KR20180116906A - 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

다양한 실시예에 따른 로봇 시스템이 제공된다. 제1 연결부 및 제2 연결부 사이에 연결되고 회전축을 중심으로 회전하는 관절, 상기 관절을 회전하도록 구동하는 액추에이터, 상기 관절에 설치되어 상기 관절의 회전 운동에 따른 가속도 값을 측정하는 가속도계, 상기 가속도계가 측정한 가속도 값에 기초하여 상기 관절의 위치의 기준점을 설정하는 제어부를 포함하는 로봇 시스템이 개시된다.

Description

로봇 시스템{robot system}

본 발명은 로봇 시스템에 관한 것이다.

로봇은 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 특히 이러한 로봇 중 물건의 제조에 사용되는 제조로봇은 일단이 구속된 상태에서 제조로봇의 끝단이 다양한 운동을 구현함으로써 작업을 수행할 수 있다. 이러한 경우 로봇은 외부의 물체에 일단이 구속되도록 설치될 수 있다. 또한, 로봇은 구속된 일단과 연결되는 적어도 2개 이상의 연결부, 2개 이상의 연결부 중 하나에 연결되는 워크부 및 인접하는 연결부 사이 및 연결부와 워크부 사이를 연결하는 관절을 포함할 수 있다.

일반적으로, 로봇은 관절이 회전하여 연결부의 위치를 변경할 수 있다. 로봇은 관절의 회전 방향 및 회전 정도를 조정함에 있어서, 기준이 되는 연결부 및 관절의 기준 위치를 미리 설정할 필요가 있다. 로봇은 상기 관절이 기준 위치에 있을 때에 엔코더의 원점이 설정되며, 상기 엔코더가 상기 설정된 원점으로부터 획득하는 회전 정보를 통해 관절 및 연결부의 위치를 검출 및 제어한다. 그러나, 로봇은 반복적인 작업으로 관절과 연결부 사이의 연결이 느슨해지거나 외부 충격으로 관절과 연결부 사이가 틀어지는 경우에 상기 설정된 원점에서 상기 연결부 및 관절이 기준 위치에 위치하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 엔코더의 원점을 재설정하는데 기준이 되는 상기 기준점을 다시 찾아야 하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 회전축을 중심으로 회전하는 관절에 가속도계를 설치하고, 상기 가속도계의 신호에 기초하여 관절의 기준이 되는 위치인 기준점을 정확하게 설정 및 검출할 수 있는 로봇 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 로봇 시스템은, 제1 연결부와 제2 연결부 사이에 연결되고, 회전축을 중심으로 회전하는 관절, 상기 관절을 회전하도록 구동하는 액추에이터, 상기 관절에 설치되어 상기 관절의 회전 운동에 따른 가속도 값을 측정하는 가속도계, 및 상기 가속도계가 측정한 가속도 값에 기초하여 상기 관절의 위치의 기준점을 설정하는 제어부를 포함한다.

로봇 시스템의 일 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 관절을 왕복 회전시켜 상기 관절의 위치에 대응하는 가속도 값들을 상기 가속도계로부터 획득하며, 상기 가속도 값들 중 최대값을 검출하고, 상기 검출된 최대값에 대응하는 상기 관절의 위치를 기준점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

로봇 시스템의 다른 예에 따르면, 상기 관절의 회전 정보를 검출하는 엔코더를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 가속도계에 기초하여 상기 기준점을 설정하면서 상기 기준점에서 검출된 회전 정보를 상기 엔코더의 원점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

로봇 시스템의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 엔코더가 검출된 회전 정보를 통해 상기 관절이 기준점에 위치한 것으로 추정될 때에 상기 가속도계의 가속도 값을 획득하고, 상기 획득한 가속도 값과 상기 검출된 최대값이 상이하면, 상기 엔코더의 원점을 재설정하는 것을 특징한다.

로봇 시스템의 다른 예에 따르면, 상기 관절의 위치가 상기 기준점에 도달하면 충돌하여 진동을 발생하는 제1 돌기 및 제2 돌기를 포함하는 충돌부를 더 포함하고, 상기 제1 돌기는 상기 관절에 형성되고, 상기 제2 돌기는 상기 제1 연결부에 형성된다.

로봇 시스템의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 충돌부에 의해 발생한 진동에 대응하는 가속도 값이 검출되는 상기 관절의 위치를 상기 기준점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

다양한 실시예에 따른 로봇 시스템은 회전축을 중심으로 회전하는 관절에 가속도계를 설치하고, 상기 가속도계의 신호에 기초하여 관절의 기준이 되는 위치인 기준점을 정확하게 설정 및 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템에 포함된 구성을 간략하게 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 로봇 시스템(100)은 지지부(120), 관절(150), 연결부(130), 워크부(140) 및 제어부(165)를 포함한다.

로봇 시스템(100)은 미리 설정된 기준 자세에 기초하여 연결부(130)의 움직임을 제어할 수 있다. 상기 미리 설정된 기준 자세는 로봇을 제작하여 판매하는 판매자에 의해 미리 결정될 수 있다. 상기 기준 자세는 직교좌표계 등에 따른 좌표값으로 미리 주어져 있을 수 있다.

지지부(120)는 지면(B) 또는 외부기기 중 하나에 설치될 수 있다. 이때, 외부 기기는 이동 가능한 장치(예를 들면, 카트, 자동차 등), 별도의 지지 프레임, 별도의 제조 장치 등 일반적으로 로봇이 설치될 수 있는 다양한 장치를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 로봇이 지면(B)에 배치되어 지면(B)에 설치되는 경우를 중심으로 상세히 설명한다.

연결부(130)는 적어도 2개 이상 구비될 수 있다. 이때, 적어도 2개 이상의 연결부(130)는 지지부(120)와 연결될 수 있으며, 서로 상대 운동 가능하도록 연결될 수 있다. 연결부(130)는 지지부(120)와 연결되는 제1 연결부(131)를 포함할 수 있다. 또한, 연결부(130)는 제1 연결부(131)와 연결되는 제2 연결부(132), 제2 연결부(132)와 연결되는 제3 연결부(133) 및 제3 연결부(133)와 연결되는 제4 연결부(134), 제4 연결부(134)와 연결되는 제5 연결부(135)를 포함할 수 있다. 이때, 연결부(130)의 개수는 상기에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기보다 적게 구비되거나 많게 구비되는 것도 가능하다. 다만, 설명의 편의를 위하여 연결부(130)가 제1 연결부 내지 제5 연결부(131 내지 135)를 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

워크부(140)는 적어도 2개 이상의 연결부(130)의 끝단에 연결될 수 있다. 구체적으로 워크부(140)는 제5 연결부(135)와 연결될 수 있다. 이 때, 워크부(140)는 작업을 수행할 수 있도록 다양한 형태일 수 있다. 예를 들면, 워크부(140)는 흡착이 가능하도록 패드를 구비하는 것이 가능하다. 다른 실시예로써, 워크부(140)는 물건을 파지하도록 사람의 손가락과 유사한 구조를 포함하는 것도 가능하다. 또 다른 실시예로써 워크부(140)는 물건을 용접하도록 용접체 또는 레이저 발생기를 포함하는 것도 가능하다. 이 경우, 워크부(140)는 상기에 한정되는 것은 아니며, 수행하는 작업에 적합한 형태 및 구조를 모두 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 워크부(140)에는 작업에 수행되는 구조물이 구비되지 않을 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

관절(150)은 회전축(미도시)을 중심으로 회전하며, 인접하는 연결부(130) 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 관절(150)은 인접하는 연결부(130)를 서로 상대 운동 가능하도록 연결할 수 있다. 또한, 관절(150)부는 연결부(130)와 워크부(140)를 서로 상대 운동 가능하도록 연결할 수 있다. 이러한 연결부(130)는 감속기(161), 액추에이터(163) 등이 설치되어 각 연결부(130)가 서로 상이한 운동을 하도록 할 수 있다. 상기와 같은 관절(150)은 지지부(120)와 제1 연결부(131)를 연결시키는 제1 관절(151), 제1 연결부(131)와 제2 연결부(132)를 연결시키는 제2 관절(152), 제2 연결부(132)와 제3 연결부(133)를 연결시키는 제3 관절(153), 제3 연결부(133)와 제4 연결부(134)를 연결시키는 제4 관절(154), 제4 연결부(134)와 제5 연결부(135)를 연결시키는 제5 관절(155)을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 관절(151)을 중심으로 설명한다.

제1 관절(151)은 제1 연결부(131)가 지지부(120)와 고정된 상태로 회전 가능하도록 설치된다. 즉, 제1 연결부(131)는 제1 관절(151)의 회전에 종속하여 회전한다. 구체적으로, 제1 관절(151)의 회전에 따라 제1 연결부(131)는 지지부에 대해 안쪽 또는 바깥쪽으로 각을 이루면서 각운동한다. 제1 관절(151)은 회전을 하여 제1 연결부(131)를 원하는 위치에 도달시킬 수 있다.

제어부(165)는 연결부(130) 및 관절(150)의 위치를 제어하기 위해, 관절들(151 내지 155) 각각에 포함된 액추에이터(163) 및 감속기(161)를 제어한다. 제어부(165)는 관절들(151 내지 155) 각각에 미리 설정된 기준 위치 또는 기준 회전 각도에 기초하여 연결부들(131 내지 135)이 요청되는 위치에 배치되도록 관절들(151 내지 155) 각각의 회전 정도를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(165)는 관절(150)의 기준 위치인 기준점이 정확히 설정되어야 관절(150)을 적절하게 회전시켜 연결부(130)가 요청되는 위치에 배치되도록 제어할 수 있다. 이하에서는 도 2 내지 도4를 참조하여 관절에 설치된 가속도계(167)를 통해 관절의 기준 위치인 원점을 설정하는 구성 및 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템에 포함된 구성을 간략하게 도시한다.

도 2을 참조하면, 적어도 하나의 관절(150) 각각에는 액추에이터(163), 감속기(161), 제어부(165), 가속도계(167) 및 엔코더(169)가 설치되어 있다.

액추에이터(163)는 전기에너지, 유압에너지 및 공기에너지 등을 운동 에너지로 변환하는 장치이다. 액추에이터(163)는 전기에너지, 유압에너지 및 공기에너지를 이용하여 직선 운동 및 회전 운동할 수 있다. 액추에이터(163)는 전기 모터, 유압 모터 및 피스톤 등을 포함할 수 있다. 액추에이터(163)는 제어부(165)를 통해 제어를 받아 소정의 회전 방향 및 회전 속도로 구동될 수 있다.

액추에이터(163)는 회전 구동력을 회전축(110)에 전달하고, 회전축(110)과 연결된 관절(150)은 회전하여 위치가 변동된다. 액추에이터(163)가 회전하면, 관절(150)은 회전축(110)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하며, 이에 따라, 제1 연결부(131)는 지지부(120)에 대해 안쪽 또는 바깥쪽으로 각을 이루면서 운동(각 운동)한다.

가속도계(167)는 관절(150)에 설치되어 관절(150)의 회전 운동에 따른 신호를 발생한다. 가속도계(167)는 관성에 의한 반작용을 측정하여 직선 가속도 또는 각가속도를 측정할 수 있다. 가속도계(167)는 가동 코일형, 압전형, 정전용량형, 변형 게이지형, 서보형, 차동 트랜스형 중 적어도 하나를 포함한다. 가속도계(167)는 바닥면에 대하여 수직 방향의 진동에 대해 감지할 수 있다. 가속도계(167)는 주방향이 바닥면과 수직 방향(즉, 중력 방향)에 있을 때에 가장 감도가 높다. 한편, 가속도계(167)는 관절(150)이 기준 위치인 기준점에 있을 때에 검출된 가속도 값이 최대값이 되도록 관절(150)에 미리 설치된다.

일 실시예에 따르면, 가속도계(167)는 관절(150)이 기준 위치인 기준점에 배치되는 경우에 주방향이 중력 방향과 일치하도록 설치된다. 예컨대, 가속도계(167)는 관절(150)이 기준 위치에 배치되면, 중력 방향과 가속도계(167)의 주방향이 일치하여 가속도계(167)에는 가장 큰 가속도 값이 측정하게 된다. 한편, 관절(150)이 미리 설정된 기준 위치에 배치되면, 관절(150)에 연결된 연결부(130)는 도 1을 참조하여 설명한 기준 자세를 취하게 되며, 제어부(165)는 연결부(130)가 요청되는 위치에 배치되도록 관절(150)의 상기 기준 위치에 기초하여 관절(150)의 회전량, 회전 각도 등을 조정한다.

엔코더(169)는 관절(150)에 설치되어 액추에이터(163)의 회전수, 회전량, 회전 방향, 회전 각도 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 검출할 수 있다. 엔코더(169)는 광학식, 자기식 및 접촉식 엔코더(169) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 검출된 회전 정보는 관절(150)의 회전 방향, 회전 각도 및 회전축(110)의 초기 위치인 관절의 기준점을 검출하는데 기초가 된다.

제어부(165)는 관절(150) 및 연결부(130)의 위치를 조정 및 검출할 수 있는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 제어부(165)는 관절(150)이 기준점에 있을 때에 엔코더(169)의 원점으로 설정하고, 상기 원점으로부터 측정된 엔코더(169)의 회전 정보에 기초하여 관절(150)의 회전 정도 및 연결부(130)의 위치를 조정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(165)는 관절(150)이 상기 기준점에 있을 때에 측정된 엔코더(169)의 값을 기준점인 0으로 설정하고, 이후 엔코더(169)로부터 회득한 회전 정보를 누적하여 현재 관절(150)의 회전 정도 및 연결부(130)의 위치를 검출할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제어부(165)는 가속도계(167)의 신호에 기초하여 관절(150)의 기준 위치인 상기 기준점을 설정할 수 있다. 상술한 바와 같이 관절(150)에 설치된 가속도계(167)는 중력 방향과 방향이 일치하면 가장 큰 가속도 값을 가지고 있는바, 제어부(165)는 가속도계(167)의 신호 중 최대 가속도 값을 갖는 위치를 상기 기준점으로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(165)는 관절(150)을 반복하여 왕복 회전시키면서 가속도계(167)의 가속도 값의 평균을 산출한다. 제어부(165)는 가속도 값의 평균 중 최대값을 갖는 지점을 상기 기준점으로 설정한다.

제어부(165)는 상기 기준점에 관절이 위치할 때에 엔코더(169)의 원점을 설정하고, 그 이후에는 엔코더(169)로부터 획득한 회전 정보를 누적하여 관절(150)의 위치를 검출 및 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(165)는 상기 기준점에서 엔코더(169)의 원점이 설정된 이후에, 관절(150)이 기준점에 위치하는지, 현재 관절의 위치는 어디인지를 엔코더(169)의 회전 정보를 누적하여 검출할 수 있다.

한편, 로봇 시스템(100)은 외부의 충격이 가해지거나 반복된 작동 등으로 관절(150)과 지지부(120) 간의 연결이 느슨해지는 등의 물리적인 요인이 발생하여 상기 엔코더의 회전 정보에 대응하여 관절(150)이 위치하지 않을 수 있다. 즉, 제어부(165)는 상기 물리적 요인이 발생으로 엔코더(169)에 의해 추정된 관절의 위치가 실제 관절(150)의 위치와 상이할 수 있고, 이 경우, 제어부(165)는 가속도계(167)의 신호에 기초하여 엔코더(169)의 새로운 원점을 재설정한다. 제어부(165)는 물리적 요인이 발생하더라도 자율적으로 가속도계(167)를 통해 상기 기준점을 다시 찾아낼 수 있고, 이를 엔코더(169)의 원점으로 다시 설정할 수 있는바, 이에 따라 로봇 시스템(100)의 작업 정확도에 대한 신뢰성을 유지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제어부(165)는 가속도계(167)의 신호에 기초하여 기준위치인 기준점을 재설정할 수 있다. 제어부(165)는 엔코더(169)에 의해 종전에 설정된 기준점에 관절(150)이 위치하는지 판단하기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이, 외부의 충격 및 연결부(130)와 관절(150) 간의 체결 구성이 느슨해지는 문제 등 물리적 요인이 발생한 경우에 엔코더(169)로 추정되는 관절의 기준점과 가속도계(167)로부터 최대값을 갖는 위치(실제 관절의 기준 위치)가 상이해질 수 있다. 이런 점을 고려하여, 제어부(165)는 엔코더(169)를 통해 관절(150)이 상기 기준점에 위치한다고 추정될 때의 가속도값과 종전 기준점을 설정할 때에 검출된 가속도값의 최대값인 미리 실측한 최대값을 비교한다. 제어부(165)는 상기 미리 실측한 최대값과 현재 가속도 값이 상이하면, 다시 관절(150)을 반복하여 왕복 회전시켜 상기 미리 실측한 최대값과 일치하는 지점을 검출한다. 제어부(165)는 상기 미리 실측한 최대값과 일치하는 지점을 검출하면, 상기 검출되는 지점을 새로운 기준점으로 재설정 하고, 제어부(165)는 상기 재설정된 기준점을 엔코더(169)의 새로운 원점으로 설정한다. 이 후, 제어부(165)는 상기 재설정된 기준점을 원점으로하는 엔코더(169)로부터 획득한 회전 정보에 기초하여 관절(150) 및 연결부(130)의 위치를 조정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 제어부(165)는 엔코더(169)를 통해 관절(150)이 상기 기준점에 있다고 추정된 경우에 가속도계(167)로부터 획득한 가속도값과 미리 실측한 최대값이 서로 상이하면, 상기 미리 실측한 최대값을 재검출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(165)는 관절(150)을 재차 왕복 회전시켜 가속도계(167)로부터 가속도 값들을 재측정하고, 측정된 가속도 값 중 최대값을 갖는 관절(150)의 위치를 새로운 기준 위치인 기준점으로 재설정하면서, 상기 재검출된 최대값을 미리 실측된 최대값으로 재설정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제어부(165)는 관절(150)과 연결부(130)의 연결 상태에 대한 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 제어부(165)는 엔코더(169)를 통해 관절(150)이 기준점에 있다고 추정되는 경우에 획득한 가속도계(167)의 값과 상기 미리 실측된 최대값이 상이하면, 외부의 표시부나 스피커 등으로 경고 신호를 출력한다. 사용자는 상기 경고 신호에 의해 관절(150)의 연결 상태에 점검이 필요함을 인지할 수 있다.

예를 들면, 엔코더(169)의 값이 -90도일 때에, 관절(150)의 위치가 기준 위치인 기준점에 있도록 설정될 수 있다. 이 경우, 제어부(165)는 엔코더(169)의 값이 -90도가 될 때까지 관절(150)을 회전시켜 관절(150)을 기준점에 위치시킨다. 이때, 제어부(165)는 가속도계(167)를 통해 가속도 값 획득할 수 있다. 제어부(165)는 획득한 가속도 값과 상기 미리 실측한 최대값을 비교한다. 제어부(165)는, 상기 미리 실측한 최대값과 엔코더(169) 값이 -90도일 때에 측정된 가속도 값이 서로 상이하다면, 상기 외부의 표시부나 스피커에 알림 신호가 발생되는 제어 신호를 출력한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 로봇 시스템(100)은 제1 관절(151)을 회전시키는 제1 액추에이터(163), 제1 감속기(161-1), 제1 회전축(110-1), 제1 엔코더(169), 제2 관절(152)을 회전시키는 제2 액추에이터(163), 제2 감속기(161-2), 제2 회전축(110-2), 제2 엔코더(169). 가속도계(167) 제어부(165) 및 충돌부(170)를 포함한다.

충돌부(170)는 제1 관절(151) 및 지지부(120)에 형성된다. 충돌부(170)는 제1 관절(151)에 설치된 제1 돌기(171)와, 지지부(120)에 설치된 제2 돌기(173)를 포함한다. 충돌부(170)는 제1 관절(151)이 기준점에 도달하면 제1 돌기(171)와 제2 돌기(173)가 충돌하여 로봇 시스템(100)에 진동을 발생시킬 수 있다. 한편, 충돌부(170)는 제1 회전축(110-1)의 회전에 방해되지 않도록 유연하게 설계된다.

일 실시예에 따르면, 제어부(165)는 제1 관절의 기준점인 제1 기준점을 충돌부(170)의 진동 및 가속도계(167)를 이용하여 설정할 수 있다. 제어부(165)는 제1 관절(151)을 회전시켜 충돌부(170)의 제1 돌기(171)와 제2 돌기(173)가 충돌되도록 한다. 제1 돌기(171)와 제2 돌기(173)가 충돌하면, 가속도계(167)로 진동이 전달되고, 가속도계(167)의 가속도 값이 순간적으로 증가한다. 제어부(165)는 가속도계(167)의 가속도 값이 순간적으로 증가할 때의 제1 관절(151)의 위치를 기준점으로 설정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 복수의 관절(150)을 포함하는 로봇 시스템(100)에서 최상단의 관절인 제5 관절(155)에만 가속도계(167)를 설치하고, 제5 관절(155)을 제외한 나머지 관절들(151 내지 154)에 제1 돌기(171)가 포함될 수 있다. 구체적으로, 로봇 시스템(100)은 제1 관절(151)에 설치된 제1 돌기(미도시) 및 지지부(120)에 설치된 제2 돌기(미도시)를 포함하는 제1 충돌부(미도시), 제2 관절(152)에 설치된 제1 돌기(미도시) 및 제1 연결부(131)에 설치된 제2 돌기(미도시)를 포함하는 제2 충돌부(미도시), 제3 관절(153)에 설치된 제1 돌기(미도시) 및 제2 연결부(132)에 설치된 제2 돌기(미도시)를 포함하는 제3 충돌부(미도시), 제4 관절(154)에 설치된 제1 돌기(미도시) 및 제3 연결부(133)에 설치된 제2 돌기(미도시)를 포함하는 제4 충돌부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(165)는 상기 최상단에 배치된 제5 관절(155)에 배치된 가속도계(167)를 통해 나머지 관절들(151 내지 154)의 기준점을 설정할 수 있다. 즉, 제어부(165)는 나머지 관절들(151 내지 154) 중 어느 하나를 회전시켜 상기 어느 하나의 관절에 포함된 충돌부(170)에서 발생하는 진동을 제5 관절(155)에 배치된 가속도계(167)로 감지한다. 제어부(165)는 가속도계(167)로부터 진동이 감지되는 시점에 상기 어느 하나의 관절들(151 내지 154)의 위치를 기준점으로 설정한다. 이와 같은 방법으로 나머지 관절들에 대한 기준점을 설정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 로봇 시스템(100)은 제1 관절(151), 제2 관절(152), 제3 관절(153), 제4 관절(154) 및 제5 관절(155)을 포함한다.

제1 관절(151)은 중력 방향과 수평한 회전축(110)에 설치되며, 제2 관절(152), 제3 관절(153) 및 제4 관절(154)은 중력 방향과 소정의 각도를 갖는 회전축(110)에 설치되고, 제5 관절(155)은 중력 방향과 수평한 회전축(110)에 설치된다. 한편, 제1 관절(151)의 기준점을 제1 기준점으로, 제2 관절(152)의 기준점을 제2 기준점으로, 제3 관절(153)의 기준점을 제3 기준점으로, 제4 관절(154)의 기준점을 제4 기준점으로, 제5 관절(155)의 기준점을 제5 기준점으로 정의한다.

일 실시예에 따르면, 제1 관절(151)은 로봇이 기준 자세가 될 때에 진동을 발생하는 충돌부(170)를 포함하고 있다. 제2 관절(152) 내지 제4 관절(154) 각각에는 로봇 시스템(100)이 기준 자세(즉, 관절들이 기준점에 각각 위치될 때)가 될 때에 가장 큰 가속도값을 갖도록 제2 가속도계(167) 내지 제4 가속도계(167) 각각이 설치되어 있다. 한편, 제5 관절(155)은 제5 관절(155)에 설치된 회전축(110)이 중력 방향과 소정의 각도를 이루도록 조정이 되면 상기 제5 기준점에서 가장 큰 가속도값이 측정되도록 제5 가속도계(167)가 설치되어 있다. 한편, 상기 소정의 각도는 중력 방향과 회전축(110)의 사이각이 0도를 초과하고 90도 미만 중 어느 한 값으로 설정된다.

일 실시예에 따르면, 제어부(165)는 제1 관절(151)에 설치된 가속도계(167)의 신호에 기초하여 상기 제1 기준점을 설정할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 로봇 시스템(100)은 제1 관절(151)에 설치된 제1 돌기(171) 및 지지부(120)에 설치된 제2 돌기(173)를 포함하는 충돌부(170)를 포함한다. 제1 관절(151)에 설치된 가속도계(167)는 충돌부(170)의 제1 돌기 및 제2 돌기가 충돌하는 시점에서 순간적으로 가속도값이 증가한다. 제어부(165)는 가속도계(167)의 가속도 값이 순간적으로 증가하는 지점에서 제1 관절(151)의 위치를 상기 제1 기준점으로 설정한다. 이후, 제어부(165) 상기 제1 기준점을 는 제1 관절(151)에 포함된 엔코더(169)의 원점으로 설정하고 제1 관절(151)의 회전 및 위치 변화를 측정할 수 있다.

한편, 제5 관절(155)은 중력 방향과 수평한 회전축(110)을 기준으로 회전한다. 이 경우, 제5 관절(155)에 포함된 제5 가속도계(167)는 최대값을 갖는 지점에서 상기 제5 기준점을 설정하기 어렵다. 이런 점에서, 제어부(165)는 제5 관절(155)의 회전축(110)이 중력 방향과 소정의 각도를 가질 때까지 제4 관절(154)을 회전시킨다. 이 후, 제어부(165)는 제5 관절(155)을 왕복 회전시켜 제5 관절(155)에 설치된 가속도계(167)로 측정된 가속도값 중 최대값을 갖는 지점을 검출한다. 제어부(165)는 상기 검출된 지점에서의 제5 관절(155)의 위치를 상기 제5 기준점으로 설정한다

일 실시예에 따르면, 제어부(165)는 최하단인 제1 관절(151)부터 최상단인 제5 관절(155)까지 순차적으로 상기 제1 내지 제5 기준점을 각각 설정할 수 있다. 제어부(165)는 충돌부(170)에서 진동이 발생한 지점을 제1 관절(151)의 상기 제1 기준점으로 설정한다. 이 후, 제어부(165)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 관절(152)을 왕복 회전시켜 제2 관절(152)의 위치에 따른 가속도 값들을 측정하고, 상기 측정된 가속도 값들 중 최대값을 갖는 제2 관절(152)의 위치를 상기 제2 기준점으로 설정한다. 이 후, 제어부(165)는 제3 관절(153)을 왕복 회전시켜 제3 관절(153)의 위치에 따른 가속도 값들을 측정하고, 상기 측정된 가속도 값들 중 최대값을 갖는 제3 관절(153)의 위치를 상기 제3 기준점으로 설정한다. 다음으로, 제어부(165)는 제4 관절(154)을 왕복 회전시켜 제4 관절(154)의 위치에 따른 가속도 값들을 측정하고, 상기 측정된 가속도 값들 중 최대값을 갖는 제4 관절(154)의 위치를 상기 제4 기준점으로 설정한다.

다음으로, 제어부(165)는 제5 관절(155)에 설치된 회전축(110)이 중력 방향과 소정의 각도를 갖도록 제4 관절(154)을 회전시킨다. 제어부(165)는 제5 관절(155)을 왕복 회전시켜 제5 관절의 위치에 따른 가속도 값들을 측정하고, 상기 측정된 가속도 값들 중 최대값을 갖는 제5 관절(155)의 위치를 상기 제5 기준점으로 설정한다.

다른 실시예에 따르면, 로봇 시스템(100)은 제5 관절(155)에만 가속도계(167)를 포함하고, 제1 관절과 지지부 사이, 제2 관절과 제1 연결부 사이, 제3 관절과 제2 연결부 사이, 제4 관절과 제3 연결부 사이 각각에 제1 내지 제4 충돌부(미도시) 각각을 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(165)는 제1 관절(151)을 회전시켜 제1 관절(151)에 대응하는 충돌부인 제1 충돌부(미도시)에 진동이 발생하는 지점을 제5 관절(155)에 포함된 가속도계(167)를 통해 검출하고, 그 지점에서 제1 관절(151)의 위치를 상기 제1 기준점으로 설정한다. 마찬가지로, 제2 관절(152)에 대응하여 설치된 충돌부인 제2 충돌부(미도시)의 진동이 발생하는 지점, 제3 관절(153)에 대응하여 설치된 제3 충돌부(미도시)의 진동이 발생하는 지점, 제4 관절(154)에 대응하여 설치된 제4 충돌부(미도시)의 진동이 발생하는 지점을 순차적으로 제5 관절(155)에 설치된 가속도계(미도시)를 통해 검출하여 상기 제2 기준점, 상기 제3 기준점, 상기 제4 기준점을 각각 설정할 수 있다. 한편, 제1 충돌부(미도시)는 제1 관절(151)이 기준 위치에 있을 때에, 제2 충돌부(미도시)는 제2 관절(152)이 기준 위치에 있을 때에, 제3 충돌부(미도시)는 제3 관절(153)이 기준 위치에 있을 때에, 제4 충돌부(미도시)는 제4 관절(154)이 기준 위치에 있을 때에, 제1 돌기 및 제2 돌기가 충돌하여 진동을 발생한다.

이 경우, 하나의 가속도계만으로 복수의 관절의 기준점을 설정할 수 있어, 로봇 시스템(100)의 제조비 절감 및 로봇 시스템(100)의 구조를 간소화할 수 있다.

본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 로봇 시스템
101: 로봇
110: 회전축
120: 지지부
130: 연결부
150: 관절
161: 감속기
163: 액추에이터
165: 제어부
167: 가속도계
169: 엔코더
170: 충돌부
171: 제1 돌기
173: 제2 돌기

Claims (6)

1. 제1 연결부와 제2 연결부 사이에 연결되고, 회전축을 중심으로 회전하는 관절;
   상기 관절을 회전하도록 구동하는 액추에이터;
   상기 관절에 설치되어 상기 관절의 회전 운동에 따른 가속도 값을 측정하는 가속도계; 및
   상기 가속도계가 측정한 가속도 값에 기초하여 상기 관절의 위치의 기준점을 설정하는 제어부;를 포함하는 로봇 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 관절을 왕복 회전시켜 상기 관절의 위치에 대응하는 가속도 값들을 상기 가속도계로부터 획득하며,
   상기 가속도 값들 중 최대값을 검출하고, 상기 검출된 최대값에 대응하는 상기 관절의 위치를 기준점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 관절의 회전 방향, 회전 각도, 회전수 및 회전량 중 적어도 하나를 포함하는 회전 정보를 검출하는 엔코더;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 가속도계에 기초하여 상기 기준점을 설정하면서 상기 기준점에서 검출된 회전 정보를 상기 엔코더의 원점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 로봇 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 엔코더가 검출된 회전 정보를 통해 상기 관절이 기준점에 위치한 것으로 추정될 때에 상기 가속도계의 가속도 값을 획득하고,
   상기 획득한 가속도 값과 상기 검출된 최대값이 상이하면, 상기 엔코더의 원점을 재설정하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 관절의 위치가 상기 기준점에 도달하면 충돌하여 진동을 발생하는 제1 돌기 및 제2 돌기를 포함하는 충돌부;를 더 포함하고,
   상기 제1 돌기는 상기 관절에 형성되고, 상기 제2 돌기는 상기 제1 연결부에 형성되는 로봇 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 충돌부에 의해 발생한 진동에 대응하는 가속도 값이 검출되는 상기 관절의 위치를 상기 기준점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.

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