KR20180097532A - 위치 및/또는 자세를 불연속으로 수동 입력하기 위한 제어 시스템이 구비된 로봇 - Google Patents

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KR20180097532A
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Abstract

본 발명은 로봇, 로봇 제어 시스템 및 로봇 제어 방법에 관한 것이다. 로봇은 엑추에이터(101)에 의해 구동될 수 있는 이동 가능한 다중-부재 로봇 구조물(102)을 포함하여 구성되며, 구조 부재(S) 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 이동 가능한 로봇 구조물 상에 구비된다. 입력 모드에서, 로봇은 로봇의 작업 공간 내에서 지점(PS)의 위치(POSPS) 및/또는 구조 부재(S)의 자세를 학습하도록 설계되며, 구조 부재(S)를 이동시키기 위해 사용자가 입력 힘
Figure pct00146
EING 을 이동 가능한 로봇 구조물에 가하여 지점(PS)에 힘
Figure pct00147
EING,PS 및/또는 구조 부재(S)에 토크
Figure pct00148
EING,S로서 전달되도록 로봇이 설계된다. 입력 모드에서, 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정된 가상의 3차원 격자를 기반으로 엑추에이터(101)가 제어되어, 3차원 격자에서의 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 따라 사전 선정된 힘
Figure pct00149
GRID(POSPS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 격자의 인접 격자점 또는 3차원 격자의 인접 격자점 주변으로 정의되는 격자점 체적 내로 이동되며, 구조 부재(S)의 지점(PS)은 상기 인접 격자점 상에 위치하거나 또는 조건 |
Figure pct00150
EING,PS| < |
Figure pct00151
GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 격자점 체적 내에 위치하도록 로봇의 제어 장치(103)가 설계되고, 그리고/또는, 입력 모드에서, 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)을 기반으로 엑추에이터(101)가 제어되고, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk), (여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들(αi, βj, γk)로 정의될 수 있어서, 구조 부재의 현재 방위
Figure pct00152
RS 에 따라 사전 선정된 토크
Figure pct00153
O(
Figure pct00154
RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 조건 |
Figure pct00155
EING,S| < |
Figure pct00156
O(
Figure pct00157
RS)| 을 만족하는 경우에 상기 3차원 방위 공간의 인접한 불연속 방위에 위치하되도록, 로봇의 제어 장치(103)가 설계된다.

Description

위치 및/또는 자세를 불연속으로 수동 입력하기 위한 제어 시스템이 구비된 로봇
본 발명은 엑추에이터에 의해 구동될 수 있는, 특히 로봇 팔과 같은, 이동 가능한 다중- 부재 로봇 구조물을 구비한 로봇에 관한 것이다.
사용자가 로봇 구조물을 로봇의 작업 공간 내에서 이동시킴에 따라, 이동 가능한 로봇 구조물의 위치, 자세 및/또는 이동 순서를 입력 모드에서 로봇이 학습하도록 로봇이 설계되고 구현된다. 이러한 학습 프로세스는 소위 "교시(teach-in)" 프로세스라고 알려져 있다.
특히 인간과 상호 작용하는 현대적인 로봇에 있어서, 이동 가능한 다중- 부재 로봇 구조물의 위치, 자세 및/또는 이동 순서가 "교시" 프로세스를 통해 로봇에 제공되는 경우가 많이 있다. "교시" 프로세스 동안, 피동 로봇 구조물의 엑추에이터는 일반적으로 로봇 구조물이 중력 보상이 되도록 제어되며, 그외에 로봇 구조물은 기본적으로 연관된 작업 공간에서 인간에 의해 자유롭게 이동할 수 있도록 제어된다. 이것은 일반적으로 토크 제어, 힘 제어 또는 로봇의 본질적인 재구동(driving back) 기능에 의해 일어난다.
소위 "교시" 프로세스에 있어서의 결점은 이동 가능한 로봇 구조물이 위치, 자세 및 이동 순서를 학습할 때 제한된 속도와 제한된 정밀도를 갖는다는 것이다.
본 발명은 개선된 "교시" 프로세스가 가능한 로봇을 제공하려는 목적을 가진다.
본 발명은 독립항들의 특징으로부터 명백히 개시된다. 본 발명의 유리한 개선 및 실시예들은 종속항의 대상이다. 본 발명에서 다른 특성, 가능한 적용, 및 유리한 점들은 도면에 도시된 발명의 예시적인 실시예 뿐만 아니라, 하기의 상세한 설명으로부터 명확히 추론될 수 있다.
발명의 제1 양태는 엑추에이터에 의해 구동될 수 있는 이동 가능한 다중- 부재 로봇 구조물을 구비한 로봇에 관한 것으로, 이동 가능한 로봇 구조물 상에는 구조 부재(S) 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 구비된다.
로봇은 로봇의 작업 공간 내의 지점(PS)의 위치(POSPS) 및/또는 구조 부재(S)의 자세를 입력 모드에서 학습하도록 설계 구현되며, 구조 부재(S)를 이동시키기 위해 사용자가 입력 힘
Figure pct00001
EING 을 가하여 지점(PS)에 힘
Figure pct00002
EING,PS 로 전달되거나 및/또는 구조 부재(S)에 토크
Figure pct00003
EING,S 로 전달된다.
현재, "자세(pose)"라는 용어는 DIN EN ISO 8373 규격을 따른다. 따라서 구조 부재(S)의 자세는 3차원 공간에서 구조 부재(S)의 위치 및 방위(orientation)의 조합이다.
로봇은 또한 다음과 같은 방식으로 동작하도록 설계 구현된 제어 장치를 포함한다. 입력 모드에서, 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정된 가상의 3차원 격자를 기반으로 엑추에이터가 제어되어, 3차원 격자 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 따라 사전 선정된 힘
Figure pct00004
GRID(POSPS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 격자의 인접 격자점 또는 3차원 격자의 인접 격자점 주변으로 정의되는 격자점의 체적 내로 이동되며, 구조 부재(S)의 지점(PS)은 상기 인접 격자점 상에 위치하거나 또는 조건 |
Figure pct00005
EING,PS| < |
Figure pct00006
GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 격자점 공간 내에 위치한다. 가상의 3차원 격자는 예를 들면 공간에 고정되거나 또는 시변(time variable)일 수 있다. 가상의 3차원 격자의 선명도(definition)는 스위칭 조건 또는 사용자에 의한 입력에 따라 자율적으로 변할 수 있다.
3차원 격자에 연관된 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)는 예를 들면 이동 가능한 로봇 구조물의 현재 자세 탐지용 센서 시스템에 의해 결정될 수 있거나 또는 엑추에이터 제어용 제어 파라미터를 평가하여 결정될 수 있다. 이를 위한 장치 및 방법들은 종래기술에 알려져 있다. 3차원 격자에 연관된 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)는 이동 가능한 로봇 구조물의 현재 자세를 결정하는 센서 시스템과 로봇 구조물에 대한 CAD 데이터 세트 및/또는 로봇 구조물의 표면 모델(surface model)에 의해 결정된다.
사용자가 구조 부재(S)를 수동으로 움직임에 따라, 3차원 격자에서 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)는 3차원 격자의 격자점들 사이에 있는 위치일 수 있어서, 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)가 3차원 격자의 격자점에 대응하지 않거나 또는 3차원 격자의 격자점의 체적 내에 놓일 때마다, 3차원 격자용으로 사전 선정된 힘
Figure pct00007
GRID(POSPS)이 작업 공간에서 지점(PS) 위치(POSPS,Eing)의 거의 "래스터" 병진 입력("raster" translational input)으로 되어, 인접한 격자점 또는 격자점의 인접한 체적으로 지점(PS)이 이동되도록 로봇 구조물의 엑추에이터가 제어된다.
대안으로, 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)가 대칭적인 포텐셜의 중앙에 설정되면, 힘
Figure pct00008
GRID(POSPS)은 서로 보상하고, 지점(PS)은 이 위치에 머물것이다. 사용자의 수동 입력에 의하여, 지점(PS)은 인접한 격자점의 방향으로 천이될 수 있다.
유리하게는 "교시" 프로세스에서 지점(PS)의 위치(POSPS)가 3차원 격자의 격자점에 대응되는 경우 또는 지점(PS)의 위치(POSPS)가 이전에 정의된 격자 체적 내에 있는 경우에만 지점(PS)의 위치 (POSPS,EING)가 저장이 된다. 지점(PS)은 3차원 격자의 격자점 또는 3차원 격자의 격자 체적 내로 거의 고정된다. 따라서 지점(PS)의 위치 (POSPS,EING) 입력 또는 저장은 유리하게는 사전 선정된 3차원 격자에 대응하는 공간 해상도로 가능하다.
지점(PS)이 격자점에 놓이거나 또는 3차원 격자의 격자 체적 내에 있을 때라도, 로봇에 연결될 수 있거나 또는 연결된 입력 수단이 사용자에 의해 작동될 때에만, "교시" 프로세스에서 유리하게 지점(PS)의 위치(POSPS)가 저장되거나 또는 입력된다. 이러한 입력 수단은 예를 들면, 열쇠(key)일 수 있다.
만일 로봇 구조물을 움직일 때에 사용자에 의해 지점(PS)에 전달되는 힘의 값 |
Figure pct00009
EING,PS|이 사전 선정된 힘의 값 |
Figure pct00010
GRID(POSPS)| 보다 크면, 구조 부재(S) 또는 로봇 구조물은 병진(translational) 방식으로 이동될 수 있다. 만일 로봇 구조물을 이동할 때에 사용자에 의해 지점(PS)에 전달되는 힘의 값 |
Figure pct00011
EING,PS|이 사전 선정된 힘의 값 |
Figure pct00012
GRID(POSPS)| 보다 작으면, 구조 부재(S) 또는 로봇 구조물은 이동될 수 없거나, 사전 선정된 영역 내에서만 이동되며, 지점(PS)은 인접한 격자점에 또는 3차원 격자의 대응하는 격자 체적 내에 위치한다.
본 발명에 있어서 "3차원 격자"라는 용어는 어떠한 3차원 격자라도 포함될 수 있다. 3차원 격자는 특히 구조화되거나, 비구조화되거나, 규칙적이거나, 비규칙적이거나, 직각이거나, 비직각일 수 있다. 특히, 3차원 격자의 격자점 밀도는 공간적으로 변할 수 있다. 3차원 격자의 격자점들은 시간에 따라 변할 수 있어, 즉 3차원 격자는 시변(time variable)이다.
대안으로 혹은 부가적으로, 제어 장치는 다음과 같이 방식으로 동작하도록 설계 적용된다. 입력 모드에서, 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)에 따라 엑추에이터가 제어되고, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk), (여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들(αi, βj, γk)로 정의될 수 있어서, 구조 부재의 현재 방위
Figure pct00013
RS 에 따라 사전 선정된 토크
Figure pct00014
O(
Figure pct00015
RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 조건 |
Figure pct00016
EING,S| < |
Figure pct00017
O(
Figure pct00018
RS)| 이 만족되는 경우에 3차원 방위 공간의 상기 인접 불연속 방위 내에 위치한다.
사전 선정된 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)은 그것이 불연속 방위를 설정한다는 점을 특징으로 하는데, 불연속 방위는 예를 들면 사전 선정된 불연속 각도(αi, βj, γk) 또는 각도의 조합들에 의해 정의되거나 또는 정의될 수 있다. 전형적으로 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00019
RS =α, β, γ 는 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 사전 선정된 불연속 방위들 사이의 방위이다.
토크
Figure pct00020
o(
Figure pct00021
RS)는 구조 부재(S)의 직선 운동을 생성하지는 않지만, 구조 부재(S)의 새로운 방위를 생성한다. 다시 말하면, 토크
Figure pct00022
o(
Figure pct00023
RS)는 구조 부재(S)의 임의의 방위
Figure pct00024
RS =α, β, γ 로부터 방위 공간(O)의 인접한 불연속 방위
Figure pct00025
N(
Figure pct00026
RS) = (αi, βj, γk)로 새로운 방위를 형성한다. 본 발명에서 "인접"을 정의하는, 기본으로 사용되는 미터단위(metric)는 자유로이 선택될 수 있고 그리고 예를 들면 방위 표현에 따라 변할 수 있다.
불연속 3차원 방위 공간(O)에 대한 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00027
RS 는 예를 들면 구조 부재(S)의 현재 방위를 탐지하는 센서 시스템에 의해 결정되거나 또는 로봇 부재의 엑추에이터를 제어하는 제어용 파라미터를 평가하여 결정될 수 있다. 대응하는 장치 및 방법은 선행기술에 알려져 있다.
사용자가 구조 부재(S)를 수동으로 움직임에 따라, 불연속 3차원 방위 공간(O)에 대한 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00028
RS 는 3차원 방위 공간(O)의 불연속 방위들 사이에 놓이는 방위일 수 있어서, 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00029
RS 가 3차원 방위 공간의 불연속 방위에 대응하지 않을 때마다, 토크
Figure pct00030
o(
Figure pct00031
RS)는 유리하게 작업 공간에서 거의 "라스터" 방위 입력("raster" orientation input)을 발생하여, 구조 부재(S)가 이동되거나 또는 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위
Figure pct00032
N(
Figure pct00033
RS)로 방향을 잡도록 로봇 구조물의 엑추에이터가 제어된다.
유리한 실시예에 있어서, 이동 가능한 로봇 구조물의 다수의 구조 부재 Si 및/또는 대응되게 연관된 지점 PS,i이 정의되며, 이들은 상술된 상황에 따르는 제어 장치에 의해 제어된다. 이러한 점이 특히 자세 및 이동 가능한 로봇 구조물 전체의 이동 순서를 불연속으로 입력하는 것을 가능하게 한다.
대체로, 본 발명의 로봇은, "교시" 프로세스 상황에서, 구조 부재의 위치, 직선이동 및/또는 회전을 불연속화하고 정확하게 입력할 수 있고, 또는 연관된 참조 프레임에서 구조 부재의 자세 및/또는 이동을 불연속화하고 정확하게 입력할 수 있다. 특히, 촉각(haptic) 되먹임이 "입력하는" 사람(사용자)에게 제공되는데, 이는 구조 부재(S) 또는 지점(PS) 및 인접한 3차원 격자점 또는 3차원 방위 공간의 인접한 불연속 방위
Figure pct00034
N(
Figure pct00035
RS) 사이에서, 필요에 따라 조절될 수 있는 선형 또는 비선형 감쇠 효과(damping effect)가 구비된 선형 또는 비선형 탄성 효과(spring effect)를 유리하게 모방(emulate)한다. 로봇 부재 또는 구조 부재(S)에 작용하는 외력 또는 토크가 없으면, 지점(PS) 또는 구조 부재(S)는 인접한 3차원 격자점 또는 인접한 3차원 격자점 체적 또는 3차원 방위 공간(O)의 인접한 불연속 방위
Figure pct00036
N(
Figure pct00037
RS)로 신속하게 이동(snap) 한다.
유리하게는, 이동 및/또는 회전/방위의 불연속 입력을 위한 증분치(스텝 폭)는 가변적으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 3차원 격자에서 격자 간격 또는 3차원 방위 공간(O)의 불연속 각도 αi, βj, γk는 유리하게 가변적으로 설정될 수 있다.
이러한 로봇은 특히 이동 가능한 로봇 구조물의 위치, 자세 또는 이동 순서를 신속하고 정밀하고 반복적으로 입력할 수 있도록 한다.
로봇 구조물은 유리하게는 로봇 팔이며, 특히 다중- 부재 로봇 팔이다. 구조 부재(S)는 본질적으로 로봇 팔의 일부분일 수 있다. 유리하게, 구조 부재(S)는 로봇 팔의 엔드이펙터(end effector)이다. 로봇 구조물은, 로봇 손과 같은, 분기하여 움직일 수 있는 부재를 포함할 수 있다. 로봇 구조물은 엑추에이터에 의해 작동되지 않는 구조 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 구조 부재(S)는 로봇 팔의 엔드이펙터이고 지점 (PS)은 엔드이펙터의 소위 "공구 중심점"(TCP)이다. 따라서 본 실시예에서, "공구 중심점"(TCP)의 위치 및 이동에 대한 불연속적이며 정확한 입력이 가능하다.
사전 선정된 힘
Figure pct00038
GRID(POSPS)은 3차원 격자 내에서 주기적으로 변한다. 힘
Figure pct00039
GRID(POSPS)은 구조 부재(S)의 위치(PS)와 사실상 연관되며 3차원 격자에서 지점 (PS)의 현재 위치(POSPS)에 종속된다. 명확하게, 3차원 격자 내의 사전 선정된 힘
Figure pct00040
GRID(POSPS)은 또한 요구사항 및 응용분야에 따라서, 비주기적인 방식으로 또는 (주기적 및 비주기적 방식이) 혼합된 형태로 로봇의 작업 공간에서 설정될 수 있다.
유리하게, 힘
Figure pct00041
GRID(POSPS)의 최대값 |
Figure pct00042
GRID|max 및/또는 최소값 |
Figure pct00043
GRID|min 은 3차원 격자 전체에 대해 설정되거나 3차원 격자의 선택된 영역에 대해 설정되어, 다음과 같은 조건: |
Figure pct00044
GRID|min < |
Figure pct00045
GRID(POSPS)| < |
Figure pct00046
GRID|max 을 만족한다. 의도하지 않거나 또는 원하지 않는 입력 또는 지점(PS)의 이동이 회피될 수 있도록 최대값 |
Figure pct00047
GRID|max 및/또는 최소값 |
Figure pct00048
GRID|min 이 선택되며, 동시에 사용자가 지점(PS)를 이동하는데 필요한 입력 힘
Figure pct00049
EING(PS)의 값|
Figure pct00050
EING,PS|이 편안하게 인지되도록 선택되며, 여기서 지점(PS)의 이동은 항상 |
Figure pct00051
EING,PS| > |
Figure pct00052
GRID(POSPS)| 이 요구된다.
유리하게는, 3차원 격자의 격자점 및/또는 3차원 격자의 격자점 거리는 예를 들면 개별적으로 또는 로봇의 작업 공간 영역을 위해 로봇의 입력 장치에 의해 가변적으로 설정될 수 있다. 특히, 로봇의 작업 공간의 공간적 영역(spatial region)은 더 높은 해상도를 위해, 다른 영역에 비해 좀더 촘촘한 3차원 격자(즉, 단위 체적 당 더 많은 격자점)를 갖춘, 개별적 공간 영역에 공급될 수 있다. 로봇은 유리하게 저장 장치에 접근하는 입력 장치를 포함하며, 저장 장치에는 입력 장치를 통해 선택되어 질 수 있는 다양한 3차원 격자가 저장된다.
유리하게, 힘
Figure pct00053
GRID(POSPS)은 입력 장치에 의해 가변적인 방식으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 힘
Figure pct00054
GRID(POSPS)은 3차원 격자의 단위 셀 내의 위치(POSPS)용으로 설정될 수 있으며, 작업 공간의 일부 영역 또는 3차원 격자로 이전될 수 있다.
제어 장치는 유리하게 다음과 같은 특징으로 구성되고 설계된다. 적어도 2개의 인접 격자점 또는 3차원 격자의 격자점 체적이 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)로부터 동일한 거리에 위치하는 경우에, 상기 격자점/체적들중의 하나는 사전 선정된 방법에 따라 인접 격자점/체적으로 선정된다. 예를 들면 통계적 방식과 같은 랜덤 알고리즘에 기반하여 이러한 결정이 수행된다. 명확하게는, 특정의 응용분야에 따라 다른 선택 알고리즘이 사용될 수 있다.
유리하게, 제어 장치는 다음과 같은 방식으로 구현되고 설정된다. 가상의 3차원 포텐셜 필드(potential field)가 작업 공간 내에 정의되고, 이것의 국부 최소치(local minima)는 3차원 격자의 격자점과 동일하며, 힘
Figure pct00055
GLID(POSPS)은 상기 포텐셜 필드의 음의 구배(gradient)에 기반하여 결정된다. 포텐셜 필드는 태스크 및 응용분야에 따라 특정될 수 있다.
유리하게, 3차원 포텐셜 필드의 국부 최소치는 주어진 공간 영역에서 3차원 격자의 각 격자점 주변에서 일정한 포텐셜을 가지며, 사전 선정된 공간 영역의 최대 범위는 3차원 격자의 두 인접한 격자점 사이의 격자 간격보다 더 작다.
유리하게, 사전 선정된 토크
Figure pct00056
o(
Figure pct00057
RS)의 최대값 |
Figure pct00058
o|max 및/또는 최소값 |
Figure pct00059
o|min 은 3차원 방위 공간에 대해 설정되거나 3차원 방위 공간의 선택된 영역에 대해 설정되어, 다음과 같은 조건: |
Figure pct00060
o|min < |
Figure pct00061
o(
Figure pct00062
RS)| < |
Figure pct00063
o|max 을 만족한다. 토크
Figure pct00064
o(
Figure pct00065
RS)의 최대값 |
Figure pct00066
o|max 및/또는 최소값 |
Figure pct00067
o|min 은 유리하게 로봇의 입력 수단을 통하여 각 사용자에 의해 가변적으로 사전 선정될 수 있다. 유리한 최대값 |
Figure pct00068
o|max 및/또는 최소값 |
Figure pct00069
o|min 은 구조 부재(S)의 우연한 또는 원하지 않는 방위전환(reorientations)이 회피될 수 있도록 하며, 동시에 구조 부재(S)의 방위전환을 위해 필요한 토크
Figure pct00070
EING(
Figure pct00071
RS)의 값|
Figure pct00072
EING(
Figure pct00073
RS)|이 사용자에게 편안하게 인지되며, 여기서 구조 부재(S)의 방위전환은 항상 |
Figure pct00074
EING(
Figure pct00075
RS)| > |
Figure pct00076
o(
Figure pct00077
RS)| 이 요구된다.
로봇의 실시예에서, 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)은 지점(PS)의 현재 위치 (POSPS)의 함수로서 정의된다:
O = O (POSPS) = (αi(POSPS), βj(POSPS), γk(POSPS)).
따라서 작업 공간에서 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 종속하는 다른 불연속 방위 공간이 허용된다.
유리하게, 로봇은 입력 장치를 포함하여 구성되며, 입력 장치에 의해 3차원 격자의 격자점 거리가 가변적으로 사전 선정될 수 있다.
유리하게, 로봇은 입력 장치를 포함하여 구성되며, 입력 장치에 의해 방위 공간의 불연속 각도 αi, βj, γk 가 가변적으로 사전 선정될 수 있다.
유리하게, 적어도 2개의 인접한 방위 O =: (αi, βj, γk)가 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00078
RS 에 대하여 동일한 차이값을 갖는 경우에, 상기 방위 O =: (αi, βj, γk) 중의 하나는 사전 선정된 방법에 따라 선택되도록, 제어 장치가 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태는 엑추에이터에 의해 구동될 수 있는 이동 가능한 다중- 부재 로봇 구조물을 구비한 로봇을 제어하는 방법에 관한 것이다. 구조 부재 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 이동 가능한 로봇 구조물 상에 구비되고, 그리고 로봇은 입력 모드에서 로봇의 작업 공간 내의 지점(PS)의 위치(POSPS) 및/또는 구조 부재(S)의 자세를 학습하며, 구조 부재(S)를 이동시키기 위해 사용자가 입력 힘
Figure pct00079
EING을 이동 가능한 로봇 구조물에 가하여 지점(PS)에 힘
Figure pct00080
EING,PS 및/또는 구조 부재(S)에 토크
Figure pct00081
EING,S로서 전달된다.
제안된 방법에 있어서, 입력모드에서의 엑추에이터는 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정된 가상의 3차원 격자를 기반으로 제어되어, 3차원 격자에서 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 종속되는 힘
Figure pct00082
GRID(POSPS)에 의해, 구조 부재(S)가 3차원 격자의 인접한 격자점 또는 3차원 격자의 인접 격자점 주변으로 정의되는 격자점 체적 내로 이동되며, 구조 부재(S)의 지점(PS)은 상기 인접 격자점에 위치하거나 또는 |
Figure pct00083
EING,PS| < |
Figure pct00084
GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 격자점 체적 내에 위치한다.
대안으로 혹은 부가적으로, 입력모드에서의 엑추에이터는 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)을 기반으로 제어되며, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk), (여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들(αi, βj, γk)로 정의될 수 있어서, 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00085
RS 에 종속하는 사전 선정된 토크
Figure pct00086
O(
Figure pct00087
RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 |
Figure pct00088
EING,S| < |
Figure pct00089
O(
Figure pct00090
RS)| 을 만족하는 경우에 3차원 방위 공간의 상기 인접한 불연속 방위에 위치한다.
제안된 방법에 있어서, 가상의 3차원 포텐셜 필드가 유리하게 작업 공간에 정의되며, 3차원 포텐셜 필드의 국부 최소치는 3차원 격자의 격자점과 동일하며, 힘
Figure pct00091
GRID(POSPS)은 상기 포텐셜 필드의 음의 구배에 기반하여 결정된다.
더나아가서 제안된 방법에 있어서, 3차원 포텐셜 필드의 국부 최소치는 3차원 격자의 각 격자점 주변의 사전 선정된 공간 영역에서 일정한 포텐셜을 가지며, 공간 영역의 최대 범위는 인접한 2개의 격자점 사이의 격자 간격보다 더 작다.
더나아가서 상기 방법은, 적어도 2개의 인접 방위 O =: (αi, βj, γk)가 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00092
RS 에 대하여 동일한 차이값을 갖는 경우에, 상기 방위 O =: (αi, βj, γk) 중의 하나는 사전 선정된 방법에 따라 선택된다.
제안된 방법의 추가 개발과 그에 따른 장점은 제안된 로봇에 대해 상술한 설명과 유사하며 대응된다.
본 발명의 또 다른 양태는 로봇 제어기에 관한 것으로, 로봇 제어기는 상술된 방법이 데이터 처리 장치 상에서 실행됨으로써 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태는 데이터 처리 장치를 구비한 컴퓨터 시스템에 관한 것으로, 데이터 처리 장치는 상술된 방법이 상기 데이터 처리 장치 상에서 실행됨으로써 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태는 엑추에이터에 의해 구동될 수 있는 이동 가능한 다중- 부재 로봇 구조물을 구비한 로봇을 제어하는 조절(regulation) 장치에 관한 것이다. 구조 부재(S) 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 이동 가능한 로봇 구조물 상에 구비되고, 로봇은, 로봇의 작업 공간 내의 지점(PS)의 위치(POSPS) 및/또는 구조 부재(S)의 자세를 입력 모드에서 학습하며, 구조 부재(S)를 이동시키기 위해 사용자가 입력 힘
Figure pct00093
EING을 이동 가능한 로봇 구조물에 가하여 지점(PS)에 힘
Figure pct00094
EING,PS 및/또는 구조 부재(S)에 토크
Figure pct00095
EING,S로서 전달되도록 설계되고 구현된다.
조절 장치는 제어 장치를 포함하며, 제어 장치는 다음과 같이 구현되고 설정된다. 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정된 가상의 3차원 격자를 기반으로 엑추에이터가 입력 모드에서 제어되어, 3차원 격자에서 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 종속되는 사전 선정된 힘
Figure pct00096
GRID(POSPS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 격자의 인접 격자점 또는 3차원 격자의 인접 격자점 주변으로 정의되는 격자점 체적 내로 이동되며, 구조 부재(S)의 지점(PS)은 상기 인접 격자점에 위치하거나 또는 |
Figure pct00097
EING,PS| < |
Figure pct00098
GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 격자점 체적 내에 위치하고, 및/또는 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)을 기반으로 입력 모드에서 엑추에이터가 제어되고, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk),(여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들αi, βj, γk로 정의되거나 정의될 수 있어서, 구조 부재의 현재 방위
Figure pct00099
RS 에 종속하는 사전 선정된 토크
Figure pct00100
O(
Figure pct00101
RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 |
Figure pct00102
EING,S| < |
Figure pct00103
O(
Figure pct00104
RS)| 을 만족하는 경우에 3차원 방위 공간의 상기 인접한 불연속 방위에 위치한다.
제안된 조절 장치의 추가 개발과 그에 따른 장점은 상술한 설명과 유사하며 대응된다.
나아가서 본 발명은 전기적으로 판독가능한 제어 신호를 구비한 디지털 저장 매체에 관한 것으로, 제어 신호는 상술한 방법이 수행되는 프로그램 가능한 컴퓨터 시스템과 상호 통신할 수 있다.
더나아가서 본 발명은 상술한 상기 방법을 수행하는 기계-판독가능한 매체에 저장된 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램 제품(product)에 관한 것으로, 상기 프로그램 코드는 데이터 처리 장치 상에서 실행된다.
마지막으로, 본 발명은 상술한 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 상기 프로그램은 데이터 처리 장치 상에서 실행된다. 이러한 목적을 위해, 데이터 처리 장치는 선행 기술을 통해 알려진 모든 컴퓨터 시스템으로 설계될 수 있다.
부가적인 장점, 특성 및 상세함은 필요한 경우에는 도면을 참고하여 최소한 하나의 실시예를 상세히 서술하는 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 동일, 유사 및/또는 기능적으로 같은 부품들은 동일한 참조 번호가 부여된다.
본 발명은, 이동 가능한 로봇 구조물이 위치, 자세 및 이동 순서를 학습할 때 속도 및 정밀도에서 제한을 갖지 않아서, 개선된 교시 프로세스가 가능한 로봇을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇을 도식적으로 보이는 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇을 도식적으로 보이는 개략도로서, 상기 로봇은 엑추에이터(101)에 의해 구동될 수 있는 이동가능한 다중-부재 로봇 구조물(102)을 구비하고 있으며, 구조 부재(S) 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 이동 가능한 로봇 구조물 상에 구비된다. 로봇 구조물(102)는 로봇 몸체(점선으로 표시된 박스)에 부착된다.
로봇 구조물(102)은 본 실시예에서 5개의 부재를 갖는 로봇 팔(102)이며, 로봇 팔의 말단 단부에는 이펙터(S)가 구비되어 있다. 본 실시예에서 이펙터(S)는 구조 부재(S)이다. 이펙터(S)에는 소위 "공구 중심점(Tool Center Point, TCP)"이 정의되어 있어, PS = PTCP, 즉, 표시 지점과 공구 중심점이 동일하다.
로봇 작업 공간 내의 TCP 위치(POSTCP) 및/또는 이펙터(S) 자세를 입력 모드에서 학습할 수 있도록 로봇이 설계되고 설정되어, 사용자가 이펙터(S)를 이동시키기 위해 힘
Figure pct00105
EING을 로봇 팔에 가하여서 지점(PTCP)에 힘
Figure pct00106
EING,TCP 및/또는 이펙터(S)에 토크
Figure pct00107
EING,S로서 전달된다.
더나아가서, 로봇은 다음과 같은 방식으로 구현되는 제어 장치를 포함한다. 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정되고 공간적으로 고정된 3차원의 가상 격자를 기반으로 입력 모드에서 엑추에이터(101)가 제어되어서, 3차원 격자에서의 공구 중심점(TCP)의 현재 위치(POSTCP)에 종속하는 주어진 힘
Figure pct00108
GRID(POSTCP)에 의해 3차원 격자의 인접한 격자점으로 이펙터(S)가 이동되며, 구조 부재(S)의 지점 (PTCP)은 |
Figure pct00109
EING,PS| < |
Figure pct00110
GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 인접한 격자점에 위치한다.
또한, 제어 장치는, 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)을 기반으로 입력 모드에서 엑추에이터가 제어되고, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk), (여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들(αi, βj, γk)로 정의되거나 정의될 수 있어서, 구조 부재(S)의 현재 방위
Figure pct00111
RS 에 종속하는 사전 선정된 토크
Figure pct00112
O(
Figure pct00113
RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 |
Figure pct00114
EING,S| < |
Figure pct00115
O(
Figure pct00116
RS)| 을 만족하는 경우에 3차원 방위 공간의 상기 인접한 불연속 방위에 위치되도록 하는 방식으로 제어된다.
비록 발명이 선호되는 실시예에 의해 상세하게 설명되었지만, 발명은 설명된 예에 국한되지는 않으며, 이로부터 다른 변형예가 발명의 보호범위를 이탈하지 않는 범위에서 본 기술의 당업자에 의해 유도될 수 있다. 따라서 다수의 변형 가능성이 존재하는 것은 명백하다. 또한, 예를 들어 명명된 실시예는 실제로 보호 범위, 가능한 적용 또는 발명의 구성을 제한하는 것으로 간주되지 않는 오직 예라는 것도 분명하다. 오히려, 본 기술 분야의 당업자가 모범적인 구현을 구체적으로 할 수 있도록 하는 것이 현재의 상세한 설명과 도면이다. 공개된 발명의 개념을 잘 알고 있는 기술 분야의 당업자는 예를 들어 청구항 및 이들의 법적 균등물에 따라 정의되는 보호 범위를 벗어나지 않고 예시적 실시예로 명명된 개별 요소의 기능이나 구성과 관련하여 수많은 변화를 만들 수 있다.
101: 엑추에이터
102: 이동 가능한 다중-부재 로봇 구조물
103: 제어 장치

Claims (10)

  1. 엑추에이터(101)에 의해 구동될 수 있는 이동 가능한 다중-부재 로봇 구조물(102)을 구비한 로봇으로서,
    - 구조 부재(S) 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 이동 가능한 로봇 구조물 상에 구비되고,
    - 로봇은, 로봇의 작업 공간 내에서 지점(PS)의 위치(POSPS) 및/또는 구조 부재(S)의 자세를 입력 모드에서 학습하도록 설계되며, 구조 부재(S)를 이동시키기 위해 사용자가 입력 힘
    Figure pct00117
    EING을 이동가능한 로봇 구조물에 가하여 지점(PS)에 힘
    Figure pct00118
    EING,PS 및/또는 구조 부재(S)에 토크
    Figure pct00119
    EING,S로서 전달되도록 하며, 그리고
    - 로봇의 제어 장치(103)는,
    - 입력 모드에서, 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정된 가상의 3차원 격자를 기반으로 엑추에이터(101)가 제어되어, 3차원 격자의 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 따라, 사전 선정된 힘
    Figure pct00120
    GRID(POSPS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 격자의 인접 격자점 또는 3차원 격자의 인접 격자점 주변으로 정의되는 격자점의 체적 내로 이동되며, 구조 부재(S)의 지점(PS)은 상기 인접 격자점 상에 위치하거나 또는 조건 |
    Figure pct00121
    EING,PS| < |
    Figure pct00122
    GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 격자점 체적 내에 위치하며, 및/또는
    - 입력 모드에서, 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)을 기반으로 엑추에이터(101)가 제어되고, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk), (여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들(αi, βj, γk)로 정의되거나 정의될 수 있어서, 구조 부재의 현재 방위
    Figure pct00123
    RS 에 따라 사전 선정된 토크
    Figure pct00124
    O(
    Figure pct00125
    RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 조건 |
    Figure pct00126
    EING,S| < |
    Figure pct00127
    O(
    Figure pct00128
    RS)| 을 만족하는 경우에 3차원 방위 공간의 상기 인접한 불연속 방위 내에 위치하도록, 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사전 선정된 힘
    Figure pct00129
    GRID(POSPS)은 3차원 격자 내에서 주기적으로 변하는 점을 특징으로 하는 로봇.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 2개의 인접 격자점 또는 격자점 체적이 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)로부터 동일한 거리에 위치하는 경우에, 상기 격자점들/격자점 체적들 중의 하나가 사전 선정된 방법에 따라 인접 격자점/격자점 체적으로 선정되도록, 제어 장치(103)가 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 작업 공간 내에서 가상의 3차원 포텐셜 필드가 정의되며, 포텐셜 필드의 국부 최소치는 3차원 격자의 격자점과 동일하며, 힘
    Figure pct00130
    GRID(POSPS)은 상기 포텐셜 필드의 음의 구배에 기반하여 결정되도록, 제어 장치(103)가 구비되는 점을 특징으로 하는 로봇.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 인접 방위 O =: (αi, βj, γk)가 구조 부재(S)의 현재 방위
    Figure pct00131
    RS 에 대하여 동일한 차이값을 갖는 경우에, 상기 방위 O =: (αi, βj, γk) 중의 하나는 사전 선정된 방법에 따라 선택되도록, 제어 장치(103)가 구비되는 점을 특징으로 하는 로봇.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)은 지점(PS)의 현재 위치(POSPS): O = O(POSPS) = (αi(POSPS), βj(POSPS), γk(POSPS)) 에 종속되어 정의되는 점을 특징으로 하는 로봇.
  7. 엑추에이터(101)에 의해 구동될 수 있는 이동 가능한 다중-부재 로봇 구조물(102)을 구비한 로봇을 제어하는 방법으로서,
    - 구조 부재(S) 위에 적어도 하나의 지점(PS)이 표시된 적어도 하나의 표시된 구조 부재(S)가 이동 가능한 로봇 구조물 상에 구비되고,
    - 로봇은, 로봇의 작업 공간 내에서 지점(PS)의 위치(POSPS) 및/또는 구조 부재(S)의 자세를 입력 모드에서 학습하며, 구조 부재(S)를 이동시키기 위해 사용자가 입력 힘
    Figure pct00132
    EING을 이동 가능한 로봇 구조물에 가하여 지점(PS)에 힘
    Figure pct00133
    EING,PS 및/또는 구조 부재(S)에 토크
    Figure pct00134
    EING,S로서 전달되도록 하며, 그리고
    - 제어 장치(103)는,
    - 입력 모드에서, 최소한 부분적으로 작업 공간을 채우는 사전 선정된 가상의 3차원 격자를 기반으로 엑추에이터(101)를 제어하여, 3차원 격자에서 지점(PS)의 현재 위치(POSPS)에 따라, 사전 선정된 힘
    Figure pct00135
    GRID(POSPS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 격자의 인접 격자점 또는 3차원 격자의 인접 격자점 주변으로 정의되는 격자점 체적 내로 이동되며, 구조 부재(S)의 지점(PS)은 상기 인접 격자점 상에 위치하거나 또는 조건 |
    Figure pct00136
    EING,PS| < |
    Figure pct00137
    GRID(POSPS)| 을 만족하는 경우에 상기 격자점 체적 내에 위치하며, 및/또는
    - 입력 모드에서, 사전 선정된 가상의 불연속 3차원 방위 공간(O)을 기반으로 엑추에이터(101)를 제어하며, 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk), (여기서 i=1, 2, …, I, j=1, 2, …, J, k=1, 2, …, K)은 사전 선정된 각도들(αi, βj, γk)로 정의되거나 정의될 수 있어서, 구조 부재의 현재 방위
    Figure pct00138
    RS 에 따라 사전 선정된 토크
    Figure pct00139
    O(
    Figure pct00140
    RS)에 의해 구조 부재(S)가 3차원 방위 공간 O =: (αi, βj, γk)의 인접한 불연속 방위로 이동되며, 구조 부재(S)는 조건 |
    Figure pct00141
    EING,S| < |
    Figure pct00142
    O(
    Figure pct00143
    RS)| 을 만족하는 경우에 3차원 방위 공간의 상기 인접한 불연속 방위에 위치하는 점을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 작업 공간 내에서 가상의 3차원 포텐셜 필드가 정의되며, 포텐셜 필드의 국부 최소치는 3차원 격자의 격자점과 동일하며, 힘
    Figure pct00144
    GRID(POSPS)은 포텐셜 필드의 음의 구배에 기반하여 결정되는 점을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 3차원 포텐셜 필드의 국부 최소치는 3차원 격자의 각 격자점 주변의 사전 선정된 공간 영역 내에서 일정한 포텐셜을 가지며, 공간 영역의 최대 범위는 인접한 2개의 격자점 사이의 격자 간격보다 더 작은 점을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 인접 방위 O =: (αi, βj, γk)가 구조 부재(S)의 현재 방위
    Figure pct00145
    RS 에 대하여 동일한 차이값을 갖는 경우에, 상기 방위 O =: (αi, βj, γk) 중의 하나는 사전 선정된 방법에 따라 선택되는 점을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
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