KR20050102963A - 로봇 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 로봇 제어 시스템은, 그래픽 기반으로 사용자와 인터페이스 하며, 사용자로부터 제어 지시를 입력받으며, 로봇의 상태를 표시하기 위한 사용자 프로그램과, 로봇과 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 PC와;

로봇 제어 장치의 동작을 통제하는 시피유와, 상기 시피유가 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 센서들로부터의 센싱 정보를 입력도록 하기 위한 센서입력부와, 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 모터들의 동작을 제어하기 위한 서브엠시유와, 상기 시피유가 상기 서브엠시유로 모터 제어 명령을 전달하도록 하기 위한 서브엠시유 스위치부와, 프로그램 데이타가 저장되는 메모리와, 상기 PC와 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 로봇 제어장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇 제어 시스템{ROBOT CONTROL SYSTEM}

일반적인 소형 로봇 제어기들은 소형 저가라는 이유로 하드웨어만을 제공하거나, 피시(pc)를 통한 인터페이스 기반이라고 하여도 키보드나 버튼 또는 간단한 텍스트로 제어를 할 수 있게 구성되어 있어서 단순한 제어만을 제공할 뿐이었으며, 따라서, 관절로봇에 가장 필요한 기구학을 사용자가 특정 로봇에 맞게 프로그래밍 할수 밖에 없다는 결점이 있었다. 이러한 방법들은 로봇의 대중적인 보급 및 사용에 있어서 매우 큰 장애물로 작용하였다. 즉, 사용자는 효과적인 로봇 제어를 포기한체 단순한 제어로 만족하거나, 다양하고 정밀한 동작 제어를 위해서는 많은 전문지식을 습득해야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 로봇 제어에 대한 전문 지식을 가지지 못한 사용자라도 보다 쉽게 로봇을 제어할 수 있는 로봇 제어장치를 위한 로봇 제어 시스템을 제공함 그 목적이 있다.

본 발명은 특히, 모션들이 다양한 다관절 로봇에서의 모션제어 프로그램을 보다 빠르게 제작할 수 있는 로봇 제어 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇 제어 시스템은,

그래픽 기반으로 사용자와 인터페이스 하며, 사용자로부터 제어 지시를 입력받으며, 로봇의 상태를 표시하기 위한 사용자 프로그램과, 로봇과 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 PC와;

로봇 제어 장치의 동작을 통제하는 시피유와, 상기 시피유가 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 센서들로부터의 센싱 정보를 입력도록 하기 위한 센서입력부와, 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 모터들의 동작을 제어하기 위한 서브엠시유와, 상기 시피유가 상기 엠시유로 모터 제어 명령을 전달하도록 하기 위한 서브엠시유스위치부와, 프로그램 데이타가 저장되는 메모리와, 상기 PC와 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 로봇 제어장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(실시예)

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 로봇 제어 시스템은 제어하기를 원하는 로봇내에 설치되는 로봇 제어장치와, 사용자가 프로그래밍하고 로봇이 상태를 관찰하기 위한 PC로 이루어진다.

상기 PC에는 사용자가 조작하기 쉽게 GUI환경으로 제작된 로봇 제어용 사용자 프로그램이 설치되며, 상기 로봇제어장치에는 로봇의 각 개소에 설치된 센서의 신호를 입력받으며, 로봇을 구성하는 각 모터를 제어하는 시피유가 포함된다.

상기 PC와 상기 로봇제어장치는 무선통신 장치로서 서로 데이타 통신을 수행하고 있는데, 구현에 따라서는 유선통신으로 대신할 수도 있다.

사용자는 상기 사용자 프로그램을 사용하여 로봇 제어프로그램을 작성하여, 데이타 통신으로 상기 로봇제어장치에 다운로드하여 실행시킬 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 로봇 제어장치는, 전체 동작을 통제하는 시피유와, 상기 시피유가 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 센서들로부터의 센싱 정보를 입력도록 하기 위한 센서입력부와, 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 모터들의 동작을 제어하기 위한 서브엠시유와, 상기 시피유가 상기 서브엠시유로 모터 제어 명령을 전달하도록 하기 위한 서브엠시유스위치부와, 프로그램 데이타가 저장되는 메모리와, 상기 PC와 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치로 이루어진다. 센서의 종류에 따라서는 A/D컨버터와 PWM장치를 추가로 포함할 수 있다.

상기 로봇 제어장치는 시피유(cpu) 또는 엠시유(mcu)를 기반으로 하고 있으며 A/D컨버터와 PWM신호와 범용 I/O포트를 가지고 있다. 또한 상기 시피유는 시리얼 통신 방식인 I²C또는 UART통신을 이용하여 복수개의 모터 또는 모터 모듈와 복수개의 센서 또는 센서 모듈을 연결할 수 있다. 이렇게 연결된 센서 모듈들은 특정한 상황마다 자신의 상태를 통신라인을 통해 상기 시피유로 업데이트 해주게 된다.

로봇의 각 운동부분에 설치된 모터는 서브엠시유(sub mcu)에 의해서 위치나 속도제어기가 구성되어 있으며, 서브엠시유는 복수개의 모터의 위치나 속도 제어를 하고 있다. 시피유에는 복수개의 서브엠시유가 접속되며, 상기 서브엠시유는 상기 시피유와의 접속라인으로 담당하고 있는 모터들의 위치,온도,소비전류등을 통신라인을 통해 상기 시피유로 전달한다.

상기 각 서브엠시유에는 고유 아이디가 지정될수 있으며, 상기 시피유는 특정 아이디의 서브엠시유에게 모터의 위치 데이터를 보낼 수 있으며, 모터에 공급하는 전류의 단속 시그널도 보낼수 있다. 상기 시피유는 특정 모터의 소비 전류 또는 위치 또는 속도를 읽어들 일 수 있으며 이는 양방향 통신 라인을 통해 가능하게 한다.

따라서, 상기 시피유는 로봇의 특정 관절이 어느정도의 부하를 받고 있는지를 대략 소비전류로 알 수 있으며 전체 소비전류의 데이터를 모아서 로봇의 소비전류를 계산할수 있다. 이렇게 계산된 소비전류를 배터리 소비 시작부터 체크하여 대략적인 로봇의 예상 동작 가능시간을 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 예상시간은 현재 잔량 배터리를 체크하여 충전시기를 사용자에게 알려 줄수 있으며, 로봇 스스로의 오토매틱 충전절차를 수행하도록 구현할 수도 있다.

센서에서 산출되는 센싱 데이타는 중 아나로그 데이터는 상기 A/D 컨버터를통해 디지털 데이터로 변환되어 상기 시피유에 입력되며, 센서의 디지털 데이터는 UART를 통해 시피유에 입력된다. 또한, 상기 시피유는 특정센서모듈에 대한 전류단속을 수행할 수도 있다.

본 실시예를 구성하는 상기 PC는, 그래픽 기반으로 사용자와 인터페이스 하며, 사용자로부터 제어 지시를 입력받으며, 로봇의 상태를 표시하기 위한 사용자 프로그램 및 로봇과 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 사용자 프로그램은 GUI기반으로 하여 사용자가 이용의 편리를 도모하였다. 즉, GUI 기반의 PC용 응용프로그램으로서, 기구학, 무게중심연산, 센서데이터 처리등을 설정할 수 있다. 기구학의 처리는 3차원 화면 또는 2차원(3가지화면)에서 좌표 및 경로의 지정 만으로 가능하며 이렇게 생성된 좌표를 상기 로봇 제어장치에 다운로드 하여 실제 로봇에서 재생되게 한다. 또한, 사용의 편리성을 위해 상기 좌표 및 경로의 지정을 마우스등 포인팅 장치를 사용한 드레그-앤-드롭 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 사용자 프로그램은 캐드등과 같은 제어를 위한 범용 프로그램용 데이타를 바로 상기 모션데이타로 전용하도록 구현할 수도 있다.

상기 통신장치는 상기 로봇 제어장치와 무선 또는 유선으로 통신을 수행하기 위한 장치로 구성되며, 바람직하게는 블루투스나 무선랜 방식의 통신장치로 구현된다. 또한, 상기 통신장치에는 단순히 통신장치 뿐만 아니라, 상기 로봇 제어장치와 연동하여 로봇 제어를 수행하는데 필요한 다른 하드웨어 장비를 부가하여 구현될 수도 있다.

이하, 본 실시예에서 로봇 제어가 수행되는 방법을 기술하기로 한다.

PC를 통한 사용자 인터페이스 방식이므로, 본 실시예의 로봇 제어를 수행하기 위해, PC측에서는 PC를 켜고 상기 사용자 프로그램을 실행시키고 상기 로봇 제어장치와의 무선통신(블루투스 또는 RF랜 등)을 위한 통신장치를 파워-온 하며, 로봇 제어장치측에서는 로봇 및 로봇 제어장치, 통신장치를 파워-온 한다.

상기 로봇 제어장치측 및 PC측의 기동만으로 자동으로 2개의 시스템의 통신채널이 형성되도록 구현하는 것이 바람직하다. 상기 무선통신은 블루투스 또는 무선랜 방식이 편리하며, 일반 무선통신이나 케이블을 사용한 유선통신으로 대체할수도 있다.

초기화 및 통신채널 형성이 완료된 상기 시스템의 PC 화면에는 도 4 내지 도 7에 도시한 것과 같은 화면이 나오게 된다. 상기 화면들은 관절 로봇의 디자인에 따라서 바뀌며 사용자의 CAD파일도 디스플레이할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다.

상기 화면들에는 로봇의 무게중심을 원점으로 한 좌표계가 로봇의 모습과 함께 표시되며, 상기 좌표계를 기준으로 좌표를 입력하거나 마우스를 사용하여 관절의 위치를 정하게 된다. 이렇게 위치가 정해진 각 관절들에 대한 데이타들로 하나의 모션이 이루어지고, 상기 모션에 대한 데이타들은 일단 PC의 메모리에 저장된다.

상기 마우스로 화면상에서 관절을 움직이면, 관절의 변경된 위치는 실시간으로 화면에 표시되며, 실제의 로봇의 해당 관절도 실시간으로 움직인다. 최초로 저장된 하나의 모션을 1번이라고 하면 다음에 만들어진 모션을 2번이 된다. 이렇게 연속적으로 모션을 X개 만들게 되면 그 모션들을 통째로 묶어 하나의 다른 모션으로서 특정할 수 있다. PC는 상기 모션 또는 모션집합에 대하여 모션 파일로서 저장하고 있다. 모션에 번호가 부여되었기 때문에, 추후 필요에 따라서 모션을 호출할수 있다.

일단, 각 관절의 위치좌표로 모션 데이타를 작성한 후, 사용자는 다시 상황에 따른 포트의 출력과 포트의 입력에 따른 대응에 관한 설정 그리고 센서의 상태에 따른 설정을 프로그래밍하게 된다. 종래기술에서의 명칭과의 통일을 위해 프로그래밍이라고 표현하고 있지만, 본 실시예의 상기 사용자 프로그램은 GUI환경에서의 일종의 RAD 툴이므로, 사용자가 하는 일은 상기 설정값들을 입력하고, 포트 및 센서등의 동작을 선택하는 정도가 될수 있다.

또한, 상기 사용자 프로그램은 사용 편의를 위해 캐드등과 같은 제어를 위한 범용 프로그램 데이타를 바로 상기 모션데이타로 전용할수 있도록 구현하는 것이 바람직하다. 이 경우 3D로 작업한 캐드도면을 본 실시예의 사용자 프로그램의 인터페이스 환경에 로드하여 3D로 화면을 돌려가며 모션을 만들수 있다.

상기 절차로 상기 모션 데이타에 상황에 따른 설정값을 부가한 상태로 완성된 제어데이타는 PC내 메모리에 우선 저장되고, 사용자의 지시 혹은 자동으로 상기 로봇 제어 장치에 무선 또는 유선으로 다운로드된다.

상기 다운로드된 제어 데이타는 상기 로봇 제어장치내 메모리에 저장되며, 로봇 제어장치의 관점에서는 이로써 하나의 제어 프로그램이 완성된 것이다. 상기 로봇 제어장치는 리셋후 무조건 상기 메모리에 저장된 제어 데이타대로 실행하도록 하는 것이 바람직하다.

로봇내의 상기 로봇 제어장치에 저장된 상기 제어 데이타의 지시를 수행함으로써, 로봇 제어 프로그램이 실행되어서, 센서의 입출력에 따른 특정 모션 수행 및 연속적인 모션의 재생 상황에 따른 포트 입출력등을 입력한 데이터로 그대로 재현된다.

상기 제어 프로그램의 수행 방법은 일단 메모리의 시작 번지부터 순차적으로 데이터를 읽어온 후 모션에 대한 데이터면 상황에 따라서 각각의 복수개의 모터에 모션을 전달해 주며, 센서에 대한 데이터의 비교 부분이라면 센서 모듈에게 데이터전송을 호출하게 된다. 또한, 상기 프로그램 수행중 센서데이터를 비교 처리하며 필요에 따라서는 포트에 특정 데이터를 출력하기도 한다. 따라서 완성된 로봇은 프로그램된 데로 센서의 상황에 따른 반응 모션의 재생 포트의 입출력이 가능하게 된다.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의한 로봇 제어 시스템을 실시함으로써, 기존의 수학적인 공식에 의한 어려운 모션제어보다 효율적인 모션 프로그램을 할수 있으며, 특별히 아주 정확한 경로 제어가 필요한 정밀 로봇 보다 아주 많은 수의 다관절 로봇의 경우에는 많은 모터의 연동이 더욱 중요하며 여러 개의 관절을 수학적 해석으로 모션을 만들기보다는 그래픽 환경에서 모션을 생성하므로서 보다 손쉽고 전문지식이 없는 일반 유저들도 프로그램을 제작할 수 있게된다.

소형 다관절 로봇의 경우 대부분 모션제어시 힘의 정밀성 보다는 다양한 모션 동작이 요구되는 엔터테이먼트 또는 홈로봇인데, 이 분야에 본 발명의 로봇 제어 시스템을 적용하면, 로봇제어에 대한 전문지식이 없더라도 다양한 모션 제어를 위한 프로그램을 빠른 시간에 손쉽게 제작할수 있게 하는 효과가 있다. 이와 같은 사용자의 로봇제어의 편리성은 또한, 로봇의 적용범위 및 수요층을 넓혀주는 효과도 가져온다.

도 1은 본 발명의 로봇 제어 시스템을 도시한 전체 구성도,

도 2는 본 발명의 로봇 제어 장치의 구조를 도시한 블록도,

도 3은 본 발명의 로봇 제어 장치의 구성요소를 도시한 세부 구성도,

도 4는 본 발명의 사용자 프로그램의 2D 정면 도시 화면을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 사용자 프로그램의 2D 측면 도시 화면을 나타낸 도면,

도 6는 본 발명의 사용자 프로그램의 2D 배면 도시 화면을 나타낸 도면,

도 7는 본 발명의 사용자 프로그램의 3D 도시 화면을 나타낸 도면.

Claims (1)

1. 그래픽 기반으로 사용자와 인터페이스 하며, 사용자로부터 제어 지시를 입력받으며, 로봇의 상태를 표시하기 위한 사용자 프로그램과, 로봇과 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 PC와;

   로봇 제어 장치의 동작을 통제하는 시피유와, 상기 시피유가 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 센서들로부터의 센싱 정보를 입력도록 하기 위한 센서입력부와, 로봇의 각 부분에 설치되어 있는 모터들의 동작을 제어하기 위한 서브엠시유와, 상기 시피유가 상기 서브엠시유로 모터 제어 명령을 전달하도록 하기 위한 서브엠시유스위치부와, 프로그램 데이타가 저장되는 메모리와, 상기 PC와 유/무선으로 데이타 통신을 수행하기 위한 통신장치를 포함하는 로봇 제어장치로 이루어지고,

   상기 사용자 프로그램은, 사용자의 지시에 따라 로봇의 모션을 변경하고, 로봇의 현재 모션에 대한 제어데이타를 저장하며, 모션과 모션간의 움직임에 대한 제어 데이타를 계산하고,

   상기 시피유는, 특정 센서 또는 특정 모터로의 전류공급을 제어하며, 상기 센서에서의 출력값을 입력받으며, 상기 서브엠시유로 모터 제어 지시를 출력하며,

   상기 제어 프로그램은 상기 사용자 프로그램이 제작하여 상기 메모리로 다운로드 저장되며, 상기 시피유에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 시스템.