KR20110080619A - 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

사람과 물체을 주고 받을 수 있는 로봇에 있어서, 사람의 의사 변경에 유연하게 대처할 수 있는 로봇 및 그 제어방법을 개시한다. 이를 위해 로봇은 로봇핸드에 미는 힘이 감지되면 물체를 파지하여 당김으로써 사람에게 물건을 전달받을 준비가 되었음을 알린 후 로봇핸드에 미는 힘 또는 당기는 힘이 감지되는 지에 따라 물건을 전달받거나 사람에게 전달한다. 또한 로봇은 로봇핸드에 당기는 힘이 감지되면 물체를 내밈으로써 사람에게 물건을 전달할 준비가 되었음을 알린 후 로봇핸드에 미는 힘 또는 당기는 힘이 감지되는지에 따라 물건을 전달받거나 사람에게 전달한다.

Description

로봇 및 그 제어방법{Robot and Control Method Thereof}

사람과 물건을 주고 받을 수 있는 로봇에 있어서, 사람의 의사 변경에 유연하게 대처할 수 있는 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 산업용 로봇이나 지능형 서비스 로봇 분야에서 활용되는 매니퓰레이터(Manipulator)는 독자적인 작업 수행 뿐만 아니라 인간과 함께 작업을 수행하는 단계에 이르고 있다. 특히, 로봇과 로봇 간의 작업이 아닌 로봇과 인간 간의 공동 작업의 경우에는 여러 가지 상황에 맞는 유연한 제어 방법이 더 요구된다.

특히, 로봇과 사람이 물체를 주고 받는 경우에 있어, 로봇과 사람의 상호 작용에 중점을 두지 않고 로봇의 입장에서만 제어하였기 때문에 여러 가지 상황에 유연한 대처가 미흡하였다. 예를 들어, 사람이 물체를 로봇팔에 전달하고자 할 때에, 로봇팔이 물체를 안정적으로 파지하지 않은 상황에서 사람이 물체가 전달되었다고 판단하여 놓아버려 물체가 망가지는 경우가 발생하였다. 또한, 사람이 물체를 전달하고자 할 때에 처음의 의사와는 반대로 도중에 의사를 바꾸는 경우에도 로봇은 설계되어 있는 알고리즘대로 일정 행동을 취한 후에야 그것을 반영하여 효율적인 대처를 하지 못하였다.

로봇이 사람과 물건을 주고 받는 동작을 수행함에 있어서, 물건을 떨어뜨리지 않고 안정적으로 주고 받음과 동시에 도중에 변경되는 사람의 의사에 유연하게 대처하는 로봇 및 그 제어방법을 제시한다.

이를 위해 본 발명의 일측면에 의한 로봇의 제어방법은 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드와 로봇핸드에 연결되는 로봇팔을 포함하는 로봇의 제어방법에 있어서, 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 감지하고, 상기 물체가 상기 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 상기 물체를 파지하고, 상기 로봇핸드가 상기 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되면 상기 물체를 안정적으로 파지하였다는 신호로서 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당기고, 상기 로봇핸드가 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당긴 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 외부 주체의 의도를 반영하여 상기 로봇핸드의 파지력을 제어함으로써 물체를 전달받거나 전달할 수 있다.

이때, 로봇핸드가 물체를 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당긴 후 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 물체가 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 로봇핸드가 물체를 당겨지는 방향으로 밀면서 파지력을 완화하도록 로봇핸드의 파지력을 제어할 수 있다.

또한, 로봇핸드가 물체를 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당긴 후 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 물체가 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 로봇핸드가 물체를 파지한 채로 대기하도록 로봇핸드의 파지력을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일측면에 의한 로봇의 제어방법은 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 감지하고, 상기 물체가 상기 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 상기 로봇핸드는 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내밀고, 상기 로봇핸드가 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 외부 주체의 의도를 반영하여 상기 로봇핸드의 파지력을 제어함으로써 물체를 전달받거나 전달할 수 있다.

이때, 로봇핸드가 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 물체가 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 로봇핸드가 물체를 당겨지는 방향으로 내밀면서 파지력을 완화하도록 로봇핸드의 파지력을 제어할 수 있다.

또한, 로봇핸드가 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 물체가 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 로봇핸드가 물체를 파지한 채로 대기하도록 로봇핸드의 파지력을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일측면에 의한 로봇은 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드; 로봇핸드에 연결되어 로봇핸드를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있는 로봇팔; 및 로봇핸드와 로봇팔을 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는 로봇핸드에 가해지는 외력의 크기 및 방향에 의해 물체가 로봇핸드에 전달되는 것인지 물체가 로봇핸드로부터 당겨지는 것인지를 판단하고, 물체가 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 물체를 파지하고, 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되면 물체를 안정적으로 파지하였다는 신호로서 물체를 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당기도록 하고, 물체가 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내밀도록 제어할 수 있다.

이때, 제어부는 로봇에 물체를 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당기거나 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후에 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 감지하고, 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 외부 주체의 의도를 반영하여 로봇핸드의 파지력을 제어함으로써 물체를 전달받거나 전달하도록 제어할 수 있다.

위와 같은 방법 및 구성으로 로봇이 사람과 물건을 주고 받는 동작을 수행함에 있어, 물건을 떨어뜨리지 않고 안정적으로 주고 받음과 동시에 도중에 변경되는 사람의 의사에 유연하게 대처할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇을 제어하는 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 로봇핸드에 가해지는 힘이 미는 힘인지 당기는 힘인지 판단하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 로봇핸드에 미는 힘이 감지된 경우의 로봇의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 로봇핸드에 당기는 힘이 감지된 경우의 로봇의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 제어방법을 설명하는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 사시도이다.

로봇(1)은 몸체(2), 구동바퀴(4), 로봇팔(6) 및 로봇핸드(8)를 포함하여 구성된다. 로봇(1)은 구동바퀴(4)를 통하여 원하는 방향으로 이동하며, 관절을 포함하는 로봇팔(6) 및 로봇핸드(8)를 이용하여 물체를 파지할 수 있다. 로봇팔(6)과 로봇핸드(8)는 설계사양에 따라서 요구되는 관절의 수를 가질 수 있으며 반드시 도 1에 도시된 것에 한정되지 않는다. 이하 도 2를 참조하여 로봇(1)을 제어하는 구성을 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇을 제어하는 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

로봇(1)을 제어하는 구성은 작업계획 모듈(10), 로봇제어 알고리즘 계산모듈(12), 로봇팔 모듈(14), 로봇핸드 모듈(28), 센서정보 판단부(42)를 포함한다. 로봇팔 모듈(14)은 로봇팔 제어부(16)와 로봇팔 구동부(18)와 관절각도센서(22)와 모터전류센서(24)와 6축 힘센서(26)로 구성되는 로봇팔 센서부(20)를 포함한다. 로봇핸드 모듈(28)은 로봇핸드 제어부(30)와 로봇핸드 구동부(32)와 관절각도센서(36)와 모터전류센서(38)와 6축 힘센서(40)로 구성되는 로봇핸드 센서부(34)를 포함한다. 센서정보 판단부(42)는 외력의 크기 및 방향 판단부(44)와 파지 안정성 판단부(46)을 포함한다.

작업계획모듈(10)은 센서정보 판단부(42)의 외력의 크기 및 방향 판단부(44)와 파지 안정성 판단부(46)의 출력 신호 정보를 수신하여 로봇(1)의 작업계획을 마련한다. 특히, 로봇(1)의 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 크기 및 방향을 감지하여 사람 등과 물체를 주고 받을 수 있도록 로봇팔(6)과 로봇핸드(8)의 동작을 제어한다.

로봇제어 알고리즘 계산모듈(12)은 작업계획모듈(10)로부터 수신한 신호 정보와 로봇팔 센서부(20)와 로봇핸드 센서부(34)에서 수신한 신호 정보를 바탕으로 로봇팔(6)와 로봇핸드(8)를 제어하도록 알고리즘을 계산하는 역할을 수행한다. 로봇제어 알고리즘 계산모듈(12)을 이렇게 계산된 알고리즘의 신호 정보를 로봇팔 모듈(14)과 로봇핸드 모듈(28)에 전송하여 로봇팔(6)과 로봇핸드(8)를 작업계획에 맞도록 제어하게 된다.

로봇팔 모듈(14)은 로봇팔 제어부(16)와 로봇팔 구동부(18)와 로봇팔 센서부(20)를 포함하여 구성된다. 로봇팔 제어부(16)는 로봇제어 알고리즘 계산 모듈(12)에서 알고리즘 신호 정보를 수신하여 로봇팔 구동부(18)를 제어하는 역할을 수행한다. 로봇팔(6)은 다관절로 구성되어 있으며, 각 관절을 구동하도록 하는 다수의 모터를 구비한다. 로봇팔 제어부(16)는 이 로봇팔(6)의 다수의 모터를 제어함으로써 작업계획에 맞는 동작을 취할 수 있도록 한다. 후술하겠지만 사람 등이 물체를 로봇(1)에게 전달하고자 하는 경우 또는 로봇(1)으로부터 물체를 가져가고자 하는 경우로 판단되면 로봇팔(6)을 제어하여 로봇핸드(8)를 당기거나 내밀게 하는 동작을 수행할 수 있다.

로봇팔 센서부(20)는 관절각도센서(22)와 모터전류센서(24)와 6축 힘센서(26)를 포함한다. 관절각도센서(22)는 로봇팔(6)을 구성하는 각 관절의 각도를 측정하는 역할을 한다. 이렇게 측정된 각 관절의 각도는 로봇(1)이 작업계획에 맞게 동작할 수 있도록 로봇팔(6)의 동작을 제어하는 데 기초가 된다. 모터전류센서(24)는 각 관절을 구동하는 모터의 전류를 측정하는 역할을 한다. 각 관절의 모터의 동작 시에 흐르는 전류를 측정하고, 이를 기초로 작업계획에 맞는 로봇팔(6)의 동작을 제어하게 된다. 6축 힘센서(26)는 로봇팔(6)의 각 관절에 가해지는 힘의 크기 및 방향을 감지한다. 더욱 자세하게는 x축, y축, z축의 방향과 x축, y축, z축을 기준으로 한 회전 방향으로 가해지는 힘의 크기 및 방향을 감지한다. 외부로부터 가해지는 힘을 감지함으로써 작업계획에 맞는 동작을 제어하는데 기초가 된다.

로봇팔 모듈(14)과 유사하게 로봇핸드 모듈(28) 또한 로봇핸드 제어부(30)와 로봇핸드 구동부(32)와 로봇핸드 센서부(34)를 포함한다. 로봇핸드 센서부(34)는 관절각도센서(36)와 모터전류센서(38)와 6축 힘센서(40)를 포함한다.

로봇핸드 제어부(30)는 로봇제어 알고리즘 계산모듈(12)에서 알고리즘 신호 정보를 수신하여 로봇핸드 구동부(32)를 제어하여 로봇핸드(8)가 작업계획에 맞게 동작하도록 제어한다. 후술하겠지만, 로봇핸드(8)는 다관절로 구성되어 있으며, 각 관절을 구동하도록 하는 다수의 모터를 구비한다. 로봇핸드 제어부(30)는 이 로봇핸드(8)의 다수의 모터를 제어함으로써 작업계획에 맞는 동작을 취할 수 있도록 한다. 후술하겠지만 사람 등이 물체를 로봇(1)에게 전달하고자 하는 경우 또는 로봇(1)으로부터 물체를 가져가고자 하는 경우로 판단되면 물체를 파지하거나 파지력을 완화하도록 각 로봇핸드(8)의 관절을 제어하게 된다. 특히, 로봇 팔 센서부(20)의 6축 힘센서(26)에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 이용하여 사람 등이 물체를 로봇(1)에 전달하는 경우인지 또는 물체를 가져가려는 경우인지를 판단하게 된다.

로봇핸드 센서부(34)는 관절각도센서(36)와, 모터전류센서(38)와, 6축 힘센서(40)를 포함한다. 로봇팔 센서부(20)에서 설명한 바와 같이 로봇핸드 센서부(34)를 통해 측정된 관절각도와 모터전류와 힘 정보는 작업계획에 맞게 로봇을 동작시키는 데 기초 자료로 이용된다.

센서정보 판단부(42)는 외력의 크기 및 방향 판단부(44)와 파지 안정성 판단부(46)을 포함한다. 외력의 크기 및 방향 판단부(44)는 로봇팔 센서부(20)의 6축 힘센서(26)와 로봇핸드 센서부(34)의 6축 힘센서(40)로부터 신호 정보를 수신하여 로봇팔(6) 및 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 크기 및 방향을 감지한다. 특히, 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 크기 및 방향을 이용하여 사람 등이 물체를 로봇(1)에 전달하는 경우인지 또는 물체(1)를 가져가려는 경우인지를 판단하게 된다

파지 안정성 판단부(46)는 로봇핸드 센서부(34)의 관절 각도 센서(36)와 모터전류센서(38)와 6축 힘센서(40)로부터 신호 정보를 수신하여 로봇핸드(8)가 물체를 낙하되지 않도록 안정하게 파지했는지를 판단한다. 물체를 로봇핸드(8)가 파지한 경우에 물체가 낙하되지 않도록 안정하게 파지했는지 판단하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 로봇핸드(8)에 가해지는 토크가 일정 값 이상이면, 로봇핸드(8)는 적당한 힘으로 물체를 쥐고 있다고 할 수 있다. 이때, 기준이 되는 토크의 값은 로봇(1) 설계시에 설정될 수 있다. 다음, 로봇핸드(8)의 각 관절의 속도가 0에 가까우면 로봇핸드(8)가 물체를 쥐는 동작이 안정상태에 이르렀다고 판단한다. 로봇(1)의 설계사양에 맞게 로봇핸드(8) 각 관절의 속도가 일정 속도에 이르면 안정상태로 진입한 경우로 판단할 수 있다. 다음, 로봇핸드(8)의 관절의 끝 사이의 거리가 설정거리 이상이면 로봇핸드(8)가 빈 로봇핸드(8)를 쥐고 있는 것인 아닌 물체를 감싸쥐고 있는 것으로 판단한다. 설계 사양에 따라서 설정거리는 달라질 수 있지만 약 20mm 정도로 설정할 수 있다. 이 세가지의 조건을 모두 종합하여 파지 안정성을 판단할 수 도 있으며, 설계 사양에 따라서는 세가지의 조건 중 하나 또는 두개의 조건만 적용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 로봇핸드에 가해지는 힘이 미는 힘인지 당기는 힘인지 판단하는 것을 나타내는 도면이다.

도 3에서 로봇핸드(8)가 쥐고 있는 물체에 그려진 벡터 F는 사람 등에 의해 당겨지는 외력을 나타낸다. 로봇팔(6)의 각 관절 중 로봇(1)의 몸체(2)에 연결된 어깨 관절의 중심을 베이스로 하여 물체의 중심까지의 벡터를 p_e로 정의한다. 또한, 베이스의 z축과 물체의 중심까지 수직한 방향으로의 벡터를 p_e'로 정의한다. 벡터p_e'를 정의하는 이유는 가해지는 외력이 미는 힘인지 당기는 힘인지를 판단하는 기준을 로봇핸드(8)로 부터 로봇(1)의 베이스 방향 성분이 아닌 로봇핸드(8)로부터 로봇(1)의 베이스의 z축으로의 방향 성분으로 정하기 위함이다. 각 벡터는 다음과 같은 좌표를 가지게 된다.

p _e =[p_ex p_ey p_ez] p _e '=[p_ex p_ey 0]

이때, 로봇(1)의 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 방향을 판단하는 방법은 다음과 같다.

이때, δ는 미소의 값으로써 로봇(1)의 설계시에 결정되는 값이다. 즉, 위와 같은 식에 의해서 외력의 단위벡터와 베이스를 기준으로 물체의 중심을 향하는 벡터의 단위벡터를 내적한 값의 크기와 방향을 기준으로 외력의 방향을 결정한다. 이하 도 4a 이하를 참조하여 사람 등에 의해 생기는 외력이 있는 경우에 로봇(1)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 로봇핸드에 미는 힘이 감지된 경우의 로봇의 동작을 나타내는 도면이다.

도 4a는 사람이 손으로 물체를 집어 비어 있는 로봇핸드(8)에 전달하는 것을 나타내고 있다. 사람이 손으로 물체를 집어 로봇핸드(8)에 밀면 로봇팔(6)의 6축 힘센서(26)에 의해 물체가 로봇핸드(8)에 전달되는 것으로 판단한다. 즉, 도 3에서 설명한 바와 같이 일정한 힘 이상으로 로봇(1) 방향으로 미는 힘이 감지되면 사람 등의 주체에 의하여 물체가 로봇핸드(8)에 전달되는 것으로 판단하게 되는 것이다.

이렇게 로봇팔 센서부(20)의 6축 힘센서(26)에 감지되는 외력에 의해 작업계획 모듈(10)은 물체가 로봇핸드(8)에 전달되는 것으로 판단하고 로봇제어 알고리즘 계산모듈(12)을 통하여 로봇핸드 제어부(30)로 신호 정보를 전송하여 물체를 파지하도록 하게 한다. 도 4b에는 물체가 전달되는 것으로 판단되어 로봇핸드(8)가 물체를 파지하도록 파지 동작을 개시하고, 로봇핸드(8)가 물체를 낙하되지 않도록 안정적으로 파지했다고 판단되어 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당기는 것이 도시되어 있다. 제1설정거리는 로봇(1)의 설계시에 임의의 값으로 설정이 가능하다. 제1설정거리 만큼 살짝 당기는 것은 로봇(1)이 물체를 안정적으로 파지하였다는 신호이기 때문에, 제1설정거리는 수 센티미터 정도로 크지 않은 값으로 설계될 수 있다.

물체가 낙하되지 않도록 안정적으로 파지하였다고 판단되면 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당기는 이유는 다음과 같다. 즉, 사람과 같은 다른 주체로 하여금 전달하려는 물체를 안정적으로 파지하였음을 살짝 당김으로써 알려주고, 그때 비로소 물체를 놓게 할 수 있기 위함이다. 즉, 물체를 전달하였을 때 로봇핸드(8)가 물체를 파지하도록 파지 동작을 개시하자마가 사람이 물체를 놓아버리는 경우에는 안정적으로 물체가 파지되기 전에 물체가 낙하하여 물체가 망가지는 경우가 발생할 수 있었다. 그러나, 전달하려는 물체를 안정적으로 파지하였으니 물체를 놓아도 된다는 신호로써 물체를 로봇(1) 쪽으로 살짝 당기는 것으로 알려주는 것이다. 물론 물체를 로봇(1) 쪽으로 살짝 당기는 것이 아닌 일정한 알람 소리나 빛으로 표시하거나 로봇(1)에 구비될 수 있는 디스플레이부에 표시를 하는 방법도 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 제어방법에 있어서는 로봇(1)과 사람이 물체를 당기로 미는 힘에 의해서만 직관적으로 물체를 전달하려는 의도를 판단하는 방법을 사용함으로써 보다 간단하게 로봇(1)과 사람이 물체를 주고 받을 수 있는 방법을 제시하고자 제1설정거리만큼 살짝 당기는 것을 설명한다.

도 4c에는 도 4b에서 로봇핸드(8)가 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되어 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 경우에 사람이 처음의 의사대로 물체를 전달하고자 하여 물체를 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 경우를 도시하고 있다. 로봇핸드(8)는 물체를 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 후 다시 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘이 감지되면 도 4d에 도시된 것과 같이 물체를 파지한 채로 대기한다. 또한, 도시되지는 않았지만 로봇핸드(8)가 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되어 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 후에 사람 등에 의한 외력이 감지되지 않은 경우에도 로봇(1)은 물체를 파지한 채로 대기한다. 이 경우에는 사람 등이 물체를 로봇(1)에 전달했다고 판단하여 힘을 계속 가하지 않은 경우로 상정할 수 있기 때문이다.

도 4e에는 도 4b에서 로봇핸드(8)가 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되어 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 경우에 사람 등이 처음의 의사와는 반대로 물체를 다시 가져가고자 하여 물체를 로봇핸드(8)로부터 당기는 경우를 도시하고 있다. 이렇게 되면 로봇핸드(8)에는 로봇핸드(8)의 반대방향으로 당기는 힘이 감지되고 이에 의하여 물체가 전달되는 것이 아닌 당겨지는 상황인지를 파악하게 된다. 이렇게 되면 도 4f에 도시된 바와 같이 물체를 당겨지는 방향으로 밀면서 로봇핸드(8)의 파지력을 완화하여 사람 등이 물체를 가져갈 수 있게 한다.

이와 같은 방법으로 로봇핸드(8)에 미는 힘이 감지되어 물체가 전달되는 것으로 판단되는 경우에는 먼저 물체를 파지한 다음 안정적으로 파지하였다는 신호로써 물체를 살짝 당기는 행동을 취한 후에 사람이 물체를 미느냐 당기느냐에 따라서 물체를 파지한 채로 대기하던지 아니면 파지력을 완화하게 된다. 이렇게 되면 처음에는 물체를 전달하려는 의도를 가졌다가 도중에 다시 의사를 바꾸어 물체를 가져가려는 경우에도 로봇(1) 유연하게 대처할 수 있게 된다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 로봇핸드에 당기는 힘이 감지된 경우의 로봇의 동작을 나타내는 도면이다.

도 5a는 로봇핸드(8)가 물체를 안정적으로 파지하고 있는 상태에서 사람 등이 물체를 가져가려고 당기는 것을 도시하고 있다. 이렇게 로봇핸드(8)에 당기는 힘이 감지되면 로봇핸드(8)는 사람이 물체를 가져가려는 의도를 파악하여 도 5b에 도시된 바와 같이 제2설정거리 만큼 물체를 당겨지는 방향으로 내민다. 제2설정거리 역시 제1설정거리와 마찬가지로 로봇(1) 설계시에 임의의 값으로 설정이 가능하며, 수 센티 정도의 크지 않은 값으로 설정될 수 있다.

도 5c에는 사람 등이 처음의 의도와는 달리 물체를 다시 로봇핸드(8)에 전달하려고 물체를 다시 밀어주는 것이 도시되어 있다. 이렇게 되면 도 5d에 도시된 바와 같이 로봇(1)은 사람이 물체를 다시 로봇핸드(8)에 전달하려는 의도를 파악하여 파지력을 유지한 채로 대기하게 된다. 또한, 로봇(1)이 제2설정거리 만큼 물체를 내민 후에 사람 등에 의한 외력이 감지되지 않은 경우에도 로봇(1)은 물체를 파지한 채로 대기한다. 이 경우에는 사람 등이 물체를 로봇(1)으로부터 가져가져는 의도를 바꾸어 물체에 힘을 계속 가하지 않는 경우로 상정할 수 있기 때문이다.

도 5e에는 사람 등이 처음의 의도대로 물체를 가져가고자 하여 물체를 당기는 것이 도시되어 있다. 이렇게 당기는 힘이 감지되면 물체를 가져가려는 사람의 의도를 파악하여 도 5f에 도시된 바와 같이 파지력을 완화화여 사람이 물체를 가져갈 수 있도록 한다. 이와 같은 방법으로 로봇(1)은 사람 등과 보다 능동적으로 물체를 주고 받을 수 있으며, 특히 사람 등의 의사가 도중에 바뀌는 경우에도 유연하게 대처할 수 있게 된다. 이하 도 6 및 도 7의 순서도를 바탕으로 로봇(1)의 전체적인 동작을 상세히 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 로봇의 제어방법을 설명하는 순서도이다.

도 6는 본 발명의 일실시예에 의한 로봇에 물체가 전달되는 경우의 동작의 순서도이다. 로봇(1)은 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 크기 및 방향을 감지하여 사람 등에 의하여 물체가 로봇핸드(8)에 전달되는 상황인지 또는 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)로부터 가져가려는 상황인지를 판단한다.(100) 이때, 로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 있는지를 먼저 판단하게 된다.(102) 만약, 로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 없는 경우에는 사람 등에 의해 물체가 전달되거나 사람 등이 물체를 가져가려는 상황이 아니므로 아무런 행동도 취하지 않게 된다. 로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 있는 경우에는 그 힘이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘인지를 판단한다.(104) 외력이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘이 아닌 로봇핸드(8)로부터 당겨지는 힘인 경우에는 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)로부터 가져가려는 경우로서 이는 도 7을 참조하여 후에 설명하기로 한다.

외력이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘인 경우에는 로봇(1)은 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)에 전달하려는 것으로 판단하게 된다.(106) 이렇게 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)에 전달하려는 것으로 판단되면 로봇(1)은 로봇핸드(8)를 제어하여 물체를 파지하도록 파지 동작을 개시하게 된다.(108) 로봇(1)이 파지 동작을 개시하여 물체가 낙하되지 않도록 안정적으로 파지하였는지를 판단하고,(110) 안정적으로 파지하지 않았다고 판단되면 계속 로봇핸드(8)를 제어하여 물체를 파지하도록 한다. 로봇(1)이 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되면 로봇(1)은 물체를 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴다.(112) 이는 앞에서 설명한 바와 같이 사람 등이 물체가 낙하되지 않을 정도로 안정적으로 파지되었으니 물체를 놓아도 좋다는 신호의 역할을 수행한다.

로봇(1)은 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 후 다시 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 크기 및 방향을 감지하게 된다.(114) 이때, 다시 힘을 감지하는 이유는 사람 등이 물체를 처음의 의도대로 전달하려는 것인지 의도를 바꾸어 다시 가져가려는 것인지를 판단하는 기초로 삼기 위함이다. 비록, 단계적으로 힘을 감지하여 행동하는 것처럼 기술하였지만 로봇팔(6)에 설치되어 있는 6축 힘센서(26)는 로봇핸드(8)에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 계속적으로 감지하여 사람 등의 의도를 판단하여 로봇핸드(8)를 제어하게 된다.

즉, 로봇핸드(8)가 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단하여 물체를 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 후에 감지되는 외력의 크기 및 방향으로 다시 사람의 의도를 판단하게 된다. 이때, 로봇핸드에 가해지는 외력이 있는지를 먼저 판단한다.(116) 로봇핸드에 가해지는 외력이 없는 경우에는 로봇(1)은 물체가 전달된 것으로 판단(120)하고 물체를 파지한 채로 대기한다.(122) 이렇게 제어하는 것은, 사람이 물체를 로봇(1)의 로봇핸드(8)에 밀어 전달하고자 하는 경우 로봇핸드(8)가 안정하게 파지하여 로봇(1) 쪽으로 제1설정거리 만큼 살짝 당긴 경우에 물체가 잘 전달된 것으로 판단하여 아무런 동작을 취하지 않은 경우에도 로봇(1)이 물체를 파지한 채로 대기하기 위함이다. 후술하겠지만 로봇(1)은 다시 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘이 감지된 경우에 사람의 의도가 처음과 같이 물체를 전달하려는 의도로 판단하여 물체를 파지한 채로 대기할 수 있음은 물론이다.

만약, 로봇핸드에 가해지는 외력이 있는 경우에는 그 외력이 로봇핸드 쪽으로 미는 힘인지를 판단한다.(118) 외력이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘인 경우에는 물체가 전달된 것으로 판단(120)하고 물체를 파지한 채로 대기(122)한다. 이때, 물체가 바로 전달된 것으로 판단(120)한 것은, 처음의 의도와 같은 방향이므로 사람이 물체를 밀어주면서 바로 물체를 놓는 경우를 상정했기 때문이다. 즉, 물체가 전달된 것으로 판단(120)하는 것은 사람 등이 물체를 처음의 의도대로 전달하려는 것으로 판단하는 것과 같은 의미이다.

로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘이 아닌 로봇핸드(8)로부터 당겨지는 것으로 판단되면 로봇(1)은 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)로부터 다시 가져가려는 것으로 판단하여(124), 물체를 당겨지는 방향으로 밀면서 파지력을 완화한다.(126) 이는 사람 등이 물체를 로봇(1)에 전달하려는 처음의 의도를 바꾸어 물체를 다시 가져가려는 경우를 상정한 것이다.

도 7는 도 6의 104에서 사람 등에 의해서 로봇핸드(8)로부터 당겨지는 힘이 감지된 경우의 로봇(1)의 동작을 설명하는 순서도이다.

사람 등에 의해서 로봇핸드(8)로부터 당겨지는 힘이 감지되면 로봇(1)은 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)로부터 가져가져는 의도로 판단한다.(128) 이때, 로봇(1)은 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 살짝 내밀게 된다.(130) 로봇(1)은 로봇핸드(8)에 가해지는 외력의 크기 및 방향을 다시 감지하게 된다.(132)

이때, 로봇핸드에 가해지는 외력이 있는지를 먼저 판단한다.(134) 만약, 로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 없는 경우에는 물체를 로봇핸드에 다시 전달하려는 것으로 판단하여(138), 물체를 파지한 채로 대기한다.(140) 로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 없는 경우에 이와 같이 물체를 로봇핸드에 다시 전달하려는 것으로 판단하여(138), 물체를 파지한 채로 대기하는(140) 이유는 다음과 같다. 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)로부터 가져가려는 의도로 물체를 잡아 당긴 경우에 로봇(1)은 로봇핸드(8)를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 살짝 내밀게 된다. 이때, 로봇(1)이 로봇핸드(8)를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 살짝 내민 후에 사람 등에 의해 로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 없는 경우에는 사람 등이 물체를 가져가려는 의도가 없어진 것으로 판단하여 물체를 파지한 채로 대기하는 것이 타당하기 때문이다. 만약, 사람이 물체를 로봇핸드(8)로부터 가져가고자 한다면 물체를 당기는 힘을 계속 유지하는 경우가 보통이기 때문이다.

로봇핸드(8)에 가해지는 외력이 있는 경우에는 그 외력이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘인지를 판단한다.(136) 외력이 로봇핸드(8) 쪽으로 미는 힘인 경우에는 로봇(1)은 사람 등이 의도를 바꾸어 물체를 로봇핸드(8)에 다시 전달하려는 것으로 판단하여(138) 물체를 파지한 채로 대기한다.(140)

외력이 로봇핸드 쪽으로 미는 힘이 아니라 로봇핸드(8)로부터 당기는 힘이 감지된 경우에는 사람 등이 물체를 로봇핸드(8)로부터 가져가려는 것으로 판단하여(142), 물체를 당겨지는 방향으로 밀면서 파지력을 완화하게 된다.(144) 즉, 로봇(1)이 물체를 사람에게 전달하도록 파지력을 완화하는 경우는 로봇(1)이 사람의 의도를 파악하여 로봇핸드(8)를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후에도 계속하여 당기는 힘을 유지할 때이다.

위와 같은 구성으로 로봇(1)은 사람 등과 물체를 능동적이고 안정적으로 주고 받을 수 있게 된다. 특히, 사람 등이 물체를 로봇에게 전달하는 경우 물체를 안정적으로 파지하였다는 것을 살짝 당기는 행동으로 알려 줌으로써 사람 등이 물체를 떨어뜨리지 않고 놓게 할 수 있으며, 사람 등의 의사가 도중에 바뀐 경우에도 로봇(1)은 유연하게 대처하여 물체를 주고 받을 수 있게 된다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 로봇 2 : 몸체
4 : 구동바퀴 6 : 로봇팔
8 : 로봇핸드

Claims (8)

1. 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드와 상기 로봇핸드에 연결되는 로봇팔을 포함하는 로봇의 제어방법에 있어서,
   상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 감지하고,
   상기 물체가 상기 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 상기 물체를 파지하고,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되면 상기 물체를 안정적으로 파지하였다는 신호로서 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당기고,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당긴 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 외부 주체의 의도를 반영하여 상기 로봇핸드의 파지력을 제어함으로써 물체를 전달받거나 전달하는 로봇의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당긴 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 상기 물체가 상기 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 상기 로봇핸드가 상기 물체를 당겨지는 방향으로 밀면서 파지력을 완화하도록 상기 로봇핸드의 파지력을 제어하는 로봇의 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당긴 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 상기 물체가 상기 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 상기 로봇핸드가 상기 물체를 파지한 채로 대기하도록 상기 로봇핸드의 파지력을 제어하는 로봇의 제어방법.
4. 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드와 상기 로봇핸드에 연결되는 로봇팔을 포함하는 로봇의 제어방법에 있어서,
   상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 감지하고,
   상기 물체가 상기 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 상기 로봇핸드는 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내밀고,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 외부 주체의 의도를 반영하여 상기 로봇핸드의 파지력을 제어함으로써 물체를 전달받거나 전달하는 로봇의 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 상기 물체가 상기 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 상기 로봇핸드가 상기 물체를 당겨지는 방향으로 밀면서 파지력을 완화하도록 상기 로봇핸드의 파지력을 제어하는 로봇의 제어방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 로봇핸드가 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 상기 물체가 상기 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 상기 로봇핸드가 상기 물체를 파지한 채로 대기하도록 상기 로봇핸드의 파지력을 제어하는 로봇의 제어방법.
7. 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드;
   상기 로봇핸드에 연결되어 상기 로봇핸드를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있는 로봇팔: 및
   상기 로봇핸드와 상기 로봇팔을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 로봇핸드에 가해지는 외력의 크기 및 방향에 의해 상기 물체가 상기 로봇핸드에 전달되는 것인지 또는 상기 물체가 상기 로봇핸드로부터 당겨지는 것인지를 판단하고,
   상기 물체가 상기 로봇핸드에 전달되는 것으로 판단되면 상기 물체를 파지하고, 상기 물체를 안정적으로 파지하였다고 판단되면 상기 물체를 안정적으로 파지하였다는 신호로서 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당기도록 하고,
   상기 물체가 상기 로봇핸드로부터 당겨지는 것으로 판단되면 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내밀도록 제어하는 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 로봇이 상기 물체를 상기 로봇 쪽으로 제1설정거리 만큼 당기거나 상기 물체를 당겨지는 방향으로 제2설정거리 만큼 내민 후에 상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향을 감지하고,
   상기 로봇핸드에 감지되는 외력의 크기 및 방향에 의해 외부 주체의 의도를 반영하여 상기 로봇핸드의 파지력을 제어함으로써 상기 물체를 전달받거나 전달하도록 제어하는 로봇.

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