KR20120111245A - 로봇손의 파지 조작 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

파지한 로봇손의 손가락에 대하여 정적 평형 조건을 이용하여 새로운 파지점으로의 이동을 기존 방식에 비해 보다 간단한 연산으로 행할 수 있도록 하는 로봇손의 파지 조작 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 로봇손의 파지 조작 방법은 물체를 파지한 로봇손의 복수의 손가락중에서 움직인 손가락을 제외한 나머지 손가락의 각각이 물체로부터 떼어진 경우의 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성하고, 상태 후보에 대한 서포팅 영역을 계산한 후에, 서포팅 영역을 근거로 나머지 손가락중에서 움직일 손가락을 선택하여 목표지점 방향으로 이동시킨다. 기존 방식에 비해 보다 간단한 연산으로 로봇손의 손가락을 새로운 파지점으로 이동시킬 수 있게 된다. 서포팅 영역 및 안정성 마진을 이용하여 핑거 게이트 연산(finger gait planning)을 행하여 움직일 손가락을 선택하고 새로운 파지점으로 이동시킴으로써, 복잡한 알고리즘을 사용하는 기존 방식에 비해 매우 간단하다.

Description

로봇손의 파지 조작 장치 및 방법{finger gait planning method of robotic hands and finger gait planning apparatus of robotic hands}

본 발명은 로봇손의 파지 조작 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물체를 파지한 로봇손의 손가락을 움직여서 새로운 파지점으로 이동시키는 로봇손의 파지 조작 장치 및 방법에 관한 것이다.

로봇손은 실제 서비스 로봇에 적용되는 경우 단순한 파지 뿐만 아니라 정교한 조작이 필요한 경우도 있다. 특히, 로봇손 손가락의 동작범위가 제한적이거나 파지 형태로 인해 물체에 적절한 힘을 가할 수 없는 경우 다른 파지 형태로 바꾸어 계속 작업을 진행할 필요가 있다. 이러한 동작을 "regrasping" 또는 "finger gait"라고 한다. 그와 같은 동작이 행해지도록 하는 연산을 "finger gait planning"이라고 한다.

로봇손의 파지 문제는 매우 오래된 문제이지만 여전히 실생활에서 접할 수 있는 다양한 물체에 대한 파지는 쉽지 않다. 파지에 있어서 기본적인 문제는 파지할 지점을 선택하는 문제이며, 특정 파지 상태에 대하여 안정도를 평가할 수 있어야 한다.

종래에는 4손가락으로 다면체를 파지하는 문제에 대해 포스 클로저(force closure)와 평형 관계를 이용하여 안정적인 파지를 계산하는 방법, 물체의 경계면을 샘플링하여 적합한 파지 영역을 계산하는 방법 등이 사용되었다.

포스 클로저나 평형 관계식은 파지상태(파지점들의 위치, 마찰조건)가 주어진 경우 파지가 가능한지에 대한 조건이다. 즉, 포스 클로저나 평형 관계가 성립한다고 하면 파지가 가능하다는 것으로 간주할 수 있다. 샘플링 방법은 이러한 파지 조건식을 바탕으로 파지하려는 물체에 대해 어떠한 파지상태가 가능한지를 찾는 방법으로서 샘플링한 모든 조합을 검사하기 때문에 시간이 오래 걸린다.

이와 같이 종래 방법들은 알고리즘이 매우 복잡하고 최종 결과를 얻기까지의 시간이 오래 걸린다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 파지한 로봇손의 손가락에 대하여 정적 평형 조건을 이용하여 새로운 파지점으로의 이동을 기존 방식에 비해 보다 간단한 연산으로 행할 수 있도록 하는 로봇손의 파지 조작 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 로봇손의 파지 조작 장치는, 물체를 파지한 로봇손의 복수의 손가락중에서 움직인 손가락을 제외한 나머지 손가락의 각각이 물체로부터 떼어진 경우의 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성하고, 상태 후보에 대한 서포팅 영역을 계산하며, 서포팅 영역을 근거로 상기 나머지 손가락중에서 움직일 손가락을 선택하는 컨트롤러; 및 선택된 손가락을 컨트롤러로부터의 구동신호에 근거하여 목표지점 방향으로 이동시키는 로봇손 구동부;를 포함한다.

서포팅 영역은 물체의 무게중심의 영역이 정적인 평형을 유지할 수 있도록 2차원 평면상에 투영되어 계산된 영역이다.

컨트롤러는 움직일 손가락을 선택하는 경우 서포팅 영역내에 물체의 무게중심이 있는 상태 후보를 선택하고, 선택된 상태 후보를 만든 떼어진 손가락을 움직일 손가락으로 선택한다.

컨트롤러는 복수개의 상태 후보가 선택되면 복수개의 상태 후보중에서 가장 작은 값의 안정성 마진을 갖는 상태 후보를 선택한다.

안정성 마진은 물체의 무게 중심에서 조작 움직임 방향으로 서포팅 영역의 가장 가까운 경계면까지의 수평 거리이다.

로봇손 구동부는 선택된 손가락을 해당 손가락의 가동 범위내에서 최대한으로 이동시킨다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 로봇손의 파지 조작 방법은, 물체를 파지한 로봇손의 복수의 손가락중에서 움직인 손가락을 제외한 나머지 손가락의 각각이 물체로부터 떼어진 경우의 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성하는 단계; 상태 후보에 대한 서포팅 영역을 계산하는 단계; 서포팅 영역을 근거로 나머지 손가락중에서 움직일 손가락을 선택하는 단계; 및 선택된 손가락을 목표지점 방향으로 이동시키는 단계;를 포함한다.

서포팅 영역은 물체의 무게중심의 영역이 정적인 평형을 유지할 수 있도록 2차원 평면상에 투영되어 계산된 영역이다.

움직일 손가락 선택 단계는, 서포팅 영역내에 상기 물체의 무게중심이 있는 상태 후보를 선택하는 단계; 및 선택된 상태 후보를 만든 떼어진 손가락을 움직일 손가락으로 선택하는 단계;를 포함한다.

상태 후보 선택 단계는 복수개의 상태 후보가 선택되면 복수개의 상태 후보중에서 가장 작은 값의 안정성 마진을 갖는 상태 후보를 선택한다.

안정성 마진은 물체의 무게 중심에서 조작 움직임 방향으로 서포팅 영역의 가장 가까운 경계면까지의 수평 거리이다.

손가락 이동 단계는 해당 손가락의 가동 범위내에서 최대한으로 이동시킨다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 기존 방식에 비해 보다 간단한 연산으로 로봇손의 손가락을 새로운 파지점으로 이동시킬 수 있게 된다.

서포팅 영역 및 안정성 마진을 이용하여 핑거 게이트 연산(finger gait planning)을 행하여 움직일 손가락을 선택하고 새로운 파지점으로 이동시킴으로써, 복잡한 알고리즘을 사용하는 기존 방식에 비해 매우 간단하다.

도 1은 본 발명이 채용되는 로봇손의 파지 조작 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 로봇손의 일예이다.
도 3은 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 서포팅 영역(supporting region)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 랜덤 샘플링법과 선형 계획법에 의해 계산된 서포팅 영역의 비교예이다.
도 5는 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 안정성 마진(stability margin)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇손의 파지 조작 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 7은 최초 파지 상태에서 최종적인 목표 파지점으로의 로봇손 손가락의 이동을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇손의 파지 조작 장치 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 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.

도 1은 본 발명이 채용되는 로봇손의 파지 조작 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로봇손의 일예이다.

제시된 로봇손의 파지 조작 장치는 컨트롤러(10), 로봇손 구동부(20), 및 로봇손(30)을 포함한다.

컨트롤러(10)는 물체(40)를 파지한 로봇손(30)의 복수의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)중에서 움직인 손가락을 제외한 나머지 손가락에 근거하여 물체(40)로부터 나머지 손가락이 떼어진 경우의 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성한다. 컨트롤러(10)는 상태 후보에 대한 서포팅 영역(supporting region)을 계산한다. 컨트롤러(10)는 서포팅 영역을 근거로 나머지 손가락중에서 움직일 손가락을 선택한다. 컨트롤러(10)는 움직일 손가락을 선택하는 경우 서포팅 영역내에 물체(40)의 무게중심이 있는 상태 후보를 선택하고, 선택된 상태 후보에 대해 안정성 마진을 고려하여 움직일 손가락을 선택한다. 안정성 마진은 서포팅 영역의 크기와 위치에 종속된다. 여기서, 서포팅 영역은 물체(40)의 무게중심의 영역이 정적인 평형을 유지할 수 있도록 2차원 평면상에 투영되어 계산된 영역이다. 서포팅 영역에 대한 보다 자세한 설명은 후술하는 도 3의 설명을 참조하면 된다.

컨트롤러(10)는 핑거 게이트 연산부(12)를 구비한다. 핑거 게이트 연산부(12)는 로봇손(30)의 손가락의 현재의 파지 형태를 바꾸기 위한 연산을 담당한다. 즉, 핑거 게이트 연산부(12)는 앞서 기술한 후보 집합 생성, 서포팅 영역 계산, 및 움직일 손가락 선택을 위한 연산을 수행한다.

로봇손 구동부(20)는 선택된 손가락을 컨트롤러(10)로부터의 구동신호에 근거하여 목표지점 방향으로 이동시킨다. 로봇손 구동부(20)는 선택된 손가락을 해당 손가락의 가동 범위내에서 목표지점 방향으로 최대한으로 이동시킨다.

도 3은 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 서포팅 영역(supporting region)을 설명하기 위한 도면이다.

로봇손(30)이 어떠한 물체(예컨대, 40)를 파지한다고 가정했을 경우 물체(40)에는 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)에 의해 힘과 모멘트가 작용하게 된다.

또한, 파지하려고 하는 물체(40)의 무게로 인하여 힘과 모멘트가 발생하게 된다.

따라서, 로봇손(30)이 파지한 상태를 유지하기 위해서는 작용하는 모든 힘과 모멘트의 합이 0이 되어야 하며, 로봇손(30)과 물체(40)와의 마찰을 고려하였기 때문에 마찰조건을 만족시켜야 한다.

이러한 조건을 모두 만족시키는 물체(40)의 무게중심 c의 집합을 중력방향에 수직인 평면에 투사한 것이 서포팅 영역(supporting region)(S)이다. 즉, 물체(40)의 무게중심 c가 서포팅 영역(S)안에 존재한다면 파지가 안정하다고 볼 수 있다.

이러한 내용을 수식을 포함시켜 다시 설명한다.

도 3에서와 같이 로봇손이 물체를 파지하고 있는 경우를 가정한다. 이 경우 손가락이 물체와 접촉하고 있는 지점을

,

,

로 나타내고, 각 접촉지점에서의 물체 표면에 대한 노멀 벡터를

라고 표현하도록 한다. 또한

는 마찰계수를 나타낸다.

각 파지점에 작용하는 힘

는 마찰 콘(friction cone) 조건을 만족시켜야 한다.

,

,

는 절대 좌표계를 나타낸다. 중력은

방향으로 작용한다. 물체의 무게중심의 위치는 c로 나타내도록 한다.

로봇손이 정적 파지상태를 유지하기 위해서는 다음의 식 1 내지 식 3과 같이 정적인 평형조건을 만족시켜야 한다.

[식 1]

[식 2]

[식 3]

특히, 마찰 콘(friction cone) 조건은 파지점에서의 노멀 벡터와 파지점에 작용하는 힘 벡터로 표현할 수 있으며, 다음의 식 4와 같이 표현할 수 있다.

[식 4]

상기 식 1 및 식 2는 힘과 모멘트 평형을 의미하고, 식 3은 각 파지점에 작용하는 힘 벡터들의 제한조건을 의미한다. 이 조건들을 만족시키는 힘 벡터와 무게중심의 집합들을 구하면 된다. 이렇게 계산된 무게 중심의 영역이 정적인 파지 상태를 유지할 수 있는 영역임을 의미한다.

한편, 식 4는 식 3을 더 자세히 표현한 것이다. 마찰 콘(friction cone)은 마찰을 수학적으로 모델링하는 경우 파지점을 중심으로 원뿔형태로 표현할 수 있는데 이를 표현한 식이 식 4이다. 즉, 파지점에 작용하는 힘 벡터가 원뿔의 범위안에 존재해야 마찰을 유지할 수 있음을 의미한다. 이는 서포팅 영역을 계산하는 방법과도 연관된다.

본 발명의 실시예에서는 서포팅 영역(supporting region)을 계산함에 있어서 3차원 공간상에서의 무게 중심의 높이, 즉 e3방향의 위치는 고려하지 않고 2차원 평면상에 투영하여 영역을 계산한다. 여기서, 서포팅 영역의 계산은 선형 계획법(linear programming)을 이용한다. 서포팅 영역을 계산하기 위해 선형 계획법(linear programming)을 적용하고, 선형 계획법을 적용하기 위해서는 식 4를 선형화할 필요가 있다. 식 4를 선형화하게 되면 매트릭스(matrix)형태로 표현된다. 즉, 원뿔 모양의 마찰 콘(friction cone)을 선형화하면 다각 뿔 형태로 근사화된 형태로 표현된다. 도 4는 랜덤 샘플링법과 선형 계획법에 의해 계산된 서포팅 영역의 비교예를 보여준다. 도 4의 (a)는 통상의 랜덤 샘플링법(Random sample)에 의해 계산된 서포팅 영역을 보여준다. 도 4의 (b)는 본 발명 실시예에서의 선형 계획법에 의해 계산된 서포팅 영역을 보여준다. 도 4에 예시된 바와 같이, 랜덤 샘플링법은 평형 조건을 충족하는 조밀한 데이터 점들을 발견할 수 있지만 선형 계획법과 비교하여 볼 때 여전히 필링(filling)이 부족하다. 이는 선행 계획법이 랜덤 샘플링법에 비해 우수함을 의미한다.

통상적으로, 파지 상태를 평가하기 위해서 포스 클로저 조건(force closure condition)을 이용한다. 즉, 임의의 힘과 모멘트에도 파지를 유지할 수 있는 경우 포스 클로저(force closure)를 만족시키므로, 이 경우 안정된 파지 상태로 생각할 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 실시예의 서포팅 영역(supporting region)을 이용하여 파지에 대한 평가를 할 수 있다. 로봇손이 물체를 파지한 경우 물체의 무게 중심 c이 서포팅 영역(supporting region)(S)안에 있으면 안정하다고 볼 수 있다. 즉, 도 3에서 로봇손이 물체를 파지한 경우를 생각해 보면, 파지가 가능하기 위해서는 모든 힘의 합이 0이어야 하고 식 1 내지 식 3으로 표현할 수 있다. 식 3은 물체와의 마찰을 마찰 콘(friction cone) 조건으로 표현한 것이다. 식 1 내지 식 3을 모두 만족시키는 물체의 무게 중심 c의 집합들을 계산하면 영역(S)을 구할 수 있으며, 그 구한 영역(S)을 서포팅 영역이라고 한다. 다시 말해서, 조건식(힘 평형식, 마찰조건)과 코스트 함수(cost function; 임의의 직선, 기울기가 0~360도)를 가지고 선형 계획법을 적용하면 서포팅 영역 경계의 한 점을 구할 수 있다. 이를 응용해 코스트 함수(cost function)의 기울기를 바꿔 가면서 계산을 하게 되면 전체 영역의 근사값을 구할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 안정성 마진(stability margin)을 설명하기 위한 도면으로서, 로봇손의 손가락을 오른쪽으로 이동시킬때 세 개의 접촉 그랩(contact grasp)에 대한 안정성 마진의 예를 보여준다.

서포팅 영역(S)은 특정한 손가락의 파지 형태에 대해서 정적인 평형을 유지할 수 있는 특정한 무게중심의 위치를 의미한다. 이를 이용하여 안정성 마진의 개념을 적용할 수 있으며 각각의 파지형태에 대해 정량적인 비교가 가능하다. 복수의 손가락으로 움겨짐의 질을 평가하기 위해, 안정성 마진이 적용된다. 물론, 본 발명의 실시예는 안정성 마진을 적용하지 않아도 기존 방식에 비해 보다 간단한 연산으로 로봇손의 파지 조작을 행할 수 있다. 그러나, 안정성 마진을 적용하게 되면 보다 안정적인 파지상태를 찾을 수 있으므로, 가급적 안정성 마진을 함께 고려하는 것이 바람직하다.

안정성 마진은 여러 형태로 정의할 수 있지만, 본 발명의 실시예에서 안정성 마진은 투영된 물체(도 5의 2)의 중앙(즉, 무게 중심; 도 5에서 6)에서 조작 움직임 방향으로 서포팅 영역(S)의 가장 가까운 경계면까지의 수평 거리(L)로 정의함이 바람직하다. 여기서, 안정성 마진은 접촉 힘과 접촉 위치의 함수인 서포팅 영역(S)의 크기와 위치에 종속된다고 할 수 있다. 이와 같이 정량적으로 구할 수 있는 안정성 마진을 이용하여 파지형태에 따른 파지의 안정성을 체크할 수 있게 된다.

이어, 본 발명의 실시예에 따른 로봇손의 파지 조작 방법에 대해 도 6의 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 7은 최초 파지 상태에서 최종적인 목표 파지점으로의 로봇손 손가락의 이동을 설명하기 위한 도면이다. 이하의 설명에서는 로봇손(30)의 손가락의 수를 4개로 가정한다.

먼저, 컨트롤러(10)는 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)이 모두 움직여서 목표지점에 도달하였는지를 판단한다. 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)이 도 7에서와 같이 목표지점에 도달(그림 63 참조)하면(S10에서 "Yes")에는 종료된다.

이하에서는 도 7의 그림 예 50(처음 파지 상태를 표시)에서와 같이 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)으로 물체를 파지한 상태에서 그림 예 63(최종적인 목표지점을 파지한 상태를 표시)과 같은 파지 상태로 천이되는 과정에 대해 설명한다. 즉, 왼쪽에서 오른쪽으로 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)을 순차적으로 하나씩 이동시켜 목표지점으로까지 이동시키는 과정을 설명한다.

시작지점에서, 컨트롤러(10)는 물체를 파지한 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)중에서 물체로부터 하나의 손가락을 떼어낸 경우를 나타내는 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성한다. 여기서, 시작지점에서 떼어낼 수 있는 손가락은 4개이므로, 시작지점에서 생성되는 상태 후보는 그림 예 51 ~ 그림 예 54이다. 즉, 시작지점에서는 손가락(30a)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 51), 손가락(30b)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 52), 손가락(30c)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 53), 및 손가락(30d)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 54)를 포함하는 후보 집합이 생성된다(S12). 이와 같은 상태 후보들의 집합을 후보 집합이라 하고, 후보 집합은 적어도 하나 이상의 상태 후보를 포함한다.

이어, 컨트롤러(10)는 각각의 상태 후보(그림 예 51 ~ 그림 예 54)의 상황에 대하여 서포팅 영역을 계산한다(S14). 여기서, 서포팅 영역의 계산은 앞서 설명한 도 3 및 도 4의 내용으로 갈음한다.

이후, 컨트롤러(10)는 계산된 서포팅 영역에 근거하여 움직일 손가락을 선택하여 이동시킨다(S16). 즉, 컨트롤러(10)는 계산된 서포팅 영역내에 물체의 무게중심이 있는 상태 후보를 선택한다. 이는, 컨트롤러(10)는 계산된 서포팅 영역을 바탕으로 파지가 가능한 상태 후보를 선택함을 의미한다. 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 53, 그림 예 54)의 경우 서포팅 영역이 존재하지 않으므로 탈락시킨다. 즉, 상태 후보(그림 예 53, 그림 예 54)에 대한 서포팅 영역이 존재하지 않는다는 것은 주어진 파지 상태를 만족시키는 서포팅 영역이 없다는 것이며 파지를 할 수 없음을 의미한다. 이는 물체의 무게중심이 서포팅 영역의 밖에 존재하는 경우와 동일하다.

이에 의해, 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 51, 그림 예 52)를 선택한다. 그리고 나서, 컨트롤러(10)는 선택된 상태 후보(그림 예 51, 그림 예 52)에 대해 안정성 마진을 고려하여 우측으로 손가락을 움직여도 되는 상태 후보(그림 예 51)를 선택한다. 여기서, 안정성 마진을 고려하는 방법은 가장 작은 값을 선택하는 것이다. 도 5에서도 알 수 있듯이 조작 움직임 방향을 고려하였기 때문에 보다 작은 값을 선택하는 것이 다음 손가락의 이동을 생각해 볼 때 자유도가 보다 크다. 이에 의해, 상태 후보(그림 예 51)와 상태 후보(그림 예 52)중에서 보다 작은 안정성 마진을 갖는 상태 후보(그림 예 51)를 선택한다. 이어, 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 51)를 만든 손가락(30b)(즉, 떼어진 손가락)을 이동시키라는 명령을 로봇손 구동부(20)에게로 보낸다. 그에 따라, 로봇손 구동부(20)는 손가락(30b)을 이동시킨다. 이때, 손가락(30b)은 목표지점 방향으로 이동함에 있어서 가동범위내에서 최대로 이동한다. 이와 같이 하게 되면 그림 예 55와 같이 된다.

이후, 컨트롤러(10)는 모든 손가락이 한번씩 이동하였는지를 판단한다(S18). 판단결과, 모든 손가락이 한번씩 이동하여 목표지점에 도달하였으면 종료한다.

반대로, 모든 손가락이 한번씩 이동하지 않았으면 컨트롤러(10)는 나머지 손가락에 대해서는 상술한 S12 내지 S16의 과정을 수행한다. 이 과정에 대해 후술한다.

앞서의 설명에서 손가락(30b)을 처음으로 이동시켰으므로, 이후에는 컨트롤러(10)는 물체를 파지한 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)중에서 움직인 손가락(30b)을 제외하고 물체로부터 하나의 손가락을 떼어낸 경우를 나타내는 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성한다. 여기서, 그림 예 55에서 떼어낼 수 있는 손가락은 이미 움직인 손가락(30b)를 제외하고는 3개이므로, 생성되는 상태 후보는 그림 예 56 ~ 그림 예 58이다. 즉, 하나의 손가락(30b)을 이동시킨 후에는 손가락(30c)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 56), 손가락(30a)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 57), 및 손가락(30d)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 58)를 포함하는 후보 집합이 생성된다. 이어, 컨트롤러(10)는 각각의 상태 후보(그림 예 56 ~ 그림 예 58)의 상황에 대하여 서포팅 영역을 계산한 후에 계산된 서포팅 영역에 근거하여 움직일 손가락을 선택하여 이동시킨다. 다시 말해서, 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 57, 그림 예 58)의 경우 서포팅 영역이 존재하지 않으므로 탈락시킨다. 즉, 상태 후보(그림 예 57, 그림 예 58)에 대한 서포팅 영역이 존재하지 않는다는 것은 주어진 파지 상태를 만족시키는 서포팅 영역이 없다는 것이며 파지를 할 수 없음을 의미한다. 이는 물체의 무게중심이 서포팅 영역의 밖에 존재하는 경우와 동일하다. 이에 의해, 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 56)만을 선택한다. 여기서는 상태 후보가 하나만 선택되었으므로, 안정성 마진을 고려하지 않아도 된다. 그리고 나서, 컨트롤러(10)는 손가락(30c)을 이동시키라는 명령을 로봇손 구동부(20)에게로 보낸다. 그에 따라, 로봇손 구동부(20)는 손가락(30c)을 이동시킨다. 이때, 손가락(30c)은 목표지점 방향으로 이동함에 있어서 가동범위내에서 최대로 이동한다. 이와 같이 하게 되면 그림 예 59와 같이 된다.

이후에는 컨트롤러(10)는 물체를 파지한 로봇손(30)의 손가락(30a, 30b, 30c, 30d)중에서 움직인 손가락(30b, 30c)을 제외하고 물체로부터 하나의 손가락을 떼어낸 경우를 나타내는 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성한다. 여기서, 그림 예 59에서 떼어낼 수 있는 손가락은 이미 움직인 손가락(30b, 30c)를 제외하고는 2개이므로, 생성되는 상태 후보는 그림 예 60, 그림 예 61이다. 즉, 두개의 손가락(30b, 30c)을 이동시킨 후에는 손가락(30d)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 60), 및 손가락(30a)을 떼어낸 경우의 상태 후보(그림 예 61)를 포함하는 후보 집합이 생성된다. 이어, 컨트롤러(10)는 각각의 상태 후보(그림 예 60, 그림 예 61)의 상황에 대하여 서포팅 영역을 계산한 후에 계산된 서포팅 영역에 근거하여 움직일 손가락을 선택하여 이동시킨다. 다시 말해서, 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 61)의 경우 서포팅 영역이 존재하지 않으므로 탈락시킨다. 즉, 상태 후보(그림 예 61)에 대한 서포팅 영역이 존재하지 않는다는 것은 주어진 파지 상태를 만족시키는 서포팅 영역이 없다는 것이며 파지를 할 수 없음을 의미한다. 이는 물체의 무게중심이 서포팅 영역의 밖에 존재하는 경우와 동일하다. 이에 의해, 컨트롤러(10)는 상태 후보(그림 예 60)을 선택한다. 여기서는 상태 후보가 하나만 선택되었으므로, 안정성 마진을 고려하지 않아도 된다. 그리고 나서, 컨트롤러(10)는 손가락(30d)을 이동시키라는 명령을 로봇손 구동부(20)에게로 보낸다. 이에, 로봇손 구동부(20)는 손가락(30d)을 이동시킨다. 이때, 손가락(30d)은 목표지점 방향으로 이동함에 있어서 가동범위내에서 최대로 이동한다. 이와 같이 하게 되면 그림 예 62와 같이 된다.

이후에는 컨트롤러(10)는 로봇손 구동부(20)를 제어하여 아직까지 움직이지 않은 손가락(30a)을 우측으로 이동시킨다. 즉, 컨트롤러(10)는 손가락(30a)을 움직일 수 있는지를 판단하여 움직일 수 있는 상태라면 손가락(30a)을 우측으로 이동시킨다. 이와 같이 하게 되면 그림 예 63과 같이 된다. 물론, 제일 나중에 움직이게 되는 손가락(30a)에 대해서도 후보 집합 생성, 서포팅 영역 계산, 안정성 마진 고려 등을 수행할 수도 있겠지만, 이는 시간 낭비에 가까우므로 그리할 필요가 없다.

이와 같이 모든 손가락이 한번씩 이동하여 목표지점에 도달하게 되면 종료하게 된다.

상술한 본 발명의 실시예에서는 로봇손(30)의 손가락(30a ~ 30d)을 왼쪽에서 오른쪽으로 수평 이동시키는 경우에 대하여 설명하였으나, 실질적으로는 전후좌우로 수평 이동시킬 수 있는 것으로 이해함이 바람직하다.

상술한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 컨트롤러 12 : 핑거 게이트 연산부
20 : 로봇손 구동부 30 : 로봇손
30a ~ 30d : 손가락 40 : 물체

Claims (12)

1. 물체를 파지한 로봇손의 복수의 손가락중에서 움직인 손가락을 제외한 나머지 손가락의 각각이 상기 물체로부터 떼어진 경우의 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성하는 단계;
   상기 상태 후보에 대한 서포팅 영역을 계산하는 단계;
   상기 서포팅 영역을 근거로 상기 나머지 손가락중에서 움직일 손가락을 선택하는 단계; 및
   상기 선택된 손가락을 목표지점 방향으로 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 방법.
2. 청구항 1에 있어서
   상기 서포팅 영역은 상기 물체의 무게중심의 영역이 정적인 평형을 유지할 수 있도록 2차원 평면상에 투영되어 계산된 영역인 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 움직일 손가락 선택 단계는,
   상기 서포팅 영역내에 상기 물체의 무게중심이 있는 상태 후보를 선택하는 단계; 및
   상기 선택된 상태 후보를 만든 떼어진 손가락을 상기 움직일 손가락으로 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 상태 후보 선택 단계는 복수개의 상태 후보가 선택되면 상기 복수개의 상태 후보중에서 가장 작은 값의 안정성 마진을 갖는 상태 후보를 선택하는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 안정성 마진은 상기 물체의 무게 중심에서 조작 움직임 방향으로 상기 서포팅 영역의 가장 가까운 경계면까지의 수평 거리인 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 손가락 이동 단계는 해당 손가락의 가동 범위내에서 최대한으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 방법.
7. 물체를 파지한 로봇손의 복수의 손가락중에서 움직인 손가락을 제외한 나머지 손가락의 각각이 상기 물체로부터 떼어진 경우의 상태 후보를 포함하는 후보 집합을 생성하고, 상기 상태 후보에 대한 서포팅 영역을 계산하며, 상기 서포팅 영역을 근거로 상기 나머지 손가락중에서 움직일 손가락을 선택하는 컨트롤러; 및
   상기 선택된 손가락을 상기 컨트롤러로부터의 구동신호에 근거하여 목표지점 방향으로 이동시키는 로봇손 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 장치.
8. 청구항 7에 있어서
   상기 서포팅 영역은 상기 물체의 무게중심의 영역이 정적인 평형을 유지할 수 있도록 2차원 평면상에 투영되어 계산된 영역인 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 장치.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 움직일 손가락을 선택하는 경우 상기 서포팅 영역내에 상기 물체의 무게중심이 있는 상태 후보를 선택하고, 상기 선택된 상태 후보를 만든 떼어진 손가락을 상기 움직일 손가락으로 선택하는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는 복수개의 상태 후보가 선택되면 상기 복수개의 상태 후보중에서 가장 작은 값의 안정성 마진을 갖는 상태 후보를 선택하는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 안정성 마진은 상기 물체의 무게 중심에서 조작 움직임 방향으로 상기 서포팅 영역의 가장 가까운 경계면까지의 수평 거리인 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 장치.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 로봇손 구동부는 상기 선택된 손가락을 해당 손가락의 가동 범위내에서 최대한으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇손의 파지 조작 장치.

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