KR102269985B1 - Controlling method and system for multi-joint robot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다관절 로봇 제어방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 다관절 링크유닛 구동부와 앤드이펙터 구동부를 각각 구동시켜 앤드이펙터를 m개의 자유도와 k개의 자유도로 각각 제어함으로써, 앤드이펙터의 어느 한지점에 설정된 제어중심(C)을 유지하면서 앤드이펙터를 제어할 수 있으며, 이로써 정밀하고 섬세한 작업이 이뤄지는 시술 또는 수술 등의 작업을 보다 효율적으로 보조할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method and system for controlling an articulated robot, and according to an embodiment of the present invention, by driving an articulated link unit driving unit and an end effector driving unit respectively to control the end effector with m degrees of freedom and k degrees of freedom, respectively. , it is possible to control the end-effector while maintaining the control center (C) set at any one point of the end-effector, thereby having the effect of more efficiently assisting operations such as surgery or surgery in which precise and delicate work is performed.
Description
본 발명은 다관절 로봇 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for controlling an articulated robot.
일반적으로 다관절 로봇이란, 다수의 링크가 다수의 관절을 통해 결합되어 3자유도 이상 제어됨으로써, 사람이 수행하는 작업을 대신하거나 보조하는 로봇을 말한다.In general, a multi-joint robot refers to a robot that replaces or assists a human task by controlling more than three degrees of freedom by combining a plurality of links through a plurality of joints.
이러한 다관절 로봇의 대표적인 예로는 매니퓰레이터가 있으며 이러한 매니퓰레이터는 다수의 링크가 차지하는 부피에 비해 자유로운 움직임이 가능하여 공장의 생산라인에서 조립, 도장, 용접 등에 주로 사용된다.A representative example of such an articulated robot is a manipulator, which can move freely compared to the volume occupied by a large number of links, so it is mainly used for assembly, painting, and welding in the production line of a factory.
한편, 최근들어 인공지능 등의 소프트웨어 및 첨단기술의 발전으로, 다관절 로봇 등의 제조업용 로봇 뿐 아니라, 휴머노이드와 같은 개인서비스용 로봇, 전문서비스용 로봇 등이 개발 및 출시되고 있다.Meanwhile, with the development of software and advanced technologies such as artificial intelligence in recent years, not only manufacturing robots such as multi-joint robots, but also personal service robots such as humanoids, and professional service robots have been developed and released.
이처럼, 제조업용 로봇, 개인서비스용 로봇 및 전문서비스용 로봇 등은 사람이 수행하는 작업을 대신하거나 보조하게 되는데, 대표적으로 이러한 로봇은 사람이 수행하기에는 위험 부담이 큰 작업을 대신하거나, 사람이 수행하기 어려운 정밀하고 섬세한 작업을 대신하게 된다.As such, manufacturing robots, personal service robots, and professional service robots replace or assist in tasks performed by humans. Typically, these robots substitute for tasks that are too risky for humans to perform, or are performed by humans. It takes the place of precise and delicate work that is difficult to do.
한편, 다양한 기술분야 중에서도, 의료분야는 정밀하고 섬세한 작업이 요구될 뿐 아니라, 사소한 실수가 인명 피해로 이어질 수 있는 기술분야 중 하나이다.Meanwhile, among various technical fields, the medical field is one of the technical fields in which not only precise and delicate work is required, but also minor mistakes can lead to human casualties.
따라서, 이러한 의료분야에도 시술자 및 수술자를 보조하여 수술 및 시술의 성공률을 높이고, 의도치 않은 실수를 미연에 방지함으로써 예기치못한 사고를 미연에 방지할 수 있는 의료용 보조 협동로봇과 이를 제어하기 위한 방법 및 시스템이 필요한 실정이다.Therefore, in this medical field, a medical assistant cooperative robot that can prevent unexpected accidents in advance by increasing the success rate of surgery and procedures by assisting operators and operators, and preventing unintentional mistakes in advance, a method for controlling the same, and A system is needed.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 다관절 링크유닛 구동부와 앤드이펙터 구동부를 각각 구동시켜 앤드이펙터를 m개의 자유도와 k개의 자유도로 각각 제어함으로써, 제어중심(C)을 유지하면서 앤드이펙터를 제어할 수 있으며, 이로써 정밀하고 섬세한 작업이 이뤄지는 시술 또는 수술 등의 작업을 보다 효율적으로 보조할 수 있는 다관절 로봇 제어방법 및 시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been devised in the background described above, and an object of the present invention is to control the end-effector with m degrees of freedom and k degrees of freedom by respectively driving the multi-joint link unit driving unit and the end-effector driving unit, thereby controlling the center of control (C ) to control the end-effector, thereby providing a method and system for controlling a multi-joint robot that can more efficiently assist with operations such as surgery or surgery where precise and delicate work is performed.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited thereto, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일실시예는, 복수개의 링크가 구비된 다관절 링크유닛과, 상기 다관절 링크유닛의 단부에 구비되며 어느 한지점에 설정된 제어중심을 유지하면서 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어 가능한 앤드이펙터의 제어방법으로서, (a) 맵핑부가 입력부로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키는 단계; (b) 상기 맵핑부가 힘토크센서 또는 인터페이스부로부터 인가된 작동입력정보(i2a,i2b)를 상기 앤드이펙터의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계; 및 (c) 제어부가 상기 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 다관절 링크유닛 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 단계;를 포함하는 다관절 로봇 제어방법을 제공한다.In order to solve this problem, an embodiment of the present invention provides a multi-joint link unit having a plurality of links, and n (n is provided at an end of the multi-joint link unit) while maintaining the control center set at any one point. A control method of an end-effector controllable with 2 or more) degrees of freedom, comprising the steps of: (a) a mapping unit receiving n degrees of freedom activation information (i1) from an input unit to activate an n degrees of freedom mapping algorithm; (b) generating, by the mapping unit, the operation input information (i2a, i2b) applied from the force torque sensor or the interface unit to the target coordinates of the end effector to generate n degree of freedom mapping information (i4); and (c) the control unit generates the robot control signal s1 through the n-DOF mapping information i4, and then drives the articulated link unit driving unit to drive the end-effector m (m is a natural number greater than or equal to 1 and less than n). ) controlling the number of degrees of freedom, and driving the end-effector driving unit to control the end-effector with k (k=nm) degrees of freedom.
또한, 이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일실시예는, 복수개의 링크가 구비된 다관절 링크유닛; 상기 다관절 링크유닛의 단부에 구비되며 어느 한지점에 설정된 제어중심을 기준으로 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어되는 앤드이펙터; 입력부로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키되, 직접교시에 의한 교시력을 감지하는 힘토크센서 또는 인터페이스부로부터 인가된 작동입력정보(i2a,i2b)를 상기 앤드이펙터의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 맵핑부; 및 상기 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 다관절 링크유닛 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 제어부;를 포함하는 다관절 로봇 제어시스템을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention in order to solve this problem, a multi-joint link unit provided with a plurality of links; an end effector provided at an end of the articulated link unit and controlled with n degrees of freedom (n is a natural number greater than or equal to 2) based on a control center set at a certain point; The n-DOF activation information (i1) is received from the input unit to activate the n-DOF mapping algorithm, and the force torque sensor for sensing the teaching force by direct teaching or the operation input information (i2a, i2b) applied from the interface unit a mapping unit for generating n-DOF mapping information i4 by mapping to the target coordinates of the end-effector; And after generating the robot control signal (s1) through the n-degree of freedom mapping information (i4), the articulated link unit driving unit is driven to control the end-effector with m (m is a natural number greater than or equal to 1 and less than n) degrees of freedom. and a control unit for driving the end-effector driving unit to control the end-effector with k (k=nm) degrees of freedom.
본 발명의 일실시예에 의하면, 다관절 링크유닛 구동부와 앤드이펙터 구동부를 각각 구동시켜 앤드이펙터를 m개의 자유도와 k개의 자유도로 각각 제어함으로써, 제어중심(C)을 유지하면서 앤드이펙터를 제어할 수 있으며, 이로써 정밀하고 섬세한 작업이 이뤄지는 시술 또는 수술 등의 작업을 보다 효율적으로 보조할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, the end-effector can be controlled while maintaining the control center (C) by driving the articulated link unit driving unit and the end-effector driving unit to respectively control the end-effector with m degrees of freedom and k degrees of freedom. In this way, there is an effect that can more efficiently assist the operation, such as a procedure or surgery, in which a precise and delicate operation is performed.
본 발명의 효과들은 이상에 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 (b) 단계를 좀더 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법의 (f) 단계를 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇의 사시도이다.
도 6은 본발명의 일실시예에 의한 다관절 링크유닛 및 앤드이펙터의 사시도이다.
도 7은 도 5의 앤드이펙터가 방위제어신호에 의해 각도조절되는 예를 나타낸 도면이다.1 is a flowchart of a method for controlling an articulated robot according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating the step (b) of FIG. 1 in more detail.
3 is a flowchart showing step (f) of a method for controlling an articulated robot according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing an articulated robot control system according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of an articulated robot according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of a multi-joint link unit and an end effector according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing an example in which the angle of the end-effector of FIG. 5 is adjusted by a direction control signal.
이하, 본 발명의 일부 실시에들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the essence, order, or order of the components are not limited by the terms. When a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It should be understood that elements may be "connected," "coupled," or "connected."
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법의 순서도이다. 도 2는 도 1의 (b) 단계를 좀더 구체적으로 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법의 (f) 단계를 나타낸 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어시스템을 나타낸 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇의 사시도이다. 도 6은 본발명의 일실시예에 의한 다관절 링크유닛 및 앤드이펙터의 사시도이다. 도 7은 도 5의 앤드이펙터가 방위제어신호에 의해 각도 조절되는 예를 나타낸 도면이다.1 is a flowchart of a method for controlling an articulated robot according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart illustrating the step (b) of FIG. 1 in more detail. 3 is a flowchart showing step (f) of a method for controlling an articulated robot according to an embodiment of the present invention. 4 is a block diagram showing an articulated robot control system according to an embodiment of the present invention. 5 is a perspective view of an articulated robot according to an embodiment of the present invention. 6 is a perspective view of a multi-joint link unit and an end effector according to an embodiment of the present invention. 7 is a view showing an example in which the angle of the end effector of FIG. 5 is adjusted by a direction control signal.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법(10)은, 복수개의 링크가 구비된 다관절 링크유닛(501)과, 다관절 링크유닛(501)의 단부에 구비되며 어느 한지점에 설정된 제어중심(C)을 유지하면서 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어 가능한 앤드이펙터(503)의 제어방법으로서, (a) 맵핑부(401)가 입력부(403)로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키는 단계; (b) 맵핑부(401)가 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로부터 인가된 작동입력정보(i2a,i2b)를 앤드이펙터(503)의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계; 및 (c) 제어부(409)가 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 다관절 링크유닛 구동부(411)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부(413)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in these drawings, the articulated
여기서, 다관절 로봇은 사용자가 수행하는 작업을 보조하고, 복수개의 링크가 회전되도록 결합되며 말단에 구체적인 작업을 수행하는 앤드이펙터가 구비된 로봇을 말한다.Here, the articulated robot refers to a robot equipped with an end-effector that assists a user's operation, is coupled to rotate a plurality of links, and performs a specific operation at the distal end.
일예로, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 링크유닛(501)과 앤드이펙터(503)를 포함하는 다관절 로봇은, 수술시 수술자의 의료행위를 보조하는 의료용 보조 로봇으로 제공될 수 있는데, 이때 앤드이펙터(503)에는 수술부위를 촬영하는 카메라장치(ex : 내시경) 또는, 인체의 조직 또는 기관을 집거나 누르기 위한 겸자(forceps) 등이 구비될 수 있다.As an example, the multi-joint robot including the
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법(10)은 앤드이펙터(503)를 어느 한지점에 설정된 제어중심(C)을 유지하면서 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어하기 위한 방법으로써, 여기서 제어중심(C)이란 앤드이펙터의 어느 한지점(ex : 수술도구 등)이 제어되면서 항상 지나야 하는 공간상의 가상 중심점을 의미한다.On the other hand, the articulated
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇이 의료용 보조 로봇으로 제공되는 예를 들어, 각 단계를 진행 순서대로 설명한다.Hereinafter, each step will be described in order, for example, in which the articulated robot according to an embodiment of the present invention is provided as a medical assistant robot.
먼저, 도 1을 참조하면, (a) 단계는 맵핑부(401)가 입력부(403)로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키는 단계이다.First, referring to FIG. 1 , step (a) is a step in which the
여기서, 입력부(403)는 앤드이펙터(503)의 단부에 구비될 수 있으며, 제1입력부(415)와 제2입력부(417)를 포함한다.Here, the
또한, n자유도 활성화정보(i1)는 맵핑부(401)가 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로 입력된 작동입력정보(i2a,i2b)를 n개의 자유도로 맵핑하도록 입력되는 정보인데, 이러한 n자유도 활성화정보(i1)는 일예로 제2입력부(417)를 누르거나 터치함에 따라 입력될 수 있다.In addition, the n degree of freedom activation information i1 is information input so that the
계속해서 (b) 단계는, 맵핑부(401)가 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로부터 인가된 작동입력정보(i2a,i2b)를 앤드이펙터(503)의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계이다.Subsequently, in step (b), the
이러한, (b) 단계를 좀더 구체적으로 설명하면, (b) 단계는, (b-1) 맵핑부(401)의 목표위치 및 방위 맵핑부(419)가 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로부터 작동입력정보(i2a,i2b)를 인가받아 앤드이펙터(503)의 목표위치정보(i3)로 변환하는 단계; 및 (b-2) 맵핑부(401)의 자유도 맵핑부(421)가 목표위치 및 방위 맵핑부(419)로부터 목표위치정보(i3)를 인가받아 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계;를 포함한다.If the step (b) is described in more detail, step (b) is, (b-1) the target position and
(b-1) 단계는, 목표위치 및 방위 맵핑부(419)가 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로부터 작동입력정보(i2a, i2b)를 인가받는 단계이다.Step (b-1) is a step in which the target position and
여기서, 작동입력정보(i2a,i2b)는 사용자가 앤드이펙터(503)를 목표위치(ex : 수술부위)까지 이동시키기 위해, 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)를 통해 입력하는 정보이다.Here, the operation input information i2a and i2b is information input by the user through the force-
이러한 작동입력정보(i2a,i2b) 중, 힘토크센서(405)로부터 인가되는 작동입력정보(i2a)는 사용자가 직접교시를 위해 다관절 링크유닛(501) 또는 앤드이펙터(503)를 파지한 상태로 인가되는 교시력이다.Among the operation input information i2a and i2b, the operation input information i2a applied from the
즉, 힘토크센서(405)는 직접교시를 위해 인가되는 교시력을 측정한 뒤 이를 힘성분과 방향성분으로 분리하여 작동입력정보(i2a)를 생성한다.That is, the
이와 달리, 인터페이스부(407)로부터 인가되는 작동입력정보(i2b)는 사용자가 앤드이펙터(503)를 목표위치로 이동시키기 위해, 컨트롤부(423)(ex : 조이스틱 or 리모컨 등) 또는 사용자의 음성 인식이 가능한 음성입력부(425)를 통해 입력되는 정보이다.Contrary to this, the operation input information i2b applied from the
즉, 작동입력정보(i2b)는 컨트롤부(423)의 버튼조작 또는 조이스틱조작을 통해 입력되거나, 음성 기반의 명령어를 통해 입력될 수 있다.That is, the operation input information i2b may be input through a button operation or a joystick operation of the
이어서, (b-2) 단계는, 자유도 맵핑부(421)가 목표위치 및 방위 맵핑부(419)로부터 목표위치정보(i3)를 인가받아 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계이다.Subsequently, step (b-2) is a step in which the degree of
즉, (b-2) 단계는, 앤드이펙터(503)가 n개의 자유도로 병진이동 또는 회전하여 목표좌표로 이동되도록, 목표위치정보(i3)를 통해 앤드이펙터(503)를 n개의 자유도로 제어하기 위한 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계이다.That is, in step (b-2), the end-
계속해서, (c) 단계는 제어부(409)가 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 앤드이펙터(503)를 n개의 자유도로 제어하는 단계이다.Subsequently, step (c) is a step in which the
이러한 (c) 단계를 좀더 구체적으로 설명하면, (c) 단계는 제어부(409)가 로봇제어신호(s1)를 통해 다관절 링크유닛 구동부(411)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부(413)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 단계이다.More specifically, in step (c), the
여기서, n개의 자유도는, 앤드이펙터(503)의 길이방향에 따른 이동방향(D1)과, 앤드이펙터(503)의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향(D2)과, 제어중심(C)에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향(D3,D4) 중 2이상을 포함한다.Here, the n degrees of freedom are the movement direction D1 along the longitudinal direction of the end-
좀더 구체적으로, n개의 자유도 중 m개의 자유도는, 제어중심(C)에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향 (D3,D4)중 하나 이상을 포함하고, k개의 자유도는 앤드이펙터(503)의 길이방향에 따른 이동방향(D1)과, 앤드이펙터(503)의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향(D2) 중 하나 이상을 포함한다.More specifically, among the n degrees of freedom, m degrees of freedom are formed in the control center C and include one or more of the respective rotation directions (D3, D4) of two imaginary axes orthogonal to each other, and k degrees of freedom are the end effector. It includes at least one of a movement direction D1 along the longitudinal direction of 503 and a rotation direction D2 of an imaginary axis formed along the longitudinal direction of the
여기서, 본 발명의 일실시예 의한 n개의 자유도는 4자유도일 수 있으며, 이중 m개의 자유도는 제어중심(C)에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향(D3,D4)을 포함하는 2자유도로 이뤄지고, k개의 자유도는 앤드이펙터(503)의 길이방향에 따른 이동방향(D1)과, 앤드이펙터(503)의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향(D2)을 포함하는 2자유도로 이뤄질 수 있다.Here, the n degrees of freedom according to an embodiment of the present invention may be 4 degrees of freedom, of which m degrees of freedom are formed in the control center C and include respective rotation directions D3 and D4 of two virtual axes orthogonal to each other. It consists of two degrees of freedom, and the k degrees of freedom are two degrees of freedom including a movement direction D1 along the longitudinal direction of the end-
즉, (c) 단계는, 제어부(409)가 다관절 링크유닛 구동부(411)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 가상의 2축의 각 회전방향(D3,D4)으로 제어하고, 앤드이펙터 구동부(413)를 구동시켜 앤드이펙터(503)의 길이방향에 따른 이동방향(D1)과, 앤드이펙터(503)의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향(D2)으로 제어하는 단계이다.That is, in step (c), the
즉, (c) 단계에서 제어부(409)는 다관절 링크유닛 구동부(411)와 앤드이펙터 구동부(413)를 각각 제어하여, 앤드이펙터(503)의 어느 한지점이 제어중심(C)을 유지하도록 하면서 특정 자유도를 따라 앤드이펙터(503)를 제어한다.That is, in step (c), the
이때, 앤드이펙터(503)가 가상의 2축의 각 회전방향(D3,D4)을 따라 제어되는 경우, 제어부(409)는 앤드이펙터(503)의 어느 한지점이 제어중심(C)을 유지하도록 다관절 링크유닛(501)을 X, Y, Z 축에 따른 3자유도로 제어한다.At this time, when the end-
즉, (c) 단계에서 제어부(409)는 로봇제어신호(s1)를 통해 다관절 링크유닛(501)을 X, Y, Z 축에 따른 3자유도로 제어함으로써, 앤드이펙터(503)의 제어시 앤드이펙터(503)의 어느 한지점이 제어중심(C)을 유지하게 한다.That is, in step (c), the
여기서, 제어중심(C)이 설정된 앤드이펙터(503)의 어느 한지점은 앤드이펙터(503)의 시술가이드부(603)일 수 있다.Here, any one point of the
한편, 도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법(10)은 (d) 앤드이펙터(503)가 n개의 자유도로 제어된 후, 제어부(409)가 앤드이펙터(503)의 길이방향 가상축을 기준으로 한 회전각도와 기설정된 설정값을 비교하여 오차정보(i5)를 생성하는 단계; (e) 제어부(409)가 오차정보(i5)를 인가받아 방위제어신호(s2)를 출력한 뒤, 앤드이펙터(503)를 가상축을 기준으로 회전시켜 회전각도를 보정하는 단계;를 더 포함한다.On the other hand, referring to FIGS. 1 and 7 , in the articulated
(d) 단계는 앤드이펙터(503)가 n개의 자유도로 제어된 후, 앤드이펙터(503)의 길이방향 가상축을 기준으로 한 회전각도가 기설정된 설정값을 벗어나는지 감지하고, 앤드이펙터(503)의 회전각도가 기설정된 설정값을 벗어나는 경우 오차정보(i5)를 생성하는 단계이다.In step (d), after the end-
일예로, 앤드이펙터(503)의 시술부(601)의 단부에 내시경과 같은 카메라장치가 구비되는 경우, 앤드이펙터(503)가 n개의 자유도로 제어되면서 시술부(601)의 각도가 길이방향 가상축을 기준으로 변경되어, 출력영상(703)의 각도와 영상출력장치(701)의 베젤(705)의 각도가 일치하지 않을 수 있다. For example, when a camera device such as an endoscope is provided at the end of the
따라서, (e) 단계는, 제어부(409)가 오차정보(i5)를 통해 방위제어신호(s2)를 출력하여, 카메라장치를 통해 출력되는 출력영상(703)의 최 외각라인이 베젤(705)과 일치되도록, 앤드이펙터(503)를 가상축을 기준으로 회전시키는 단계이다.Accordingly, in step (e), the
이때, 제어부(409)가 방위제어신호(s2)를 출력하여 앤드이펙터(503)를 가상축을 기준으로 회전시키는 경우, 앤드이펙터(503)의 시술부(601)가 길이방향 가상축을 기준으로 회전함에 따라, 출력영상(703)이 보정될 수 있다.At this time, when the
이처럼, 앤드이펙터(503)가 n개의 자유도로 제어된 후, 앤드이펙터(503)를 가상축을 기준으로 회전시켜 앤드이펙터(503)의 길이방향을 기준으로 한 회전각도를 기설정된 설정값과 일치시키는 단계를 포함함으로써, 시술부(601)에 구비된 도구(미도시)의 제어각도를 보정해 보다 정밀한 작업을 수행할 수 있다.In this way, after the end-
한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법(10)은 (a) 단계 이전에, (f) 앤드이펙터(503)의 어느 한지점을 제어중심(C)으로 설정하는 단계를 더 포함한다.On the other hand, referring to Figure 3, the articulated
이러한 (f) 단계를 좀더 구체적으로 설명하면, (f) 단계는 (f-1) 맵핑부(401)가 입력부(403)로부터 제어중심 활성화정보(i6)를 인가받아 제어중심 활성화 알고리즘을 활성화시키는 단계; (f-2) 맵핑부(401)의 목표위치 및 방위 맵핑부(419)가 힘토크센서(405)로부터 교시력에 의한 작동입력정보(i2a)를 인가받아 제어중심 위치정보(i7)로 변환하는 단계; (f-3) 맵핑부(401)의 자유도 맵핑부(421)가 제어중심 위치정보(i7)를 인가받아 제어중심 맵핑정보(i8)를 생성하는 단계; 및 (f-4) 제어부(409)가 제어중심 맵핑정보(i8)를 통해 앤드이펙터(503)의 어느 한지점이 제어중심(C)에 위치하도록 다관절 링크유닛 구동부(411)를 구동시킨 뒤, 앤드이펙터(503)의 어느 한지점이 위치한 제어중심정보(i9)를 맵핑부(401)로 인가하는 단계;를 포함한다.To describe step (f) in more detail, step (f) is performed in step (f-1) in which the
(f-1) 단계는 맵핑부(401)가 입력부(403)로부터 앤드이펙터(503)를 제어중심(C)으로 이동시키기 위한 제어중심 활성화정보(i6)를 인가받아 제어중심 활성화 알고리즘을 활성화시키는 단계이다.In step (f-1), the
여기서, (f-1) 단계의 제어중심 활성화정보(i6)는 맵핑부(401)가 힘토크센서(405)로 입력된 작동입력정보(i2a)를 기반으로 제어중심 위치정보(i7)를 도출할 수 있도록 입력되는 정보인데, 이러한 제어중심 활성화정보(i6)는 일예로 제1입력부(415)를 누르거나 터치한 상태에서 입력될 수 있다.Here, the control center activation information i6 of step (f-1) derives the control center position information i7 based on the operation input information i2a input by the
즉, 제어중심 활성화정보(i6)는 일예로 제1입력부(415)를 누르거나 터치한 상태에서 힘토크센서(405)로 인가되는 교시력이며, 제1입력부(415)로 가해지는 외력을 해제하는 경우 더이상 힘토크센서(405)로 입력되지 않을 수 있다.That is, the control center activation information i6 is, for example, a teaching force applied to the
(f-2) 단계는 맵핑부(401)의 목표위치 및 방위 맵핑부(419)가 교시력을 힘성분과 방향성분으로 분리하여 작동입력정보(i2a)를 제어중심 위치정보(i7)로 변환하는 단계이고, (f-3) 단계는 자유도 맵핑부(421)가 제어중심 위치정보(i7)를 통해 제어중심 맵핑정보(i8)를 생성하는 단계이다.In step (f-2), the target position and
이어서, (f-4) 단계는 제어부(409)가 제어중심 맵핑정보(i8)를 통해 앤드이펙터(503)의 어느 한지점이 제어중심(C)에 위치하도록 다관절 링크유닛 구동부(411)를 구동시키는 단계이다.Next, in step (f-4), the
여기서, 제어중심(C)에 위치하는 앤드이펙터(503)의 어느 한지점은 시술부(601)를 회전 및 이동가능하게 가이드하는 시술가이드부(603)일 수 있다.Here, any one point of the
즉, (f-4) 단계에서는, 사용자의 교시력에 의해 앤드이펙터(503)의 시술가이드부(603)가 목표위치(ex : 수술부위)로 이동된 후, 시술가이드부(603)가 위치한 지점이 제어중심(C)으로 설정되며, 시술가이드부(603)가 위치한 제어중심정보(i9)를 맵핑부(401)로 인가된다.That is, in step (f-4), after the
이때, 맵핑부(401)는 입력부(403)로부터 n자유도 활성화정보(i1)가 인가되어 n자유도 맵핑 알고리즘이 활성화 되는 경우, 제어부(409)로부터 인가된 제어중심정보(i9)를 기반으로 작동입력정보(i2a,i2b)를 목표위치정보(i3)로 변환하게 된다.At this time, the
이처럼 본 발명의 일실시예는, 다관절 링크유닛 구동부(411)와 앤드이펙터 구동부(413)를 각각 구동시켜 앤드이펙터(503)를 m개의 자유도와 k개의 자유도로 각각 제어함으로써, 제어중심(C)을 유지하면서 앤드이펙터(503)를 제어할 수 있으며, 이로써 정밀하고 섬세한 작업이 이뤄지는 시술 또는 수술 등의 작업을 보다 효율적으로 보조할 수 있는 효과가 있다.As such, an embodiment of the present invention controls the end-
한편, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어시스템(20)은 복수개의 링크(605)가 구비된 다관절 링크유닛(501); 다관절 링크유닛(501)의 단부에 구비되며 어느 한지점에 설정된 제어중심(C)을 기준으로 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어되는 앤드이펙터(503); 입력부(403)로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 입력받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키되, 직접교시에 의한 교시력을 감지하는 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로부터 인가된 작동입력정보(i2a,i2b)를 앤드이펙터(503)의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 맵핑부(401); 및 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 다관절 링크유닛 구동부(411)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부(413)를 구동시켜 앤드이펙터(503)를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 제어부(409);를 포함한다.On the other hand, 4 to 7, the articulated robot control system 20 according to an embodiment of the present invention includes a multi-joint link unit 501 having a plurality of links 605; an end effector 503 provided at the end of the articulated link unit 501 and controlled with n degrees of freedom (n is a natural number greater than or equal to 2) based on the control center C set at any one point; Activating the n-DOF mapping algorithm by receiving the n-DOF activation information i1 from the input unit 403, the force-torque sensor 405 that detects the teaching force by direct teaching or the operation applied from the interface unit 407 a mapping unit 401 that maps the input information i2a, i2b to the target coordinates of the end effector 503 to generate n degree of freedom mapping information i4; And after generating the robot control signal (s1) through the n degree of freedom mapping information (i4), by driving the articulated link unit driving unit 411 to drive the end effector 503 m (m is a natural number greater than or equal to 1 and less than n) and a control unit 409 for controlling the number of degrees of freedom and driving the end-effector driving unit 413 to control the end-effector 503 with k (k=nm) degrees of freedom.
다관절 링크유닛(501)은 복수개의 링크(605)와, 각각의 링크(605)가 회전가능하게 결합된 복수개의 관절(607)을 포함하는데, 복수개의 관절(605)에는 사용자로부터 인가되는 교시력이 입력되는 힘토크센서(405)와, 복수개의 링크(605)가 X, Y, Z축 기반의 6자유도로 제어되도록 구동되는 다관절 링크유닛 구동부(411)가 구비된다.The
이러한 다관절 링크유닛(501)은 이동 가능하도록 이동바퀴가 구비된 운반차(505)의 상부에 구비될 수 있다.The
앤드이펙터(503)는 다관절 링크유닛(501)의 단부에 구비되며 로봇제어신호(s1)에 의해 제어중심(C)을 기준으로 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어된다.The
이러한, 앤드이펙터(503)의 구조를 좀더 구체적으로 설명하면, 앤드이펙터(503)는 이송패널부(609), 앤드이펙터 구동부(413), 시술부(601)를 포함한다.When describing the structure of the end-
이송패널부(609)는 다관절 링크유닛(501) 중 어느 하나의 링크(605)에 결합되고, 상호 이동가능하게 결합되는 복수개의 패널을 포함한다.The transfer panel unit 609 is coupled to any one of the
이러한, 복수개의 패널은 일예로 다관절 링크유닛(501) 중 어느 하나의 링크(605)에 결합되는 제1패널(611), 제1패널(611)에 이동가능하게 결합되는 제2패널(613) 및 제2패널(613)에 이동가능하게 결합되며 앤드이펙터 구동부(411) 중 제1구동부(615)가 구비된 제3패널(617)을 포함한다.Such a plurality of panels is, for example, a first panel 611 coupled to any one
여기서, 제1패널(611)에는 시술부(601)가 내삽되며, 시술부(601)를 길이방향으로 이동되거나 길이방향 가상축을 기준으로 회전되도록 가이드하는 시술가이드부(603)가 구비된다.Here, the
이어서, 앤드이펙터 구동부(413)는 앤드이펙터(503)를 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향(D2)으로 회전시키는 제1구동부(619) 및 앤드이펙터(503)를 길이방향(D1)으로 이동시키는 제2구동부(미도시)를 포함한다.Next, the end-
이러한, 제1구동부(619)와 제2구동부는 앤드이펙터(503)의 시술부(601)를 가상축의 회전방향(D2)으로 회전시키거나, 길이방향(D1)으로 이동시키는데, 여기서, 제1구동부(619)에는 시술부(601)가 탈착가능하게 결합되는 홀더(621)가 구비된다.The
이로써, 본 발명의 일실시예는 시술부(601)와 같은 다양한 작업도구를 교체하여 사용할 수 있다.Accordingly, in one embodiment of the present invention, various work tools such as the
또한, 제1구동부(619)는 제어부(409)의 구동제어부(427)로부터 방위제어신호(s2)가 인가되는 경우, 앤드이펙터(503)의 시술부(601)를 가상축을 기준으로 회전방향(D2)으로 회전시켜 회전각도를 보정한다.In addition, when the direction control signal s2 is applied from the driving
이어서, 시술부(601)는 홀더(621)를 통해 제1구동부(619)에 결합되면서 시술가이드부(603)에 내삽되어 기설정된 다양한 작업을 수행하게 된다.Subsequently, the
이러한 시술부(601)는 일예로, 단부에 카메라장치 또는 겸자가 구비될 수 있다.The
계속해서, 맵핑부(401)는 입력부(403)로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키거나, 제어중심 활성화정보(i6)를 인가받아 제어중심 활성화 알고리즘을 활성화시킨다.Subsequently, the
이러한, 맵핑부(401)는 힘토크센서(405) 또는 인터페이스부(407)로부터 동작입력정보(i2a,i2b)를 인가받아 앤드이펙터(503)의 목표위치정보(i3)로 변환하는 목표위치 및 방위 맵핑부(419) 및 n자유도 맵핑 알고리즘 활성화시 목표위치정보(i3)를 인가받아 n자유도 맵핑정보(i4)로 변환하고, 제어중심 활성화 알고리즘 활성화시 제어중심 위치정보(i7)를 인가받아 제어중심 맵핑정보(i8)로 변환하는 자유도 맵핑부(421)를 포함한다.The
계속해서 제어부(409)는 n자유도 맵핑정보(i4)와 제어중심 맵핑정보(i8)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성하여 다관절 링크유닛(501) 및 앤드이펙터(503)를 제어한다.Subsequently, the
이러한 제어부(409)의 구조를 좀더 구체적으로 설명하면, 제어부(409)는 앤드이펙터(503)가 n개의 자유도로 제어된 후, 앤드이펙터(503)의 길이방향 가상축을 기준으로 한 회전각도와 기설정된 설정값을 비교하여 오차정보(i5)를 생성하는 보정제어부(429); 및 오차정보(i5)를 통해 방위제어신호(s2)를 출력한 뒤, 앤드이펙터(503)를 가상축을 기준으로 회전시켜 회전각도를 보정하는 구동제어부(427);를 포함한다.To describe the structure of the
여기서, 구동제어부(427)는 앞서 설명한 바와 같이, 방위제어신호(s2)를 통해 앤드이펙터(503)의 시술부(601)를 길이방향 가상축을 기준으로 회전시킴으로써 작업의 편의성 및 효율성을 향상시키게 된다.Here, as described above, the driving
또한, 제어부(409)는 역기구학 연산부(431)를 더 포함하는데, 역기구학 연산부(431)는 자유도 맵핑부(421)로부터 인가된 n자유도 맵핑정보(i4)와 제어중심 맵핑정보(i8)를 폐루프 역기구학(Closed-Loop inverse kinematics, CLIK)을 통해 연산하여 로봇제어신호(s1)를 생성한다.In addition, the
한편, n개의 자유도와, m개의 자유도 및 k개의 자유도는 앞서 설명한 바 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.Meanwhile, since the n degrees of freedom, the m degrees of freedom, and the k degrees of freedom have been described above, a description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어시스템(20)의 생략된 구조는, 본 발명의 일실시예에 의한 다관절 로봇 제어방법(10)으로부터 충분이 도출될 수 있을 것이다.In addition, the omitted structure of the articulated
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 다관절 링크유닛 구동부(411)와 앤드이펙터 구동부(413)를 각각 구동시켜 앤드이펙터(503)를 m개의 자유도와 k개의 자유도로 각각 제어함으로써, 제어중심(C)을 유지하면서 앤드이펙터(503)를 제어할 수 있으며, 이로써 정밀하고 섬세한 작업이 이뤄지는 시술 또는 수술 등의 작업을 보다 효율적으로 보조할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by respectively driving the articulated link
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even though all the components constituting the embodiment of the present invention are described as being combined or operating in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all the components may operate by selectively combining one or more.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, terms such as "include", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be embedded unless otherwise stated, so excluding other components is not recommended. It should be construed as being able to further include other components. All terms including technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시에에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며 , 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these implementations. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 다관절 로봇 제어방법
20 : 다관절 로봇 제어시스템
401 : 맵핑부
403 : 입력부
405 : 힘토크센서
407 : 인터페이스부
409 : 제어부
411 : 다관절 링크유닛 구동부
413 : 앤드이펙터 구동부
415 : 제1입력부
417 : 제2입력부
419 : 목표위치 및 방위 맵핑부
421 : 자유도 맵핑부
423 : 컨트롤부
425 : 음성입력부
427 : 구동제어부
429 : 보정제어부
431 : 역기구학 연산부
501 : 다관절 링크유닛
503 : 앤드이펙터
505 : 운반차
601 : 시술부
603 : 시술가이드부
605 : 링크
607 : 관절
609 : 이송패널부
611 : 제1패널
613 : 제2패널
615 : 제1구동부
617 : 제3패널
619 : 제1구동부
621 : 홀더
701 : 영상출력장치
703 : 출력영상
705 : 베젤10: Multi-joint robot control method
20: multi-joint robot control system
401: mapping unit
403: input
405: force torque sensor
407: interface unit
409: control unit
411: multi-joint link unit driving unit
413: end effector driving unit
415: first input unit
417: second input unit
419: target position and orientation mapping unit
421: degree of freedom mapping unit
423: control unit
425: voice input unit
427: drive control unit
429: correction control unit
431: inverse kinematics calculation unit
501: articulated link unit
503: end effector
505: carriage
601: operation unit
603: operation guide unit
605 : Link
607: joint
609: transfer panel part
611: first panel
613: second panel
615: first driving unit
617: third panel
619: first driving unit
621: holder
701: video output device
703: output image
705 : Bezel
Claims (9)
앤드이펙터의 어느 한 지점을 제어중심으로 설정하는 단계; 및 상기 앤드이펙터를 n개의 자유도로 제어하는 단계를 포함하고,
상기 앤드이펙터의 어느 한 지점을 제어중심으로 설정하는 단계는:
맵핑부가 입력부로부터 제어중심 활성화정보(i6)를 인가받아 제어중심 활성화 알고리즘을 활성화시키는 단계;
맵핑부의 목표위치 및 방위 맵핑부가 힘토크센서로부터 교시력에 의한 작동입력정보(i2a)를 인가받아 제어중심 위치정보(i7)로 변환하는 단계;
맵핑부의 자유도 맵핑부가 제어중심 위치정보(i7)를 인가받아 제어중심 맵핑정보(i8)를 생성하는 단계; 및
제어부가 제어중심 맵핑정보(i8)를 통해 앤드이펙터의 어느 한 지점이 제어중심에 위치하도록 다관절 링크유닛 구동부를 구동시킨 뒤, 앤드이펙터의 어느 한 지점이 위치한 제어중심정보(i9)를 맵핑부로 인가하는 단계로 구성되며,
상기 앤드이펙터를 n개의 자유도로 제어하는 단계는:
(a) 맵핑부가 입력부로부터 n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키는 단계;
(b) 상기 맵핑부가 힘토크센서 또는 인터페이스부로부터 인가된 작동입력정보(i2a,i2b)를 상기 앤드이펙터의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계; 및
(c) 제어부가 상기 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 다관절 링크유닛 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어방법.
In the articulated robot control method comprising a multi-joint link unit provided with a plurality of links, and an end effector provided at an end of the multi-joint link unit,
setting any one point of the end-effector as a control center; and controlling the end-effector in n degrees of freedom,
The step of setting any one point of the end-effector as the control center includes:
activating the control center activation algorithm by the mapping unit receiving the control center activation information i6 from the input unit;
converting the target position and orientation mapping unit of the mapping unit into control center position information (i7) by receiving the operation input information (i2a) by the teaching force from the force torque sensor;
generating the control center mapping information (i8) by receiving the control center location information (i7) by the degree of freedom mapping unit of the mapping unit; and
After the control unit drives the multi-joint link unit driving unit so that any one point of the end-effector is located at the control center through the control center mapping information (i8), the control center information (i9) in which any one point of the end-effector is located is transferred to the mapping unit It consists of the steps of authorization,
The step of controlling the end-effector in n degrees of freedom includes:
(a) activating the n-DOF mapping algorithm by the mapping unit receiving the n-DOF activation information i1 from the input unit;
(b) generating, by the mapping unit, the operation input information (i2a, i2b) applied from the force torque sensor or the interface unit to the target coordinates of the end effector to generate n degree of freedom mapping information (i4); and
(c) After the control unit generates the robot control signal s1 through the n-DOF mapping information i4, drives the articulated link unit driving unit to drive the end-effector to m (m is a natural number greater than or equal to 1 and less than n) controlling the end-effector with k degrees of freedom and driving an end-effector driving unit to control the end-effector with k (k=nm) degrees of freedom;
Articulated robot control method comprising a.
상기 n개의 자유도는,
상기 앤드이펙터의 길이방향에 따른 이동방향과, 상기 앤드이펙터의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향과, 상기 제어중심에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향 중 2이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어방법.
According to claim 1,
The n degrees of freedom are
Including two or more of a movement direction along the longitudinal direction of the end-effector, a rotation direction of a virtual axis formed along the longitudinal direction of the end-effector, and each rotation direction of two virtual axes formed at the control center and perpendicular to each other A method for controlling a multi-joint robot.
상기 m개의 자유도는,
상기 제어중심에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향 중 하나 이상을 포함하고,
상기 k개의 자유도는,
상기 앤드이펙터의 길이방향에 따른 이동방향과, 상기 앤드이펙터의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어방법.
3. The method of claim 2,
The m degrees of freedom are
It is formed in the control center and includes at least one of the respective rotation directions of two virtual axes orthogonal to each other,
The k degrees of freedom are
An articulated robot control method comprising at least one of a movement direction along the longitudinal direction of the end-effector and a rotation direction of a virtual axis formed along the longitudinal direction of the end-effector.
(d) 상기 앤드이펙터가 상기 n개의 자유도로 제어된 후, 상기 제어부가 상기 앤드이펙터의 길이방향 가상축을 기준으로 한 회전각도와 기설정된 설정값을 비교하여 오차정보(i5)를 생성하는 단계;
(e) 상기 제어부가 상기 오차정보(i5)를 인가받아 방위제어신호(s2)를 출력한 뒤, 상기 앤드이펙터를 상기 가상축을 기준으로 회전시켜 상기 회전각도를 보정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어방법.
According to claim 1,
(d) generating error information (i5) by comparing, by the controller, a rotation angle with respect to the virtual axis in the longitudinal direction of the end-effector with a preset setting value after the end-effector is controlled with the n degrees of freedom;
(e) correcting the rotation angle by the control unit receiving the error information i5 and outputting an orientation control signal s2, then rotating the end effector based on the virtual axis;
Articulated robot control method, characterized in that it further comprises.
상기 (b)단계는,
(b-1) 상기 맵핑부의 목표위치 및 방위 맵핑부가 상기 힘토크센서 또는 인터페이스부로부터 상기 작동입력정보(i2a,i2b)를 인가받아 상기 앤드이펙터의 목표위치정보(i3)로 변환하는 단계; 및
(b-2) 상기 맵핑부의 자유도 맵핑부가 상기 목표위치 및 방위 맵핑부로부터 상기 목표위치정보(i3)를 인가받아 상기 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어방법.
According to claim 1,
Step (b) is,
(b-1) converting the target position and orientation mapping unit of the mapping unit into target position information (i3) of the end-effector by receiving the operation input information (i2a, i2b) from the force torque sensor or the interface unit; and
(b-2) generating the n-DOF mapping information (i4) by receiving the target position information (i3) from the target position and orientation mapping unit by the degree of freedom mapping unit of the mapping unit;
Articulated robot control method comprising a.
상기 다관절 링크유닛의 단부에 구비되며 어느 한 지점에 설정된 제어중심을 기준으로 n(n은 2 이상의 자연수)개의 자유도로 제어되는 앤드이펙터;
입력부로부터 제어중심 활성화정보(i6)를 인가받아 제어중심 활성화알고리즘을 활성화시키고, n자유도 활성화정보(i1)를 인가받아 n자유도 맵핑 알고리즘을 활성화 시키되,
힘토크센서 또는 인터페이스부로부터 작동입력정보(i2a,i2b)를 인가받아 앤드이펙터의 목표위치정보(i3)로 변환하고, 힘토크센서로부터 교시력에 의한 작동입력정보(i2a)를 인가받아 제어중심 위치정보(i7)로 변환하는 목표위치 및 방위 맵핑부; 및
상기 목표위치 및 방위 맵핑부로부터 인가된 목표위치정보(i3)를 상기 앤드이펙터의 목표좌표로 맵핑하여 n자유도 맵핑정보(i4)를 생성하고, 상기 제어중심 위치정보(i7)를 인가받아 제어중심 맵핑정보(i8)를 생성하는 자유도 맵핑부;
를 포함하는 맵핑부; 및
제어중심 맵핑정보(i8)를 통해 앤드이펙터의 어느 한 지점이 제어중심(C)에 위치하도록 다관절 링크유닛 구동부를 구동시킨 뒤, 앤드이펙터의 어느 한 지점이 위치한 제어중심정보(i9)를 맵핑부로 인가하고, 상기 n자유도 맵핑정보(i4)를 통해 로봇제어신호(s1)를 생성한 뒤, 다관절 링크유닛 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 m(m은 1 이상 n 미만의 자연수)개의 자유도로 제어하고, 앤드이펙터 구동부를 구동시켜 상기 앤드이펙터를 k(k=n-m)개의 자유도로 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어시스템.
a multi-joint link unit provided with a plurality of links;
an end effector provided at an end of the articulated link unit and controlled with n degrees of freedom (n is a natural number greater than or equal to 2) based on a control center set at any one point;
The control center activation algorithm is activated by receiving the control center activation information (i6) from the input unit, and the n degree of freedom mapping algorithm is activated by receiving the n degree of freedom activation information (i1),
It receives operation input information (i2a, i2b) from the force torque sensor or interface unit and converts it into target position information (i3) of the end-effector, and receives operation input information (i2a) by teaching force from the force torque sensor and receives the control center a target position and orientation mapping unit that converts the position information into i7; and
The target position information (i3) applied from the target position and orientation mapping unit is mapped to the target coordinates of the end-effector to generate n degree of freedom mapping information (i4), and the control center position information (i7) is applied and controlled a degree of freedom mapping unit generating center mapping information i8;
a mapping unit comprising; and
After driving the multi-joint link unit driving unit so that any one point of the end-effector is located at the control center (C) through the control center mapping information (i8), the control center information (i9) where any one point of the end-effector is located is mapped After the robot control signal (s1) is generated through the n-DOF mapping information (i4), the multi-joint link unit driving unit is driven to activate the end-effector by m (m is a natural number greater than or equal to 1 and less than n). a control unit for controlling the degree of freedom and driving the end-effector driving unit to control the end-effector with k (k=nm) degrees of freedom;
Articulated robot control system comprising a.
상기 n개의 자유도는,
상기 앤드이펙터의 길이방향에 따른 이동방향과, 상기 앤드이펙터의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향과, 상기 제어중심에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향 중 2이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어시스템.
7. The method of claim 6,
The n degrees of freedom are
Including two or more of a movement direction along the longitudinal direction of the end-effector, a rotation direction of a virtual axis formed along the longitudinal direction of the end-effector, and each rotation direction of two virtual axes formed at the control center and perpendicular to each other A multi-joint robot control system.
상기 m개의 자유도는,
상기 제어중심에 형성되며 서로 직교하는 가상의 2축의 각 회전방향 중 하나 이상을 포함하고,
상기 k개의 자유도는,
상기 앤드이펙터의 길이방향에 따른 이동방향과, 상기 앤드이펙터의 길이방향을 따라 형성된 가상축의 회전방향 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어시스템.
8. The method of claim 7,
The m degrees of freedom are
It is formed in the control center and includes at least one of the respective rotation directions of two virtual axes orthogonal to each other,
The k degrees of freedom are
Articulated robot control system, characterized in that it comprises at least one of a movement direction along the longitudinal direction of the end-effector and a rotation direction of a virtual axis formed along the longitudinal direction of the end-effector.
상기 제어부는,
상기 앤드이펙터가 상기 n개의 자유도로 제어된 후, 상기 앤드이펙터의 길이방향 가상축을 기준으로 한 회전각도와 기설정된 설정값을 비교하여 오차정보(i5)를 생성하는 보정제어부; 및
상기 오차정보(i5)를 통해 방위제어신호(s2)를 출력한 뒤, 상기 앤드이펙터를 상기 가상축을 기준으로 회전시켜 상기 회전각도를 보정하는 구동제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 제어시스템.
7. The method of claim 6,
The control unit is
a correction controller configured to generate error information i5 by comparing a rotation angle with respect to a longitudinal virtual axis of the end-effector with a preset value after the end-effector is controlled with the n degrees of freedom; and
a driving control unit for outputting an orientation control signal (s2) through the error information (i5) and then rotating the end-effector based on the virtual axis to correct the rotation angle;
Articulated robot control system comprising a.
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KR1020190088748A KR102269985B1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Controlling method and system for multi-joint robot |
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KR1020190088748A KR102269985B1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Controlling method and system for multi-joint robot |
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- 2019-07-23 KR KR1020190088748A patent/KR102269985B1/en active IP Right Grant
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