KR20110077556A - 로봇 교시 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇 교시 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 이 시스템은 자이로 센서, 가속도 센서 및 각속도 센서 중 적어도 하나를 포함하고 사용자의 움직임에 따라 위치 정보 및 방위 정보를 생성하는 보조 단말기, 그리고 보조 단말기로부터 위치 정보 및 방위 정보를 받아 로봇의 작업 경로를 생성하여 로봇 제어기에 전송하는 주 단말기를 포함한다.
로봇, 교시, 주 단말기, 보조 단말기, 촬영부

Description

로봇 교시 시스템 및 방법{TEACHING SYSTEM AND METHOD FOR ROBOTS}
본 발명은 로봇 교시 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 인간-로봇 상호작용(human-robot interaction, HRI) 기반 지능형 로봇 교시 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 로봇은 사람을 대신하여 각종 작업을 수행하는 도구로서 중요한 역할을 수행하고 있다. 로봇은 주로 사람의 팔을 대신하여 제조업 생산 라인에서 물류, 조립, 용접, 페인팅을 비롯한 여러 형태 작업의 자동화에 사용되고 있으며, 생산성 향상과 함께 비인간적인 작업으로부터 인간을 보호하는 데 기여하고 있을 뿐만 아니라 인간이 작업할 수 없는 극한 환경의 작업, 예를 들면, 핵발전소의 방사선 오염 지역, 독극물 오염 지역, 해저, 우주 작업 등에서 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행하고 있다.
한편, 이러한 로봇에게 인간이 원하는 작업을 수행하게 하는 방법은 편의상 크게 두 가지 유형으로 분류할 수 있다. 그 중 하나는 로봇에게 원하는 위치나 운동을 지시하여 기억시키고 이를 재현하도록 하는 교시(teaching) 운동 방법이고, 다른 하나는 로봇에게 지능을 부여하고 작업 목표를 지시하여 주변 환경을 로봇 스 스로 판단하여 필요한 운동을 발생하는 자율(Autonomous) 운동 방법이다.
일반적으로 티칭 펜던트라 불리는 별도의 조작기를 이용하여 인간이 원하는 작업을 로봇에 교시하는 방법이 많이 사용되고 있으며, 경우에 따라서는 로봇의 말단에 힘/토크 센서를 장착하여 사용자가 로봇에 직접 인가하는 힘/토크를 측정하여 로봇을 교시하는 방법도 사용되고 있다. 티칭 펜던트의 경우에는 작업자에게 교시 메뉴 및 프로그래밍 언어에 대한 이해와 공간적인 감각, 로봇 시스템 및 기구학적 해석 능력 등이 요구되는 등 작업자가 로봇 작업을 프로그래밍하는 능력을 갖추기 위해서는 많은 시간이 소요되어 그 사용이 매우 번거롭고, 힘/토크 센서를 이용하여 로봇의 말단부의 움직임을 직접 교시하는 경우에는 작업자가 로봇 바로 옆에서 교시하여야 하므로 로봇 오작동과 관련된 안전상의 문제가 발생할 수 있으며, 인간에 의한 교시 방법이므로 정밀도가 떨어질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단하면서도 안전하게 그리고 직관적으로 로봇을 교시할 수 있으며 교시 시간을 단축시킬 수 있는 로봇 교시 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 태양에 따른 지능형 교시 시스템은, 자이로 센서, 가속도 센서 및 각속도 센서 중 적어도 하나를 포함하고 사용자의 움직임에 따라 위치 정보 및 방위 정보를 생성하는 보조 단말기, 그리고 상기 보조 단말기로부터 상기 위치 정보 및 상기 방위 정보를 받아 로봇의 작업 경로를 생성하여 로봇 제어기에 전송하는 주 단말기를 포함한다.
상기 보조 단말기는 상기 로봇의 작업 경로의 시작점과 끝점을 지시하며, 적어도 하나의 중간점을 지시할 수 있다.
상기 보조 단말기와 상기 주 단말기는 블루투스, 지그비 및 초광대역 통신 중 어느 하나의 무선 통신을 이용하여 정보를 주고받을 수 있다.
상기 로봇을 촬영하여 상기 주 단말기에 영상 데이터를 전송하는 촬영부를 더 포함하고, 상기 주 단말기는 상기 사용자의 조작에 따라 상기 로봇의 작업 경로를 수정할 수 있다.
상기 주 단말기는 상기 보조 단말기와 별도로 상기 사용자의 조작에 따라 월드 좌표계 또는 조인트 좌표계에서의 상기 로봇의 작업 경로를 교시하는 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따른 주 단말기와 보조 단말기를 포함하는 로봇 교시 시스템의 로봇 교시 방법은, 상기 보조 단말기가 자이로 센서, 가속도 센서 및 각속도 센서 중 적어도 하나를 이용하여 사용자의 움직임에 따라 위치 정보 및 방위 정보를 생성하는 단계, 그리고 상기 주 단말기가 상기 위치 정보 및 상기 방위 정보에 따라 로봇의 작업 경로를 생성하여 로봇 제어기에 전송하는 단계를 포함한다.
상기 생성 단계는 상기 로봇의 작업 경로의 시작점과 끝점을 지시하며, 적어도 하나의 중간점을 지시하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 로봇을 촬영하여 상기 주 단말기에 영상 데이터를 제공하는 단계, 그리 고 상기 주 단말기가 상기 사용자의 조작에 따라 상기 로봇의 작업 경로를 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전송 단계는 상기 주 단말기가 상기 보조 단말기와 별도로 상기 사용자의 조작에 따라 월드 좌표계 또는 조인트 좌표계에서의 상기 로봇의 작업 경로를 교시하는 정보를 생성하여 상기 로봇 제어기에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 상기한 방법 중 어느 하나를 상기 주 단말기 및/또는 상기 보조 단말기에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다.
본 발명에 의하면, 자이로 센서와 각속도 센서를 구비한 보조 단말기와 무선 통신이 가능한 주 단말기를 이용하여 로봇을 교시함으로써 비전문가도 쉽고 직관적으로 제조용 로봇의 경로를 생성하고 교시할 수 있으며 교시 시간을 단축시킬 수 있다.
이하의 상세한 설명에서 본원의 일부를 구성하는 첨부의 도면이 참조된다. 문맥에서 다르게 지시하지 않는 한, 도면에서 유사한 부호는 일반적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 기재된 예시적인 실시예들은 한정하고자 하는 의도가 아니다. 여기에서 제시된 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 다른 실시예들이 이용될 수 있고 다른 변경들이 이루어질 수 있을 것이다. 본원의 구성요소들은, 여기에서 일반적으로 설명되고 도면에서 도시된 바와 같이, 상이한 구성들의 폭넓은 다양성 내에서의 상이한 구성들로 배열되고, 치환되고, 결합되고, 설계될 수 있으며, 이 모두가 분명히 고려되었고 본원의 일부를 이루는 것임이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 시스템을 예시적으로 구현한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 시스템(100)은 주 단말기(120), 보조 단말기(110) 및 촬영부(130)를 포함하며, 로봇 시스템(200)과 연결되어 있다.
로봇 시스템(200)은 제어기(210)와 적어도 하나의 로봇(220)을 포함한다.
제어기(210)는 로봇(220)을 제어하여 로봇(220)이 작업 동작을 수행하도록 한다. 또한 제어기(210)는 주단말기(120)로부터 로봇 선택 신호를 받아 교시 대상 로봇(220)을 정하고 교시 대상 로봇(220)에 지령을 내려 주단말기(120)에서 교시하는 대로 교시 대상 로봇(220)을 구동한다.
로봇(220)은 제어기(210)로부터의 지령에 따라 동작한다. 로봇(220)은 몇 개의 제어 축, 어떠한 제어 형태, 어떠한 기계적 구조를 갖더라도 무방하며 산업용과 비산업용을 가리지 않는다.
촬영부(130)는 로봇 시스템(200)과 주변 환경을 영상으로 획득하는 카메라를 포함하며, 획득된 영상에 대하여 적절한 처리를 수행하여 얻은 영상 데이터를 주 단말기(120)에 전송한다. 카메라는 로봇(220)의 엔드 이펙터의 위치뿐만 아니라 방위에 대한 정보를 획득할 수 있는 스테레오 카메라일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
보조 단말기(110)는 3차원 보조 입력 디바이스로서, 통신 모듈과 자이로 센서, 각속도 센서 및 가속도 센서 중 적어도 하나의 센서를 구비하고 있으며, 이 센서로부터 작업자의 팔의 각도 및 움직임의 변화를 감지하여 공간상의 위치 정보 및 방위 정보를 생성한 후 주 단말기(120)에 전송한다. 이 센서의 예로서 인벤센스(InvenSense)사의 가속도 계측기(Multi Axis MEMS Rate gyroscope) 'IDG-600'을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 통신 모듈은 블루투스(bluetooth), 지그비(ZigBee), 초광대역 통신(UWB) 등과 같은 근거리 무선 통신을 이용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 보조 단말기(110)는 주 단말기(120)에서 제공하는 프로그램과 연동하여 작업 명령을 교시할 수 있으며, 독립적으로 공간상의 경로를 생성하여 주 단말기(120)로 전달할 수도 있다.
주 단말기(120)는 로봇 시스템(200)에 교시 명령을 내리는 역할을 하며, 보조 단말기(110), 촬영부(130) 및 제어기(210)와 통신을 수행하는 통신 모듈, 촬영부(130)로부터의 영상을 사용자에게 표시하는 표시부, 터치스크린 또는 복수의 버튼으로 이루어진 입력부, 그리고 이들을 제어하는 처리부를 포함한다.
주 단말기(120)는 보조 단말기(110)로부터 수신된 위치 정보 및 방위 정보에 기초하여 로봇(220)의 교시 명령을 생성하고 이를 제어기(210)에 전송한다. 그러 나 주 단말기(120)는 보조 단말기(110)와 별도로, 예를 들면, 월드 좌표계(World Coordinate System)나 조인트 좌표계(Joint Coordinate System)에서의 로봇 엔드 이펙터의 교시가 가능하고 프로그래밍을 통한 작업도 가능하다.
주 단말기(120)는 촬영부(130)로부터 영상 정보를 입력받아 표시부에 표시할 수 있으며, 작업자는 작업을 수행하는 로봇(220)과 작업 환경을 표시부에서 확인한 후 로봇(220)의 경로 수정, 미세 조정 및 로봇의 자세를 결정하는 등 최종 교시 작업을 수행할 수 있으며, 이에 따라 주 단말기(120)는 최종 교시 명령을 생성하여 제어기(210)에 전송한다.
도 2를 참고하면, 보조 단말기(110)는 십자형의 방향키와 전원 버튼, 교시의 시작과 끝을 알리는 버튼, 긴급 정지 버튼 등 복수의 버튼을 구비하고 있으며, 주 단말기(120)는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)나 유기 발광 표시 장치(organic lighting emitting display, OLED) 등으로 이루어진 모니터와 복수의 버튼을 구비하고 있다. 모니터는 터치스크린과 결합되어 작업자가 쉽게 조작할 수 있도록 할 수 있다. 보조 단말기(110)와 주 단말기(120)는 작업자가 한 손에 들고 움직이기 편한 정도의 크기로 구현될 수 있으며, 이들은 무선 통신 모듈을 이용하여 서로 정보를 주고받는다. 물론 주 단말기(120)와 보조 단말기(110)는 유선으로 연결되어 정보를 주고받을 수도 있다.
그러면 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법을 설명하기 위한 흐름도이 고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법에 따라 작업자가 로봇을 교시하고 있는 모습을 예시적으로 도시한 개략도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 먼저 작업자는 교시 대상 로봇(220)을 선택하고 해당 로봇(220)에 대하여 교시를 시작한다. 작업자는 보조 단말기(110)를 한 손으로 들고 움직여 시작점과 끝점을 교시하여 원하는 경로를 생성할 수 있고 필요에 따라 적어도 하나의 중간점을 추가로 교시하여 로봇(220)이 중간점을 거쳐 이동하게 할 수 있다. 이와 같이 작업자가 보조 단말기(110)를 들고 시작점, 중간점, 끝점을 지시하면 보조 단말기(110)는 이에 따라 작업자의 팔의 각도 및 움직임의 변화를 감지하여 공간상의 위치 정보 및 방위 정보를 생성한 후 주 단말기(120)에 전송한다. 주 단말기(120)는 이들 정보에 기초하여 로봇(220)의 작업 경로를 생성하고(S310), 작업 경로에 대응하는 명령을 제어기(210)로 전송한다. 그러면 제어기(210)는 이에 따라 로봇(220)을 제어하여 로봇(220)이 작업 경로에 따라 동작하게 한다(S320).
촬영부(130)는 작업 명령에 따라 로봇(220)이 동작하는 것과 그 작업 환경을 촬영하고 영상 데이터를 주 단말기(120)에 전송하여 표시부에 표시하도록 한다(S330). 작업자는 주 단말기(120)도 한 손으로 들고 주 단말기(120)에 표시된 로봇(220) 및 작업 환경을 관찰하여 로봇(220)의 경로를 수정하거나 미세 조정을 하거나 로봇(220)의 자세를 결정하는 등 주 단말기(120)를 이용하여 로봇(220) 교시를 위한 정밀 조정 작업을 수행하고, 주 단말기(120)는 정밀 조정에 따른 교시 명령을 생성하여 제어기(210)에 전송한다(S340). 단계(S340) 및 단계(S330)는 반 복적으로 수행될 수 있으며 이에 따라 최종 교시를 생성할 수 있다. 로봇 시스템(200)은 최종 결정된 교시에 따라 동작한다(S350).
작업자는 각 로봇(220)에 대하여 단계(S310) 내지 단계(S350)를 반복 수행하여 전체 로봇(220)을 교시할 수 있다.
이와 같이 비전문가인 작업자라도 보조 단말기(110)를 이용하여 단순히 몇 개의 점으로 이루어진 작업 경로를 생성함으로써 로봇을 교시할 수 있으므로 작업이 간단하고 직관적으로 이루어질 수 있으며 따라서 교시 시간을 단축시킬 수 있으며, 비접촉식 교시 방법이므로 사용자의 안전성을 확보할 수 있고 한 손 만을 사용한 교시가 가능하므로 인간-로봇 협업 작업에 특화가 가능하다.
본 발명의 실시예는 주 단말기 및/또는 보조 단말기에서 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 로봇 교시 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용 해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 시스템을 예시적으로 구현한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법에 따라 작업자가 로봇을 교시하고 있는 모습을 예시적으로 도시한 개략도이다.
<도면 부호의 설명>
100: 로봇 교시 시스템, 110: 보조 단말기,
120: 주 단말기, 130: 촬영부,
200: 로봇 시스템, 210: 제어기,
220: 로봇

Claims (11)

  1. 자이로 센서, 가속도 센서 및 각속도 센서 중 적어도 하나를 포함하고 사용자의 움직임에 따라 위치 정보 및 방위 정보를 생성하는 보조 단말기, 그리고
    상기 보조 단말기로부터 상기 위치 정보 및 상기 방위 정보를 받아 로봇의 작업 경로를 생성하여 로봇 제어기에 전송하는 주 단말기
    를 포함하는 로봇 교시 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 보조 단말기는 상기 로봇의 작업 경로의 시작점과 끝점을 지시하며, 적어도 하나의 중간점을 지시하는 로봇 교시 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 보조 단말기와 상기 주 단말기는 블루투스, 지그비 및 초광대역 통신 중 어느 하나의 무선 통신을 이용하여 정보를 주고받는 로봇 교시 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 로봇을 촬영하여 상기 주 단말기에 영상 데이터를 전송하는 촬영부를 더 포함하고,
    상기 주 단말기는 상기 사용자의 조작에 따라 상기 로봇의 작업 경로를 수정 하는 로봇 교시 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 주 단말기는 상기 보조 단말기와 별도로 상기 사용자의 조작에 따라 월드 좌표계 또는 조인트 좌표계에서의 상기 로봇의 작업 경로를 교시하는 정보를 생성하는 로봇 교시 시스템.
  6. 주 단말기와 보조 단말기를 포함하는 로봇 교시 시스템의 로봇 교시 방법으로서,
    상기 보조 단말기가 자이로 센서, 가속도 센서 및 각속도 센서 중 적어도 하나를 이용하여 사용자의 움직임에 따라 위치 정보 및 방위 정보를 생성하는 단계, 그리고
    상기 주 단말기가 상기 위치 정보 및 상기 방위 정보에 따라 로봇의 작업 경로를 생성하여 로봇 제어기에 전송하는 단계
    를 포함하는 로봇 교시 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 생성 단계는 상기 로봇의 작업 경로의 시작점과 끝점을 지시하며, 적어도 하나의 중간점을 지시하는 단계를 포함하는 로봇 교시 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 보조 단말기와 상기 주 단말기는 블루투스, 지그비 및 초광대역 통신 중 어느 하나의 무선 통신을 이용하여 정보를 주고받는 로봇 교시 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 로봇을 촬영하여 상기 주 단말기에 영상 데이터를 제공하는 단계, 그리고
    상기 주 단말기가 상기 사용자의 조작에 따라 상기 로봇의 작업 경로를 수정하는 단계
    를 더 포함하는 로봇 교시 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 전송 단계는 상기 주 단말기가 상기 보조 단말기와 별도로 상기 사용자의 조작에 따라 월드 좌표계 또는 조인트 좌표계에서의 상기 로봇의 작업 경로를 교시하는 정보를 생성하여 상기 로봇 제어기에 전송하는 단계를 포함하는 로봇 교시 방법.
  11. 제6항 또는 제7항의 방법을 상기 주 단말기 및/또는 상기 보조 단말기에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
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