KR20080114197A

KR20080114197A - 착용형 다관절 로봇암 및 착용형 다관절의 로봇암의 위치 이동 방법

Info

Publication number: KR20080114197A
Application number: KR1020070063542A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 한정수; 유승남; 이희돈; 이승훈
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2008-12-31
Also published as: KR100895692B1

Abstract

본 발명은 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 제공한다. 상기 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치는 일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부와, 상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 산출하는 이동 위치 산출부를 구비함으로써, 인체의 상지에 착용가능하고 인체의 팔과 로봇암의 타단에 장착된 힘센서에 외력이 가해지면 3축으로의 힘의 크기와 방향을 사용하여 상기 로봇암은 인체의 팔의 이동 위치를 예측함과 아울러 상기 로봇암을 인체 팔의 상기 이동 위치로 이동시킬 수 있다.

Description

인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치와 이를 갖는 착용형 다관절 로봇암 및 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법{POSITION COMPUTATION APPARATUS OF WEARABLE ROBOT ARM USING HUMAN FORCE INPUT AND WEARABLE ROBOT ARM HAVING THE SAME AND POSITION MOVING METHOD OF ROBOT ARM USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 다관절의 로봇암을 보여주는 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따르는 힘센서의 장착상태를 보여주는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 로봇암을 통한 본 발명의 위치 산출 장치의 동작원리에 대한 제 1예를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 다관절의 로봇암을 보여주는 측면도이다.

도 5는 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치의 동작원리에 대한 제 2예를 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 보여주는 블록도이다.

도 7은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동방법을 보여주는 흐름도이다.

도 8은 본 발명에 따르는 제 1단계를 보여주는 흐름도이다.

도 9는 본 발명에 따르는 제 2단계를 보여주는 흐름도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 로봇암 200 : 구동부

300 : 힘센서 400 : 위치 산출 장치

410 : 초기 위치 산출부 411 : 각도 측정 수단

412 : 좌표 측정 수단 420 : 이동 위치 산출부

421 : 좌표 예측 수단 422 : 역변환 처리부

423 : 변환 각도 산출 수단 430 : 제어부

본 발명은 다관절의 착용형 로봇암에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 상지에 착용가능하고 인체의 팔과 로봇암의 타단에 장착된 힘센서에 외력이 가해지면 3축으로의 힘의 크기와 방향을 사용하여 상기 로봇암은 인체의 팔의 이동 위치를 예측함과 아울러 상기 로봇암을 인체 팔의 상기 이동 위치로 이동시킬 수 있는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치와 이를 갖는 착용형 다관절 로봇암 및 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인체 착용형 근력지원로봇은 이를 착용한 사용자가 움직이고자 하는 위치로 로봇을 동작시키기 위한 동기 신호 획득 방법에 따라 생체신호 입력형 로봇과, 힘센서 입력형 로봇으로 나눌 수 있다.

상기 생체신호 입력형 로봇의 경우에, 사용자 동기 신호 입력의 측면에서 고려하여 보면, 상기 생체신호 입력형 로봇은 사용자의 직접적인 근육신호를 사용한다. 따라서, 이에 대한 응답성이 빠르다. 그러나, 일반적으로 외골격로봇 착용시 생체신호 취득을 위한 부착물들을 추가로 착용해야하는 번거로움이 있는 문제점이 있다.

또한, 사용자 동기 신호 입력의 측면에서 사용자의 직접적인 근육신호를 이용하기 때문에 빠른 응답성을 기대할 수 있으나 같은 동작을 반복적으로 측정하는 경우에, 측정되는 신호가 일정하지 않고, 각 근육마다 활성화 높이가 다른 문제점이 있다.

그리고, 종래에는 하나의 관절이 동작하는 경우에 많은 근육이 복잡하게 작용하기 때문에 실시간 동작 생성이 어렵고, 일부 근육들은 다른 관절의 움직임에 대해 영향을 받는다는 점에서 신호 획득이 어렵다는 문제점을 갖는다.

반면에, 힘센서 입력형 로봇은 사용자가 가하는 힘과 방향에 비례하여 전기신호를 발생시키는 힘 센서를 이용하는 방법으로서, 신호 검출이 용이하고, 측정된 신호의 신뢰성이 높은 장점이 있다.

그러나, 상기 힘센서 입력형 로봇은 작동 공간상에서의 모든 정보를 획득하기 위해서 6축 힘 센서가 필요하고, 6축 힘 센서가 사용되는 경우에 상기 센서에 부수적으로 설치되는 관련 부가 장비의 가격이 고가인 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 인체의 손목에 해당되는 착용형 다관절 로봇암의 타단 사이에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 로봇과 인체의 사이에서 발생하는 상대적인 외력을 입력 받아 상기 외력의 3축으로의 힘의 방향과 크기를 사용하여 로봇암의 이동위치를 예측함과 아울러 상기 로봇암을 이동 위치로 이동시킬 수 있는 로봇암의 위치 산출 장치 및 이를 갖는 다관절의 로봇암, 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제 2목적은 인체의 상지에 장착되는 다관절 로봇암의 손목부분인 타단에 3축의 힘 센서를 장착하여 상기의 힘의 크기와 방향을 측정함으로써, 6축 힘 센서를 사용함에 따른 관련 부가 장비로 인한 고가를 현저하게 저감시킬 수 있는 로봇암의 위치 산출 장치 및 이를 갖는 다관절의 로봇암, 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치는 일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부와, 상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이 동 위치 정보를 산출하는 이동 위치 산출부를 포함한다.

여기서, 상기 초기 위치 산출부는 상기 중심축선과 상기 다수개의 로봇암들과 이루는 초기 각도값을 측정하는 각도 측정 수단과, 상기 초기 각도값을 사용하여 상기 로봇암의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값을 측정하는 좌표 측정 수단을 구비하되,

상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 이동 위치 산출부는 상기 힘센서로 입력되어지는 상기 상대적인 외력의 의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 예측하는 좌표 예측 수단과, 상기 외력의 크기와 방향에 따라 예측된 상기 이동 위치 좌표값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축선과 이루는 이동 각도값을 산출하는 역변환 처리부와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 변환 각도값 산출수단을 구비하되,

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값인 것이 바람직하다.

또한, 상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것이 바람직하다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 착용형 다관절 로봇암은 그 일단 이 중심축을 이루고 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되며 인체의 상지에 착용 가능한 다수개의 로봇암들과, 상기 로봇암들 사이에 설치되어 외부로부터 전원을 인가 받아 상기 로봇암들을 구동시키는 구동부와, 상기 로봇암의 타단에 설치되어 상기 인체의 상지가 동작함에 따라 상기 인체와 상기 로봇암과의 사이에서 발생되는 상대적인 힘이 입력되면, 3축의 상기 힘의 크기와 방향을 측정하는 힘센서와, 상기 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부와, 상기 로봇암의 타단에 상기 상대적인 힘이 입력되면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 예측하는 이동 위치 산출부와, 상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 구동부로 전기적 신호를 전송하여 상기 로붓암들을 일정 위치로 이동시키는 제어부를 포함한다.

그리고, 상기 이동 위치 산출부는 상기 힘센서로 입력되어지는 상기 상대적인 외력의 의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 예측하는 좌표 예측 수단과, 상기 외력의 크기와 방향에 따라 예측된 상기 이동 위치 좌표값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축선 과 이루는 이동 각도값을 산출하는 역변환 처리부와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 변환 각도값 산출수단을 구비하되,

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값이고,

상기 변환 각도값은 상기 구동부로 전송되는 전기적 신호인 것이 바람직하다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법은 그 일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 취득하는 제 1단계와, 상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 예측하는 제 2단계와, 상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 로붓암들을 일정 위치로 이동시키는 제 3단계를 포함한다.

여기서, 상기 제 1단계는 상기 로봇암들과 상기 중심축과의 초기 각도값을 산출하는 단계와, 상기 초기 각도값을 통하여 상기 로봇암의 타단의 초기 위치 좌 표값을 산출하는 단계를 포함하되,

또한, 상기 힘센서를 통하여 측정되는 상기 힘의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 측정예측하는 단계와, 상기 이동 위치 좌표값과 상기 초기 각도값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동된하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축과 이루는 이동 각도값을 산출하는 단계와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 단계를 포함하되,

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값이고, 상기 변환 각도값은 상기 로봇암을 일정 위치로 이동시키도록 사용되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여 본 발명의 로봇암의 위치 산출 장치와, 이를 갖는 다관절의 로봇암을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 다관절의 로봇암을 보여주는 사시도이다. 도 2는 본 발명에 따르는 힘센서의 장착상태를 보여주는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 로봇암을 통한 본 발명의 위치 산출 장치의 동작원리에 대한 제 1예를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 다관절의 로봇암을 보여 주는 측면도이다. 도 5는 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치의 동작원리에 대한 제 2예를 보여주는 도면이다. 도 6은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 보여주는 블록도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 로봇암은 인체의 상지에 장착되는 다관절의 로봇암이다.

상기 다관절의 로봇암(100)은 그 일단이 인체(10)의 어깨부분에서 중심축(C)을 이루고, 타단이 인체(10)의 손목 부분에 위치되고 자유단을 이룬다. 상기 다관절의 로봇암(100)은 서로 회전되도록 연결된다.

상기 로봇암들(100)의 사이에는 구동부(200)가 설치된다. 상기 구동부(200)는 외부로부터 전원을 인가 받아 상기 로봇암들(100)을 각각 구동시킬 수 있다.

상기 로봇암(100)의 타단에는 힘센서(300)가 장착된다. 상기 힘센서(300)는 인체(10)의 손목에 해당되는 착용형 다관절 로봇암의 타단 사이에 설치된 상기 힘센서로 사람의 동작에 의해 로봇과 사람 사이에서 발생하는 상대적인 외력에 대한 3축의 힘(F)의 크기와 방향을 인지할 수 있다.

또한, 도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 로봇암(100)은 상기 힘센서(300)를 통하여 인지된 힘(F)의 크기와 방향을 통하여 이동되는 위치를 추정하여 상기 구동부(200)로 신호를 전송하여 로봇암(100)을 구동시킬 수 있는 위치 산출 장치(400)를 구비한다.

상기 위치 산출 장치(400)는 상기 로봇암들(100)의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부(410)와, 상기 로봇암(100)의 타단에 외력이 가해지면 상기 초 기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암(100)의 타단의 이동 위치 정보를 산출하는 이동 위치 산출부(420)와, 상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 구동부(200)로 전기적 신호를 전송하여 상기 로붓암들(100)을 일정 위치로 이동시키는 제어부(430)를 구비한다.

여기서, 상기 초기 위치 산출부(410)는 상기 중심축(C)과 상기 다수개의 로봇암들(100)과 이루는 초기 각도값(θ2, θ3)을 측정하는 각도 측정 수단(411)과, 상기 초기 각도값(θ2, θ3)을 사용하여 상기 로봇암(100)의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값(A, P)을 측정하는 좌표 측정 수단(412)을 구비한다.

상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값(θ2, θ3)과 상기 초기 위치 좌표값(A, P)이다.

그리고, 상기 이동 위치 산출부(420)는 상기 힘센서(300)를 통하여 측정되는 상기 힘(F)의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값(A', P')을 측정하는 좌표 예측 수단(421)과, 상기 초기 위치 좌표값에 외력의 힘의 크기와 방향에 따라 이동한 위치 좌표값(A', P')을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동된 상기 로봇암들(100)과 상기 중심축(C)과 이루는 이동 각도값(θ2', θ3')을 산출하는 역변환 처리부(422)와, 상기 이동 각도값(θ2', θ3')과 상기 초기 각도값(θ2, θ3)을 차분하여 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)을 산출하는 변환 각도 산출 수단(423)을 구비한다.

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값(A', P')과 상기 이동 각도값(θ2', θ3')과 상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)이다.

상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)은 상기 구동부(200)로 전송되는 전기적 신호인 것이 바람직하다.

또한, 상기 이동 위치 좌표값(A', P')는 상기 초기 위치 좌표값(A, P)에서의 상기 외력에 의하여 형성되는 힘(F)의 방향을 따르는 선상에 위치된다.

상기에서 미 설명 부호인 '20'은 로봇암(100)과 인체(10)의 손목 부분을 체결하는 인터페이스이고, 이 인터페이스는 로봇암(100)의 타단에 장착된다.

다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 착용형 로봇암의 위치 산출 장치와, 이를 갖는 다관절의 로봇암의 작용 및 효과와, 이를 통하여 본 발명의 로봇암의 위치 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동방법을 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동방법을 보여주는 흐름도이다. 도 8은 본 발명에 따르는 제 1단계를 보여주는 흐름도이다.

도 2 내지 도 6 및 도 7 내지 도 9를 참조하면, 그 일단이 중심축(C)을 이루고 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 로봇암들(100)의 초기 위치 정보를 취득하는 제 1단계를 거친다(S100).

본 발명의 로봇암(100)은 인체(10)의 상지에 착용된다.

이때, 본 발명에 따르는 초기 위치 산출부(410)는 상기 로봇암(100)의 초기 위치 정보를 산출할 수 있다.

즉, 도 3 및 도 4를 참조하면, 로봇암들(100)의 사이에는 구동부(200)가 설 치되는 O point와 A point와 인체(10)의 손목 부분에 해당되는 로봇암(100)의 타단인 P point로 구분된다. 상기 O point는 인체(10)의 어깨에 해당되고 로봇암(100)의 중심축(C)이다.

이때, 인체(10)는 상지를 일정 위치로 이동하기 위하여 힘(F)을 발생시킬 수 있다.

이어, 본 발명에 따르는 초기 위치 산출부(410)는 상기 로봇암들(100)의 초기 위치 정보를 산출한다.

즉, 본 발명에 따르는 각도 측정 수단(411)은 상기 로봇암들(100)과 상기 중심축(C)과의 초기 각도값인 θ2와 θ3를 산출한다(S10).

또한, 본 발명에 따르는 좌표 측정 수단(412)은 상기 초기 각도값과 로봇암(100)의 길이를 사용하여 상기 로봇암(100)의 타단의 초기 위치 좌표값인 A(YA,ZA), P(YP,ZP)를 산출한다(S120).

이어, 상기 힘센서(300)에 힘이 가해지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암(100)의 타단이 이동해야 할 이동 위치 정보를 산출하는 제 2단계를 거친다(S200).

도 4를 참조하면, 상기 인체(10)로부터 입력된 힘(F)은 초기 위치인 P 위치에서 힘(F)를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 힘(F)의 방향과 동일 선상의 이동위치인 P'을 결정할 수 있다. 이때 k는 힘(F)을 위치의 값으로 변경 시켜주는 상수이다. k의 크기에 따라 P'의 크기가 달라진다.

이때, 인체(10)의 손목에 해당되는 로봇암(100)의 타단 사이에 설치된 힘센 서(300)는 인체(10)의 동작에 의해 로봇과 사람 사이에서 발생하는 상대적인 힘을 입력받고, 상기 입력된 힘(F)의 크기와 방향을 인지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 좌표 예측 수단(421)은 상기 힘센서(300)를 통하여 측정되는 상기 힘(F)의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값(A', P')을 산출하여 인체(10)의 상지의 동작을 추정할 수 있다(S210).

이어, 본 발명에 따르는 역변환 처리부(422)는 상기 이동 위치 좌표값인 P'를 역변환 함으로 상기 외력 입력에 의해 상기 로봇암(100)이 이동하게 될 P'의 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들(100)의 상기 중심축(C)으로부터 이동 각도값인 θ2', θ3'을 산출할 수 있다(S220).

이어, 본 발명에 따르는 변환 각도 산출 수단(423)은 상기 산출된 이동 각도값(θ2', θ3')과 상기 초기 각도값(θ2, θ3)을 차분하여 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)을 산출 할 수 있다(S230).

따라서, 상기 산출된 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)은 전기적 신호의 형태로 본 발명에 따르는 제어부(430)로 전송된다.

여기서, 본 발명에 따르는 역변환 처리부(422) 및 변환 각도 산출 수단(423)에서 상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)을 산출하는 구체적인 방법으로는 전형적으로 역변환 또는 역기구학이라 칭하여지는 변환식을 사용한다.

이는 통상 로봇암(100)의 손끝의 툴위치와 자세에서 각 관절의 각도를 구하는 변환식이다. 상기 변환식에 대해서는 다양한 문헌(예컨대, "로봇기초이론" : 요시카와 츠네오 저)에 기재되어 있기 때문에 이하에서는 생략하기로 한다.

다음, 본 발명에 따르는 제어부(430)는 상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)인 이동 위치 정보를 사용하여 상기 로붓암들(100)을 일정 위치로 이동시키는 제 3단계를 거친다(S300).

즉, 상기 제어부(430)는 구동부(200)로 전기적 신호를 전송한다. 상기 구동부(200)는 상기 로봇암들(100)을 초기 각도값인 θ2, θ3에서 Δθ2, Δθ3 만큼 회전되도록 구동시키어 위치시킬 수 있다.

한편, 도 5에는 본 발명의 착용형 다관절 로봇암(100)이 3차원 공간에서 인체(10)의 손목 부분과 로봇암(100) 사이의 힘센서(300)로 측정된 상기 외력에 의해 초기 위치(P)에서 이동 위치(P')로 이동되는 것을 보여주고 있다.

이러한 경우에도, 본 발명의 위치 산출 장치(400)를 통하여 상기와 같은 정보를 산출하는 방법은 동일하다. 다만, X,Y,Z의 3축을 이루기 때문에 좌표값이 3축에 대한 좌표값을 갖는다.

즉, 본 발명에 따르는 각도 측정 수단(411)은 θ1, θ2, θ3를 측정할 수 있고, 좌표 측정 수단(412)은 P(XP, YP, ZP)를 산출할 수 있다.

이어, 좌표 예측 수단(421)은 P'(XP', YP', ZP')를 산출할 수 있고, 역변환 처리부(422)는 θ1', θ2', θ3'를 산출할 수 있고, 변환 각도 산출 수단(423)은 Δθ1, Δθ2, Δθ3를 산출할 수 있다.

상기 변환 각도 산출 수단(423)은 Δθ1, Δθ2, Δθ3을 전기적 신호의 형태로 제어부(430)로 전송한다.

따라서, 상기 제어부(430)는 구동부(200)로 전기적 신호를 전송한다. 상기 구동부(200)는 상기 로봇암들(100)을 초기 각도값인 θ1, θ2, θ3에서 Δθ1, Δθ2, Δθ3 만큼 회전되도록 구동시키어 위치시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 인체의 상지에 장착되는 착용형 다관절 로봇암의 손목부분인 타단에 인체로부터 외력이 가해지면 상기 외력의 3축으로의 힘의 방향과 크기를 사용하여 로봇암이 인체의 상지인 사람의 팔의 이동위치를 추정함과 아울러 상기 로봇암을 이동 위치로 이동시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 인체의 상지에 장착되는 다관절 로봇암의 손목부분인 타단에 3축의 힘 센서를 장착하여 상기의 힘의 크기와 방향을 측정함으로써, 공간상의 모든 정보 획득을 위해 필요한 6축 힘 센서를 사용함에 따른 관련 부가 장비로 인한 고가를 현저하게 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부; 및

상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 산출하는 이동 위치 산출부를 포함하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치.
제 1항에 있어서,

상기 초기 위치 산출부는 상기 중심축선과 상기 다수개의 로봇암들과 이루는 초기 각도값을 측정하는 각도 측정 수단과, 상기 초기 각도값을 사용하여 상기 로봇암의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값을 측정하는 좌표 측정 수단을 구비하되,

상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치.
제 2항에 있어서,

상기 이동 위치 산출부는 상기 힘센서로 입력되어지는 상기 상대적인 외력의 의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 예측하는 좌표 예측 수단과, 상기 외력의 크기와 방향에 따라 예측된 상기 이동 위치 좌표값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축선과 이루는 이동 각도값을 산출하는 역변환 처리부와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 변환 각도값 산출수단을 구비하되,

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값인 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치.
제 2항에 있어서,

상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치.
그 일단이 중심축을 이루고 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되며 인체의 상지에 착용 가능한 다수개의 로봇암들;

상기 로봇암들 사이에 설치되어 외부로부터 전원을 인가 받아 상기 로봇암들을 구동시키는 구동부;

상기 로봇암의 타단에 설치되어 상기 인체의 상지가 동작함에 따라 상기 인체와 상기 로봇암과의 사이에서 발생되는 상대적인 힘이 입력되면, 3축의 상기 힘 의 크기와 방향을 측정하는 힘센서;

상기 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부;

상기 로봇암의 타단에 상기 상대적인 힘이 입력되면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 예측하는 이동 위치 산출부; 및

상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 구동부로 전기적 신호를 전송하여 상기 로붓암들을 일정 위치로 이동시키는 제어부를 포함하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 착용형 다관절 로봇암.
제 5항에 있어서,

상기 초기 위치 산출부는 상기 중심축선과 상기 다수개의 로봇암들과 이루는 초기 각도값을 측정하는 각도 측정 수단과, 상기 초기 각도값을 사용하여 상기 로봇암의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값을 측정하는 좌표 측정 수단을 구비하되,

상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 착용형 다관절 로봇암.
제 6항에 있어서,

상기 이동 위치 산출부는 상기 힘센서로 입력되어지는 상기 상대적인 외력의 의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 예측하는 좌표 예측 수단과, 상기 외력의 크기와 방향에 따라 예측된 상기 이동 위치 좌표값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축선과 이루는 이동 각도값을 산출하는 역변환 처리부와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 변환 각도값 산출수단을 구비하되,

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값이고,

상기 변환 각도값은 상기 구동부로 전송되는 전기적 신호인 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 착용형 다관절 로봇암.
제 6항에 있어서,

상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 로봇암의 위치 산출 장치를 갖는 다관절의 로봇암.
그 일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 취득하는 제 1단계;

상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 예측하는 제 2단계; 및

상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 로붓암들을 일정 위치로 이동시키는 제 3단계를 포함하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법.
제 9항에 있어서,

상기 제 1단계는 상기 로봇암들과 상기 중심축과의 초기 각도값을 산출하는 단계와, 상기 초기 각도값을 통하여 상기 로봇암의 타단의 초기 위치 좌표값을 산출하는 단계를 포함하되,

상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법.
제 10항에 있어서,

상기 힘센서를 통하여 측정되는 상기 힘의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 측정예측하는 단계와, 상기 이동 위치 좌표값과 상기 초기 각도값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동된하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축과 이루는 이동 각도값을 산출하는 단계와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 단계를 포함하되,

상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값이고, 상기 변환 각도값은 상기 로봇암을 일정 위치로 이동시키도록 사 용되는 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법.
제 10항에 있어서,

상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법.