KR20200091238A

KR20200091238A - Master device for robot and robot control system having the same

Info

Publication number: KR20200091238A
Application number: KR1020190008275A
Authority: KR
Inventors: 박종원; 최영수
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-07-30
Also published as: KR102168774B1

Abstract

The present invention discloses a robot master apparatus comprising: a skeleton unit which is worn on an upper body, and is provided with a plurality of joints and allowing free movement of a wearer′s arm in a worn state; a sensor unit disposed at a joint, and configured to measure a change in a rotation angle occurring in the joint according to movement of a shoulder joint and an elbow joint of the wearer; and a control unit configured to measure a posture of the wearer′s arm using a sensing value received from the sensor unit and transmit a control signal corresponding to the posture of the arm to a slave robot.

Description

A master device of a robot and a robot control system having the same{MASTER DEVICE FOR ROBOT AND ROBOT CONTROL SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 슬레이브 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇의 마스터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a master device of a robot for controlling the operation of a slave robot.

사람의 접근이 불가능한 위험한 작업환경에서도 사람을 대신하여 임무를 수행할 수 있는 로봇의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 특히 휴머노이드(humanoid) 즉, 인간의 형태를 모습으로 하는 인간형 로봇의 팔의 경우 포크레인과 같은 중장비와 달리 사람의 팔의 구조와 동일하여 사람이 하는 작업을 쉽게 모사할 수 있어 가능한 작업의 종류가 다양하며 활용도가 높다.The development of robots that can perform tasks on behalf of people is being actively conducted even in a dangerous work environment where humans cannot access. In particular, in the case of a humanoid, that is, a humanoid robot arm in the form of a human, unlike heavy equipment such as a fork lane, the structure of a human arm is the same as that of a human arm, so it is possible to easily simulate the work performed by a person, so the types of possible work are diverse. And high utilization.

하지만, 휴머노이드 로봇의 팔은 자유도가 높고 각각의 조인트 구성이 복잡하여 종래의 일반적인 조이스틱이나 키보드, 레버 등을 적용하여 제어하는 것이 불가능하지는 않지만, 로봇 팔의 3차원 움직임을 직관적으로 표현하는 데에는 어려움이 따르며 공간에서의 위치 파악이 쉽지 않아 조작 실수나 오작동이 발생하기 쉽다. 또한, 휴머노이드 로봇을 이용한 일반적인 작업의 수행을 위하여 비교적 오랜 훈련 시간을 필요로 하는 등의 한계점을 가지고 있다.However, the humanoid robot's arm has a high degree of freedom and each joint configuration is complicated, so it is not impossible to control by applying a conventional general joystick, keyboard, lever, etc., but it is difficult to intuitively express the 3D movement of the robot arm. As it is not easy to locate in the space, operation errors or malfunctions are likely to occur. In addition, it has limitations such as requiring a relatively long training time to perform a general operation using a humanoid robot.

이에 따라, 휴머노이드 로봇의 팔을 직관적으로 제어하기 위한 외골격 마스터 장치의 개발이 이루어지고 있으나, 종래의 착용형 로봇 마스터 장치의 경우 부피가 크고 무거우며 로봇과 유선으로 연결된 형태로 이루어져 있어, 작업 시 사용자의 자유로운 활동에 많은 제약이 발생하는 한편, 로봇의 제어가 효과적으로 이루어지지 못하는 현상들이 발생한다.Accordingly, the development of the exoskeleton master device for intuitively controlling the arm of the humanoid robot has been developed, but in the case of the conventional wearable robot master device, it is bulky, heavy, and connected to the robot in a wired manner, so that the user at work While there are many restrictions on the free activities of the robot, there are phenomena in which the control of the robot is not effectively achieved.

따라서, 휴머노이드 로봇을 이용한 작업 시 사용자의 움직임을 제약하는 요소를 크게 줄이면서 휴머노이드 로봇의 팔을 직관적으로 제어할 수 있는 마스터 장치의 개발이 고려될 수 있다.Accordingly, the development of a master device capable of intuitively controlling the arm of a humanoid robot may be considered while greatly reducing factors that restrict a user's movement when working with a humanoid robot.

본 발명의 일 목적은, 사용자에게 착용 가능한 형태로 이루어져 있으며, 마스터 장치의 착용 및 조작이 용이하도록 간결한 구조를 가지면서도 정밀한 휴머노이드 로봇의 제어를 수행할 수 있는 로봇의 마스터 장치를 제공하는 데에 있다.One object of the present invention is to provide a master device of a robot that is made of a wearable form to a user and has a concise structure so that the master device can be easily worn and manipulated, and can perform precise humanoid robot control. .

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 로봇의 마스터 장치는, 상체에 착용되며, 복수의 조인트를 구비하여 착용된 상태에서 착용자 팔의 자유로운 움직임이 가능하도록 구성되는 골격부; 상기 조인트에 배치되고, 상기 착용자의 어깨 관절 및 팔꿈치 관절의 움직임에 따라 상기 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화를 측정하도록 이루어지는 센서부; 및 상기 센서부로부터 수신되는 센싱값을 이용하여 상기 착용자의 팔의 자세를 측정하고 상기 팔의 자세에 대응하는 제어신호를 슬레이브 로봇으로 전달하도록 이루어지는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 마스터 장치를 개시한다.In order to achieve the above-described problem of the present invention, the master device of the robot of the present invention is worn on the upper body and is provided with a plurality of joints, and is configured to enable free movement of the wearer's arm while being worn; A sensor unit disposed in the joint and configured to measure a change in a rotation angle occurring in the joint according to the movement of the shoulder joint and elbow joint of the wearer; And a control unit configured to measure a posture of the wearer's arm using a sensing value received from the sensor unit and transmit a control signal corresponding to the posture of the arm to a slave robot. It starts.

상기 조인트는, 상기 팔꿈치 관절의 움직임의 1자유도에 대응하는 제1 조인트; 및 상기 어깨 관절의 움직임의 3자유도에 대응하는 제2 조인트를 포함하고, 상기 제2 조인트는, 각각 상기 어깨 관절의 롤(roll)축 회전, 피치(pitch)축 회전, 요(yaw)축 회전에 따라 움직임이 발생하도록 이루어지는 롤축 조인트, 피치축 조인트, 요축 조인트를 구비하고, 상기 요축 조인트는, 상기 제1 조인트와 결합된 상태에서 상기 어깨 관절의 요축 회전이 발생하는 경우 움직임이 일어나도록 이루어질 수 있다.The joint includes: a first joint corresponding to one degree of freedom of movement of the elbow joint; And a second joint corresponding to three degrees of freedom of movement of the shoulder joint, wherein the second joint includes a rotation of a roll axis, a rotation of a pitch axis, and a rotation of a yaw axis, respectively. It is provided with a roll shaft joint, a pitch shaft joint, and a yaw shaft joint made to move according to the movement, and the yaw joint can be made to move when the rotation of the yaw axis of the shoulder joint occurs in a state of being coupled with the first joint. have.

상기 제1 조인트는, 상기 착용자의 상박 부위의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제1 엘보프레임; 및 상기 제1 엘보프레임과 회전 가능하게 결합되며, 상기 착용자의 하박 부위의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 제2 엘보프레임을 구비하고, 상기 제2 조인트는, 각각 순차적으로 상호 회전 가능하게 결합되는 제1 연결프레임, 제2 연결프레임, 제3 연결프레임, 제4 연결프레임을 구비하며, 상기 롤축 조인트는 상기 제1 및 제2 연결프레임의 결합으로 형성되고, 상기 피치축 조인트는 상기 제2 및 제3 연결프레임의 결합으로 형성되며, 상기 요축 조인트는 상기 제3 및 제4 연결프레임의 결합으로 형성될 수 있다.The first joint may include a first elbow frame formed to surround at least a portion of the wearer's upper arm region; And a second elbow frame that is rotatably coupled with the first elbow frame and is formed to surround at least a portion of the lower part of the wearer, wherein the second joint is sequentially rotatably coupled to each other. It has a first connection frame, a second connection frame, a third connection frame, and a fourth connection frame, wherein the roll shaft joint is formed by a combination of the first and second connection frames, and the pitch shaft joint is the second and second It is formed by a combination of three connecting frames, and the yaw joint can be formed by combining the third and fourth connecting frames.

상기 센서부는, 상기 제1 및 제2 엘보프레임의 상호 연결 부분에 배치되는 엘보센서; 및 상기 제1 내지 제4 연결프레임의 상호 연결 부분에 각각 배치되는 롤축센서, 피치축센서, 요축센서를 구비하고, 상기 제4 연결프레임의 하단과 상기 제1 엘보프레임의 상단은 상호 회전 가능하게 결합되며, 상기 어깨 관절에서 요축 회전이 발생하는 경우, 상기 착용자의 상박이 요축 회전됨에 따라 상기 제4 연결프레임의 상단을 중심으로 상기 제4 연결프레임의 하단이 회전을 일으키면서 상기 요축센서에서 상기 어깨 관절의 요축 회전에 대한 회전 각도의 변화값을 측정하도록 이루어질 수 있다.The sensor unit, the elbow sensor disposed on the interconnection portion of the first and second elbow frames; And a roll axis sensor, a pitch axis sensor, and a yaw axis sensor, respectively disposed on the interconnecting portions of the first to fourth connecting frames, and the lower end of the fourth connecting frame and the upper end of the first elbow frame are mutually rotatable. When the rotation of the yaw axis occurs in the shoulder joint, as the upper arm of the wearer rotates the yaw axis, the lower end of the fourth connection frame rotates around the upper end of the fourth connection frame, and the yaw axis sensor detects the rotation. It may be made to measure a change value of the rotation angle with respect to the rotation of the yaw axis of the shoulder joint.

상기 제1 연결프레임은 상기 착용자의 정중선(midline)에서 어깨 관절 부분까지 연장 형성되고, 상기 제3 연결프레임은 상기 착용자의 팔꿈치 관절 부분에서 상박을 따라 어깨 관절 부분까지 연장 형성되며, 상기 제2 연결프레임은 상기 착용자의 어깨 관절 부분까지 연장된 상기 제1 및 제3 연결프레임의 일단과 회전 가능하게 결합되도록 형성되고, 상기 어깨 관절에서 롤축 및 피치축 회전이 발생하는 경우, 상기 착용자의 상박이 롤축 및 피치축 회전됨에 따라 상기 제1 내지 제3 연결프레임의 연결 부분이 회전을 일으키면서 상기 롤축센서 및 피치축센서에서 각각 상기 어깨 관절의 롤축 및 피치축 회전에 대한 회전 각도의 변화값을 측정하도록 이루어질 수 있다.The first connection frame is formed to extend from the wearer's midline to the shoulder joint, and the third connection frame extends from the wearer's elbow joint to the shoulder joint, and the second connection The frame is formed to be rotatably coupled with one end of the first and third connecting frames extending to the shoulder joint portion of the wearer, and when the roll shaft and the pitch shaft rotation occur at the shoulder joint, the wearer's upper arm roll shaft And as the pitch axis is rotated, the connecting portions of the first to third connection frames cause rotation, and the roll axis sensor and the pitch axis sensor respectively measure the change value of the rotation angle with respect to the roll axis and the pitch axis rotation of the shoulder joint. It can be done.

상기 센서부는, 상기 착용자가 상기 골격부를 착용한 후 상기 복수의 조인트 상에서 외부로 드러나도록 배치될 수 있다.The sensor unit may be arranged such that the wearer is exposed to the outside on the plurality of joints after wearing the skeleton.

상기 제1 및 제2 엘보프레임과 상기 제1 내지 제4 연결프레임은, 상기 착용자의 신체 치수가 달라짐에 따라 각각 길이가 조절 가능하도록 이루어질 수 있다.The first and second elbow frames and the first to fourth connecting frames may be made to be adjustable in length as the wearer's body dimensions change.

상기 제2 조인트는, 상기 착용자의 상박 부위의 둘레를 감싸 고정시키도록 이루어지는 상박고정부를 더 포함할 수 있다.The second joint may further include an upper arm fixing portion configured to wrap and fix the circumference of the upper arm portion of the wearer.

상기 제1 조인트는, 상기 착용자의 하박 부위의 둘레를 감싸 고정시키도록 이루어지는 하박고정부를 더 포함할 수 있다.The first joint may further include a lower arm fixing portion configured to wrap and fix the circumference of the lower arm portion of the wearer.

상기 착용자의 시야 상에 배치되도록 구성되며, 상기 슬레이브 로봇에서 획득되는 영상정보를 수신받아 상기 착용자에게 제공하도록 이루어지는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.It is configured to be disposed on the wearer's field of view, and may further include a display unit configured to receive image information obtained from the slave robot and provide it to the wearer.

상기 착용자의 손 부위에 장착되며, 상기 착용자의 손가락 동작을 인식하도록 구성되는 손동작감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 손동작감지부로부터 수신되는 상기 손가락 동작에 관한 신호를 처리하여 상기 슬레이브 로봇으로 전달하도록 이루어질 수 있다.It is mounted on the part of the wearer's hand, and further includes a hand motion detection unit configured to recognize the wearer's finger motion, and the controller processes a signal related to the finger motion received from the hand motion detection unit and transmits it to the slave robot. Can be made.

한편, 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 로봇의 마스터 장치를 구비하는 로봇 제어 시스템을 제안한다. 상기 로봇 제어 시스템은, 작업환경에서 원격으로 제어되도록 이루어지는 슬레이브 로봇; 및 상기 슬레이브 로봇이 위치하는 공간과 다른 공간에서 상기 슬레이브 로봇을 제어하도록 이루어지는 로봇의 마스터 장치를 포함하고, 상기 로봇의 마스터 장치는, 상체에 착용되며, 복수의 조인트를 구비하여 착용된 상태에서 착용자 팔의 자유로운 움직임이 가능하도록 구성되는 골격부; 상기 조인트에 배치되고, 상기 착용자의 어깨 관절 및 팔꿈치 관절의 움직임에 따라 상기 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화를 측정하도록 이루어지는 센서부; 및 상기 센서부로부터 수신되는 센싱값을 이용하여 상기 착용자의 팔의 자세를 측정하고 상기 팔의 자세에 대응하는 제어신호를 상기 슬레이브 로봇으로 전달하도록 이루어지는 제어부를 포함한다.On the other hand, in order to realize the above problems, the present invention proposes a robot control system having a master device for a robot. The robot control system includes a slave robot configured to be remotely controlled in a working environment; And a master device of a robot configured to control the slave robot in a space different from the space in which the slave robot is located, wherein the master device of the robot is worn on the upper body and is provided with a plurality of joints, and worn by a wearer in a worn state. Skeletal portion configured to enable free movement of the arm; A sensor unit disposed in the joint and configured to measure a change in a rotation angle occurring in the joint according to the movement of the shoulder joint and elbow joint of the wearer; And a control unit configured to measure the posture of the wearer's arm using the sensing value received from the sensor unit and transmit a control signal corresponding to the posture of the arm to the slave robot.

본 발명에 의하면, 마스터 장치의 간결한 구조적 특징으로 큰 부피와 무게로 인한 착용자의 불편함을 크게 줄일 수 있는 한편, 마스터 장치의 착용자의 보다 자유로운 움직임을 가능하게 하여 직관적이며 정교한 로봇 제어가 이루어질 수 있다. 또한, 로봇과 마스터 장치가 무선으로 통신 가능하여 로봇의 제어를 위한 공간적인 제약을 거의 받지 않을 수 있다.According to the present invention, due to the concise structural characteristics of the master device, it is possible to greatly reduce the wearer's discomfort due to the large volume and weight, while enabling more freedom of movement of the wearer of the master device, thereby enabling intuitive and sophisticated robot control. . In addition, since the robot and the master device can communicate wirelessly, there may be little space limitation for controlling the robot.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 마스터 장치를 착용한 착용자와 마스터 장치에 의해 제어되는 슬레이브 로봇을 개념적으로 나타낸 도면.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각, 도 1에 도시된 로봇의 마스터 장치를 착용한 착용자의 정면도, 측면도, 후면도.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 착용자의 어깨 관절과 팔꿈치 관절의 3축 및 1축 회전을 설명하기 위한 개념도들.
도 4a는 도 1에 도시된 로봇의 마스터 장치를 나타낸 사시도.
도 4b, 도 4c는 각각, 도 4a에 도시된 로봇의 마스터 장치의 정면도 및 후면도.
도 5는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 요축 조인트에서 발생되는 회전 동작을 설명하기 위한 개념도.1 is a view conceptually showing a wearer wearing a master device of a robot and a slave robot controlled by the master device according to an embodiment of the present invention.
2A, 2B, and 2C are a front view, a side view, and a rear view of a wearer wearing the master device of the robot shown in FIG. 1, respectively.
3A and 3B are conceptual views for explaining 3-axis and 1-axis rotation of the shoulder joint and elbow joint of the wearer illustrated in FIG. 1.
Figure 4a is a perspective view showing the master device of the robot shown in Figure 1;
4B and 4C are front and rear views, respectively, of the master device of the robot shown in FIG. 4A.
5 is a conceptual view for explaining the rotational action occurring in the yaw axis joint shown in Figures 4a to 4c.

이하, 본 발명에 관련된 로봇의 마스터 장치 및 이를 구비하는 로봇 제어 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a master device of a robot related to the present invention and a robot control system having the same will be described in more detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 마스터 장치(100)를 착용한 착용자(10)와 마스터 장치(100)에 의해 제어되는 슬레이브 로봇(20)을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각, 도 1에 도시된 로봇의 마스터 장치(100)를 착용한 착용자(10)의 정면도, 측면도, 후면도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 착용자(10)의 어깨 관절(S)과 팔꿈치 관절(E)의 3축 및 1축 회전을 설명하기 위한 개념도들이다.1 is a view conceptually showing a wearer 10 wearing a master device 100 of a robot and a slave robot 20 controlled by the master device 100 according to an embodiment of the present invention. 2B and 2C are respectively a front view, a side view, and a rear view of a wearer 10 wearing the master device 100 of the robot shown in FIG. 1, and FIGS. 3A and 3B are wearers shown in FIG. 1 ( These are conceptual diagrams for explaining 3 and 1 axis rotation of the shoulder joint (S) and elbow joint (E) of 10).

도 1 내지 도 3b를 참조하면, 로봇의 마스터 장치(100, 이하 '마스터 장치'라 한다)는 골격부(110), 센서부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.1 to 3B, the master device of the robot (hereinafter referred to as a “master device”) includes a skeleton unit 110, a sensor unit 120, and a control unit 130.

골격부(110)는 마스터 장치(100)를 착용하는 착용자(10)의 신체에서 상체 부위에 착용되도록 이루어질 수 있다. 또한, 골격부(110)는 복수의 조인트를 구비하여 착용자(10)가 마스터 장치(100)를 착용한 상태에서 착용자(10) 팔(A)의 자유로운 움직임이 가능하도록 구성될 수 있다. 참고로 상기 상체는 착용자(10)의 신체의 윗부분을 의미하며, 상기 팔은 착용자(10)의 어깨와 손목 사이의 부분을 의미한다. 또한, 골격부(110)의 재질은 플라스틱 또는 경량의 금속재질로 형성될 수 있다.Skeletal portion 110 may be made to be worn on the upper body portion of the body of the wearer 10 wearing the master device 100. In addition, the skeleton portion 110 may be configured to have a plurality of joints so that the wearer 10 can freely move the arm A of the wearer 10 while wearing the master device 100. For reference, the upper body means the upper part of the body of the wearer 10, and the arm means the part between the shoulder and the wrist of the wearer 10. In addition, the material of the skeleton portion 110 may be formed of plastic or a lightweight metal material.

상기 착용자(10)의 팔(A) 동작이 자유롭게 이루어질 수 있도록, 상기 복수의 조인트는 제1 조인트(111)와 제2 조인트(112)를 포함할 수 있다.The plurality of joints may include a first joint 111 and a second joint 112 so that the motion of the arm A of the wearer 10 can be freely performed.

제1 조인트(111)는 도 2a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 마스터 장치(100)가 착용자(10)에게 착용된 상태에서 팔꿈치 관절(E)의 움직임의 1축 1자유도 움직임에 대응되도록 이루어질 수 있다.The first joint 111, as shown in Figures 2a to 3b, so that the master device 100 corresponds to the uniaxial 1 degree of freedom movement of the movement of the elbow joint (E) in a state worn by the wearer 10 It can be done.

제2 조인트(112)는 상기 착용자(10)의 어깨 관절(S)의 움직임의 3축 3자유도 움직임에 대응되도록 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제2 조인트(112)는 롤축 조인트(112a), 피치축 조인트(112b), 요축 조인트(112c)를 구비할 수 있다. 참고로 상기 어깨 관절(S)에서 착용자(10)의 목의 아래 끝에서 상기 팔(A)의 위 끝에 이르는 부분에 위치하는 관절을 의미한다.The second joint 112 may be made to correspond to a three-axis three degree of freedom movement of the movement of the shoulder joint S of the wearer 10. Here, the second joint 112 may include a roll shaft joint 112a, a pitch shaft joint 112b, and a yaw shaft joint 112c. For reference, the shoulder joint (S) means a joint located at a portion from the lower end of the neck of the wearer 10 to the upper end of the arm (A).

롤축 조인트(112a)는 상기 착용자(10)의 어깨 관절(S)의 롤(roll)축 회전에 따라 움직임이 발생하도록 이루어지고, 피치축 조인트(112b)는 착용자(10)의 피치(pitch)축 회전에 따라 움직임이 발생하도록 이루어지며, 요축 조인트(112c)는 착용자의 요(yaw)축 회전에 따라 움직임이 발생하도록 이루어진다.The roll shaft joint 112a is made to move according to the rotation of the roll shaft of the shoulder joint S of the wearer 10, and the pitch shaft joint 112b is the pitch shaft of the wearer 10 The movement is made to occur in accordance with the rotation, and the yaw axis joint 112c is made to move in accordance with the rotation of the yaw axis of the wearer.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 롤축, 피치축, 요축 회전은 3축으로 이루어지는 좌표계에서 각각의 축을 중심으로 회전하는 3자유도를 가지는 동작을 의미한다.3A and 3B, the roll axis, the pitch axis, and the yaw axis rotation refer to an operation having three degrees of freedom to rotate about each axis in a coordinate system composed of three axes.

먼저, 상기 롤축 조인트(112a)는 도 2a에 도시된 바와 같이 착용자(10)의 팔(A)에 롤축 회전이 발생하는 경우 이에 대응하여 회전하는 움직임이 발생하도록 이루어진다.First, the roll shaft joint 112a is made to generate a rotational movement corresponding to a roll shaft rotation in the arm A of the wearer 10 as shown in FIG. 2A.

다음으로, 상기 피치축 조인트(112b)는 도 2b에 도시된 바와 같이 착용자(10)의 팔(A)에 피치축 회전이 발생하게 되면 이에 대응하여 회전하는 움직임이 발생하도록 이루어진다.Next, the pitch shaft joint 112b is made to generate a rotational movement corresponding to the rotation of the pitch shaft when the arm A of the wearer 10 occurs as shown in FIG. 2B.

마지막으로, 도 2c에 도시된 바와 같이 착용자(10)의 팔(A)에 요축 회전이 발생할 경우, 상기 요축 조인트(112c)는 상기 제1 조인트(111)와 결합된 상태에서 회전하는 움직임이 발생하도록 이루어진다. 이와 같이 착용자(10)의 어깨 관절(S)에서 3축을 기준으로 움직임이 발생되면 상기 롤축 조인트(112a), 피치축 조인트(112b), 요축 조인트(112c)에서 회전하는 움직임이 발생하게 되고, 이에 따라 후술하는 센서부(120)를 통하여 상기 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화량의 측정이 가능하도록 구성된다.Finally, as shown in Figure 2c, when the yaw axis rotation occurs on the arm A of the wearer 10, the yaw axis joint 112c rotates while being coupled with the first joint 111. Is done. As described above, when movement occurs on the shoulder joint S of the wearer 10 based on three axes, a rotational movement occurs in the roll shaft joint 112a, the pitch shaft joint 112b, and the yaw shaft joint 112c. Accordingly, it is configured to measure the amount of change in the rotation angle generated in the joint through the sensor unit 120 to be described later.

여기서, 상기 제1 조인트(111)와 상기 제2 조인트(112)에 대한 보다 상세한 설명은 이하 도 4a 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.Here, a more detailed description of the first joint 111 and the second joint 112 will be described below with reference to FIGS. 4A to 5.

센서부(120)는 상기 조인트에 배치되며, 상기 착용자(10)가 마스터 장치(100)를 착용한 상태에서, 상기 착용자(10)의 어깨 관절(S) 및 팔꿈치 관절(E)의 움직임에 따라 상기 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화량을 측정하도록 이루어진다. 또한, 상기 센서부(120)는, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 착용자(10)가 골격부(110)를 착용한 후 상기 복수의 조인트 상에서 외부로 드러나도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 센서부(120)에서 고장 또는 오작동이 발생하는 경우 골격부(110)로부터 분리가 용이해지므로, 센서부(120)수리 또는 교체의 편의성을 높일 수 있다.The sensor unit 120 is disposed on the joint, and according to the movement of the shoulder joint S and the elbow joint E of the wearer 10 while the wearer 10 wears the master device 100. It is made to measure the amount of change in the rotation angle occurring in the joint. In addition, the sensor unit 120 may be arranged to be exposed to the outside on the plurality of joints after the wearer 10 wears the skeleton 110 as illustrated in FIGS. 2A to 2C. Accordingly, when a malfunction or malfunction occurs in the sensor unit 120, it is easy to separate from the skeleton unit 110, thereby improving the convenience of repairing or replacing the sensor unit 120.

제어부(130)는 상기 센서부(120)에서 측정되는 센싱값 즉, 상기 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화량을 수신받고 수신받은 데이터를 이용하여 상기 착용자(10)의 팔(A)의 자세를 측정하고 팔(A)의 자세에 대응하는 제어신호를 슬레이브 로봇(20)으로 전달하도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 골격부(110)에 구비되어 상기 착용자(10)의 상체의 전면과 후면을 각각 감싸도록 형성되는 전면보호부(119a)와 후면보호부(119b) 중 후면보호부(119b)에 장착된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 제어부(130)와 슬레이브 로봇(20) 간의 통신은 무선으로 이루어질 수 있다.The control unit 130 measures the posture of the arm A of the wearer 10 using the received and received data of the sensing value measured by the sensor unit 120, that is, the change in rotation angle generated in the joint. And it may be made to transmit a control signal corresponding to the posture of the arm (A) to the slave robot (20). For example, the control unit 130 is provided on the skeletal portion 110 to protect the rear surface of the front protection portion 119a and the rear protection portion 119b, which are respectively formed to surround the front and rear surfaces of the upper body of the wearer 10, respectively. It may be configured in a form attached to the portion (119b). In addition, communication between the control unit 130 and the slave robot 20 may be performed wirelessly.

제어부(130)는 각종 데이터 처리를 위한 마이크로프로세서와 처리되는 데이터의 송수신을 위한 통신장치와 이와 같은 장치들의 구동을 위한 배터리를 포함하도록 구성될 수 있다.The controller 130 may be configured to include a microprocessor for processing various data, a communication device for transmitting and receiving data to be processed, and a battery for driving such devices.

또한, 상기 마이크로프로세서에서 처리되는 제어 프로그램은 센서 데이터 송수신 프로그램, 자세 측정 프로그램, 로봇 제어 프로그램을 포함할 수 있다.In addition, the control program processed by the microprocessor may include a sensor data transmission/reception program, a posture measurement program, and a robot control program.

상기 센서 데이터 송수신 프로그램은, 상기 센서부(120)에서 측정되는 회전 각도의 변화량의 데이터를 입력받아 처리하도록 이루어질 수 있다.The sensor data transmission/reception program may be configured to receive and process data of a change in rotation angle measured by the sensor unit 120.

상기 자세 측정 프로그램은, 상기 센서부(120)로부터 입력된 센서값을 기반으로 마스터 장치(100)의 포지션, 회전 속도, 가속도를 연산하여 처리하도록 이루어질 수 있다.The posture measurement program may be configured to calculate and process the position, rotational speed, and acceleration of the master device 100 based on the sensor value input from the sensor unit 120.

상기 로봇 제어 프로그램은, 상기 자세 측정 프로그램을 통하여 처리된 마스터 장치(100)의 자세를 기반으로 상기 슬레이브 로봇(20)을 제어하도록 구성되며, 마스터 장치(100)의 상기 조인트의 각도와 실제 슬레이브 로봇(20)의 각도 차이를 기반으로 피드백 제어를 통해 슬레이브 로봇(20)의 동작 정밀도를 높일 수 있다.The robot control program is configured to control the slave robot 20 based on the posture of the master device 100 processed through the posture measurement program, the angle of the joint of the master device 100 and the actual slave robot Based on the angle difference of 20, it is possible to increase the operation precision of the slave robot 20 through feedback control.

한편, 마스터 장치(100)는 디스플레이부(140)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the master device 100 may further include a display unit 140.

디스플레이부(140)는, 상기 착용자(10)의 시야 상에 배치되도록 구성되고, 슬레이브 로봇(20)이 운용되는 공간에서 슬레이브 로봇(20)에 구비되는 영상장치(22)로부터 획득되는 영상정보를 수신받아 착용자(10)에게 제공하도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이 고글(goggles) 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 슬레이브 로봇(20)에 구비되어 슬레이브 로봇(20) 주변의 영상을 획득하는 영상장치(22)는 슬레이브 로봇(20)의 전면부과 후면부에 각각 장착되어 슬레이브 로봇(20)이 운용되는 공간에서 360°범위의 화각을 확보하도록 이루어질 수 있다.The display unit 140 is configured to be disposed on the field of view of the wearer 10, and receives image information obtained from the imaging device 22 provided in the slave robot 20 in a space where the slave robot 20 is operated. It can be made to receive and provide to the wearer 10. For example, the display unit 140 may be formed in the form of goggles as shown in FIG. 1. In addition, the imaging device 22 provided in the slave robot 20 to acquire the image around the slave robot 20 is mounted on the front and rear parts of the slave robot 20, respectively, in a space where the slave robot 20 is operated. It can be made to secure an angle of view of 360 ° range.

또한, 마스터 장치(100)는 손동작감지부(150)를 더 포함할 수 있다.In addition, the master device 100 may further include a hand motion detection unit 150.

손동작감지부(150)는, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 착용자(10)의 손 부위에 장착되고, 착용자(10)의 손가락에서 움직임이 발생하는 경우 상기 손가락의 동작을 인식 가능하도록 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제어부(130)에서는 상기 손가락감지부(150)로부터 수신되는 상기 손가락의 동작에 관한 신호를 처리하여 상기 슬레이브 로봇(20)으로 전달하도록 이루어진다.The hand motion detecting unit 150 is mounted on the hand portion of the wearer 10 as shown in FIGS. 2A to 2C, and is made to be able to recognize the motion of the finger when movement occurs on the finger of the wearer 10 Can. At this time, the control unit 130 is configured to process the signal related to the operation of the finger received from the finger detection unit 150 and transmit it to the slave robot 20.

이하, 도 4a 내지 도 5를 참조하여, 마스터 장치(100)에 대한 보다 상세한 구조에 대하여 설명한다.Hereinafter, a more detailed structure of the master device 100 will be described with reference to FIGS. 4A to 5.

도 4a는 도 1에 도시된 로봇의 마스터 장치(100)를 나타낸 사시도이고, 도 4b, 도 4c는 각각, 도 4a에 도시된 로봇의 마스터 장치(100)의 정면도 및 후면도이며, 도 5는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 요축 조인트(112c)에서 발생되는 회전 동작을 설명하기 위한 개념도이다.4A is a perspective view showing the master device 100 of the robot shown in FIG. 1, and FIGS. 4B and 4C are front and rear views of the master device 100 of the robot shown in FIG. 4A, respectively. Is a conceptual diagram for explaining the rotational action generated in the yaw axis joint 112c shown in FIGS. 4A to 4C.

도 4a 내지 도 5를 참조하면, 골격부(110)는 상기한 바와 같이 제1 조인트(111)와 제2 조인트(112)를 포함하며, 제2 조인트(112)는 착용자(10)의 어깨 관절(S)의 상기 롤축, 피치축, 요축 회전에 따라 움직임이 발생하도록 이루어지는 롤축 조인트(112a), 피치축 조인트(112b), 요축 조인트(112c)을 구비하도록 이루어진다.4A to 5, the skeleton 110 includes a first joint 111 and a second joint 112 as described above, and the second joint 112 is a shoulder joint of the wearer 10 It is made to include the roll shaft joint 112a, the pitch shaft joint 112b, and the yaw shaft joint 112c which are made to move according to the roll shaft, pitch shaft, and yaw shaft rotation of (S).

여기서, 상기 요축 조인트(112c)는 상기 제1 조인트(111)와 결합된 상태에서 상기 어깨 관절(S)의 상기 요축 회전이 발생하는 경우 이에 대응되는 움직임이 일어나도록 이루어질 수 있다. Here, when the rotation of the yaw axis of the shoulder joint S occurs while the yaw axis joint 112c is engaged with the first joint 111, a movement corresponding thereto may be performed.

보다 구체적으로, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 제1 조인트(111)는 제1 엘보프레임(111a) 및 제2 엘보프레임(111b)을 구비하고, 제2 조인트(112)는 제1 연결프레임(113a), 제2 연결프레임(113b), 제3 연결프레임(113c), 제4 연결프레임(113d)을 구비할 수 있다.More specifically, as shown in FIGS. 4A to 4C, the first joint 111 includes a first elbow frame 111a and a second elbow frame 111b, and the second joint 112 has a first connection A frame 113a, a second connection frame 113b, a third connection frame 113c, and a fourth connection frame 113d may be provided.

제1 엘보프레임(111a)은 마스터 장치(100)를 사용하는 착용자(10)의 상박 즉, 어깨에서 팔꿈치까지의 부분인 위팔의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다.The first elbow frame 111a is formed to surround at least a portion of the upper arm, that is, a portion from the shoulder to the elbow of the wearer 10 using the master device 100.

제2 엘보프레임(111b)은 제1 엘보프레임(111a)과 회전 가능하게 결합되고, 상기 착용자(10)의 하박 즉, 팔꿈치에서 손목까지의 부분인 아래팔의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.The second elbow frame 111b is rotatably coupled with the first elbow frame 111a, and may be formed to surround at least a portion of the lower arm, which is a portion from the elbow to the wrist, of the wearer 10. .

여기서, 상기 롤축 조인트(112a), 피치축 조인트(112b), 요축 조인트(112c)는 상기 제1 내지 제4 연결프레임(113a,113b,113c,113d)이 상호 회전 가능하게 결합되는 형태를 통하여 구현될 수 있다. 구체적으로, 상기 롤축 조인트(112a)는 상기 제1 연결프레임(113a)과 제2 연결프레임(113b)의 결합으로 형성되고, 상기 피치축 조인트(112b)는 제2 연결프레임(113b)과 제3 연결프레임(113c)의 결합으로 형성되며, 요축 조인트(112c)는 상기 제3 연결프레임(113c)과 제4 연결프레임(113d)의 결합으로 형성될 수 있다.Here, the roll shaft joint 112a, the pitch shaft joint 112b, and the yaw shaft joint 112c are implemented through a form in which the first to fourth connection frames 113a, 113b, 113c, and 113d are rotatably coupled to each other. Can be. Specifically, the roll shaft joint 112a is formed by a combination of the first connection frame 113a and the second connection frame 113b, and the pitch shaft joint 112b is the second connection frame 113b and the third It is formed by the coupling of the connecting frame 113c, and the yaw axis joint 112c may be formed by combining the third connecting frame 113c and the fourth connecting frame 113d.

또한, 골격부(110)의 상기 조인트를 구성하는 제1 엘보프레임(111a)과 제2 엘보프레임(111b), 제1 내지 제4 연결프레임(113a,113b,113c,113d)은 마스터 장치(100)의 상기 착용자(10)가 달라짐에 따라 변화하는 착용자(10)의 신체 치수에 따라 각각 길이가 조절 가능하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 마스터 장치(100)의 착용자가 달라지는 경우에도 상기 마스터 장치(100)를 이용한 상기 슬레이브 로봇(20)의 제어가 안정적으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 엘보프레임(111a)과 제2 엘보프레임(111b), 제1 내지 제4 연결프레임(113a,113b,113c,113d)은 플라스틱 또는 경량의 금속재질로 형성될 수 있다.In addition, the first elbow frame 111a, the second elbow frame 111b, and the first to fourth connecting frames 113a, 113b, 113c, and 113d constituting the joint of the skeleton 110 are the master device 100 ) May be made to be adjustable in length depending on the body size of the wearer 10, which changes as the wearer 10 changes. Accordingly, even when the wearer of the master device 100 changes, the control of the slave robot 20 using the master device 100 can be stably performed. In addition, the first elbow frame 111a, the second elbow frame 111b, and the first to fourth connecting frames 113a, 113b, 113c, and 113d may be formed of plastic or a lightweight metal material.

한편, 상기 제1 조인트(111)는 하박고정부(115)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 조인트(112)는 상박고정부(116)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the first joint 111 may further include a lower arm fixing portion 115, and the second joint 112 may further include an upper arm fixing portion 116.

하박고정부(115)는, 마스터 장치(100) 착용자(10)의 상기 하박 부위의 둘레를 감싸 고정시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 하박고정부(115)는 벨크로(velcro)로 이루어질 수 있다. 상기 벨크로는 일측과 타측이 각각 갈고리와 걸림고리로 형성되어 상호 착탈 가능하도록 형성된다.Habakkuk 115 may be formed to surround and fix the circumference of the lower part of the wearer 10 of the master device 100. For example, the Habakkō government 115 may be made of velcro. The Velcro is formed so that one side and the other side are formed of hooks and hooks, respectively, and are detachable.

상박고정부(116)는, 상기 착용자(10)의 상기 상박 부위의 둘레를 감싸 고정시키도록 이루어질 수 있으며, 상기 하박고정부(115)와 유사하게 상기 벨크로로 형성될 수 있다. 이와 같은 하박고정부(115)와 상박고정부(116)의 구조에 의해, 골격부(110)가 상기 착용자(10)의 상체에 밀착되어 고정된 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 센서부(120)를 통해 측정되는 상기 복수의 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화량 측정이 큰 편차 없이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 하박고정부(115)와 상기 상박고정부(116)를 구비하지 않을 경우, 착용자(10)의 팔(A)에서 발생하는 동작의 정도에 따라 상기 센서부(120)에서 측정되는 센서값의 차이가 크게 나타나게 되며, 상기 팔(A)에서 동일한 크기의 움직임이 발생하는 경우에도 센서부(120)에서 측정되는 센서값의 차이가 크게 발생할 수 있다.The upper arm fixing portion 116 may be formed to wrap around and fix the circumference of the upper arm portion of the wearer 10, and may be formed of the velcro similar to the lower arm fixing portion 115. Due to the structure of the lower securing portion 115 and the upper securing portion 116, the skeletal portion 110 is in close contact with the upper body of the wearer 10 to maintain a fixed state, so the sensor portion 120 Measurement of the amount of change of the rotation angle occurring in the plurality of joints measured through can be made without a large deviation. For example, when the lower arm fixing portion 115 and the upper arm fixing portion 116 are not provided, the sensor unit 120 measures them according to the degree of motion occurring in the arm A of the wearer 10. The difference in sensor values is large, and even when the same size of movement occurs in the arm A, a difference in sensor values measured by the sensor unit 120 may occur.

또한, 센서부(120)는, 엘보센서(121), 롤축센서(122), 피치축센서(123), 요축센서(124)를 구비할 수 있다.In addition, the sensor unit 120 may include an elbow sensor 121, a roll axis sensor 122, a pitch axis sensor 123, and a yaw axis sensor 124.

엘보센서(121)는 상기 제1 엘보프레임(111a)과 제2 엘보프레임(111b)의 상호 회전 가능하게 연결되는 부분에 배치되어, 착용자(10)의 팔꿈치 관절(E)에서 발생하는 동작에 따른 상기 팔꿈치 관절(E)의 회전 각도의 변화량을 측정하도록 이루어진다.The elbow sensor 121 is disposed in a portion that is rotatably connected to the first elbow frame 111a and the second elbow frame 111b, according to an action occurring in the elbow joint E of the wearer 10. It is made to measure the amount of change in the rotation angle of the elbow joint (E).

롤축센서(122), 피치축센서(123), 요축센서(124)는 상기 제1 내지 제4 연결프레임(113a,113b,113c,113d)의 상호 회전 가능하게 연결되는 부분에 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 롤축센서(122)는 제1 연결프레임(113a)과 제2 연결프레임(113b) 간의 연결 부분에 배치되며, 피치축센서(123)는 제2 연결프레임(113b)과 제3 연결프레임(113c) 간의 상호 연결 부분에 배치되고, 롤축센서(124)는 제3 연결프레임(113c)과 제4 연결프레임(113d) 간의 상호 연결 부분에 배치될 수 있다.The roll axis sensor 122, the pitch axis sensor 123, and the yaw axis sensor 124 may be respectively disposed at parts that are rotatably connected to the first to fourth connection frames 113a, 113b, 113c, and 113d. . Specifically, the roll axis sensor 122 is disposed at the connection portion between the first connection frame 113a and the second connection frame 113b, and the pitch axis sensor 123 is connected to the second connection frame 113b and the third connection frame It is disposed in the interconnection portion between (113c), the roll axis sensor 124 may be disposed in the interconnection portion between the third connection frame (113c) and the fourth connection frame (113d).

여기서, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 제4 연결프레임(113d)의 하단과 제1 엘보프레임(111a)의 상단은 상호 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이때, 상기 착용자(10)의 어깨 관절(S)에서 요축 회전이 발생하는 경우, 착용자(10)의 상기 상박이 요축 회전 즉, 상기 요축을 기준으로 비틀어지는 동작이 발생하게 되고, 이에 따라, 상기 제4 연결프레임(113d)의 하단이 회전을 일으키면서 요축센서(124)에서 상기 어깨 관절(S)의 상기 요축 회전에 대한 회전 각도의 변화값을 측정하도록 이루어질 수 있다.Here, as illustrated in FIGS. 4A to 4C, the lower end of the fourth connection frame 113d and the upper end of the first elbow frame 111a may be rotatably coupled to each other. At this time, when the rotation of the yaw axis occurs in the shoulder joint S of the wearer 10, the upper arm of the wearer 10 rotates the yaw axis, that is, a twisting motion is generated based on the yaw axis. While the lower end of the fourth connection frame 113d causes rotation, the yaw axis sensor 124 may be configured to measure a change in rotation angle of the shoulder joint S with respect to the yaw axis rotation.

도 5를 참조하면, 상기한 제4 연결프레임(113d)과 제1 엘보프레임(111a)의 결합구조와, 상기 제3 연결프레임(113c)과 상기 제4 연결프레임(113d)의 상호 연결 부분에 배치되는 상기 요축센서(124)의 구성에 의해, 착용자(10)의 상박에서 발생하는 상기 요축 회전 시, 상기 요축 조인트(112c)를 중심으로 상기 제4 연결프레임(113d)이 반시계 방향(d1) 또는 시계 방향(d2)로 회전을 일으키게 되며, 상기 요축센서(124)를 통해 착용자(10)의 팔(A)의 상기 요축 회전에 따른 회전 각도의 변화를 측정하도록 이루어질 있다.5, the coupling structure of the above-described fourth connection frame (113d) and the first elbow frame (111a), and the third connection frame (113c) and the fourth connection frame (113d) of the interconnection portion By the configuration of the yaw axis sensor 124 disposed, when the yaw axis rotation occurring in the upper arm of the wearer 10, the fourth connection frame 113d is counterclockwise (d1) around the yaw axis joint 112c. ) Or clockwise (d2) to cause rotation, and through the yaw axis sensor 124 it can be made to measure the change in rotation angle according to the yaw axis rotation of the arm (A) of the wearer 10.

한편, 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 상기 제1 연결프레임(113a)은 상기 착용자(10)의 정중선(midline) 즉, 신체의 앞뒷면의 중앙을 수직으로 지나는 선으로 신체의 좌우를 구분해 주는 가상적인 중심선에서 상기 어깨 관절(S) 부분까지 연장 형성되고, 상기 제3 연결프레임(113c)은 상기 착용자(10)의 팔꿈치 관절(E) 부분에서 상기 상박을 따라 상기 어깨 관절(S) 부분까지 연장 형성되며, 상기 제2 연결프레임(113b)은 상기 착용자(10)의 어깨 관절(S) 부분까지 연장된 상기 제1 및 제3 연결프레임(113a,113c)의 일단과 회전 가능하게 결합되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 연결프레임(113a)의 일측은 도 4a에 도시된 바와 같이 착용자(10)의 상체의 후면에 배치되는 고정프레임(118) 상에 고정되도록 이루어질 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 4A to 4C, the first connection frame 113a divides the left and right sides of the body with a midline of the wearer 10, that is, a line passing vertically through the center of the front and back surfaces of the body. Giving is formed extending from the virtual center line to the shoulder joint (S), and the third connection frame 113c is the shoulder joint (S) along the upper arm in the elbow joint (E) of the wearer 10 The second connection frame 113b is rotatably coupled to one end of the first and third connection frames 113a and 113c extending to the shoulder joint S portion of the wearer 10. Can be formed. In addition, one side of the first connection frame 113a may be made to be fixed on the fixed frame 118 disposed on the rear surface of the upper body of the wearer 10 as shown in FIG. 4A.

여기서, 상기 어깨 관절(S)에서 상기 롤축 및 피치축 회전이 발생하는 경우, 착용자(10)의 상기 상박이 상기 롤축 및 피치축 회전됨에 따라 상기 제1 내지 제3 연결프레임(113a,113b,113c)의 연결 부분이 회전을 일으키면서 상기 롤축센서(122) 및 피치축센서(123)에서 각각 어깨 관절(S)의 상기 롤축 및 피치축 회전에 대한 회전 각도의 변화값을 측정하도록 이루어질 수 있다.Here, when the roll shaft and the pitch shaft rotation occurs in the shoulder joint S, the first to third connection frames 113a, 113b, and 113c as the upper arm of the wearer 10 is rotated between the roll shaft and the pitch shaft ) While the connecting portion of the rotation causes rotation, the roll axis sensor 122 and the pitch axis sensor 123 may measure the change of the rotation angle of the shoulder joint S with respect to the roll axis and the pitch axis rotation, respectively.

이상에서 설명한 본 발명의 마스터 장치(100)에 의하면, 마스터 장치(100)의 골격부(110), 센서부(120), 제어부(130)의 간결한 구조적 특징으로 종래에 사용되던 마스터 장치의 큰 부피와 무게로 인한 착용자(10)의 불편함을 크게 줄일 수 있는 한편, 마스터 장치(100)의 착용자(10)의 보다 자유로운 움직임을 가능하게 하여 직관적이며 정교한 슬레이브 로봇(20)의 제어가 이루어질 수 있다. 또한, 슬레이브 로봇(20)과 마스터 장치(100)가 무선으로 통신 가능하여 슬레이브 로봇(20)의 제어를 위해 필요로하는 공간적인 제약을 거의 받지 않으므로, 마스터 장치(100)의 활용도를 보다 높일 수 있다.According to the master device 100 of the present invention described above, the large volume of the master device used in the past with concise structural features of the skeleton part 110, the sensor part 120, and the control part 130 of the master device 100. While it is possible to greatly reduce the discomfort of the wearer 10 due to the weight and weight, it is possible to more freely move the wearer 10 of the master device 100, so that intuitive and sophisticated control of the slave robot 20 can be achieved. . In addition, since the slave robot 20 and the master device 100 can communicate wirelessly, there is little space constraint required for the control of the slave robot 20, so the utilization of the master device 100 can be further increased. have.

이하, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 로봇 제어 시스템에 대하여 도 1 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a robot control system according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3C.

도 1 내지 도 3c를 참조하면, 상기 로봇 제어 시스템은 슬레이브 로봇(20) 및 로봇의 마스터 장치(100, 이하 '마스터 장치'라 한다)를 포함한다.1 to 3C, the robot control system includes a slave robot 20 and a master device (hereinafter referred to as a'master device') of the robot.

슬레이브 로봇(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이 사람의 접근이 어렵거나 방사능 물질(D) 등이 놓인 위험한 작업환경에서 후술하는 마스터 장치(100)에 의해 원격으로 제어 가능하도록 이루어진다. 한편, 상기 슬레이브 로봇(20)은 상기 마스터 장치(100)에 의해 직관적인 제어가 가능한 로봇팔(21)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 슬레이브 로봇(20)은 도시된 바와 같이 캐터필러(caterpillar)와 같은 로봇 이동수단(23)을 구비하여 상기 작업환경에서 위치를 이동하며 작업을 수행할 수 있다.The slave robot 20 is made to be remotely controllable by the master device 100, which will be described later, in a dangerous work environment in which human access is difficult or a radioactive material D is placed, as illustrated in FIG. 1. Meanwhile, the slave robot 20 may include a robot arm 21 capable of intuitive control by the master device 100. In addition, the slave robot 20 may be equipped with a robot moving means 23 such as a caterpillar as shown to move the position in the working environment and perform work.

마스터 장치(100)는, 슬레이브 로봇(20)이 위치하는 공간과 떨어지고 상기 작업환경에 비하여 안전한 공간에서 상기 슬레이브 로봇(20)의 제어가 가능하도록 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 장치(100)는 골격부(110), 센서부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.The master device 100 may be made to be able to control the slave robot 20 in a safe space compared to the working environment, away from the space where the slave robot 20 is located. More specifically, the master device 100 includes a skeleton part 110, a sensor part 120, and a control part 130.

골격부(110)는 신체 부위 중 상체에 착용되며, 복수의 조인트를 구비하여 착용된 상태에서 착용자(10) 팔(A)의 자유로운 움직임이 가능하도록 구성될 수 있다.The skeletal portion 110 is worn on the upper body among body parts, and may be configured to allow free movement of the arm A of the wearer 10 in a worn state with a plurality of joints.

센서부(120)는 상기 조인트에 배치되며, 상기 착용자(10)의 어깨 관절(S) 및 팔꿈치 관절(E)의 움직임에 따라 상기 조인트에서 발생하는 회전 각도의 변화를 측정하도록 이루어질 수 있다.The sensor unit 120 is disposed in the joint, and may be configured to measure a change in rotation angle occurring in the joint according to the movement of the shoulder joint S and the elbow joint E of the wearer 10.

제어부(130)는, 상기 센서부(120)로부터 수신되는 센싱값을 이용하여 착용자(10)의 팔(A)의 자세를 측정하고, 상기 팔(A)의 자세에 대응하는 제어신호를 생성하여 상기 슬레이브 로봇(20)으로 전달하도록 이루어질 수 있다.The control unit 130 measures the posture of the arm A of the wearer 10 using the sensing value received from the sensor unit 120, and generates a control signal corresponding to the posture of the arm A It may be made to be delivered to the slave robot 20.

이상에서 설명된 로봇의 마스터 장치 및 이를 구비하는 로봇 제어 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The master device of the above-described robot and the robot control system having the same are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the above-described embodiments are all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It may be configured in combination.

100 : 로봇의 마스터 장치 110 : 골격부
111 : 제1 조인트 111a : 제1 엘보프레임
112 : 제2 조인트 111b : 제2 엘보프레임
112a : 롤축 조인트 112b : 피치 축조인트
112c : 요축 조인트 113a : 제1 연결프레임
113b : 제2 연결프레임 113c : 제3 연결프레임
113d : 제4 연결프레임 120 : 센서부
121 : 엘보센서 122 : 롤축센서
123 : 피치축센서 124 : 요축센서
130 : 제어부 140 : 디스플레이부
150 : 손동작감지부 10 : 착용자
20 : 슬레이브 로봇 21 : 로봇 팔
23 : 로봇 이동수단100: master device of the robot 110: skeleton portion
111: 1st joint 111a: 1st elbow frame
112: second joint 111b: second elbow frame
112a: Roll shaft joint 112b: Pitch shaft joint
112c: Joint shaft 113a: 1st connection frame
113b: second connection frame 113c: third connection frame
113d: 4th connection frame 120: sensor unit
121: elbow sensor 122: roll axis sensor
123: pitch axis sensor 124: yaw axis sensor
130: control unit 140: display unit
150: hand motion detection unit 10: wearer
20: slave robot 21: robot arm
23: robot moving means

Claims

A skeletal part worn on the upper body and configured to allow free movement of the wearer's arm in a worn state with a plurality of joints;
A sensor unit disposed in the joint and configured to measure a change in a rotation angle occurring in the joint according to the movement of the shoulder joint and elbow joint of the wearer; And
And a control unit configured to measure a posture of the wearer's arm using a sensing value received from the sensor unit and transmit a control signal corresponding to the posture of the arm to a slave robot.

According to claim 1,
The joint,
A first joint corresponding to one degree of freedom of movement of the elbow joint; And
And a second joint corresponding to three degrees of freedom of movement of the shoulder joint,
The second joint,
Each of the shoulder joint is provided with a roll shaft joint, a pitch shaft joint, and a yaw shaft joint, such that movement occurs according to a roll axis rotation, a pitch axis rotation, and a yaw axis rotation of the shoulder joint,
The yaw joint, the master device of the robot characterized in that the movement occurs when the rotation of the yaw axis of the shoulder joint in the state coupled with the first joint.

According to claim 2,
The first joint,
A first elbow frame formed to surround at least a part of the wearer's upper arm; And
It is rotatably coupled to the first elbow frame, and a second elbow frame formed to surround at least a portion of the lower part of the wearer,
Each of the second joints includes a first connection frame, a second connection frame, a third connection frame, and a fourth connection frame that are sequentially rotatably coupled to each other,
The roll shaft joint is formed by a combination of the first and second connection frames, the pitch shaft joint is formed by a combination of the second and third connection frames, and the yaw axis joints of the third and fourth connection frames The master device of the robot, characterized in that formed by the combination.

According to claim 3,
The sensor unit,
An elbow sensor disposed on the interconnection parts of the first and second elbow frames; And
It has a roll axis sensor, a pitch axis sensor, a yaw axis sensor disposed on the interconnecting portions of the first to fourth connection frame,
The lower end of the fourth connection frame and the upper end of the first elbow frame are rotatably coupled to each other, and when rotation of the yaw axis occurs in the shoulder joint, the upper end of the fourth connection frame as the wearer's upper arm is rotated by the yaw axis. The center of the fourth connecting frame, the master device of the robot, characterized in that made to measure the change value of the rotation angle with respect to the yaw axis rotation of the shoulder joint in the yaw axis sensor while rotating.

According to claim 4,
The first connection frame is formed to extend from the wearer's midline to the shoulder joint, and the third connection frame extends from the wearer's elbow joint to the shoulder joint, and the second connection The frame is formed to be rotatably coupled with one end of the first and third connecting frames extending to the shoulder joint portion of the wearer,
When the rotation of the roll shaft and the pitch shaft occurs in the shoulder joint, as the upper arm of the wearer rotates the roll shaft and the pitch shaft, the connection portions of the first to third connection frames cause rotation while the roll shaft sensor and the pitch shaft sensor The master device of the robot, characterized in that made to measure the change value of the rotation angle with respect to the roll axis and pitch axis rotation of the shoulder joint, respectively.

According to claim 1,
The sensor unit, the master device of the robot, characterized in that arranged to be exposed to the outside on the plurality of joints after the wearer wears the skeleton.

According to claim 3,
The first and second elbow frames and the first to fourth connecting frames, the master device of the robot, characterized in that made to be adjustable in length, respectively, as the body size of the wearer is changed.

According to claim 2,
The second joint, the master device of the robot, characterized in that it further comprises an upper arm fixing portion made to wrap around the circumference of the wearer's upper arm.

According to claim 3,
The first joint, the master device of the robot, characterized in that it further comprises a lower part fixation made to wrap around the circumference of the wearer's lower part.

According to claim 1,
It is configured to be disposed on the wearer's field of view, and further comprising a display unit configured to receive image information obtained from the slave robot and provide it to the wearer.

The method of claim 1
It is mounted on the wearer's hand and configured to recognize the wearer's finger motion Further comprising a hand motion detection unit,
The control unit is a master device of a robot, characterized in that configured to process the signal related to the finger motion received from the hand motion detection unit and transmit it to the slave robot.

A slave robot configured to be remotely controlled in the working environment; And
And a master device of a robot configured to control the slave robot in a space different from the space where the slave robot is located,
The master device of the robot,
A skeletal part worn on the upper body and configured to allow free movement of the wearer's arm in a worn state with a plurality of joints;
A sensor unit disposed in the joint and configured to measure a change in a rotation angle occurring in the joint according to the movement of the shoulder joint and elbow joint of the wearer; And
And a control unit configured to measure a posture of the wearer's arm using a sensing value received from the sensor unit and transmit a control signal corresponding to the arm posture to the slave robot.