KR102403517B1 - 로봇 제어 장치 및 로봇 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

로봇 제어 장치 및 로봇 제어 방법이 개시된다. 이에 의하면, 작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제1 제어 알고리즘을 생성하고; 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제2 제어 알고리즘을 생성하고; 상기 제1 제어 알고리즘과 상기 제2 제어 알고리즘의 상관관계를 반영하여 상기 제1 제어 알고리즘을 상기 제2 제어 알고리즘과 유사한 형태로 변환함으로써, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 생성할 수 있다.

Description

로봇 제어 장치 및 로봇 제어 방법{THE APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING ROBOT}
본 발명은 로봇 제어 장치 및 로봇 제어 방법에 관한 것으로서, 관절 공간과 작업 공간에서 호환 적용이 가능한 시간지연추정 제어 알고리즘을 구현할 수 있는 로봇 제어 장치 및 로봇 제어 방법에 관한 것이다.
시간지연추정(Time-Delayed Estimation) 기법(T. C. Hsia and L. S. Gao, “A Robot manipulator control using decentralized linear time-invariant time-delayed joint controllers,” ICRA 1990 참조)은 의도적으로 지연된 가속도와 제어입력 정보를 통해 로봇의 비선형 동역학을 보상하는 방법이다. 따라서 로봇 제어에 시간지연추정 기법을 활용하면, 로봇 동역학의 수학적 모델에 대한 의존성을 최소화할 수 있으며 모델 불확실성에 대해 강인한 성능을 지니게 된다.
시간지연추정 기법은 로봇의 관절 공간(Joint space)에서 비선형 동역학을 보상하는 형태로 적용되는 경우가 많다. 하지만 최근 들어 작업 공간(Operational space)에서 로봇을 제어하는 알고리즘들이 활발해짐에 따라 시간지연추정을 작업 공간에서 수행하는 연구들이 등장하고 있다.
관절 공간에서의 시간지연추정을 구현하는 방법과 작업 공간에서 시간지연추정을 구현하는 방법은 다르게 서술된다. 따라서 관절 공간 시간지연추정 알고리즘이 이미 구현되어 있더라도, 작업 공간 시간지연추정 알고리즘이 필요한 상황에서는 이를 새로 구현해야 하는 번거로움이 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 관절 공간 시간지연추정 알고리즘과 작업 공간 시간지연추정 알고리즘을 각각 별개로 구현해야 하는 불편함을 해소하기 위해, 관절 공간과 작업 공간에서 호환 적용이 가능한 시간지연추정 알고리즘을 구현하는 로봇 제어 장치 및 로봇 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 로봇 제어 장치는, 작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제1 제어 알고리즘을 생성하고, 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제2 제어 알고리즘을 생성하는 시간지연추정 연산부; 및 상기 제1 제어 알고리즘과 상기 제2 제어 알고리즘의 상관관계를 반영하여 상기 제1 제어 알고리즘을 상기 제2 제어 알고리즘과 유사한 형태로 변환함으로써, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 생성하는 제어 입력 연산부를 포함할 수 있다.
상기 로봇 제어 장치에 있어서, 상기 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘은,
Figure 112020103897666-pat00001
로 구현되며, 여기서,
Figure 112020103897666-pat00002
는 오차동역학 연산부의 출력이며,
Figure 112020103897666-pat00003
는 사용자가 입력하는 튜닝 이득일 수 있다.
상기 로봇 제어 장치에 있어서, 상기 제어 입력 연산부는, 상기 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00004
,
Figure 112020103897666-pat00005
를 적용하고, 상기 작업공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00006
,
Figure 112020103897666-pat00007
를 적용할 수 있다.
상기 로봇 제어 장치에 있어서, 상기 제어 입력 연산부는, 다음 식에 의해 로봇의 각 관절에 전달될 제어 입력을 연산하며,
Figure 112020103897666-pat00008
, 여기서,
Figure 112020103897666-pat00009
는 시간지연추정 연산부의 출력이고,
Figure 112020103897666-pat00010
는 오차동역학 연산부의 출력이며,
Figure 112020103897666-pat00011
는 사용자가 입력하는 튜닝 이득일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 로봇 제어 방법은, 작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제1 제어 알고리즘을 생성하는 단계; 와, 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제2 제어 알고리즘을 생성하는 단계; 와, 상기 제1 제어 알고리즘과 상기 제2 제어 알고리즘의 상관관계를 반영하여 상기 제1 제어 알고리즘을 상기 제2 제어 알고리즘과 유사한 형태로 변환함으로써, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 로봇 제어 방법에 있어서, 상기 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘은,
Figure 112020103897666-pat00012
로 구현되며, 여기서,
Figure 112020103897666-pat00013
는 오차동역학 연산부의 출력이며,
Figure 112020103897666-pat00014
는 사용자가 입력하는 튜닝 이득일 수 있다.
상기 로봇 제어 방법에 있어서, 상기 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00015
,
Figure 112020103897666-pat00016
를 적용하고, 상기 작업공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00017
,
Figure 112020103897666-pat00018
를 적용할 수 있다.
상기 로봇 제어 방법에 있어서, 다음 식에 의해 로봇의 각 관절에 전달될 제어 입력을 연산하며,
Figure 112020103897666-pat00019
, 여기서,
Figure 112020103897666-pat00020
는 시간지연추정 연산부의 출력이고,
Figure 112020103897666-pat00021
는 오차동역학 연산부의 출력이며,
Figure 112020103897666-pat00022
는 사용자가 입력하는 튜닝 이득일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 작업 공간과 관절 공간에 공통으로 호환 가능한 시간지연추정 기법을 구현할 수 있고, 이에 의해 제어 공간에 따라 시간지연추정 기법을 별도 구현해야 하는 불편함을 완화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제안된 통합 제어 알고리즘으로 시간지연추정 기법을 모듈화 구현한다면 작업 공간 및 관절 공간에 모두 대응이 가능하기 때문에 범용성이 높아진다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 제어 장치가 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 도출하는 과정을 도시한다.
도 3은 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 발명에 따른 로봇 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명에 따른 로봇 제어 장치(100)는, 제어 공간 선정부(110), 시간지연추정 연산부(120), 오차동역학 연산부(130) 및 제어입력 연산부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어 공간 선정부(110)는 제어 공간이 작업공간인지 아니면 관절공간인지 여부를 판단할 수 있다.
시간지연추정 연산부(120)는 작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제1 제어 알고리즘과, 관절공간에서의 시간지연추정에 기초한 제2 제어 알고리즘을 각각 생성할 수 있다.
오차동역학 연산부(130)는 제어 공간에 대응하여 오차동역학을 생성할 수 있다.
제어입력 연산부(140)는 제1 제어 알고리즘과 제2 제어 알고리즘의 상관관계를 반영하여 제1 제어 알고리즘을 제2 제어 알고리즘과 유사한 형태로 변환함으로써, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 생성할 수 있다.
구체적으로, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘은,
Figure 112020103897666-pat00023
로 구현될 수 있다. 여기서,
Figure 112020103897666-pat00024
는 오차동역학 연산부의 출력이며,
Figure 112020103897666-pat00025
는 사용자가 입력하는 튜닝 이득일 수 있다.
이 경우, 제어입력 연산부(140)는 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00026
,
Figure 112020103897666-pat00027
를 적용하고, 작업공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00028
,
Figure 112020103897666-pat00029
를 적용할 수 있다.
이하, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 도출하는 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 관절 공간에서의 시간지연추정에 기초한 제어 알고리즘에 대해 설명한다.
n-DOF(Degrees Of Freedom) 로봇 매니퓰레이터의 동역학 식(Robot Dynamics and Control, Mark W. Spong and M. Vidyasagar, John Wiley & Sons 참조)은 관절 공간에서 다음 [식 1]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00030
[식 1]
여기에서
Figure 112020103897666-pat00031
는 관절각들로 구성된 벡터를 의미하고,
Figure 112020103897666-pat00032
는 관절 공간에서의 관성행렬,
Figure 112020103897666-pat00033
는 관절 공간에서의 코리올리 및 원심력(Coriolis and Centrifugal forces),
Figure 112020103897666-pat00034
는 관절 공간에서의 중력에 해당한다. 그리고
Figure 112020103897666-pat00035
는 마찰력 및 외란을 포함한 모델링 되지 않은 동역학을,
Figure 112020103897666-pat00036
는 각 관절에 인가되는 제어입력을 의미한다.
관절 공간 시간지연추정 알고리즘을 적용하고자 할 때 [식 1]은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00037
[식 2]
Figure 112020103897666-pat00038
[식 3]
여기에서
Figure 112020103897666-pat00039
는 관절 공간 시간지연추정에 사용되는 관성 게인 행렬이며, 상수 대각행렬의 형태를 지니고 있다.
[식 2]의 플랜트를 제어하기 위한 제어입력은 [식 4]와 같이 구성될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00040
[식 4]
Figure 112020103897666-pat00041
은 [식 3]을 추정하는 부분이며, 로봇의 각종 비선형 동역학을 내포하고 있다. 만약
Figure 112020103897666-pat00042
이 만족된다면, [식 2]에 [식 4]를 대입한 폐루프 오차동역학(closed-loop error dynamics)은
Figure 112020103897666-pat00043
의 형태가 되기 때문에,
Figure 112020103897666-pat00044
를 설계함에 따라 관절 공간에서 원하는 폐루프 오차 동역학을 구현할 수 있다.
한편, 플랜트는 일반적으로 제어기가 부착되기 전의 제어할 대상을 의미한다. 본 발명에서 플랜트는 로봇일 수 있다.
관절 공간 시간지연추정 기법에서는
Figure 112020103897666-pat00045
을 한 제어주기,
Figure 112020103897666-pat00046
이전의 값,
Figure 112020103897666-pat00047
을 통해 추정하는데 이는 [식 2]으로부터 [식 5]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00048
[식 5]
최종적으로 관절 공간 시간지연추정이 활용된 제어기법은, [식 4]에 [식 5]를 대입함으로써 [식 6]과 같이 표현된다.
Figure 112020103897666-pat00049
[식 6]
다음으로 작업 공간에서의 시간지연추정에 기초한 제어 알고리즘에 대해 설명한다.
작업 공간에서 시간지연추정을 적용하고자 할 경우에는, 관절 공간이 아닌 작업 공간 동역학 식을 기반으로 알고리즘이 구현된다. 작업 공간 동역학 식은 [식 7]과 같이 표현되는 자코비안(Jacobian) 행렬,
Figure 112020103897666-pat00050
의
Figure 112020103897666-pat00051
를 트랜스포즈(transpose)한 후, [식 2]의 양변에 곱함으로써 얻을 수 있다(P. H. Chang, J. W. Jung“Enhanced operational space formulation for multiple tasks by using time-delay estimation,”IEEE transactions on robotics, 2012. 참조).
Figure 112020103897666-pat00052
[식 7]
여기에서
Figure 112020103897666-pat00053
는
Figure 112020103897666-pat00054
과 같이 연산이 된다. [식 7]의 트랜스포즈를 [식 2]의 양변에 곱하면 다음과 같은 식이 얻어진다.
Figure 112020103897666-pat00055
[식 8]
이 때 작업 공간 좌표계에서 표현된 제어입력,
Figure 112020103897666-pat00056
를 통해
Figure 112020103897666-pat00057
가
Figure 112020103897666-pat00058
의 관계에 있음을 활용하면 [식 8]은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00059
[식 9]
마지막으로 작업 공간 좌표계,
Figure 112020103897666-pat00060
가
Figure 112020103897666-pat00061
와 같은 관계에 있기 때문에 [식 9]는 다음과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00062
[식 10]
Figure 112020103897666-pat00063
[식 11]
[식 10]의 플랜트를 제어하기 위한 작업 공간 제어입력은 [식 12]와 같이 구성될 수 있다. 각 관절에 전달되어야 하는 토크 지령은 [식 12]의 결과인
Figure 112020103897666-pat00064
를 통해 [식 13]과 같이 구해진다.
Figure 112020103897666-pat00065
[식 12]
Figure 112020103897666-pat00066
[식 13]
작업 공간 시간지연추정 기법에서는
Figure 112020103897666-pat00067
을 한 제어주기,
Figure 112020103897666-pat00068
이전의 값,
Figure 112020103897666-pat00069
을 통해 추정하는데 이는 [식 10]으로부터 [식 14]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00070
[식 14]
관절 공간 및 작업 공간에서의 시간지연추정은 [식 5] 및 [식 14]와 같이 사용되는 변수부터 전혀 다르며, 따라서 이를 위한 제어 알고리즘도 각각 구현되어야 하는 불편함을 발생시킨다.
따라서, 본 발명에서는 [식 5] 및 [식 14]와 같이 표현되는 관절 공간 및 작업 공간에서의 시간지연추정 알고리즘의 상관관계를 분석하여 이를 하나의 알고리즘으로 통합할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
[식 14]와 같이 연산되는 작업 공간 시간지연추정은 [식 11]에 의해 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00071
[식 15]
이때,
Figure 112020103897666-pat00072
를
Figure 112020103897666-pat00073
로 정의하면, [식 15]는 다음과 같이 표현 가능하다.
Figure 112020103897666-pat00074
[식 16]
또한, [식 12]에 [식 13] 및 [식 14]를 적용하면, 작업 공간 시간지연추정을 활용하는 제어방법은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00075
[식 17]
[식 17]과 같이
Figure 112020103897666-pat00076
은
Figure 112020103897666-pat00077
의 형태로 각 관절의 제어입력에 반영된다.
Figure 112020103897666-pat00078
은 [식 16]의 양변에
Figure 112020103897666-pat00079
를 곱하여 다음과 같이 얻을 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00080
[식 18]
여유자유도 로봇과 같이 특수한 경우가 아닌 대다수의 로봇에서
Figure 112020103897666-pat00081
는 정사각행렬이며, 이때
Figure 112020103897666-pat00082
이 성립한다. 따라서 [식 18]은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00083
[식 19]
[식 19]를 [식 17]에 적용하면, 관절 공간 시간지연추정을 활용한 제어입력을 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00084
[식 20]
로봇의 관절각 및 관절속도는 시간에 대해 연속적이기 때문에, 제어주기,
Figure 112020103897666-pat00085
과 같이 짧은 시간에 대해
Figure 112020103897666-pat00086
이 성립한다. 따라서 [식 20]은 다음과 같이 기술할 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00087
[식 21]
본 발명에서는 [식 12] 및 [식 13]과 같이 표현된 작업 공간 시간지연추정 기반의 제어방법을 [식 21]과 같은 형태로 유도하여 관절 공간 시간지연추정 기반의 제어방법인 [식 6]과 유사한 형태로 표현한다. [식 21]과 같은 형태의 제어입력은 [식 6]에서 시간지연추정에
Figure 112020103897666-pat00088
을 추가 적용하고
Figure 112020103897666-pat00089
대신
Figure 112020103897666-pat00090
을 적용하면 손쉽게 수정 구현이 가능하다.
기술된 바와 같은 과정들을 기반으로, 관절 공간과 작업 공간에서의 시간지연추정 기반 제어 방법은 다음과 같이 통합하여 구현할 수 있다.
Figure 112020103897666-pat00091
[식 22]
여기에서 관절 공간 시간지연추정이 활용되는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00092
,
Figure 112020103897666-pat00093
로 적용되며, 작업 공간 시간지연추정이 활용되는 경우에는
Figure 112020103897666-pat00094
,
Figure 112020103897666-pat00095
로 적용된다.
구체적으로,
Figure 112020103897666-pat00096
(epsilon)은 [식 22]를 관절공간 혹은 작업공간으로 적용하기 위해 사용자가 입력해주는 유저 입력 변수이다.
만일, [식 22]에서 epsilon=0, U=u을 대입하면 [식 6], 즉 관절공간 시간지연 기반 제어기가 된다.
반면, [식 22]에서 epsilon=1, U=J^(-1)u_x를 입력하면 [식 21], 즉 작업공간 시간지연 기반 제어기가 된다.
본 발명에서는 관절 공간과 작업 공간 각각에서의 시간지연추정 기반 제어 알고리즘의 두 수식을 분석해본 결과, [식 20]의 J^T*(delta) 만큼 차이가 있음을 알게 되었다. delta라는 것은 작은 제어주기 L에 대해 무시할 수 있을 만큼 작은 값이기 때문에(즉, L이 0에 근접할 때 delta는 0에 수렴함, L은 보통 1ms 수준), 이를 [식 22]와 같이 통합시켜 하나의 제어 알고리즘으로 구현할 수 있다. 하나로 통합된 제어 알고리즘을 통해 사용자는 작업공간/관절공간 알고리즘을 각각 구현할 필요가 없게 된다. 통합 알고리즘을 한 번만 코딩해 놓으면, 두 가지의 제어 알고리즘을 모두 사용할 수 있다.
한편, 작업공간 및 관절공간의 통합 제어 알고리즘을 생성하기 위해 본 발명에서 사용된 수학식들은 별도의 물리적인 의미가 부여되는 것은 아니다. 단지, 이러한 수학식들은 작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제어 알고리즘과 관절공간에서의 시간지연추정에 기초한 제어 알고리즘을 비교해서, 관절공간에서의 시간지연추정에 기초한 제어 알고리즘과 같은 형태로 통합하기 위해 중간 과정에서 사용되거나 도출되게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 제어 장치가 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 도출하는 과정을 도시한다.
본 발명에서 제안하는 작업공간 및 관절공간에서의 통합 시간지연추정 알고리즘 적용 방법은 다음 그림과 같이 구현될 수 있다.
제어 공간 선정부(110)에서는 요구되는 제어 공간에 따라
Figure 112020103897666-pat00097
을 결정한다.
시간지연추정 연산부(120)와 오차동역학 연산부(130)에서는 결정된
Figure 112020103897666-pat00098
에 따라
Figure 112020103897666-pat00099
및
Figure 112020103897666-pat00100
의 연산을 수행한다.
제어입력 연산부(140)에서는
Figure 112020103897666-pat00101
및
Figure 112020103897666-pat00102
을
Figure 112020103897666-pat00103
와 취합하여 각 관절에 전달될 제어입력을 연산한다.
여기서,
Figure 112020103897666-pat00104
는 시간지연추정 연산부의 출력이고,
Figure 112020103897666-pat00105
는 오차동역학 연산부의 출력이며,
Figure 112020103897666-pat00106
는 사용자가 입력하는 튜닝 게인이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 3의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 로봇 제어 장치(100) 일 수 있다.
도 3의 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.
100: 로봇 제어 장치 110: 제어 공간 선정부
120: 시간지연추정 연산부 130: 오차동역학 연산부
140: 제어입력 연산부

Claims (8)

  1. 로봇 제어 장치에 있어서,
    작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제1 제어 알고리즘을 생성하고, 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제2 제어 알고리즘을 생성하는 시간지연추정 연산부; 및
    상기 제1 제어 알고리즘과 상기 제2 제어 알고리즘의 상관관계를 반영하여 상기 제1 제어 알고리즘을 상기 제2 제어 알고리즘과 유사한 형태로 변환함으로써, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 생성하는 제어 입력 연산부를 포함하는, 로봇 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘은,
    Figure 112021146620118-pat00107
    로 구현되며,
    여기서,
    Figure 112021146620118-pat00108
    는 오차동역학 연산부의 출력,
    Figure 112021146620118-pat00109
    는 사용자가 입력하는 튜닝 이득, t는 시간, L은 제어 주기, τ(t)는 제어 입력, q(t)는 관절의 각도값들로 구성되는 벡터, J(t)는 자코비안 행렬인, 로봇 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 입력 연산부는,
    상기 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
    Figure 112020103897666-pat00110
    ,
    Figure 112020103897666-pat00111
    를 적용하고,
    상기 작업공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
    Figure 112020103897666-pat00112
    ,
    Figure 112020103897666-pat00113
    를 적용하는, 로봇 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 입력 연산부는,
    다음 식에 의해 로봇의 각 관절에 전달될 제어 입력을 연산하며,
    Figure 112020103897666-pat00114

    여기서,
    Figure 112020103897666-pat00115
    는 시간지연추정 연산부의 출력이고,
    Figure 112020103897666-pat00116
    는 오차동역학 연산부의 출력이며,
    Figure 112020103897666-pat00117
    는 사용자가 입력하는 튜닝 이득인, 로봇 제어 장치.
  5. 로봇 제어 방법에 있어서,
    작업공간에서의 시간지연추정에 기초한 제1 제어 알고리즘을 생성하는 단계;
    관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제2 제어 알고리즘을 생성하는 단계;
    상기 제1 제어 알고리즘과 상기 제2 제어 알고리즘의 상관관계를 반영하여 상기 제1 제어 알고리즘을 상기 제2 제어 알고리즘과 유사한 형태로 변환함으로써, 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘을 생성하는 단계를 포함하는, 로봇 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 작업공간 및 관절공간에서의 통합 제어 알고리즘은,
    Figure 112021146620118-pat00118
    로 구현되며,
    여기서,
    Figure 112021146620118-pat00119
    는 오차동역학 연산부의 출력,
    Figure 112021146620118-pat00120
    는 사용자가 입력하는 튜닝 이득, t는 시간, L은 제어 주기, τ(t)는 제어 입력, q(t)는 관절의 각도값들로 구성되는 벡터, J(t)는 자코비안 행렬인, 로봇 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 관절공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
    Figure 112020103897666-pat00121
    ,
    Figure 112020103897666-pat00122
    를 적용하고,
    상기 작업공간에서의 상기 시간지연추정에 기초한 제어를 수행하는 경우에는
    Figure 112020103897666-pat00123
    ,
    Figure 112020103897666-pat00124
    를 적용하는, 로봇 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    다음 식에 의해 로봇의 각 관절에 전달될 제어 입력을 연산하며,
    Figure 112020103897666-pat00125

    여기서,
    Figure 112020103897666-pat00126
    는 시간지연추정 연산부의 출력이고,
    Figure 112020103897666-pat00127
    는 오차동역학 연산부의 출력이며,
    Figure 112020103897666-pat00128
    는 사용자가 입력하는 튜닝 이득인, 로봇 제어 방법.
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