KR20210147799A - 무인으로 작동되는 수중드론에 장착되는 전동 로봇팔과 그리퍼 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인수중드론에 탑재되는 원격제어 수중드론 로봇팔과 그리퍼에 관한 방식으로서 기존의 무인수중드론에는 장착되지 않았고 육상 로봇팔에만 장착되어 사용되던 로봇팔과 그리퍼 시스템을 단순화 하여 원격으로 조정되는 수중 무인 드론에 적용함으로서 수중 작업환경을 더욱 정밀하고 반복적으로 할 수 있는 시스템이다. 본 발명에 따르면 수중원격 무인드론에 장착된 로봇팔이 수중환경에서 작업을 수행하여야 하는 특정 작업 예를들면, 대상 작업물을 집게를 이용하여 대상물을 이동시키는 일, 회전시키는 일, 드릴링등과 같은 구동이 필요한 작업의 정밀도를 상당히 높일 수 있으며, 샘플러, 대상물 이동, 시료 운반과 같은 동일한 자세에 대한 반복적인 움직임이 필요한 작업의 효율성을 극대화시킬 수 있다.

Description

무인으로 작동되는 수중드론에 장착되는 전동 로봇팔과 그리퍼 시스템{Electric robotic arm and gripper system mounted on an unmanned underwater drone}

본 발명은 지상의 산업용 로봇팔과 그리퍼 처럼 수중무인드론의 끝단에 로봇팔을 장착하고 그리퍼 시스템과 필요한 공구를 접합하여 작업할 수 있게 하는 원격무인잠수정에 탑재되는 원격제어 로봇팔 시스템에 관한 것으로서, 로봇팔 끝단의 그리퍼를 드릴링이나 집게를 탈부착하게 장착하여 원하는 작업을 효율적으로 수행할 수 있도록 하였다.

대형 과학조사용 ROV 혹은 중작업용 ROV들은 수중에서의 임무수행을 위해 원격조종 로봇팔과 그리퍼 시스템을 탑재하고 있다. 허나 MINI ROV는 카메라위주의 영상작업으로만 작업의 한계를 보여 왔으며, 현재는 로봇팔을 장착한 원격무인잠수정은 해양 과학조사나 해양공학 분야 및 해양건설 분야에서 중요한 도구가 되었다. 일반적인 원격제어 로봇팔 시스템은 로봇팔부분과 그리퍼로 구성되고, 로봇팔의 기능은 회전을 담당하고 그리퍼의 경우는 대상물을 잡는 방법으로 이뤄진 시스템이다. 이는 지상 로봇팔 처럼 각 관절에 대응할 필요 없는 단순한 기능인 1축 만으로 충분히 수중환경에서의 로봇팔과 그리퍼를 이용한 작업이 가능하고 로봇팔과 그리퍼 시스템을 수중드론에 장착된 카메라를 통해서 조작자가 직접 제어함으로써 로봇팔 끝단에 위치한 공구(집게 혹은 드릴)의 위치와 자세를 제어하는 방식이다. 이러한 로봇팔 및 그리퍼 제어방식은 생산시설에서 작업의 정밀한 위치와 자세를 필요로 하지 만 수중드론에서는 수중드론에 장착된 카메라를 통해서 조작자가 원격작업을 해야 하는 상황에서는 정밀한 위치와 자세를 유지하기 아주 어려운 작업환경이라 할 수 있다. 따라서 정밀한 위치와 자세를 유지하면서 수행되어야 하는 특정 작업에 있어서는 숙련된 조작자라 할지라도 그 정밀도를 보장하기 어려운 단점이 있다. 예를 들면, 드릴링등과 같은 작업은 공구의 자세를 일정하게 유지하면서 특정방향으로 움직여야 하는 작업으로서, 로봇팔을 조작자가 직접 조작하여 작업을 수행하기는 어렵다고 할 수 있다.

본 발명은 기존의 지상의 로봇팔 시스템에서 제어되는 상황을 ROV에 적용하기 위한 수중환경에서 원격제어로 로봇팔 시스템을 작업을 위한 것으로 조작자가 로봇팔 끝단에 위치한 공구의 자세와 위치 명령만을 지령함으로써 로봇팔 및 그리퍼를 전동으로 제어할 수 있는 ROV 제어 시스템과 수중 시스템용 그리퍼를 제어하는 제어 시스템을 포함하는 원격제어용 그리퍼 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추가할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수중 작업공간 상에서 로봇팔의 끝단에 위치한 공구의 위치와 자세 및 동작에 대한 명령을 내림으로써 로봇팔의 그리퍼 시스템을 제어할 수 있는 구동 제어기와, 제어기를 감싸고 있는 방수처리된 내압용기 및 공구를 바꿔 장착할 수 있는 마운트로 구성된 수중 그리퍼 시스템을 제시한다.

본 발명에 따르면, 원격무인드론에 장착된 로봇팔이 자세를 유지하면서 수행하여야 하는 특정 작업 예를 들면, 드릴링, 그리핑등과 같은 작업환경에서 구동이 필요한 작업의 정밀도를 상당히 높일 수 있으며, 워터 샘플러, 시료 운반과 같은 동일한 자세에 대한 반복적인 움직임이 필요한 작업의 효율성을 극대화시킬 수 있다. 본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 본 발명이 적용된 로봇팔 그리퍼 시스템의 기본구성은 다음과 같다. 한 대의 로봇팔을 장착한 제어기가 원격지에 위치하고 그리퍼가 제어기가 ROV에 장착된다. ROV 제어기와 그리퍼 제어기는 광통신 케이블을 통하여 RS485 시리얼통신 규약으로 통신하도록 한다. 로봇팔의 위치는 ROV 제어기로부터 그리퍼 제어기로 전송되고 그리퍼의 제어기는 그리퍼 끝단의 공구의 위치 및 회전 혹은 그리핑, 드릴링을 시실하게 되는 동작명령을 수행하게 되고 이러한 동작은 그리퍼 제어기로 피드백된다. 로봇팔의 조작자는 작업공간에서 ROV 로봇팔을 조작함으로써 그리퍼의 공구를 조종한다. 본 발명은 ROV 제어 시스템은 RS232 시리얼 통신이나 RS485 시리얼 통신 방식을 통하여 그리퍼 제어기와 통신함으로써 기존의 ROV 제어기와 그리퍼 제어기 사이의 통신 규약에 위배되지 않도록 하였다. 본 발명은 기존 ROV 시스템에 추가하여 새로운 작업환경에서 구동 및 제어 되는 시스템을 개발한 것으로, 조작자는 필요한 수중의 임무에 따라 기존의 ROV 시스템이나 본 발명에 따른 작업환경에서의 구동 및 제어 시스템을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 작업공간 좌표계 상에서 뿐만 아니라, 공구 좌표계 상에서 그리퍼 로봇팔의 말단장치의 위치와 자세를 제어할 수 있다. 본 발명은 ROV 제어기가 로봇팔의 그리퍼에 명령을 내림으로써 로봇팔 전체를 제어할 수 있는 구동 제어기와, 조작자가 그리퍼 끝단의 공구에 대한 명령을 입력함으로써 로봇팔의 움직임을 용이하게 조작할 수 있도록 하는 ROV 제어 및 그리퍼 제어를 위한 명령을 입력함으로써 로봇팔과 관련된 모든 움직임을 세부적으로 조작할수 있도록 할 수 있는 제어장치 및 로봇팔의 그리퍼 제어기와 ROV 시스템 사이에 명령 및 센서 정보를 송수신할 수 있는 ROV로 구성된다. 특히, 본 발명의 ROV 시스템은 조작자로부터 내려진 명령을 받아 로봇팔이 움직여야 하는 명령을 기구학에 의해 계산해 내고 이를 이용하여 로봇팔의 그리퍼를 제어하는 역할을 한다. 본 발명은 기존 ROV 시스템의 기능을 본 발명에서도 사용할 수 있도록 기본적인 조작 기능들은 기존의 ROV 시스템에서 사용되지는 조이스틱 명령입력장치를 이용하여 구현하였으며, 일부 기능들은 조이스틱 사용의 혼동을 피하기 위해 GUI(Graphic User Interface) 및 키보드 명령입력장치를 통하여 구현하였다. 조이스틱 명령입력장치에서, 로봇팔의 그리퍼 장치의 직선 속도와 회전 속도는 스틱의 위치와 버튼 조작을 통해 입력할 수 있으며, 로봇팔의 그리퍼 끝에 위치한 집게의 개폐 명령은 조이스틱의 두 개의 버튼 조작을 통해 입력할 수 있도록 하였다. 본 발명에서는 기존 ROV 시스템에서 사용하는 RS-485통신 방식과 프로토콜을 그대로 이용하였다. 본 발명의 컴퓨터 시스템에서 프로그램을 통해 기존 ROV 시스템과 같은 통신 패킷을 구성하여 그리퍼 제어기와 통신 한다. 기존 시스템에서는 그리퍼의 정보를 ROV 시스템으로 보내게 되는데 그리퍼의 동작 정보를 그리퍼 제어기에 요청하여 읽어 들이도록 하였다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. 무인수중드론의 카메라를 통해서 확인된 작업물에 기존 ROV 시스템의 조이스틱에 의한 명령을 전달하면 로봇팔 끝단에 위치한 그리퍼의 공구중 한종류인 집게가 최종명령을 수행하게 되는데 이는 ROV 시스템의 제어기에서 그리퍼 제어기로 전달되는과정과 조작자가 작업을 무인수중드론 카메라를 보고 조이스틱을 이용하여 로봇팔의 회전기어가 움직이게 되고, 강도에 따라 집게가 그립핑(오무려 잡는 방식)을 시행하게 되는 시스템과 작업자가 필요에 따라 회전기어를 조정하여 집게를 원하는 각도로 회전시키는 명령을 그리퍼 제어기에 보내게 되면 로봇팔의 그리퍼 공구가 대상물을 집은 채로 회전하거나 대상물을 옮기는 일을 하게 조작되는 구동 및 제어 시스템.