KR102479330B1

KR102479330B1 - 로봇 충돌 감지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102479330B1
Application number: KR1020200182625A
Authority: KR
Inventors: 김형철; 김상연; 진경복
Original assignee: (주)아스토; 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-12-21
Also published as: KR20220091276A

Abstract

본 발명은 로봇 충돌 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템은 로봇 외부에 장착되어 외부 압력을 감지하는 복수의 센서 어레이, 복수의 센서 어레이에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 검출하는 센서 인터페이스부 및 센서 인터페이스부에서 검출된 충돌 위치 및 충돌 방향을 기초로 로봇의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 센서 인터페이스부는 복수의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 외력이 감지된 순서와 감지된 크기를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단한다.

Description

로봇 충돌 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING ROBOT COLLOSION}

본 발명은 로봇 충돌 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 포인트에서의 압력을 감지하여 충돌 위치 및 충돌 방향을 정확히 검출할 수 있는 로봇 충돌 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근, 다양한 산업분야에서 복잡한 작업이나 반복적인 조작 등을 수행할 수 있는 로봇의 활용범위가 넓어지고 있으며, 특히 작업자와 작업공간을 공유하면서 물리적으로 상호작용을 할 수 있는 협동로봇에 대한 관심이 증가하고 있다.

한편, 인간과 로봇이 같은 작업공간을 공유할 경우, 복잡한 로봇의 움직임으로부터 작업자의 안전을 확보하는 기술이 요구된다. 또한, 로봇이 다른 로봇이나 장치, 물품 등과 충돌하여 파손이 일어나는 것을 방지하기 위한 기술도 필요하다.

이에, 센서에 기반하여 충돌을 방지하는 시스템이 개발되어 상용화되고 있으나, 기존의 충돌 방지 시스템은 복잡한 시스템으로 이루어질 뿐 아니라 주로 맞춤형으로 제작되어 제조 비용이 크며, 접촉위치, 접촉력 등의 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있다.

이에 따라, 간단한 구조를 가지면서도 충돌을 효과적으로 감지하여 로봇의 동작을 제어할 수 있는 시스템이 요구되고 있는 실정이다.

공개특허공보 제2020-0061900호(2020. 6. 3)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 구성으로 제조 비용을 절감할 수 있는 로봇 충돌 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 충돌위치 및 충돌방향에 기반하여 로봇의 동작을 제어함으로써, 안전사고 및 로봇의 파손을 방지할 수 있는 로봇 충돌 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템은 로봇 외부에 장착되어 외부 압력을 감지하는 복수의 센서 어레이, 복수의 센서 어레이에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 검출하는 센서 인터페이스부 및 센서 인터페이스부에서 검출된 충돌 위치 및 충돌 방향을 기초로 로봇의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 센서 인터페이스부는 복수의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 외력이 감지된 순서와 감지된 크기를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 센서 어레이는 로봇의 링크부 및 관절부에 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 센서 어레이는 로봇의 링크부에 장착되는 제1 센서 어레이 및 로봇의 관절부에 장착되는 제2 센서 어레이를 포함할 수 있으며, 제1 센서 어레이 및 제2 센서 어레이는 서로 다른 형태의 접촉 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센서 어레이는 유연 기판을 포함하는 제1 센서를 포함할 수 있으며, 제2 센서 어레이는 신축성 전극을 포함하는 제2 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 인터페이스부는 복수의 센서 어레이 중 하나의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 감지된 외력을 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 인터페이스부는 복수의 센서 어레이 중 서로 다른 두 개 이상의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 감지된 외력을 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 인터페이스부는 복수의 센서 어레이에서 감지된 외부 압력을 기초로 충돌 강도를 더 검출할 수 있으며, 제어부는 센서 인터페이스부에서 검출한 충돌 위치, 충돌 방향 및 충돌 강도를 기초로 로봇의 정지 또는 회피 이동을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 센서 어레이는 데이지 체인(daisy-chain) 방식으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 방법은 센서 어레이의 복수의 포인트에서의 압력을 감지하는 압력 감지 단계, 압력 감지 단계에서 감지된 압력 변화에 관한 정보를 통합하는 데이터 통합 단계, 데이터 통합 단계에서 검출된 정보를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단하는 충돌 판단 단계 및 충돌 위치 및 충돌 방향을 고려하여 로봇의 동작을 제어하는 동작 제어 단계를 포함한다. 충돌 판단 단계에서는 복수의 포인트에서 외력이 감지된 순서와 감지된 크기를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇 외부에 복수의 센서 어레이를 장착함으로써, 효과적으로 충돌을 감지할 수 있다.

또한, 복수의 포인트에서의 압력을 감지하여 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단함으로써, 충돌을 회피하는 방향으로 로봇의 동작을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템이 로봇에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 제1 센서 어레이를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 제2 센서 어레이를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇의 충돌을 감지하여 로봇의 동작을 제어하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 연결 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성요소의 크기, 두께, 위치 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템이 로봇에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 로봇(10)은 일반적으로 복수의 링크부(11) 및 복수의 관절부(12)를 포함할 수 있다. 링크부(11)는 적어도 하나의 관절부(12)를 매개로 연결되며, 관절부(12)를 통하여 로봇의 자유로운 동작을 구현할 수 있다. 이를 위해 각각의 관절부(12)는 모터, 액추에이터와 같은 구동부(미도시)와 연결되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 센서 어레이(110)는 로봇의 외부에 장착되어 외부 압력을 감지하는 기능을 수행한다. 센서 어레이(110)는 충돌을 감지하기 위하여 로봇(10)의 링크부(11) 및 관절부(12)를 전체적으로 감싸는 형태로 장착될 수 있다. 로봇(10)의 링크부(11) 및 관절부(12)에는 서로 다른 형태의 센서 어레이(110)가 장착될 수 있다. 즉, 로봇(10)의 링크부(11)에는 제1 센서 어레이가, 로봇(10)의 관절부(12)에는 제2 센서 어레이가 장착될 수 있으며, 제1 센서 어레이와 제2 센서 어레이는 서로 다른 형태의 접촉 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서 어레이는 전극이 형성된 유연 기판과 충격 흡수를 위해 상대적으로 두껍게 형성되는 보호층으로 이루어질 수 있고, 제2 센서 어레이는 회전, 비틀림 등의 다양한 운동을 수행할 수 있는 관절부를 적절히 보호하고 충돌을 감지하기 위하여 신축성 전극과 보호층으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템은 센서 어레이의 접촉 센서에서 압력 변화를 감지하고 이를 기초로 충돌 감지 및 그에 따른 로봇 동작을 제어하기 위한 것으로서, 이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 내부 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 내부 구성을 예시적으로 나타내는 도면으로서, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)은 센서 어레이(110), 센서 인터페이스부(120), 제어부(130), 구동부(140), 통신부(150) 및 데이터베이스부(160)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 센서 어레이(110)는, 상술한 바와 같이, 로봇(10)의 외부, 즉 로봇(10)의 링크부(11), 관절부(12) 등에 장착되어 외부 압력 변화에 관한 정보를 획득하는 기능을 수행한다. 센서 어레이(110)는 로봇(10)의 링크부(11)에 장착하기 위한 제1 센서 어레이(111)와 로봇의 관절부(12)에 장착하기 위한 제2 센서 어레이(112)를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 제1 센서 어레이를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면 제1 센서 어레이(111)는 제1 센서(111a) 및 제1 커버(111e)를 포함한다.

제1 센서 어레이(111)의 제1 센서(111a)는 유연 기판을 포함하는 접촉 센서로서, 도 4를 참조하면 제1 센서(111a)는 유연 기판(111b)과 유연 기판(111b) 상에 형성된 복수의 전극(111c) 및 저항층(111d)을 포함한다. 유연 기판(111b)은 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리디메틸실록산(polydemethylsiloxane, PDMS)과 같은 유연한 재질의 수지로 이루어질 수 있으며, 복수의 전극(111c)은 금속, 탄소 등의 공지의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 저항층(111d)은 탄소 기반의 압저항 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 환원된 산화그래핀 등을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제1 센서(111a)는 한 쌍의 유연 기판, 즉 제1 유연 기판(111ba)과 제2 유연 기판(111bb)을 포함한다. 제1 유연 기판(111ba)과 제2 유연 기판(111bb)은 복수의 전극(111c)이 서로 엇갈리도록, 바람직하게는 직교하도록 배치된다. 이에 따라, 제1 센서(111a) 상의 한 포인트에서 압력이 인가되면 제1 유연 기판(111ba)과 제2 유연 기판(111bb) 상의 해당 부분에서의 저항의 변화를 통해 압력 변화를 감지할 수 있다.

제1 센서 어레이(111)의 제1 커버(111e)는 외부 압력을 제1 센서(111a)로 전달하면서 외부 충격을 흡수하여 로봇(10)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해 제1 커버(111e)는 탄성이 있고 유연한 재질, 예를 들어 폴리우레탄으로 이루어질 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 제2 센서 어레이를 나타내는 도면으로, 도 5를 참조하면 제2 센서 어레이(112)는 제2 센서(112a) 및 제2 커버(112e)를 포함한다.

제2 센서 어레이(112)의 제2 센서(112a)는 신축성 전극을 포함하는 접촉 센서로서, 도 5 및 도 6을 참조하면 제2 센서(112a)는 한 쌍의 신축성 전극(112c)과 그 사이에 개재되는 압저항 젤(112d)을 포함한다. 신축성 전극(112c)은 연성 또는 탄성이 있는 신축성 물질에 전도성 물질이 혼합되어 이루어질 수 있으며, 신축성 물질로는 폴리디메틸실록산(polydemethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리에스테르(polyester), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 열가소성 러버(thermoplastic rubber, 실리콘 러버(silicone rubber) 중 하나 이상을 사용할 수 있고, 전도성 물질로는 전도성 폴리머, 금속 나노와이어, 금속 나노입자, 탄소 나노튜브, 그래핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한 쌍의 신축성 전극(112c)은 압저항 젤(112d)을 사이에 두고 서로 교차되도록 배치되며, 바람직하게는 직교하도록 배치된다. 이에 따라, 제2 센서(112a) 상의 한 포인트에서 압력이 인가되면 이에 대응하는 압저항 젤(112d)의 저항이 낮아지게 되며, 해당 부분에서 교차하는 한 쌍의 신축성 전극(112c)을 통한 전류의 변화에 의해 압력 변화를 감지할 수 있다.

제2 센서 어레이(112)의 제2 커버(112e)는 제2 센서(112a)의 상부와 하부에 배치되어, 제2 센서(112a)의 전극을 절연하면서 외부 압력을 제2 센서(112a)로 전달하는 기능을 수행한다. 제2 커버(112e)는 절연체로서 신축성 있는 재질, 예를 들어 실리콘으로 이루어 질 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 센서 인터페이스부(120)는 센서 어레이(110)에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌을 감지하는 기능을 수행한다. 상술한 바와 같이, 센서 어레이(110)는 각각 복수의 포인트에서 압력 변화를 감지할 수 있으며, 센서 인터페이스부(120)는 이를 기초로 로봇의 충돌 여부, 충돌 위치, 충돌 강도, 충돌 방향 등을 검출할 수 있다.

센서 인터페이스부(120)는 센서 어레이(110)에서 압력 변화가 감지되는 경우 압력 변화가 사전 설정된 값보다 크면 충돌이 있는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 압력 변화가 감지된 센서 어레이(110)의 포인트를 충돌 위치로 판단할 수 있으며, 사전 설정된 방식에 따라 해당 포인트에서 감지된 압력 변화의 크기에 기초로 충돌 강도를 판단할 수 있다.

또한, 센서 인터페이스부(120)는 센서 어레이(110)의 복수의 포인트에서 압력 변화가 감지된 경우, 압력 변화가 감지되는 순서에 기초하여 충돌 방향을 판단할 수 있다. 예를 들어, 임의의 센서 어레이(110)의 제1 포인트에서 압력 변화가 감지되고 이어서 제2 포인트에서 압력 변화가 감지된 경우, 제1 포인트에서 제2 포인트 방향으로 충돌이 일어난 것으로 판단할 수 있다. 즉, 시간차를 두고 복수의 포인트에서 압력 변화가 감지된 경우, 첫 번째로 압력이 감지된 포인트에서 마지막으로 압력이 감지된 포인트 방향으로 충돌이 발생했다고 판단할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 하나의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌 방향을 판단할 수 있으며, 이와 달리 서로 다른 두 개 이상의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌 방향을 판단할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 제어부(130)는 센서 인터페이스부(120)에서 검출된 결과를 기초로 로봇(10)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 제어부(130)는 센서 인터페이스부(120) 및 후술하는 구동부(140)와 연결될 수 있다.

이밖에 제어부(130)는 통신부(150) 및 데이터베이스부(160)와도 연결될 수 있으며, 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 외부로부터의/로의 데이터 흐름 또는 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 각 구성요소 간의 데이터 흐름을 제어함으로써, 센서 어레이(110), 센서 인터페이스부(120), 구동부(140), 통신부(150) 및 데이터베이스부(160)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 할 수 있다.

제어부(130)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.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 구동부(140)는 로봇(10)을 구동하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 구동부(140)는 로봇(10)의 관절부(12)와 엔드 이펙터 등에 연결되는 모터, 액추에이터 등을 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 센서 인터페이스부(120)에서 검출한 충돌에 관한 정보를 기초로 제어부(130)에서 지시가 있는 경우, 사전 설정된 동작을 멈추고 긴급 정지 내지 회피 이동 이동을 실행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 통신부(150)는 센서 어레이(110), 센서 인터페이스부(120), 제어부(130), 구동부(140), 통신부(150) 및 데어터베이스부(160)로부터의/로의 데이터 송수신이 가능하도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(150)는 유선 통신이나 무선 통신과 같은 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 무선 통신으로서 와이파이(WiFi) 통신, 와이파이 다이렉트(WiFi-Direct) 통신, 롱텀 에볼루션(LTE; Long Term Evolution) 통신, 블루투스 통신(더 구체적으로는, 저전력 블루투스(BLE; Bluetooth Low Energy) 통신), 적외선 통신, 초음파 통신 등과 같은 종래의 통신 방법을 적어도 그 일부분에 있어서 구현하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)의 데이터베이스부(160)는 로봇 충돌 감지 시스템을 운영하는 데 필요한 데이터를 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스부(160)에 저장되는 데이터는 실시간 압력 변화에 관한 정보, 압력 변화와 충돌의 상관 관계에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.

이 외에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템(100)은 디스플레이부(미도시)를 더 포함하여 센서 인터페이스부(120)에서 검출한 압력 변화 및 크기에 에 관한 정보를 시각적으로 표시할 수 있다.

이하에서는 로봇 충돌 감지 시스템(100)을 통해 로봇 충돌을 감지하는 방법을 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 방법을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇의 충돌을 감지하여 로봇의 동작을 제어하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 우선 로봇의 외부에 장착되는 복수의 센서 어레이에서 복수의 포인트에서의 압력을 감지한다(S110). 상술한 바와 같이 센서 어레이는 서로 다른 형태의 접촉 센서를 갖는 센서 어레이가 각각 로봇의 링크부와 관절부에 장착되어 로봇의 외부 전체에서의 압력 변화를 감지할 수 있다(도 8의 (a) 참조).

센서 어레이에서 압력 변화가 감지되면, 감지된 압력 변화에 관한 정보를 센서 인터페이스부에서 통합한다(S120)(도 8의 (b) 참조). 구체적으로, 센서 인터페이스부는 각각의 센서 어레이와 연결되어 압력 감지 위치 및 시간을 실시간으로 기록함으로써 데이터를 통합할 수 있다. 이 과정에서 센서 인터페이스부는 각각의 센서 어레이로부터 출력되는 압력 변화에 관한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터를 통합 관리하게 되고, 데이터의 입출력에는 GPIO(general purpose input output)를 사용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 충돌 감지 시스템의 연결 구조를 예시적으로 나타내는 도면으로, 도 9를 참조하면 본 실시예에서는 데이지 체인(daisy chain) 구조를 통해 복수의 센서 어레이에서 측정한 데이터를 연동, 통합할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 복수의 센서 어레이가 엔드 그리퍼 측의 센서 어레이부터 순차적으로 연결되고 마지막의 센서 어레이가 센서 인터페이스부 및 제어부에 연결될 수 있다. 또한, 각각의 센서 어레이는 각기 개별 제어기에 연결되고, 각각의 개별 제어기가 순차적으로 연결되는 방식으로 연결이 이루어질 수도 있다.

압력 변화에 관한 데이터를 통합한 후 센서 인터페이스부에서 취득한 정보, 즉 센서 어레이로부터 검출된 정보를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단한다(S130). 앞서 설명한 바와 같이, 압력 변화가 감지된 포인트와 압력 변화의 크기를 기초로 충돌 여부, 충돌 위치 및 충돌 강도를 판단할 수 있다. 또한, 복수의 포인트에서 압력 변화가 감지된 경우에는 압력 변화가 감지된 순서를 기초로 충돌 방향을 판단할 수 있다. 예를 들어, 시간차를 가지고 제1 포인트, 제2 포인트, 제3 포인트에서 순차적으로 압력이 감지된 경우, 제1 포인트에서 제3 포인트 방향을 따라 충돌이 발생했다고 판단할 수 있다. 도 8의 (c)는 복수의 포인트에서 압력 변화가 감지된 경우 그 위치와 크기를 매핑한 것으로서, 이를 기초로 도 8의 (d)에서와 같이 로봇에서의 충돌 위치를 판단하게 된다.

충돌 판단 단계(S130)에서 충돌이 있는 것으로 판단되는 경우에는 충돌 위치, 충돌 강도, 충돌 방향 등을 고려하여 로봇의 동작을 제어한다(S140). 구체적으로, 제어부(130)에서 충돌 판단 단계(S130)에서 도출된 정보를 수신하여 로봇의 동작을 제어하는 제어신호를 구동부(140)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 구동부로 하여금 긴급 정지 명령을 내리거나 충돌 방향과 다른 방향, 예를 들어 충돌 방향과 반대 방향으로 로봇을 구동하는 명령을 내릴 수 있다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 포인트에서의 압력 변화를 감지하고 통합하여 압력감지 순서를 기초로 충돌 위치, 충돌 방향 등을 도출하며, 로봇의 파손이나 안전 사고를 피하도록 로봇의 동작을 제어함으로써 로봇 충돌에 의한 사고를 최소화할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 로봇
11: 링크부 12: 관절부
100: 로봇 충돌 감지 시스템
110: 센서 어레이
111: 제1 센서 어레이
111a: 제1 센서 111b(111ba, 111bb): 유연 기판
111c: 전극 111d: 저항층
111e: 제1 커버
112: 제2 센서 어레이
112a: 제2 센서 112c: 신축성 전극
112d: 압저항 젤 112e: 제2 커버
120: 센서 인터페이스부
130: 제어부
140: 구동부
150: 통신부
160: 데이터베이스부

Claims

로봇 외부에 장착되어 외부 압력을 감지하는 복수의 센서 어레이,
상기 복수의 센서 어레이에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 검출하는 센서 인터페이스부 및
상기 센서 인터페이스부에서 검출된 충돌 위치 및 충돌 방향을 기초로 상기 로봇의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 복수의 센서 어레이는 상기 로봇의 링크부에 장착되는 제1 센서 어레이 및 상기 로봇의 관절부에 장착되는 제2 센서 어레이를 포함하고,
상기 제1 센서 어레이는 유연 기판을 포함하는 접촉 센서를 포함하고,
상기 제2 센서 어레이는 한 쌍의 신축성 전극과 상기 한 쌍의 신축성 전극 사이에 개재되는 압저항 젤을 포함하는 접촉 센서를 포함하고, 상기 압저항 젤은 압력이 인가될 때 저항이 낮아지는 특성을 갖고,
상기 센서 인터페이스부는 상기 복수의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 외력이 감지된 순서와 감지된 크기를 기초로 충돌 위치 및 충돌 방향을 판단하며, 상기 복수의 센서 어레이 중 서로 다른 두 개 이상의 센서 어레이의 복수의 포인트에서 시간차를 두고 외력이 감지된 경우, 첫 번째로 외력이 감지된 포인트에서 마지막으로 외력이 감지된 포인트 방향으로 충돌이 발생한 것으로 판단하는,
로봇 충돌 감지 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 센서 인터페이스부는 상기 복수의 센서 어레이에서 감지된 압력 변화를 기초로 충돌 강도를 더 검출하고,
상기 제어부는 상기 센서 인터페이스부에서 검출한 충돌 위치, 충돌 방향 및 충돌 강도를 기초로 로봇의 정지 또는 회피 이동을 제어하는, 로봇 충돌 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서 어레이는 데이지 체인(daisy-chain) 방식으로 연결되는, 로봇 충돌 감지 시스템.
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