KR101876380B1 - 매니퓰레이터 및 그 경로 생성 방법 - Google Patents

매니퓰레이터 및 그 경로 생성 방법 Download PDF

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Abstract

로봇 매니퓰레이터가 물체를 잡는 과정에서 물체와 충돌하지 않고 목표 위치로 이동할 수 있는 최단 경로를 실시간으로 생성하는 방법을 제안한다.
작업 대상 물체와 그리퍼를 구의 형태로 모형화하여 그리퍼의 현재 위치와 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 측정하고, 그리퍼의 현재 위치와 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로 이루어진 삼각형의 사이각(Φ)을 구하여 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하고, 그리퍼의 현재 위치와 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로 이루어진 변환 행렬을 구하여 2차원 평면상의 원호 경로를 3차원 공간상의 경로로 변환함으로써 매니퓰레이터가 물체와 충돌하지 않고 물체를 잡을 수 있는 최단 경로를 자동으로 생성하여 안전한 작업 경로를 구현할 수 있으며 작업 시간을 줄일 수 있다.

Description

매니퓰레이터 및 그 경로 생성 방법{MANIPULATOR AND PATH GENERATION METHOD THEREOF}
로봇 매니퓰레이터가 물체를 잡는 과정에서 물체와 충돌하지 않고 이동할 수 있는 최단 경로를 생성하는 방법에 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 매니퓰레이터(manipulator)나 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 전기적ㆍ기계적 메카니즘에 의해서 팔이나 손의 동작에 가깝게 운동할 수 있도록 만들어진 매니퓰레이터를 이용하여 작업을 수행한다. 현재 사용되고 있는 대부분의 매니퓰레이터는 여러 개의 링크(link)들이 서로 연결되어 구성된다. 각 링크들의 연결 부위를 관절(joint)이라 하는데 매니퓰레이터는 이러한 링크와 관절들 사이의 기하학적인 관계에 따라 운동 특성이 결정된다. 이 기하학적인 관계를 수학적으로 표현한 것이 기구학(Kinematics)이며 대부분의 매니퓰레이터는 이러한 기구학적 특성(kinematics characteristic)을 가지고 작업을 수행하기 위한 방향(목표 위치)로 로봇 선단(Gripper; 이하, 그리퍼라 한다)을 이동시킨다.
매니퓰레이터가 주어진 작업(예를 들어, 물체를 잡는 작업)을 수행하기 위해서는 매니퓰레이터가 작업을 수행하기 전의 현재 위치(시작점)에서부터 작업을 수행할 수 있는 즉, 물체를 잡을 수 있는 목표 위치(목표점)까지 매니퓰레이터의 이동 경로를 생성하는 것이 중요하다. 이때 매니퓰레이터가 현재 위치에서부터 물체와 충돌하지 않고 목표 위치로 이동할 수 있는 최단 경로의 궤적을 생성해야 한다.
로봇 매니퓰레이터가 물체를 잡는 과정에서 물체와 충돌하지 않고 목표 위치로 이동할 수 있는 최단 경로를 실시간으로 생성하는 방법을 제안하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면은 물체를 파지하기 위한 매니퓰레이터의 이동 경로를 생성하는 방법에 있어서, 매니퓰레이터의 선단에 마련된 그리퍼의 현재 위치, 물체의 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 인식하고 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로부터 평면상의 회전각을 계산하고 평면상의 회전각을 이용하여 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하고 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로 이루어진 변환 행렬을 계산하고 변환 행렬을 이용하여 2차원 평면상의 원호 경로를 3차원 공간상의 경로로 변환하는 것을 포함한다.
또한, 그리퍼의 현재 위치는 매니퓰레이터가 물체를 파지하는 작업을 수행하기 전 시작점의 위치이다.
또한, 물체 위치는 파지하고자 하는 작업 대상 물체의 중심 위치이다.
또한, 그리퍼의 목표 위치는 매니퓰레이터가 물체를 파지할 수 있는 목표점의 위치이다.
또한, 평면상의 회전각을 계산하는 것은,그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 연결하는 삼각형의 사이각을 계산하는 것이다.
또한, 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하는 것은, 물체의 반지름과 그리퍼의 반지름을 더한 값을 구하고 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 사이각을 구하고 물체의 반지름과 그리퍼의 반지름을 더한 값에 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 사이각을 곱하여 원호 궤적을 생성하는 2차원 평면상의 x, y 좌표를 구하는 것을 포함한다.
또한, 변환 행렬을 계산하는 것은, 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로부터 원호 궤적을 생성하는 삼각 평면을 3차원의 행렬로 변환하는 것이다.
또한, 3차원 공간상의 경로로 변환하는 것은, 3차원의 행렬에 2차원 평면상의 x, y 좌표를 곱하여 그리퍼가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성하는 것이다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 매니퓰레이터는 물체를 파지하는 그리퍼물체를 파지하기 위한 목표 위치로 그리퍼를 이동시키는 복수의 링크그리퍼의 현재 위치, 물체의 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 인식하는 인식부 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 이용하여 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하고, 계산된 2차원 평면상의 원호 경로를 이용하여 그리퍼가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함한다.
또한, 경로 생성부는 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 이용하여 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하는 2차원 경로 계산부와 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로 이루어진 변환 행렬을 계산하여 2차원 평면상의 원호 경로를 3차원 공간상의 경로로 변환하는 3차원 경로 변환부를 포함한다.
또한, 2차원 경로 계산부는 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로부터 평면상의 회전각을 계산하고, 평면상의 회전각을 이용하여 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산한다.
또한, 2차원 경로 계산부는 물체의 반지름과 그리퍼의 반지름을 더한 값을 구하고, 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 사이각을 구하고, 물체의 반지름과 그리퍼의 반지름을 더한 값에 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 사이각을 곱하여 원호 궤적을 생성하는 2차원 평면상의 x, y 좌표를 구한다.
또한, 3차원 경로 변환부는 그리퍼의 현재 위치, 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로부터 원호 궤적을 생성하는 삼각 평면을 3차원의 행렬로 변환하고 3차원의 행렬에 2차원 평면상의 x, y 좌표를 곱하여 그리퍼가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 매니퓰레이터는, 경로 생성부에서 생성된 경로에 따라 그리퍼를 이동시키도록 복수의 링크를 구동하는 관절을 더 포함한다.
제안된 매니퓰레이터 및 그 경로 생성 방법에 의하면, 작업 대상 물체와 그리퍼를 구의 형태로 모형화하여 그리퍼의 현재 위치와 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치를 측정하고, 그리퍼의 현재 위치와 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로 이루어진 삼각형의 사이각(Φ)을 구하여 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하고, 그리퍼의 현재 위치와 물체 위치 및 그리퍼의 목표 위치로 이루어진 변환 행렬을 구하여 2차원 평면상의 원호 경로를 3차원 공간상의 경로로 변환함으로써 매니퓰레이터가 물체와 충돌하지 않고 물체를 잡을 수 있는 최단 경로를 자동으로 생성하여 안전한 작업 경로를 구현할 수 있으며 작업 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 보행 로봇의 외관 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 기구학적 여유구동 매니퓰레이터의 형상을 간략하게 도식화한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 매니퓰레이터에서 그리퍼의 이동 경로를 생성하기 위한 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡는 모습을 모델링한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡기 위해 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡기 위해 이동해야 하는 3차원 공간상의 원호 경로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡기 위해 이동하는 실제 경로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 매니퓰레이터에서 그리퍼의 이동 경로를 생성하기 위한 방법을 나타낸 동작 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 일례를 나타낸 외관도이다.
도 1에서, 본 발명의 일 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 팔(130R, 130L)은 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(pitchaxis), z축(yaw axis)로 움직임이 가능하고, 팔꿈치 관절(133R, 133L)은y축(pitchaxis)로 움직임이 가능하며, 손목 관절(134R, 134L)은 x축(roll axis)과 y축(pitchaxis), z축(yaw axis)로 움직임이 가능하다.
또한, 두 개의 팔(130R, 130L)에는 어깨 관절(132R, 132L)과 팔꿈치 관절(133R, 133L)을 연결하는 상부 링크(135R, 135L)와, 팔꿈치 관절(133R, 133L)과 손목 관절(134R, 134L)을 연결하는 하부 링크(136R, 136L)를각각 포함하여 각 관절((132R, 132L), (133R, 133L), (134R, 134L))의 가동각 범위에 따라 일정 수준의 자유도를 가지고 이동이 가능하도록 한다.
그리고, 두 개의 다리(110R, 110L)와연결되는 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.
본 발명의 일 실시예에서 두 개의 팔(130R, 130L)은 모션이 가능한 작업을 수행하는 매니퓰레이터(130; manipulator)로, 매니퓰레이터(130)의 선단에 마련되는 두 개의 핸드(131R, 131L)가 작업 대상 물체를 잡는 그리퍼(131; Gripper)에 해당한다. 이를 도 3에 간략하게 도식화하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇의 기구학적 여유구동 매니퓰레이터의 형상을 간략하게 도식화한 구성도이다.
도 3에서, 매니퓰레이터(130)는 전기적ㆍ기계적 메카니즘에 의해서 인간의 팔이나 손의 동작에 가깝게 운동할 수 있도록 만들어진 것으로,현재 사용되고 있는 대부분의 매니퓰레이터(130)는 여러 개의 링크(135, 136; 구체적으로, 상부 링크 또는 하부 링크)가 여러 개의 관절(132, 133, 134; 구체적으로, 어깨 관절, 팔꿈치 관절 또는 손목 관절)을 통해 서로 연결되어 구성된다. 매니퓰레이터(130)는 이러한 링크들(135, 136)과 관절들(joint; 132, 133, 134) 사이의 기하학적인 관계에 따라 운동 특성이 결정된다. 이 기하학적인 관계를 수학적으로 표현한 것이 기구학(Kinematics)이며 대부분의 매니퓰레이터(130)는 이러한 기구학적 특성(kinematics characteristic)을 가지고 작업을 수행하기 위한 방향으로 그리퍼(131)를 이동시킨다. 본 발명의 일 실시예에 의한 매니퓰레이터(130)는 위치와 방향 조절이 가능한 링크들(135, 136)을 이용하여 작업 대상 물체를 잡기 위한 목표 위치로 그리퍼(131)를 이동시킨다.
도 3에서 알 수 있듯이, 동일한 물체를 잡기 위하여 목표 위치로 이동하는 매니퓰레이터(130)의 형상은 (a) 또는 (b)와 같이 여러 가지 형상으로 변화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 매니퓰레이터에서 그리퍼의 이동 경로를 생성하기 위한 제어 블록도로서, 사용자 인터페이스부(200), 경로 생성부(210), 인식부(220), 로봇 제어부(230) 및 구동부(240)를 포함하여 구성된다.
사용자 인터페이스부(200)는 매니퓰레이터(130) 특히, 그리퍼(131)에서 수행하기 위한 작업 명령(예를 들어, 테이블 위에 놓여진 물체를 잡기 위한 파지 명령)을 사용자가 스위치 조작이나 음성 등을 통해 입력한다.
경로 생성부(210)는 사용자 인터페이스부(200)를 통해 입력되는 작업 명령에 따라 작업 대상 물체(A)와 충돌하지 않고 작업 대상 물체(A)를 잡기 위한 그리퍼(131)의 이동을 제어하기 위한 작업 경로를 생성하여 이를 로봇 제어부(230)에 전달한다.
또한, 경로 생성부(210)는 작업 대상 물체(A)의 위치와 그리퍼(131)의 현재 위치 및 그리퍼(131)의 목표 위치를 이용하여 그리퍼(131)가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하는 2차원 경로 계산부(211)와, 작업 대상 물체(A)의 위치와 그리퍼(131)의 현재 위치 및 그리퍼(131)의 목표 위치로 이루어진 변환 행렬을 계산하여 2차원 평면상의 원호 경로를 그리퍼(131)가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로로 변환하는 3차원 경로 변환부(212)를 포함한다.
인식부(220)는 그리퍼(131)가 작업 명령을 수행하기 위해 주어진 정보 즉, 작업 명령을 수행하기 전의 그리퍼(131)의 현재 위치에서의 형상(시작점)과 작업 명령을 수행할 수 있는 그리퍼(130)의 목표 위치에서의 형상(목표점), 그리고 파지하고자 하는 작업 대상 물체(A)의 위치를 인식하여 경로 생성부(210)에 전달하고, 이 인식 정보는 경로 생성부(210)에서 그리퍼(131)의 이동 경로를 생성하는데 근거가 된다.
한편, 인식부(220)에서 작업 대상 물체(A)의 위치와 그리퍼(131)의 현재 위치 및 그리퍼(131)의 목표 위치를 인식하는 방법은 도 5를 참조하여 이후에 설명한다.
로봇 제어부(230)는 경로 생성부(210)에서 전달받은 작업 경로에 따라 구동부(240)를 제어하여 매니퓰레이터(130)를 구동시킴으로써 매니퓰레이터(130)의 선단에 마련된 그리퍼(131)의 이동을 제어한다.
이하, 상기와 같이 구성된 로봇 매니퓰레이터 및 그 경로 생성 방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡는 모습을 모델링한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡기 위해 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡기 위해 이동해야 하는 3차원 공간상의 원호 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 매니퓰레이터(130)가 작업 대상 물체(A)를 잡는다고 가정했을 때, 작업 대상 물체(A)와 매니퓰레이터(130)의 선단에 마련된 그리퍼(131)를 구형으로 모형화한 상태를 나타낸 것이다.
도 5에서, 인식부(220)는 작업 대상 물체(A)의 위치와 그리퍼(131)의 현재 위치 및 그리퍼(131)의 목표 위치를 아래와 같이 인식한다.
먼저, 인식부(220)는 파지하고자 하는 작업 대상 물체(A)를 구의 형태(구형)로 모형화하고, 그 모형화한 구형 물체(A)의 중심 위치(Xobj)를 작업 대상 물체(A)의 위치로 인식하여 경로 생성부(210)에 전달한다.
또한, 인식부(220)는 매니퓰레이터(130)가 작업 대상 물체(A)를 파지하기 전의 그리퍼(131) 형상을 구형으로 모형화하고, 그 모형화한 구형 그리퍼(131)의 중심 위치 즉, 그리퍼(131)가 작업 대상 물체(A)를 파지하는 작업을 수행하기 전의 시작점의 위치(Xc)를 그리퍼(131)의 현재 위치로 인식하여 경로 생성부(210)에 전달한다.
또한, 인식부(220)는 매니퓰레이터(130)가 작업 대상 물체(A)를 파지할 때의 그리퍼(131) 형상을 구형으로 모형화하고, 그 모형화한 구형 그리퍼(131)의 중심 위치 즉, 그리퍼(131)가 작업 대상 물체(A)를 파지하는 작업을 수행할 때의 목표점의 위치(Xt)를 그리퍼(131)의 목표 위치로 인식하여 경로 생성부(210)에 전달한다.
따라서, 경로 생성부(210)의 2차원 경로 계산부(211)는 인식부(220)로부터 전달된 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)와 그리퍼(131)의 현재 위치(Xc)및 그리퍼(131)의 목표 위치(Xt)를 연결하는 삼각형의 사이각 즉, 평면상의 회전각(φ)을 계산하고, 이 계산된 평면상의 회전각(φ)을 이용하여 그리퍼(131)가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산한다. 그리퍼(131)가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하는 방법은 다음과 같다.
그리퍼(131)가 작업 대상 물체(A)를 잡기 전의 현재 위치(Xc)에서 작업 대상 물체(A)를 잡았을 때의 목표 위치(Xt)까지 이동하는데 걸리는 시간을 T라고 하면, 2차원 평면상의 원호는 도 6에 도시한 바와 같이, 모형화된 구형 물체(A)의 반지름(R1)과 모형화된 구형 그리퍼(131)의 반지름(R2)을 더한 값(R1+R2)에 그리퍼(131)가 일정시간(t: 0<t<T, 그리퍼가 물체와 충돌하지 않고 이동할 수 있는 경로 이동시간) 동안 이동한 회전각(φ)을 곱하여 구해진다. 이때, 그리퍼(131)가 일정시간(t) 동안 이동한 2차원 평면상의 x, y 좌표는 아래의 [식 1]과 같이 구해진다.
[식 1]
Figure 112011051888837-pat00001
[식 1]에서, R(t)는 그리퍼(131)가 일정시간(t) 동안 이동한 2차원 평면상의 원호이고, x(t), y(t)는 그리퍼(131)가 일정시간(t) 동안 이동한 시점에서의 2차원 평면상의 x, y 좌표를 나타낸다.
이와 같이, 경로 생성부(210)의 2차원 경로 계산부(211)에서 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)와 그리퍼(131)의 현재 위치(Xc)및 그리퍼(131)의 목표 위치(Xt)의 세 점으로 이루어진 평면상의 회전각(φ)을 계산하여 그리퍼(131)가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하면, 경로 생성부(210)의 3차원 경로 변환부(212)는 계산된 2차원 평면상의 원호 경로를 이용하여 그리퍼(131)가 실제로 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성한다. 그리퍼(131)가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 경로 생성부(210)의 3차원 경로 변환부(212)는 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)와 그리퍼(131)의 현재 위치(Xc)및 그리퍼(131)의 목표 위치(Xt)로부터 도 7에 도시한 바와 같이, 3차원 공간상의 원호 경로를 생성하는 삼각 평면을 아래의 [식 2]를 이용하여 3차원의 행렬(R)로 구한다.
[식 2]
Figure 112011051888837-pat00002
[식 2]에서, n은 3차원 삼각 평면의 x축 값이고, o는 3차원 삼각 평면의 y축 값이며, a는 3차원 삼각 평면의 z축 값이다.
[식 2]에서 구해진 3차원의 행렬(R)에 [식 1]에서 구해진 2차원 평면상의 x, y 좌표를 곱하여 아래의 [식 3]과 같이, 그리퍼(131)가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성한다.
[식 3]
Figure 112011051888837-pat00003
[식 3]에서, R은 3차원 삼각 평면의 행렬이고,
Figure 112011051888837-pat00004
는 2차원 평면상의 x, y 좌표이며,
Figure 112011051888837-pat00005
는 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)이고,
Figure 112011051888837-pat00006
는 그리퍼(131)가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로(Xt′)이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리퍼가 물체를 잡기 위해 이동하는 실제 경로를 나타낸 도면이다.
도 8에서, 그리퍼(131)는 작업 대상 물체(A)를 잡기 전의 현재 위치(Xc)에서 작업 대상 물체(A)를 잡았을 때의 목표 위치(Xt)까지 점선과 같은 경로로 실제 이동한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 매니퓰레이터에서 그리퍼의 이동 경로를 생성하기 위한 방법을 나타낸 동작 순서도이다.
도 9에서, 매니퓰레이터(130)의 선단에 마련된 그리퍼(131)가 작업 대상 물체(A)를 잡기 위한 작업을 수행하고자 할 때, 인식부(220)는 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)와 그리퍼(131)의 현재 위치(Xc)및 그리퍼(131)의 목표 위치(Xt)를 인식하여 경로 생성부(210)에 전달한다(300).
따라서, 경로 생성부(210)의 2차원 경로 계산부(211)는 인식부(220)로부터 전달된 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)와 그리퍼(131)의 현재 위치(Xc)및 그리퍼(131)의 목표 위치(Xt)를 연결하는 삼각형의 사이각 즉, 평면상의 회전각(φ)을 도 5에 도시한 바와 같이, 계산한다(302).
이어서, 경로 생성부(210)의 2차원 경로 계산부(211)는 계산된 평면상의 회전각(φ)을 이용하여 그리퍼(131)가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 도 6에 도시한 바와 같이, 계산한다(304).
그리고, 경로 생성부(210)의 3차원 경로 변환부(212)는 인식부(220)로부터 전달된 작업 대상 물체(A)의 위치(Xobj)와 그리퍼(131)의 현재 위치(Xc)및 그리퍼(131)의 목표 위치(Xt)로부터 도 7에 도시한 바와 같이, 3차원 공간상의 원호 경로를 생성하는 삼각 평면을 3차원의 행렬(R)로 변환한다(306).
이어서, 경로 생성부(210)의 3차원 경로 변환부(212)는 변환된 3차원의 행렬(R)에 2차원 경로 계산부(211)에서 계산된 2차원 평면상의 x, y 좌표를 곱하여 그리퍼(131)가 이동해야 하는 3차원 공간상의 실제 경로를 도 8에 도시한 바와 같이, 생성한다(308).
100: 로봇 130: 매니퓰레이터
131 : 그리퍼 132, 133, 134 : 관절
135, 136 : 링크 210 : 경로 생성부
211 : 2차원 경로 계산부 212 : 3차원 경로 변환부
220 : 인식부 230 : 로봇 제어부
240 : 구동부

Claims (18)

  1. 물체를 파지하기 위한 매니퓰레이터의 경로 생성 방법에 있어서,
    상기 매니퓰레이터의 선단에 마련된 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치를 인식하고;
    상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치에 의해 정의되는 평면상의 회전각을 계산하고;
    상기 평면상의 회전각을 이용하여 상기 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하고;
    상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치로 이루어지는 변환 행렬을 계산하고;
    상기 변환 행렬을 이용하여 상기 2차원 평면상의 원호 경로를 3차원 공간상의 경로로 변환하는 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그리퍼의 현재 위치는 상기 물체를 파지하는 작업을 수행하기 전 상기 그리퍼의 시작점의 위치인 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물체의 위치는 파지하고자 하는 상기 물체의 중심 위치인 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그리퍼의 목표 위치는 상기 물체를 파지할 수 있는 상기 그리퍼의 목표점의 위치인 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평면상의 회전각을 계산하는 것은,
    상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치를 연결하여 형성되는 삼각형의 사이각을 계산하는 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하는 것은,
    상기 물체의 반지름과 상기 그리퍼의 반지름을 더한 값을 구하고;
    상기 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 사이각을 구하고;
    상기 물체의 반지름과 상기 그리퍼의 반지름을 더한 값에 상기 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 상기 사이각을 곱하여 원호 궤적을 생성하는 상기 2차원 평면상의 x, y 좌표를 구하는 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변환 행렬을 계산하는 것은,
    상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치로부터 상기 원호 궤적을 생성하는 삼각 평면을 3차원 행렬로 변환하는 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 3차원 공간상의 경로로 변환하는 것은,
    상기 3차원 행렬에 상기 2차원 평면상의 x, y 좌표를 곱하여 상기 그리퍼가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성하는 매니퓰레이터의 경로 생성 방법.
  9. 물체를 파지하는 그리퍼;
    상기 물체를 파지하기 위한 목표 위치로 상기 그리퍼를 이동시키는 복수의 링크;
    상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치를 인식하는 인식부; 및
    상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치에 의해 정의되는 평면상의 회전각을 계산하고, 상기 계산된 평면상의 회전각을 이용하여 상기 그리퍼가 이동해야 하는 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하고, 상기 계산된 2차원 평면상의 원호 경로를 이용하여 상기 그리퍼가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함하는 매니퓰레이터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 그리퍼의 현재 위치는 상기 물체를 파지하는 작업을 수행하기 전 상기 그리퍼의 시작점의 위치인 매니퓰레이터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 물체의 위치는 파지하고자 하는 상기 물체의 중심 위치인 매니퓰레이터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 그리퍼의 목표 위치는 상기 물체를 파지할 수 있는 상기 그리퍼의 목표점의 위치인 매니퓰레이터.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 경로 생성부는 상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치를 이용하여 상기 2차원 평면상의 원호 경로를 계산하는 2차원 경로 계산부, 및 상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치로 이루어지는 변환 행렬을 계산하여 상기 2차원 평면상의 원호 경로를 3차원 공간상의 경로로 변환하는 3차원 경로 변환부를 포함하는 매니퓰레이터.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 평면상의 회전각은 상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치를 연결하여 형성되는 삼각형의 사이각인 매니퓰레이터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 2차원 경로 계산부는 상기 물체의 반지름과 상기 그리퍼의 반지름을 더한 값을 구하고, 상기 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 사이각을 구하고, 상기 물체의 반지름과 상기 그리퍼의 반지름을 더한 값에 상기 그리퍼가 일정시간 동안 이동한 상기 사이각을 곱하여 원호 궤적을 생성하는 상기 2차원 평면상의 x, y 좌표를 구하는 매니퓰레이터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 3차원 경로 변환부는 상기 그리퍼의 현재 위치, 상기 물체의 위치 및 상기 그리퍼의 목표 위치로부터 상기 원호 궤적을 생성하는 삼각 평면을 3차원 행렬로 변환하고, 상기 3차원 행렬에 상기 2차원 평면상의 x, y 좌표를 곱하여 상기 그리퍼가 이동해야 하는 3차원 공간상의 경로를 생성하는 매니퓰레이터.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 경로 생성부에 의해 생성된 경로를 따라 상기 그리퍼가 이동하도록 상기 복수의 링크를 구동하는 복수의 관절을 더 포함하는 매니퓰레이터.
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