KR20180096818A - 조인트 상태의 주변 표시를 갖는 로봇 디바이스 - Google Patents

조인트 상태의 주변 표시를 갖는 로봇 디바이스 Download PDF

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KR20180096818A
KR20180096818A KR1020187023859A KR20187023859A KR20180096818A KR 20180096818 A KR20180096818 A KR 20180096818A KR 1020187023859 A KR1020187023859 A KR 1020187023859A KR 20187023859 A KR20187023859 A KR 20187023859A KR 20180096818 A KR20180096818 A KR 20180096818A
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케빈 켐퍼
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엑스 디벨롭먼트 엘엘씨
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Abstract

예들에서는, 조인트 상태의 주변 표시들을 갖는 로봇 디바이스들이 제공된다. 예시적인 로봇 디바이스는 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터, 및 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 조인트에 대한 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 포함한다. 시각적 피드백은 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양의 표시를 포함하는 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 로봇 디바이스는 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 제어하도록 프로그램 가능한 제어기를 또한 포함한다.

Description

조인트 상태의 주변 표시를 갖는 로봇 디바이스{ROBOTIC DEVICES WITH AMBIENT INDICATIONS OF JOINT STATUS}
본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 이 섹션에서 설명되는 내용은 본 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션 내의 포함에 의해 종래 기술인 것으로 인정되지 않는다.
로봇 디바이스는 기계적 에이전트, 보통은 컴퓨터 프로그램 또는 전자 회로에 의해 가이드되는 전기-기계적 머신(electro-mechanical machine)을 포함한다. 로봇들은 자율 및 반자율일 수 있으며, 그 범위가 휴머노이드 설계에서 전문적인 작업을 수행하기 위해 조인트 암들(jointed arms) 및 엔드 이펙터들(end effectors)을 갖는 대규모 산업 설계까지 이른다.
많은 인터페이스는 로봇 디바이스들의 제어를 가능하게 하고 로봇 디바이스들로부터 피드백 정보를 수신하도록 설계되어 왔다. 이러한 인터페이스들은 종종, 예를 들어 조작자를 위한 제어 센터와 같이 로봇 디바이스들로부터 멀리 떨어져 제공된다. 인터페이스들은 로봇 디바이스들의 건강과 관련된 팩터들을 포함하는, 로봇 디바이스들에 대한 많은 양의 정보를 제공할 수 있다.
로봇 디바이스들은 또한, 사용자에게 알림을 제공하기 위한 다양한 표시기를 포함할 수 있다. 표시기들의 예는, 전원이 켜져 있거나, 배터리가 충전 중이거나, 원격 네트워크와 접속이 되었거나, 또는 원격 네트워크에 연결된 신호 강도를 알리기 위한 등(light)들을 포함한다.
예에서는, 조인트 상태의 주변 표시를 갖는 로봇 디바이스들이 제공된다. 예시적인 로봇 디바이스는 로봇 매니퓰레이터(robotic manipulator)를 형성하기 위해 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터, 및 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 조인트에 대한 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 포함한다. 시각적 피드백은 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 포함한다. 로봇 디바이스는 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 제어하도록 프로그램 가능한 제어기를 또한 포함한다.
다른 예에서는, 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터, 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 조인트에 대한 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기, 및 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 액추에이터가 겪는 장력을 결정하기 위한 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하는 로봇 디바이스가 제공된다. 로봇 디바이스는 스트레인 게이지에 결합되어, 장력을 나타내는 정보를 수신하고, 겪은 장력을 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
또 다른 예에서는, 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 복수의 조인트를 통해 결합된 복수의 액추에이터, 복수의 조인트에서 복수의 조인트에 대한 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 복수의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기, 및 복수의 표시기에 결합되어, 복수의 조인트의 각각의 조인트들의 상태를 나타내는 정보를 수신하고, 각각의 조인트들의 상태를 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 복수의 조인트에 인접하게 함께 배치된 복수의 표시기를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 로봇 디바이스가 제공된다.
다른 예에서는, 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터를 포함하는 시스템으로서, 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양의 표시를 포함하는, 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 수신하기 위한 수단, 및 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 조인트에 대한, 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 제어하기 위한 수단을 포함하는 시스템이 제공된다.
또 다른 예에서는, 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터를 제공하는 단계, 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양의 표시를 포함하는, 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 수신하는 단계, 및 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 조인트에 대한, 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 제어하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
또 다른 예에서는, 방법들의 기능들을 수행하기 위해 디바이스 또는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하는 추가 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 제공된다. 방법들은, 예를 들어 로봇 디바이스를 작동시키기 위해 실행 가능할 수 있다. 방법들은 또한, 로봇 디바이스의 표시기들을 제어하여 로봇 디바이스의 부분들의 작동 특성들에 대한 시각적 피드백 정보를 제공하도록 실행 가능할 수 있다.
이들 양태뿐만 아니라 다른 양태들, 장점들, 및 대안들은 적절한 경우에 첨부 도면들을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.
도 1은 조인트들을 통해 결합된 액추에이터들을 포함하는 로봇 매니퓰레이터 형태의 예시적인 로봇 디바이스를 도시한다.
도 2a는 발광 다이오드(LED)를 포함하고 조인트에 결합되는 예시적인 페이스플레이트(faceplate)를 도시한다.
도 2b는 다수의 등을 포함하고 조인트에 결합되는 다른 예시적인 페이스플레이트를 도시한다.
도 2c는 조인트의 작동 범위를 나타내기 위해 마킹들을 갖는 슬라이더 바 형태의 표시기를 포함하고 조인트에 결합되는 다른 예시적인 페이스플레이트를 도시한다.
도 2d는 다른 슬라이더 바 형태의 표시기를 포함하고 조인트에 결합되는 또 다른 예시적인 페이스플레이트를 도시한다.
도 2e는 디지털 판독 디스플레이를 포함하고 조인트에 결합되는 또 다른 예시적인 페이스플레이트를 도시한다.
도 2f는 디스플레이를 포함하고 조인트에 결합되는 또 다른 예시적인 페이스플레이트를 도시한다.
도 3은 로봇 디바이스의 제어를 위한 예시적인 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 예시적인 컴퓨팅 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 5는 로봇 디바이스를 작동시키기 위한 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래의 상세한 설명에서는 첨부 도면들을 참조하여 개시된 시스템들 및 방법들의 다양한 특징들 및 기능들을 설명한다. 도면에서, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 유사한 심벌들은 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 본 명세서에서 설명된 예시적인 시스템 및 방법 실시예들은 제한적인 것을 의미하지 않는다. 개시된 시스템들 및 방법들의 소정 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열되고 결합될 수 있으며, 그 모두가 본 명세서에서 고려됨을 쉽게 이해할 수 있다.
예들에서, 로봇 디바이스는 조인트를 통해 결합된 다수의 액추에이터를 포함할 수 있고, 조인트들은 다중 자유도(degree of freedom)(DOF) 조인트들로서 구성될 수 있다. 로봇 디바이스는, 예를 들어 조인트에 인가되거나 조인트가 겪고 있는 하중 또는 장력과 같은 디바이스의 작동에 관한 인터페이스 데이터와 통신할 수 있다. 그러나 인터페이스는 로봇 디바이스와 함께 배치될 수 없다.
예들에서, 표시기들은 로봇 디바이스의 조인트들에 제공될 수 있어, 해당 조인트에서 로봇 디바이스의 정보를 제공한다. 예를 들어, 3색 LED가 각 조인트에 배치되어 조인트-특정 정보의 타입들을 나타낼 수 있고(예를 들어, 조인트 "노력(effort)"을 나타내기 위해 특정 컬러를 밝힐 수 있음), 조작자들은 로봇 디바이스가 작동 한계에 얼마나 가까운지를 쉽게 결정할 수 있다. LED 컬러는 전반적인 미관을 위해 컬러가 혼합되도록 커버 또는 특정 피처(specific feature)를 통해 확산되거나 파이프될 수 있다.
특정 예로서, 산업용 로봇 팔의 경우, 3색 LED가 팔의 상태를 나타내는 데 사용될 수 있다. 팔을 사용하면, 등은 과도한 하중으로 인해 최대 토크가 인가되고 있음을 나타내기 위해 적색일 수 있거나, 팔이 작동 한계 내에서 작동 중일 때에는 녹색일 수 있다. 점멸등, 광 패턴, 컬러 패턴 등과 같은 다른 타입들의 표시가 사용될 수 있으며, 이들 모두 또는 어느 하나는 조인트의 특정 상태를 나타낼 수 있다.
LED들은 조인트에서 조인트 자체에 대한 피드백을 로봇 상에 제공하기 위해 조인트들에 함께 배치된다. 따라서, 조작자는 로봇 디바이스의 관점에서 조인트에서의 표시기들에 기초하여 조인트의 상태를 추론할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 도 1은 조인트들(108, 110)을 통해 결합된 액추에이터들(102, 104 및 106)을 포함하는 로봇 매니퓰레이터 형태의 예시적인 로봇 디바이스(100)를 도시한다. 로봇 디바이스(100)는 조인트(114)를 통해 액추에이터(102)에 결합된 EOAT(end-of-arm tool)(112)를 더 포함한다.
예들에서, 액추에이터들(102, 104 및 106)은 변속기에 부착된 전기 모터를 갖는 토크 제어식 액추에이터를 포함할 수 있으며, 변속기는 모터의 회전을 출력의 회전에 연결하는 직렬 방식으로 배열된 N-단 벨트 변속기(N-stage belt transmission)를 포함할 수 있다. 변속기의 각 단은, 예를 들어 타이밍 벨트, 벨트 장력 메커니즘 및 장력 측정 시스템을 포함할 수 있다. 다른 타입들의 액추에이터도 물론 사용될 수 있으며, 임의의 수의 액추에이터들이 함께 결합되어 로봇 디바이스(100)를 형성할 수 있다.
로봇 디바이스(100)는 조인트들(110, 108 및 114)에서 조인트들(110, 108 및 114)에 대한 시각적 피드백을 로봇 디바이스(100)에 제공하기 위해 조인트들(110, 108 및 114)에 각각 인접하게 함께 배치된 표시기들(116, 118 및 120)을 더 포함한다. 표시기들(116, 118 및 120)은 조인트들(110, 108 및 114)의 외부 표면 상에 제공된다. 다른 예들에서, 표시기들(116, 118 및 120)은 조인트들(110, 108, 및 114)의 내부 표면 상에 있을 수 있고, 전반적인 미관을 위해 컬러들이 혼합되도록 커버 또는 특정 피처를 통해 확산되거나 파이프될 수 있다. 또 다른 예에서, 조인트들(110, 108 및 114)은 액추에이터들(102, 104, 106) 및 EOAT(112)를 접속시키는 각각의 인터페이스 요소들을 포함할 수 있으며, 표시기들(116, 118 및 120)은 조인트들(110, 108 및 114)에 배치되거나 그 근처에 배치되도록 인터페이스 요소들 상에 제공될 수 있다.
표시기들(116, 118 및 120)은 등, 발광 다이오드(LED), 디스플레이, 디지털 판독 또는 다른 타입의 전기 표시기와 같은 임의의 수 또는 타입의 표시기들일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 표시기들(116, 118 및 120)은, 예를 들어 표시기(116)에 도시된 바와 같은 다수의 LED 또는 표시기들(118 및 120)에 의해 도시된 바와 같은 단일 표시기들과 같은 다수의 표시기를 더 포함할 수 있다.
로봇 디바이스(100)는 조인트들(110, 108, 및 114)의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 조인트들(110, 108, 및 114)에 인접하게 함께 배치된 표시기들(116, 118 및 120)을 각각 제어하도록 프로그램 가능한 제어기(도시 안됨)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제어기는 표시기들(116, 118, 120)의 작동을 제어하기 위해 표시기들(116, 118, 120)과 전자적으로 접속되거나 통신할 수 있다.
일 예에서, 시각적 피드백은 각각의 조인트들(110, 108 및 114)이 겪고 있는 토크의 양의 표시를 포함하는, 조인트들(110, 108 및 114)의 작동 상태를 나타내는 정보를 포함한다. 시각적 피드백은, 예를 들어 조인트들(110, 108, 114)의 작동 상태, 또는 액추에이터들(102, 104, 106) 및 EOAT(112)의 작동 상태와 같은 다른 정보도 물론 포함하거나 나타낼 수 있다. 작동 상태는 정상, 중간 또는 과부하를 포함할 수 있거나, 또는 예를 들어, 조인트의 마모 및 파열(wear)과 관련된 더 자세한 정보(조인트의 나이, 시간 경과에 따른 조인트의 이동량 등을 기반으로 함), 금속 피로와 관련된 정보(예를 들어, 회전 속도로 인해 조인트의 성능 측정에서 도출됨), 또는 모든 타입의 작동 특성들과 관련된 기타 정보를 제공할 수 있다. 시각적 피드백 정보는 또한, 조인트들(110, 108, 및 114) 중 임의의 조인트가 작동 한계를 벗어나 있거나 그 안에 있는, 또는 주어진 임계량보다 많거나 적은 주어진 토크의 양을 겪고 있는지를 나타낼 수 있다.
도 1의 로봇 디바이스(100)는 로봇의 팔과 같은 로봇 매니퓰레이터의 형태이다. 그러나 로봇 디바이스(100)는 다른 형태를 취할 수 있으며, 조인트들을 통해 함께 결합된 액추에이터들의 임의의 조합은 시각적 피드백 정보를 제공하기 위해 조인트들에서 하나 이상의 표시기를 포함하는 것으로 제공될 수 있다.
도 2a-2f는 예시적인 표시기들 및 표시기 디스플레이들을 도시한다. 일 실시예에서, 도 2a는 발광 다이오드(LED)(204)를 포함하고 조인트에 결합되는 페이스플레이트(202)를 도시한다. LED(204)는 멀티 컬러일 수 있고, 조인트가 작동 한계를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내기 위해 주어진 컬러에서 점등하도록 구성될 수 있다. 일 예로서, LED(204)는 작동 한계를 벗어난 토크를 나타내기 위해 적색으로, 작동 한계 내의 토크를 나타내기 위해 녹색으로, 작동 한계 근방의 토크를 나타내기 위해 황색으로 점등될 수 있다. 추가적인 예에서, LED(204)는, LED(204)가 더 높은 토크 레벨에 대해 밝아지도록, 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양에 기초하는 강도 레벨에서 점등하도록 구성될 수 있다. 또한, 다른 예들에서, LED(204)는 조인트에 의해 인가되거나 겪고 있는 토크의 레벨에 매핑하는 점멸 패턴들, 광 패턴들 또는 컬러 패턴들을 이용하여 시각적 피드백을 제공할 수 있다.
도 2b는 다수의 등(208, 210 및 212)을 포함하고 조인트에 결합되는 다른 예시적인 페이스플레이트(206)를 도시한다. 등들(208, 210 및 212)은 LED들 또는 다른 등들일 수 있고, 페이스플레이트(206)는, 등들(208, 210 및 212) 중 어느 하나가 켜져 있음으로 인해 조인트에 의해 인가되거나 겪고 있는 토크의 양의 표시뿐만 아니라, "LOW", "MEDIUM" 및 "HIGH"의 텍스트 표시들을 포함할 수 있다. 등들(208, 210 및 212) 중 어느 하나는 또한 멀티 컬러 등일 수도 있다.
도 2c는 조인트의 작동 범위를 나타내기 위해 마킹들을 갖는 슬라이더 바(216)의 형태의 표시기를 포함하고 조인트에 결합되는 다른 예시적인 페이스플레이트(214)를 도시한다. 작동 범위는, 예를 들어 토크 또는 장력을 포함하는 임의의 수의 작동 특성들을 나타낼 수 있다. 페이스플레이트(214)는 또한 "LOW"및 "HIGH"의 텍스트 표시들을 포함하고, 슬라이더 바(216)는 디지털일 수 있고, 조인트의 작동 상태를 나타내기 위해 슬라이더 바(216)를 따라 점등될 수 있다.
도 2d는 다른 슬라이더 바(220)의 형태의 표시기를 포함하고 조인트에 결합되는 또 다른 예시적인 페이스플레이트(218)를 도시하며, 페이스플레이트(218)는 "LOW", "MEDIUM" 및 "HIGH"의 텍스트 표시들을 포함한다. 슬라이더 바(220)는 디지털일 수 있고, 조인트의 작동 상태를 나타내기 위해 슬라이드 바(220)를 따라 점등될 수 있다.
도 2e는 디지털 판독 디스플레이(224)를 포함하고 조인트에 결합되는 또 다른 예시적인 페이스플레이트(222)를 도시한다. 디지털 판독 디스플레이(224)는, 예를 들어 조인트에 의해 인가되거나 겪고 있는 토크의 양과 같은, 조인트의 작동 특성들과 관련된 임의의 수의 정보를 나타내도록 프로그래밍될 수 있다. 추가적인 또는 대안적인 데이터는, 조인트가 작동 한계를 벗어난 토크를 겪고 있는 시간의 양, 조인트의 건강 상태 표시, 조인트의 신원, 조인트의 나이, 조인트의 마일리지를 나타내는 정보(또는 조인트 사용량), 또는 또 다른 정보와 같은 작동 상태를 위해 표시될 수도 있다.
도 2f는 디스플레이(228)를 포함하고 조인트에 결합되는 또 다른 예시적인 페이스플레이트(226)를 도시한다. 디스플레이(228)는, 조인트의 작동 특성들, 로봇 디바이스의 팔의 그와 같은 디스플레이, 및 작동 한계를 벗어난 토크의 양(예를 들어, 조인트 상의 과부하)을 겪을 수 있는 임의의 조인트를 나타내는 표시와 관련된 임의의 수 또는 타입의 정보를 표시하도록 프로그램될 수 있다. 추가적인 또는 대안적인 데이터는 조인트에서 조인트의 작동 상태를 시각적으로 나타내기 위해 표시될 수도 있다. 조인트의 특성들, 조인트가 현재 작동하는 방식 또는 조인트가 작동했던 방식에 관한 모든 타입들의 정보가 제공될 수도 있다.
예들에서, 도 2a-2e에서의 예시적인 표시기들 및 표시기 디스플레이들 중 어느 하나는 조인트에서 조인트의 작동 상태를 나타내기 위해 로봇 디바이스의 조인트에 함께 배치되도록 제공될 수 있다. 추가적인 예들에서, 도 2a-2e에서의 예시적인 표시기들 및 표시기 디스플레이들 중 어느 하나는, 예를 들어 조인트 상에 또는 그 주위에, 또는 조인트에 결합되고 조인트에 인접한 액추에이터의 표면 상에서와 같은 조인트들에 인접하게 제공될 수 있다. 이러한 예들에서, 표시기들은 조인트의 정보를 제공하고 있으며, 표시기들은 정보를, 정보와 관계가 있는 로봇 디바이스의 영역에 제공하기 위해 조인트 또는 그 부근에 배치된다.
도 3은 로봇 디바이스의 제어를 위한 예시적인 시스템을 도시하는 블록도이다. 이 시스템은 조인트(308)에 결합된 나란한 액추에이터들(304, 306)을 포함하는 몸통 링크(trunk link)에 결합된 단일 액추에이터(302)를 포함하는 베이스 링크를 포함한다. 조인트(308)는 차동기(differential)(308), 스트레인 게이지(312), 및 표시기(314)를 포함한다. 스트레인 게이지(312)는, 예를 들어 조인트(308)에서 액추에이터들(304, 306)이 겪는 장력을 결정한다.
차동기(308)는 조인트(320)에 결합된 나란한 액추에이터들(316 및 318)을 포함하는 이두근 링크(bicep link)에 접속된다. 조인트(320)는 차동기(322), 스트레인 게이지(324) 및 표시기(326)를 포함한다. 스트레인 게이지(324)는, 예를 들어 조인트(320)에서 액추에이터들(316 및 318)이 겪는 장력을 결정한다.
차동기(322)는 조인트(332)에 결합된 액추에이터들(328 및 330)을 포함하는 팔뚝 링크(forearm link)에 접속된다. 조인트는 차동기(334), 스트레인 게이지(336) 및 표시기(338)를 포함한다. 스트레인 게이지(336)는, 예를 들어 조인트(332)에서 액추에이터들(328, 330)이 겪는 장력을 결정한다.
따라서, 차동기(334)는 EOAT(end-of-arm tooling)(340)로 출력한다. 따라서, 베이스 링크, 몸통 링크, 이두근 링크 및 팔뚝 링크는 7 자유도(DOF) 로봇 팔을 형성하기 위해 결합되는 모듈러 링크들일 수 있다.
시스템은 또한 결정론적 레이트(deterministic rate)에서 제어를 처리하고 액추에이터들에 원하는 토크들을 명령하기 위해 베이스 링크, 몸통 링크, 이두근 링크 및 팔뚝 링크에 결합된 제어기(342)를 포함할 수 있다. 제어기(342)는 피드백 제어 루프에서의 출력 토크들에 기초하여 링크들의 액추에이터들에 대한 모터 전류들을 결정하기 위해 토크 제어기들(344) 및 임피던스 제어기들(346)을 포함할 수 있다. 로봇 팔에 적합한 다른 하이브리드 힘-위치 제어기들 및 위치 제어기들도 사용될 수 있다. 동적 모델(348)은 측정된 링크 관성들, 가속도들 및 속도들에 기초하여, 알려진 작업 동안 예상되는 순시 토크들(instantaneous torques)을 계산하는 데 사용될 수도 있다. 접촉 검출기(350)는 센서들(예를 들어, 스트레인 게이지들(312, 324 및 336))에 의해 제공되는 측정된 토크들에 대한 이러한 기대치들을 비교할 수 있고, 특정 임계치보다 큰 차이는 사람, 물건 또는 환경과의 예기치 않은 접촉으로서 플래그(flag) 될 수 있다. 안전 리플렉스(safety reflex)(352)는 접촉에 적절히 반응하도록 제어 정책에 적응할 수 있다. 반응들은, 예를 들어 토크들의 반전, 모터 브레이크들의 잠금, 낮은 임피던스 중력 보상 모드로의 변경, 또는 팔 궤도의 수정을 포함할 수 있다.
제어기(342)는 조인트들(308, 320 및 332)의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 조인트들(308, 320, 332)에 인접하게 함께 배치된 표시기들(314, 326 및 338)을 제어하도록 추가로 프로그램 가능할 수 있다. 일 예로서, 제어기(342)는 각각의 조인트들의 상태를 나타내는 정보를 수신할 수 있고, 표시기들(314, 326 및 338)에 결합될 수 있어 각각의 조인트들의 상태를 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 조인트들(308, 320, 332)에 인접하게 함께 배치된 표시기들(314, 326 및 338)을 제어한다. 일 예에서, 제어기(342)는 또한 각각의 액추에이터들에 의해 인가되거나 겪고 있는 장력을 나타내는 정보(또는 각각의 액추에이터들에 의해 인가되거나 겪고 있는 장력이 도출될 수 있는 정보)를 수신하기 위해 스트레인 게이지들(312, 324 및 336)에 결합될 수 있고, 겪은 장력을 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 표시기들(314, 326 및 338)을 제어할 수 있다.
특정 예로서, 제어기(342)는 조인트(308)가 작동 한계를 벗어난 토크를 겪고 있을 때 표시기(314)가 적색을 조명하게 할 수 있고, 이러한 시나리오에서 조인트들(320 및 332)은 작동 한계에 있거나 또는 이를 벗어날 수도 있어, 표시기들(326 및 338)이 (예를 들어, 작동 한계나 그 근처에서는) 황색으로 조명되거나, 또는 (예를 들어, 작동 한계를 벗어나서는) 적색으로 조명될 수 있게 한다. 따라서, 조인트들(308, 320 및 332) 중 임의의 조인트가 활성화 중인 각각의 조인트에서 각각의 표시기에 기초하여 작동 한계를 벗어나 있거나, 그 안에 있거나 또는 그 근처에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내는 각각의 정보를 포함하는 시각적 피드백이 제공될 수 있다. 표시기들(314, 326, 338)은 각각의 조인트들이 각각의 조인트들의 작동 한계를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내기 위해 주어진 컬러로 점등하기 위한 LED들을 포함할 수 있다. 로봇 디바이스가 작동되지 않을 때(또는 오프일 때) 표시기들(314, 326, 338)은 조명되지 않을 수 있고, 또는 조인트들(308, 320, 332)의 작동 상태가 허용 가능하거나 작동 한계 안에 있을 때도 표시기들(314, 326 및 338)은 조명되지 않을 수 있다. 제어기(342)는 조인트들(308, 320, 332)이, 예를 들어 임계 한계를 초과하는 변형을 겪고 있는 시간에 표시기들을 조명하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 3이 비록 하나의 제어기(342)를 도시하고 있지만, 각각의 장력들을 나타내는 정보를 수신하고, 겪은 각각의 장력들을 나타내는 시각적 피드백을 제공하기 위해 조인트들에 인접하게 함께 배치된 표시기들(314, 326 및 338)을 제어하기 위한 다수의 제어기는 스트레인 게이지들(312, 324 및 336)에 결합된 각각의 조인트를 위해 제공될 수 있다.
제어기(342)는 예시적인 컴퓨팅 디바이스(400)의 개략도를 도시하는 도 4에 도시된 것과 같은 컴퓨팅 디바이스의 형태를 취할 수 있다. 일부 예에서, 도 4에 도시된 일부 컴포넌트는 다수의 컴퓨팅 디바이스를 통해 분포될 수 있다. 그러나 예로서, 컴포넌트들은 하나의 예시적인 디바이스(400)의 일부로서 도시되고 기술된다. 디바이스(400)는 모바일 디바이스, 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 본 명세서에 기술된 기능을 수행하도록 구성될 수 있는 유사한 디바이스일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
디바이스(400)는 인터페이스(402), 센서(들)(404), 데이터 스토리지(406) 및 프로세서(408)를 포함할 수 있다. 도 4에 예시된 컴포넌트들은 통신 링크(410)에 의해 함께 링크될 수 있다. 통신 링크(410)는 유선 접속으로서 예시되지만; 무선 접속들도 사용될 수 있다. 디바이스(400)는 디바이스(400) 내에서, 그리고 디바이스(400)와, 서버 엔티티와 같은 다른 컴퓨팅 디바이스들(도시되지 않음) 사이에서 통신을 가능하게 하는 하드웨어를 또한 포함할 수 있다. 하드웨어는, 예를 들어 송신기들, 수신기들 및 안테나들을 포함할 수 있다.
인터페이스(402)는 디바이스(400)가 서버와 같은 다른 컴퓨팅 디바이스(도시되지 않음)와 통신할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 인터페이스(402)는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스로부터 입력 데이터를 수신하도록 구성될 수 있고, 출력 데이터를 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스에 송신하도록 구성될 수도 있다. 인터페이스(402)는, 예를 들어 액추에이터, 로봇 팔의 모듈러 링크 또는 팔의 조인트의 표시기들로부터 입력을 수신하고 이들에 출력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 인터페이스(402)는 데이터를 수신 및 송신하는 수신기 및 송신기를 포함 할 수 있거나, 데이터를 송신 및 수신하기 위해 컴포넌트들에 하드 와이어될 수 있다. 다른 예에서, 인터페이스(402)는 입력들도 수신하기 위해 키보드, 마이크로폰, 터치 스크린 등과 같은 사용자 인터페이스를 또한 포함할 수 있다.
센서(404)는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있거나, 또는 디바이스(400) 내에 포함된 하나 이상의 센서를 나타낼 수 있다. 예시적인 센서들은 가속도계, 자이로스코프, 보수계(pedometer), 광센서들, 마이크로폰, 카메라, 접촉 롤러들, 로드 셀들, 스트레인 게이지들, 또는 액추에이터들 또는 조인트들의 데이터를 수집하고 데이터를 데이터 스토리지(406) 또는 프로세서(408)에 제공할 수 있는 다른 콘텍스트-인식 센서들을 포함한다.
프로세서(408)는 인터페이스(402), 센서(404) 및 데이터 스토리지(406)로부터 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 데이터 스토리지(406)는, 예를 들어 조인트들 상에서 액추에이터들 또는 표시기들의 작동을 위한 명령어들을 결정하도록 실행 가능한 기능들을 수행하기 위해 프로세서(408)에 의해 액세스되고 실행될 수 있는 프로그램 로직(412)을 저장할 수 있다. 예시적인 기능들은 액추에이터가 격은 장력 또는 시스템의 출력 토크의 결과와, 조인트들에서 조인트들의 작동 특성들에 대한 시각적 피드백 정보를 점등하거나 제공하기 위한 표시기들의 제어를 포함한다. 본 명세서에 설명된 임의의 기능들 또는 로봇 디바이스에 대한 다른 예시적 기능들은 데이터 스토리지(406) 상에 저장되거나 달리 수신되는 명령어들의 실행을 통해 디바이스(400) 또는 디바이스의 하나 이상의 프로세서(408)에 의해 수행될 수 있다.
디바이스(400)는 추가적인 프로세서(414)를 포함하는 것으로 도시된다. 프로세서(414)는 디바이스(400)의 디스플레이들 또는 출력들을 포함하는 디바이스(400)의 다른 양태들을 제어하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 프로세서(414)는 GPU일 수 있음). 본 명세서에서 설명된 예시적인 방법들은 디바이스(400)의 컴포넌트들에 의해 개별적으로 또는 디바이스(400)의 컴포넌트들 중 하나 또는 모두에 의해 조합되어 수행될 수 있다. 일례로, 디바이스(400)의 부분들은, 예를 들어 데이터를 처리하고 디바이스(400) 내의 출력을 프로세서(414)에 내부적으로 제공할 수 있다. 다른 예에서, 디바이스(400)의 부분들은 데이터를 처리하고 출력들을 다른 컴퓨팅 디바이스들에 외부적으로 제공할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 설명된 예들에서, 로봇 디바이스는 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 조인트들을 통해 결합된 다수의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 표시기들은 조인트들에서 하나 이상의 조인트에 대한 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 조인트들에 인접하게 함께 배치된다. 설명된 바와 같이, 액추에이터들은 조인트들을 통해 결합될 수 있어 다중 자유도(DOF) 로봇 매니퓰레이터를 형성하고, 표시기들은 각각 조인트들에서 조인트들에 대한 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하도록 독립적으로 조작될 수 있다.
본 명세서의 일부 예들 내에서, 기능들을 수행하기 위한 방법들로서 동작들이 기술될 수 있고, 방법들은 기능들을 수행하도록 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품(예컨대, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체) 상에 구현될 수 있다.
도 5는 로봇 디바이스를 작동시키기 위한 예시적인 방법(500)을 나타내는 흐름도이다. 방법(500)은, 예를 들어 비일시적인 매체 상에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어들로서 구현될 수 있다. 블록(502)에서, 방법(500)은 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터를 제공하는 단계를 포함한다. 블록(504)에서, 방법(500)은 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양의 표시를 포함하는 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 블록(506)에서, 방법(500)은 하나 이상의 조인트에서 하나 이상의 조인트에 대한, 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 시각적 피드백을 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 하나 이상의 조인트에 인접하게 함께 배치된 표시기를 제어하는 단계를 포함한다.
도 1에 설명된 로봇 디바이스(100) 또는 도 3에 설명된 시스템은 많은 구현에 사용될 수 있다. 예시적 구현들은 모듈러 로봇 링크 또는 액추에이터 시스템에 포함된다.
본 명세서에서 설명되는 배열들은 예시의 목적일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 이와 같이, 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 다른 배열들 및 다른 요소들(예컨대, 머신들, 인터페이스들, 기능들, 순서들, 및 기능들의 그룹들 등)이 대신 사용될 수 있고, 원하는 결과들에 따라 일부 요소들이 완전히 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 설명되는 요소들 중 다수는 개별 또는 분산 컴포넌트들로서 또는 다른 컴포넌트들과 연계하여 임의의 적절한 조합 및 위치에 구현될 수 있는 기능 엔티티들이거나, 독립 구조들로서 설명되는 다른 구조 요소들이 결합될 수 있다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에 개시되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자에게는 다른 양태들 및 실시예들이 명백할 것이다. 본 명세서에 개시되는 다양한 양태들 및 실시예들은 예시를 위한 것이고, 한정을 의도하지 않으며, 진정한 범위는 아래의 청구항들이 권리를 갖는 균등물들의 전체 범위와 함께 그러한 청구항들에 의해 지시된다. 또한, 본 명세서에 사용된 용어는 특정한 실시예만을 설명하기 위한 것이며, 한정하기 위한 의도가 아님에 유의한다.

Claims (17)

  1. 로봇 디바이스로서,
    하나 이상의 조인트에 의해 접속된 복수의 링크를 포함하는 로봇 매니퓰레이터(robotic manipulator) - 상기 복수의 링크는 상기 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터를 포함함 -;
    상기 하나 이상의 조인트 상의 위치에서 상기 로봇 매니퓰레이터 상에 시각적 피드백을 제공하기 위해 상기 하나 이상의 조인트의 표면에 배치된 표시기 - 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트에 대한 것이고, 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 포함하고, 상기 작동 상태는 상기 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양 및 상기 하나 이상의 조인트의 마모 및 파열(wear) 및 금속 피로와 관련된 정보를 포함함 -;
    상기 하나 이상의 조인트에서 상기 하나 이상의 액추에이터에 의해 겪는 장력을 결정하기 위해 상기 하나 이상의 조인트에 위치한 센서; 및
    상기 장력을 나타내는 정보를 수신하고, 상기 겪는 장력에 기초하여 상기 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양 및 상기 하나 이상의 조인트의 마모 및 파열 및 금속 피로와 관련된 정보를 나타내는 상기 시각적 피드백을 제공하기 위해 상기 하나 이상의 조인트의 상기 표면에 배치된 상기 표시기를 제어하도록 프로그램 가능한 제어기
    를 포함하는 로봇 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트가 작동 한계(operating limits)를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내는 정보를 포함하는 로봇 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 표시기는 멀티 컬러 발광 다이오드(LED)를 포함하는 로봇 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 LED에 의해 제공되는 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 상기 주어진 양의 토크에 기초하는 강도 레벨을 갖는 로봇 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 표시기는 상기 하나 이상의 조인트가 작동 한계를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내기 위해 주어진 컬러로 점등(lighting)하기 위한 멀티 컬러 발광 다이오드(LED)를 포함하는 로봇 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 표시기는 점멸등들(blinking lights), 등 패턴들(light patterns) 또는 컬러 패턴들 중 하나 이상을 이용하여 상기 시각적 피드백을 제공하는 로봇 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 표시기는 상기 하나 이상의 조인트의 외부 표면 상에 제공되는 로봇 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터는 다중 자유도(degree-of-freedom)(DOF) 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 복수의 조인트를 통해 결합된 복수의 액추에이터를 포함하고,
    상기 로봇 디바이스는,
    상기 복수의 조인트에서 상기 복수의 조인트에 대한 시각적 피드백을 상기 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 상기 복수의 조인트의 각각의 표면에 배치된 복수의 표시기를 더 포함하는 로봇 디바이스.
  9. 로봇 디바이스로서,
    하나 이상의 조인트에 의해 접속된 복수의 링크를 포함하는 로봇 매니퓰레이터 - 상기 복수의 링크는 상기 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 하나 이상의 액추에이터를 포함함 -;
    상기 하나 이상의 조인트 상의 위치에서 상기 로봇 매니퓰레이터 상에 시각적 피드백을 제공하기 위해 상기 하나 이상의 조인트의 표면에 배치된 표시기 - 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트에 대한 것이고, 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트의 작동 상태를 나타내는 정보를 포함하고, 상기 작동 상태는 상기 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양 및 상기 하나 이상의 조인트의 마모 및 파열 및 금속 피로와 관련된 정보를 포함함 -;
    상기 하나 이상의 조인트에서 상기 하나 이상의 액추에이터가 겪는 장력을 결정하기 위한 스트레인 게이지; 및
    상기 스트레인 게이지에 결합되어, 상기 장력을 나타내는 정보를 수신하고, 상기 겪는 장력에 기초하여 상기 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 토크의 양 및 상기 하나 이상의 조인트의 마모 및 파열 및 금속 피로와 관련된 정보를 나타내는 상기 시각적 피드백을 제공하기 위해 상기 하나 이상의 조인트의 상기 표면에 배치된 상기 표시기를 제어하기 위한 제어기
    를 포함하는 로봇 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트가 작동 한계를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내는 정보를 포함하는 로봇 디바이스.
  11. 제9항에 있어서, 상기 표시기는 멀티 컬러 발광 다이오드(LED)를 포함하고, 상기 LED에 의해 제공되는 상기 시각적 피드백은 상기 하나 이상의 조인트가 겪고 있는 상기 토크의 양에 기초하는 강도 레벨을 갖는 로봇 디바이스.
  12. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 액추에이터는 다중 자유도(DOF) 로봇 매니퓰레이터를 형성하기 위해 복수의 조인트를 통해 결합된 복수의 액추에이터를 포함하고,
    상기 로봇 디바이스는,
    상기 복수의 조인트에서 상기 복수의 조인트에 대한 시각적 피드백을 상기 로봇 매니퓰레이터 상에 제공하기 위해 상기 복수의 조인트의 각각의 표면에 배치된 복수의 표시기를 더 포함하는 로봇 디바이스.
  13. 로봇 디바이스로서,
    복수의 조인트에 의해 접속된 복수의 링크를 포함하는 로봇 매니퓰레이터 - 상기 복수의 링크는 상기 복수의 조인트를 통해 결합된 복수의 액추에이터를 포함함 -;
    상기 복수의 조인트 상의 각각의 위치에서 상기 로봇 매니퓰레이터 상에 시각적 피드백을 제공하기 위해 상기 복수의 조인트의 각각의 표면에 배치된 복수의 표시기 - 상기 시각적 피드백은 상기 복수의 조인트에 대한 것이고, 상기 시각적 피드백은 상기 복수의 조인트의 작동 상태들을 나타내는 정보를 포함하고, 상기 작동 상태들은 상기 복수의 조인트가 겪고 있는 각각의 토크의 양 및 상기 복수의 조인트의 마모 및 파열 및 금속 피로와 관련된 정보를 포함함 -;
    상기 복수의 조인트에서 상기 복수의 액추에이터에 의해 겪는 각각의 장력을 결정하기 위해 상기 복수의 조인트에 위치한 복수의 센서; 및
    상기 복수의 표시기에 결합되어, 상기 각각의 장력을 나타내는 정보를 수신하고, 상기 겪는 각각의 장력에 기초하여 상기 복수의 조인트가 겪고 있는 각각의 토크의 양 및 상기 복수의 조인트의 마모 및 파열 및 금속 피로와 관련된 정보를 나타내는 상기 시각적 피드백을 제공하기 위해 상기 복수의 조인트의 상기 각각의 표면에 배치된 상기 복수의 표시기를 제어하기 위한 제어기
    를 포함하는 로봇 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 시각적 피드백은 상기 복수의 조인트 중 임의의 조인트가 활성화 중인 각각의 조인트에서의 각각의 표시기에 기초하여 작동 한계를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내는 각각의 정보를 포함하는 로봇 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 상기 복수의 표시기는 상기 복수의 조인트의 각각의 조인트들이 상기 각각의 조인트들의 작동 한계를 벗어나 있거나 또는 그 안에 있는 주어진 양의 토크를 겪고 있는지를 나타내기 위해 주어진 컬러로 점등하기 위한 각각의 멀티 컬러 발광 다이오드들(LEDs)을 포함하는 로봇 디바이스.
  16. 제13항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터는 상기 복수의 조인트에서 서로 결합되고, 상기 복수의 표시기는 상기 복수의 액추에이터의 외부 표면들 상에 제공되는 로봇 디바이스.
  17. 제13항에 있어서, 상기 복수의 조인트는 상기 복수의 액추에이터를 접속하는 각각의 인터페이스 요소들을 포함하고, 상기 복수의 표시기는 상기 각각의 인터페이스 요소들 상에 제공되는 로봇 디바이스.
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