KR20180078096A - 이동 로봇 전복방지 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일면에 의하면, 이동성을 지닌 로봇의 전복을 방지하는 장치에 있어서: 상기 로봇을 바닥면에 지지하도록 각각의 마그네트 스위치(15)를 지닌 레그(12); 상기 로봇 상에 레그(12)의 움직임을 검출하도록 설치되는 검출수단; 및 상기 로봇의 작업모션 과정에서 거리센서(20)의 신호에 대응하여 설정된 출력을 발생하는 제어기(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 용접로봇의 마그네트 스위치가 제대로 고정되지 않은 상태에서의 동작으로 인한 전복과 손상은 물론 용접비드 불량을 예방하고, 마그네트 다리가 변형되었는지 사전에 확인이 가능하여 로봇 유지/보수 시간 단축으로 생산성을 높이는 효과가 있다.

Description

이동 로봇 전복방지 장치 및 방법{Apparatus and Method for preventing the overthrow of the portable robot}

본 발명은 이동 로봇에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이동형 로봇의 다리에 부착된 마그네틱 스위치의 상태와 로봇 팔의 상태를 감지하여 로봇이 동작하는 동안 로봇이 전방으로 전복되지 않도록 방지하는 이동 로봇 전복방지 장치 및 방법에 관한 것이다.

이동형 로봇의 본체를 용접주판 바닥에 고정하기 위해 일명 '마그네트 스위치'를 전방몸체에 1군데, 후방몸체에 2군데 설치하여 사용한다. 마그네트 스위치에 부착된 노브를 이용하여 자력의 ON/OFF를 조정함으로서 로봇을 탈/부착하는 구조이다. 다만 마그네트(자석)가 바닥면과 일정거리 이상(1mm 이하) 떨어지면 자력이 급속히 떨어지는 특성을 가지고 있다. 용접작업장 내부 바닥에 청결하지 않아 이물질이 많은 경우 마그네트로 고정을 하더라도 로봇이 동작하는 중에 부착력 약화로 떨어지기 쉽다.

마그네트가 떨어지는 순간 로봇은 엉뚱한 방향으로 용접을 하거나 심한 경우 바닥으로 전복되는 상황이 발생하여 로봇에 손상을 주게 된다. 로봇을 이동 & 바닥 고정하는 중 마그네트 레그가 바닥/벽면과 심하게 부딪치면서 휘어지는 현상이 발생한다. 이동로봇의 마그네틱 스위치의 부착 상태와 상관없이 로봇 팔이 움직이면서 전복하는 경우 또는 용접불량 상태를 야기하고 있다.

이와 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1579207호, 한국 공개특허공보 제2015-0113694호 등이 알려져 있다.

전자는 베이스에 설치되는 프레임부와, 토치를 고정시키는 엔드 이펙터와, 상기 프레임부에 지지되어 엔드 이펙터에 연결되는 다수의 케이블과, 상기 케이블의 길이를 조절하는 다수의 윈치를 포함하여, 백히팅용 케이블 로봇의 전복을 방지하고, 블록과 프레임부 간의 평행을 유지하는 효과를 기대한다.

후자는 텔레스코픽 마스트가 설치된 상기 본체의 하부에 설치되어 상기 텔레스코픽 마스트의 작동시 상기 본체가 전복되지 않도록 상기 본체를 지면에 대해 지지하는 아웃리거 기능을 구비한다.

그러나, 상기한 선행문헌은 선박 블록에 대한 용접 수행함에 있어서 마그네트 스위치 방식의 용접로봇을 대체하기 곤란한 구조이므로 다양한 작업 상황에서 로봇의 전복을 방지하기에 한계성을 드러낸다.

1. 한국 등록특허공보 제1579207호 "전복 방지 수단을 구비한 백히팅용 케이블 로봇" (공개일자 : 2015.12.22.) 2. 한국 공개특허공보 제2015-0113694호 "아웃리거와 매니퓰레이터 기능이 일체화된 로봇" (공개일자 : 2015.10.08.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 이동로봇의 마그네틱 스위치가 제대로 부착되지 않은 상태에서 로봇 팔이 동작하는 경우에도 로봇이 전방으로 전복되는 상황을 방지할 수 있는 이동 로봇 전복방지 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 이동성을 지닌 로봇의 전복을 방지하는 장치에 있어서: 상기 로봇을 바닥면에 지지하도록 각각의 마그네트 스위치를 지닌 레그; 상기 로봇 상에 레그의 움직임을 검출하도록 설치되는 검출수단; 및 상기 로봇의 작업모션 과정에서 거리센서의 신호에 대응하여 설정된 출력을 발생하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 레그에 탑재되는 거리센서의 접촉자로 바닥면과의 거리 변동에 대응하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 검출수단은 로봇 상에 탑재되어 자세 변동에 대응한 신호를 생성하는 자이로센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 제어기를 지닌 장치를 기반으로 로봇의 전복을 방지하는 방법에 있어서: 상기 제어기는 바닥면에서 마그네트 스위치의 이격된 거리 L, 로봇의 2축 회전중심에서 손목부까지 거리 R, 2축 회전중심과 평행을 기준으로 손목부의 경사각도 θ를 입력하고, R x cosθ 값이 k x L 값(여기서 k는 상수)을 초과하면 로봇의 전복 위험도가 증가하는 것으로 판단하여 설정된 출력을 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 좌측 또는 레그의 전복 위험도의 크기에 대응하여 티칭펜던트 상에 그래픽으로 표시하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접로봇의 마그네트 스위치가 제대로 고정되지 않은 상태에서의 동작으로 인한 전복과 손상은 물론 용접비드 불량을 예방하는 효과가 있다.

또한, 접촉센서의 상태값을 통해 마그네트 다리가 변형되었는지 사전에 확인이 가능하여 로봇 유지/보수 시간 단축으로 생산성을 높인다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 센서 작동을 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치를 제어하는 방법을 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치와 방법을 구현하는 티칭펜던트의 예시도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일면에 의하면, 이동성을 지닌 로봇의 전복을 방지하는 장치에 관하여 제안한다. 이는 선박의 각종 블록을 용접하는 용접로봇(10)을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 용접로봇(10)은 협소한 공간에 투입되도록 다관절 아암을 비교적 소형으로 연결한 구조를 지닌다.

본 발명에 따르면 상기 로봇을 바닥면에 지지하도록 레그(12)가 각각의 마그네트 스위치(15)를 지닌 구조이다. 도 1에서 전방의 1개소 후방의 2개소 각각의 레그(12)와 마그네트 스위치(15)가 설치된 상태를 예시한다. 마그네트 스위치(15)는 스위치(레버)를 이용하여 자력을 단속하는 구조로서 선체의 바닥면에 로봇의 레그(12)를 탈부착하기 용이하다.

또, 본 발명에 따르면 검출수단이 상기 로봇 상에 레그(12)의 움직임을 검출하도록 설치된다. 일단 마그네트 스위치(15)가 온되면 바닥면에 대한 레그(12)의 불필요한 요동이나 움직임이 구속되어야 한다. 검출수단은 레그(12)의 변형이나 바닥면의 불량으로 일측의 레그(12)가 바닥면에서 이격된 상태를 검출한다. 보편적으로 전방의 레그(12)보다 후방의 레그(12)에서 이격이 발생하기 쉽다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 레그(12)에 탑재되는 거리센서(20)의 접촉자(25)로 바닥면과의 거리 변동에 대응하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 레그(12)의 이격 거리가 상대적으로 짧기 때문에 거리센서(20)는 비접촉식보다 접촉식이 유리하다. 도 2(a)(b)는 거리센서(20)의 하단에서 접촉자(25)가 출입되는 상태를 예시한다. 거리센서(20)는 각각의 레그(12) 상에서 접촉자(25)의 변위에 대응하는 전기적 신호를 생성한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 검출수단은 로봇 상에 탑재되어 자세 변동에 대응한 신호를 생성하는 자이로센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 자이로센서는 로봇의 베이스 내부에 탑재할 수 있으며, 베이스의 자세가 변동되는 신호를 발생하여 전복 위험을 감지한다. 거리센서(20)의 신호에 더하여 자이로센서의 신호를 이중적으로 활용하면 로봇 전복 판단의 신뢰성을 높일 수 있다. 특히 바닥면이 구배를 지니는 경우 자이로센서는 거리센서(20)의 신호 보정에 유용하다.

한편, 로봇의 경박단소화 설계를 위해 거리센서(20)는 로봇의 후방에 위치한 2개소의 레그(12)에 설치할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어기(30)가 상기 로봇의 작업모션 과정에서 거리센서(20)의 신호에 대응하여 설정된 출력을 발생한다. 제어기(30)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로를 기반으로 한다. 전복을 판단하는 알고리즘은 메모리에 저장된다. 거리센서(20)는 입력인터페이스에 연결되고, 후술하는 티칭펜던트(40)는 출력인터페이스에 연결된다.

한편, 도시에는 생략하나 로봇의 전복 상태를 판단하는 경우 레그(12)의 자세를 유지하기 위한 기구적 구성을 구동하는 액츄에이터는 제어기(30)의 출력인터페이스에 연결한다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 제어기(30)를 지닌 장치를 기반으로 로봇의 전복을 방지하는 방법에 관하여 제안한다. 본 발명의 방법에서 검출수단과 제어기(30)는 전술한 바와 동일성 범주이다. 도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 전복 방지 알고리즘과 그 작동 상태를 이해하기 용이하다.

상기 제어기(30)는 바닥면에서 마그네트 스위치(15)의 이격된 거리 L, 로봇의 2축 회전중심에서 손목부까지 거리 R, 2축 회전중심과 평행을 기준으로 손목부의 경사각도 θ를 입력하고, R x cosθ 값이 k x L 값(여기서 k는 상수)을 초과하면 로봇의 전복 위험도가 증가하는 것으로 판단하여 설정된 출력을 발생하는 것을 특징으로 한다. 회전중심은 모션이 가장 적은 2축 또는 베이스로 설정할 수 있고, 손목부는 토치를 파지하는 엔드이펙터로 설정될 수 있다. R,θ 값은 로봇이 모션을 수행하는 동안 연산으로 산출된다.

이때, 상수값인 k의 설정이 해당 로봇에 대응하여 사전에 결정되는 중요한 인자이다. 특정의 용접로봇(10)이 선정되면 마그네트 스위치(15)의 오프 상태로 바닥면에 상치하고, 로봇의 모션을 부가하여 R,θ 값을 변동하면서 L 값을 검출하고, 로봇의 전복이 발생하는 순간의 k 값을 구할 수 있다. 물론 사전에 로봇 모션의 시뮬레이션을 통하여 구해진 k 값을 기준으로 실제 실험을 통하여 보정하는 것이 시간단축에 유리하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(30)는 좌측 또는 레그(12)의 전복 위험도의 크기에 대응하여 티칭펜던트(40) 상에 그래픽으로 표시하는 것을 특징으로 한다. 도 4에서 티칭펜던트(40)는 후방 R 및 후방 L에 대한 전복 임계값을 적색으로 나타내고 현재의 전복 위험도를 막대 그래프 형태로 표시한다. 작업자는 티칭펜던트(40)를 보면서 로봇의 고정 상태를 확인하거나 모션을 수정할 수 있다.

작동의 일예로서. 제어기(30)는 로봇 전복 판별식(k x L < R x cosθ)에서 정의한 범위를 벗어나면 티칭펜던트(40)를 통하여 시각적으로 표시하는 동시에 로봇의 작업을 바로 정지시키고 로봇의 다관절 아암을 안전한 위치로 접으며, 이어서 작업자가 확인 가능하도록 시청각 알람을 발생시킨다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 용접로봇 12: 레그
15: 마그네트 스위치 20: 거리센서
25: 접촉자 30: 제어기
40: 티칭펜던트

Claims (5)

1. 이동성을 지닌 로봇의 전복을 방지하는 장치에 있어서:
   상기 로봇을 바닥면에 지지하도록 각각의 마그네트 스위치(15)를 지닌 레그(12);
   상기 로봇 상에 레그(12)의 움직임을 검출하도록 설치되는 검출수단; 및
   상기 로봇의 작업모션 과정에서 거리센서(20)의 신호에 대응하여 설정된 출력을 발생하는 제어기(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 전복방지 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 검출수단은 레그(12)에 탑재되는 거리센서(20)의 접촉자(25)로 바닥면과의 거리 변동에 대응하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 전복방지 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 검출수단은 로봇 상에 탑재되어 자세 변동에 대응한 신호를 생성하는 자이로센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 전복방지 장치.
4. 청구항 1의 제어기(30)를 지닌 장치를 기반으로 로봇의 전복을 방지하는 방법에 있어서:
   상기 제어기(30)는 바닥면에서 마그네트 스위치(15)의 이격된 거리 L, 로봇의 2축 회전중심에서 손목부까지 거리 R, 2축 회전중심과 평행을 기준으로 손목부의 경사각도 θ를 입력하고,
   R x cosθ 값이 k x L 값(여기서 k는 상수)을 초과하면 로봇의 전복 위험도가 증가하는 것으로 판단하여 설정된 출력을 발생하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 전복방지 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어기(30)는 좌측 또는 레그(12)의 전복 위험도의 크기에 대응하여 티칭펜던트(40) 상에 그래픽으로 표시하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇 전복방지 방법.

Images