KR102177711B1

KR102177711B1 - 충돌 감지 센서 및 이를 구비하는 로봇

Info

Publication number: KR102177711B1
Application number: KR1020190087091A
Authority: KR
Inventors: 강태훈; 박희진
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-11-12

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 로봇의 표면 상에 배치되는 복수의 제1 정전용량측정부 및 상기 제1 정전용량측정부와 이격되어 상기 로봇의 표면 상에 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 다른 제2 측정면적을 갖는 복수의 제2 정전용량측정부를 포함하는, 로봇의 충돌 감지 센서를 제공한다.

Description

충돌 감지 센서 및 이를 구비하는 로봇{COLLISION DETECTION SENSOR AND ROBOT COMPRISING THE SAME}

본 발명은 협업로봇의 충돌감지기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 정전용량변화를 이용한 충돌 감지 센서 및 이를 구비하는 로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇(Robot) 산업은 나날이 발전하고 있으며 가까운 미래에 국가 경쟁력을 결정하는 중요한 산업 중 하나가 될 것으로 예상된다. 이에 따라 로봇 산업과 로봇 기술의 대중화를 위한 가정용 로봇을 비롯하여, 교육용 및 완구용 로봇에 대한 관심이 증대되고 있다. 현재 다수의 업체가 산업용 로봇뿐만 아니라 가정, 교육, 완구용 로봇에 대한 관심이 증대되고 있다. 현재 다수의 업체가 산업용 로봇뿐만 아니라 가정, 교육, 완구 로봇을 중심으로 로봇 산업화에 크게 기여하고 있으며 향후에 지능형 로봇에 대한 투자 및 기술 개발이 가속화될 것으로 기대된다.

일반적으로 산업용 로봇은 대부분 고하중을 다루는 작업에 사용되며, 고출력의 엑츄에이터를 사용하고 있다. 이 중에서, 협업로봇은 작업자와 근거리 작업을 하기 때문에 작업자의 안전에 대한 규정이 필요하다. 특히, 협업 로봇은 로봇과 작업자가 근거리 작업을 하기 때문에 최근에는 협업 로봇의 안전에 대한 중요성이 대두되고 있다. 협업 로봇에 대한 안정성을 강화하기 위해서는 보다 신뢰성 있는 충돌 감지 기술이 필요한 실정이다.

KR 10-2016-0024110 A(2016.03.04)

본 발명은, 협업로봇에서의 충돌을 방지하기 위해 정전용량센서를 이용해 비접촉식으로 근접하는 사람 또는 사물을 감지할 수 있는 충돌 감지 센서 및 이를 구비하는 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 제1 정전용량측정부는 일정 간격으로 배열되고, 상기 복수의 제2 정전용량측정부는 상기 복수의 제1 정전용량측정부 사이에 둘 이상 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 정전용량측정부 및 상기 제2 정전용량측정부와 이격되어 상기 로봇의 표면 상에 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 상기 제2 정전용량측정부의 제2 측정면적과 다른 제3 측정면적을 갖는 복수의 제3 정전용량측정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 제1 정전용량측정부 및 상기 복수의 제2 정전용량측정부는 상기 로봇의 링크부의 표면에 배치되고, 상기 복수의 제3 정전용량측정부는 상기 로봇의 관절부의 표면에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 제1 링크부, 제2 링크부, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 연결하는 관절부, 상기 제1 링크부의 표면 또는 상기 제2 링크부의 표면 상에 배치되며, 정전용량의 변화에 따라 제1 측정신호를 생성하는 복수의 제1 정전용량측정부, 상기 제1 정전용량측정부와 이격되어 상기 제1 링크부의 표면 또는 상기 제2 링크부의 표면 상에 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 다른 제2 측정면적을 갖고, 정전용량의 변화에 따라 제2 측정신호를 생성하는 복수의 제2 정전용량측정부 및 상기 제1 측정신호 또는 상기 제2 측정신호에 따라 상기 제1 링크부 또는 상기 제2 링크부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는, 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 정전용량측정부 및 상기 제2 정전용량측정부와 이격되어 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 상기 제2 정전용량측정부의 제2 측정면적과 다른 제3 측정면적을 갖고, 정전용량의 변화에 따라 제3 측정신호를 생성하는 복수의 제3 정전용량측정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 제3 정전용량측정부는 상기 관절부의 표면 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 측정신호 또는 상기 제2 측정신호를 이용하여 사용자의 제스처(gesture)를 인식하고, 상기 인식된 제스처에 대응하는 명령에 따라 상기 제1 링크부 또는 상기 제2 링크부의 동작을 제어할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 충돌 감지 센서를 구비한 로봇은 정전용량을 이용한 충돌 감지 센서를 통해, 펜스가 없는 환경에서 협동로봇과 작업자가 함께 작업공간을 공유하면서 안정성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시할 수 있다. 또한, 충돌 감지 센서를 구비한 로봇은 충돌 감지 센서를 통해 높은 샘플링(약 10ms 이내)을 구현할 수 있어, 빠른 충돌 감지 및 판단을 수행할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇의 일부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 제1 정전용량측정부와 제2 정전용량측정부의 배치상태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 도 1의 충돌 감지 센서에서 충돌을 감지하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충돌 감지 센서를 구비한 로봇에서의 제스처 인식을 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇(10)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇(10)의 일부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3은 제1 정전용량측정부(210)와 제2 정전용량측정부(220)의 배치상태를 설명하기 위한 예시도이고, 도 4는 도 1의 충돌 감지 센서에서 충돌을 감지하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇(10)은 로봇 관절 유닛(100), 충돌 감지 센서(200) 및 제어부(300)를 구비한다.

로봇 관절 유닛(100)은 적어도 제1 링크부(101), 제2 링크부(102) 및 제1 링크부(101)와 제2 링크부(102)를 연결하는 관절부(112)를 구비하여, 제어부(300)의 제어에 의해 움직임이 가능하다. 로봇 관절 유닛(100)은 제1 링크부(101)가 제2 링크부(102)에 대하여 회동가능하도록 연결될 수 있으며, 제3 링크부(103)를 더 구비할 수도 있다. 다시 말해, 로봇 관절 유닛(100)은 복수의 링크부(101, 102, 103) 및 복수의 링크부(101, 102, 103)들을 연결하는 복수의 관절부(111, 112, 113)들을 포함하는 다관절 구조의 로봇일 수 있다.

도시하지 않았으나, 각각의 링크부(101, 102, 103)들은 모터(motor), 액츄에이터(actuator)와 같은 링크 구동부들과 연결되며, 제어부(300)는 각각의 링크 구동부들을 제어함으로써, 로봇 관절 유닛(100)의 동작을 구현할 수 있다. 또한, 제1 링크부(101)의 말단에는 엔드 이펙터(end effector, 120), 예를 들면, 그리퍼(gripper)가 결합될 수 있다.

상기와 같은 로봇 관절 유닛(100)을 갖는 로봇은 대부분 고하중을 다루는 작업에 사용되므로 고출력의 엑츄에이터를 사용하게 되는데, 움직임에 의해 작업자와 충돌하게 되는 경우 큰 사고로 이어질 수 있다. 특히, 협업로봇과 같이 작업자가 근거리에서 작업하는 로봇들은 사고를 방지하기 위해 충돌 전 이를 감지하는 것이 필요하다. 이를 위해, 본 발명은 충돌 전 작업자의 접근을 감지할 수 있는 충돌 감지 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 감지 센서(200)는 복수의 제1 정전용량측정부(210) 및 복수의 제2 정전용량측정부(220)를 구비한다.

여기서, 정전용량 근접센서는 발진회로의 정전용량(capacitance)값을 변화시켜 근접하는 사람 또는 사물을 감지하는 기능을 수행한다. 즉, 정전용량 근접센서는 사람 또는 사물이 근접 센서에 접근하면 전극과 대지 간 정전용량이 증가하는 것을 이용하여 사람 또는 물체의 근접여부를 감지할 수 있다. 구체적으로, 정전용량 근접 센서는 정전용량을 형성하는 전극 및 전극에 적층되며 전극이 형성하는 정전용량을 증폭시키는 유전체를 포함할 수 있다. 전극은 통상의 양극 신호선과 음극 신호선으로 구성되며, 양극 신호선과 음극 신호선은 상화 이격되어 커패시터(capacitor)를 형성한다. 유전체는 전극과 전기적으로 연결되며, 유전율을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 정전용량 근접센서는 전도성 물체뿐만 아니라 비전도성 물체도 근접여부를 감지할 수 있다.

복수의 제1 정전용량측정부(210)는 로봇(10)의 표면 상에 배치되며, 상기한정전용량 근접센서를 이용하여 정전용량의 변화에 따라 제1 측정신호(S1)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 복수의 제1 정전용량측정부(210)는 정전용량 근접센서를 표면에 부착하거나 도포하는 방식을 통해 제1 링크부(101) 또는 제2 링크부(102)의 표면 상에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제1 정전용량측정부(210)는 일정한 간격으로 배열될 수 있다.

복수의 제2 정전용량측정부(220)는 제1 정전용량측정부(210)와 비충접되도록 이격되어 배치되며, 제1 정전용량측정부(210)와 마찬가지로 로봇(10)의 표면 상에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제2 정전용량측정부(220)는 제1 정전용량측정부(210)의 제1 측정면적(A1)과 다른 제2 측정면적(A2)을 갖고, 정전용량의 변화에 따라 제2 측정신호(S2)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 제2 정전용량측정부(220)의 제2 측정면적(A2)은 제1 정전용량측정부(210)의 제1 측정면적(A1)보다 작을 수 있다. 제2정전용량측정부(220)는 제1 정전용량측정부(210)와 마찬가지로 일정한 간격으로 배열될 수 있는데, 이때, 제1 정전용량측정부(210) 사이에 둘 이상의 제2 정전용량측정부(220)가 배치될 수 있다.

본 발명은 서로 다른 측정 면적을 갖는 제1 정전용량측정부(210)와 제2 정전용량측정부(220)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 제1 정전용량측정부(210) 및 제2 정전용량측정부(220)와 같은 정전용량 근접센서는 측정 면적에 따라 측정 범위가 달리질 수 있다. 다시 말해, 정전용량(capacitance)은 면적에 비례하는 값이므로, 센서의 면적이 커지면 측정가능한 범위가 넓어질 뿐만 아니라 정전용량의 크기도 커져 검출가능한 검출거리도 커질 수 있다. 측정면적이 큰 제1 정전용량측정부(210)의 경우, 넓은 측정 범위(T1)를 커버하면서 근접한 물체를 감지할 수 있고, 측정면적이 상대적으로 제2 정전용량측정부(220)의 경우, 측정 범위(T2)는 좁아지나 제1 정전용량측정부(210)보다 많은 수로 배치될 수 있어 근접한 물체의 위치를 정확히 파악하거나, 측정신호를 2차원 또는 3차원으로 이미지화할 때 해상도를 증대시킬 수 있다.

한편, 다른 실시예로서, 충돌 감지 센서(200)는 복수의 제3 정전용량측정부(230)를 더 구비할 수 있다.

복수의 제3 정전용량측정부(230)는 제1 정전용량측정부(210) 및 제2 정전용량측정부(220)와 이격되어 로봇(10)의 표면 상에 배치되되, 제1 정전용량측정부(210)의 제1 측정면적(A1)과 제2 정전용량측정부(220)의 제2 측정면적(A2)과 다른 제3 측정면적을 갖고, 정전용량의 변화에 따라 제3 측정신호(S3)를 생성할 수 있다. 이때, 복수의 제3 정전용량측정부(230)는 로봇 관절 유닛(100)의 관절부(111, 112, 113)의 표면에 배치될 수 있다. 본 발명은 제3 정전용량측정부(230)를 관절부(111, 112, 113)의 표면에 배치시킴으로써, 제3 측정신호(S3)가 생성되면 관절부(111, 112, 113)의 근처로 물체가 근접했음을 용이하게 검출할 수 있다.

제어부(300)는 충돌 감지 센서(200)로부터 측정신호들(S1, S2, S3)을 제공받고, 측정신호(S1, S2, S3)에 따라 로봇 관절 유닛(100)의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시예로서, 제1 측정신호(S1)와 제2 측정신호(S2)가 제공되는 경우를 중심으로 설명하면, 제어부(300)는 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)에 따라 제1 링크부(101) 또는 제2 링크부(102)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)가 생성되는 경우에는 사람 또는 사물이 로봇(10)에 인접하게 접근했다고 판단할 수 있으므로, 제어부(300)는 제1 링크부(101) 및/또는 제2 링크부(102)의 동작을 멈춰 충돌을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 제어부(300)는 보다 정확한 검출을 위하여 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)의 노이즈를 제거하기 위한 다음의 단계들을 수행할 수 있다.

구체적으로, 제어부(300)는 제1 정전용량측정부(210) 및 제2 정전용량측정부(220)로부터 측정된 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)가 제공되면, 측정신호들(S1, S2)에서 노이즈 성분을 분석할 수 있다. 이때, 제어부(300)는 노이즈 성분을 분석하기 위하여 웨이브렛(wavelet) 변환, 푸리에(fourier) 변환, 고속 푸리에 변환 등의 방법을 이용할 수 있다.

다음, 제어부(300)는 측정된 원 신호(raw data)의 노이즈 분석을 통하여 시스템의 잡음을 검출할 수 있으며, 원 신호의 미분 임계값을 백색 잡음의 절대값보다 크게 설정함으로써, 시스템 내의 잡음을 제거할 수 있게 된다. 또한, 제어부(300)는 측정신호들(S1, S2)의 잡음분석 결과를 바탕으로 제거할 주파수 영역을 인버스 웨이브렛(inverse wavelet) 변환 과정에서 선택적으로 필터링할 수 있다. 이를 통해, 제어부(300)는 베이스 라인 드리프트(baseline drift) 문제 및 측정 노이즈 문제를 동시에 해결할 수 있게 된다.

또한, 제어부(300)는 정전용량과 물체 사이의 위치 관계가 비선형 관계임을 이용하고, 제1 정전용량측정부(210) 및 제2 정전용량측정부(220)의 크기와 검출대상을 고려한 실험을 통해, 제1 정전용량측정부(210) 및 제2 정전용량측정부(220)의 센서 모델링 작업을 구축할 수 있다. 제어부(300)는 센서 모델링을 수행한 해당 제1 정전용량측정부(210) 또는 제2 정전용량측정부(220)를 이용하여 물체가 어느 정도 거리까지 접근했는데 로봇(10)과 물체(P)와의 거리(d1, d2)를 식별할 수 있다.

한편, 제어부(300)는 로봇(10)의 동작영역을 위험영역과 공유영역으로 구분하고, 각 영역에 맞게 로봇(10)의 운영방법을 다르게 설정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(300)는 위험영역에서 충돌 감지 센서(200)의 측정신호들(S1, S2, S3)이 감지되는 경우, 로봇(10)의 동작을 멈추도록 제어하고, 공유영역에서 측정신호들(S1, S2, S3)이 감지되는 경우 후술하는 제스처 인식에 대응하는 명령에 따라 로봇(10)의 동작을 제어할 수도 있다.

제어부(300)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충돌 감지 센서를 구비한 로봇에서의 제스처 인식을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 다른 실시예에 따른 로봇(10)은 충돌 감지 센서(200)를 이용하여 사용자의 제스처(gesture)를 인식할 수 있다.

충돌 감지 센서(200)는 전술한 일 실시예의 구성과 동일하여, 복수의 제1 정전용량측정부(210) 및 복수의 제2 정전용량측정부(220)를 구비할 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 제1 정전용량측정부(210) 및 복수의 제2 정전용량측정부(220)는 로봇(10)의 표면 상에 배치되되, 어디서든 사용자의 제스처를 인식할 수 있도록 로봇(10)의 표면을 따라 이격되어 배열될 수 있다. 제1 정전용량측정부(210)와 제2 정전용량측정부(220)는 사용자의 손짓에 따라 정전용량이 변화하게 되고, 제1 측정신호(S1) 및 제2 측정신호(S2)를 생성할 수 있다.

제어부(300)에는 제스처 각각이 사전에 설정된 명령에 대응되어 저장될 수 있다. 여기서, 명령은 로봇(10)의 특정 동작, 이동, 멈춤, 로봇핸드(엔드 이펙터) 동작일 수 있다. 한편, 제어부(300)는 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)를 이용하여 사용자의 제스처를 인식할 수 있다. 예를 들면, 도 5에서와 같이, 사용자가 일방향(x방향)으로 손(P)을 인접하게 움직이면, 이동하는 손(P)에 인접한 제1 정전용량측정부(210) 또는 제2 정전용량측정부(220)의 정전용량이 변화하게 되고, 순차적으로 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)를 생성할 수 있다. 제어부(300)는 이 경우, 제1 제스처라 인식하고 이에 대응되는 제1 명령에 따라 제1 링크부(101) 또는 제2 링크부(102), 다시 말해, 로봇(10)의 동작을 제어할 수 있다.

또는, 도 6에서와 같이, 사용자가 물결을 그리며 손(P)을 인접하게 움직이면, 이동하는 손(P)에 인접한 제1 정전용량측정부(210) 또는 제2 정전용량측정부(220)의 정전용량이 변화하게 되고, 물결을 따라 제1 측정신호(S1) 또는 제2 측정신호(S2)를 생성할 수 있다. 제어부(300)는 이 경우, 제2 제스처라 인식하고 이에 대응되는 제2 명령에 따라 제2 링크부(102)의 동작을 제어할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 충돌 감지 센서를 구비한 로봇은 정전용량을 이용한 충돌 감지 센서를 통해, 펜스가 없는 환경에서 협동로봇과 작업자가 함께 작업공간을 공유하면서 안정성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시할 수 있다. 또한, 충돌 감지 센서를 구비한 로봇은 충돌 감지 센서를 통해 높은 샘플링(약 10ms 이내)을 구현할 수 있어, 빠른 충돌 감지 및 판단을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 충돌 감지 센서를 구비한 로봇은 복수의 제1 정전용량측정부와 복수의 제2 정전용량측정부의 배열구조를 통해 사용자의 제스처를 비주얼 패턴으로 인식할 수 있으며, 사람과 로봇의 상호작용을 위한 제스처를 판단하고 저장, 실행 등으로 그 활용도를 높일 수 있다. 또한, 로봇은 로봇의 표면 상에 배치되는 충돌 감지 센서를 통해 엔드이펙터 뿐만 아니라 로봇의 모든 부분에서 사람 또는 물체의 접근 또는 그 반대의 경우에도 근접도를 인식할 수 있고 사람 또는 물체의 위치를 예측하며 접촉이 발생하는 시간을 예측하는데 활용할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 로봇
100 : 로봇 관절 유닛
200 : 충돌 감지 센서
300 : 제어부

Claims

로봇의 표면 상에 배치되는 복수의 제1 정전용량측정부; 및
상기 제1 정전용량측정부와 이격되어 상기 로봇의 표면 상에 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 다른 제2 측정면적을 갖는 복수의 제2 정전용량측정부;를 포함하며,
상기 복수의 제1 정전용량측정부는 일정 간격으로 배열되고,
상기 복수의 제2 정전용량측정부는 상기 복수의 제1 정전용량측정부 사이에 둘 이상 배치되는, 로봇의 충돌 감지 센서.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 정전용량측정부 및 상기 제2 정전용량측정부와 이격되어 상기 로봇의 표면 상에 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 상기 제2 정전용량측정부의 제2 측정면적과 다른 제3 측정면적을 갖는 복수의 제3 정전용량측정부;를 더 포함하는, 로봇의 충돌 감지 센서.
제3 항에 있어서,
상기 복수의 제1 정전용량측정부 및 상기 복수의 제2 정전용량측정부는 상기 로봇의 링크부의 표면에 배치되고,
상기 복수의 제3 정전용량측정부는 상기 로봇의 관절부의 표면에 배치되는, 로봇의 충돌 감지 센서.
제1 링크부;
제2 링크부;
상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 연결하는 관절부;
상기 제1 링크부의 표면 또는 상기 제2 링크부의 표면 상에 배치되며, 정전용량의 변화에 따라 제1 측정신호를 생성하는 복수의 제1 정전용량측정부;
상기 제1 정전용량측정부와 이격되어 상기 제1 링크부의 표면 또는 상기 제2 링크부의 표면 상에 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 다른 제2 측정면적을 갖고, 정전용량의 변화에 따라 제2 측정신호를 생성하는 복수의 제2 정전용량측정부; 및
상기 제1 측정신호 또는 상기 제2 측정신호에 따라 상기 제1 링크부 또는 상기 제2 링크부의 동작을 제어하는 제어부;를 구비하며,
상기 복수의 제1 정전용량측정부는 일정 간격으로 배열되고,
상기 복수의 제2 정전용량측정부는 상기 복수의 제1 정전용량측정부 사이에 둘 이상 배치되는, 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇.
삭제
제5 항에 있어서,
상기 제1 정전용량측정부 및 상기 제2 정전용량측정부와 이격되어 배치되되, 상기 제1 정전용량측정부의 제1 측정면적과 상기 제2 정전용량측정부의 제2 측정면적과 다른 제3 측정면적을 갖고, 정전용량의 변화에 따라 제3 측정신호를 생성하는 복수의 제3 정전용량측정부;를 더 포함하는, 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 제3 정전용량측정부는 상기 관절부의 표면 상에 배치되는, 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇.
제5 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 측정신호 또는 상기 제2 측정신호를 이용하여 사용자의 제스처(gesture)를 인식하고, 상기 인식된 제스처에 대응하는 명령에 따라 상기 제1 링크부 또는 상기 제2 링크부의 동작을 제어하는, 충돌 감지 센서를 구비하는 로봇.