KR102596214B1

KR102596214B1 - 로봇의 이상감지 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102596214B1
Application number: KR1020190080560A
Authority: KR
Inventors: 송준걸
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2023-11-01
Also published as: KR20210004314A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템은, 모터가 설정 회전각으로 회전하도록 모터를 제어하는 모터 제어유닛; 모터의 전류 신호를 측정하는 전류 센서; 모터가 설정 회전각으로 회전하기 위해 모터에 요구되는 필요 전류신호를 산출하는 전류 산출유닛; 및 전류 센서에서 측정된 실제 전류신호의 파형과 전류 산출유닛에서 산출된 필요 전류신호의 파형 간의 유사성(similarity)을 수치화하여 이상 상태 여부를 판단하는 유사성 판단유닛을 포함할 수 있다.

Description

로봇의 이상감지 시스템 및 그 제어방법{A SYSTEM FOR DETECTING THE ABNORMALITY OF ROBOT AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

로봇의 이상감지 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일 부분을 담당하여 왔다. 최근에는 로봇을 응용한 분야가 더욱 확대되어, 의료용 로봇, 우주 항공 로봇 등이 개발되고, 일반 가정에서 사용할 수 있는 가정용 로봇도 만들어지고 있다.

하지만 이러한 로봇들은 사용자가 이상 유무를 수시로 체크하고 관리를 해줘야 하는 문제점을 안고 있으며, 상기 문제점을 해결하기 위해 다양한 기술들이 제안되었다.

일례로, 선행 특허 1(KR10-2005-0106289A)에는 로봇 구동시에 사용된 전류량을 기반으로 하여 서보 모터의 성능 및 노후 정도를 판단하는 시스템 및 방법이 개시된다. 그러나, 상기 선행 특허 1에 개시된 시스템 및 방법은 모터 이외의 고장을 감지하기가 어려우며, 항상 일정한 환경에서 정해진 업무만을 수행하는 산업용 로봇에만 적용이 가능한 한계가 있다.

다른 예로, 선행 특허 2(KR10-2012-0116313A)에는 진동 및 소음 데이터를 분석하여 산업용 로봇의 고장 여부를 감지하는 장치 및 방법이 개시된다. 그러나, 상기 선행 특허 2에 개시된 장치 및 시스템은 고가의 진동/소음 센서를 필요로 하므로 가격 경쟁력이 떨어지는 한계가 있다.

KR10-2005-0106289A (2005.11.09. 공개) KR10-2012-0116313A (2012.10.22. 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비교적 저가인 전류 센서를 사용하여 고장 여부를 정밀하게 판단 가능한 로봇의 이상감지 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템은, 모터의 실제 전류 신호와 모터에 요구되는 필요 전류신호 사이의 유사성을 수치화하는 유사성 판단유닛을 포함함으로써, 상기 유사성에 따른 로봇의 이상을 판단할 수 있다.

좀 더 상세히, 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템은, 모터가 설정 회전각으로 회전하도록 상기 모터를 제어하는 모터 제어유닛; 상기 모터의 전류 신호를 측정하는 전류 센서; 상기 모터가 상기 설정 회전각으로 회전하기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호를 산출하는 전류 산출유닛; 및 상기 전류 센서에서 측정된 실제 전류신호의 파형과 상기 전류 산출유닛에서 산출된 필요 전류신호의 파형 간의 유사성(similarity)을 수치화하여 이상 상태 여부를 판단하는 유사성 판단유닛을 포함할 수 있다.

상기 유사성 판단유닛은, 상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 상기 모터 제어유닛에 모터 정지명령을 전달할 수 있다.

상기 유사성 판단유닛은, 상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 출력 유닛에 이상 알림표시 명령을 전달할 수 있다.

상기 모터의 회전각을 측정하는 엔코더; 및 상기 엔코더에서 측정된 실제 회전각을 상기 설정 회전각과 비교하여 이상 상태를 판단하는 회전각 비교유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 회전각 비교유닛은, 상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 상기 모터 제어유닛에 모터 정지명령을 전달할 수 있다.

상기 유사성 판단유닛은, 상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 출력 유닛에 이상 알림표시 명령을 전달할 수 있다.

상기 회전각 비교유닛은, 상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면 상기 유사성 판단유닛으로 유사성 판단 명령을 전달할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템은, 모터가 회전하도록 설정된 설정 회전각과 모터의 실제 회전각을 비교하는 회전각 비교유닛을 포함함으로써, 상기 설정 회전각과 상기 실제 회전각의 차이에 따른 로봇의 이상을 우선적으로 판단할 수 있다.

회전각 비교유닛이 로봇을 정상 상태라 판단하면, 유사성 판단 유닛은 모터의 실제 전류 신호와 모터에 요구되는 필요 전류신호 사이의 유사성에 따른 로봇의 이상을 판단할 수 있다.

좀 더 상세히, 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템은, 모터의 회전각을 측정하는 엔코더; 상기 모터가 설정 회전각으로 회전하도록 상기 모터를 제어하는 모터 제어유닛; 상기 엔코더에서 측정된 실제 회전각을 상기 설정 회전각과 비교하여 이상 상태 여부를 판단하는 회전각 비교유닛; 상기 모터의 전류신호를 측정하는 전류 센서; 상기 모터가 상기 설정 회전각으로 가동되기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호를 산출하는 전류 산출유닛; 및 상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면, 상기 전류 센서에서 측정된 실제 전류신호의 파형과 상기 전류 산출유닛에서 산출된 필요 전류신호의 파형의 유사성(similarity)을 비교하여 이상 상태 여부를 판단하는 유사성 판단유닛을 포함할 수 있다.

상기 유사성 판단유닛은, 상기 필요 전류신호의 파형에 대응되는 제1함수와 상기 실제 전류신호의 파형에 대응되는 제2함수를 교차상관(Cross-correlation) 또는 합성곱(Convolution)하여 상기 유사성을 수치화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템의 제어 방법은, 모터의 실제 전류 신호와 모터에 요구되는 필요 전류신호 사이의 유사성이 기설정된 범위 이내인지를 판단함으로써 로봇의 이상을 감지할 수 있다.

좀 더 상세히, 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템의 제어 방법은, 모터가 설정 회전각으로 회전하기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호의 파형을 산출하는 단계; 상기 모터의 실제 전류신호의 파형을 측정하는 단계; 상기 필요 전류신호의 파형과 상기 실제 전류신호의 파형의 유사성(similarity)을 수치화하는 단계; 및 상기 유사성이 기설정된 범위 이내인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면, 상기 모터를 정지시키는 단계; 및/또는 출력 유닛에 이상 알림을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템의 제어 방법은, 모터의 설정 회전각과 실제 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내인지 우선적으로 판단하고, 설정 회전각과 실제 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면 모터의 실제 전류 신호와 모터에 요구되는 필요 전류신호 사이의 유사성에 따른 로봇의 이상을 판단할 수 있다.

좀 더 상세히, 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템의 제어 방법은, 모터가 설정 회전각으로 회전하도록 상기 모터에 회전 명령을 전달하는 단계; 상기 모터의 실제 회전각을 측정하는 단계; 상기 설정 회전각과 상기 실제 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내인지 판단하는 단계; 상기 설정 회전각과 상기 실제 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면, 상기 모터가 상기 설정 회전각으로 회전하기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호의 파형을 계산하는 단계; 상기 모터의 실제 전류신호의 파형을 측정하는 단계; 상기 필요 전류신호의 파형과 상기 실제 전류신호의 파형의 유사성(similarity)을 수치화하는 단계; 상기 유사성이 기설정된 범위 이내인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하거나, 상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면, 상기 모터를 정지시키는 단계; 및/또는 출력 유닛에 이상 알림을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모터의 실제 전류신호의 파형과 실제 전류 신호의 파형 사이의 유사성에 따라 로봇의 이상을 판단할 수 있다. 이로써, 고가이거나 높은 정밀도를 갖는 별도의 센서가 없이도 로봇의 이상을 용이하게 감지할 수 있다.

또한, 모터의 실제 전류신호와 설정 전류신호 각각의 파형간의 유사성을 판단하므로, 전류 신호를 단순 비교하는 경우와 비교하여 감지의 정밀도가 향상될 뿐만 아니라, 기계적인 부품의 파라미터(마찰 계수 등)가 일정하게 유지되지 않는 경우에도 감지의 신뢰성이 유지될 수 있다.

또한, 모터의 실제 회전각과 설정 회전각의 차이에 따라 로봇의 이상을 감지하는 제1이상감지 알고리즘은, 모터의 실제 전류신호 파형과 설정 전류신호 파형의 유사성을 판단하여 로봇의 이상을 감지하는 제2이상감지 알고리즘보다 우선적으로 수행될 수 있다. 이로써, 서로 다른 알고리즘으로 로봇의 이상을 판단하므로 이상감지 시스템의 신뢰성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 제1이상감지 알고리즘에 의해 로봇의 이상이 감지되면 상기 제2이상감지 알고리즘을 수행할 필요가 없으므로 불필요한 연산을 방지하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템이 적용되는 로봇의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제어 블록도이다.
도 3a 내지 도 3c는 실제 전류신호의 파형과 필요 전류신호의 파형의 유사성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제1이상감지 알고리즘의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제2이상감지 알고리즘의 순서도이다.
도 6은 다른 방법으로 실제 전류신호의 파형과 필요 전류신호의 파형의 유사성을 판단하기 위한 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템이 적용되는 로봇의 예시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상감지 시스템(10)(이하, 이상감지 시스템)을 포함하는 로봇(1)은 산업용 로봇에 한정되지 않으며 가정용 로봇으로 활용될 수 있다. 또한, 도 1에는 로봇팔만이 개략적으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 모터(4)를 포함하는 모든 로봇에 적용 가능함을 밝힌다.

로봇(1)은 링크(2)와, 링크(2)를 관절(3)에 대해 가동시키는 모터(4)를 포함할 수 있다. 링크(2)는 복수개일 수 있으며, 복수개의 링크(2)은 관절(3)에 의해 서로 연결될 수 있다.

최종 조작부(G)에 가까운 링크(2)를 가동시키는 모터(4)에는 상대적으로 작은 부하가 걸릴 수 있고, 최종 조작부(G)로부터 먼 링크(2)를 가동시키는 모터(4)에는 상대적으로 큰 부하가 걸릴 수 있다.

즉, 각 모터(4)의 스펙 및 필요 전류는 서로 상이할 수 있다. 후술할 이상 감지 시스템(10)는 각 모터(4)의 이상을 개별적으로 진단할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제어 블록도이고, 도 3a 내지 도 3c는 실제 전류신호의 파형과 필요 전류신호의 파형의 유사성을 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템(10)은 모터 제어유닛(11)과, 토크 연산 유닛(12)과, 전류 산출유닛(13)과, 전류 센서(14)와, 유사성 판단유닛(15)을 포함할 수 있다.

모터 제어유닛(11)은 모터(4)와 전기적으로 연결될 수 있다. 모터 제어유닛은 모터(4)에 가동명령을 내려 모터(4)의 회전을 제어할 수 있다. 좀 더 상세히, 모터 제어유닛(11)은 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하도록 모터(4)를 제어할 수 있다. 즉, 모터 제어유닛(11)은 모터(4)와 통신하여 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하도록 하는 제어 명령을 모터(4)로 전달할 수 있다.

토크 연산유닛(12)은 모터 제어유닛(11)과 통신할 수 있고, 모터 제어유닛(11)으로부터 설정 회전각(d1)을 전달받을 수 있다. 토크 연산유닛(12)은 모터(4)가 설정 회전각(d1)만큼 회전하기 위해 모터(4)에 요구되는 토크, 즉 부하를 연산할 수 있다.

모터(4)에 요구되는 토크는, 관절(3)과 링크(2)의 마찰에 의한 마찰 부하와, 최종 조작부(G)를 명령대로 조작하기 위해 각 링크(4)에 요구되는 동역학 부하를 포함할 수 있다. 상기 동역학 부하는, 관성, 코리올리 효과 및 중력에 의해 발생할 수 있으며, 조종자 역학(manipulator dynamics) 적 해석에 의해 계산될 수 있다. 일례로, 상기 동역학 부하는 Recursive Newton-Euler method에 따라 계산될 수 있다. 이러한 해석 및 계산 방법은 주지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

전류 산출유닛(13)은 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하기 위해 모터(4)에 요구되는 필요 전류신호(i1)를 산출할 수 있다.

좀 더 상세히, 전류 산출유닛(13)은 토크 연산유닛(12)과 통신하여 토크 연산유닛(12)으로부터 필요 토크를 전달 받을 수 있다. 각 모터(4)는 발생 토크와 그에 필요한 전류신호 간의 상관관계를 가질 수 있으며, 전류 산출유닛(13)에는 상기 상관관계의 데이터가 기 저장되어 있을 수 있다.

전류 산출유닛(13)은 상기 필요 토크로부터 설정 회전각(d1)으로 회전하기 위해 모터(4)에 요구되는 필요 전류신호(i1)를 산출할 수 있다.

전류센서(14)는 모터(4)에 연결되어 모터(4)의 전류 신호를 측정할 수 있다. 즉, 전류 센서(14)는 모터(4)에 인가되는 실제 전류신호(i2)을 측정할 수 있다.

유사성 판단유닛(15)은 전류 센서(14)에서 측정된 실제 전류신호(i2)의 파형와 전류 산출유닛(13)에서 산출된 필요 전류신호(i1)의 파형 간 유사성(similarity)을 수치화하여 이상 상태 여부를 판단할 수 있다.

좀 더 상세히, 유사성 판단유닛(15)은 전류 산출유닛(13)과 통신하여, 전류 산출유닛(13)으로부터 필요 전류신호(i1)를 전달받을 수 있다. 또한, 유사성 판단유닛(15)은 전류 센서(14)와 통신하여, 전류 센서(14)로부터 실제 전류신호(i2)를 전달받을 수 있다.

유사성 판단유닛(15)은 필요 전류신호(i1)의 파형과 실제 전류신호(i2)의 파형을 비교하여 상호간의 유사성을 수치화할 수 있다.

유사성 판단유닛(15)은 상기 필요 전류신호(i1)의 파형에 대응되는 제1함수 f(t)와 실제 전류신호(i2)의 파형에 대응되는 제2함수 g(t)를 교차상관(Cross-correlation) 또는 합성곱(Convolution)하여 상호간 유사성을 수치화할 수 있다. 상기 제1함수 f(t) 및 제2함수 g(t)는 시간 영역의 함수일 수 있다.

상기 제1함수 f(t) 및 제2함수 g(t)의 합성곱(Convolution)은 다음과 같이 정의될 수 있다.

상기 제1함수 f(t) 및 제2함수 g(t)의 교차상관(Cross-correlation)은 다음과 같이 정의될 수 있다.

이하에서는 유사성 판단유닛(15)이 교차상관(Cross-correlation)에 의해 유사성을 수치화하는 경우를 예로 들어 설명한다.

상기 유사성은 상관관계(correlation)으로 명명될 수 있으며, -1과 1 사이의 값을 가질 수 있다. 필요 전류신호(i1) 및 실제 전류신호(i2)가 서로 유사할수록 유사성의 수치는 1에 가까워지고, 필요 전류신호(i1) 및 실제 전류신호(i2)가 서로 상이할수록 유사성의 수치는 -1에 가까워진다.

도 3a 내지 도 3c에는 필요 전류신호의 파형과 실제 전류신호의 파형을 비교한 그래프가 도시된다. 도 3a 내지 도 3c에 표시된"Reference"는 제1함수 f(t)를 의미하고, "Measured"는 제2함수 g(t)를 의미할 수 있다.

도 3a에 도시된 제1함수 f(t) 및 제2함수 g(t)는 거의 완전히 상반되며, 둘 사이의 유사성은 -0.9999995이다.

도 3b에 도시된 제1함수 f(t) 및 제2함수 g(t)는 거의 일치하며 둘 사이의 유사성은 0.99995이다.

도 3c에 도시된 제1함수 f(t) 및 제2함수 g(t)는 어느 정도 일치하며 둘 사이의 유사성은 0.7775081이다.

유사성 판단유닛(15)은 유사성이 기설정된 설정범위 이내이면 로봇(1)을 정상 상태(normal state)로 판단할 수 있다. 반면, 유사성 판단유닛(15)은 유사성이 상기 설정범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상상태(abnormal state)로 판단할 수 있다.

상기 설정범위는 로봇(1)의 초기 구동 시에 계산된 초기 유사성과, 로봇(1)의 생산시 설정된 초기 설정범위을 기초로 결정될 수 있다. 즉, 상기 설정범위는 로봇(1)의 초기 구동 이후에 설정될 수 있다.

일례로, 상기 초기 유사성이 상기 초기 설정범위 이내이면 설정 범위는 상기 초기 설정범위와 동일하게 결정될 수 있다. 반면 상기 초기 유사성이 상기 초기 설정범위를 벗어나면 설정 범위는 상기 초기 설정범위보다 넓게 결정될 수 있다.

이로써, 로봇(1)의 사용 환경, 예를 들면 최종 조작부(G)(도 1 참조)에 의해 그립되는 대상물의 무게에 따라 설정범위가 보정될 수 있는 이점이 있다.

유사성 판단유닛(15)에 의해 로봇(1)의 이상상태(abnormal state)가 판단되면, 출력 유닛(6)에 이상 알림이 표시될 수 있다. 즉, 유사성 판단유닛(15)은 이상상태(abnormal state)를 판단하면 출력 유닛(6)와 통신하여 출력 유닛(6)에 이상 알림표시 명령을 전달할 수 있다. 출력 유닛(6)는 스피커, 디스플레이 등과 같이 로봇의 정보를 사용자에게 출력하기 위한 구성일 수 있으며 그 종류는 한정되지 않는다.

또한, 유사성 판단유닛(15)에 의해 로봇(1)의 이상상태(abnormal state)가 판단되면, 모터(4)의 구동이 정지될 수 있다. 즉, 유사성 판단유닛(15)은 이상상태(abnormal state)를 판단하면 모터 제어유닛(11)와 통신하여 모터 제어유닛(11)에 모터 정지명령을 전달할 수 있다. 모터 정지명령을 전달받은 모터 제어유닛(11)은 모터(4)를 정지 제어할 수 있다.

한편, 이상감지 시스템(10)은 엔코더(16) 및 회전각 비교유닛(17)을 더 포함할 수 있다.

엔코더(16)는 모터(4)에 연결되어 모터(4)의 구동과 관련된 각종 상태를 감지할 수 있다. 일례로, 엔코더(16)는 모터(4)의 실제 회전각(d2)을 측정할 수 있다.

회전각 비교유닛(17)은 엔코더(16)에서 측정된 실제 회전각(d2)을 상기 설정 회전각(d1)과 비교하여 로봇(1)의 이상 상태를 판단할 수 있다.

좀 더 상세히, 회전각 비교유닛(17)은 엔코더(16)와 통신하여 엔코더(16)로부터 모터(4)의 실제 회전각(d2)을 전달받을 수 있다. 또한, 회전각 비교유닛(17)은 모터 제어유닛(11)과 통신할 수 있고, 모터 제어유닛(11)으로부터 설정 회전각(d1)을 전달받을 수 있다.

회전각 비교유닛(17)은 설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이가 기설정된 설정범위 이내이면 로봇(1)을 정상 상태(normal state)로 판단할 수 있다. 반면, 회전각 비교유닛(17)은 설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이가 상기 설정범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상상태(abnormal state)로 판단할 수 있다.

회전각 비교유닛(17)에 의해 로봇(1)의 이상상태(abnormal state)가 판단되면, 출력 유닛(6)에 이상 알림이 표시될 수 있다. 즉, 회전각 비교유닛(17)은 이상상태(abnormal state)를 판단하면 출력 유닛(6)와 통신하여 출력 유닛(6)에 이상 알림표시 명령을 전달할 수 있다.

또한, 회전각 비교유닛(17)에 의해 로봇(1)의 이상상태(abnormal state)가 판단되면, 모터(4)의 구동이 정지될 수 있다. 즉, 회전각 비교유닛(17)은 이상상태(abnormal state)를 판단하면 모터 제어유닛(11)와 통신하여 모터 제어유닛(11)에 모터 정지명령을 전달할 수 있다. 모터 정지명령을 전달받은 모터 제어유닛(11)은 모터(4)를 정지 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제1이상감지 알고리즘의 순서도이다.

본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제어 방법은, 설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이에 따라 로봇(1)의 이상을 감지하는 제1이상감지 알고리즘과, 필요 전류신호(i1)의 파형과 실제 전류신호(i2)의 파형 사이의 유사성을 수치화하여 로봇(1)의 이상을 감지하는 제2이상감지 알고리즘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이하에서는, 이상감지 시스템의 제어 방법이 상기 제1이상감지 알고리즘과 제2이상감지 알고리즘을 모두 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.

상기 제1이상감지 알고리즘은 상기 제2이상감지 알고리즘보다 우선적으로 수행될 수 있다. 서로 다른 알고리즘으로 로봇(1)의 이상을 판단하므로 이상감지 시스템(10)의 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 제1이상감지 알고리즘에 의해 로봇(1)의 이상이 감지되면 제2이상감지 알고리즘을 수행할 필요가 없으므로 불필요한 연산을 방지하는 이점이 있다.

상기 제1이상감지 알고리즘은, 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하도록 모터(4)에 회전 명령을 전달하는 단계; 모터(4)의 실제 회전각(d2)을 측정하는 단계; 설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이가 기설정된 범위 이내인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

이하, 좀 더 상세히 설명한다.

모터 제어유닛(11)은 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하도록 하는 제어 명령을 모터(4)에 전달할 수 있다(S11). 또한, 모터 제어유닛(11)이 모터(4)에 상기 제어 명령을 전달하는 동시 또는 직후에, 타이머가 개시될 수 있다(S12). 상기 타이머는 로봇(1)의 이상감지 시스템(10)에 포함된 구성일 수 있다.

이후, 모터 제어유닛(11)은 설정 회전각(d1)을 회전각 비교 유닛(17)으로 전달할 수 있다. 또한, 엔코더(16)는 모터(4)의 실제 회전각(d2)을 감지하여 회전각 비교 유닛(17)으로 전달할 수 있다.

회전각 비교 유닛(17)은 전달받은 설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이가 기설정된 범위 이내인지 판단할 수 있다(S13).

설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이가 기설정된 범위 이내이면, 모터(4)의 구동이 모터 제어 유닛(11)의 명령대로 이뤄지고 있음을 의미한다. 따라서, 회전각 비교 유닛(17)은 로봇(1)이 정상 상태에 있다고 판단할 수 있다.

이 경우, 타이머(14)가 초기화되고(S14), 회전각 비교 유닛(17)은 유사성 판단유닛(15)에 필요 전류신호(i1)와 실제 전류신호(i2)의 유사성을 판단하라는 유사성 판단명령을 전달할 수 있다. 유사성 판단유닛(15)이 유사성 판단명령을 전달받으면 제2이상감지 알고리즘(S20)이 개시될 수 있다.

반면, 설정 회전각(d1)과 실제 회전각(d2)의 차이가 기설정된 범위를 벗어나고 타이머의 시간이 설정 시간을 경과하면, 모터(4)의 구동이 모터 제어 유닛(11)의 명령대로 이뤄지지 않고 있음을 의미한다. 따라서, 회전각 비교 유닛(17)은 로봇(1)이 이상 상태에 있다고 판단할 수 있다(S13)(S15)(S16).

이 경우, 회전각 비교 유닛(17)은 모터 제어유닛(11)에 모터 정지명령을 전달 및/또는 출력 유닛(6)에 이상 알림표시 명령을 전달할 수 있고(S17), 제1이상감지 알고리즘이 종료될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이상감지 시스템의 제2이상감지 알고리즘의 순서도이다.

제2이상감지 알고리즘(S20)은, 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하기 위해 모터(4)에 요구되는 필요 전류신호(i1)의 파형을 계산하는 단계; 모터(4)의 실제 전류신호(i2)의 파형을 측정하는 단계; 필요 전류신호(i1)의 파형과 실제 전류신호(i2)의 파형의 유사성(similarity)을 수치화하는 단계; 및 유사성이 기설정된 범위 이내인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

이하, 좀 더 상세히 설명한다.

제2이상감지 알고리즘(S20)이 개시되면 타이머가 개시될 수 있고(S21), 전류 산출유닛(13)은 모터(4)가 설정 회전각(d1)으로 회전하기 위해 요구되는 필요 전류 신호(i1)를 산출할 수 있다(S22).

이후, 전류 산출유닛(13)은 필요 전류 신호(i1)를 유사성 판단 유닛(15)으로 전달할 수 있다. 또한, 전류 센서(14)는 모터(4)의 실제 전류 신호(i2)를 감지하여 유사성 판단 유닛(15)으로 전달할 수 있다.

유사성 판단 유닛(15)은 전달받은 필요 전류 신호(i1)의 파형과 실제 전류 신호(i2)의 파형을 비교하여 둘 사이의 유사성을 수치화할 수 있다(S23).

상기 유사성이 기설정된 범위 이내이면 시뮬레이션 데이터와 실제 데이터가 일치성을 보임을 의미한다. 따라서, 유사성 판단 유닛(15)은 로봇(1)이 정상 상태에 있다고 판단할 수 있고(S25), 제2이상감지 알고리즘(S20)이 종료될 수 있다.

반면, 상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어나고 타이머의 시간이 설정 시간을 경과하면, 시뮬레이션 데이터와 실제 데이터가 불일치함을 의미한다. 따라서, 유사성 판단 유닛(15)은 로봇(1)이 이상 상태에 있다고 판단할 수 있다(S24)(S26)(S27).

이 경우, 유사성 판단 유닛(15)은 모터 제어유닛(11)에 모터 정지명령을 전달 및/또는 출력 유닛(6)에 이상 알림표시 명령을 전달할 수 있고(S28), 제2이상감지 알고리즘(S20)이 종료될 수 있다.

도 6은 다른 방법으로 실제 전류신호의 파형과 필요 전류신호의 파형의 유사성을 판단하기 위한 그래프이다.

유사성 판단 유닛(15)은 상기 필요 전류신호(i1)의 파형에 대응되는 제1함수 f(t)와 실제 전류신호(i2)의 파형에 대응되는 제2함수 g(t)를 각각 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 함수인 제1변환 함수 F(f)와 제2변환 함수 G(f)로 변환할 수 있다. 유사성 판단 유닛(15)은 제1변환 함수 F(f)와 제2변환 함수 G(f)의 각 피크(peak)를 추출할 수 있다.

유사성 판단 유닛(15)는 제1변환 함수 F(f)의 피크를 서로 연결한 제1피크 함수 P1(f)와, 제2변환 함수 G(f)의 피크를 서로 연결한 제2피크 함수 P2(f) 사이의 유사성(similarity)을 수치화할 수 있다.

제1피크 함수 P1(f)와 제2피크 함수 P2(f) 사이의 유사성은 피크가 발생하는 주파수가 얼마나 일치하느냐에 따라 결정될 수 있다.

일례로, 도 6에는 제1피크 함수 P1(f)와 제2피크 함수 P2(f)가 표시된 그래프가 도시된다. 도 6에 표시된"Peak_line_Ref"는 제1피크 함수 P1(f)를 의미하고, "Peak_line_Mes"는 제2피크 함수 P2(f)를 의미할 수 있다.

도 6에 도시된 제1피크 함수 P1(f)와 제2피크 함수 P2(f) 사이의 유사성은 0.99112587으로 매우 높은 유사성을 갖는다. 이는 제1피크 함수 P1(f)와 제2피크 함수 P2(f) 각각의 피크가 발생하는 주파수가 거의 일치하기 때문이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

4: 모터 6: 출력 유닛
10: 이상감지 시스템 11: 모터 제어유닛
12: 토크 연산유닛 13: 전류 산출유닛
14: 전류센서 15: 유사성 판단유닛
16: 엔코더 17: 회전각 비교유닛

Claims

모터가 설정 회전각으로 회전하도록 상기 모터를 제어하는 모터 제어유닛;
상기 모터의 전류 신호를 측정하는 전류 센서;
상기 모터가 상기 설정 회전각으로 회전하기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호를 산출하는 전류 산출유닛; 및
상기 전류 센서에서 측정된 실제 전류신호의 파형과 상기 전류 산출유닛에서 산출된 필요 전류신호의 파형 간의 유사성(similarity)을 수치화하여 이상 상태 여부를 판단하는 유사성 판단유닛을 포함하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 1 항에 있어서,
상기 유사성 판단유닛은,
상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 상기 모터 제어유닛에 모터 정지명령을 전달하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 1 항에 있어서,
상기 유사성 판단유닛은,
상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 출력 유닛에 이상 알림표시 명령을 전달하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 1 항에 있어서,
상기 모터의 회전각을 측정하는 엔코더; 및
상기 엔코더에서 측정된 실제 회전각을 상기 설정 회전각과 비교하여 이상 상태를 판단하는 회전각 비교유닛을 더 포함하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 4 항에 있어서,
상기 회전각 비교유닛은,
상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 상기 모터 제어유닛에 모터 정지명령을 전달하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 4 항에 있어서,
상기 유사성 판단유닛은,
상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면 이상 상태로 판단하고, 출력 유닛에 이상 알림표시 명령을 전달하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 4 항에 있어서,
상기 회전각 비교유닛은,
상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면 상기 유사성 판단유닛으로 유사성 판단 명령을 전달하는
로봇의 이상감지 시스템.
모터의 회전각을 측정하는 엔코더;
상기 모터가 설정 회전각으로 회전하도록 상기 모터를 제어하는 모터 제어유닛;
상기 엔코더에서 측정된 실제 회전각을 상기 설정 회전각과 비교하여 이상 상태 여부를 판단하는 회전각 비교유닛;
상기 모터의 전류신호를 측정하는 전류 센서;
상기 모터가 상기 설정 회전각으로 가동되기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호를 산출하는 전류 산출유닛; 및
상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면, 상기 전류 센서에서 측정된 실제 전류신호의 파형과 상기 전류 산출유닛에서 산출된 필요 전류신호의 파형의 유사성(similarity)을 비교하여 이상 상태 여부를 판단하는 유사성 판단유닛을 포함하는
로봇의 이상감지 시스템.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 유사성 판단유닛은,
상기 필요 전류신호의 파형에 대응되는 제1함수와 상기 실제 전류신호의 파형에 대응되는 제2함수를 교차상관(Cross-correlation) 또는 합성곱(Convolution)하여 상기 유사성을 수치화하는
로봇의 이상감지 시스템.
모터가 설정 회전각으로 회전하기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호의 파형을 산출하는 단계;
상기 모터의 실제 전류신호의 파형을 측정하는 단계;
상기 필요 전류신호의 파형과 상기 실제 전류신호의 파형의 유사성(similarity)을 수치화하는 단계; 및
상기 유사성이 기설정된 범위 이내인지를 판단하는 단계를 포함하는
로봇의 이상감지 시스템의 제어방법.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 10 항에 있어서,
상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면,
상기 모터를 정지시키는 단계; 및/또는
출력 유닛에 이상 알림을 표시하는 단계를 더 포함하는
로봇의 이상감지 시스템의 제어방법.
모터가 설정 회전각으로 회전하도록 상기 모터에 회전 명령을 전달하는 단계;
상기 모터의 실제 회전각을 측정하는 단계;
상기 설정 회전각과 상기 실제 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내인지 판단하는 단계;
상기 설정 회전각과 상기 실제 회전각의 차이가 기설정된 범위 이내이면, 상기 모터가 상기 설정 회전각으로 회전하기 위해 상기 모터에 요구되는 필요 전류신호의 파형을 계산하는 단계;
상기 모터의 실제 전류신호의 파형을 측정하는 단계;
상기 필요 전류신호의 파형과 상기 실제 전류신호의 파형의 유사성(similarity)을 수치화하는 단계;
상기 유사성이 기설정된 범위 이내인지를 판단하는 단계를 포함하는
로봇의 이상감지 시스템의 제어방법.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제 12 항에 있어서,
상기 실제 회전각과 상기 설정 회전각의 차이가 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하거나, 상기 유사성이 기설정된 범위를 벗어난 상태로 기설정된 시간이 경과하면,
상기 모터를 정지시키는 단계; 및/또는
출력 유닛에 이상 알림을 표시하는 단계를 더 포함하는
로봇의 이상감지 시스템의 제어방법.