KR20050006702A - Robot safety system for detecting a worker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산업용 로봇에서 작업자와의 충돌을 방지하기 위한 로봇의 작업자 감지 안전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a worker detection safety system of a robot for preventing a collision with an operator in an industrial robot.
근래 로봇의 고성능화의 실현으로 인해 운전 편의성의 극대화와 아울러, 로봇의 운행 시 작업자와의 충돌 방지를 통한 안전성 확보를 위해서 여러 다양한 노력이 이루어지고 있다.Recently, due to the high performance of the robot, various efforts have been made to maximize driving convenience and to secure safety by preventing collision with an operator when the robot is operating.
도4에 도시된 바와 같이, 종래의 작업자 감지 안전 시스템은 로봇의 작업 영역 둘레에 발광부(21)와 수광부(22)로 이루어진 센서를 설치하여 작업자가 위험 지역 내에 진입하였는가 여부를 감지한다. 즉, 작업자(20)가 발광부(21)와 수광부(22) 사이를 통과하게 되면 발광부(21)와 수광부(22) 사이에 주사된 광이 차단되어 작업자가 위험 지역 (작업 영역) 내에 있다고 판단하여 로봇의 동작을 멈추게 한다.As shown in FIG. 4, the conventional worker detection safety system installs a sensor including a light emitter 21 and a light receiver 22 around a work area of a robot to detect whether a worker has entered a dangerous area. That is, when the worker 20 passes between the light emitting part 21 and the light receiving part 22, the light scanned between the light emitting part 21 and the light receiving part 22 is blocked, so that the worker is in a dangerous area (working area). Judging stops the robot.
이러한 종래의 작업자 감지 안전 시스템은 로봇의 작업 위치와 관계없이 작업자가 미리 정해진 절대 위치 내에 진입하기만 하면 로봇의 동작을 멈추게 한다. 따라서, 작업자가 미리 정해진 절대 위치 내에 진입하더라도, 로봇이 작업자의 위치에서 멀리 떨어져 있는 경우에는 로봇의 동작을 미리 멈추게 할 필요는 없다. 특히, 작업자가 미리 정해진 절대 위치의 경계선 상에서, 즉 발광부(21)에서 주사된 광선의 전후에서 작업을 하여야 하는 경우, 로봇은 필요 이상으로 정지와 작동을 반복하게 되어 작업의 효율을 감소시키고, 로봇에 무리한 운동이 반복된다.This conventional worker detection safety system stops the operation of the robot once the operator enters a predetermined absolute position irrespective of the working position of the robot. Therefore, even if the worker enters within the predetermined absolute position, there is no need to stop the operation of the robot in advance if the robot is far from the worker's position. In particular, when the operator needs to work on the boundary line of the predetermined absolute position, that is, before and after the light beam scanned by the light emitting portion 21, the robot repeats the stop and the operation more than necessary to reduce the work efficiency, Unreasonable movement of the robot is repeated.
따라서, 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 로봇에 인접한 작업자의 위치, 속도 및 방향을 검출함으로써 그에 따라 로봇을 작동시키는 방식을 채택하여야 하나, 연속적으로 변하는 작업자에 대해서는 이를 신뢰성 있게 추적하고 그 위치, 속도 및 방향을 판단할 수 있는 안전 시스템이 없는 실정이다. 즉, 로봇에 인접한 작업자를 추적하기 어렵고 작업자의 위치가 현재 어느 정도 위험한가를 신뢰성 있게 판단할 수 없기 때문에 상업적으로 이용될 수 없다.Therefore, the robot's worker detection safety system should adopt the method of detecting the position, speed and direction of the worker adjacent to the robot and operating the robot accordingly, but for the continuously changing worker, it can be reliably tracked and its position, speed and There is no safety system that can determine the direction. That is, it cannot be used commercially because it is difficult to track the worker adjacent to the robot and cannot reliably determine how dangerous the worker's position is at present.
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇에 대한 작업자의 위치를 감지하여, 작업자와 로봇의 충돌을 방지하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 제공하는 것이다.As to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a safety system for detecting the worker of the robot to prevent the collision of the worker and the robot by detecting the position of the worker relative to the robot.
본 발명의 다른 목적은 작업자와 로봇 사이의 상대 위치, 속도 및 방향을 측정하여, 감지된 작업자가 시간의 경과에 따라 로봇에 대해 어느 위치에 있는지, 즉 작업자와 로봇의 충돌 위험이 큰지 작은지를 결정하여 이를 기초로 로봇을 제어하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to measure the relative position, speed and direction between the operator and the robot to determine which position the detected operator is with respect to the robot over time, i.e. the risk of collision between the operator and the robot is high or small. By providing a safety system for detecting the worker of the robot to control the robot based on this.
도1은 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 개략적 구성을 도시하는 평면도.1 is a plan view showing a schematic configuration of a worker sensing safety system of a robot according to the present invention;
도2는 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 제어 흐름도.2 is a control flowchart of a worker detection safety system of a robot according to the present invention;
도3은 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 제어 순서도.3 is a control flowchart of a worker detection safety system of a robot according to the present invention.
도4는 종래의 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 개략적 구성을 도시하는 평면도.4 is a plan view showing a schematic configuration of a worker sensing safety system of a conventional robot.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 로봇10: robot
11: 송신기11: transmitter
12, 13: 방향 탐지기12, 13: direction finder
14, 24: 제어기14, 24: controller
20: 작업자20: worker
21: 발광부21: light emitting unit
22: 수광부22: light receiver
전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업자에게 부착되어 일정 시간 간격으로 신호를 발신하는 송신기와, 상기 송신기에서 발신되는 신호를 수신하는 방향성 안테나와, 상기 방향성 안테나를 회전시키는 구동부와, 상기 수신 신호의 세기가 최대가 되는 방향각을 검출한 후 상기 방향성 안테나가 상기 방향각을 추종하도록 상기 구동부를 제어하는 안테나 제어부를포함하는 서로 이격된 적어도 2개의 방향 탐지기와, 로봇의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 방향 탐지기에서 검출된 방향각으로부터 작업자의 위치를 연산하여 작업자가 소정 위치에 있을 때 작업자가 안전하도록 로봇의 동작을 제어한다.The robot operator detection safety system for achieving the above object of the present invention is attached to the operator to send a signal at a predetermined time interval, a directional antenna for receiving a signal transmitted from the transmitter, and the directional antenna to rotate At least two direction detectors spaced apart from each other, including a driving unit configured to control the driving unit so that the directional antenna follows the direction angle after detecting a direction angle at which the intensity of the received signal is maximum; And a controller for controlling the operation of the controller, wherein the controller calculates the position of the worker from the direction angle detected by the direction detector to control the operation of the robot so that the worker is safe when the worker is at a predetermined position.
상기 제어기는 시간에 따라 측정된 작업자 위치의 변화로부터 작업자의 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 포함하여 로봇의 동작을 제어할 수 있다. 상기 적어도 2개의 방향 탐지기는 로봇에 장착되거나, 로봇 또는 작업장의 정지된 위치에 장착될 수 있다. 작업자가 소정 위치에 있을 때 상기 제어기는 로봇의 작동을 정지시키거나, 로봇의 작업 속도를 감소시키거나, 로봇과 작업자 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 로봇을 후퇴시키거나, 작업자가 위험지역에 들어오기 전에 보다 빠르게 작업을 완료하거나, 또는 경고음을 울리는 등 여러 가지 안전 장치를 작동시킬 수 있다. 상기 제어기는 연산된 작업자의 위치, 이동 속도 및 이동 방향 정보로부터 작업자의 안전과 로봇의 작업성을 동시에 확보하도록 로봇의 동작을 제어할 수 있다.The controller may control the operation of the robot including information on the moving speed and the moving direction of the worker from the change in the worker position measured over time. The at least two direction detectors may be mounted on the robot or at a stationary position in the robot or the workplace. When the worker is in a certain position, the controller stops the robot, reduces the working speed of the robot, retracts the robot to maintain a constant distance between the robot, or the worker enters a danger zone. Many safety devices can be activated, such as completing a task faster or returning a beep before coming. The controller may control the operation of the robot so as to secure the safety of the worker and the workability of the robot simultaneously from the calculated position, movement speed, and movement direction information of the worker.
도1은 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업 로봇(10)과, 작업자(20)에게 부착된 송신기(11)와, 서로 이격된 2개의 방향 탐지기(12, 13)와, 로봇(10)의 동작을 제어하는 제어기(14)를 포함한다. 통상, 송신기(11)에서 발신되는 신호는 RF 신호가 사용되고, 2개의 방향 탐지기(12, 13)에는 이러한 RF 신호를 수신하기 위한 방향성 안테나를 각각 포함한다.1 is a plan view schematically showing a worker detection safety system of a robot according to the present invention. Safety detection system of the robot according to the present invention is the work robot 10, the transmitter 11 attached to the worker 20, two direction detectors 12 and 13 spaced apart from each other, A controller 14 for controlling the operation. In general, an RF signal is used for the signal transmitted from the transmitter 11, and the two direction detectors 12 and 13 each include a directional antenna for receiving such an RF signal.
송신기(11)는 로봇(10)의 주변에서 작업하는 작업자(20)가 휴대하고 있으며, 일정 시간 간격으로 신호를 내보낸다. 작업자(20)가 휴대하고 있는 송신기(11)에서 발신하는 신호를 수신하여 송신기의 방향을 탐지하는 2개의 방향 탐지기(12, 13)가 로봇(10)의 끝단과 중심에 각각 장착되어 있다. 방향 탐지기(12, 13)는 방향성 안테나와, 상기 방향성 안테나를 회전시키기 위한 구동부와, 안테나 제어부로 구성된다. 송신기(11)에서 발신되는 신호가 수신되지 않을 때, 방향 탐지기(12, 13)의 구동부는 방향성 안테나를 소정의 속도로 회전시킨다. 방향 탐지기(12, 13)의 안테나가 회전하는 도중에 작업자(20)가 로봇으로 접근하여 송신기(11)의 신호를 수신하게 되면, 안테나 제어부는 인공지능 알고리즘인 경쟁학습 알고리즘을 통하여 수신 신호의 세기가 최대인 방향을 검출하고 방향성 안테나가 수신 신호의 세기가 최대인 상기 방향을 향하도록 구동부를 제어한다. 작업자가 이동함에 따라서, 방향 탐지기(12, 13)의 안테나 제어부는 경쟁학습 알고리즘을 통하여 수신 신호의 세기가 최대인 방향각을 검출하고 방향성 안테나가 상기 방향각을 추종하도록 구동부를 계속적으로 제어한다. 즉, 상기 2개의 방향 탐지기(12, 13)의 안테나는 송신기(11)가 장착된 작업자(20)의 위치에 따라서 회전하도록 구성된다. 이격된 2지점에서 각각 목표물의 방향을 알게 되면 목표물의 위치를 계산할 수 있으므로 제어기(14)는, 상기 송신기(11)를 추종는 방향 탐지기(12, 13)의 방향성 안테나의 방향각을 입력받아 작업자의 위치, 이동 속도 및 이동 방향을 연산한다. 작업자의 위치가 연산되면, 로봇과 작업자 사이의 거리를 고려하여 로봇의 동작을 제어한다.The transmitter 11 is carried by the worker 20 working around the robot 10 and emits a signal at regular time intervals. Two direction detectors 12 and 13 which receive a signal transmitted from the transmitter 11 carried by the operator 20 and detect the direction of the transmitter are mounted at the ends and the center of the robot 10, respectively. The direction detectors 12 and 13 are composed of a directional antenna, a driver for rotating the directional antenna, and an antenna controller. When no signal from the transmitter 11 is received, the drive of the direction detectors 12 and 13 rotates the directional antenna at a predetermined speed. When the operator 20 approaches the robot and receives a signal from the transmitter 11 while the antennas of the direction detectors 12 and 13 are rotating, the antenna controller receives the strength of the received signal through a competitive learning algorithm, which is an artificial intelligence algorithm. The direction of maximum detection is detected and the directional antenna controls the driver to face the direction of maximum intensity of the received signal. As the worker moves, the antenna controller of the direction detectors 12 and 13 detects the direction angle at which the intensity of the received signal is maximum through a competitive learning algorithm, and continuously controls the driving unit so that the directional antenna follows the direction angle. That is, the antennas of the two direction detectors 12 and 13 are configured to rotate according to the position of the operator 20 on which the transmitter 11 is mounted. The controller 14 may receive the direction angles of the directional antennas of the direction detectors 12 and 13 following the transmitter 11 because the positions of the targets may be calculated when the targets are known at two spaces apart. Calculate position, movement speed and direction of movement. When the position of the operator is calculated, the operation of the robot is controlled in consideration of the distance between the robot and the operator.
본 실시예에서는 2개의 방향 탐지기(12, 13)를 사용하여 작업자의 위치를 감지하고 있으나, 방향 탐지기의 개수는 2개로 한정되는 것은 아니다. 작업장 내에 작업자와 방향 탐지기의 안테나 사이에 방해물이나, 다른 전파의 간섭에 의해 2개의 방향 탐지기 중 어느 하나가 송신기의 신호를 받지 못하게 되는 경우, 이는 사고 발생의 원인이 될 수 있어, 안전 시스템으로서는 큰 문제가 된다. 따라서 하나 또는 두 개의 방향 탐지기가 작동을 하지 않는 경우를 예방하기 위하여 방향 탐지기는 2개 이상 복수개가 바람직하다. 더욱이, 본 실시예에서는 2개의 방향 탐지기(12, 13)가 로봇(10)의 끝단과 중심에 각각 회전 가능하게 장착되어 있는 것으로 설명하고 있으나, 임의의 위치에 장착될 수 있다. 특히, 이동하는 로봇에 장착될 필요 없이, 로봇이나 작업장의 정지된 위치에 장착될 수도 있다.In the present embodiment, the position of the operator is detected using two direction detectors 12 and 13, but the number of the direction detectors is not limited to two. If an obstacle between the operator and the antenna of the direction finder in the workplace or interference of other radio waves prevents either of the two direction finders from receiving a signal from the transmitter, this may cause an accident, which is a large safety system. It is a problem. Therefore, in order to prevent the case where one or two direction detectors do not operate, two or more direction detectors are preferable. Furthermore, in the present embodiment, it is described that the two direction detectors 12 and 13 are rotatably mounted at the ends and the center of the robot 10, respectively, but may be mounted at any position. In particular, it may be mounted at a stationary position of a robot or a workplace, without being mounted on a moving robot.
본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 제어 흐름도를 나타내는 도2를 참조하면, 작업자(20)에 부착된 송신기(11)는 일정 간격으로 동일한 신호를 발신하기 때문에, 방향 탐지기(12, 13)는 송신기(11)를 추종하면서 송신기의 신호를 일정 간격으로 수신하여 방향성 안테나의 회전각을 제어기(14)에 입력시킨다. 제어기(14)는 일정 시간 간격으로 입력받은 방향 탐지기(12, 13)의 안테나의 회전각으로부터 각 시각에서 작업자(20)의 위치를 연산하여, 작업 중인 로봇과 이동 중인 작업자의 위치 데이터로부터 작업자(20)와 로봇 사이의 상대 위치 관계를 연산한다. 작업자(20)가 소정 위치에, 예를 들면 로봇(10)과의 작업자(20) 사이의 미리 정해진 거리 내에 있을 때, 상기 제어기는 로봇을 단순히 정지시키는 작동 이외에, 로봇의 작업 속도를 감소시키거나, 로봇과 작업자 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 로봇을 후퇴시키거나, 경고음을 울리는 등 여러 가지 안전 장치를 작동시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, which shows a control flow diagram of a worker detection safety system of a robot according to the present invention, since the transmitter 11 attached to the worker 20 transmits the same signal at regular intervals, the direction detectors 12 and 13 are used. The receiver 11 receives signals from the transmitter at regular intervals while following the transmitter 11 and inputs the rotation angle of the directional antenna to the controller 14. The controller 14 calculates the position of the operator 20 at each time from the rotation angles of the antennas of the direction detectors 12 and 13 received at predetermined time intervals, and the operator (from the position data of the robot in operation and the worker in motion). Calculate the relative positional relationship between 20) and the robot. When the operator 20 is at a predetermined position, for example within a predetermined distance between the operator 20 and the robot 10, the controller reduces the working speed of the robot, in addition to the operation of simply stopping the robot. For example, various safety devices can be activated, such as retracting the robot or sounding a warning to keep the distance between the robot and the operator constant.
더욱이, 방향 탐지기(12, 13)의 안테나의 회전각으로부터 각 시각에서 작업자(20)의 위치를 연산한 다음, 이로부터 작업자(20)의 이동 속도와 이동 방향을 유추할 수 있다. 작업자(20)가 시각 t에서의 제1 위치(도1에서 실선으로 표시됨)로부터 시각 t+1에서의 제2 위치(도1에서 점선으로 표시됨)로 이동할 경우, 도3에 도시된 바와 같이, 제어기(14)는 시각 t 및 t+1에서 작업자의 위치, 이동 속도 및 이동 방향을 계산한다. 제어기(14)는 이렇게 계산된 작업자(20)의 위치와 이동 속도와 이동 방향으로부터 작업자(20)의 향후 운동을 예측한다. 제어기(14)는 작업자(20)의 각종 운동 유형 및 이에 대응한 제어 데이터를 내장하고 있는 데이터베이스와 연결되어 있어, 이러한 예측 결과에 최적으로 대응할 수 있도록 로봇의 동작 제어를 시뮬레이션을 통해 결정하고, 이를 고려하여 로봇(10)을 제어한다.Moreover, the position of the operator 20 can be calculated at each time from the rotation angles of the antennas of the direction detectors 12 and 13, and then the moving speed and the moving direction of the operator 20 can be inferred therefrom. When the worker 20 moves from a first position at time t (indicated by a solid line in FIG. 1) to a second position at time t + 1 (indicated by a dotted line in FIG. 1), as shown in FIG. 3, The controller 14 calculates the worker's position, moving speed and moving direction at the times t and t + 1. The controller 14 predicts the future movement of the worker 20 from the position, the moving speed and the moving direction of the worker 20 thus calculated. The controller 14 is connected to a database that contains various types of movements of the worker 20 and corresponding control data, and determines the motion control of the robot through simulation so as to optimally respond to these prediction results. Consider the robot 10 to control.
이와 같이, 작업자가 움직임을 예측할 수 있기 때문에, 로봇의 작업 구간과 연계하여 작업자의 안전사고 여부를 알 수 있고, 위험 상황 발생시 이를 더욱 안전하게 대처할 수 있다. 즉, 작업자의 이동이 예측되기 때문에 로봇과의 충돌 위험 정도가 어느 정도인가를 알 수 있기 때문에, 보다 안전하게 로봇을 정지시키거나, 로봇의 작업 속도를 감소시키거나, 로봇과 작업자 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 로봇을 후퇴시키거나, 작업자가 위험지역에 들어오기 전에 보다 빠르게 작업을 완료하거나, 또는 경고음을 울리는 등 여러 가지 안전 장치를 작동시킬 수 있다.In this way, since the worker can predict the movement, it is possible to know the safety accident of the worker in connection with the working section of the robot, and can cope with it more safely when a dangerous situation occurs. In other words, since the movement of the worker is predicted, it is possible to know the degree of risk of collision with the robot, so that the robot can be stopped more safely, the speed of work of the robot is reduced, or the distance between the robot and the worker is fixed. Many safety devices can be activated, such as retracting the robot to keep it in place, completing tasks faster before the operator enters the danger zone, or beeping a beep.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업자를 추적이 용이하고, 작업자의 위치뿐만 아니라 작업자의 이동 속도 및 방향을 감지할 수 있기 때문에, 현재 작업자가 어느 정도 위험한 상태에 있는가를 신뢰성 있게 판단할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 시간에 따른 작업자의 움직임을 예측하고, 이를 기초로 로봇의 작업시 발생할 수 있는 로봇과 작업자와의 충돌을 방지하여 작업자가 보다 안전한 환경에서 작업할 수 있도록 한다.As described above, the operator detection safety system of the robot according to the present invention is easy to track the worker, and can detect not only the position of the worker but also the moving speed and direction of the worker, so that the current worker is in a dangerous state to some extent. Can be judged reliably. In other words, the worker detection safety system of the robot according to the present invention predicts the movement of the worker over time, and based on this to prevent the collision between the robot and the worker that can occur during the operation of the robot to allow the worker to work in a safer environment To be able.
본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은, 위험 정도에 따라 로봇의 작동을 정지시키거나 로봇의 작업 속도를 감소시킬 수 있기 때문에, 단순히 로봇을 정지시키는 종래의 안전 시스템보다 작업 속도가 향상될 수 있다. 또한, 종래의 안전 시스템의 경우 로봇을 급격히 자주 정지시키기는 반면, 본 발명의 안전 시스템은 로봇에 무리한 작동 정지 및 개시의 동작을 피할 수 있다.Since the worker detection safety system of the robot according to the present invention can stop the operation of the robot or reduce the working speed of the robot according to the degree of danger, the working speed can be improved than the conventional safety system of simply stopping the robot. have. In addition, while the conventional safety system stops the robot rapidly and frequently, the safety system of the present invention can avoid unreasonable operation stop and start of the robot.
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2003
- 2003-07-10 KR KR1020030046625A patent/KR100542207B1/en not_active IP Right Cessation
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