KR102295659B1 - 유압 매니퓰레이터 파괴 작업 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

제어 장치가 제공된다. 상기 제어 장치는 타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타겟을 향해 관절 운동하면서 상기 타겟을 타격하는 매니퓰레이터가 마련될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정하는 측정부; 상기 타겟으로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 매니퓰레이터 말단의 타격부가 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

유압 매니퓰레이터 파괴 작업 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling destruction by hydraulic manipulator}

본 발명은 타겟을 타격하는 매니퓰레이터를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

대형 건물, 산업 플랜트 시설 등의 각종 대형 재난 사고시 재난을 진압/방재하거나 인명을 구조하기 위한 로봇이 필요하다.

재난 현장에 진입하거나, 피난 통로를 확보하기 위해 일부 시설물을 파괴할 수 있는 매니퓰레이터가 로봇에 마련될 수 있다.

로봇에 장착되거나 단독 사용되는 장애물 파괴용 매니퓰레이터는 발현 가능한 최대의 힘으로 타겟을 타격하는 것이 좋다.

한국등록특허공보 제1997797호에는 화재진압용 수압을 분사하거나, 목표대상물을 운반 또는 제거하는 등의 다양한 도구 중에서 어느 하나를 선택 장착하는 다기능 근력지원 장치가 나타나 있다.

하지만, 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 근력지원 장치를 제어하는 내용은 나타나지 않고 있다.

한국등록특허공보 제1997797호

본 발명은 발현 가능한 가장 강한 힘 또는 가장 높은 가속성으로 타겟을 타격하도록 매니퓰레이터를 제어하는 제어 장치 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제어 장치는 타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타겟을 향해 관절 운동하면서 상기 타겟을 타격하는 매니퓰레이터가 마련될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정하는 측정부; 상기 타겟으로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 매니퓰레이터 말단의 타격부가 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 제어 방법은 타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 매니퓰레이터와 타겟 간의 제1 거리를 측정할 수 있다. 상기 제1 거리만큼 이격된 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어할 수 있다. 상기 매니퓰레이터의 제어는 상기 제1 거리에서 상기 타겟을 가장 높은 가속성으로 타격할 수 있는 사전 준비 자세를 취하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 과정을 포함하거나, 가장 높은 가속성으로 상기 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 준비 자세 또는 상기 타격 지점은 분석부에 의해 자동 분석되거나, 기분석된 결과가 포함된 룩업 테이블로부터 자동 추출될 수 있다.

본 발명의 제어 장치 및 제어 방법은 타겟을 가장 강한 힘 또는 가장 높은 가속성으로 타격할 수 있는 사전 준비 자세를 거리별로 도출하거나, 타격 위치를 거리별로 특정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 특정 매니퓰레이터가 발현 가능한 최대 힘으로 타겟을 타격할 수 있으므로, 특정 매니퓰레이터의 단독 사용시 또는 로봇과 함께 사용시에 재난 현장에 존재하는 각종 장애물을 확실하게 파괴할 수 있다.

본 발명의 제어 방치 및 제어 방법은 대형 건물, 산업 플랜트 시설 등의 각종 대형 재난 사고 발생 시에 인력의 투입이 위험한 상황에서 신속한 이동 및 진압/방재 작업을 위해 개발 중인 장갑형 로봇 시스템의 재난 현장 내부 진입을 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 제어 장치 및 제어 방법에 따르면, 장갑형 로봇 시스템의 신속한 진입로 확보를 위해서 유압 매니퓰레이터를 활용한 장애물(샌드위치 판넬 등) 파괴 작업 생성 모듈이 마련될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 장갑형 로봇에 탑재된 매니퓰레이터를 나타낸 개략도이다.
도 3은 뉴턴-오일러 방법을 활용한 유압 매니퓰레이터의 동역학 모델을 나타낸 개략도이다.
도 4는 매니퓰레이터의 동역학 조작성 측정(Dynamic Manipulability Measure)을 나타낸 개략도이다.
도 5는 파괴 적업에 최적화된 Jacobian 도출 과정을 나타낸 개략도이다.
도 6은 매니퓰레이터의 파괴 작업 파라미터를 나타낸 개략도이다.
도 7은 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리에 따른 매니퓰레이터의 유효 작업 영역을 나타낸 개략도이다.
도 8은 타격부가 가장 강하게 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 나타낸 개략도이다.
도 9는 매니퓰레이터의 가속성을 고려하여 생성된 타격부의 경로를 나타낸 개략도이다.
도 10은 현장 투입 전에 수행되는 프리 워크(pre-work)의 수행 과정을 나타낸 개략도이다.
도 11은 현장에 투입된 상태에서 수행되는 커런트 워크(current-work)의 수행 과정을 나타낸 개략도이다.
도 12는 프리 워크의 결과물에 해당하는 룩업 테이블을 나타낸 개략도이다.
도 13은 커런트 워크의 결과물에 해당하는 타겟 타격 상황을 나타낸 개략도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 제어 장치를 나타낸 블록도이다. 도 2는 장갑형 로봇에 탑재된 매니퓰레이터를 나타낸 개략도이다.

본 발명의 제어 장치 및 제어 방법은 타겟(90)으로부터 이격된 위치에서 타겟(90)을 향해 관절 운동하면서 타겟을 타격하는 매니퓰레이터(30)를 제어 대상으로 할 수 있다. 다관절을 갖는 매니퓰레이터(30)는 타겟(90)에 해당하는 장애물의 파괴 작업뿐만 아니라 화재 진압을 위한 살포 작업, 인명 구조 작업과 같이 다양한 작업에 사용될 수 있다.

다관절 유압 매니퓰레이터의 경우, 매니퓰레이터를 구성하는 복수의 관절을 세세하게 사용자가 직접 조종하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 간소한 조작으로 복잡한 관절 운동이 처리되는 매크로 개념이 적용되는 것이 유리하다. 매크로의 적용을 위해 다관절 유압 매니퓰레이터를 움직이는 각종 기구적, 물리적, 동역학적 인자들을 자동으로 계산하는 분석부(130)가 마련될 수 있다.

매니퓰레이터(30)를 포함하는 각종 로봇(10)의 기구적 조작성(Kinematic Manipulability)은 매니퓰레이터 말단의 위치와 자세 측정을 통한 성능 평가에 의해 로봇 메커니즘에서 최적 자세를 유도하는 방식으로 로봇 제어에 응용될 수 있다. 하지만, 기구의 동역학 모델을 무시하고 기구학 모델만 고려하면, 로봇(10) 말단의 가속성 및 정밀 제어가 현실적으로 불가능하다. 따라서, 로봇의 동역학 모델을 고려하여 로봇 매니퓰레이터 말단의 가속성 및 최적 자세를 유도할 필요가 있다.

장갑형 로봇 전면에 장착된 유압 매니퓰레이터를 활용하여 샌드위치 판넬 등의 장애물을 확실하게 파괴하기 위해 정확한 타점을 확보하고, 최적화된 매니퓰레이터의 운동 경로를 확보할 필요가 있다. 매니퓰레이터의 입장에서 보면, 장갑형 로봇은 매니퓰레이터를 타겟에 인접한 위치까지 이송하는 수단인 동시에 타겟에 대한 타격시 매니퓰레이터의 지지점이 될 수 있다. 매니퓰레이터(30)를 이송하기 위해 로봇(10)에는 바퀴, 무한 궤도 등의 운송 수단(19)이 마련될 수 있다.

매니퓰레이터에 의해 장애물이 신속하게 파괴되는 만큼 장갑형 로봇의 현장 진입이 빨라질 수 있다. 따라서, 가장 강한 힘 또는 가장 높은 가속성으로 타겟을 타격하는 것은 상당히 중요한 사안일 수 있다.

본 발명의 제어 장치는 유압 매니퓰레이터의 파괴 작업 생성 모듈로 지칭 가능하며, 매니퓰레이터의 동역학 모델을 고려하여 말단의 가속성이 가장 높은 자세를 유도할 수 있는 동역학적 조작성(Dynamic Manipulability) 이론을 활용할 수 있다.

도 1에 도시된 제어 장치는 측정부(110), 분석부(130), 제어부(150), 표시부(170)를 포함할 수 있다.

측정부(110)는 장애물에 해당하는 타겟과 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정할 수 있다. 제1 거리는 실시간으로 측정되는 타겟과 매니퓰레이터 간의 현재 거리를 나타낼 수 있다.

측정부(110)는 거리를 측정할 수 있는 비전, 거리 측정기 등을 포함할 수 있다. 측정부(110)에 의해 파악된 거리는 현실적으로 타겟과 측정부(110) 간의 거리에 해당될 수 있다. 측정부(110)와 매니퓰레이터가 장갑형 로봇과 같은 특정 베이스에 고정 설치되면, 측정부(110)와 매니퓰레이터 간의 거리가 항상 일정하게 유지될 수 있다. 그 결과, 측정부(110)와 타겟 간의 거리를 알면 매니퓰레이터와 타겟 간의 거리 또한 파악할 수 있다.

다관절을 갖는 매니퓰레이터의 위치는 움직임이 제한된 가장 밑둥의 관절 위치를 기준으로 할 수 있다. 다시 말해, 매니퓰레이터의 위치는 움직이는 않는 부분의 위치를 기준으로 할 수 있다.

제어부(150)는 타겟으로부터 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 매니퓰레이터 말단에 형성된 타격부(31)가 타겟을 가장 강한 힘 F로 타격하도록 매니퓰레이터를 제어할 수 있다. 타격부(31)에는 타격을 통해 타겟을 파괴하는데 최적화된 드릴, 해머 등이 마련될 수 있다.

m은 질량이고, a는 가속도이다.

매니퓰레이터 또는 타격부(31)가 타겟을 강한 힘으로 타격하기 위한 방안을 수학식 1을 통해 살펴보면, 조절 가능한 인자가 가속도 a뿐인 것을 알 수 있다. 왜냐하면, 일단 로봇 등에 장착되면 매니퓰레이터 또는 타격부(31)의 질량이 일정하게 유지되기 때문이다.

복수의 관절을 갖는 매니퓰레이터의 가속도(가속성)를 최대화하기 위해 각 관절의 물리적 특성이 복잡하게 연계될 수 있다. 복잡한 연계성을 사용자가 일일이 계산하는 것을 현실적으로 불가능하다.

관절 운동하는 매니퓰레이터는 타겟을 타격하기 전에 취하는 준비 자세, 또는 해당 준비 자세에서 타겟까지 움직이면서 그리는 궤적 등에 따라 가속성이 달라질 수 있다.

다양한 준비 자세 중 타겟에 도달할 때 타격부(31)의 가속성이 가장 높은 준비 자세가 최적 자세로 정의될 수 있다. 최적 자세는 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리에 따라 달라질 수 있다. 다시 말해, 동일한 매니퓰레이터라 하더라도, 타겟과의 거리가 1m일 때의 최적 자세와 타겟과의 거리가 0.5m일 때의 최적 자세는 서로 다를 수 있다.

분석부(130)는 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리에 따라 최적 자세를 분석할 수 있다. 또한, 분석부(130)는 타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 실시간으로 측정된 제1 거리에 대응되는 특정 최적 자세를 분석할 수 있다. 타격 신호는 설정 조건의 만족시 제어부(150)에 의해 자동 생성될 수 있다. 또는, 타격 신호는 버튼과 같은 별도의 입력 수단에 대한 사용자의 조작이 감지되면 생성될 수 있다.

제어부(150)는 타격 신호에 따라 타겟의 타격 전에 특정 최적 자세가 되도록 매니퓰레이터를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 타격부(31)가 특정 최적 자세에서 타격을 개시하도록 매니퓰레이터를 1차 제어할 수 있다.

제어부(150)는 매니퓰레이터가 특정 최적 자세를 취하면, 타겟을 향해 관절을 뻗어서 타겟을 타격하도록 매니퓰레이터를 2차 제어할 수 있다.

정리하면, 제어부(150)는 1차 제어를 통해 매니퓰레이터가 타격 전에 오므리고 있어야 하는 자세를 지정할 수 있다. 오므리고 있는 자세는 적어도 일부 관절을 꺾고 있는 자세로, 다관절을 쭉 뻗어서 타겟을 가장 강하게 때릴 수 있는 최적 자세에 해당될 수 있다. 제어부(150)는 2차 제어를 통해 오므리고 있던 매니퓰레이터가 관절을 쭉 뻗어서 타겟을 타격하도록 만들 수 있다.

분석부(130)는 매니퓰레이터의 동역학에 기반한 질량 관성 행렬

과 매니퓰레이터의 기구학 기반의 자코비안 행렬

및 동역학적 조작성(Dynamic Manipulability) 이론을 이용해 최적 자세를 분석할 수 있다. 각 행렬의 θ는 매니퓰레이터의 각 관절각을 의미한다.

매니퓰레이터, 특히 유압 매니퓰레이터의 질량 관성 행렬

는 도 3과 같이 뉴턴-오일러 방법을 활용하여 동역학 모델을 구한 뒤 추출될 수 있다.

도 3은 뉴턴-오일러 방법을 활용한 유압 매니퓰레이터의 동역학 모델을 나타낸 개략도이다.

복수의 관절 s1, s2, s3, s4, s5,...가 회동 가능하게 서로 연결되어 매니퓰레이터(30)를 형성할 수 있다. 각 관절 간의 물리적 성질이 도 3과 같이 표현될 수 있다.

도 3의 τ로부터 질량 관성 행렬

이 획득될 수 있다.

매니퓰레이터의 자코비안 행렬

는 수학식 2와 같은 Geometric Jacobian을 사용할 수 있다.

수학식 2에 표시된 'End-effector'는 타격부(31)에 해당될 수 있다.

도 4는 매니퓰레이터의 동역학 조작성 측정(Dynamic Manipulability Measure)을 나타낸 개략도이다.

유압 매니퓰레이터 Dynamic Manipulability의 정량적인 수치를 나타내기 위한 Dynamic Manipulability Measure ω_d값은 아래 그림과 같으며, ω_d가 높을수록 말단의 가속성이 높은 자세를 의미할 수 있다.

도 5는 파괴 적업에 최적화된 Jacobian 도출 과정을 나타낸 개략도이다. 도 5에 기재된 파괴 작업은 타겟을 대상으로 하는 타격부(31)의 타격에 의해 구현될 수 있다.

제어부(150)는 타겟을 타격하기 직전 타겟부의 운동 방향을 타겟의 타격면에 직교하는 방향으로 제한할 수 있다. 타겟부의 운동 방향을 제한을 통해, 분석부(130)는 타격면에 직교하는 축만을 자코비안 행렬에 반영하여 최적 자세를 분석할 수 있다.

최적화를 위해 자코비안 행렬은 실제 작업에 필요한 y축(장애물의 수직 방향) 가속성만 반영하여 ω_d의 최적화가 가능하다.

도 6은 매니퓰레이터의 파괴 작업 파라미터를 나타낸 개략도이다.

유압 매니퓰레이터의 기준 좌표계의 원점과 파괴 작업이 적용될 타겟 사이의 거리를 d로 정의할 때, 분석부(130)는 관절 제한각, 링크 길이 등의 기구학적인 파라미터를 고려하여 y축 변위인 d에 따른 유효 작업 영역을 추출할 수 있다. 분석부(130)는 파괴 작업 툴의 작업성, 예를 들어 타격부(31)의 형상 등을 고려하여 유압 매니퓰레이터의 방향(Orientation)은 장애물과 수직이 되도록 고정하고 작업 영역을 도출할 수 있다.

도 6에서 z1은 타겟의 높이이고, z2는 매니퓰레이터에서 타격부(31)의 지지점이 되는 동시에 움직임이 고정된 밑둥 관절로부터 타겟 상단까지의 높이이다.

x1은 타겟의 폭이고, x2는 타겟의 폭방향 일측과 매니퓰레이터의 밑둥 관절까지의 거리이다.

d, z1, z2, x1, x2 등의 파라미터를 이용하면, 타격부(31)가 타겟을 타격할 수 있는 타격 영역 a가 도 7과 같이 특정될 수 있다.

도 7은 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리에 따른 매니퓰레이터의 유효 작업 영역을 나타낸 개략도이고, 도 8은 타격부(31)가 가장 강하게 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 나타낸 개략도이다.

타격 지점(Target Position)은 타격부(31)가 타겟을 때릴 수 있는 유효 작업 영역에 해당하는 타격 영역 a의 범위 내에 존재할 수 있다.

분석부(130)에는 제1 분석 수단(131)과 제2 분석 수단(133)이 마련될 수 있다.

제1 분석 수단(131)은 타겟으로부터 이격된 위치에서 타격부(31)가 타겟을 타격할 수 있는 타격 영역을 분석할 수 있다.

제2 분석 수단(133)은 타격 영역 중에서 가장 높은 가속성으로 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 분석할 수 있다.

표시부(170)는 제1 분석 수단(131)에 의해 분석된 타격 영역을 디스플레이에 표시하거나, 제2 분석 수단(133)에 의해 분석된 타격 지점을 디스플레이에 표시할 수 있다. 디스플레이를 통해 타격 영역이나 타격 지점을 확인한 사용자는 적절하게 타격 신호를 입력할 수 있다. 사용자는 로봇을 조종해서 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리 조절만을 통해 타겟의 타점을 변경할 수 있는 환경을 제공받을 수 있다.

제어부(150)는 제1 거리만큼 이격된 위치에서 타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 제1 거리를 대상으로 분석된 특정 타격 지점을 타격하도록 매니퓰레이터를 제어할 수 있다.

도 9는 매니퓰레이터의 가속성을 고려하여 생성된 타격부(31)의 경로를 나타낸 개략도이다.

타격 지점이 결정되면, 분석부(130)는 타격 지점을 타격하는 타격부(31)의 가속성을 높이기 위해 수학식 3의 5차 방정식을 활용하여 최대 가속도를 낼 수 있는 타격부(31)의 경로를 생성할 수 있다.

본 발명에서 최종적으로 제안하는 파괴 작업 생성 모듈은 도 10, 도 11, 도 12, 도 13과 같다.

도 10은 현장 투입 전에 수행되는 프리 워크(pre-work)의 수행 과정을 나타낸 개략도이다. 도 11은 현장에 투입된 상태에서 수행되는 커런트 워크(current-work)의 수행 과정을 나타낸 개략도이다. 도 12는 프리 워크의 결과물에 해당하는 룩업 테이블을 나타낸 개략도이다. 도 13은 커런트 워크의 결과물에 해당하는 타겟 타격 상황을 나타낸 개략도이다.

사전에 Dynamic Manipulability를 적용하여 장애물의 타격 지점에 해당하는 Target Position 또는 최적 자세에 해당하는 Initial Position이 분석부(130)에 의해 분석되고 데이터베이스에 저장될 수 있다. 데이터베이스에 저장된 거리별 Target Position 또는 Initial Position이 룩업 테이블에 해당될 수 있다. 도 12의 룩업 테이블에서 'd'는 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리이고, 'Position'은 타격 지점의 좌표값을 나타낼 수 있다. 도 11에서 생성된 경로는 사전 준비 자세에 해당하는 최적 자세에 종속되므로, 최적 자세의 선정이 매우 중요하다.

실제 작업시, 제어부(150)는 저장된 Target Position과 유압 매니퓰레이터의 Initial Position을 추출할 수 있다. 분석부(130) 또는 제어부(150)는 5차 방정식을 사용하여 말단의 가속도가 최대가 되는 경로를 생성하여 매니퓰레이터를 제어할 수 있다. 즉, 유압 매니퓰레이터의 현재 위치 정보만으로 자동적으로 경로를 생성하고 파괴 작업의 수행이 가능하므로 매크로식의 사용자 편의 기능이 제공될 수 있다.

정리하면, 제어부(150) 또는 데이터베이스에 마련된 룩업 테이블에는 타겟과 매니퓰레이터 간의 거리별로 타겟을 가장 높은 가속성으로 타격할 수 있는 타격 지점과 사전 준비 자세 중 적어도 하나가 매칭되어 기록될 수 있다.

제어부(150)는 타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 측정부(110)를 통해 입수한 제1 거리에 매칭되는 거리를 룩업 테이블에서 탐색할 수 있다.

제어부(150)는 룩업 테이블에서 탐색된 거리에 매칭되어 기록된 특정 타격 지점과 특정 준비 자세 중 적어도 하나를 추출할 수 있다.

제어부(150)는 룩업 테이블로부터 추출된 특정 타격 지점을 타격하도록 매니퓰레이터를 제어하거나, 타겟의 타격 전에 룩업 테이블로부터 추출된 특정 준비 자세를 취하도록 매니퓰레이터를 제어할 수 있다.

본 발명의 제어 방법은 도 1에 도시된 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 제어 방법은 다음과 같이 수행될 수 있다.

타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 매니퓰레이터와 타겟 간의 제1 거리를 측정할 수 있다. 측정부(110)에 의해 수행되는 동작일 수 있다.

제1 거리만큼 이격된 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 매니퓰레이터를 제어할 수 있다. 제어부(150)에 의해 수행되는 동작일 수 있다.

매니퓰레이터의 제어는 제1 거리에서 타겟을 가장 높은 가속성으로 타격할 수 있는 사전 준비 자세를 취하도록 매니퓰레이터를 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 또는, 매니퓰레이터의 제어는 가장 높은 가속성으로 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 타격하도록 매니퓰레이터를 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

준비 자세 또는 타격 지점은 분석부(130)에 의해 자동 분석되거나, 기분석된 결과가 포함된 룩업 테이블로부터 자동 추출될 수 있다. 룩업 테이블이 이용되는 경우, 분석부(130)는 룩업 테이블을 만드는 과정에서만 사용되어도 무방하다. 따라서, 룩업 테이블이 마련된 이후에는 분석부(130)가 배제되어도 무방하다. 따라서, 본 발명의 제어 장치는 분석부(130)가 배제되고, 측정부(110), 제어부(150)를 포함해서 구성될 수도 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 14의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 측정부(110) 및 제어부(150)가 구비된 제어 장치 등) 일 수 있다.

도 14의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10...로봇 19...운송 수단
30...매니퓰레이터 31...타격부
90...타겟 110...측정부
130...분석부 131...제1 분석 수단
133...제2 분석 수단 150...제어부
170...표시부

Claims (7)

1. 타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타겟을 향해 관절 운동하면서 상기 타겟을 타격하는 매니퓰레이터가 마련될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정하는 측정부;
   상기 타겟으로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 매니퓰레이터 말단의 타격부가 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   관절 운동하는 상기 매니퓰레이터는 타격 전에 취하는 준비 자세에 따라 상기 타격부가 상기 타겟에 도달할 때의 가속성이 달라지고,
   상기 타겟에 도달할 때 상기 타격부의 가속성이 가장 높은 준비 자세가 최적 자세로 정의될 때, 상기 최적 자세는 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 거리에 따라 달라지며,
   타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 상기 제1 거리에 대응되는 특정 최적 자세를 분석하는 분석부가 마련되고,
   상기 제어부는 타격 신호에 따라 상기 타겟의 타격 전에 상기 특정 최적 자세가 되도록 상기 매니퓰레이터를 1차 제어하며,
   상기 제어부는 상기 매니퓰레이터가 상기 특정 최적 자세를 취하면, 상기 타겟을 향해 관절을 뻗어서 상기 타겟을 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 2차 제어하는 제어 장치.
   
2. 삭제
3. 타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타겟을 향해 관절 운동하면서 상기 타겟을 타격하는 매니퓰레이터가 마련될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정하는 측정부;
   상기 타겟으로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 매니퓰레이터 말단의 타격부가 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 타겟에 도달할 때 상기 타격부의 가속성이 가장 높은 준비 자세가 최적 자세로 정의될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 거리에 따라 상기 최적 자세를 분석하는 분석부가 마련되고,
   상기 분석부는 상기 매니퓰레이터의 동역학에 기반한 질량 관성 행렬과 상기 매니퓰레이터의 기구학 기반의 자코비안 행렬 및 동역학적 조작성(Dynamic Manipulability) 이론을 이용해 상기 최적 자세를 분석하는 제어 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 타겟을 타격하기 직전 상기 타격부의 운동 방향을 상기 타겟의 타격면에 직교하는 방향으로 제한하고,
   상기 분석부는 상기 타격면에 직교하는 축만을 상기 자코비안 행렬에 반영하여 상기 최적 자세를 분석하는 제어 장치.
   
5. 타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타겟을 향해 관절 운동하면서 상기 타겟을 타격하는 매니퓰레이터가 마련될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정하는 측정부;
   상기 타겟으로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 매니퓰레이터 말단의 타격부가 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타격부가 상기 타겟을 타격할 수 있는 타격 영역을 분석하는 제1 분석 수단, 상기 타격 영역 중에서 가장 높은 가속성으로 상기 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 분석하는 제2 분석 수단이 마련되고,
   상기 제어부는 상기 제1 거리만큼 이격된 위치에서 상기 타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 상기 제1 거리를 대상으로 분석된 특정 타격 지점을 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어 장치.
   
6. 타겟으로부터 이격된 위치에서 상기 타겟을 향해 관절 운동하면서 상기 타겟을 타격하는 매니퓰레이터가 마련될 때, 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 제1 거리를 측정하는 측정부;
   상기 타겟으로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 매니퓰레이터 말단의 타격부가 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부에는 룩업 테이블이 마련되고,
   상기 룩업 테이블에는 상기 타겟과 상기 매니퓰레이터 간의 거리별로 상기 타겟을 가장 높은 가속성으로 타격할 수 있는 타격 지점과 사전 준비 자세 중 적어도 하나가 매칭되어 기록되며,
   상기 제어부는 상기 타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 상기 측정부를 통해 입수한 상기 제1 거리에 매칭되는 거리를 상기 룩업 테이블에서 탐색하고,
   상기 제어부는 상기 룩업 테이블에서 탐색된 거리에 매칭되어 기록된 특정 타격 지점과 특정 준비 자세 중 적어도 하나를 추출하며,
   상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 추출된 상기 특정 타격 지점을 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하거나, 상기 타겟의 타격 전에 상기 룩업 테이블로부터 추출된 상기 특정 준비 자세를 취하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어 장치.
   
7. 제어 장치에 의해 수행되는 제어 방법에 있어서,
   타겟에 대한 타격 신호가 입수되면, 매니퓰레이터와 타겟 간의 제1 거리를 측정하고,
   상기 제1 거리만큼 이격된 상기 타겟을 가장 강한 힘으로 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하며,
   상기 매니퓰레이터의 제어는 상기 제1 거리에서 상기 타겟을 가장 높은 가속성으로 타격할 수 있는 사전 준비 자세를 취하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 과정을 포함하거나, 가장 높은 가속성으로 상기 타겟을 타격할 수 있는 타격 지점을 타격하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 과정을 포함하고,
   상기 준비 자세 또는 상기 타격 지점은 분석부에 의해 자동 분석되거나, 기분석된 결과가 포함된 룩업 테이블로부터 자동 추출되는 제어 방법.

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