KR102266849B1 - 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행하거나 움직이는 로봇이 인간과 충돌했을 때의 안전성을 평가할 수 있는 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치는 로봇에 의해 타격되는 임펙터와, 상기 임펙터에 설치되어 상기 임펙터에 가해지는 충격 물리량을 측정하기 위한 압력센서 또는 힘센서 중 적어도 하나를 포함하는 측정부와, 일측에 상기 임펙터가 연결되며, 소정 질량의 무게추가 수용되는 수용부가 마련되어 있고, 상기 로봇에 의해 타격되면 힘이 전달되는 방향을 따라 주행하는 지지프레임과, 상기 지지프레임을 주행 가능하도록 지지하는 베이스프레임을 포함하는 충격량 측정유닛을 구비한다.

Description

로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치 {Test Apparatus for Assessing Human - Robot Collision Safety}

본 발명은 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행하거나 움직이는 로봇이 인간과 충돌했을 때의 안전성을 평가할 수 있는 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치에 관한 것이다.

근래 테스트 로봇의 고성능화의 실현으로 인해 운전 편의성의 극대화와 아울러, 테스트 로봇의 운행시 작업자와의 충돌 방지를 통한 안전성 확보를 위해서 여러 다양한 노력이 이루어지고 있다.

이러한 테스트 로봇은 인간과 같은 작업 공간 내에 설치될 수 있음으로 작업시 충돌에 의한 사고가 빈번히 발생하게 된다. 따라서, 테스트 로봇에 있어서 필수적으로 요구되는 것은 모션의 정밀성과, 모션의 안전성이다.

첫 번째 요구사항인 모션의 정밀성의 경우에는 모터 정밀제어 기술의 발전을 통해 현재 일정 궤도에 진입한 실정이나, 두 번째 요구사항인 모션의 안전성의 경우에는 모션의 정밀성에 비교하여 기술적인 완성도가 매우 미비한 실정이다.

특히 최근 들어 테스트 로봇 시스템에 있어서, 안전성(safety)이라는 용어가 핵심 화두로 떠오르면서 테스트 로봇의 안전성을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

그러나 현재 개발된 대부분의 로봇의 안전성 평가 방법은 실제 테스트 로봇에 충돌 압력, 충돌 힘, 이동 속도 등을 구하기 위한 별도의 장치를 설치하여 평가하는 것이어서 평가 비용이 증가하는 문제가 있었다.

또한, 안전성 평가시 테스트 로봇은 필요 이상으로 정지와 작동을 반복하게 되므로 작업효율이 감소되고, 테스트 로봇에 무리가 가해지는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 테스트 로봇의 이동에 따라 신체에 가해지는 충돌력을 측정하는 방법이 구현되었으나, 테스트 로봇의 충돌 부위의 형상과 관계 없이 일정한 압력을 적용하여 충돌력을 측정하는 것이어서 안전성 평가의 정확도가 낮은 문제가 있었다.

한국 공개특허 제10-2016-0068521호 : 인간-서비스 로봇 충돌 안전성 평가 시험 장치 한국 공개특허 제10-2016-0068525호 : 인간-서비스 로봇 충돌 안전성 평가 시험 방법

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 충돌체의 무게와 위치를 필요에 따라 용이하게 조절할 수 있으며, 다양한 신체 부위에 대한 충격물리량 측정이 가능하도록 충돌체의 무게를 필요에 따라 가감할 수 있는 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치는 로봇에 의해 타격되는 임펙터와, 상기 임펙터에 설치되어 상기 임펙터에 가해지는 충격 물리량을 측정하기 위한 압력센서 또는 힘센서 중 적어도 하나를 포함하는 측정부와, 일측에 상기 임펙터가 연결되며, 소정 질량의 무게추가 수용되는 수용부가 마련되어 있고, 상기 로봇에 의해 타격되면 힘이 전달되는 방향을 따라 주행하는 지지프레임과, 상기 지지프레임을 주행 가능하도록 지지하는 베이스프레임을 포함하는 충격량 측정유닛을 구비한다.

상기 충격량 측정유닛이 안착되고 충격량 측정유닛의 충돌 위치와 높이를 조절할 수 있도록 하는 이송유닛을 더 포함하되, 상기 이송유닛은 상기 충격량 측정유닛의 베이스 프레임이 안착되는 승강테이블과, 상기 승강테이블의 하부에 설치되며, 이송바퀴를 포함하는 이송지지부와, 상기 이송지지부에 대하여 상기 승강테이블을 상하로 승강 가능하도록 지지하는 승강지지부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 이송지지부는 상기 이송바퀴를 통해 상기 이송지지부가 이동하는 것을 차단하기 위한 이송차단부를 더 포함할 수 있다.

상기 임펙터는 타격지지판과, 상기 타격지지판의 전면에 결합되고, 신체형상에 대응하는 충돌부재를 포함하되, 상기 충돌부재는 신체형상에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 타격지지판에 탈부착 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 임펙터는 상기 지지프레임에 연결되고 상기 타격지지판의 후방으로 소정거리 이격되게 설치되는 베이스지지판과, 상기 베이스지지판으로부터 전방으로 연장되어 단부에 상기 타격지지판이 연결됨으로써 상기 타격지지판을 상기 베이스지지판에 대하여 전방으로 소정간격 이격된 상태로 연결하는 복수개의 연결부재를 더 포함하되, 상기 연결부재는 상호 소정간격 이격되도록 세 개 이상이 마련되며, 상기 타격지지판의 타격면의 각도를 조절할 수 있도록 상기 각각의 연결부재가 상기 베이스지지판으로부터 돌출되는 돌출길이가 조절 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 측정부는 상기 충돌부재의 전면에 부착되는 압력센서와, 상기 베이스지지판과 상기 지지프레임 사이에 설치되는 힘센서를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 압력센서와 충돌부재의 사이에 형성되며, 사람의 피부에 대응하는 탄성계수를 갖는 커버부재를 더 구비할 수 있다.

상기 지지프레임은 하부판과, 상기 하부판의 상부에 마련되고, 상기 하부판의 양측 가장자리를 따라 연장되는 측벽판과, 상기 측벽판에 형성되고, 상기 베이스프레임의 측벽 상면을 따라 주행하는 주행롤러 또는 슬라이딩부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수용부는 상기 하부판과 상기 측벽판의 내측에 형성되고, 상기 측벽판에는 상기 수용부에 안착되는 무게추의 측면으로 삽입되어 상기 무게추를 상기 지지프레임에 고정하는 추고정부재가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 베이스프레임에는 상기 지지프레임이 주행하는 주행방향을 따라 연장되는 가이드레일이 형성되어 있고, 상기 지지프레임의 하면에는 상기 가이드레일에 연결되어 상기 가이드레일을 따라 상기 지지프레임이 주행하도록 하는 레일연결부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 지지프레임을 상기 베이스프레임의 전방으로 탄성바이어스 하는 프레임 탄성지지부를 더 포함할 수 있으며, 상기 프레임 탄성지지부는 상기 베이스프레임의 일측과 타측 가장자리에 양단이 지지되고, 상기 지지프레임의 후방을 경유하도록 연장되는 탄성밴드와, 상기 베이스프레임의 일측 가장자리에 형성되어 상기 탄성밴드의 일측 단부가 연결되며, 상기 탄성밴드의 탄성력을 조절하는 강성조절레버를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 지지프레임 또는 베이스프레임에 설치되며, 상기 임펙터에 충돌하는 로봇의 충돌지점을 표시하는 충돌위치표시부를 더 포함할 수 있으며, 상기 충돌위치표시부는 수평방향의 라인레이저를 출력하는 제1 레이저출력부와, 수직방향의 라인레이저를 출력하는 제2 레이저출력부를 포함하고, 상기 제1 레이저출력부와, 제2 레이저출력부에서 출력된 수평 라인레이저와 수직라인레이저가 교차하는 교차점이 상기 로봇의 충돌지점에 위치하도록 레이저 광이 출력되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 베이스프레임은 하방으로 돌출되는 복수개의 프레임지지부와, 상기 베이스프레임의 수평상태를 측정하기 위한 수평계를 더 구비하고, 상기 프레임지지부는 상기 베이스프레임에 안착된 상기 지지프레임이 수평상태가 되도록 상기 베이스프레임의 하면으로부터 돌출되는 돌출거리를 개별적으로 조절할 수 있게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치는 주행 또는 작업 진행으로 움직이는 로봇과 인간이 충돌할 때의 안정성 테스트를 위해 정확한 충격물리량을 측정할 수 있으며, 마찰이나 진동과 같은 측정값의 오차발생 요인을 최소화함으로써, 시험의 편의성과 정확도가 현저하게 상승되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치의 일 실시예의 사시도,
도 2는 도 1의 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치의 측면도,
도 3은 도 1의 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치의 이송유닛이 승강 또는 하강한 상태를 도시한 측면도,
도 4는 충돌력 측정유닛을 발췌한 사시도,
도 5는 도 4의 충돌력 측정유닛의 측면도,
도 6은 도 4의 충돌력 측정유닛의 분리사시도,
도 7은 도 4의 충돌력 측정유닛의 측단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 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 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도면을 참조하면, 본 발명의 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치(1)는 로봇이 충돌할 때 발생하는 충격 물리량을 측정하기 위한 충격량 측정유닛(10)과, 상기 충격량 측정유닛(10)을 지지하고, 충격량 측정유닛(10)의 측정위치를 조절하기 위한 이송유닛(20)을 포함한다.

상기 이송유닛(20)은 상기 충격량 측정유닛(10)을 지지하면서 이동시켜 충격 발생 위치를 조절하도록 하기 위한 것으로, 충격량 측정유닛(10)이 안착되는 승강테이블(21)과, 승강테이블(21)의 하부에 설치되는 이송지지부(22)와, 이송지지부(22)에 대하여 승강테이블(21)을 상하로 승강 가능하게 지지하는 승강지지부(25)를 포함한다.

상기 이송지지부(22)는 하부에 이송바퀴(23)가 마련되어 있고, 일측에는 손잡이(24)가 형성되어 있어서 사용자가 이송지지부(22)를 원하는 위치로 편리하게 이동할 수 있다.

아울러 도시되지는 않았지만 상기 이송지지부(22)에는 이송바퀴(23)를 통한 이송지지부(22)의 이동을 차단하기 위한 이송차단부가 더 마련될 수 있다. 이송차단부는 충격 물리량 측정 실험이 이루어지는 동안 충격량 측정유닛(10)에서 측정되는 측정값의 오류가 발생하지 않도록 이송지지부(22)의 이동을 차단한다.

즉, 실험대상이 되는 로봇이 측격량 측정유닛의 후술하는 임펙터(100)와 충돌할 때, 충격에 의해 임펙터(100)만 후퇴하면서 충격 물리량 측정이 이루어져야 하는데, 이송지지부(22)의 이송바퀴(23)가 후퇴하게 되면 로봇의 충돌에 의한 충격 물리량이 온전히 충격량 측정유닛(10)에서 측정되지 못하게 되므로 이송지지부(22)의 이송이 차단되도록 이송차단부를 형성한다.

상기 이송차단부는 이송바퀴(23)에 설치되어 바퀴가 회전하지 못하도록 차단할 수 있도록 형성될 수도 있고, 이송지지부(22)의 하면에 하방으로 돌출되어 이송바퀴(23)가 지면으로부터 소정간격 이격되도록 지지하는 돌출로드 형태로 형성될 수도 있다.

상기 승강테이블(21)은 상술한 것처럼 상면에 충격량 측정유닛(10)이 안착될 수 있도록 형성되어 있다. 이를 위해 승강테이블(21)의 상면에 충격량 측정유닛(10)에 대응하는 안착홈이 형성될 수 있으며, 별도의 고정수단을 구비하여 승강테이블(21)에 충격량 측정유닛(10)이 고정되도록 설치할 수도 있다.

상기 승강지지부(25)는 이송지지부(22)에 대하여 승강테이블(21)을 상하로 승강 가능하도록 지지하는 것으로서, 본 실시예에서는 X자형 링크구조가 적용되었다. 본 실시예의 승강지지부(25)는 회전축(26)을 중심으로 X자형으로 회동 가능하게 연결된 두 쌍의 연결로드(27)가 상단은 상기 승강테이블(21)의 하면에 길이방향을 따라 주행 가능하게 연결되고, 하단은 이송지지부(22)에 길이방향을 따라 주행 가능하게 연결되어 있어서, 연결로드(27)가 상호 벌어지면 상기 승강테이블(21)이 하강하고, 연결로드(27)가 상호 인접하게 되면 승강테이블(21)이 상승한다.

이러한 승강테이블(21)의 승강구동을 위해 승강지지부(25)는 일단이 이송지지부(22)의 단부에 지지되고, 타단이 연결로드(27)의 일측 하부에 연결되어 연결로드(27)의 일측 하단을 진퇴 구동하게 하는 승강액추에이터(28)를 더 포함한다.

상기 승강액추에이터(28)는 본 실시예에 한정되지 않고, 상기 회전축(26)과 연결되어 회전축(26)을 상하로 승강 이동하여 승강테이블(21)을 승강 구동하도록 형성될 수도 있다.

이렇게 이송유닛(20)은 충격량 측정유닛(10)이 로봇과 충돌하는 충돌 위치에 대응하는 지점으로 이동시키며, 충격지점의 높이에 대응하도록 승강테이블(21)의 높이를 조절하여 충격량 측정유닛(10)을 충격위치에 세팅한다.

상기 충격량 측정유닛(10)은 로봇에 의해 타격이 이루어지는 임펙터(100)와, 임펙터(100)에 설치되어 충격 물리량을 측정하기 위한 측정부(200)와, 임펙터(100)를 지지하는 지지프레임(300)과, 지지프레임(300)을 충격방향에 대하여 슬라이딩 가능하도록 지지하는 베이스프레임(500)을 포함한다.

상기 임펙터(100)는 타격지지판(110)과, 타격지지판(110)의 후방에 위치하며 지지프레임(300)과 연결되는 베이스지지판(120)과, 상기 베이스지지판(120)에 대하여 지지프레임(300)을 연결하는 연결부재(130)와, 상기 타격지지판(110)의 전면에 결합되고, 신체형상에 대응하는 충돌부재(140)를 포함한다.

상기 베이스지지판(120)은 지지프레임(300)에 연결되어 있으며, 원판형의 형상을 갖는다.

상기 타격지지판(110)은 상기 연결부재(130)에 의해 베이스지지판(120)의 전방에 소정거리 이격된 상태로 설치된다.

상기 연결부재(130)는 상호 소정간격 이격되는 세 개의 부재로 이루어져 있는데, 각각 상기 베이스지지판(120)의 전면으로부터 전방으로 돌출되어 단부가 상기 타격지지판(110)의 후면에 연결되도록 되어 있다.

상기 각각의 연결부재(130)들은 각각 베이스지지판(120)으로부터 돌출되는 돌출길이를 개별적으로 조절할 수 있도록 형성되어 있다. 따라서, 상기 각각의 연결부재(130)가 돌출되는 돌출길이에 따라 상기 타격지지판(110)의 각도가 달라지게 되므로 연결부재(130)들의 돌출길이 조절을 통해 타격지지판(110)의 각도를 필요에 맞게 조절할 수 있다.

상기 충돌부재(140)는 로봇과 충돌하는 충돌부로서, 본 실시예에서는 반원통형의 형상으로 갖도록 형성되어 있으나, 신체형상을 대변할 수 있는 다양한 형태 즉, 반구형이나 구형, 또는 원통형 등으로 형성될 수 있다. 이는 인체의 각 부위에 대한 충돌실험에서 충돌부위에 따른 충격 물리량의 측정 정확도를 높이기 위함이며, 따라서 상기 충돌부재(140)가 타격지지판(110)에 탈부착 가능하게 형성되어 사용자가 필요에 맞는 형상의 충돌부재(140)를 선택해 타격지지판(110)에 결합할 수 있다.

상기 측정부(200)는 충돌부재(140)의 전면에 마련되는 압력센서(210)와 베이스지지판(120)과 지지프레임(300) 사이에 설치되는 힘센서(220)를 포함한다.

상기 압력센서(210)에서는 로봇이 충돌부재(140)에 충돌하는 순간의 압력을 측정하게 된다. 상기 압력센서(210)와 충돌부재(140)의 사이에는 커버부재(211)가 더 마련될 수 있는데, 상기 커버부재(211)는 인체의 피부에 대응하는 탄성계수를 갖는다. 따라서 피부를 통해 충격이 전달될 때 피부조직에 의한 감쇠량을 고려할 수 있도록 압력센서(210)와 충돌부재(140) 사이에 커버부재(211)를 배치하여 압력센서(210)의 측정값의 신뢰도를 높인다.

상기 힘센서(220)는 베이스지지판(120)과 지지프레임(300)의 사이에 설치되어 베이스지지판(120)을 통해 전달되는 힘을 측정하게 된다. 상기 힘센서(220)는 통상적인 로드셀이 적용될 수 있으며, 이 외에도 충격에 의해 발생하는 힘량을 측정할 수 있는 다양한 종류의 센서가 적용될 수 있다.

상기 지지프레임(300)은 임펙터(100)를 지지하며, 인체와의 충돌에 의한 충격 물리량을 측정하기 위한 것이므로, 인체와 충돌하는 상황의 조건을 맞춰주도록 무게를 부가한다.

상기 지지프레임(300)은 하부판(310)과, 하부판(310)의 전방 및 후방에 각각 형성되어 있는 전방측벽판(320)과 후방측벽판(330) 및 길이방향을 따라 하부판(310)의 양측 가장자리 상부에 형성되는 측벽판(340)과, 측벽판(340)에 형성되는 주행롤러(341)를 포함한다. 본 실시예에서는 상기 지지프레임(300)에 주행롤러(341)가 설치되어 있으나, 마찰력이 낮은 슬라이딩 부재가 마련될 수도 있다.

상기 전방측벽판(320)에는 상기 임펙터(100)가 연결되며, 상기 힘센서(220)가 전방측벽판(320)에 마련되어 상기 임펙터(100)와 연결이 이루어진다. 상기 하부판(310)과 전방측벽판(320), 후방측벽판(330) 및 측벽판(340)은 무게추(400)를 수용하는 소정의 수용부(350)를 형성하게 된다.

상기 무게추(400)는 소정의 단위질량을 갖는 블럭 형태이며, 각각의 무게를 갖는 무게추(400)들을 조합하여 설정값의 하중이 지지프레임(300)에 가해지도록 설치하기 위한 것이다.

상기 측벽판(340)에는 무게추(400)를 고정하기 위한 다수의 추고정부재(342)들이 형성되어 있으며, 본 실시예의 추고정부재(342)들은 측벽판(340)을 관통해 무게추(400)의 측면에 삽입됨으로써 무게추(400)를 지지프레임(300)에 고정한다. 물론 상기 추고정부재(342)는 이에 한정되지 않으며 무게추(400)를 지지프레임(300)에 고정할 수 있는 다양한 형태 즉 지지프레임(300)으로부터 무게추(400)를 경유하도록 연장되는 밴드나 고정바 또는 별도의 나사형상으로 형성될 수도 있다.

상기 측벽판(340)에 형성되어 있는 주행롤러(341)는 상기 지지프레임(300)을 후술하는 베이스프레임(500)에 대하여 주행 가능하도록 지지하기 위한 것이며, 상기 주행롤러(341)에 의해 지지프레임(300)은 로봇과의 충돌로 외력이 작용할 때 후방으로 후퇴할 수 있다.

상기 베이스프레임(500)은 지지프레임(300)을 지지하며 이송유닛(20)의 승강테이블(21)에 안착되도록 형성된 것이다. 베이스프레임(500)에는 상기 지지프레임(300)이 슬라이딩되는 슬라이딩방향을 따라 연장되는 가이드레일(510)이 형성되어 있으며, 상기 지지프레임(300)의 하부판(310) 하면에는 상기 가이드레일(510)을 따라 주행하는 레일연결부(360)가 형성되어 있다.

따라서 로봇과의 충돌로 외력이 발생했을 때, 지지프레임(300)은 상기 가이드레일(510)을 따라 베이스프레임(500)의 후방으로 슬라이딩되며, 경로를 이탈하지 않고 슬라이딩 이동이 이루어질 수 있다.

상기 베이스프레임(500)의 후단부에는 상기 지지프레임(300)의 후방측벽판(330)에 대응하는 위치에 완충부재(520)가 형성되어 있다. 로봇과의 충돌에 의한 외력이 너무 커서 상기 지지프레임(300)이 슬라이딩되는 이동거리가 베이스프레임(500)의 길이보다 긴 경우 상기 지지프레임(300)이 충돌하는 충돌위치에 상기 완충부재(520)를 설치하여 지지프레임(300)이나 베이스프레임(500)이 파손되는 것을 방지한다.

상기 베이스프레임(500)에는 또한 지지프레임(300)을 전방으로 탄성바이어스 하기 위한 프레임탄성지지부(530)가 더 마련되어 있다.

상기 프레임탄성지지부(530)는 상기 베이스프레임(500)의 일측과 타측 가장자리에 양단이 지지되고, 상기 지지프레임(300)의 후방을 경유하도록 연장되는 탄성밴드(531)와, 상기 베이스프레임(500)의 일측 가장자리에 형성되어 상기 탄성밴드(531)의 일측 단부가 연결되며, 상기 탄성밴드(531)의 탄성력을 조절하는 강성조절레버(532)를 포함한다. 따라서 지지프레임(300)이 외력이 가해져 베이스프레임(500)의 후방으로 슬라이딩될 때 프레임탄성지지부(530)에 의해 반력이 작용하게 되며, 이러한 프레임탄성지지부(530)에 의해 장치의 강성도를 조절할 수 있다.

상기 강성조절레버(532)는 탄성밴드(531)의 일측 단부가 감겨있는 레버형태이며, 강성조절레버(532)를 일방향으로 돌려 탄성밴드(531)가 레버에 감기게 되면 탄성밴드(531)의 탄력이 커지게되고, 강성조절레버(532)를 타방향으로 돌려 탄성밴드(531)가 레버로부터 풀리면 탄성밴드(531)의 탄력이 작아진다.

상기 강성조절레버(532)는 사용자가 수동으로 돌리도록 형성될 수도 있고, 스테핑모터와 같은 전동 액추에이터에 의해 구동이 이루어지도록 형성될 수도 있다.

상기 베이스프레임(500)은 하방으로 돌출되는 복수개의 프레임지지부(550)와, 상기 베이스프레임(500)의 수평상태를 측정하기 위한 수평계(540)를 더 포함하고 있다.

상기 베이스프레임(500)이 수평상태에 있지 않으면 로봇의 충격 물리량 측정 결과가 실제 충격 물리량과 오차가 발생할 수 있으므로 충격량 측정유닛(10)의 수평상태를 측정할 수 있는 수평계(540)가 베이스프레임(500)의 일측에 마련될 수 있다.

그리고 상기 수평계(540)에서 측정된 측정값에 따라 사용자는 각 프레임지지부(550)의 높이를 조절하여 베이스프레임(500)이 수평상태가 되도록 조정한다.

상기 베이스프레임(500)에는 임펙터(100)에 충돌하는 로봇의 충돌지점을 표시하는 충돌위치표시부(560)와, 로봇의 충돌로 인해 지지프레임(300)이 후퇴하는 후퇴거리를 측정하기 위한 후퇴거리측정부(200)가 마련되어 있다.

상기 충돌위치표시부(560)는 수평방향의 라인레이저를 출력하는 제1 레이저출력부(561)와, 수직방향의 라인레이저를 출력하는 제2 레이저출력부(562)를 포함한다. 상기 제1 레이저출력부(561)와, 제2 레이저출력부(562)에서 출력된 수평방향 라인레이저와 수직방향 라인레이저가 교차하는 교차점이 상기 로봇의 충돌지점에 위치하도록 레이저 광이 출력된다.

상기 충돌위치표시부(560)에 의해 상기 로봇이 임펙터(100)에 충돌할 때 상기 라인레이저들의 교차점이 로봇의 충돌지점에 위치하지 않는 경우 타격지점의 설정이 잘못된 것이므로 측정을 다시 실시하도록 함으로써 측정오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

아울러 상기 베이스프레임(500)에는 지지프레임(300)이 후퇴하는 것을 측정하기 위한 거리 측정센서(570)가 더 마련되는데, 상기 거리측정센서는 레이저센서나 초음파센서 등이 적용될 수 있다.

상기 로봇의 충돌에 의해 지지프레임(300)이 후방으로 후퇴한 거리와, 지지프레임(300)에 안착된 무게추(400)들에 의한 하중값들을 기초로 임펙터(100)에 가해지는 외력의 크기를 계산할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치(1)는 로봇과 인체가 직접 충돌할 때의 측정조건을 실제상황과 가장 유사하도록 함으로써 측정결과의 신뢰도를 높일 수 있다.

특히 로봇과 충격량 측정유닛(10)이 충돌하는 충돌위치의 설정이 용이하도록 이송유닛(20)을 제어할 수 있으며, 인체의 각 충돌위치에 따른 충격 물리량 측정이 가능하도록 충돌부재(140)를 다양한 형태로 형성하고, 충돌하는 신체 특성에 맞는 충돌부재(140)를 선택하여 장착하도록 함으로써 각 신체부위에 따른 충격 물리량 측정값의 정확도를 높일 수 있다.

아울러 무게추(400)를 통해 충돌하는 인체 또는 각 신체부위에 따른 하중값을 조절하고 피부에 의한 충격흡수량을 고려할 수 있도록 코팅층이 마련됨으로써 측정값의 정확도를 더욱 높일 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

1: 로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치
10: 충격량 측정유닛
100: 임펙터 110: 타격지지판
120: 베이스지지판 130: 연결부재
140: 충돌부재 200: 측정부
210: 압력센서 211: 커버부재
220: 힘센서 300: 지지프레임
310: 하부판 320: 전방측벽판
330: 후방측벽판 340: 측벽판
341: 주행롤러 342: 추고정부재
350: 수용부 360: 레일연결부
400: 무게추 500: 베이스프레임
510: 가이드레일 520: 완충부재
530: 프레임탄성지지부 531: 탄성밴드
532: 강성조절레버 540: 수평계
550: 프레임지지부 560: 충돌위치표시부
561: 제1 레이저출력부 562: 제2 레이저출력부
570: 거리 측정센서
20: 이송유닛
21: 승강테이블 22: 이송지지부
23: 이송바퀴 24: 손잡이
25: 승강지지부 26: 회전축
27: 연결로드 28: 승강액추에이터

Claims (15)

1. 로봇에 의해 타격되는 임펙터와;
   상기 임펙터에 설치되어 상기 임펙터에 가해지는 충격 물리량을 측정하기 위한 압력센서 또는 힘센서 중 적어도 하나를 포함하는 측정부와;
   일측에 상기 임펙터가 연결되며, 소정 질량의 무게추가 수용되는 수용부가 마련되어 있고, 상기 로봇에 의해 타격되면 힘이 전달되는 방향을 따라 주행하는 지지프레임과;
   상기 지지프레임을 주행 가능하도록 지지하는 베이스프레임을 포함하는 충격량 측정유닛을 구비하며,
   상기 임펙터는 타격지지판과,
   상기 타격지지판의 전면에 결합되고, 신체형상에 대응하는 충돌부재를 포함하되,
   상기 충돌부재는 신체형상에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 타격지지판에 탈부착 가능하게 형성되고,
   상기 임펙터는 상기 지지프레임에 연결되고 상기 타격지지판의 후방으로 소정거리 이격되게 설치되는 베이스지지판과,
   상기 베이스지지판으로부터 전방으로 연장되어 단부에 상기 타격지지판이 연결됨으로써 상기 타격지지판을 상기 베이스지지판에 대하여 전방으로 소정간격 이격된 상태로 연결하는 복수개의 연결부재를 더 포함하되,
   상기 연결부재는 상호 소정간격 이격되도록 세 개 이상이 마련되며,
   상기 타격지지판의 타격면의 각도를 조절할 수 있도록 상기 각각의 연결부재가 상기 베이스지지판으로부터 돌출되는 돌출길이가 조절 가능하게 형성되고,
   상기 측정부는 상기 충돌부재의 전면에 부착되는 압력센서와,
   상기 베이스지지판과 상기 지지프레임 사이에 설치되는 힘센서를 포함하며,
   상기 압력센서와 충돌부재의 사이에 형성되며, 사람의 피부에 대응하는 탄성계수를 갖는 커버부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
   로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 충격량 측정유닛이 안착되고 충격량 측정유닛의 충돌 위치와 높이를 조절할 수 있도록 하는 이송유닛을 더 포함하되,
   상기 이송유닛은 상기 충격량 측정유닛의 베이스 프레임이 안착되는 승강테이블과,
   상기 승강테이블의 하부에 설치되며, 이송바퀴를 포함하는 이송지지부와,
   상기 이송지지부에 대하여 상기 승강테이블을 상하로 승강 가능하도록 지지하는 승강지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는
   로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 이송지지부는 상기 이송바퀴를 통해 상기 이송지지부가 이동하는 것을 차단하기 위한 이송차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 로봇에 의해 타격되는 임펙터와;
   상기 임펙터에 설치되어 상기 임펙터에 가해지는 충격 물리량을 측정하기 위한 압력센서 또는 힘센서 중 적어도 하나를 포함하는 측정부와;
   일측에 상기 임펙터가 연결되며, 소정 질량의 무게추가 수용되는 수용부가 마련되어 있고, 상기 로봇에 의해 타격되면 힘이 전달되는 방향을 따라 주행하는 지지프레임과;
   상기 지지프레임을 주행 가능하도록 지지하는 베이스프레임을 포함하는 충격량 측정유닛을 구비하며,
   상기 지지프레임은 하부판과,
   상기 하부판의 상부에 마련되고, 상기 하부판의 양측 가장자리를 따라 연장되는 측벽판과,
   상기 측벽판에 형성되고, 상기 베이스프레임의 측벽 상면을 따라 주행하는 주행롤러 또는 슬라이딩부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
   로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 하부판과 상기 측벽판의 내측에 형성되고,
   상기 측벽판에는 상기 수용부에 안착되는 무게추의 측면으로 삽입되어 상기 무게추를 상기 지지프레임에 고정하는 추고정부재가 형성된 것을 특징으로 하는
   로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 베이스프레임에는 상기 지지프레임이 주행하는 주행방향을 따라 연장되는 가이드레일이 형성되어 있고,
    상기 지지프레임의 하면에는 상기 가이드레일에 연결되어 상기 가이드레일을 따라 상기 지지프레임이 주행하도록 하는 레일연결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
    
11. 로봇에 의해 타격되는 임펙터와;
    상기 임펙터에 설치되어 상기 임펙터에 가해지는 충격 물리량을 측정하기 위한 압력센서 또는 힘센서 중 적어도 하나를 포함하는 측정부와;
    일측에 상기 임펙터가 연결되며, 소정 질량의 무게추가 수용되는 수용부가 마련되어 있고, 상기 로봇에 의해 타격되면 힘이 전달되는 방향을 따라 주행하는 지지프레임과;
    상기 지지프레임을 주행 가능하도록 지지하는 베이스프레임을 포함하는 충격량 측정유닛과;
    상기 지지프레임을 상기 베이스프레임의 전방으로 탄성바이어스 하는 프레임 탄성지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 프레임 탄성지지부는 상기 베이스프레임의 일측과 타측 가장자리에 양단이 지지되고, 상기 지지프레임의 후방을 경유하도록 연장되는 탄성밴드와,
    상기 베이스프레임의 일측 가장자리에 형성되어 상기 탄성밴드의 일측 단부가 연결되며, 상기 탄성밴드의 탄성력을 조절하는 강성조절레버를 포함하는 것을 특징으로 하는
    로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
    
13. 제 11항에 있어서,
    상기 지지프레임 또는 베이스프레임에 설치되며, 상기 임펙터에 충돌하는 로봇의 충돌지점을 표시하는 충돌위치표시부를 더 포함하는
    로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 충돌위치표시부는
    수평방향의 라인레이저를 출력하는 제1 레이저출력부와,
    수직방향의 라인레이저를 출력하는 제2 레이저출력부를 포함하고,
    상기 제1 레이저출력부와, 제2 레이저출력부에서 출력된 수평 라인레이저와 수직라인레이저가 교차하는 교차점이 상기 로봇의 충돌지점에 위치하도록 레이저 광이 출력되는 것을 특징으로 하는
    로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
    
15. 로봇에 의해 타격되는 임펙터와;
    상기 임펙터에 설치되어 상기 임펙터에 가해지는 충격 물리량을 측정하기 위한 압력센서 또는 힘센서 중 적어도 하나를 포함하는 측정부와;
    일측에 상기 임펙터가 연결되며, 소정 질량의 무게추가 수용되는 수용부가 마련되어 있고, 상기 로봇에 의해 타격되면 힘이 전달되는 방향을 따라 주행하는 지지프레임과;
    상기 지지프레임을 주행 가능하도록 지지하는 베이스프레임을 포함하는 충격량 측정유닛을 구비하며,
    상기 베이스프레임은 하방으로 돌출되는 복수개의 프레임지지부와,
    상기 베이스프레임의 수평상태를 측정하기 위한 수평계를 더 구비하고,
    상기 프레임지지부는 상기 베이스프레임에 안착된 상기 지지프레임이 수평상태가 되도록 상기 베이스프레임의 하면으로부터 돌출되는 돌출거리를 개별적으로 조절할 수 있게 형성된 것을 특징으로 하는
    로봇-인간 동적 충돌 안정성 평가 시험장치.
    

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