KR20200107461A

KR20200107461A - 로봇의 장애물 충돌 회피를 위한 경로 안내툴 표시 방법 및 이를 이용한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템

Info

Publication number: KR20200107461A
Application number: KR1020190026628A
Authority: KR
Inventors: 범성준; 성도영
Original assignee: (주)아이로텍
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-09-16
Also published as: KR102190101B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템은, 6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 활용되는 회피 경로 안내툴(Via Bar)을 표시하는 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 기준부가 초기 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 초기 위치와 상기 기준부의 방향인 초기 방향을 제공하는 초기 지점 제공부; 상기 기준부가 최종 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 최종 위치와 상기 기준부의 방향인 최종 방향을 제공하는 최종 지점 제공부; 상기 기준부가 상기 장애물과 충돌되지 않기 위하여 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점의 위치인 제1 경유 위치와 상기 제1 경유 지점 다음으로 상기 기준부가 경유하는 지점인 제2 경유 지점의 위치인 제2 경유 위치를 산출하는 경유 위치 판단부; 상기 제1 경유 지점과 상기 제2 경유 지점을 서로 연결하는 소정의 선(Line)인 가이드선을 포함하는 회피 경로 안내툴과 관련된 데이터를 생성하는 회피 경로 안내툴 데이터 생성부; 및 상기 회피 경로 안내툴로부터 제공되는 데이터를 기초로 회피 경로 안내툴을 표시하는 디스플레이부;를 포함하고, 상기 경유 위치 판단부는, 최소 이동 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자를 고려하여, 상기 제1 경유 위치와 상기 제2 경유 위치를 산출할 수 있다.

Description

로봇의 장애물 충돌 회피를 위한 경로 안내툴 표시 방법 및 이를 이용한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템 {Collision avoidance simulation system: A method of displaying a guidance tool for robot routing to avoid collision}

본 발명은 회피 경로 안내툴 표시 방법 및 이를 이용한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위하여 구현되는 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

최근 산업 현장에서는 인력을 최소화하고 생산성을 극대화하며 위험 요소를 제거하기 위하여 각 종 공정들이 자동화되고 있다. 이를 위해, 많은 현장에서는 다양한 산업용 로봇이 사용되고 있다.

대표적으로, 다양한 공정 및 장소에서 범용적으로 사용되기 위하여 다관절 로봇이 활용되고 있다. 일례로, 다관절 로봇은 용접, 절단 또는 각인 등의 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. 다관절 로봇은 다른 로봇과 비교하여 제어 프로그램만 변경할 경우, 서로 다른 산업 현장에서도 활용될 수 있기 때문에, 최근에 연구 개발이 활발한 분야이다.

여기서, 기존의 다관절 로봇과 관련된 기술(대한민국 공개특허공보 제 10-2015-0080050 호 (2015.07.09, 공개))은 3축 로봇에 한정적으로 집중적으로 연구되고 개발되었었다. 다만, 산업용 3축 로봇은 구현되는 동작이 제한적이기 때문에 응용되는 영역이 다소 제한적이라는 문제점을 가지고 있었다.

이로 인해, 산업용 6축 로봇에 대해서 개발이 진행되고 있고, 산업용 6축 로봇의 충돌 회피 시뮬레이션과 관련하여 다양한 이론들이 개발되어 왔지만, 기존의 충돌 회피 방법들은 분석 시간이 너무 길어 실제 산업현장에 적용이 불가능하였다. 그 결과로, 현재 산업현장에서 사용되는 산업용 6축 로봇의 장애물과의 충돌 회피는 현장 내의 작업자에 의해 이루어지고 있는 상황이었다.

현장 내의 작업자가 직접 충돌 회피 분석을 실시하기 때문에, 작업자의 작업 숙련도에 따라 충돌 회피 분석 시간과 충돌 회피 시뮬레이션의 결과가 달라지는 문제가 발생되었으며, 동시에 예상치 못한 변수 혹은 상황에 대응할 수 없는 문제가 발생되었다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 빠른 시간 안에 6축의 다관절 로봇이 장애물을 회피할 수 있는 자세를 산출하는 회피 경로 안내툴 표시 방법 및 이를 이용한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템을 제공하고자 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 상기 제1 요소 인자는, 상기 초기 위치와 상기 최종 위치를 기초로 산출될 수 있다.

또한, 상기 제1 요소 인자는, 기준이 되는 임의의 지점인 베이스 지점에서 상기 초기 지점에 대한 벡터인 초기 위치 벡터와 상기 베이스 지점에서 상기 최종 지점에 대한 벡터인 최종 위치 벡터의 합에 대하여 소정의 값을 나누어 산출될 수 있다.

또한, 상기 제2 요소 인자는, 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 방향인 충돌 회피 방향 인자와 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 거리인 충돌 회피 거리 인자를 기초로 산출될 수 있다.

또한, 상기 충돌 회피 방향 인자는, 상기 초기 지점에서 상기 최종 지점에 대한 방향인 제1 축 방향과 소정의 각도를 가지는 벡터일 수 있다.

또한, 상기 충돌 회피 방향 인자는, 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산되는 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출되며, 상기 미리 정해진 제1 방법은, 베이스 지점에서 상기 초기 지점의 Z축 방향과 관련된 벡터인 제3 초기 방향을 상기 제1 축 방향과 직교하는 평면인 입사 평면에 정사영 시킨 벡터와, 베이스 지점에서 상기 최종 지점의 Z축 방향과 관련된 벡터인 제3 최종 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터를 기초로 예비 충돌 회피 벡터를 연산하는 방법일 수 있다.

또한, 상기 충돌 회피 방향 인자는, 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족될 경우, 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출되고, 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 충돌 회피 방향 인자는 미리 정해진 제2 방법에 의해 연산되는 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출되며, 상기 미리 정해진 제2 방법은, 베이스 지점에서 상기 초기 지점의 X축 방향과 관련된 벡터인 제1 초기 방향을 상기 제1 축 방향과 직교하는 평면인 입사 평면에 정사영 시킨 벡터와, 베이스 지점에서 상기 최종 지점의 X축 방향과 관련된 벡터인 제1 최종 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터를 기초로 예비 충돌 회피 벡터를 연산하는 방법일 수 있다.

또한, 상기 경유 위치 판단부는, 상기 제1 요소 인자와 상기 제2 요소 인자를 기초로 산출된 기준 지점과 관련된 위치인 기준 위치와 상기 기준부가 기준 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 방향과 관련된 기준 방향을 기초로 제1 경유 위치 및 제2 경유 위치를 산출할 수 있다.

또한, 상기 경유 위치 판단부는, 상기 기준 지점에 대해서 미리 정해진 방향과 미리 정해진 거리만큼 이격된 지점을 기초로 제1 경유 위치 및 제2 경유 위치를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회피 경로 안내툴 표시 방법은, 6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 활용되는 회피 경로 안내툴(Via Bar)을 표시하는 방법인 회피 경로 안내툴 표시 방법에 있어서, 기준 지점의 위치를 산출하는 단계인 기준 위치 산출 단계; 기준 지점의 방향을 산출하는 단계인 기준 방향 산출 단계; 상기 기준 위치와 상기 기준 방향을 기초로 제1 경유 지점의 위치 와 제2 경유 지점의 위치를 산출하는 경유 지점 산출 단계; 및 상기 제1 경유 지점과 상기 제2 경유지점을 서로 연결하는 소정의 선(Line)인 가이드선을 디스플레이부 상에 표시하는 회피 경로 안내툴 표시 단계를 포함하고, 상기 기준 위치 산출 단계는, 최소 이동 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자를 고려하여, 상기 기준 위치를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템은, 6축 로봇 팔 - 상기 로봇 팔은 제1 링크부, 제2 링크부, 제3 링크부, 제4 링크부, 제5 링크부, 제6 링크부, 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 결합하는 제1 조인트부, 상기 제2 링크부와 상기 제3 링크부를 결합하는 제2 조인트부, 상기 제3 링크부와 상기 제4 링크부를 결합하는 제3 조인트부, 상기 제4 링크부와 상기 제5 링크부를 결합하는 제4 조인트부, 상기 5 링크부와 상기 제6 링크부를 결합하는 제5 조인트부 및 상기 제6 링크부와 상기 작업부를 결합하는 제6 조인트부를 구비함 - 의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되지 않는 회피 경로 상으로 이동될 경우의 상기 로봇 팔의 자세인 회피 자세를 산출하는 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 기준부가 초기 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 초기 위치와 상기 로봇 팔의 자세인 초기 자세를 제공하는 초기 지점 제공부; 상기 기준부가 최종 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 최종 위치와 상기 로봇 팔의 자세인 최종 자세를 제공하는 최종 지점 제공부; 상기 초기 지점에 위치되는 상기 기준부가 상기 최종 지점으로 이동되기 위하여, 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점에 상기 기준부가 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 제1 경유 위치를 제공하는 제1 경유 위치 제공부; 초기 지점에 위치되는 상기 기준부가 상기 최종 지점으로 이동되기 위하여, 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점 다음으로 경유하는 제2 경유 지점에 상기 기준부가 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 제2 경유 위치를 제공하는 제2 경유 위치 제공부; 상기 제1 경유 위치와 상기 제2 경유 위치를 기초로 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우의 상기 로봇 팔의 자세인 제1 경유 자세 및 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 경우의 상기 로봇 팔의 자세인 제2 경유 자세를 산출하는 로봇 팔 자세 산출부; 및 상기 제1 경유 지점 및 상기 제2 경유 지점 중 적어도 하나의 지점을 표시하는 디스플레이부;를 포함하고, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 제1 경유 위치와 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 적어도 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 제1 경유 위치와 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출하며, 상기 기준부가 상기 초기 지점, 제1 경유 지점, 제2 경유 지점 및 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여 상기 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 제1 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 제1 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 제2 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 기초로 제2 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 제1 경유 위치 및 상기 제2 경유 위치 중 적어도 하나가 변경될 경우 변경된 위치를 기초로 제1 경유 자세 및 제2 경유 자세를 산출하고, 상기 제1 경유 자세 및 상기 제2 경유 자세 중 적어도 하나가 산출되지 못하는 경우, 자세 산출이 불가하다는 신호와 관련된 불가 신호를 생성하고, 상기 디스플레이부는, 상기 불가 신호를 기초로 소정의 정보를 표시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회피 자세 산출 방법은, 6축 로봇 팔의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되지 않는 회피 경로 상으로 이동될 경우의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하는 방법인 회피 자세 산출 방법에 있어서, 상기 초기 지점에 위치되는 상기 기준부가 상기 최종 지점으로 이동되기 위하여, 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점 다음으로 경유하는 제2 경유 지점을 확정하는 경유 지점 확정 단계; 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 일부 자세를 추정하는 경유 지점 일부 자세 추정 단계; 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우의 상기 기준부의 위치인 제1 경유 위치, 상기 경유 지점 일부 자세 추정 단계에서 추정된 상기 로봇 팔의 일부 자세를 기초로, 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 전체 자세를 산출하는 경유 지점 자세 결정 단계; 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우, 디스플레이부를 통해 상기 로봇 팔의 자세를 소정의 영상으로 표시하는 영상 표시 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의하면, 분석 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 예상치 못한 상황이 발생될 경우, 즉각적으로 대응할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템을 통하여 회피 자세가 분석되는 로봇 팔을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템의 구성 블럭도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템을 통해 회피 자세 분석이 필요한 상황을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템 상에서 회피 경로 안내툴을 표시하는 방법을 설명하기 위한 순서도
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템이 회피 경로 안내툴을 표시하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템이 구비하는 디스플레이부에 회피 경로 안내툴이 표시된 상태를 도시한 도면
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의해 구현된 회피 경로 안내툴을 변경 조작하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템이 회피 자세를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도
도 11 및 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의해 연산된 회피 자세와 회피 경로를 활용하여 제1 방법으로 시뮬레이션 할 때의 디스플레이부 상의 표시되는 정보를 도시한 도면
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의해 연산된 회피 자세와 회피 경로를 활용하여 제1 방법으로 시뮬레이션 할 때, 하나의 예로서 디스플레이부 상의 표시되는 정보를 도시한 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템을 통하여 회피 자세가 분석되는 로봇 팔을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템을 통하여 회피 자세가 분석되는 로봇 팔은 산업용 6축 로봇 팔일 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 상기 로봇 팔은 제1 링크부(10), 제2 링크부(20), 제3 링크부(30), 제4 링크부(40), 제5 링크부(50), 제6 링크부(60), 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부(T10), 상기 제1 링크부(10)와 상기 제2 링크부(20)를 결합하는 제1 조인트부(Z10), 상기 제2 링크부(20)와 상기 제3 링크부(30)를 결합하는 제2 조인트부(Z20), 상기 제3 링크부(30)와 상기 제4 링크부(40)를 결합하는 제3 조인트부(Z30), 상기 제4 링크부(40)와 상기 제5 링크부(50)를 결합하는 제4 조인트부(Z40), 상기 제5 링크부(50)와 상기 제6 링크부(60)를 결합하는 제5 조인트부(Z50) 및 상기 제6 링크부(60)와 상기 작업부(T10)를 결합하는 제6 조인트부(Z60)를 구비할 수 있다.

각 각의 링크부는 소정의 부피를 가지는 부재를 의미할 수 있다.

상기 제1 링크부(10)는 지면 상에 고정될 수 있다.

상기 제1 조인트부(Z10)에 의해 상기 제2 링크부(20)는 상기 제1 링크부(10)를 기준으로 회전될 수 있다.

즉, 상기 제1 링크부(10)를 기준으로 상기 제2 링크부(20)의 회전되는 정도는 상기 제1 조인트부(Z10)의 회전 각도에 따라 결정될 수 있다.

상기 제2 조인트부(Z20)에 의해 상기 제3 링크부(30)는 상기 제2 링크부(20)를 기준으로 회전될 수 있으며, 마찬가지로, 상기 제2 링크부(20)를 기준으로 상기 제3 링크부(30)의 회전되는 정도는 상기 제2 조인트부(Z20)의 회전 각도에 따라 결정될 수 있다.

상기 제4 링크부(40), 상기 제5 링크부(50), 상기 제6 링크부(60) 및 작업부 (T10)도 상술한 특징이 적용되며, 이에 대한 자세한 설명은 상술한 내용과 중복되는 한도에서 생략될 수 있다.

작업부(T10)는 상기 제6 링크부(60)의 일단부에 결합되며, 상기 제6 조인트부(Z60)에 의해 상기 제6 링크부(60)를 기준으로 회전될 수 있다.

상기 작업부(T10)는 임의의 물체에 대해서 소정의 작업을 수행할 수 있는 부분을 의미할 수 있다.

일례로, 상기 작업부(T10)는 레이저 발산부를 포함할 수 있다.

또는, 상기 작업부(T10)는 집게 동작을 구현하는 구조를 포함할 수 있다.

다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 작업부(T10)는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 상기 작업부는 측정 장치, 용접 장비 또는 도색 장비일 수 있다.

이하, 6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분을 기준부(M10)라고 할 수 있다.

구체적인 일례로서, 분석을 용이하게 하기 위해서, 작업부(T10)를 전부 포함하는 가상의 원형구의 가상의 중심점을 기준부라고 할 수 있다.

다만, 이에 한정하지 ?方? 상기 기준부의 형상은 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 상기 기준부는 작업부의 형상 및/또는 로봇 팔의 구동에 따라 3차원 도형 형상을 가질 수 있다.

이하의 서술에서, 회피 경로 상에서 이동되는 로봇 팔의 부분은 기준부(M10)일 수 있다.

이하, 충돌 회피 시뮬레이션 시스템의 각 구성 및 회피 자세 분석 방법에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템의 구성 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 있어서, 6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 활용되는 회피 경로 안내툴(Via Bar)을 표시하는 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 기준부가 초기 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 초기 위치와 상기 기준부의 방향인 초기 방향을 제공하는 초기 지점 제공부(110), 상기 기준부가 최종 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 최종 위치와 상기 기준부의 방향인 최종 방향을 제공하는 최종 지점 제공부(120), 상기 기준부가 상기 장애물과 충돌되지 않기 위하여 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점의 위치인 제1 경유 위치와 상기 제1 경유 지점 다음으로 상기 기준부가 경유하는 지점인 제2 경유 지점의 위치인 제2 경유 위치를 산출하는 경유 위치 판단부(130), 상기 제1 경유 지점과 상기 제2 경유 지점을 서로 연결하는 소정의 선(Line)인 가이드선을 포함하는 회피 경로 안내툴과 관련된 데이터를 생성하는 회피 경로 안내툴 데이터 생성부(160) 및 상기 회피 경로 안내툴로부터 제공되는 데이터를 기초로 회피 경로 안내툴을 표시하는 디스플레이부(200)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 경유 위치 판단부(130)는 상기 로봇 팔의 이동 가능 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자를 고려하여, 상기 제1 경유 위치와 상기 제2 경유 위치를 산출할 수 있다.

충돌 회피 시뮬레이션 시스템은 회피 자세를 산출하기 위해 데이터 연산, 데이터 송수신 및 데이터 저장을 수행하는 제어부(100) 및 상기 제어부(100)로부터 전달되는 데이터를 기초로 소정의 정보를 표시하는 디스플레이부(200)를 구비할 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 초기 지점 제공부(110), 상기 최종 지점 제공부(120), 상기 경유 위치 판단부(130), 상기 회피 경로 안내툴 및 상기 회피 경로 안내툴 데이터 생성부(160)를 구비할 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템을 통해 회피 자세 분석이 필요한 상황을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하여 설명하자면, 만일 로봇 팔(1)이 초기 지점(S)에서 최종 지점(F)으로 이동되는 경우를 가정할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 상기 로봇 팔(1)의 기준부(M10)가 초기 지점(S)에서 최종 지점(F)으로 이동되는 경우를 가정할 수 있다.

일반적으로 일 지점에서 다른 지점으로 이동될 시에, 로봇 팔을 최소 거리로 이동되도록 미리 설정되어 있을 수 있다.

따라서, 상기 제어부는 상기 기준부가 제1 가정 경로(R10)를 따라 이동되도록 상기 기준부의 경로를 산출할 수 있다.

만일, 상기 기준부(M10)가 상기 제1 가정 경로(R10)를 따라 이동된다면, 상기 로봇 팔(1)은 장애물(D10)과 충돌될 수 있다.

따라서, 상기 로봇 팔(1)과 상기 장애물(D10)이 충돌되지 않기 위해서는, 상기 기준부(M10)는 상기 제1 가정 경로(R10)가 아닌 다른 경로로 이동하는 것이 바람직할 수 있다.

따라서, 작업자는 상기 로봇 팔이 경유해서 이동되는 제1 경유 지점과 제2 경유 지점을 설정할 수 있다.

다만, 상기 제어부는 사용자가 효과적으로 로봇 팔이 장애물을 회피할 수 있는 제1 경유 지점과 제2 경유 지점을 손 쉽게 결정할 수 있도록, 사용자의 결정을 가이드하는 회피 경로 안내툴 과 관련된 데이터를 생성할 수 있다.

이하, 회피 경로 안내툴을 생성하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템 상에서 회피 경로 안내툴을 표시하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 상기 회피 경로 안내툴을 표시하는 방법은 기준 지점의 위치를 산출하는 단계인 기준 위치 산출 단계(S100), 기준 지점의 방향을 산출하는 단계인 기준 방향 산출 단계(S200), 상기 기준 위치와 상기 기준 방향을 기초로 제1 경유 지점의 위치 와 제2 경유 지점의 위치를 산출하는 경유 지점 산출 단계(S300) 및 상기 제1 경유 지점과 상기 제2 경유지점을 서로 연결하는 소정의 선(Line)인 가이드선을 디스플레이부 상에 표시하는 회피 경로 안내툴 표시 단계(S400)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 기준 위치 산출 단계는 상기 로봇 팔의 이동 가능 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자를 고려하여, 상기 기준 위치를 산출할 수 있다.

이하, 각 각의 단계에 대해서 자세하게 설명하도록 한다.

도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템이 회피 경로 안내툴을 표시하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5 를 참조하면, 초기 지점(S)의 위치 및 방향은 초기 지점 제공부에 의해 제공될 수 있다.

초기 지점(S)의 위치 및 방향은 외부에서 수신되는 데이터를 기초로 결정될 수도 있고, 미리 정해진 데이터를 기초로 결정될 수도 있다.

초기 지점(S)의 위치인 초기 위치는 베이스 지점(W)에서 초기 지점(S)에 대한 위치 벡터로서

으로 표기될 수 있다.

초기 위치는 베이스 지점(W)을 기준으로 하는 베이스 좌표계의 X, Y 및 Z 축에 의해 3 개의 벡터로 구분될 수 있다.

초기 지점(S)의 방향인 초기 방향은 상기 기준부가 상기 초기 지점(S)에 위치될 경우, 상기 기준부(M10)의 방향을 의미할 수 있다.

상기 초기 방향은 3 방향 성분으로 결정될 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 초기 방향은 제1 초기 방향, 제2 초기 방향 및 제3 초기 방향으로 분리될 수 있다.

제1 초기 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 초기 지점(S)의 X축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

(다른 말로 표현 하자면, 제1 초기 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 하는 베이스 좌표계의 X축에 대한 상기 초기 지점(S)의 X 축의 상대적인 방향을 의미할 수 있다. 이에 대한 서술은 후술하는 초기 방향 및 최종 방향에도 적용될 수 있다.)

제2 초기 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 초기 지점(S)의 Y축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

제3 초기 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 초기 지점(S)의 Z축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

마찬가지로 최종 지점(F)의 위치 및 방향은 최종 지점 제공부에 의해 제공될 수 있다.

최종 지점(F)의 위치 및 방향은 외부에서 수신되는 데이터를 기초로 결정될 수 도 있고, 미리 정해진 데이터를 기초로 결정될 수도 있다.

최종 지점(F)의 위치인 최종 위치는 베이스 지점에서 최종 지점(F)에 대한 위치 벡터로서

으로 표기될 수 있다.

최종 위치는 베이스 지점(W)을 기준으로 하는 베이스 좌표계의 X, Y 및 Z 축에 의해 3 개의 벡터로 구분될 수 있다.

최종 지점(F)의 방향인 최종 방향은 상기 기준부가 상기 최종 지점(F)에 위치될 경우, 상기 기준부(M10)의 방향을 의미할 수 있다.

상기 최종 방향은 3 방향 성분으로 결정될 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 최종 방향은 제1 최종 방향, 제2 최종 방향 및 제3 최종 방향으로 분리될 수 있다.

제1 최종 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 최종 지점(F)의 X축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

제2 최종 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 최종 지점(F)의 Y축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

제3 최종 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 최종 지점(F)의 Z축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

베이스 지점은 좌표계의 기준이 되는 지점으로서 작업자가 임의로 지정할 수도 있고, 상기 제어부에 미리 저장되어 있을 수 있다.

기준 지점(V)의 위치인 기준 위치(

)는 상기 로봇 팔의 최소 이동 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자(

) 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자(

)를 고려하여 산출될 수 있다.

수학적인 공식으로 표현하자면 다음과 같을 수 있다.

······ · · · · (식 1-1)

여기서, 상기 제1 요소 인자(

)는, 상기 초기 위치와 상기 최종 위치를 기초로 산출될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 요소 인자(

)는 베이스 지점에서 상기 초기 지점(S)에 대한 벡터인 초기 위치 벡터(

)와 상기 베이스 지점에서 상기 최종 지점(F)에 대한 벡터인 최종 위치 벡터(

)의 합에 대하여 소정의 값을 나누어 산출될 수 있다.

구체적인 일례로서, 제1 요소 인자(

)는 다음과 같은 식이 성립될 수 있다.

· · · · · · · · · (식 1-2)

자세하게 설명하자면, 제1 요소 인자(

)는 초기 위치(

)와 최종 위치 (

)을 합한 벡터에 대해서 '2'를 나눈 벡터를 의미할 수 있다.

다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 초기 위치(

)와 최종 위치 (

)을 합한 벡터에 나누는 정량적인 값은 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 제1 요소 인자는 초기 위치(

)와 최종 위치 (

)을 합한 벡터에 대해서 '3'를 나눈 벡터를 의미할 수 있다.

기준 지점이 초기 지점과 최종 지점 사이에 위치되는 경우, 로봇 팔이 장애물에 충돌되지 않기 위한 회피 경로가 최소 거리를 가질 확률이 높아질 수 있다.

만일, 기준 지점이 초기 지점과 최종 지점 사이에 위치되지 않는다면 우회하는 회피 경로일 가능성이 매우 높을 수 있다.

따라서, 제1 요소 인자는 초기 지점과 최종 지점의 위치 사이 상에 기준 지점을 위치 하게 하기 위한 인자로서 이해될 수 있다.

상기 제2 요소 인자(

)는 상기 기준 지점(V)이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 방향인 충돌 회피 방향 인자(

)와 상기 기준 지점(V)이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 거리인 충돌 회피 거리 인자(

)를 기초로 산출될 수 있다.

구체적으로 제2 요소 인자(

)는 충돌 회피 방향 인자(

)와 충돌 회피 거리 인자(

)를 서로 곱하여 산출될 수 있다.

충돌 회피 거리 인자는 상수로서, 기존의 경로 (초기 지점(S)에서 최종 지점(F)으로 직접적으로 이동되는 경로)로부터 얼마나 떨어져야 하는지에 대한 인자일 수 있다.

즉, 상기 장애물로부터 얼마나 떨어져야 기준부가 장애물과 충돌되지 않고 장애물을 우회하는지에 대한 인자일 수 있다.

일례로, 상기 충돌 회피 거리 인자(

)는 20mm일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고 상기 충돌 회피 거리 인자(

)는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 상기 충돌 회피 거리 인자(

)는 40mm일 수 있다.

상기 충돌 회피 방향 인자(

)는 상기 초기 지점(S)에서 상기 최종 지점(F)에 대한 방향인 제1 축 방향과 소정의 각도를 벡터를 의미할 수 있다.

상기 제1 축 방향은 상기 초기 지점(S)에서 상기 최종 지점(F)을 향하는 벡터를 의미할 수 있고, 벡터의 크기는 다양하게 변경될 수 있다.

여기서, 상기 충돌 회피 방향 인자(

)와 상기 제1 축 방향이 이루는 각도는 90°일 수 있다.

다만, 이에 한정하지 않고 상기 충돌 회피 방향 인자(

)와 상기 제1 축 방향이 이루는 각도는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 상기 충돌 회피 방향 인자(

)와 상기 제1 축 방향이 이루는 각도 80°일 수 있다.

다만, 충돌 회피 방향 인자(

)와 충돌 회피 거리 인자(

)를 고려하였을 때, 상기 충돌 회피 방향 인자(

)와 상기 제1 축 방향이 이루는 각도가 90° 일 때, 회피 경로로 기준부가 움직일 경우 기준부와 장애물과의 충돌 가능성이 가장 낮을 수 있는바, 이하 90°를 기준으로 서술할 수 있다.

이하, 충돌 회피 방향 인자(

)를 산출하는 방법에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

상기 충돌 회피 방향 인자(

)는 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산되는 예비 충돌 회피 벡터(

)에 의해 산출될 수 있다.

상기 미리 정해진 제1 방법은 베이스 지점에서 상기 초기 지점(S)의 Z축 방향과 관련된 벡터인 제3 초기 방향을 상기 제1 축 방향(Y10)과 직교하는 평면인 입사 평면에 정사영 시킨 벡터와, 베이스 지점에서 상기 최종 지점(F)의 Z축 방향과 관련된 벡터인 제3 최종 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터를 기초로 예비 충돌 회피 벡터(

)를 연산하는 방법일 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 도 7을 참조하면, 상기 기준부가 상기 초기 지점(S)에 위치될 경우에 상기 기준부의 방향은 제1 초기 방향(

), 제2 초기 방향(

) 및 제3 초기 방향(

)으로서 표현될 수 있다.

마찬가지로, 상기 기준부가 상기 최종 지점(F)에 위치될 경우 상기 기준부의 방향은 제1 최종 방향(

), 제2 최종 방향(

) 및 제3 최종 방향(

)으로서 표현될 수 있다.

여기서, 상기 제3 초기 방향(

)을 상기 입사 평면(A10)에 정사영 시킨 벡터와 상기 제3 최종 방향(

)을 상기 입사 평면(A10)에 정사영 시킨 벡터를 합하여 예비 충돌 회피 벡터(

)를 산출할 수 있다.

여기서, 상기 제3 초기 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터와 상기 제3 최종 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터를 합하는 이유는 회피 경로는 초기 지점(S)과 최종 지점(F) 사이에 형성되는 것이 바람직하기 때문일 수 있다.

또한, 상기 미리 정해진 제1 방법에서 상기 제3 초기 방향과 상기 제3 최종 방향을 이용하는 이유는 상기 로봇 팔의 특성 상 Z축으로 이동이 가장 자유롭기 때문일 수 있다.

미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족될 경우, 상기 충돌 회피 방향 인자는 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터(

)에 의해 산출될 수 있다.

여기서 미리 정해진 조건은 예비 충돌 회피 벡터(

)의 크기가 소정의 값 초과인 조건일 수 있다.

일례로, 소정의 값이 0일 수 있으나, 이에 한정하지 않고 상기 소정의 값은 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

이하, 소정의 값이 0인 것을 기준으로 서술을 하나, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

상기 예비 충돌 회피 벡터(

)가 결정이 되는 경우, 상기 충돌 회피 방향 인자(

)는 다음과 같은 식에 의해 연산될 수 있다.

· · · · · · · · (식 1-3)

여기서,

는 예비 충돌 회피 벡터(

)의 크기를 의미할 수 있다.

미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 충돌 회피 방향 인자는 미리 정해진 제2 방법에 의해 연산되는 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출될 수 있다.

여기서, 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족되지 않는 경우란 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터(

)의 크기가 소정의 값 이하인 경우를 의미할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 도 7을 참조하면, 상기 제3 초기 방향(

)과 상기 제3 최종 방향(

) 및 제1 축 방향(Y10)이 모두 같은 방향일 경우, 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 예비 충돌 회피 벡터(

)의 크기는 0일 수 있다.

이럴 경우, 예비 충돌 회피 벡터를 이용하여 충돌 회피 방향 인자를 산출할 수 없다는 점 및 제1 축 방향과 동일한 방향을 고려할 경우 재차 장애물과 충돌될 가능성이 높다는 점을 고려하였을 때, 다른 방법으로 예비 충돌 회피 벡터를 산출하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 미리 정해진 제2 방법은 베이스 지점에서 상기 초기 지점(S)의 X축 방향과 관련된 벡터인 제1 초기 방향(

)을 상기 제1 축 방향(Y10)과 직교하는 평면인 입사 평면(A10)에 정사영 시킨 벡터와, 베이스 지점에서 상기 최종 지점(F)의 X축 방향과 관련된 벡터인 제1 최종 방향(

)을 상기 입사 평면(A10)에 정사영 시킨 벡터를 기초로 예비 충돌 회피 벡터를 연산하는 방법일 수 있다.

상술한 (식 1-3)과 같이 예비 충돌 회피 벡터를 이용하여 충돌 회피 방향 인자(

)를 산출할 수 있다.

상기 경유 위치 판단부는 상기 제1 요소 인자와 상기 제2 요소 인자를 통해 기준 위치를 산출할 수 있다.

또한, 상기 경유 위치 판단부는 상기 기준부가 기준 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 방향과 관련된 기준 방향을 산출할 수 있다.

상기 기준 방향의 X 방향은 제1 축 방향과 동일할 수 있다.

상기 기준 방향의 Y 방향은 상기 충돌 회피 방향 인자와 동일할 수 있다.

따라서 상기 기준 방향의 Z 방향은 상기 기준 방향의 X 방향과 상기 기준 방향의 Y 방향의 외적에 의해 산출될 수 있다.

상기 경유 위치 판단부는 상기 제1 요소 인자와 상기 제2 요소 인자를 기초로 산출된 기준 지점과 관련된 위치인 기준 위치와 상기 기준부가 기준 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 방향과 관련된 기준 방향을 기초로 제1 경유 위치 및 제2 경유 위치를 산출할 수 있다.

상기 경유 위치 판단부는 상기 기준 지점에 대해서 미리 정해진 방향과 미리 정해진 거리만큼 이격된 지점을 기초로 제1 경유 위치 및 제2 경유 위치를 산출할 수 있다.

여기서, 미리 정해진 방향은 상기 기준 방향의 X 방향을 의미할 수 있다.

상기 미리 정해진 방향이 상기 기준 방향의 X 방향이면, 회피 경로가 가능한 한 짧아질 수 있는 가능성이 높아질 수 있다.

또한, 미리 정해진 거리는 초기 지점(S)에서 최종 지점(F)에 대한 거리보다 작은 거리를 의미할 수 있다.

상기 미리 정해진 거리가 초기 지점(S)에서 최종 지점(F)에 대한 거리보다 작아야 회피 경로가 가능한 한 짧아질 수 있는 가능성이 높아질 수 있다.

상기 제1 경유 지점은 상기 기준 위치에서 상기 기준 방향의 X 방향 성분 중에서 '-' 방향으로 상기 미리 정해진 거리의 절반 거리만큼 이동한 지점일 수 있다.

상기 제2 경유 지점은 상기 기준 위치에서 상기 기준 방향의 X 방향 성분 중에서 '+' 방향으로 상기 미리 정해진 거리의 절반 거리만큼 이동한 지점일 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템이 구비하는 디스플레이부에 회피 경로 안내툴이 표시된 상태를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 디스플레이부는 회피 경로 안내툴(U100), 초기 지점(S), 최종 지점(F) 및 장애물(D10)을 동시에 표시할 수 있다.

회피 경로 안내툴(U100)은 제1 경우 지점과 제2 경유 지점을 서로 연결하는 가이드선(U110), 상기 기준 지점의 위치를 나타내는 기준 지점 표시(U120) 및 상기 기준 지점 표시점으로부터 연장되어 상기 기준 지점의 방향을 나타내는 기준 방향 표시(U130)를 구비할 수 있다.

사용자는 회피 경로 안내툴(U100)을 보고 1차적으로 예측된 제1 경유 지점(

)과 제2 경유 지점(

)을 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 사용자는 회피 경로 안내툴(U100)을 보고 1차적으로 예측된 기준 지점으로부터 X 방향으로 떨어진 거리를 용이하게 파악할 수 있다.

회피 경로 안내툴(U100)은 경로 안내툴이라고 바꾸어 말할 수 있다.

작업자는 1차적으로 예측된 제1 경유 지점(

)과 제2 경유 지점(

)을 기초로 회피 자세를 분석하도록 할 수 있다.

또한, 작업자는 회피 경로 안내툴(U100)을 이동시켜 제1 경유 지점(

) 및/또는 제2 경유 지점(

)을 변경할 수 있다.

작업자는 회피 경로 안내툴(U100)을 보면서 제1 경유 지점(

) 및/또는 제2 경유 지점(

)을 의도한대로 이동시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의해 구현된 회피 경로 안내툴을 변경 조작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 9(a)를 참조하면, 사용자가 제2 경유 지점(

)을 마우스 커서(C1)로 클릭 후 드래그를 하여 제2 경유 지점(

)을 변경할 수 있다.

상기 제2 경유 지점(

)이 변경될 경우, 상기 제2 경유 지점(

)은 상기 기준 지점(V)의 X 방향을 따라서 변경될 수 있다.

따라서, 작업자가 상기 미리 정해진 거리만 변경하고자 할 때, 미리 정해진 방향도 변경되는 것을 효과적으로 예방할 수 있다.

도 9(b)를 참조하면, 사용자가 가이드선(U110)을 마우스 커서(C1)로 클릭 후 드래그를 하여 상기 가이드선(U110)을 회전시킬 수 있다.

이로 인해, 상기 기준 지점(V)의 방향인 기준 방향을 변경할 수 있다.

따라서, 작업자가 상기 미리 정해진 방향만 변경하고자 할 때, 미리 정해진 거리도 변경되는 것을 효과적으로 예방할 수 있다.

1차적으로 예측된 제1 경유 지점(

) 및 제2 경유 지점(

)혹은 작업자가 수동으로 설정한 제1 경유 지점(

) 및 제2 경유 지점(

)의 위치를 기초로, 상기 제어부는 상기 로봇 팔의 구체적인 자세를 산출할 수 있다.

이하, 상기 제어부가 상기 로봇 팔의 구체적인 자세를 산출하는 방법에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 따르면, 6축 로봇 팔 - 상기 로봇 팔은 제1 링크부, 제2 링크부, 제3 링크부, 제4 링크부, 제5 링크부, 제6 링크부, 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 결합하는 제1 조인트부, 상기 제2 링크부와 상기 제3 링크부를 결합하는 제2 조인트부, 상기 제3 링크부와 상기 제4 링크부를 결합하는 제3 조인트부, 상기 제4 링크부와 상기 제5 링크부를 결합하는 제4 조인트부, 상기 5 링크부와 상기 제6 링크부를 결합하는 제5 조인트부 및 상기 제6 링크부와 상기 작업부를 결합하는 제6 조인트부를 구비함 - 의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되지 않는 회피 경로 상으로 이동될 경우의 상기 로봇 팔의 자세인 회피 자세를 산출하는 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 기준부가 초기 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 초기 위치와 상기 로봇 팔의 자세인 초기 자세를 제공하는 초기 지점 제공부, 상기 기준부가 최종 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 최종 위치와 상기 로봇 팔의 자세인 최종 자세를 제공하는 최종 지점 제공부, 상기 초기 지점에 위치되는 상기 기준부가 상기 최종 지점으로 이동되기 위하여, 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점에 상기 기준부가 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 제1 경유 위치를 제공하는 제1 경유 위치 제공부(141, 도 2참조), 초기 지점에 위치되는 상기 기준부가 상기 최종 지점으로 이동되기 위하여, 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점 다음으로 경유하는 제2 경유 지점에 상기 기준부가 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 제2 경유 위치를 제공하는 제2 경유 위치 제공부(141, 도 2 참조), 상기 제1 경유 위치와 상기 제2 경유 위치를 기초로 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우의 상기 로봇 팔의 자세인 제1 경유 자세 및 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 경우의 상기 로봇 팔의 자세인 제2 경유 자세를 산출하는 로봇 팔 자세 산출부(150, 도 2 참조) 및 상기 제1 경유 지점 및 상기 제2 경유 지점 중 적어도 하나의 지점을 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 경유 지점에 상기 기준부가 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 경유 위치를 제공하는 경유 위치 제공부(140, 도 2 참조)를 더 구비할 수 있다.

구체적으로 상기 경유 위치 제공부는 상기 제1 경유 위치를 제공하는 제1 경유 위치 제공부 및 상기 제2 경유 위치를 제공하는 제2 경유 위치 제공부를 구비할 수 있다.

상기 경유 지점의 위치인 경유 위치, 상기 경유 지점에 상기 기준부가 위치될 경우의 상기 기준부의 방향인 경유 방향 및 상기 경유 위치와 상기 경유 방향으로 상기 기준부가 위치될 경우의 각 조인트부의 회전 각도인 경유 자세가 전부 산출되어야 상기 로봇 팔의 동작이 구현될 수 있다.

상기 초기 지점 제공부는 상기 초기 위치 및 상기 초기 자세를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 초기 자세란 상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 경우에 제1 조인트부 내지 제6 조인트부의 회전 각도를 의미할 수 있다.

상기 초기 자세는 상기 제1 조인트부의 회전 각도인 제1 초기 자세(

), 상기 제2 조인트부의 회전 각도인 제2 초기 자세(

), 상기 제3 조인트부의 회전 각도인 제3 초기자세(

), 상기 제4 조인트부의 회전 각도인 제4 초기자세(

), 상기 제5 조인트부의 회전 각도인 제5 초기자세(

), 상기 제6 조인트부의 회전 각도인 제6 초기자세(

)로서 이루어질 수 있다.

상기 최종 지점 제공부는 상기 최종 위치 및 상기 최종 자세를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 최종 자세란 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 경우에 제1 조인트부 내지 제6 조인트부의 회전 각도를 의미할 수 있다.

상기 최종 자세는 상기 제1 조인트부의 회전 각도인 제1 최종 자세(

), 상기 제2 조인트부의 회전 각도인 제2 최종 자세(

), 상기 제3 조인트부의 회전 각도인 제3 최종 자세(

), 상기 제4 조인트부의 회전 각도인 제4 최종 자세(

), 상기 제5 조인트부의 회전 각도인 제5 최종 자세(

), 상기 제6 조인트부의 회전 각도인 제6 최종 자세(

)로서 이루어질 수 있다.

상기 초기 지점 제공부 및/또는 상기 최종 지점 제공부는 미리 저장된 데이터를 기초로 상술한 정보들을 제공할 수 있다.

또는, 상기 초기 지점 제공부 및/또는 상기 최종 지점 제공부는 송수신되는 데이터를 기초로 상술한 정보들을 제공할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템이 회피 자세를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 10을 참조하면, 상기 회피 자세를 산출하는 방법은, 6축 로봇 팔의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되지 않는 회피 경로 상으로 이동될 경우의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하는 방법인 회피 자세 산출 방법에 있어서, 상기 초기 지점에 위치되는 상기 기준부가 상기 최종 지점으로 이동되기 위하여, 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점 다음으로 경유하는 제2 경유 지점을 확정하는 경유 지점 확정 단계(K100), 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 일부 자세를 추정하는 경유 지점 일부 자세 추정 단계(K200) 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우의 상기 기준부의 위치인 제1 경유 위치, 상기 경유 지점 일부 자세 추정 단계에서 추정된 상기 로봇 팔의 일부 자세를 기초로, 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 전체 자세를 산출하는 경유 지점 자세 결정 단계(K300)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회피 자세를 산출하는 방법은 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우, 디스플레이부를 통해 상기 로봇 팔의 자세를 소정의 영상으로 표시하는 영상 표시 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 각 단계에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

경유 지점 확정 단계에서 제1 경유 위치 제공부는 상기 제1 경유 위치를 제공하고, 제2 경유 위치 제공부는 제2 경유 위치를 제공할 수 있다.

상기 제1 경유 위치 제공부는 상술한 방법에 의해 결정되는 제1 경유 지점의 위치인 제1 경유 위치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제2 경유 위치 제공부는 상술한 방법에 의해 결정되는 제2 경유 지점의 위치인 제2 경유 위치를 제공할 수 있다.

이에 대한 자세한 설명은 상술한 내용과 중복되는 한도에서 생략될 수 있다.

상기 기준부가 상기 회피 경로로 이동되도록 시뮬레이션을 하기 위해서는 상기 기준부가 제1 경유 지점에 위치될 때 로봇 팔의 자세인 제1 경유 자세 및 상기 기준부가 제2 경유 지점에 위치될 때 로봇 팔의 자세인 제2 경유 지점에서의 로봇 팔의 자세인 제2 경유 자세가 산출되어야 할 수 있다.

상기 제1 경유 자세는 상기 제1 조인트부의 회전 각도인 제1-1 경유 자세(

), 상기 제2 조인트부의 회전 각도인 제1-2 경유 자세(

), 상기 제3 조인트부의 회전 각도인 제1-3 경유 자세(

), 상기 제4 조인트부의 회전 각도인 제1-4 경유 자세(

), 상기 제5 조인트부의 회전 각도인 제1-5 경유 자세(

), 상기 제6 조인트부의 회전 각도인 제1-6 경유 자세(

)로서 이루어질 수 있다.

상기 제2 경유 자세는 상기 제1 조인트부의 회전 각도인 제2-1 경유 자세(

), 상기 제2 조인트부의 회전 각도인 제2-2 경유 자세(

), 상기 제3 조인트부의 회전 각도인 제2-3 경유 자세(

), 상기 제4 조인트부의 회전 각도인 제2-4 경유 자세(

), 상기 제5 조인트부의 회전 각도인 제2-5 경유 자세(

), 상기 제6 조인트부의 회전 각도인 제2-6 경유 자세(

)로서 이루어질 수 있다.

상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 위치와 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 적어도 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

다시 말하면, 상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 위치와 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는, 상기 기준부가 상기 초기 지점, 제1 경유 지점, 제2 경유 지점 및 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여 상기 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

경유 지점 일부 자세 추정 단계에서는 각 각의 경유 지점과 관련된 경유 자세 일부를 추정할 있다.

일례로, 초기 지점(S)에서 최종 지점(F)까지 이동되는 길이와 대응되도록 각 조인트가 회전된다고 가정하여 일부 자세를 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 도 9를 참조하면, 기준부가 초기 지점(S)에서 출발하여 제1 경유 지점(

)과 제2 경유 지점(

)을 통과하여 최종 지점(F)에 도달(이하, 회피 경로)된다고 가정할 수 있다.

여기서, 초기 지점 제공부에 의해 상기 초기 위치 및 상기 초기 자세가 제공될 수 있다.

또한, 최종 지점 제공부에 의해 상기 최종 위치 및 최종 자세가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 경유 위치 제공부에 의해 상기 제1 경유 위치가 제공될 수 있고, 상기 제2 경유 위치 제공부에 의해 상기 제2 경유 위치가 제공될 수 있다.

일반적으로 6축 로봇의 경우, 제1 조인트부의 회전 동작, 제2 조인트부의 회전 동작 및 제3 조인트부의 회전 동작은 상기 기준부의 방향 보다는 상기 기준부의 위치에 더 많은 영향을 줄 수 있다.

또한, 6축 로봇의 경우 제4 조인트부의 회전 동작, 제5 조인트부의 회전 동작 및 제6 조인트부의 회전 동작은 상기 기준부의 위치 보다는 상기 기준부의 방향에 더 많은 영향을 줄 수 있다.

다시 말하면, 일반적으로 6축 로봇의 경우, 제4 조인트부의 회전 동작, 제5 조인트부의 회전 동작 및 제6 조인트부의 회전 동작은 상기 작업부의 위치 보다는 상기 작업부의 방향에 더 많은 영향을 줄 수 있다.

따라서, 제4 조인트부의 회전 동작, 제5 조인트부의 회전 동작 및 제6 조인트부의 회전 동작이 상기 기준부가 상기 회피 경로 상으로 이동되는 것(상기 기준부의 위치)에 작은 영향을 미친다고 가정할 수 있다.

이와 같은 가정을 통해, 상기 제4 조인트부, 상기 제5 조인트부 및 상기 제6 조인트부가 상기 초기 자세에서 상기 최종 자세 사이의 범위에서 상기 기준부의 이동 거리 변화와 동일한 비율로서 회전되는 것으로 보고, 제1 경유 자세와 제2 경유 자세를 산출할 수 있다.

이와 같이, 경유 지점 일부 자세 추정 단계에서는 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 일부 자세를 추정할 수 있고, 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 일부 자세를 추정할 수도 있다.

상기 제1 경유 자세 중에서 제1-4 경유 자세, 제1-5 경유 자세 및 제1-6 경유 자세를 아래의 식과 같이 연산될 수 있다.

다시 말하면, 상기 기준부가 제1 경유 지점에 위치될 경우 제4 조인트부의 회전 각도, 제5 조인트부의 회전 각도 및 제6 조인트부의 회전 각도는 아래의 식과 같이 연산될 수 있다.

· · · · · · · · · · (식 2-1)

· · · · · · · · · · (식 2-2)

· · · · · · · · · · (식 2-3)

여기서,

을 의미할 수 있다.

여기서,

은 초기 지점에서 제1 경유 지점까지의 길이를 의미할 수 있다.

또한,

는 제1 경유 지점에서 제2 경유 지점까지의 길이를 의미할 수 있다.

또한,

은 제2 경유 지점에서 최종 지점까지의 길이를 의미할 수 있다.

마찬가지로, 상기 제2 경유 자세 중에서 제2-4 경유 자세, 제2-5 경유 자세 및 제2-6 경유 자세를 아래의 식과 같이 연산될 수 있다.

다시 말하면, 상기 기준부가 제2 경유 지점에 위치될 경우 제4 조인트부의 회전 각도, 제5 조인트부의 회전 각도 및 제6 조인트부의 회전 각도는 아래의 식과 같이 연산될 수 있다.

· · · · · · · (식 2-4)

· · · · · · · · (식 2-5)

· · · · · · · · (식 2-6)

여기서,

을 의미할 수 있다.

경유 지점 자세 결정 단계에서 상기 로봇 팔 자세 산출부는 제1 경유 위치와 일부의 제1 경유 자세를 기초로 나머지 제1 경유 자세 및 제1 경유 방향을 산출할 수 있다.

다른 말로 표현하자면, 상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

제1 경유 방향은 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 방향을 의미할 수 있다.

제1 경유 방향은 제1-1 경유 방향, 제1-2 경유 방향 및 제1-3 경유 방향으로 분리될 수 있다.

일례로, 제1-1 경유 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 제1 경유 지점의 X축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

또한, 제1-2 경유 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 제1 경유 지점의 Y축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

또한, 제1-3 경유 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 제1 경유 지점의 Z축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 위치인 세 개의 값과 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 기초로 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 경유 지점 자세 결정 단계에서 상기 로봇 팔 자세 산출부는 제2 경유 위치와 일부의 제2 경유 자세를 기초로 나머지 제2 경유 자세 및 제2 경유 방향을 산출할 수 있다.

다른 말로 표현하자면, 상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제2 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 기초로 제2 경유 자세를 산출할 수 있다.

제2 경유 위치는 베이스 지점(W)에서 제2 경유 지점에 대한 위치 벡터를 의미할 수 있다.

다시 말하면, 제2 경유 위치는 베이스 지점(W)을 기준으로하는 베이스 좌표계의 X, Y 및 Z 축에 의해 3개의 벡터로 구분될 수 있다.제2 경유 방향은 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 방향을 의미할 수 있다.

제2 경유 방향은 제2-1 경유 방향, 제2-2 경유 방향 및 제2-3 경유 방향으로 분리될 수 있다.

일례로, 제2-1 경유 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 제2 경유 지점의 X축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

또한, 제2-2 경유 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 제2 경유 지점의 Y축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

또한, 제2-3 경유 방향은 베이스 지점(W)을 기준으로 상기 제2 경유 지점의 Z축의 방향과 관련된 벡터일 수 있다.

상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제2 경유 위치인 세 개의 값과 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 기초로 제2 경유 자세를 산출할 수 있다.

상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 제1 경유 자세를 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 제1-4 경유 자세(

), 제1-5 경유 자세(

) 및 제1-6 경유 자세(

)와 제1 경유 위치를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하면, 제1-1 경유 자세(

), 제1-2 경유 자세(

), 제1-3 경유 자세(

) 및 상기 제1 경유 방향이 연산될 수 있다.

Inverse Kinematics는 기준부가 임의의 지점 위치될 경우, 상기 기준부의 위치 정보 3개와 상기 기준부의 방향 정보 3개를 기초로 상기 기준부가 임의의 지점에 위치될 경우 제1 조인트부 내지 제6 조인트부 각 각의 회전 각도를 산출할 수 있는 알고리즘이다.

다시 말하면, 3개의 위치(X축, Y축, Z축)와 3개의 방향(X방향, Y방향, Z방향)을 통해 6개의 조인트부의 회전 각도를 연산하는 알고리즘일 수 있다.

Inverse Kinematics 알고리즘은 통상의 기술자에게 통용되는 알고리즘이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략될 수 있다.

본 발명은 Inverse Kinematics 알고리즘에서, 상기 기준부의 위치와 상기 기준부의 방향을 대신하는 제4 조인트부 내지 제6 조인트부의 회전 각도를 입력하여, 상기 기준부의 방향 및 제1 조인트부 내지 제3 조인트부의 회전 각도를 산출하는 것일 수 있다.

제1 경유 지점의 위치만을 알고 있는 상태에서 제4 조인트부 내지 제6 조인트부를 추정 및 산출하여, Inverse Kinematics 알고리즘을 통하여, 나머지 변수들인 제1 경유 지점의 방향과 제1 조인트부 내지 제3 조인트부의 회전 각도를 산출할 수 있다.

마찬가지로, 상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제2 경유 위치 및 상기 기준부가 상기 제2경유 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 제2 경유 자세를 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 제2-4 경유 자세(

), 제2-5 경유 자세(

) 및 제2-6 경유 자세(

)와 제2 경유 위치를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하면, 제2-1 경유 자세(

), 제2-2 경유 자세(

), 제2-3 경유 자세(

) 및 상기 제2 경유 방향이 연산될 수 있다.

상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 위치 및 상기 제2 경유 위치 중 적어도 하나가 변경될 경우 변경된 위치를 기초로 제1 경유 자세 및 제2 경유 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔 자세 산출부는 상기 제1 경유 자세 및 상기 제2 경유 자세 중 적어도 하나가 산출되지 못하는 경우, 자세 산출이 불가하다는 신호와 관련된 불가 신호를 생성할 수 있다.

상기 디스플레이부는 상기 로봇 팔 자세 산출부로부터 전달되는 상기 불가 신호를 기초로 소정의 정보를 표시할 수 있다.

도 11 및 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의해 연산된 회피 자세와 회피 경로를 활용하여 제1 방법으로 시뮬레이션 할 때의 디스플레이부 상의 표시되는 정보를 도시한 도면이다.

제1 방법으로 시뮬레이션하는 것은 하나의 로봇 팔이 상기 회피 경로와 상기 회피 자세로 이동되는 것을 이용하여 장애물과 충돌되는지 여부를 판단하는 것일 수 있다.

구체적으로, 제1 방법으로 시뮬레이션하는 것은 하나의 로봇 팔(1a)의 기준부(M10)가 초기 위치(S)에서 회피 경로(R100)를 따라 최종 위치(F)로 이동 될 때, 상기 로봇 팔(1a)이 상기 장애물(D10)과 충돌되는지 여부를 판단하는 방법일 수 있다.

여기서, 상기 로봇 팔(1a)은 회피 자세로 이동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템은 산출된 회피 경로와 상기 회피 자세로서 상기 로봇 팔이 이동되는 경우, 상기 기준부가 상기 장애물에 충돌되는지 여부를 판단하는 충돌 판단부(170, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 상기 제어부는 상기 충돌 판단부(170)를 더 구비할 수 있다.

구체적인 일례로서, 상기 충돌 판단부(170)는 상기 로봇 팔 자세 산출부를 통해 산출된 회피 경로와 회피 자세를 통해 상기 로봇 팔을 가상으로 이동시킬 수 있다.

즉, 상기 충돌 판단부는 상기 로봇 팔 자세 산출부를 통해 산출된 회피 경로와 회피 자세에 대해서 시뮬레이션을 할 수 있다.

상기 충돌 판단부는 상기 로봇 팔 자세 산출부를 통해 산출된 회피 경로와 회피 자세를 기초로 상기 로봇 팔이 이동되는 것과 관련된 정보인 이동 정보를 상기 디스플레이부에 전달할 수 있다.

상기 이동 정보는 상기 로봇 팔이 회피 경로와 회피 자세로 이동되는 연속 이미지들을 포함할 수 있다.

다만, 이에 한정하는 것은 아니고 상기 이동 정보는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

도 11을 참조하면, 상기 디스플레이부는 상기 이동 정보를 기초로 상기 로봇 팔(1a)이 움직임을 표시할 수 있다.

상기 충돌 판단부가 상기 로봇 팔과 상기 장애물(D10)이 충돌된다고 판단한다면, 이와 관련된 정보인 충돌 정보를 상기 디스플레이부에 전달할 수 있다.

도 12를 참조하면, 상기 디스플레이부는 상기 충돌 정보를 상기 디스플레이부에 전달할 수 있다.

상기 충돌 정보는 상기 로봇 팔(1a)과 상기 장애물(D10)이 서로 충돌되어 있는 상태를 표현하는 정보일 수 있다.

다만, 이에 한정하는 것은 아니고 상기 충돌 정보는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 의해 연산된 회피 자세와 회피 경로를 활용하여 제1 방법으로 시뮬레이션 할 때, 하나의 예로서 디스플레이부 상의 표시되는 정보를 도시한 도면이다.

상기 기준부가 회피 경로(R100) 이동되는 것에 따라 상기 로봇 팔의 자세가 어떻게 변화되는 지가 디스플레이부 상에 표시될 수 있다.

일례로, 도 13을 참조하면, 상기 디스플레이부 상에서는 상기 기준부가 상기 제1 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세와 상기 기준부가 상기 제2 경유 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세가 동시에 표시될 수 있다.

이로 인해, 작업자는 상기 기준부의 위치에 따라 상기 로봇 팔의 자세가 어떻게 변하는 지를 용이하게 파악할 수 있다.

회피 경로는 초기 지점에서 제1 경유 지점까지의 최단 거리를 가지는 경로, 상기 제1 경유 지점에서 상기 제2 경유 지점까지의 최단 거리를 가지는 경로 및 상기 제2 경유 지점에서 상기 최종 지점까지의 최단 거리를 가지는 경로를 전부 포함하는 경로를 의미할 수 있다.

회피 자세는 상기 회피 경로 상에 상기 기준부가 위치될 경우에 각 각의 조인트부의 회전 각도를 의미할 수 있다.

상기 회피 자세는 제1 경유 자세, 제2 경유 자세, 초기 자세 및 최종 자세를 포함할 수 있다.

상기 기준부가 상기 회피 경로 중에서 상기 초기 지점과 상기 제1 경유 지점 사이에 위치된다면 상기 로봇 팔의 자세는 상기 초기 지점과 상기 제1 경유 지점 사이의 거리 비율에 따라 결정될 수 있다.

간략하게 설명하자면, 초기 지점에서 제1 경유 지점의 길이가 10이라고 가정하고, 제1 초기 자세가 10°이고, 제1-1 경유 자세가 20°라고 가정할 수 있다.

여기서, 상기 기준부가 초기 지점에서 제1 경유 지점의 사이(길이 5에 대응되는 부분)에 위치된다면, 상기 제1 조인트부의 각도는 15°일 수 있다.

이와 같이, 상기 회피 경로 상에 상기 기준부가 위치되는 경우, 각각의 조인트부의 회전 각도를 산출할 수 있다.

본 발명의 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 따르면, 작업자는 회피 경로와 회피 자세를 빠르게 연산할 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위해, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없거나 떨어지는 구성에 대해서는 간략하게 표현하거나 생략하였다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

10 : 제1 링크부 20 : 제2 링크부
30 : 제3 링크부 40 : 제4 링크부
50 : 제5 링크부 60 : 제6 링크부

Claims

6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위한 시스템에 활용되는 회피 경로 안내툴(Via Bar)을 표시하는 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 있어서,
상기 기준부가 초기 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 초기 위치와 상기 기준부의 방향인 초기 방향을 제공하는 초기 지점 제공부;
상기 기준부가 최종 지점에 위치될 경우, 상기 기준부의 위치인 최종 위치와 상기 기준부의 방향인 최종 방향을 제공하는 최종 지점 제공부;
상기 기준부가 상기 장애물과 충돌되지 않기 위하여 상기 기준부가 경유하는 제1 경유 지점의 위치인 제1 경유 위치와 상기 제1 경유 지점 다음으로 상기 기준부가 경유하는 지점인 제2 경유 지점의 위치인 제2 경유 위치를 산출하는 경유 위치 판단부;
상기 제1 경유 지점과 상기 제2 경유 지점을 서로 연결하는 소정의 선(Line)인 가이드선을 포함하는 회피 경로 안내툴과 관련된 데이터를 생성하는 회피 경로 안내툴 데이터 생성부; 및
상기 회피 경로 안내툴로부터 제공되는 데이터를 기초로 회피 경로 안내툴을 표시하는 디스플레이부;를 포함하고,
상기 경유 위치 판단부는,
최소 이동 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자를 고려하여, 상기 제1 경유 위치와 상기 제2 경유 위치를 산출하는,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 요소 인자는,
상기 초기 위치와 상기 최종 위치를 기초로 산출되는,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 요소 인자는,
기준이 되는 임의의 지점인 베이스 지점에서 상기 초기 지점에 대한 벡터인 초기 위치 벡터와 상기 베이스 지점에서 상기 최종 지점에 대한 벡터인 최종 위치 벡터의 합에 대하여 소정의 값을 나누어 산출되는,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 요소 인자는,
상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 방향인 충돌 회피 방향 인자와 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 거리인 충돌 회피 거리 인자를 기초로 산출되는,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제4항에 있어서,
상기 충돌 회피 방향 인자는,
상기 초기 지점에서 상기 최종 지점에 대한 방향인 제1 축 방향과 소정의 각도를 가지는 벡터인,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제5항에 있어서,
상기 충돌 회피 방향 인자는,
미리 정해진 제1 방법에 의해 연산되는 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출되며,
상기 미리 정해진 제1 방법은,
베이스 지점에서 상기 초기 지점의 Z축 방향과 관련된 벡터인 제3 초기 방향을 상기 제1 축 방향과 직교하는 평면인 입사 평면에 정사영 시킨 벡터와, 베이스 지점에서 상기 최종 지점의 Z축 방향과 관련된 벡터인 제3 최종 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터를 기초로 예비 충돌 회피 벡터를 연산하는 방법인,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제6항에 있어서,
상기 충돌 회피 방향 인자는,
미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족될 경우, 미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출되고,
미리 정해진 제1 방법에 의해 연산된 상기 예비 충돌 회피 벡터가 미리 정해진 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 충돌 회피 방향 인자는 미리 정해진 제2 방법에 의해 연산되는 예비 충돌 회피 벡터에 의해 산출되며,
상기 미리 정해진 제2 방법은,
베이스 지점에서 상기 초기 지점의 X축 방향과 관련된 벡터인 제1 초기 방향을 상기 제1 축 방향과 직교하는 평면인 입사 평면에 정사영 시킨 벡터와, 베이스 지점에서 상기 최종 지점의 X축 방향과 관련된 벡터인 제1 최종 방향을 상기 입사 평면에 정사영 시킨 벡터를 기초로 예비 충돌 회피 벡터를 연산하는 방법인,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제4항에 있어서,
상기 경유 위치 판단부는,
상기 제1 요소 인자와 상기 제2 요소 인자를 기초로 산출된 기준 지점과 관련된 위치인 기준 위치와 상기 기준부가 기준 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 방향과 관련된 기준 방향을 기초로 제1 경유 위치 및 제2 경유 위치를 산출하는,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
제8항에 있어서,
상기 경유 위치 판단부는,
상기 기준 지점에 대해서 미리 정해진 방향과 미리 정해진 거리만큼 이격된 지점을 기초로 제1 경유 위치 및 제2 경유 위치를 산출하는,
충돌 회피 시뮬레이션 시스템.
6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부가 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위한 충돌 회피 시뮬레이션 시스템에 활용되는 회피 경로 안내툴(Via Bar)을 표시하는 방법인 회피 경로 안내툴 표시 방법에 있어서,
기준 지점의 위치를 산출하는 단계인 기준 위치 산출 단계;
기준 지점의 방향을 산출하는 단계인 기준 방향 산출 단계;
상기 기준 위치와 상기 기준 방향을 기초로 제1 경유 지점의 위치 와 제2 경유 지점의 위치를 산출하는 경유 지점 산출 단계; 및
상기 제1 경유 지점과 상기 제2 경유지점을 서로 연결하는 소정의 선(Line)인 가이드선을 디스플레이부 상에 표시하는 회피 경로 안내툴 표시 단계를 포함하고,
상기 기준 위치 산출 단계는,
최소 이동 경로와 관련된 인자인 제1 요소 인자 및 상기 기준 지점이 상기 장애물과 충돌되지 않도록 하는 요소와 관련된 인자인 제 2요소 인자를 고려하여, 상기 기준 위치를 산출하는,
회피 경로 안내툴 표시 방법.