KR20140078492A

KR20140078492A - 로봇제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140078492A
Application number: KR1020120147910A
Authority: KR
Inventors: 신완재; 유수정
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-25

Abstract

사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부; 상기 조작부에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한하는 제어부;를 포함하는 로봇제어장치가 소개된다.

Description

로봇제어장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING ROBOT}

본 발명은 로봇 동작에 있어서, 사용자의 과도한 조작이 입력되어도 로봇의 과도한 구동을 방지하기 위한 로봇제어장치 및 방법에 관한 것이다.

로봇은 사용자의 의도에 따라 다양하게 움직이며 무거운 물체를 들고 이동시키는 등 사람이 직접 작업하는데 제한되는 일을 수행할 수 있다. 이러한 로봇 중 근력지원 로봇은 무거운 물체를 양중작업 하는 경우, 사용자의 힘이 로봇에 전달되고 로봇을 통해 전달된 힘이 증폭되어 무거운 물체를 들 수 있도록 한다.

기존의 근력지원 로봇은 사용자의 조작부 조작시 조작부에 작용되는 힘 또는 변위량을 입력하여 로봇이 구동되도록 하였다. 즉, 사용자가 조작부를 조작함에 따라 작용되는 힘 또는 변위량을 센싱하고, 센싱된 힘 또는 변위량에 대한 값을 로봇 구동부에 입력하면 로봇은 입력된 값에 대응되는 증폭된 힘과 속도로 구동된다.

하지만, 상기의 로봇은 사용자의 조작에 따른 입력값에 비례적으로 로봇이 작동되기 때문에 사용자의 과도한 조작에 의해 최대 힘 또는 변위량이 입력되는 경우 로봇에는 과도한 운동량이 발생되어 로봇이 폭주하거나 심한 경우 로봇에 손상이 갈 수 있다.

따라서, 사용자의 조작에 따라 로봇이 항상 비례적으로 작동되는 것이 아닌, 사용자의 의도와 달리 과도한 조작이 입력되더라도 일정 운동량으로 로봇이 구동되도록 함으로써 과도한 조작에 따른 로봇 폭주를 방지하여 로봇이 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 사용자의 과도한 조작이 입력되어도 로봇이 일정 운동량 이상으로는 작동되지 않도록 함으로써 로봇의 폭주를 방지하고 로봇이 안정적으로 구동되도록 할 수 있는 로봇제어장치 미 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇제어장치는 사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부; 상기 조작부에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한하는 제어부;를 포함한다.

상기 센서부는 조작부의 힘과 토크력을 측정하는 힘/토크센서로서, 조작부에 작용된 힘과 토크력의 변화량을 측정하여 센싱값을 도출할 수 있다.

상기 조작부에 연결되어 조작부의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여함으로써 조작부의 과도한 조작을 제한하는 댐핑부가 설치될 수 있다.

상기 댐핑부는 탄성력에 의한 반력을 부여하는 스프링일 수 있다.

상기 댐핑부는 구동력에 의한 반력을 부여하는 모터로서, 조작부 조작에 따른 조작감을 제공할 수 있다.

한편, 사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부; 상기 조작부에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부; 상기 조작부에 연결되어 조작부의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여하는 댐핑부; 및 상기 센서부의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부가 한계출력값 이상으로 제어되지 않도록 제한하는 제어부;를 포함할 수 있다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇제어방법은 사용자로부터 조작부에 가해지는 힘 또는 변위를 측정하는 센싱단계; 상기 측정된 힘 또는 변위의 센싱값을 입력값으로 입력받고, 이에 비례하는 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하는 출력단계; 상기 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부가 한계출력값 이상으로 제어되지 않도록 하는 제한단계;를 포함한다.

상기 제한단계는, 조작부에 입력되는 입력값에 따른 출력값을 한계출력값으로 유지하여 로봇 구동부를 구동하는 구동단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 로봇제어 장치 및 로봇제어방법은 사용자의 조작에 따라 비례적으로 로봇이 구동되되, 조작부 조작에 따른 입력값이 한계값이상으로 입력될 경우 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 한계출력값으로 제한하여 로봇이 과도하게 구동되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 로봇제어장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 로봇제어장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 로봇제어방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 로봇조작시 입력값과 한계값에 대한 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 로봇제어장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 로봇제어장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 로봇제어장치를 나타낸 도면이다.

본 발명의 로봇제어장치는 사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부(100); 상기 조작부(100)에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부(200); 및 상기 센서부(200)의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한하는 제어부(300);를 포함한다.

본 발명의 로봇은 사용자가 조작부(100)를 조작시 가해지는 힘 또는 변위량에 비례하여 작동되되 사용자의 과도한 조작이 가해지는 경우 로봇의 폭주를 방지하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명의 제어부(300)는 한계값과 한계출력값이 구비된다. 여기서, 한계값은 로봇의 과도한 운동량을 제한하기 위해 설정되는 값으로서, 로봇의 한계운동량이 한계값으로 구비되고 사용자에 의해 조작되는 로봇이 구현하기 힘든 명령이 입력되거나, 과도한 조작이 입력되는 경우 이에 따른 조작부(100)의 입력값을 비교판단하기 위해 마련된다. 이러한 한계값은 적용되는 로봇의 설계구조 및 내구성 등 다양한 조건에 의해 설정될 수 있다.

한편, 한계출력값은 로봇 구동부를 제어하기 위한 출력값이 사용자의 과도한 조작에 따른 입력값에 비례하여 입력되는 경우 로봇이 폭주하는 것을 방지하기 위한 것이다. 다시 말해, 본 발명에서의 출력값은 조작부(100)의 조작에 따른 입력값에 비례하여 출력되는데, 사용자가 조작부(100)를 과도하게 조작하게 되면 이에 따른 입력값에 대응되어 출력값이 입력값에 비례하여 증가되기 때문에 로봇이 과도하게 구동될 수 있다.

이렇게, 로봇의 과도한 운동시 로봇이 손상될 수 있고 적재하는 물체가 파손될 수 있다. 따라서, 사용자의 과도한 조작에 따른 입력값에 비례하여 출력값을 출력함으로써 로봇이 과작동되는 것이 아닌, 출력값을 한계출력값으로 제한하여 로봇의 구동을 제한함으로써 안정적인 로봇작동을 구현할 수 있는 것이다.

즉, 제어부(300)는 사용자의 조작부(100) 조작에 의한 입력값을 입력받고 이에 대응되는 출력값으로 로봇을 구동하되, 사용자의 과도한 조작이 입력되어 입력값이 한계값에 도달할 경우 이에 대응되는 출력값이 아닌, 한계출력값으로 로봇을 구동함으로써 로봇 폭주를 방지하고 안정적인 로봇제어를 구현하여 안정성 및 로봇내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 상기 센서부(200)는 조작부(100)의 힘과 토크력을 측정하는 힘/토크센서로서, 조작부(100)에 작용된 힘과 토크력의 변화량을 측정하여 센싱값을 도출할 수 있다.

여기서, 센서부(200)는 조작부(100)의 힘 또는 변위뿐만 아니라, 토크량 또는 속도 등 다양한 방법으로 입력값을 출력할 수 있다. 이에 따라, 다양한 센서의 적용이 가능하지만, 본 발명에서는 조작부(100)의 힘 또는 변위의 변화량을 측정함에 따라 힘센서 또는 변위센서가 적용될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 센서부(200)는 힘/토크센서를 적용함으로써 정밀한 센싱값을 도출하도록 할 수 있다. 보통, 로봇의 정밀제어를 위해 사용되는 힘/토크센서는 작용하는 외력을 정밀하게 측정하며 피드백을 통해 제어부(300)에 입력한다. 이러한 힘/토크센서를 통해 정밀하게 측정된 힘과 토크력의 변화량을 입력값으로 제어부(300)로 입력함에 따라 제어부(300)는 로봇 구동부를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

한편, 상기 조작부(100)에 연결되어 조작부(100)의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여함으로써 조작부(100)의 과도한 조작을 제한하는 댐핑부(400)가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 댐핑부(400)는 탄성력에 의한 반력을 부여하는 스프링일 수 있고, 구동력에 의한 반력을 부여하는 모터로서, 조작부(100) 조작에 따른 조작감을 제공할 수 있다.

통상적으로, 기계조작시 가벼운 조작감의 경우 조작속도가 빠르지만, 정밀성이 요구되는 작업에 적용이 제한적이고 조작이 민감하게 작용하여 세밀한 컨트롤이 힘들다.

반면에, 다소 무거운 조작감의 경우 사용자에게 조작에 따른 정확도가 높기 때문에 정밀성이 요구되는 작업에 적합하고, 세밀한 컨트롤을 할 수 있다. 또한, 가벼운 조작감보다 안정적으로 기계조작을 할 수 있다.

본 발명은 근력지원 로봇에 가장 크게 적용할 수 있고 이러한 로봇은 사용자의 조작에 따라 무거운 물체를 이동시키는 작업을 수행하며, 본 발명의 가장 큰 목적은 로봇의 폭주를 방지하기 위한 것으로서, 조작부(100)의 가벼운 조작감을 부여하는 것은 부적합하다. 즉, 본 발명의 로봇은 정밀제어가 가능하도록 다소 무거운 조작감을 부여함으로써 로봇을 이용한 작업이 용이하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 조작부(100)의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여하는 댐핑부(400)를 설치함으로써 조작감을 부여할 수 있고, 더 나아가 조작부(100)의 과도한 조작을 제한하도록 함으로써 로봇의 과도한 운동량을 방지하도록 하는 것이다.

구체적으로, 도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 댐핑부(400)는 탄성력에 의한 반력을 부여하는 스프링일 수 있다. 이러한, 스프링은 조작부(100)와 로봇 구조물 사이에 설치되되 단부의 둘레를 따라 복수개로 설치함으로써 다양한 방향으로 조작되는 조작부(100)에 일정한 탄성력이 부여되도록 할 수 있다.

또한, 댐핑부(400)는 스프링으로 적용함으로써 구조적인 단순화를 꾀할 수 있고, 특별한 구조없이 가격이 저렴한 스프링을 적용함에 따라 제조비용을 절감할 수 있다.

다른 한편으로, 도 2에서 볼 수 있듯이, 댐핑부(400)는 구동력에 의한 반력을 부여하는 모터일 수 있다. 이러한 모터는 구동력을 전달함으로써 조작부(100)의 조작감을 부여할 수 있고, 모터구동력을 조절하여 사용자에게 향상된 조작감을 제공할 수 있다. 부가적으로, 로봇이 들어올리는 물체가 무거운 경우 사용자가 이를 인식할 수 있도록 조작감을 무겁게 변경할 수도 있다.

또한, 상기의 댐핑부(400)는 진동기능이 부가된 모터를 적용하여 로봇이 한계무게를 들어올리거나 사용자의 잘못된 조작이 입력된 경우 조작부(100)에 진동효과를 부여함으로써 사용자가 로봇을 안정적으로 조작할 수 있도록 할 수 있다. 이로 인해, 로봇의 과부하 및 사용자의 잘못된 조작을 인식하도록 할 수 있다.

상기의 스프링을 이용한 댐핑부(400) 또는 모터를 이용한 댐핑부(400)는 로봇에 설계 및 구조에 따라 선택적으로 적용할 수 있을 것이다.

한편, 사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부(100); 상기 조작부(100)에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부(200); 상기 조작부(100)에 연결되어 조작부(100)의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여하는 댐핑부(400); 및 상기 센서부(200)의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부가 한계출력값 이상으로 제어되지 않도록 제한하는 제어부(300);를 포함할 수 있다.

이러한 로봇제어 장치는 사용자의 조작에 따라 비례적으로 로봇이 구동되되, 조작부(100) 조작에 따른 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 사용자의 잘못된 조작에 의해 로봇이 과도하게 구동되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 댐핑부(400)를 통해 조작부(100)의 조작감을 향상시킬 수 있고, 사용자가 조작부(100)를 과도하게 조작하는 것을 제한할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 로봇제어방법을 나타낸 순서도로서, 본 발명의 로봇제어방은 사용자로부터 조작부에 가해지는 힘 또는 변위를 측정하는 센싱단계(S100); 상기 측정된 힘 또는 변위의 센싱값을 입력값으로 입력받고, 이에 비례하는 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하는 출력단계(S200); 상기 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부가 한계출력값 이상으로 제어되지 않도록 하는 제한단계(S300);를 포함한다.

또한, 상기 제한단계(S300)는, 조작부에 입력되는 입력값에 따른 출력값을 한계출력값으로 유지하여 로봇 구동부를 구동하는 구동단계(S400);를 더 포함할 수 있다.

이렇게, 조작부의 조작에 의해 입력된 입력값이 미리 구비된 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 로봇 구동부가 안정적으로 작동될 수 있는 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부의 폭주를 방지하여 로봇이 안정적으로 작동되도록 할 수 있다.

부가적으로, 본 발명의 한계값과 한계출력값에 대해서 도 4의 그래프를 참조하여 설명하여 설명하고자 한다.

도 4의 그래프에서 X축은 입력값을 나타낸 것이고, Y축은 출력값을 나타낸 것이며, r은 한계값, c는 한계출력값이다.

도 4의 도면에서 보는 바와 같이, 조작부 조작에 따른 입력값이 입력됨에 따라 출력값은 입력값에 비례하여 증가되는 것을 볼 수 있다. 이렇게, 입력값과 출력값은 서로 대응되어 비례적으로 증감됨에 따라 로봇 구동부가 구동되도록 하되, 입력값이 r의 한계값 이상으로 입력되는 경우 입력값이 증가되어도 출력값이 c의 한계출력값으로 출력되는 것을 볼 수 있다.

즉, 본 발명은 입력값이 과도하게 입력되어 한계값 이상으로 입력되더라도, 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇이 과작동되지 않도록 하는 것이다. 따라서, 사용자의 과도한 조작에 따른 명령이 입력되어도 로봇 구동부가 과도한 운동량으로 폭주되는 것을 방지하여 로봇이 안정적으로 작동되도록 할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100:조작부 200:센서부
300:제어부 400:댐핑부
S100:센싱단계 S200:출력단계
S300:제한단계 S400:구동단계

Claims

사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부(100);
상기 조작부(100)에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부(200); 및
상기 센서부(200)의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한하는 제어부(300);를 포함하는 로봇제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 센서부(200)는 조작부(100)의 힘과 토크력을 측정하는 힘/토크센서로서, 조작부(100)에 작용된 힘과 토크력의 변화량을 측정하여 센싱값을 도출하는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 조작부(100)에 연결되어 조작부(100)의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여함으로써 조작부(100)의 과도한 조작을 제한하는 댐핑부(400)가 설치된 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
청구항 3에 있어서,
상기 댐핑부(400)는 탄성력에 의한 반력을 부여하는 스프링인 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
청구항 3에 있어서,
상기 댐핑부(400)는 구동력에 의한 반력을 부여하는 모터로서, 조작부 조작에 따른 조작감을 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
사용자로부터 힘 또는 변위가 가해지는 조작부(100);
상기 조작부(100)에 마련되어 사용자로부터 가해진 힘 또는 변위를 측정하는 센서부(200);
상기 조작부(100)에 연결되어 조작부(100)의 조작에 따른 힘에 대한 반력을 부여하는 댐핑부(400); 및
상기 센서부(200)의 센싱값을 입력값으로 하고 이에 비례하여 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하되, 입력값이 한계값에 도달한 경우의 출력값을 한계출력값으로 가지고, 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부가 한계출력값 이상으로 제어되지 않도록 제한하는 제어부(300);를 포함하는 로봇제어장치.
사용자로부터 조작부에 가해지는 힘 또는 변위를 측정하는 센싱단계(S100);
상기 측정된 힘 또는 변위의 센싱값을 입력값으로 입력받고, 이에 비례하는 로봇 구동부를 제어하는 출력값을 생성하는 출력단계(S200);
상기 입력값이 한계값 이상으로 입력될 경우 출력값을 한계출력값으로 제한함으로써 로봇 구동부가 한계출력값 이상으로 제어되지 않도록 하는 제한단계(S300);를 포함하는 로봇제어방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제한단계(S300)는, 조작부에 입력되는 입력값에 따른 출력값을 한계출력값으로 유지하여 로봇 구동부를 구동하는 구동단계(S400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇제어방법.