KR101926351B1 - 예술 작품을 모사하는 로봇 장치 - Google Patents

예술 작품을 모사하는 로봇 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하면서 그림이나 조각을 제작하는 설정된 알고리즘에 따라 그림이나 조각 등의 예술 작품을 모사하는 로봇 장치에 있어서: 스테이션(22) 상에 캔버스(24)와 도구대(26)를 지닌 본체(20); 다수의 아암(31)으로 다축운동을 구현하도록 구성되고, 단부의 매니퓰레이터(33)에 파지대(35)를 지닌 로봇(30); 상기 도구대(26)에 그림 또는 조각 작업별로 정렬되고, 각각의 단부에 파지대(45)를 지닌 도구(40); 및 상기 로봇(30)을 구동하여 도구(40)의 운동을 설정된 알고리즘으로 제어하는 모션 제어 컴퓨터(12)와 로봇 컨트롤러(51)의 제어수단(50);을 포함한다. 이에 따라, 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러와 6족 로봇을 사용하여 그림이나 조각 등의 예술 작품용 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 설정된 알고리즘에 실행하여 그림이나 조각을 제작하며, 모션 제어 컴퓨터(12)는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라(55)에 의해 촬영된 비전 센서 운동 정확도를 감지하며, 모션 제어 컴퓨터(12)와 로봇 컨트롤러(51)를 통해 로봇(30)의 운동값을 보정하며, 카메라를 통해 작업 상태를 모니터링한다.

Description

예술 작품을 모사하는 로봇 장치{Robot apparatus for simulating artwork}
본 발명은 예술 작품용 로봇 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모션 제어 컴퓨터에 연결된 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하면서 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 모션 제어 컴퓨터는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라에 의해 촬영된 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터로 전송하고, 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러가 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며 로봇 비전을 통해 카메라에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링하는, 예술 작품을 모사하는 로봇 장치에 관한 것이다.
종래의 단순 노동력을 대체하는 산업용 로봇에 이어 인공지능 기술의 급속한 발전으로 지능형 로봇에 대한 관심이 높아지고 있다. 지능형 로봇의 활용 영역은 제조업에서 탈피하여 가정, 의료, 자동차 분야 외에, 심지어는 인간의 창작성을 요하는 예술 분야에 이르기까지 확산된다. 지능형 로봇에 의해 생성된 작품의 예술성 여부를 차치하고 4차 산업혁명에 발맞추기 위한 노력이 필요한 시점이다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제특2002-0005198호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1255807호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1에 의하면 로봇이 고객의 모습을 한 대의 칼라 CCD 카메라로 입력받아 이미지처리를 한 다음 이미지 처리된 데이터를 이용하여 고객의 모습을 동양화적인 붓의 강약 터치 기법으로 그림을 그린다. 이에, 인간과 유사한 구조를 가짐으로써, 고객에게 친밀감과 즐거움을 주는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 입력된 물체 영상으로부터 윤곽선 영상을 추출하는 윤곽선 영상 추출부; 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 이진화하여 저장하는 이진화부; 및 저장값이 '1'인 픽셀들을 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로 설정부;를 포함한다. 이에, 로봇 암의 제어가 간단해지고 화가 로봇의 드로잉 속도가 빨라지는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 로봇의 예술 분야 활용을 위한 개념적 기술을 요체로 하므로 실제로 그림이나 조각을 수행하기 위한 매니퓰레이션 기술의 언급이 미흡하다.
한국 공개특허공보 제특2002-0005198호 "화가 로봇" (공개일자 : 2000.01. 17.) 한국 등록특허공보 제1255807호 "화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법" (공개일자 : 2012.10.10.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 모션 제어 컴퓨터는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라에 의해 촬영된 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터로 전송하고, 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러가 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며 카메라에 의해 작업 상태를 모니터링하는, 예술 작품을 모사하는 로봇 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 예술 작품을 모사하는 로봇 장치는 설정된 알고리즘에 따라 예술 작품을 모사하는 로봇 장치에 있어서: 스테이션 상에 캔버스와 도구대를 지닌 본체; 다수의 아암으로 다축운동을 구현하도록 구성되고, 단부의 매니퓰레이터에 파지대를 지닌 로봇; 상기 도구대에 그림 또는 조각 작업별로 정렬되고, 각각의 단부에 파지대를 지닌 도구; 모션 제어 컴퓨터; 및 상기 모션 제어 컴퓨터와 연결되고, 상기 모션 제어 컴퓨터의 역기구학의 제어 명령에 따라 상기 로봇을 구동하여 도구의 운동을 설정된 알고리즘으로 제어하는 로봇 컨트롤러의 제어수단을 포함한다.
본 발명의 세부 구성으로써, 상기 로봇과 도구의 파지대는 전자석과 원추홈을 개재하여 긴밀한 결합을 유지하거나 분리 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로써, 상기 도구는 그림 작업에 대응하여 통체 상에 수용된 물감의 공급을 밸브로 단속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로써, 상기 제어수단은 로봇의 전반적 모션을 제어하는 컨트롤러, 도구의 운동에 대응한 압력변동을 검출하는 압력센서, 그림 또는 조각 작업의 영상을 획득하는 카메라를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 변형예로써, 상기 제어수단은 특정의 그림 또는 조각 작업에 대응하여 파지대의 결속력을 증대하기 위한 압전액추에이터를 더 포함한다.
상기 모션 제어 컴퓨터는 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치되고, 상기 로봇 컨트롤러와 연결되며, 상기 로봇 컨트롤러에 의해 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하도록 상기 모션 제어 컴퓨터는 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터의 x,y,z 정보, Yaw, Roll, Pitch 정보를 로봇 컨트롤러(51)로 전송하며, 상기 모션 제어 컴퓨터의 역기구학의 알고리즘으로 로봇 제어 모델링의 시스템 안전 제어에 의해 로봇 컨트롤러를 구동하여 5족 또는 6족 로봇을 제어하며, 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 상기 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 수신받아 비전 센서 운동 정확도를 감지하며, 상기 모션 제어 컴퓨터가 로봇 컨트롤러를 통해 로봇의 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며, 로봇 비전을 통해 상기 카메라에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링한다.
상기 로봇은 5족 로봇 또는 6족 로봇을 사용하며, 상기 로봇의 툴 교환장치(브러시 그립)는 전자석 방식을 사용해 다양한 툴을 쉽게 교환 가능하며, 브러시 그립부는 쐐기(테이퍼) 모양으로 설계되어 위치 정밀도 및 그립력을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 모션 제어 컴퓨터와 연결된 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하기 위해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 바탕으로 설정된 알고리즘에 실행하여 그림이나 조각을 제작하며, 로봇 비전 카메라를 통해 작업 상태를 모니터링할 수 있으며, 신속성과 안전성에 더하여 재연율 향상을 도모하는 효과가 있다.
예술 작품을 모사하는 로봇 장치는 모션 제어 컴퓨터에 연결된 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 모션 제어 컴퓨터는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라에 의해 촬영된 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터로 전송하고, 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러가 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며 로봇 비전을 통해 카메라에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그림이나 조각 등의 예술 작품을 모사하는 로봇 장치의 전체적 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 장치의 주요부를 확대하여 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명 및 그 변형예에 따른 작동 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 로봇 장치의 주요 회로 연결을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 의한 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러, 로봇을 사용한 6 DOF 기반 로봇 제어 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러, 로봇을 사용한 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술 보인 도면이다.
도 7은 모션 제어 컴퓨터가 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러에 의해 로봇을 제어하여 회화, 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 카메라를 사용하여 로봇 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 운동값을 보정하는 과정을 보인 플로차트이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 모델링 기술을 구현하도록 툴 교환장치(브러시 그립)에서 전자석 방식을 사용해 다양한 툴을 쉽게 교환 가능하며, 브러시 그립부는 쐐기(테이퍼) 모양으로 설계되어 위치 정밀도 및 그립력을 향상시킴을 보인 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 예술 작품을 모사하는 로봇 장치는 모션 제어 컴퓨터에 연결된 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 모션 제어 컴퓨터는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라에 의해 촬영된 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터로 전송하고, 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러가 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며 로봇 비전(robot vision)을 통해 카메라에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링할 수 있다.
본 발명은 모션 제어 컴퓨터와 연결된 로봇 컨트롤러에 의해 5족 로봇 또는 6족 로봇을 구동하여 설정된 알고리즘에 따라 그림, 조각 등의 예술 작품을 모사하는 로봇 장치에 관하여 제안한다. 로봇을 개재하여 전산 프로그램과 데이터를 실행하여 소정의 예술 작품을 생성하는 작업을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 예술 작품을 모사하는 로봇 장치는,
설정된 알고리즘에 따라 예술 작품을 모사하는 로봇 장치에 있어서:
스테이션(22) 상에 캔버스(24)와 도구대(26)를 지닌 본체(20);
다수의 아암(31)으로 다축운동을 구현하도록 구성되고, 단부의 매니퓰레이터(33)에 파지대(35)를 지닌 로봇(30);
상기 도구대(26)에 그림 또는 조각 작업별로 정렬되고, 각각의 단부에 파지대(45)를 지닌 도구(40);
회화 패턴 데이터 또는 조각 패턴 데이터와 로봇 형상 데이터의 x,y,w정보와 Yaw, Roll, Pitch 정보를 입력받아 역기구학의 알고리즘에 따라 모션 컨트롤러(51)를 통해 로봇을 제어하여 회화, 조각 등의 예술작품을 제작하도록 제어하는 모션 제어 컴퓨터(12); 및
상기 모션 제어 컴퓨터(12)와 연결되고, 상기 모션 제어 컴퓨터의 역기구학의 제어 명령에 따라 상기 로봇(30)을 구동하여 도구(40)의 운동을 설정된 알고리즘으로 제어하는 로봇 컨트롤러(51)의 제어수단(50);을 포함한다.
상기 로봇(30)과 도구(40)의 파지대(35)(45)는 전자석(36)과 원추홈(46)을 개재하여 긴밀한 결합을 유지하거나 분리 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 도구(40)는 그림 작업에 대응하여 통체(41) 상에 수용된 물감의 공급을 밸브(42)로 단속하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어수단(50)은 로봇(30)의 전반적 모션을 제어하는 로봇 컨트롤러(51), 도구(40)의 운동에 대응한 압력변동을 검출하는 압력센서(54), 그림 또는 조각 작업의 영상을 획득하는 카메라(55)를 더 포함한다.
상기 카메라(55)는 로봇 비전용 카메라로써 CCD 카메라 또는 CMOS Image Sensor(CIS) 중 어느 하나를 사용하며, 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터(12)와 로봇 컨트롤러(51)가 운동값을 보정하도록 상기 카메라(55)를 통해 작업 상태를 모니터링하며,
상기 카메라(55)는 매니퓰레이터(33)에 설치되고, 상기 로봇 컨트롤러(51)에 연결되거나 또는 카메라(55)는 프레임 그래버(frame grabber), 기가비트 이더넷(GigaE), IEEE 1394 중 어느 하나를 통해 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치된 모션 제어 컴퓨터(PC)(12)에 바로 연결된다.
상기 제어수단(50)은 특정의 그림 또는 조각 작업에 대응하여 파지대(35)(45)의 결속력을 증대하기 위한 압전액추에이터(56)를 더 포함한다.
상기 모션 제어 컴퓨터(12)는 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치되고, 상기 로봇 컨트롤러(51)와 연결되며, 상기 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하도록 상기 모션 제어 컴퓨터(12)는 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터의 x,y,z 정보, Yaw, Roll, Pitch 정보를 로봇 컨트롤러로 전송하며, 모션 제어 컴퓨터(12)의 역기구학의 알고리즘으로 로봇 제어 모델링의 시스템 안전 제어에 의해 로봇 컨트롤러(51)를 구동하여 5족 또는 6족 로봇(30)을 제어하며, 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라(55)에 의해 촬영된 영상을 수신받아 비전 센서 운동 정확도를 감지하며, 모션 제어 컴퓨터(12)가 로봇 컨트롤러(51)를 통해 로봇(30)의 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며, 로봇 비전을 통해 카메라(55)에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링한다.
상기 로봇(30)은 5족 로봇 또는 6족 로봇을 사용하며, 상기 6족 로봇의 툴 교환장치(브러시 그립)는 전자석 방식을 사용해 다양한 툴을 쉽게 교환 가능하며, 브러시 그립부는 쐐기(테이퍼) 모양으로 설계되어 위치 정밀도 및 그립력을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 도 1처럼 전산 프로그램과 데이터는 모션 제어 컴퓨터(PC)(12) 또는 모션 제어 컴퓨터(12)에 연결된 서버(14)에 저장될 수 있고, 네트워크(16)를 통하여 로봇에 제공될 수 있다. 모사는 그림, 조각 등의 모방 내지 초벌 작업을 의미하지만 창작적 영역을 배제하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 본체(20)가 스테이션(22) 상에 캔버스(24)와 도구대(26)를 지닌 구조이다. 스테이션(22)은 그림이나 조각 작업시 발생하는 충격에 변형되지 않는 강도와 강성이 요구된다. 캔버스(24)는 실제 작품이 생성되는 영역으로서 후술하는 로봇(30)의 모션을 위한 원점을 포함하고 있다. 그림이나 조각 작품은 평면적인 것을 대상으로 하지만 입체적인 것도 동일한 원리가 적용된다. 도구대(26)는 후술하는 도구(40)를 수용하는 부분으로서 캔버스(24)에 인접하게 설치되고 이 또한 로봇(30)의 모션용 원점을 포함하고 있다.
또, 본 발명에 따르면 단부의 매니퓰레이터(33)에 파지대(35)를 지닌 로봇(30)이 다수의 아암(31)으로 다축운동을 구현하도록 구성되는 구조이다. 로봇(30)은 다수의 아암(31)으로 5축 또는 6축 모션을 구현하는 것이 선호되지만 이에 한정되지 않는다. 아암(31)의 단부에 연결되는 매니퓰레이터(33)는 파지대(35) 상으로 도구(40)를 파지한 상태에서 작업을 수행할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 각각의 단부에 파지대(45)를 지닌 도구(40)가 상기 도구대(26)에 그림 또는 조각 작업별로 정렬되는 구조이다. 도 2에서 도구(40)는 그림 작업을 위한 형태를 예시하며, 조각 작업의 경우에는 구조상으로 이보다 단순화된다. 도구대(26)는 다수의 도구(40)를 동일한 간격으로 정렬시킨 상태이므로 로봇(30)에 의한 액세스 연산이 정확하고 신속하다.
본 발명의 세부 구성으로써, 상기 로봇(30)과 도구(40)의 파지대(35)(45)는 전자석(36)과 원추홈(46)을 개재하여 긴밀한 결합을 유지하거나 분리 가능한 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면, 로봇(30)의 파지대(35) 상에 전자석(36)이 장착된 상태가 예시되는 동시에 그 파지대(35)가 도구(40)의 파지대(45)에 형성된 원추홈(46)에 암수로 맞물리는 상태도 예시된다. 전자석(36)과 원추홈(46) 방식을 적용하면 로봇(30)이 도구(40)를 밀착, 분리, 정렬하는 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 변형예로써, 상기 도구(40)는 그림 작업에 대응하여 통체(41) 상에 수용된 물감의 공급을 밸브(42)로 단속하는 것을 특징으로 한다. 도구(40)가 그림용 붓인 경우 통체(41)에 물감을 수용하면 취급이 용이하고 안전하며 로봇(30)의 모션연산 속도도 증대된다. 이 경우 도구(40)의 하단부에 노즐과 밸브(42)를 탑재하여 하방으로 물감을 내려보내는 유로를 단속한다.
또한, 도 3(a)에서 도 3(b)로 매니퓰레이터(33)의 파지대(35)가 도구(40)의 상단으로 접근하여 파지대(35)를 결착한다. 파지대(35)(45)가 접촉하는 부분에는 밸브(42)로 전원을 인가하기 위한 단자(38)(48)가 형성된다. 상측 파지대(35)의 단자(38) 및 하측 파지대(45)의 단자(38)는 각각 중심과 가장자리에 동심으로 형성되어 도구(40)의 자세변동과 무관하게 파지와 동시에 통전 상태가 유지된다. 이에, 단자(38)(48)를 통한 전류가 통체(41)의 도선(43)을 따라 밸브(42)에 이르게 되면 물감의 유로를 개방하여 붓(모)으로 공급한다.
또, 본 발명에 따르면 로봇 컨트롤러(51)의 제어수단(50)이 상기 로봇(30)을 구동하여 도구(40)의 운동을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 본 발명이 추구하는 보편적 난이도의 그림 또는 조각 작업에 있어서 제어수단(50)은 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터의 x,y,z 정보, Yaw, Roll, Pitch 정보를 입력받아 역기구학의 알고리즘으로 로봇 제어 모델링의 시스템 안전 제어에 의해 5족 또는 6족 로봇(30)을 제어할 수 있다. 도 1에서, 로봇 컨트롤러(51)의 제어수단(50)은 로봇(30) 상에 전원부(58)를 탑재한 상태로 예시한다.
본 발명의 세부 구성으로써, 상기 제어수단(50)은 로봇(30)의 전반적 모션을 제어하는 로봇 컨트롤러(51), 도구(40)의 운동에 대응한 압력변동을 검출하는 압력센서(54), 그림 또는 조각 작업의 비전 영상을 획득하는 카메라(55)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 로봇 컨트롤러(51)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스, 통신부를 탑재한 마이컴 회로로 구성된다. 압력센서(54)는 ADC를 통해 로봇 컨트롤러(12)의 마이크로 프로세서와 연결되며, 매니퓰레이터(33)와 파지대(35) 사이에 설치되고 도구(40)를 통하여 전달되는 압력(하중)을 검출한다. 카메라(55)는 매니퓰레이터(33)에 설치되어 비젼 영상 신호를 생성하므로, 로봇(30)의 모션과 도구(40)에 의한 작업 상태를 카메라(55)로 촬영된 비전 영상을 통해 파악할 수 있다.
카메라(55)는 로봇 비전(robot vision)용 카메라로써 CCD 카메라 또는 CMOS Image Sensor(CIS)를 사용할 수 있으며, 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터(12)로 전송하고, 모션 제어 컴퓨터(12)와 로봇 컨트롤러(51)가 운동값을 보정하도록 상기 카메라(55)를 통해 작업 상태를 모니터링한다.
카메라(55)는 매니퓰레이터(33)에 설치되고, 로봇 컨트롤러(51)에 연결되거나 또는 카메라(55)는 프레임 그래버(frame grabber), 기가비트 이더넷(GigaE, Gigabit Ethernet), IEEE 1394 중 어느 하나를 통해 비전 영상 처리 SW가 설치된 모션 제어 컴퓨터(PC)(12)에 바로 연결될 수 있다.
도 4에서, 로봇 컨트롤러(51)는 입력인터페이스에 압력센서(54), CCD 카메라(55) 등이 마이크로 프로세서에 연결되며, 로봇(30), 전자석(36), 밸브(42), 압전 액추에이터(56)는 마이크로 프로세서의 출력인터페이스에 연결되며, 마이크로 프로세서와 연결되는 저장부와 통신부를 구비하며, 전원 공급부를 구비한다.
마이크로 프로세서는 입력 인터페이스로써 압력 센서(54)와 ADC를 통해 연결되고, 카메라와 연결되는 프레임 그레버와 연결되며, 출력 인터페이스로써 로봇(30), 전자석(36), 밸브(42), 압전 액추에이터(56)와 연결되며, 통신부와 연결된다. 통신부는 DeviceNet 케이블 연결부와 Ethernet 케이블 연결부를 구비하며, 부가적으로 Wi-Fi 통신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 카메라(55)는 로봇 비전용 카메라로써 프레임 그래버(frame grabber), 기가비트 이더넷(GigaE, Gigabit Ethernet), IEEE 1394 중 어느 하나를 통해 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치된 모션 제어 컴퓨터(PC)(12)에 바로 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 제어수단(50)은 특정의 그림 또는 조각 작업에 대응하여 파지대(35)(45)의 결속력을 증대하기 위한 압전액추에이터(56)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3(c)를 참조하면, 상하의 파지대(35)(45)가 전자석(36)과 원추홈(46)으로 맞물린 상태에서 전자석(36)의 하측에 압전액추에이터(56)가 또 다른 맞물림을 제공한다. 압전액추에이터(56)는 소형의 구조로 탑재가 용이하며 통전에 의하여 돌기의 전후진 운동이 유발된다. 돌기는 도구(40)의 파지대(45)의 원추홈(46)에 형성된 요홈(도시 생략)과 맞물림 가능하다.
모션 제어 컴퓨터(12)는 PC 또는 산업용 태블릿 PC를 사용할 수 있으며, 실시예에서는 PC를 예를들어 설명하였지만, 이에 한정하지 않는다.
작동의 일예로서, 모션 제어 컴퓨터(PC)(12) 또는 서버(14)로부터 컨트롤러(51)에 소정의 작업 프로그램과 회화 패턴 데이터/조각 패턴 데이터가 다운로드되면, 로봇 컨트롤러(51)는 캔버스(24)와 도구대(26)의 원점 확인과 더불어 도구(40)의 위치 좌표를 생성하고, 매니퓰레이터(33)를 해당 도구(40)에 액세스하여 파지대(35)(45)로 결합하고, 캔버스(24)로 이동시켜 설정된 경로의 모션으로 그림(조각)을 그리고, 도구(40)를 교체하면서 순차적으로 예술 작품을 완성해간다. 만일 압력센서(54)나 카메라(55)를 통한 신호 분석으로 이상이 발생되면 안전을 고려하여 작업을 중지하고 경보를 발생한다.
도 5는 본 발명에 의한 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러, 로봇을 사용한 6 DOF 기반 로봇 제어 시스템의 구성도이다.
모션 제어 컴퓨터(12)는 로봇 컨트롤러(51)와 DeviceNet 케이블과 Ethernet 케이블로 연결되며, 로봇 컨트롤러(51)는 로봇 제어 소프트웨어(Cell program), RSI program(Robot Sensor Interface program)이 설치되며, 로봇 컨트롤러(51)는 6족 로봇(30)과 연결된다.
상기 모션 제어 컴퓨터(12)는 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치되고, 상기 로봇 컨트롤러(51)와 연결되며, 상기 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하도록 상기 모션 제어 컴퓨터(12)는 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터의 x,y,z 정보, Yaw, Roll, Pitch 정보를 로봇 컨트롤러(51)로 전송하며, 모션 제어 컴퓨터(12)의 역기구학의 알고리즘으로 로봇 제어 모델링의 시스템 안전 제어에 의해 로봇 컨트롤러(51)를 구동하여 5족 로봇 또는 6족 로봇(30)을 제어하며, 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라(55)에 의해 촬영된 영상을 수신받아 비전 센서 운동 정확도를 감지하며, 모션 제어 컴퓨터(12)가 로봇 컨트롤러(51)를 통해 로봇(30)의 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며, 로봇 비전(robot vision)을 통해 카메라(55)에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링한다.
역기구학은 로봇의 도구의 끝단에 x,y,z 정보 Yaw, Roll, Pitch 정보의 자세값을 알고 있을 때, 로봇의 6관절에 각도 값을 계산하는 기능을 제공한다.
도 6은 본 발명에 따른 모션 제어 컴퓨터와 로봇 컨트롤러, 로봇을 사용한 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술 보인 도면이다.
예술 작품을 모사하는 로봇 장치는 모션 제어 컴퓨터(12)에 연결된 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 모션 제어 컴퓨터(12)는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라(55)에 의해 촬영된 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터(12)로 전송하고, 모션 제어 컴퓨터(12)와 로봇 컨트롤러(51)를 통해 로봇(30)의 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며, 로봇 비전(robot vision)을 통해 카메라(55)에 의해 촬영된 영상의 작업 상태를 모니터링하게 되었다.
상기 도구 운동 데이터는 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 위한 도구의 x,y,z 정보 및 yaw, roll, pitch 정보를 포함한다.
도 7은 모션 제어 컴퓨터가 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러에 의해 로봇을 제어하여 회화, 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 카메라를 사용하여 로봇 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 운동값을 보정하는 과정을 보인 플로차트이다.
모션 제어 컴퓨터(12)는 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러(51)에 의해 6족 로봇을 제어하여 회화, 조각 등의 예술 작품을 제작하며, 카메라(55)를 사용하여 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 운동값을 보정한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 모델링 기술을 구현하도록 툴 교환장치(브러시 그립)에서 전자석 방식을 사용해 다양한 툴을 쉽게 교환 가능하며, 브러시 그립부는 쐐기(테이퍼) 모양으로 설계되어 위치 정밀도 및 그립력을 향상시킴을 보인 도면이다.
6족 로봇의 툴 교환장치(브러시 그립)는 전자석 방식을 사용해 다양한 툴을 쉽게 교환 가능하며, 브러시 그립부는 쐐기(테이퍼) 모양으로 설계되어 위치 정밀도 및 그립력을 향상시켰다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
12: 모션 제어 컴퓨터 14: 서버
20: 본체 22: 스테이션
24: 캔버스 26: 도구대
30: 로봇 31: 아암
33: 매니퓰레이터 35, 45: 파지대
36: 전자석 38, 48: 단자
40: 도구 41: 통체
42: 밸브 43: 도선
46: 원추홈 50: 제어수단
51: 로봇 컨트롤러 54: 압력센서
55: 카메라 56: 압전액추에이터
58: 전원부

Claims (8)

  1. 설정된 알고리즘에 따라 예술 작품을 모사하는 로봇 장치에 있어서:
    스테이션(22) 상에 캔버스(24)와 도구대(26)를 지닌 본체(20);
    다수의 아암(31)으로 다축운동을 구현하도록 구성되고, 단부의 매니퓰레이터(33)에 파지대(35)를 지닌 로봇(30);
    상기 도구대(26)에 그림 또는 조각 작업별로 정렬되고, 각각의 단부에 파지대(45)를 지닌 도구(40);
    모션 제어 컴퓨터(12); 및
    상기 모션 제어 컴퓨터(12)와 연결되고, 상기 모션 제어 컴퓨터의 역기구학의 제어 명령에 따라 상기 로봇(30)을 구동하여 도구(40)의 운동을 설정된 알고리즘으로 제어하는 로봇 컨트롤러(51)의 제어수단(50);을 포함하되,
    상기 로봇(30)과 도구(40)의 파지대(35)(45)는 전자석(36)과 원추홈(46)을 개재하여 긴밀한 결합을 유지하거나 분리 가능한 것을 특징으로 하는 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 도구(40)는 그림 작업에 대응하여 통체(41) 상에 수용된 물감의 공급을 밸브(42)로 단속하는, 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(50)은 로봇(30)의 전반적 모션을 제어하는 로봇 컨트롤러(51), 도구(40)의 운동에 대응한 압력변동을 검출하는 압력센서(54), 그림 또는 조각 작업의 영상을 획득하는 카메라(55)를 더 포함하는 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 카메라(55)는 로봇 비전용 카메라로써 CCD 카메라 또는 CMOS Image Sensor(CIS) 중 어느 하나를 사용하며, 비전 센서 운동 정확도를 감지하여 모션 제어 컴퓨터(12)와 로봇 컨트롤러(51)가 운동값을 보정하도록 상기 카메라(55)를 통해 작업 상태를 모니터링하며,
    상기 카메라(55)는 매니퓰레이터(33)에 설치되고, 상기 로봇 컨트롤러(51)에 연결되거나 또는 카메라(55)는 프레임 그래버(frame grabber), 기가비트 이더넷(GigaE), IEEE 1394 중 어느 하나를 통해 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치된 모션 제어 컴퓨터(PC)(12)에 바로 연결되는, 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(50)은 특정의 그림 또는 조각 작업에 대응하여 파지대(35)(45)의 결속력을 증대하기 위한 압전액추에이터(56)를 더 포함하는 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 모션 제어 컴퓨터(12)는 비전 영상 처리 SW와 제어 SW가 설치되고, 상기 로봇 컨트롤러(51)와 연결되며, 상기 로봇 컨트롤러(51)에 의해 로봇(30)을 구동하여 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터를 6 DOF 기반 로봇 제어 모델링 기술에 의해 다양한 툴을 핸들링하는 매니퓰레이션 기술을 사용하여 기 설정된 알고리즘을 실행하여 그림이나 조각 등의 예술 작품을 제작하도록 상기 모션 제어 컴퓨터(12)는 회화 패턴 데이터, 조각 패턴 데이터의 x,y,z 정보, Yaw, Roll, Pitch 정보를 로봇 컨트롤러로 전송하며, 상기 모션 제어 컴퓨터(12)의 역기구학의 알고리즘으로 로봇 제어 모델링의 시스템 안전 제어에 의해 상기 로봇 컨트롤러(51)를 구동하여 5족 또는 6족 로봇(30)을 제어하며, 도구 운동 데이터 획득, 운동값 추출, 역기구학을 적용하여 로봇 컨트롤러(51)에 의해 로봇을 제어하여 회화, 조각을 제작하며, 카메라(55)에 의해 촬영된 영상을 수신받아 비전 센서 운동 정확도를 감지하며, 상기 모션 제어 컴퓨터(12)가 상기 로봇 컨트롤러(51)를 통해 상기 로봇(30)의 운동값을 보정하여 그림이나 조각을 정밀하게 제작하며, 로봇 비전을 통해 상기 카메라(55)에 의해 촬영된 영상에 의해 작업 상태를 모니터링하는, 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 로봇(30)은 5족 로봇 또는 6족 로봇을 사용하며, 상기 로봇의 툴 교환장치(브러시 그립)는 전자석 방식을 사용해 다양한 툴을 쉽게 교환 가능하며, 브러시 그립부는 쐐기(테이퍼) 모양으로 설계되어 위치 정밀도 및 그립력을 향상시킨 것을 특징으로 하는 예술 작품을 모사하는 로봇 장치.
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