. 여기서 작업 명령 신호는 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇이 파이프(500)를 파지하도록 제어하는 신호를 의미한다.
작업 명령 생성부(220)는 작업 명령 신호를 생성하여 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇이 파이프(500)를 파지한 파이프 이송 장치(400)가 위치한 장소로 이동시키고, 파이프 이송 장치(400)가 파지하고 있는 파이프(500)를 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇이 파지하도록 한다. 이때, 작업 명령 생성부(220)가 생성한 작업 명령 신호는 필드 로봇(301, 302)을 1대1로 원격 조작하는 신호일 수 있다.
다음으로 자율 명령 생성부(230)는 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응하는 자율 명령 신호를 생성한다. 여기서 자율 명령 신호는 필드 로봇(301, 302)이 파이프(500)를 설치하기 위한 로봇 동작 명령 신호를 의미한다.
자율 명령 생성부(230)는 자율 명령 신호를 생성하여 파이프를 파지한 필드 로봇(301, 302)을 작업 위치로 이동시키고, 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지 사이에 파이프를 설치하도록 필드 로봇(301, 302)을 제어한다.
그리고 통신부(240)는 로봇 원격 제어 장치(200)와 하나 이상의 필드 로봇(301, 302)간의 통신을 담당하며, 생성된 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 해당 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다. 이때, 자율 명령 생성부(230)가 생성한 자율 명령 신호는 필드 로봇(301, 302)이 1대N 자율 동작을 수행하도록 하는 신호일 수 있다.
또한 통신부(240)는 필드 로봇(301, 302) 또는 작업 위치에 설치된 감지 장치(미도시)로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보를 수신한다. 여기서 작업 환경 및 작업 수행 정보는 필드 로봇(301, 302) 및 감지 장치가 감지한 위치 정보, 음향 정보, 영상 정보, 접촉 정보, 가스 누출 정보, 온도 정보 중에서 적어도 하나를 포함한다.
인터페이스부(210)가 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 파이프 이동 조작 명령 신호를 수신한 경우, 통신부(240)는 수신된 파이프 이동 조작 명령 신호에 대응되는 파이프 이동 명령 신호를 파이프 이송 장치(400)로 전송할 수 있다.
마지막으로 저장부(250)는 생성된 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 저장한다. 그리고 필드 로봇(301, 302) 또는 감지 장치로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보를 수신하는 경우, 상기 수신된 정보를 추가로 저장할 수도 있다.
사용자로부터 필드 로봇 동작 방법으로 교시/재생이 선택된 경우, 작업 명령 생성부(220) 또는 자율 명령 생성부(230)는 저장부(250)에 저장된 작업 명령 신호, 자율 명령 신호 중에서 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 수신된 필드 로봇 동작 명령 신호에 대응되는 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출하여 해당 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다.
그리고 작업 명령 생성부(220) 또는 자율 명령 생성부(230)는 필드 로봇(301, 302) 또는 감지 장치로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보에 대응하는 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출하여 해당 필드 로봇(301, 302)으로 전송할 수도 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 7를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 독점 모드에서의 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템의 구성 및 신호 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3과 같이, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇 및 파이프 파지 조작 명령 신호를 입력받아(S310) 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다(S315).
설명의 편의상, 사용자 원격 조작 장치(100)는 S310 단계에서 사용자로부터 제1 필드 로봇(301)을 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇으로 선택받은 것으로 가정한다.
여기서 파이프 파지 조작 명령 신호는 제1 필드 로봇(301)을 설치 대상인 파이프(500)가 위치한 장소로 이동시키고, 제1 필드 로봇(301)이 해당 파이프(500)를 파지하도록 사용자가 입력한 신호를 의미한다. 이때, 로봇 원격 제어 시스템이 파이프 이송 장치(400)를 더 포함하는 경우, 파이프 파지 조작 명령 신호는 제1 필드 로봇(301)이 파이프 이송 장치(400)가 파지한 파이프(500)를 파지하도록 하는 신호일 수 있다.
사용자 원격 조작 장치(100)는 원격 조종자인 사용자의 입력신호를 감지하여 파이프 파지 조작 명령 신호를 생성한다. 이때, 사용자 원격 조작 장치(100)는 조이스틱, 터치패드, 트랙볼, 포인팅 스틱, 푸쉬 버튼 등의 장치를 이용하여 사용자의 움직임을 감지하거나, 각종 센서를 이용한 모션 인식으로 사용자의 움직임을 감지할 수도 있다.
그리고 사용자 원격 조작 장치(100)는 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 파이프 파지 조작 명령 신호를 입력받기 전에, 사용자로부터 필드 로봇간 동작 방법(모드 선택 신호)으로 1대1 원격 조작 모드를 먼저 선택받을 수 있다.
여기서, 1대1 원격 조작 모드는 사용자가 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇을 1대1로 제어하는 모드를 의미한다. 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 입력받은 파이프 파지 조작 명령 신호를 로봇 원격 제어 장치(200)를 통하여 제1 필드 로봇(301)으로 전송함으로써 로봇 원격 제어 장치(200)가 제1 필드 로봇(301)의 동작을 제어하는 작업 명령 신호를 생성하도록 한다.
다음으로, 로봇 원격 제어 장치(200)는 작업 명령 신호를 생성하여(S320) 제1 필드 로봇(301)으로 전송한다(S325).
여기서 작업 명령 신호는 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응되도록 생성된 것으로, 제1 필드 로봇(301)이 파이프(500)를 파지하도록 제1 필드 로봇(301)의 동작을 제어하는 신호이다.
로봇 원격 제어 장치(200)는 제1 필드 로봇(301)이 설치 대상인 파이프(500)가 위치한 장소로 이동하여, 해당 파이프(500)를 파지하도록 하는 작업 명령 신호를 생성한다.
본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템은 파이프 이송 장치(400)를 더 포함하여, 필드 로봇(301, 302)이 더 용이하게 파이프(500)를 파지할 수 있도록 할 수 있다. 로봇 원격 제어 시스템이 파이프 이송 장치(400)를 더 포함하는 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 파이프 이동 조작 명령 신호를 더 수신하여 파이프 이송 장치(400)로 직접 전송하거나, 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송할 수 있다. 여기서 파이프 이동 조작 명령 신호는 사용자가 파이프 이송 장치(400)의 동작을 제어하기 위하여 입력한 신호를 의미한다.
사용자 원격 조작 장치(100)가 파이프 이동 조작 명령 신호를 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 파이프 이동 명령 신호를 생성하여 파이프 이송 장치(400)로 전송함으로써 파이프 이송 장치(400)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서 파이프 이동 명령 신호는 파이프 이송 장치(400)가 설치 대상인 파이프(500)가 위치한 곳으로 이동하여, 해당 파이프(500)를 파지하고, 파이프(500)를 설치할 작업 위치로 이동하도록 하는 신호를 의미하며, 파이프 이동 조작 명령 신호에 대응되는 신호이다.
또한, 파이프 이송 장치(400)가 사용자 조작 장치(100)와 원거리 통신이 가능한 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 파이프 이송 장치(400)로 직접 파이프 이동 조작 명령 신호를 전송하여 파이프 이송 장치(400)의 동작을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템의 작동 모드 별 제어 신호 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)에서, Xd는 필드 로봇의 목표 운동 정보를 나타내는 조작 명령 신호를 의미하고, Xr은 필드 로봇의 실제 운동 정보인 작업 환경 및 작업 수행 정보를 의미하며, Xc는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 기반으로 수정된 필드 로봇의 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 의미하고, F는 필드 로봇과 주위 작업 환경과의 접촉력 정보를 의미한다.
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 1대1 원격 조작 모드가 선택되고, 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇으로 제1 필드 로봇(필드 로봇 #1, 301)이 선택된 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 제1 필드 로봇(301)을 조종하기 위한 조작 명령 신호인 Xd1을 생성하여 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다. Xd1을 수신한 로봇 원격 제어 장치(200)는 작업 명령 신호인 Xc1을 생성하여 제1 필드 로봇(301)으로 전송함으로써 제1 필드 로봇(301)의 동작을 제어한다.
그리고 Xc1에 대응되는 작업을 수행하는 제1 필드 로봇(301)은 작업 환경 및 작업 수행 정보(Xr1)와 접촉력 정보(F1)을 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송함으로써, 로봇 원격 제어 장치(200)로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보(Xr1) 및 접촉력 정보(F1)에 대응되도록 수정된 작업 명령 신호(Xc1)를 수신할 수 있다.
이때, 로봇 원격 제어 장치(200)는 작업 환경 및 작업 수행 정보(Xr1) 및 접촉력 정보(F1)에 대응되도록 자동으로 작업 명령 신호(Xc1)를 수정하여 제1 필드 로봇(301)으로 전송하거나, 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보(Xr1) 및 접촉력 정보(F1)를 사용자 원격 조작 장치(100)로 전송하여 사용자로부터 수정된 작업 명령 신호(Xc1)를 수신할 수 있다.
다시 도 3에 대하여 설명하면, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇 및 파이프 파지 조작 명령 신호를 입력받아(S330) 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다(S335).
설명의 편의상 사용자 원격 조작 장치(100)는 S330 단계에서 사용자로부터 제2 필드 로봇(302)을 원격 조종의 대상이 되는 필드 로봇으로 선택받은 것으로 가정한다.
파이프 설치 작업은 하나의 필드 로봇으로는 수행하기 어려운 작업이다. 따라서 2기의 필드 로봇(301, 302)을 이용하여 파이프 설치 작업을 수행하고자 하는 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 2기의 필드 로봇을 각각 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호를 사용자로부터 입력받을 수 있다.
그리고 로봇 원격 제어 장치(200)는 작업 명령 신호를 생성하여(S340) 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다(S345).
S330 단계 내지 S345 단계는 S310 단계 내지 S325 단계와 실질적으로 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 필드 로봇의 작업 툴 간 상대 좌표 정보를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6과 같이, 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)이 파이프(500)를 파지한 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 제1 필드 로봇(301)의 작업 툴 #1과 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴 #2간 상대 좌표 정보를 추정할 수 있다.
도 6에서, R1, R2는 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴(그리퍼)에 장착된 힘/토오크 센서로부터 측정된 반력 정보를 나타내고, a, b는 각각 파이프의 특정 회전축(가령, 파이프의 무게중심을 지나는 임의의 축)으로부터 X축 방향으로 떨어진 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴까지의 거리 정보를 의미한다.
Figure 112015053564407-pat00001
이고, 어느 하나의 필드 로봇의 작업툴이 파이프(500)의 플렌지에 밀착하여 파지한 경우, a 또는 b 중에서 어느 하나의 변수 정보를 알 수 있으며, 이를 통하여 로봇 원격 제어 장치(200)는 다른 하나의 변수 정보를 연산할 수 있다. 예를 들어, 제1 필드 로봇(301)이 파이프(500)의 플렌지에 밀착하여 파지한 경우, a의 변수 정보를 알 수 있으므로
Figure 112015053564407-pat00002
을 이용하여 b의 변수 정보를 연산할 수 있다.
또한, 로봇 원격 제어 장치(200)는 키넥트 센서(kinect sensor)를 이용하여 감지한 Vision data와 F/T 센서를 이용하여 감지한 Force data를 이용하여 a, b의 변수 정보를 파악할 수도 있다.
설명의 편의상, 로봇 원격 제어 장치(200)가 S345 단계 이후에 파이프(500)를 파지한 필드 로봇(301, 302)의 상대 좌표 정보를 추정하는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않고, 사용자 원격 조작 장치(100)가 상대 좌표 정보를 추정하거나, 로봇 원격 제어 장치(200)가 S360 단계에서 자율 명령 신호를 생성하기 전에 언제든지 상대 좌표 정보를 추정할 수도 있다.
그리고 필드 로봇(301, 302)의 작업 툴이 반력을 이용하여 상대 좌표정보를 추정하였으나 이에 한정하지 않고, 필드 로봇(301, 302) 또는 감지 장치가 감지한 영상 정보 등의 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)간 상대 좌표 정보를 추정할 수도 있다.
이어서 도 3에 대하여 다시 설명하면, 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받아(S350) 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다(S355).
여기서 파이프 설치 조작 명령 신호는 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)이 파지한 파이프(500)를 설치하기 위하여 사용자가 입력한 신호를 의미한다.
그리고 사용자 원격 조작 장치(100)는 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받기 전에, 사용자로부터 필드 로봇간 동작 방법(모드 선택 신호)으로 1대N 자율 동작 모드를 먼저 선택받을 수 있다.
여기서 1대N 자율 동작 모드는 사용자가 복수의 필드 로봇을 1대N으로 제어하는 모드를 의미한다. 사용자 원격 조작 장치(100)는 사용자로부터 입력받은 파이프 설치 조작 명령 신호를 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송함으로써 로봇 원격 제어 장치(200)가 필드 로봇(301, 302)의 동작을 제어하는 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송하도록 한다.
그리고 1대N 자율 동작 모드가 선택된 경우, 로봇 원격 제어 시스템의 제어 신호 흐름은 도 5의 (b)와 같다.
도 5의 (b)에서, Xt는 작업 대상 사물의 목표 동작을 나타내는 조작 명령 신호를 의미하고, Xd는 필드 로봇의 목표 운동 정보를 나타내는 조작 명령 신호를 의미하며, Xr은 필드 로봇의 실제 운동 정보인 작업 환경 및 작업 수행 정보를 의미하고, Xc는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 기반으로 수정된 필드 로봇의 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 의미하며, F는 필드 로봇과 주위 작업 환경과의 접촉력 정보를 의미한다.
1대N 자율 동작 모드가 선택된 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 삽입하여 설치할 파이프(500)의 목표 동작을 의미하는 조작 명령 신호인 Xt를 생성하여 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다. 그리고 원격 로봇 제어 장치(200)는 자율 명령 신호인 Xc1 및 Xc2를 생성하여 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다.
그리고 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)이 감지한 작업 환경 및 작업 수행 정보인 Xr1, F1과 Xr2, F2는 로봇 원격 제어 장치(200)를 거쳐 사용자 원격 조작 장치(100)로 전송되며, 사용자 원격 조작 장치(100)는 수신한 Xr1, F1, Xr2, F2을 기반으로 수정된 조작 명령 신호를 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다. 수정된 조작 명령 신호를 수신한 로봇 원격 제어 장치(200)는 자율 동작 명령 신호를 수정하여 수정된 Xc1 및 Xc2를 생성하고, 수정된 Xc1 및 Xc2를 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다.
이때, S310 단계 및 S330 단계에서 사용자 원격 조작 장치(100)가 사용자로부터 입력받는 파이프 파지 조작 명령 신호는 필드 로봇(301, 302)의 목표 동작에 관한 신호인 반면, S350 단계에서 사용자 원격 조작 장치(100)가 사용자로부터 입력받는 파이프 설치 조작 명령 신호는 작업 대상 사물인 파이프(500)의 목표 동작에 관한 신호를 의미한다.
사용자 원격 조작 장치(100)가 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받아 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송하는 과정은 S310 단계 및 S315 단계와 유사한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
파이프 설치 조작 명령 신호를 수신한 로봇 원격 제어 장치(200)는 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응되는 자율 명령 신호를 생성하고(S360), 생성된 자율 명령 신호를 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다(S365).
여기서 자율 명령 신호는 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응되도록 생성된 것으로, 파이프(500)를 파지한 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)의 동작을 제어하여 파이프(500)가 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응되는 목표 동작을 수행하도록 필드 로봇(301, 302)의 동작을 제어하기 위한 신호를 의미한다.
로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)이 파지한 파이프(500)를 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지(601, 602) 사이에 설치하도록 하는 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다.
이때, 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)들이 대칭 동작을 수행하도록 제어하기 위한 자율 명령 신호를 생성하기 위하여 파지한 파이프(500)의 처짐 또는 기울어진 각도를 추정할 수 있다.
다음으로, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 필드 로봇의 작업 툴이 파지한 파이프의 회전각도를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
필드 로봇(301, 302)이 파지하고 있는 파이프(500)를 회전시키고자 하는 경우, 제1 필드 로봇(301)과 제2 필드 로봇(302)은 특정 회전축을 중심으로 서로 대칭되는 동작을 수행하도록 제어되어야 한다.
도 7에서, θ는 설치할 파이프(500)가 기울어진 각도를 의미하고, R1, R2는 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴(그리퍼)에 장착된 힘-토오크 센서로부터 측정된 반력 정보를 나타내며, R1' R2'는 필드 로봇(301, 302)이 파이프(500)를 θ각도 만큼 회전시킨 상태에서 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴(그리퍼)에 장착된 힘-토오크 센서로부터 각각 측정된 반력 정보를 나타내고, b, c는 각각 파이프의 특정 회전축으로부터 X축 방향으로 떨어진 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴까지의 거리 정보를 의미하며, wp는 파이프(500)의 무게를 의미한다.
도 7에서,
Figure 112015053564407-pat00003
이고,
Figure 112015053564407-pat00004
이며,
Figure 112015053564407-pat00005
이므로
Figure 112015053564407-pat00006
이다. 이때, 파이프(500)가 기울어진 각도는
Figure 112015053564407-pat00007
이며,
Figure 112015053564407-pat00008
이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 장치(200)는 파이프(500)를 기울어진 각도 θ 만큼 수정하도록 필드 로봇(301, 302)을 제어하는 자율 명령 신호를 생성하여 각각의 필드 로봇(301, 302)으로 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파이프를 설치하기 위한 필드 로봇 간 동일 동작 및 대칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 나타낸 것처럼, 자율 명령 신호는 제1 필드 로봇(301)과 제2 필드 로봇(302)이 동일 동작을 수행하도록 제어하는 신호이거나, 서로 대칭되는 동작을 수행하도록 제어하는 신호일 수 있다.
도 8의 (a)와 같이, 제1 필드 로봇(301)과 제2 필드 로봇(302)이 동일 동작을 수행하도록 제어하고자 하는 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)에 서로 동일한 자율 명령 신호를 생성하여 전송한다. 이때, 자율 동작 명령 신호는 로봇 원격 제어 장치(200)가 도 3의 S350 단계에서 수신된 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응되도록 생성한 것이다.
반면, 도 8의 (b)와 같이, 제1 필드 로봇(301)과 제2 필드 로봇(302)이 서로 대칭되는 동작을 수행하도록 제어하고자 하는 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 특정 회전축을 중심으로 서로 대칭되는 자율 명령 신호를 생성하여 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다.
예를 들어, 로봇 원격 제어 장치(200)가 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 파이프를 반시계 방향으로 회전하도록 하는 파이프 설치 조작 명령 신호를 수신한 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 제1 필드 로봇(301)의 작업 툴 #1을 Y좌표가 감소하는 방향으로 이동시키는 자율 명령 신호를 생성하여 제1 필드 로봇(301)으로 전송하고, 제2 필드 로봇(302)의 작업 툴 #2을 Y좌표가 증가하는 방향으로 이동시키는 자율 명령 신호를 생성하여 제2 필드 로봇(302)으로 전송할 수 있다.
다시 도 3에 대하여 설명하면, 자율 명령 신호를 수신한 필드 로봇(301, 302)은 파지한 파이프(500)를 벽면 파이프 플렌지(601, 602) 사이에 삽입하는 작업을 수행하고, 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지한다(S370, S375). 그리고 감지된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 사용자 원격 조작 장치(100) 또는 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송한다(S380).
본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 시스템이 감지 장치를 더 포함하는 경우, 사용자 원격 조작 장치(100) 또는 로봇 원격 제어 장치(200)는 감지 장치로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보를 추가로 수신할 수 있다.
설명이 편의상, S380 단계에서 필드 로봇(301, 302)이 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지하여 로봇 원격 제어 장치 및 사용자 원격 조작 장치(100)로 전송하는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않고, 필드 로봇(301, 302)은 작동되는 동안 언제든지 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지하여 사용자 원격 조작 장치(100) 또는 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송 할 수 있다. 또한, 감지 장치도 작업 환경 및 작업 수행 정보를 감지하여 실시간으로 사용자 원격 조작 장치(100) 또는 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송할 수 있다.
다음으로, 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)으로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보와 S320 단계 및 S340 단계에서 생성한 작업 명령 신호 및 S360 단계에서 생성한 자율 명령 신호를 저장한다(S385).
이때, 저장된 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 이용하여 로봇 원격 제어 장치(200)는 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 교시/재생 모드를 선택받은 경우, 추가적으로 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 수신하지 않거나, 새롭게 작업 명령 신호 또는 자유 명령 신호를 생성하지 않고도 필드 로봇(301, 302)의 동작을 제어할 수 있다.
사용자 원격 조작 장치(100)로부터 교시/재생 모드가 선택된 경우의 로봇 원격 제어 시스템의 구성 및 신호 흐름은 도 4의 (c)에 도시한 바와 같다.
도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 사용자로부터 필드 로봇간 동작 방법(모드 선택 신호)으로 교시/재생 모드가 선택된 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 저장된 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호 중에서 사용자로부터 선택받은 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송할 수 있다.
또한, 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302) 또는 감지 장치로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보에 대응되는 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송할 수도 있다.
그리고 교시/재생 모드가 선택된 경우, 로봇 원격 제어 시스템의 제어 신호 흐름은 도 5의 (c)와 같다.
도 5의 (c)에서, Xt는 작업 대상 사물의 목표 동작을 나타내는 조작 명령 신호를 의미하고, Xd는 필드 로봇의 목표 운동 정보를 나타내는 조작 명령 신호를 의미하며, Xr은 필드 로봇의 실제 운동 정보인 작업 환경 및 작업 수행 정보를 의미하고, Xc는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 기반으로 수정된 필드 로봇의 작업 명령 신호 및 자율 명령 신호를 의미하며, F는 필드 로봇과 주위 작업 환경과의 접촉력 정보를 의미한다.
도 5의 (c)와 같이, 교시/재생 모드가 선택된 경우, 사용자 원격 조작 장치(100)는 반복할 작업 명령의 정보 및 반복 횟수가 포함된 Xt를 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송하고, 로봇 원격 제어 장치(200)는 Xt신호에 대응하는 자율 동작 명령 신호인 Xc1 및 Xc2를 추출하여 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다.
그리고 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보인 Xr1, F1과 Xr2, F2를 수신하여 사용자 원격 조작 장치(100)로 전송한다. 또한 사용자 원격 조작 장치(100)가 수정된 조작 명령 신호를 생성하여 로봇 원격 제어 장치(200)로 전송하면, 로봇 원격 제어 장치(200)는 자율 동작 명령 신호인 Xc1 및 Xc2를 수정하여 각각 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다.
다시 도 3에 대하여 설명하면, 마지막으로 로봇 원격 제어 장치(200)는 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보에 대응되도록 자율 명령 신호를 수정한다(S390). 그리고 수정된 자율 명령 신호를 제1 필드 로봇(301) 및 제2 필드 로봇(302)으로 전송한다(S395).
본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302) 또는 감지 장치로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보에 대응되도록 자율 명령 신호를 수정하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송함으로써 작업 현장의 상황에 적응적으로 필드 로봇(301, 302)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 로봇 원격 제어 장치(200)는 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 직접 자율 명령 신호를 수정하지 않고, 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 수정된 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 수신하여 수정된 자율 명령 신호를 생성하고, 수정된 자율 명령 신호를 필드 로봇(301, 302)으로 전송함으로써 필드 로봇(301, 302)을 제어할 수도 있다.
이때, 사용자 원격 조작 장치(100)는 필드 로봇(301, 302) 및 감지 장치로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 사용자에게 출력하여 사용자로부터 수정된 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받을 수 있다.
이하에서는 도 9를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇 원격 제어 장치(200)가 동일 동작을 수행하는 자율 명령 신호를 생성하는 과정에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 필드 로봇들이 파이프 설치 동작을 수행하도록 하는 자율 명령 신호를 설명하기 위한 도면이다.
로봇 원격 제어 장치(200)는 도 9의 (a)와 같이 파이프 삽입 위치에 대한 수평 방향의 위치 오차를 보정하기 위한 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송하고, 수평 방향의 위치 오차가 보정된 것으로 판단되면, 도 9의 (b)와 같이 필드 로봇(301, 302)의 작업 툴을 개방하여 파이프 설치 위치에 대한 수직 방향의 위치 오차를 보정하기 위한 자율 명령 신호를 생성할 수 있다.
파이프 삽입을 위한 자율 명령 신호의 수정 과정에 대하여 더욱 자세하게 설명하면, 도 9의 (a)와 같이 로봇 원격 제어 장치(200)는 도 3의 S360 단계를 통하여 파이프(500)의 한 쪽 플렌지를 벽면 파이프 플렌지(601) 위에 걸쳐놓기 위한 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다.
그리고 로봇 원격 제어 장치(200)는 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 기반으로, 설치할 파이프(500)의 플렌지와 벽면 파이프 플렌지(601) 사이의 접촉력이 일정하게 유지되도록 설치할 파이프(500)를 수평 방향으로 이동시키는 수정된 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다.
로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)으로부터 작업 환경 및 작업 수행 정보를 실시간으로 수신할 수 있으며, 로봇 원격 제어 장치(200)는 도 3의 S390 단계에서, 설치할 파이프(500)의 플렌지와 벽면 파이프 플렌지(601)가 분리되어 접촉력이 0이 될 때까지 파이프(500)를 수평 방향으로 이동시키도록 필드 로봇(301, 302)의 동작을 제어하는 자율 명령 신호를 수정하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다.
그리고 로봇 원격 제어 장치(200)는 접촉력이 0이 되는 순간 파이프(500)의 수평 방향 위치 오차가 보정된 것으로 판단한다. 이때, 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302)의 그리퍼에 장착된 압력 센서, 힘/토오크 센서 중에서 적어도 하나를 이용하여 측정한 접촉력 정보를 이용하여 수평 방향의 위치 오차를 확인 할 수 있다.
또한 로봇 원격 제어 장치(200)는 수평 방향 위치 오차가 보정된 것으로 판단되면, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 필드 로봇(301, 302)이 설치할 파이프(500)를 수직 방향으로 이동시키도록 하는 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송한다.
이때, 로봇 원격 제어 장치(200)는 필드 로봇(301, 302) 또는 작업 현장에 설치된 감지 장치로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 자율 명령 신호를 수정하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송할 수도 있다.
로봇 원격 제어 장치(200)는 설치할 파이프(500)의 플렌지와 벽면 파이프 플렌지(601) 사이에서 임계치 이상의 과도한 마찰력이 발생하여 재밍(Jamming) 현상이 발생한 경우, 로봇 원격 제어 장치(200)는 파이프(500)를 파지한 필드 로봇(301, 302)이 임의의 위치 값과 임의의 방위 값으로 이동 및 회전 하는 로봇의 자율 명령 신호를 생성하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송함으로써 설치할 파이프(500)의 위치 오차를 보정할 수 있다.
설명의 편의상, 로봇 원격 제어 장치(200)가 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보에 대응되도록 자율 명령 신호를 수정하여 필드 로봇(301, 302)으로 전송하는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않고, 로봇 원격 제어 장치(200)는 사용자 원격 조작 장치(100)로부터 수신한 수정된 파이프 설치 조작 명령 신호를 이용하여 자율 명령 신호를 수정하고, 필드 로봇(301, 302)으로 수정된 자율 명령 신호를 전송 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치 및 그 방법을 이용함으로써, 기존의 1:1 원격 제어 로봇 시스템의 기술적 한계로 적용이 불가능했던 파이프 설치 작업을 원격으로 조종하여 수행할 수 있다.
또한, 원격 조종자의 작업 개입 정도를 최소화하여 원격 조종자의 작업 피로도 상승으로 인한 작업 효율성 및 품질의 저하, 안전 사고 발생 등의 문제를 해결할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 사용자 원격 조작 장치 200 : 로봇 원격 제어 장치
210 : 인터페이스부 220 : 작업 명령 생성부
230 : 자율 명령 생성부 240 : 통신부
250 : 저장부 301 : 제1 필드 로봇
302 : 제2 필드 로봇 400 : 파이프 이송 장치
500 : 파이프 601, 602 : 벽면 파이프의 플렌지

Claims (16)

  1. 복수의 필드 로봇을 원격 제어하여 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치에 있어서,
    사용자 원격 조작 장치로부터 원격 조종의 대상이 되는 상기 필드 로봇을 선택받고, 상기 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호 및 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받는 인터페이스부,
    상기 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응하여 상기 필드 로봇이 파이프를 파지하도록 하는 작업 명령 신호를 생성하는 작업 명령 생성부,
    상기 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응하여 상기 파이프를 파지한 상기 복수의 필드 로봇을 작업 위치로 이동시키고, 상기 복수의 필드 로봇에게 상기 파이프를 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지 사이에 설치하도록 하는 자율 명령 신호를 생성하는 자율 명령 생성부, 그리고
    생성된 상기 파이프 파지 조작 명령 신호, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호를 상기 필드 로봇으로 전송하는 통신부를 포함하고,
    상기 자율 명령 생성부는,
    상기 파이프를 상기 플렌지 위에 걸치도록 하고, 상기 파이프와 상기 플렌지 사이의 접촉 정보를 이용하여 접촉력이 0이 되도록 상기 파이프를 수평 방향으로 이동시켜 상기 파이프의 수평 방향의 위치 오차를 보정하는 로봇 원격 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 복수의 필드 로봇 또는 상기 작업 위치에 설치된 감지 장치로부터 위치 정보, 음향 정보, 영상 정보, 접촉 정보, 가스 누출 정보, 온도 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 수신하는 로봇 원격 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인터페이스부는,
    수신된 상기 작업 환경 및 작업 수행 정보를 상기 사용자 원격 조작 장치로 전송하고, 사용자로부터 상기 사용자 원격 조작 장치를 통하여 수정된 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받는 로봇 원격 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 자율 명령 생성부는,
    상기 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 상기 파이프를 회전시켜 상기 파이프의 수직 방향의 위치 오차를 보정하는 로봇 원격 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 필드 로봇의 그리퍼에 장착된 힘/토오크 센서를 통하여 측정된 상기 파이프의 무게를 이용하여 상기 그리퍼가 상기 파이프를 파지한 위치 및 상기 파이프의 기울어진 각도를 산출하고,
    상기 산출된 파지 위치 및 기울어진 각도를 이용하여 상기 복수의 필드 로봇을 제어하여 상기 파이프를 회전시키는 로봇 원격 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    생성된 상기 작업 명령 신호, 상기 자율 명령 신호, 상기 필드 로봇으로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보 중에서 적어도 하나를 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 인터페이스부는,
    상기 사용자 원격 조작 장치로부터 1대1 모드, 1대N 모드 및 재생 모드 중에서 어느 하나에 대한 모드 선택 신호를 더 입력받으며,
    상기 모드 선택 신호로 상기 재생 모드가 선택된 경우,
    상기 작업 명령 생성부 또는 상기 자율 명령 생성부는,
    기 저장된 상기 작업 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호 중에서 반복하여 수행할 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출하는 로봇 원격 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 작업 명령 생성부는,
    상기 복수의 필드 로봇 각각에 대하여 1대1 모드로 제어하는 상기 작업 명령 신호를 생성하고,
    상기 자율 명령 생성부는,
    상기 복수의 필드 로봇을 1대N 모드로 제어하는 상기 자율 명령 신호를 생성하는 로봇 원격 제어 장치.
  9. 복수의 필드 로봇을 원격 제어하여 파이프를 설치하기 위한 로봇 원격 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
    사용자 원격 조작 장치로부터 원격 조종의 대상이 되는 상기 필드 로봇을 선택받고, 상기 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 파이프 파지 조작 명령 신호를 입력받는 단계,
    상기 파이프 파지 조작 명령 신호에 대응하여 상기 필드 로봇이 파이프를 파지하도록 하는 작업 명령 신호를 생성하는 단계,
    상기 사용자 원격 조작 장치로부터 상기 복수의 필드 로봇의 동작을 제어하기 위한 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받는 단계,
    상기 파이프 설치 조작 명령 신호에 대응하여 상기 파이프를 파지한 상기 복수의 필드 로봇을 작업 위치로 이동시키고, 상기 복수의 필드 로봇에게 상기 파이프를 서로 이격되어 있는 2개의 플렌지 사이에 설치하도록 하는 자율 명령 신호를 생성하는 단계, 그리고
    생성된 상기 파이프 파지 조작 명령 신호, 상기 파이프 설치 조작 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호를 상기 필드 로봇으로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 자율 명령 신호를 생성하는 단계는,
    상기 파이프를 상기 플렌지 위에 걸치도록 하고, 상기 파이프와 상기 플렌지 사이의 접촉 정보를 이용하여 접촉력이 0이 되도록 상기 파이프를 수평 방향으로 이동시켜 상기 파이프의 수평 방향의 위치 오차를 보정하는 로봇 원격 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 필드 로봇 또는 상기 작업 위치에 설치된 감지 장치로부터 위치 정보, 음향 정보, 영상 정보, 접촉 정보, 가스 누출 정보, 온도 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 작업 환경 및 작업 수행 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 로봇 원격 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    수신된 상기 작업 환경 및 작업 수행 정보를 상기 사용자 원격 조작 장치로 전송하고, 사용자로부터 상기 사용자 원격 조작 장치를 통하여 수정된 파이프 파지 조작 명령 신호 또는 파이프 설치 조작 명령 신호를 입력받는 단계를 더 포함하는 로봇 원격 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 자율 명령 신호를 생성하는 단계는,
    상기 작업 환경 및 작업 수행 정보를 이용하여 상기 파이프를 회전시켜 상기 파이프의 수직 방향의 위치 오차를 보정하는 로봇 원격 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 필드 로봇의 그리퍼에 장착된 힘/토오크 센서를 통하여 측정된 상기 파이프의 무게를 이용하여 상기 그리퍼가 상기 파이프를 파지한 위치 및 상기 파이프의 기울어진 각도를 산출하고,
    상기 산출된 파이프 파지 위치 및 기울어진 각도를 이용하여 상기 복수의 필드 로봇을 제어하여 상기 파이프를 회전시키는 로봇 원격 제어 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 사용자 원격 조작 장치로부터 1대1 모드, 1대N 모드 및 재생 모드 중에서 어느 하나에 대한 모드 선택 신호를 입력받는 단계, 그리고
    생성된 상기 작업 명령 신호, 상기 자율 명령 신호, 상기 필드 로봇으로부터 수신된 작업 환경 및 작업 수행 정보 중에서 적어도 하나를 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 모드 선택 신호로 상기 재생 모드가 선택된 경우,
    기 저장된 상기 작업 명령 신호 및 상기 자율 명령 신호 중에서 반복하여 수행할 작업 명령 신호 또는 자율 명령 신호를 추출하는 로봇 원격 제어 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 작업 명령 신호를 생성하는 단계는,
    상기 복수의 필드 로봇 각각에 대하여 1대1 모드로 제어하는 상기 작업 명령 신호를 생성하고,
    상기 자율 명령 신호를 생성하는 단계는,
    상기 복수의 필드 로봇을 1대N 모드로 제어하는 상기 자율 명령 신호를 생성하는 로봇 원격 제어 방법.
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