KR20120119402A - 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치 및 사용자 제작 로봇 모델 임포팅 방법 - Google Patents

사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치 및 사용자 제작 로봇 모델 임포팅 방법 Download PDF

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Abstract

사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치가 개시된다. 이 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치는 기계적, 물리적 및 전기적으로 표준화된 컴포넌트들을 가진 데이터베이스를 이용하여 가상으로 조립된 로봇 형상 정보 파일을 분석하여 로봇 모델의 조립 정보를 추출하는 로봇 정보 추출부, 및 추출된 조립 정보로부터 획득되는 STL 파일을 에뮬레이터에 등록하고, 트리 구조에서 부모-자식 관계를 설정하는 등록 및 설정부를 포함한다.

Description

사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치 및 사용자 제작 로봇 모델 임포팅 방법{Apparatus for emulating user created robot and method for importing user created robot model}
본 발명은 사용자 제작 로봇에 관한 것으로, 특히 사용자 제작 로봇을 위한 에뮬레이터에 관한 것이다.
사용자 제작 로봇 디자인 솔루션(UCR Design Solution)이란 사용자 제작 로봇(User Created Robot, UCR)에 있어서 누구나 쉽게 자신이 원하는 로봇의 형태를 구현할 수 있도록 하고, 이를 체계화된 컴포넌트(Component)로서 표현 및 교류할 수 있는 일련의 솔루션을 의미한다. 현존하는 국산 로봇 컴포넌트(Component)들은 교보재용 로봇에 활용되고 있으며, 대부분이 중복 개발된 유사품이 많고 대부분 PCB가 노출되어 있어 비전문가 대상의 사용자 제작 로봇(User Created Robot, UCR)에 적합하지 않다. 국내업체들의 유일한 응용 솔루션은 자사 로봇 컴포넌트만을 지원하는 Task description tool(로봇 작동 프로그래밍) 뿐이며, 컴포넌트 응용 솔루션의 개념이 없다. 해외 업체도 컴포넌트 호환성을 추진한 사례는 없으며, 단지 개별 회사의 규모가 크므로 컴포넌트 응용 솔루션이 발달되어 있을 뿐이다.
따라서 현재는 다른 회사의 제품을 액세스할 수 있는 체계가 없으므로, 유사한 제품을 만들 수밖에 없는 실정이다. 이에 대한 해결책으로 컴포넌트 통합 체계가 필요하다. 나아가 컴포넌트 통합 체계가 구축되어 로봇 조립정보의 표준안이 마련되면, 에뮬레이터(Emulator) 상에 표준에 근거한 로봇 조립정보 파일을 임포트(Import)하는 기능이 요구되며, 또한 각 로봇 모델의 시뮬레이션을 위한 기능이 요구된다.
본 발명은 에뮬레이터 상에 로봇 조립정보 표준에 근거하여 로봇 조립정보를 임포트할 수 있는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 사용자 제작 로봇 모델을 임포팅(importing)하기 위한 에뮬레이팅 장치는 기계적, 물리적 및 전기적으로 표준화된 컴포넌트들을 가진 데이터베이스를 이용하여 가상으로 조립된 로봇 형상 정보 파일을 분석하여 로봇 모델의 조립 정보를 추출하는 로봇 정보 추출부, 및 상기 추출된 조립 정보로부터 획득되는 STL 파일을 에뮬레이터에 등록하고, 트리 구조에서 부모-자식 관계를 설정하는 등록 및 설정부를 포함한다. 여기서 로봇 조립 정보는 이름과 모터 종류 및 초기 위치를 나타내는 파일, 미러 기능을 위한 쌍(pair) 정보 파일, 파트 조립 정보 파일, 모델 파일명 파일, 변환 매트릭스 파일, 다이나믹셀 ID 파일, 움직이는 방법을 정의한 파일, 실제 센서 감지 영역을 나타내는 파일, 실제 센서 비 감지 영역을 나타내는 파일, 실제 센서가 갖는 최대 감지 각도를 나타내는 파일 중 적어도 하나를 포함한다.
나아가 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치는 로봇 모델의 행동에 대한 작동 시나리오 정보에 따라 상기 로봇 모델의 동작을 실행하기 위한 실행부를 더 포함한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 사용자 제작 로봇 모델 임포팅 방법은 기계적, 물리적 및 전기적으로 표준화된 컴포넌트들을 가진 데이터베이스를 이용하여 가상으로 조립된 로봇 형상 정보 파일을 분석하여 로봇 모델의 조립 정보를 추출하는 단계, 상기 추출된 조립 정보로부터 파트별 삼차원 모델 파일인 STL 파일을 검색하며, 검색되지 않으면 IGS 파일을 STL 파일로 변환하는 단계, 상기 검색된 혹은 변환된 STL 파일로 고유번호를 부여하여 출력하는 단계, 상기 출력된 STL 파일명과 그 부모 STL 파일명을 하나의 쌍으로 저장하는 단계, 및 상기 STL 파일을 에뮬레이터에 등록하고, 트리 구조에서 부모가 있으면 부모-자식 관계를 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 XML 기반의 로봇 조립정보 표준안을 정의하고 에뮬레이터 상에 표준에 근거한 로봇 조립정보 파일을 임포트할 수 있게 한다. 또한 에뮬레이터 상에서 각 로봇 모델에 대한 작동 시나리오 정보를 담고 있는 제어 프로그램 코드를 로드하여 시뮬레이션하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UCR 디자인 시스템 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UCR 에뮬레이터 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 모델 임포팅 방법 흐름도.
도 4는 UCR 빌더에서 조립된 일명 휴머노이드 C 타입 로봇 모델 예시도.
도 5는 도 4의 휴머노이드 C 타입 로봇 모델을 UCR 에뮬레이터로 임포팅한 예시도.
도 6은 UCR 빌더에서 조립된 일명 킹스타이더 로봇 모델 예시도.
도 7은 도 6의 킹스타이더 로봇 모델을 UCR 에뮬레이터로 임포팅한 예시도.
도 8은 UCR 빌더에서 조립된 일명 공룡 로봇 모델 예시도.
도 9는 도 8의 공룡 로봇 모델을 UCR 에뮬레이터로 임포팅한 예시도.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UCR 디자인 시스템 블록도이다.
도시된 바와 같이, UCR 디자인 시스템은 UCR Builder(100)와 UCR Emulator(200)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, UCR 빌더(100)와 UCR 에뮬레이터(200)는 PC(10) 상에 구현되는 소프트웨어 도구이다. 여기서 PC(10)는 에뮬레이팅 장치로 불리울 수도 있다. UCR 빌더(100)는 로봇의 기계, 전자, 물리적 속성을 종합하여 로봇을 조립할 수 있는 소프트웨어 도구이다. 바람직하게, UCR 빌더(100)는 로봇 조립을 위해 로봇 컴포넌트 통합 체계에 따라 구축된 컴포넌트 데이터베이스와 연동한다. 일 실시예에 있어서, 컴포넌트 데이터베이스를 통해 제공되는 UCR 컴포넌트는 XML 기반 컴포넌트이다. XML 상에서 모든 컴포넌트의 속성 단계를 표현하는 스키마(Schema)를 설계할 경우에, 텍스트나 바이너리 형태는 물론 흔히 사용하는 office data의 형식까지도 체계 있게 조합이 가능하며, 유효성 검사 및 추가/확장이 용이하다. 또한 운영체제(OS) 등의 환경에 종속되지 않고 활용 가능하며, 특히 웹 서비스에 유리하다. 또한 필요한 스키마 정보만을 뽑아 사용하기가 용이하다.
XML 기반 UCR 컴포넌트 체계에 포함하고자 하는 데이터에는 컴포넌트 기본 정보, 기계 정보, 물리 정보, 전기적 정보, 인터페이스 정보가 포함될 수 있으며, 나아가 제조자 정보, 검증 및 확장 정보가 더 포함될 수 있다. 컴포넌트 기본 정보에는 컴포넌트 종류와 인터페이스 방식에 관한 고유 번호가 포함된다. 기계 정보에는 기하학적 정보(Geometry), 재질, 결합 방식 고유번호 등이 포함된다. 물리 정보에는 중심점, 관성 정보, 토크(Torque), 속도(Speed), RPM 등이 포함된다. 전기적 정보에는 공급전압, 전류, ADC(Analog Digital Converter), DAC(Digital Analog Converter), GPIO(General Purpose Input Output), 노이즈 등이 포함된다. 인터페이스 정보에는 프로토콜(protocol), 커넥터(connector) 종류, 핀(pin) 배열, 배선의 사양 등이 포함된다. 제조자 정보에는 제조업체 고유번호와 제품 스타일의 고유번호 등이 포함된다. 검증 및 확장 정보에는 내용 검증 레벨과 추후 확장을 위한 정보 등이 포함된다.
UCR 빌더(100)는 이 같은 XML 기반의 UCR 컴포넌트 체계를 라이브러리로 사용하여 UCR 가상 로봇을 표현한다. XML 기반 UCR 컴포넌트의 결합 정보는 UCR 가상 로봇으로 정의되고, UCR 가상 로봇 표현에 대한 데이터 구조(Data Structure)가 정의된다. 정의된 데이터 구조는 UCR 빌더(100)의 데이터 매니저(Manager)에 의해 관리된다. UCR 빌더(100)는 로봇을 구성하는 기계 부분과, 전자 부분, 알고리즘까지 종합하여 원하는 로봇을 구성하는 도구가 매우 쉬운 GUI를 제공한다. 이를 위해 UCR 빌더(100)는 UCR 가상 로봇 표현을 위해 정의된 데이터 구조를 제공하고, 기계를 제외한 전기/전자/소프트웨어에 대한 기초적인 조립 인터페이스를 제공하며, XML 기반 UCR 컴포넌트 간 결합 적합성 판정을 위한 매칭률(Matching rate) 계산 기능을 제공한다. 여기서 매칭률이라 함은 컴포넌트와 컴포넌트 간에 서로 연결하여 사용할 수 있는 가능성을 나타내기 위한 정보를 의미한다. 매칭률을 높이기 위해서, 컴포넌트는 기계적 측면과 전기적 측면과 동작범위 측면에서 다음과 같은 속성으로 개발되어야 함이 바람직하다.
우선 기계적 측면에서 결합 방식 고유번호가 일치하면 동일 제조사의 특정 체계를 따르므로 기계적 매칭률 만점을 할당하나, 그렇지 않을 경우 홀(Hole)의 크기와 깊이 등으로 점수를 배정한다. 사용자가 직접 만든다는 의미의 UCR은 가공 장치를 활용할 수 있으므로, 기계적 측면의 매칭률은 사용자 스스로 어느 정도 극복 가능하다. 전기적 측면에서 공급 전원의 동작 전압을 고유번호로 할당한다. 입출력 체계는 3.3V, 5V 등 다양하나 기본 3.3V에 5V 허용(tolerance)을 확보하는 방안으로 매칭률을 높인다. 다른 컴포넌트와 연결하는 커넥터는 반드시 양쪽으로 연결하는 체계를 따라야 케이블의 종류를 바꾸면서 매칭률을 높일 수 있다 ADC 경우는 공급업체가 전압과 resolution을 차후 추가/확장할 수 있는 구조이지만, 3.3V와 5V를 사용하는 것을 권장한다. 디지털 입력단에는 damping resister를 할당하여 규격 이상의 전압이 입력되어도 파손되지 않도록 한다. 동작범위 측면에서 토크, 부하, 전압 등에 대해 견딜 수 있는 동작 범위를 반드시 인증받도록 하고, 그 범위를 가급적 크게 함으로써 매칭률을 높인다.
UCR 에뮬레이터(200)는 UCR 빌더(100)와 연동 가능하다. UCR 에뮬레이터(200)는 로봇 정보 추출부(210)와 등록 및 설정부(220)를 포함한다. 로봇 정보 추출부(210)는 UCR 빌더(100)에서 생성된 로봇 형상 정보 파일을 분석(parsing)하여 XML 기반의 로봇 조립 정보를 추출한다. 여기서 로봇 형상 정보 파일이라 함은 UCR 빌더(100)에서 표현된 UCR 가상 로봇에 대한 XML 기반 UCR 컴포넌트의 결합 정보를 가진 파일을 뜻한다. 그리고 XML 기반의 로봇 조립 정보 파일은 표준화되어 있으며, 다음 표 1과 같이 예시된다.
로봇 조립 정보 내용
<General> 이름과 모터 종류 및 초기 위치
<Mirror> 미러 기능을 위한 pair 정보
<Object3D> 파트 조립 정보(Kinematics 트리 구조)
Name 로봇 모델 파일명(확장자 제외)
T Transform Matrix 4×3
Id 다이나믹셀 ID
Type 움직이는 방법 정의
Range 실제 센서 감지 영역
Offset 실제 센서 비 감지 영역(Blind Zone)
Angle 실제 센서가 갖는 최대 감지 각도
등록 및 설정부(220)는 로봇 정보 추출부(210)에 의해 추출된 로봇 조립 정보로부터 획득되는 STL 파일을 등록하며, 트리 구조에서 부모-자식 관계를 설정한다. 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 등록 및 설정부(220)는 로봇 정보 추출부(210)에 의해 추출된 조립 정보로부터 파트별 삼차원 모델 파일인 STL 파일을 검색하며, 검색되지 않으면 IGS 파일을 STL 파일로 변환한다. 그 다음, 등록 및 설정부(220)는 검색된 혹은 변환된 STL 파일로 고유번호를 부여하여 출력하며, 출력된 STL 파일명과 그 부모 STL 파일명을 하나의 쌍으로 저장한다. 또한 등록 및 설정부(220)는 STL 파일을 에뮬레이터(200)에 등록하고, 트리 구조에서 부모가 있으면 부모-자식 관계를 설정한다.
한편, UCR 에뮬레이터(200)는 실행부(230)를 더 포함한다. 실행부(230)는 URC 빌더(100)에서 조립된 로봇 모델에 대한 제어 프로그램 코드를 로드하여 시뮬레이션하기 위한 구성이다. 여기서 제어 프로그램 코드는 로봇 모델의 행동에 대한 작동 시나리오 정보를 가진다. 일 실시예에 있어서, 제어 프로그램 코드는 IL(Intermediate Language) 코드로 이루어진다. 그리고 실행부(230)는 IL 코드를 가상으로 실행하기 위한 런타임 엔진(Runtime Engine)으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 모델 임포팅 방법 흐름도이다.
UCR 에뮬레이터(200)는 상술한 UCR 빌더(100)에서 조립된 로봇 모델에 대한 로봇 형상 정보 파일(RBT 파일)을 파싱하여 로봇 모델의 조립 정보를 추출한다(S100). UCR 에뮬레이터(200)는 추출된 조립 정보로부터 파트별 3D 모델 파일인 STL 파일을 우선 검색하고, 검색되지 않으면 IGS 파일을 STL 파일로 변환한다(S200). UCR 에뮬레이터(200)는 트리의 루트를 0으로 시작하는 고유번호를 검색된 혹은 변환된 삼각망 STL 파일에 부여하여 출력한다(S300). UCR 에뮬레이터(200)는 출력된 STL 파일명과 그 부모 STL 파일명을 하나의 쌍으로 저장한다(S400). 그 다음, UCR 에뮬레이터(200)는 STL 파일을 에뮬레이터에 등록하고(S500), 트리 구조에서 STL 파일에 대한 부모가 있으면 부모-자식 관계를 설정한다(S600). 한편, 상술한 로봇 모델 임포팅 과정에서 수행되는 좌표 변환행렬 처리시 상대 좌표계를 기준으로 처리한다. 그리고 트리 정보에서 변환 행렬을 구성하며, STL 파일의 삼각망을 좌표 변환한다.
도 4 내지 도 9는 UCR 빌더(100)에서 조립된 로봇 모델과 이를 UCR 에뮬레이터(200)로 임포팅한 로봇 모델을 예시하고 있다. 도 4는 UCR 빌더(100)에서 조립된 일명 휴머노이드 C 타입 로봇이며, 도 5는 이를 UCR 에뮬레이터(200)로 임포팅한 모습을 나타낸다. 도 6은 UCR 빌더(100)에서 조립된 일명 킹스타이더 로봇이며, 도 7은 이를 UCR 에뮬레이터(200)로 임포팅한 모습을 나타낸다. 도 8은 UCR 빌더(100)에서 조립된 일명 공룡 로봇이며, 도 9는 이를 UCR 에뮬레이터(200)로 임포팅한 모습을 나타낸다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : UCR 빌더 200 : UCR 에뮬레이터
210 : 로봇 정보 추출부 220 : 등록 및 설정부
230 : 실행부

Claims (6)

  1. 사용자 제작 로봇 모델을 임포팅(importing)하기 위한 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치에 있어서,
    기계적, 물리적 및 전기적으로 표준화된 컴포넌트들을 가진 데이터베이스를 이용하여 가상으로 조립된 로봇 형상 정보 파일을 분석하여 로봇 모델의 조립 정보를 추출하는 로봇 정보 추출부; 및
    상기 추출된 조립 정보로부터 획득되는 STL 파일을 에뮬레이터에 등록하고, 트리 구조에서 부모-자식 관계를 설정하는 등록 및 설정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 형상 정보 파일은 XML(Extensible Markup Language) 형식임을 특징으로 하는 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로봇 조립 정보는 이름과 모터 종류 및 초기 위치를 나타내는 파일, 미러 기능을 위한 쌍(pair) 정보 파일, 파트 조립 정보 파일, 모델 파일명 파일, 변환 매트릭스 파일, 다이나믹셀 ID 파일, 움직이는 방법을 정의한 파일, 실제 센서 감지 영역을 나타내는 파일, 실제 센서 비 감지 영역을 나타내는 파일, 실제 센서가 갖는 최대 감지 각도를 나타내는 파일 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    로봇 모델의 행동에 대한 작동 시나리오 정보에 따라 상기 로봇 모델의 동작을 실행하기 위한 실행부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작동 시나리오 정보는 IL(Intermediate Language) 코드로 구성됨을 특징으로 하는 사용자 제작 로봇 에뮬레이팅 장치.
  6. 기계적, 물리적 및 전기적으로 표준화된 컴포넌트들을 가진 데이터베이스를 이용하여 가상으로 조립된 로봇 형상 정보 파일을 분석하여 로봇 모델의 조립 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 조립 정보로부터 파트별 삼차원 모델 파일인 STL 파일을 검색하며, 검색되지 않으면 IGS 파일을 STL 파일로 변환하는 단계;
    상기 검색된 혹은 변환된 STL 파일로 고유번호를 부여하여 출력하는 단계;
    상기 출력된 STL 파일명과 그 부모 STL 파일명을 하나의 쌍으로 저장하는 단계; 및
    상기 STL 파일을 에뮬레이터에 등록하고, 트리 구조에서 부모가 있으면 부모-자식 관계를 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 사용자 제작 로봇 모델 임포팅 방법.
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