KR101967216B1 - 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가상환경 및 가상환경상의 가상객체와 대응되는 작업 매니퓰레이터를 사용하여 자율기계를 시험함과 동시에 자율기계의 성능을 향상시킬 수 있는 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 자율기계를 시험하기 위한 가상 시험환경을 표시하는 스크린유닛; 상기 가상 시험환경상의 가상 작업대상객체와 대응되며, 상기 자율기계의 엔드이펙터가 상기 가상 작업대상객체를 향하여 이동하면서 제1 설정거리에 도달될 때 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치되는 작업 매니퓰레이터; 그리고, 상기 작업 매니퓰레이터 및 상기 자율기계와 통신하면서 상기 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량에 대한 정보를 상기 작업 매니퓰레이터로 전달하거나, 상기 자율기계가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 작업 매니퓰레이터를 제어하는 제어유닛을 갖는 운영서버를 포함하는 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.

Description

자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법{Test system for autonomous operating apparatus and Controlling method thereof}
본 발명은 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상환경 및 가상환경상의 가상객체와 대응되는 작업 매니퓰레이터를 사용하여 자율기계를 시험함과 동시에 자율기계의 성능을 향상시킬 수 있는 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설현장, 재난현장, 경작지 또는 교전지역 등과 같은 작업현장에서 작업을 수행하는 로봇을 원격지에서 조정하는 원격조정기술이 개발되고 있다.
이러한 원격조정기술로는 사용자가 조이스틱 장치를 이용하여 로봇을 원격조정하는 방법, 사용자가 마스터 장비를 착용한 상태에서 로봇을 조정하는 방법 등이 알려져있다.
그러나 종래 원격조정기술은 원격지의 운전자가 제어시스템을 매개로 작업현장의 로봇에게 제어명령을 단순하게 전달하는 형태를 가지므로 작업현장의 현장상황을 고려한 제어가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 작업을 자율적으로 수행하는 자율기계가 개발되고 있다.
그러나 자율기계가 다양한 작업환경, 예를 들면 험지돌파, 장애물 극복 및 작업처리 등과 같은 현장요구상황을 만족하는 신뢰성과 안정성을 확보하기에는 어려움이 있다.
따라서, 자율기계가 다양한 작업환경에서 작업을 수행하기 전에 다양한 작업조건의 종합성능과 신뢰성을 사전 검증할 수 있는 시험평가 시스템이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0738052호(발명의 명칭: 지능형 로봇 제어 시뮬레이션 시스템, 공고일: 2007년 7월 12일)
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 가상환경 및 가상환경상의 가상객체와 대응되는 작업 매니퓰레이터를 사용하여 자율기계를 시험함과 동시에 자율기계의 성능을 향상시킬 수 있는 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 자율기계를 시험하기 위한 가상 시험환경을 표시하는 스크린유닛; 상기 가상 시험환경상의 가상 작업대상객체와 대응되며, 상기 자율기계의 엔드이펙터가 상기 가상 작업대상객체를 향하여 이동하면서 제1 설정거리에 도달될 때 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치되는 작업 매니퓰레이터; 그리고, 상기 작업 매니퓰레이터 및 상기 자율기계와 통신하면서 상기 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량에 대한 정보를 상기 작업 매니퓰레이터로 전달하거나, 상기 자율기계가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 작업 매니퓰레이터를 제어하는 제어유닛을 갖는 운영서버를 포함하는 자율기계용 시험 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 작업 매니퓰레이터는 상기 가상 작업대상객체를 대체하여 상기 엔드이펙터와 접촉되어 상기 자율기계의 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하게 된다.
상기 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치되면, 상기 제어유닛은 상기 스크린유닛상에서 상기 가상 작업대상객체가 디스플레이되지 않도록 할 수 있다.
상기 자율기계용 시험 시스템은 상기 스크린유닛과 이웃하게 배치되되, 상기 작업 매니퓰레이터가 설치되는 설치프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 설치프레임에는 상기 작업 매니퓰레이터의 이동을 안내하는 이송트랙이 구비되어 있을 수 있다.
상기 자율기계용 시험 시스템은 상기 작업 매니퓰레이터를 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이로 이송시키기 위한 이송유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 작업 매니퓰레이터의 다른 실시 형태에 의하면, 상기 작업 매니퓰레이터는 상기 자율기계와 통신하면서 자율주행을 통하여 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이로 이동할 수 있다.
상기 작업 매니퓰레이터는 매니퓰레이터 본체와, 상기 매니퓰레이터 본체에 대하여 상대이동 가능한 작동암과, 상기 작동암의 일단에 결합되는 파지모듈과, 상기 자율기계가 상기 햅틱피드백을 받도록 상기 파지모듈에 인가되는 물리량을 제어하기 위한 매니퓰레이터 구동유닛을 포함할 수 있다.
상기 엔드이펙터가 상기 파지모듈과 접촉하기 위하여 이동될 때 상기 매니퓰레이터 구동유닛은 상기 파지모듈이 상기 가상 작업대상객체의 파지부의 형상과 대응되도록 상기 파지모듈의 단위모듈들을 상대이동시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 자율기계를 시험하기 위한 가상 시험환경을 스크린유닛에 디스플레이하는 표시단계; 상기 자율기계가 상기 가상 시험환경상에 구현되는 하나 이상의 가상 작업대상객체 중에서 제1 가상 작업대상객체를 인식하고 상기 자율기계의 엔드이펙터가 상기 제1 가상 작업대상객체를 향하여 이동할 때 상기 제1 가상 작업대상객체와 대응되는 작업 매니퓰레이터의 이동을 준비하는 준비단계; 상기 엔드이펙터와 상기 제1 가상 작업대상객체 사이의 거리가 제1 설정거리에 도달하면 상기 작업 매니퓰레이터를 상기 엔드이펙터와 상기 제1 가상 작업대상객체 사이에 배치되도록 상기 작업 매니퓰레이터를 이동시키는 이동단계; 그리고, 상기 제1 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량을 상기 작업 매니퓰레이터에 인가하여 상기 자율기계에게 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하는 햅틱 피드백단계를 포함하는 자율기계용 시험 시스템의 제어방법을 제공한다.
상기 자율기계용 시험 시스템의 제어방법은 상기 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터와 상기 제1 가상 작업대상객체 사이에 배치된 이후에 상기 스크린유닛상에서 상기 가상 작업대상객체가 디스플레이되지 않도록 하는 표시수정단계를 더 포함할 수 있다.
상기 햅틱 피드백단계는 상기 자율기계가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 작업 매니퓰레이터의 파지모듈에 인가되는 물리량을 제어하기 위하여 상기 작업 매니퓰레이터에 구비된 매니퓰레이터 구동유닛을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 작업 매니퓰레이터가 복수 개로 구비되는 경우에 상기 준비단계에서는 복수 개의 작업 매니퓰레이터 중 상기 제1 가상 작업대상객체와 가장 가까운 거리에 있는 제1 작업 매니퓰레이터가 상기 제1 가상 작업대상객체와 대응될 수 있다.
본 발명에 따른 자율기계용 시험 시스템 및 이의 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 자율기계의 엔드이펙터가 가상 시험환경상의 가상 작업대상객체를 향하여 이동하여 접촉되기 직전에 상기 가상 작업대상객체를 대체하여 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터와 결합되되, 상기 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량이 상기 작업 매니퓰레이터에 인가되어 자율기계가 실제 작업환경상에서 작업하도록 함으로써 자율기계를 시험할 수 있는 이점이 있다.
특히, 자율기계가 실제의 다양한 작업환경에서 작업을 수행하기 전에 가상 시험환경 및 증강현실을 이용하여 다양한 작업조건하에서 상기 자율기계의 종합성능과 신뢰성을 사전 검증할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 가상 시험환경 및 가상 시험환경상의 가상객체와 대응되는 매니퓰레이터를 사용하여 자율기계가 반복적으로 작업을 수행하고, 이러한 반복적인 작업수행을 통하여 자율기계가 스스로 학습하여 작업성능을 높일 수는 이점이 있다.
특히, 자율기계는 자율기계용 시험 시스템에서 제공되는 다양한 시나리오에 대한 데이터를 얻을 수 있고, 인공지능 알고리즘(예를 들면, 딥러닝 등)을 통하여 데이터에 대한 분석 및 학습을 통하여 작업의 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
셋째, 가상 시험환경 및 증강현실을 이용하여 다양한 시나리오를 반복적으로 시험하면서도 실제 현장시험에서 발생할 수 있는 위험을 줄임과 동시에 비용을 줄이면서 실제 현장 시험을 효과적으로 대체할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율기계용 시험 시스템의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 자율기계용 시험 시스템의 세부구성들을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 도 1의 자율기계용 시험 시스템의 요부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자율기계용 시험 시스템의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 자율기계용 시험 시스템의 일 실시 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 자율기계용 시험 시스템의 세부구성들을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 도 1의 자율기계용 시험 시스템의 요부를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 자율기계용 시험 시스템은 스크린유닛(100), 작업 매니퓰레이터(300), 운영서버(200), 이송유닛(700), 트레드밀(500), 경사도 생성유닛(600) 및 설치프레임(800)을 포함한다.
상기 스크린유닛(100)은 자율기계(400)를 시험하기 위한 가상 시험환경(10)을 디스플레이하게 된다.
여기서, 상기 가상 시험환경(10)은 상기 운영서버의 저장유닛(230)에 저장된 데이터를 바탕으로 상기 스크린유닛(100)상에 표시된다.
상기 가상 시험환경은 다양한 작업환경, 예를 들면 재난현장, 험지작업현장, 돌파, 전투현장, 우주환경 등을 포함한다.
상기 가상 시험환경(10)상에는 해당 시험환경뿐만 아니라, 해당 시험환경에서의 작업대상이 되는 복수 개의 가상 작업대상객체가 표현되어 있다.
상기 가상 작업대상객체에 대한 정보, 예를 들면 가상의 물리량정보(형상, 무게, 관성력 등)는 상기 운영서버의 저장유닛(230)에 저장되어 있다.
뿐만아니라, 상기 가상의 작업대상객체가 실제환경상에서 작업이 된다면 실제 환경상에서 발생하는 저항력, 마찰력 등에 해당하는 정보도 상기 저장유닛(230)에 저장되어 있다.
상기 작업 매니퓰레이터(300)는 상기 가상 작업대상객체와 대응되며, 상기 자율기계의 엔드이펙터(440)가 상기 가상 작업대상객체를 향하여 이동하면서 제1 설정거리에 도달될 때 상기 엔드이펙터(440)와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치된다.
구체적으로, 상기 작업 매니퓰레이터(300)는 매니퓰레이터 본체(310)와, 상기 매니퓰레이터 본체(310)에 대하여 상대이동 가능한 작동암(320)과, 상기 작동암(320)의 일단에 결합되는 파지모듈(330)과, 상기 자율기계(400)가 상기 햅틱피드백을 받도록 상기 파지모듈(330)에 인가되는 물리량을 제어하기 위한 매니퓰레이터 구동유닛(360)을 포함한다
또한, 상기 작업 매니퓰레이터(300)는 상기 운영서버(200)와 통신하기 위한 매니퓰레이터 통신유닛(340) 및 상기 파지모듈에 인가되는 물리량을 센싱하기 위한 매니퓰레이터 센서유닛(350)을 더 포함한다.
상기 매니퓰레이터 본체(310)는 상기 이송유닛(700)에 의하여 설치프레임(800)상에 형성된 이송트랙(830)을 따라 이송된다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 작업 매니퓰레이터(300)는 상기 자율기계(400)와 통신하면서 자율주행을 통하여 상기 엔드이펙터(440)와 상기 가상 작업대상객체 사이로 이동할 수 있다.
상기 작동암(320)은 상기 매니퓰레이터 본체(310)에 결합되어 상기 매니퓰레이터 본체(310)에 대하여 상대이동 가능한다.
상기 파지모듈(330)은 상기 작동암(320)의 일단에 배치되어 상기 엔드이펙터(440)와 접촉된다. 상기 파지모듈(330)은 복수 개의 단위모듈을 포함하며, 상기 단위모듈들은 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)에 의하여 서로 상대이동가능하다.
상기 엔드이펙터(440)가 상기 파지모듈(330)과 접촉하기 위하여 이동될 때 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)은 상기 파지모듈(330)이 상기 가상 작업대상객체의 파지부의 형상과 대응되도록 상기 단위모듈들을 상대이동시키게 된다.
또한, 상기 작업 매니퓰레이터(300)의 파지모듈(330)이 상기 가상 작업대상객체를 대체하여 상기 엔드이펙터(440)와 접촉되면, 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)은 상기 자율기계(400)에게 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하기 위하여 상기 매니퓰레이터 본체(310), 상기 작동암(320) 및 상기 파지모듈(330)의 작동을 제어하게 된다.
일례로, 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)은 복수 개의 구동모터를 포함하고, 상기 구동모터들이 상기 매니퓰레이터 본체(310), 상기 작동암(320) 및 상기 파지모듈(330)이 복수 개의 자유도로 움직이도록 제어하되 외력이 인가되었을 때의 반력을 제공하도록 구현될 수 있을 것이다.
상기 작업 매니퓰레이터(300)는 한 개가 구비될 수도 있지만, 복수 개로 구비되어 상기 엔드이펙터(440)와 선택적으로 될 수도 있을 것이다.
상기 이송유닛(700)은 상기 운영서버의 제어유닛(210)으로부터 명령을 전달받고, 상기 작업 매니퓰레이터(300)를 이송시키게 된다. 즉, 상기 이송유닛(700)은 상기 작업 매니퓰레이터(300)를 상기 엔드이펙터(440)와 상기 가상 작업대상객체 사이로 이송시키게 된다.
한편, 상기 경사도 생성유닛(600)은 상기 자율기계(400)가 상기 가상 시험환경상에서 경사를 가진 영역을 자율주행할 때 실제로 상기 자율기계(400)가 상기 해당 경사도를 인식하며 이동될 수 있도록 상기 자율기계(400)가 주행하는 장소인 상기 트레드밀(500)의 경사도를 제어한다.
구체적으로, 상기 경사도 생성유닛(600)은 베이스프레임(610), 지지프레임(620), 무빙프레임(630) 및 경사도 생성부재를 포함한다.
상기 베이스프레임(610)은 지면상에 설치되되, 사각 테두리를 갖는 사각틀 형상을 가진다. 물론, 상기 베이스프레임(610)은 원형틀을 비롯한 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 지지프레임(620)은 상기 베이스프레임(610)과 대응되는 형상을 가지며, 상기 베이스프레임(610)과 함께 상기 경사도 생성부재를 지지하게 된다.
상기 무빙프레임(630)은 하단은 상기 경사도 생성부재의 상단과 결합되고, 상기 무빙프레임(630)의 상부에는 상기 트레드밀(500)의 하단부가 결합된다.
상기 경사도 생성부재는 상기 베이스프레임(610)과 상기 지지프레임(620) 사이에 구비되는 복수 개의 공압실린더(641)와, 상기 복수 개의 공압실린더(641)에 각각에 대하여 개별적으로 상하방향으로 상대이동하는 복수 개의 실린더로더(643)를 포함한다.
각각의 실린더로더(643)의 하단은 대응되는 각각의 공압실린더(641)의 내부에 수용되고, 각각의 실린더로더(643)의 상단은 상기 무빙프레임(630)의 하단부와 결합되어 있다.
상기 복수 개의 실린더로더(643)는 상기 무빙프레임(630)이 상기 지지프레임(620)에 대하여 가지는 경사도에 따라 상기 복수 개의 공압실린더(641)에 대하여 서로 다른 길이로 상대이동하게 된다.
즉, 상기 복수 개의 실린더로더(643)가 위치에 따라 해당 공압실린더에 대하여 서로 다른 길이를 가짐으로 인하여 상기 무빙프레임(630)이 상기 지지프레임(620)에 대하여 경사를 가지게 된다.
물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 경사도 생성부재는 리니어 모터, 랙-피니언구조 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.
결과적으로, 상기 경사도 생성부재에 의하여 상기 무빙프레임(630)이 상기 지지프레임(620)에 대하여 특정 경사를 가지게 되면, 상기 무빙프레임(630)과 결합된 상기 트레드밀(500)도 상기 지지프레임, 즉 지면에 대하여 해당 경사를 가지게 된다.
상기 경사도 생성유닛(600)은 상기 제어유닛(210)에 의하여 제어된다. 즉, 상기 제어유닛(210)은 상기 가상 시험환경(10)상의 정보를 바탕으로 상기 경사도 생성유닛(600)을 제어하게 된다.
한편, 상기 설치프레임(800)은 상기 스크린유닛(100)과 이웃하게 배치되며, 상기 설치프레임(800)에는 상기 작업 매니퓰레이터(300)가 설치된다.
상기 설치프레임(800)은 상기 무빙프레임(630)과 결합되어 상기 무빙프레임(630)과 함께 이동한다. 즉, 상기 무빙프레임(630)이 지면에 대하여 일정한 경사를 가지면, 상기 설치프레임도 상기 지면에 대하여 일정한 경사를 가지게 된다.
상기 설치프레임(800)상에는 상기 작업 매니퓰레이터(300)의 이동을 안내하는 이송트랙(830)이 구비되어 있다.
구체적으로, 상기 설치프레임(800)은 상기 트레드밀(500)의 테두리에 배치되는 제1 설치프레임(810)과, 상기 이송트랙(830)을 기준으로 상기 제1 설치프레임(810)의 외측에 배치되는 제2 설치프레임(820)을 포함한다.
상기 운영서버는 제어유닛(210), 저장유닛(230) 및 통신유닛(220)을 포함한다.
상기 저장유닛(230)에는 상기 가상 시험환경에 대한 맵정보, 상기 가상 작업대상객체에 대한 물리량정보 등이 저장되어 있다.
상기 통신유닛(220)은 상기 스크린유닛(100), 상기 작업 매니퓰레이터(300), 상기 이송유닛(700), 상기 경사도 생성유닛(600), 상기 트레드밀(500) 및 상기 자율기계(400)와 유선 또는 무선으로 연결되어 서로 정보를 교환한다.
상기 제어유닛(210)은 상기 스크린유닛(100)과 통신하면서 상기 가상 시험환경(10)이 상기 스크린유닛(100)상에 표시되도록 상기 스크린유닛(100)을 제어한다.
특히, 상기 제어유닛(210)은 상기 작업 매니퓰레이터(300)가 상기 엔드이펙터(440)와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치되면, 상기 스크린유닛(100)상에서 상기 가상 작업대상객체가 디스플레이되지 않도록 상기 스크린유닛(100)을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛(210)은 상기 자율기계(400)가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 작업 매니퓰레이터(300)를 제어한다.
구체적으로, 상기 제어유닛(210)은 상기 저장유닛(230)에 저장된 상기 가상 작업대상객체에 대한 가상의 물리량정보를 바탕으로 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)을 제어하게 된다.
그러면, 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)은 상기 자율기계(400)에게 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하기 위하여 상기 매니퓰레이터 본체(310), 상기 작동암(320) 및 상기 파지모듈(330)의 작동을 제어하게 된다.
물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 제어유닛은 상기 작업 매니퓰레이터 및 상기 자율기계와 통신하면서 상기 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량에 대한 정보를 상기 작업 매니퓰레이터로 전달할 수 있다.
그러면, 상기 작업 매니퓰레이터에 구비된 매니퓰레이터 제어유닛이 상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)을 제어하여 상기 자율기계(400)가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 할 수도 있을 것이다.
결과적으로, 자율기계의 엔드이펙터가 가상 시험환경상의 가상 작업대상객체를 향하여 이동하여 접촉되기 직전에 상기 가상 작업대상객체를 대체하여 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터와 결합되되, 상기 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량이 상기 작업 매니퓰레이터에 인가되어 자율기계가 실제 작업환경상에서 작업하도록 함으로써 자율기계를 효율적으로 시험할 수 있다.
특히, 자율기계가 실제의 다양한 작업환경에서 작업을 수행하기 전에 가상 시험환경 및 증강현실을 이용하여 다양한 작업조건하에서 상기 자율기계의 종합성능과 신뢰성을 사전 검증할 수 있게 된다.
한편, 상기 자율기계(400)는 자율기계 본체(410), 엔드이펙터(440), 주행유닛(420), 자율기계 제어유닛(450), 자율기계 센서유닛(460), 자율기계 통신유닛(480), 카메라유닛(430) 및 자율기계 저장유닛(470)을 포함한다.
상기 엔드이펙터(440)의 일단은 상기 자율기계 본체(410)와 결합되어 있으며, 상기 엔드이펙터(440)의 타단은 상기 작업 매니퓰레이터(300)와 접촉된다.
상기 엔드이펙터(440)는 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 상기 엔드이펙터(440)가 복수 개로 구비되어 동시에 작업을 수행할 수도 있을 것이다. 복수 개의 엔드이펙터가 구비되는 경우에는 상기 작업 매니퓰레이터(300)도 복수 개가 구비될 수 있다.
상기 카메라유닛(430)은 상기 자율기계 본체(410)에 설치되어, 상기 스크린유닛(100)상의 가상 시험환경을 인식하게 된다.
상기 자율기계 통신유닛(480)은 상기 운영서버의 제어유닛(210)과 통신을 하면서 정보를 교환하게 된다. 물론, 상기 자율기계 통신유닛(480)은 상기 작업 매니퓰레이터(300)와도 통신할 수 있을 것이다.
상기 자율기계 센서유닛(460)은 상기 엔드이펙터(440)가 상기 작업 매니퓰레이터의 파지모듈(330)을 파지할 때의 힘 등을 센싱하게 된다.
물론, 상기 자율기계 센서유닛(460)은 상기 엔드이펙터(440)가 상기 파지모듈(330)과 접촉되어 햅틱피드백을 받을 때 햅틱피드백에 대한 물리량을 측정할 수도 있을 것이다.
상기 자율기계 제어유닛(450)은 상기 카메라유닛(430)에 의하여 인식된 가상 시험환경 정보를 바탕으로 상기 주행유닛(420)을 제어하면서 자율주행을 가능하게 한다.
상기 자율기계 제어유닛(450)은 스스로 판단하여 작업이 필요하다고 판단되는 가상 작업대상객체를 결정하여 해당 작업을 수행하게 된다.
상기 자율기계 제어유닛이 해당 가상 작업대상객체에 대하여 작업이 필요한지 여부는 상기 자율기계 저장유닛(470)에 미리 저장된 기준 작업환경(가상 작업대상객체에 대한 기준정보 포함)을 바탕으로 결정하게 된다.
상기 자율기계 저장유닛(470)에는 상기 자율기계가 해당 가상 작업대상객체에 대하여 수행한 모든 작업정보가 저장된다.
상기 자율기계 제어유닛(450)은 상기 자율기계 저장유닛(470)에 축적된 작업정보 및 주행정보를 인공지능 알고리즘을 사용하여 학습을 하게 되고, 이를 바탕으로 이후 수행되는 주행 및 작업에 사용하게 된다.
결과적으로, 자율기계는 가상환경 및 가상환경상의 가상객체와 대응되는 작업 매니퓰레이터를 사용하여 반복적으로 작업 및 주행을 수행하고, 이러한 반복적인 작업수행 및 주행수행을 통하여 스스로 학습하여 작업성능을 높일 수 있게 된다.
특히, 자율기계는 자율기계용 시험 시스템에서 제공되는 다양한 시나리오에 대한 데이터를 얻을 수 있고, 인공지능 알고리즘(예를 들면, 딥러닝 등)을 통하여 데이터에 대한 분석 및 학습을 통하여 작업의 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
따라서, 가상환경 및 증강현실을 이용하여 다양한 시나리오를 반복적으로 시험하면서도 실제 현장시험에서 발생할 수 있는 위험을 줄임과 동시에 비용을 줄이면서 실제 현장 시험을 효과적으로 대체할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 자율기계용 시험 시스템의 일 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하여, 상기 자율기계용 시험 시스템과 자율기계가 상호작용하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 자율기계(400)를 시험하기 위한 가상 시험환경(10)을 스크린유닛(100)에 디스플레이하는 표시단계가 수행된다(S10).
구체적으로, 제어유닛(210)은 저장유닛(230)에 저장된 가상 시험환경에 대한 정보를 바탕으로 해당 가상 시험환경을 스크린유닛(100)상에 디스플레이한다.
다음으로, 상기 자율기계(400)가 상기 가상 시험환경(10)상에 구현되는 하나 이상의 가상 작업대상객체 중에서 제1 가상 작업대상객체(11)를 인식하고 상기 자율기계의 엔드이펙터(440)가 상기 제1 가상 작업대상객체(11)를 향하여 이동할 때 상기 제1 가상 작업대상객체(11)와 대응되는 작업 매니퓰레이터의 이동을 준비하는 준비단계가 수행된다(S20).
구체적으로, 상기 자율기계(400)는 자율기계 본체(410)에 구비된 카메라유닛(430)을 바탕으로 상기 가상 시험환경(10)상에 구현되는 하나 이상의 가상 작업대상객체들을 인식하고, 상기 가상 작업대상객체들 중에서 작업대상이 되는 제1 가상 작업대상객체(11)를 결정한다.
상기 자율기계(400)가 상기 제1 가상 작업대상객체(11)를 결정한 이후에는 상기 자율기계의 엔드이펙터(440)가 상기 제1 가상 작업대상객체(11)를 향하여 이동하게 된다.
상기 엔드이펙터(440)가 상기 제1 가상 작업대상객체(11)로 이동을 시작함과 동시에 복수 개의 매니퓰레이터 중 상기 제1 가상 작업대상객체(11)와 가장 가까운 거리에 있는 제1 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이로 이동될 작업 매니퓰레이터로 결정될 수 있다.
상기 제어유닛(210)은 상기 자율기계(400) 및 상기 작업 매니퓰레이터(300)와 통신하면서 이송유닛(700)을 제어하여 상기 제1 작업 매니퓰레이터를 이송시킬 준비를 하게 된다.
물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 작업 매니퓰레이터는 상기 자율기계(400) 및 상기 제어유닛(210)과 통신하면서 자율주행을 통하여 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이로 이동할 준비를 할 수도 있을 것이다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 자율기계의 엔드이펙터의 개수와 상기 작업 매니퓰레이터의 개수는 동일하게 구비되어 일대일 대응되도록 미리 설정될 수도 있을 것이다.
여기서, 상기 엔드이펙터(440)가 상기 제1 가상 작업대상객체(11)를 향하여 이동하는 동안 상기 제1 작업 매니퓰레이터도 상기 제1 가상 작업대상객체(11)의 근처영역으로 이동될 수 있다.
다음으로, 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이의 거리가 산출되는 단계가 수행된다(S30).
구체적으로, 상기 제어유닛(210)은 작업대상이 되는 제1 가상 작업대상객체(11)가 결정되면, 상기 제1 가상 작업대상객체(11)와 상기 엔드이펙터(440) 사이의 초기 거리를 인식하고, 상기 엔드이펙터(440)의 이동좌표에 대한 정보를 바탕으로 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이의 거리를 산출하게 된다.
물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 엔드이펙터(440)가 이동될 때 상기 자율기계(400)가 스스로 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11)와의 거리를 산출하여 상기 제어유닛(210)에 전달할 수도 있을 것이다.
다음으로, 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이의 거리가 제1 설정거리에 도달하면 상기 제1 작업 매니퓰레이터를 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이에 배치되도록 상기 제1 작업 매니퓰레이터를 이동시키는 이동단계가 수행된다(S40).
구체적으로, 상기 제어유닛(210)은 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이의 거리가 상기 제1 설정거리에 도달하면, 상기 이송유닛(700)을 제어하여 상기 제1 작업 매니퓰레이터를 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이로 이송시킨다.
여기서, 상기 제1 작업 매니퓰레이터는 설치프레임(800)상에 구비되는 이송트랙(830)을 따라 이동하게 된다.
다음으로, 상기 제1 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이로 이동된 이후에 상기 스크린유닛(100)상에서 상기 제1 가상 작업대상객체(11)가 디스플레이되지 않도록 하는 표시수정단계가 수행된다(S50).
즉, 상기 이송유닛(700)에 의하여 상기 제1 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 가상 작업대상객체(11) 사이에 배치되면, 상기 제어유닛(210)은 상기 스크린유닛(100)상에서 상기 제1 가상 작업대상객체(11)가 디스플레이되지 않도록 상기 스크린유닛(100)을 제어하게 된다.
이후에, 상기 자율기계(400)는 상기 제1 가상 작업대상객체(11)를 대체하여 상기 제1 작업 매니퓰레이터를 인식하게 된다.
다음으로, 상기 엔드이펙터(440)와 상기 제1 작업 매니퓰레이터가 접촉되기 전에 상기 제1 가상 작업대상객체(11)에 설정된 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량을 상기 제1 작업 매니퓰레이터에 인가하여 상기 자율기계(400)에게 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하는 햅틱 피드백단계가 수행된다(S60, S70).
구체적으로, 상기 제어유닛(210)은 상기 제1 가상 작업대상객체에 설정된 가상물리량을 바탕으로 상기 제1 작업 매니퓰레이터에 구비되어 있는 매니퓰레이터 구동유닛(360)을 제어하게 된다.
상기 매니퓰레이터 구동유닛(360)은 상기 자율기계(400)가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 제1 작업 매니퓰레이터에 인가되는 물리량을 제어하게 된다.
따라서, 자율기계의 엔드이펙터가 작업 매니퓰레이터의 파지모듈과 접촉될때 되어 자율기계는 실제 작업환경상에 실제 작업대상객체를 바탕으로 작업하는 것과 동일한 햅틱 피드백을 받게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
10: 가상 시험환경 11: 제1 가상 작업대상객체
100: 스크린유닛 200: 운영서버
210: 제어유닛 220: 통신유닛
230: 저장유닛 300: 작업 매니퓰레이터
310: 매니퓰레이터 본체 320: 작동암
330: 파지모듈 340: 매니퓰레이터 통신유닛
350: 매니퓰레이터 센서유닛 360: 매니퓰레이터 구동유닛
400: 자율기계 430: 카메라유닛
440: 엔드이펙터 500: 트레드밀
600: 경사도 생성유닛 700: 이송유닛
800: 설치프레임 810: 제1 설치프레임
820: 제2 설치프레임 830: 이송트랙

Claims (11)

  1. 자율기계를 시험하기 위한 가상 시험환경을 표시하는 스크린유닛;
    상기 가상 시험환경상의 가상 작업대상객체와 대응되며, 상기 자율기계의 엔드이펙터가 상기 가상 작업대상객체를 향하여 이동하면서 제1 설정거리에 도달될 때 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치되는 작업 매니퓰레이터; 그리고,
    상기 작업 매니퓰레이터 및 상기 자율기계와 통신하면서 상기 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량에 대한 정보를 상기 작업 매니퓰레이터로 전달하거나, 상기 자율기계가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 작업 매니퓰레이터를 제어하는 제어유닛을 갖는 운영서버를 포함하고,
    상기 작업 매니퓰레이터는 상기 가상 작업대상객체를 대체하여 상기 엔드이펙터와 접촉되어 상기 자율기계의 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이에 배치되면, 상기 제어유닛은 상기 스크린유닛상에서 상기 가상 작업대상객체가 디스플레이되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크린유닛과 이웃하게 배치되되, 상기 작업 매니퓰레이터가 설치되는 설치프레임을 더 포함하며, 상기 설치프레임에는 상기 작업 매니퓰레이터의 이동을 안내하는 이송트랙이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 작업 매니퓰레이터를 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이로 이송시키기 위한 이송유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 작업 매니퓰레이터는 상기 자율기계와 통신하면서 자율주행을 통하여 상기 엔드이펙터와 상기 가상 작업대상객체 사이로 이동하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 매니퓰레이터는 매니퓰레이터 본체와, 상기 매니퓰레이터 본체에 대하여 상대이동 가능한 작동암과, 상기 작동암의 일단에 결합되는 파지모듈과, 상기 자율기계가 상기 햅틱피드백을 받도록 상기 파지모듈에 인가되는 물리량을 제어하기 위한 매니퓰레이터 구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔드이펙터가 상기 파지모듈과 접촉하기 위하여 이동될 때 상기 매니퓰레이터 구동유닛은 상기 파지모듈이 상기 가상 작업대상객체의 파지부의 형상과 대응되도록 상기 파지모듈의 단위모듈들을 상대이동시키는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템.
  8. 자율기계를 시험하기 위한 가상 시험환경을 스크린유닛에 디스플레이하는 표시단계;
    상기 자율기계가 상기 가상 시험환경상에 구현되는 하나 이상의 가상 작업대상객체 중에서 제1 가상 작업대상객체를 인식하고 상기 자율기계의 엔드이펙터가 상기 제1 가상 작업대상객체를 향하여 이동할 때 상기 제1 가상 작업대상객체와 대응되는 작업 매니퓰레이터의 이동을 준비하는 준비단계;
    상기 엔드이펙터와 상기 제1 가상 작업대상객체 사이의 거리가 제1 설정거리에 도달하면 상기 작업 매니퓰레이터를 상기 엔드이펙터와 상기 제1 가상 작업대상객체 사이에 배치되도록 상기 작업 매니퓰레이터를 이동시키는 이동단계; 그리고,
    상기 제1 가상 작업대상객체에 설정된 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량을 상기 작업 매니퓰레이터에 인가하여 상기 자율기계에게 실제 작업환경과 동일한 작업환경을 제공하는 햅틱 피드백단계를 포함하는 자율기계용 시험 시스템의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 작업 매니퓰레이터가 상기 엔드이펙터와 상기 제1 가상 작업대상객체 사이에 배치된 이후에 상기 스크린유닛상에서 상기 가상 작업대상객체가 디스플레이되지 않도록 하는 표시수정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 햅틱 피드백단계는 상기 자율기계가 상기 가상 물리량과 대응되는 실제 물리량에 대한 햅틱피드백을 받도록 상기 작업 매니퓰레이터의 파지모듈에 인가되는 물리량을 제어하기 위하여 상기 작업 매니퓰레이터에 구비된 매니퓰레이터 구동유닛을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템의 제어방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 작업 매니퓰레이터가 복수 개로 구비되는 경우에 상기 준비단계에서는 복수 개의 작업 매니퓰레이터 중 상기 제1 가상 작업대상객체와 가장 가까운 거리에 있는 제1 작업 매니퓰레이터가 상기 제1 가상 작업대상객체와 대응되는 것을 특징으로 하는 자율기계용 시험 시스템의 제어방법.
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