KR20220020242A - 로봇 조정기 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

로봇 조정기 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법 Download PDF

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프랜카 에미카 게엠바하
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Abstract

본 발명은 로봇 조정기(1)에 대한 화물(11)의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은, - 엔드 이펙터(9)에 의해 화물(11)을 파지하는 단계(S1); - 화물(11)을 n개의 별개 정적 포즈들로 이동시키는 단계(S2); - n개의 정적 포즈들 각각에 대한 외부 렌치(Fext)를 결정하는 단계(S3); - 기본 좌표계에서, 외력들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 결정하는 단계(S4); - 기초 좌표계에서 외력들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향을 가리키는 특정 성분으로부터, 그리고 중력 벡터의 크기로부터 화물(11)의 중량의 특정 추정치를 결정하는 단계(S5); - 상기 화물(11)의 중량의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 상기 화물(11)의 중량을 결정하는 단계(S6); - 상기 화물(11)의 중량에 기초하여 상기 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 상기 화물(11)의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 상기 특정 정적 포즈에 대해 그리고 상기 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 상기 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 상기 화물(11)의 중량의 특정 추정치를 결정하는 단계(S7); 및 - 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물(11)의 무게 중심을 결정하는 단계(S8)를 포함한다.

Description

로봇 조정기 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법
본 발명은 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법 및 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의해 해결되는 문제는 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하는 것이다.
본 발명은 독립항들의 특징들에 의해 규정된다. 유리한 개량예들 및 실시예들 종속항들의 청구 대상이다.
본 발명의 제1 양태는 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 로봇 조정기는 기초부에 배열되고 그리고 다수의 링크들을 갖는다. 링크들은 조인트들에 의해 서로 연결된다. 액츄에이터들은 조인트들 중 하나 상에 배열되는 개개의 링크들을 서로에 대해 회전시키거나 기울이기 위해 조인트들 상에 배열된다. 로봇 조정기는 또한 화물을 파지하기 위한 엔드 이펙터(end effector)를 또한 갖는다. 본 발명의 제1 양태에 따른 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 엔드 이펙터에 의해 화물을 파지하는 단계;
- 화물을 n개의 구분된 정적 포즈들로 이동시키는 단계;
- n개의 정적 포즈들 각각에 대해 외부 렌치(Fext)를 결정하는 단계 ─ 개개의 외부 렌치(Fext)는 로봇 조정기에 작용하는 외력들 및 토크들을 특정함 ─ ;
- 기초 좌표계에서, 외력들을 나타내는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들 결정하는 단계 ─ 기초 좌표계는 직교 좌표계이고 그리고 로봇 조정기의 기초부에 본체-고정된(body-fixed) 방식으로 배열되는 것으로 상상되며, 그리고 기초 좌표계의 축은 중력 벡터에 평행함 ─ ;
- 기초 좌표계에서 외력들을 나타내는 각각의 외부 렌치(Fext)의 성분들 중으로부터 중력 벡터의 방향을 가리키는 특정 성분으로부터 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 화물의 중량의 특정 추정치를 결정하는 단계;
- 화물의 중량의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물의 중량을 결정하는 단계;
- 화물의 중량에 기초하여 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 화물의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 특정 정적 포즈에 대해 그리고 외부에서 작용하는 토크들을 나타내는 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 화물의 중량의 특정 추정치를 결정하는 단계; 및
- 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물의 무게 중심을 결정하는 단계.
기초 좌표계의 배향은 적어도, 기초 좌표계의 일 축이 국부적인 중력 벡터의 방향을 가리키도록 정렬된다. 기본 좌표계는 바람직하게는, 로봇 조정기를 설정할 때 이에 따라 보정된다. 기본 좌표계에서, 외력들을 나타내는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 결정하는 것은 특히, 이러한 경우에, 중력 벡터를 따라 배향되는 기본 좌표계가 또한 암시적으로 규정되기 때문에, 정확히 외부 렌치(Fext)의 하나의 힘-표시 성분이 국부적인 중력 벡터의 방향으로 정확히 규정되도록, 대응하는 좌표계 변환에 의해 외부 렌치(Fext)를 변환하는 것과 동일하다. 국부적인 중력 벡터는, 특히 지구상의 주어진 위치에서 작용하는 중력의 방향을 나타내는 벡터이다.
정적 포즈는 특정 시간 기간 동안 유지된다. 이는, 코리올리 힘들(Coriolis forces), 접선 가속도들 또는 원심력들과 같은 동적 힘들 및 토크들을 또한 검출할 필요 없이 힘들 및 토크들의 정적 측정을 허용한다. 따라서, 정적 포즈들에 대한 개개의 외부 렌치(Fext)는 또한 어떠한 동적 힘들 및 토크들을 포함하지 않는다. 외부 렌치(Fext)는, 화물의 중량을 포함하는, 정적 포즈들에 대한 모든 외력 및 토크 영향들을 나타낸다. 그러나, 외부 렌치(Fext)는 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 조정기의 무게를 포함하지 않는다. 결과적으로, 엔드 이펙터에 수용되는 화물 없이, 로봇 조정기의 정적 포즈에서, 외부 렌치(Fext)는 0 벡터에 대응한다.
무게 중심은 점형 위치이며, 즉, 무게 중심을 결정할 때, 포지션 벡터는 이러한 점형 위치, 무게 중심에 대해 결정된다. 이러한 포지션 벡터의 시작점은 특히, 이러한 포지션 벡터가 표시되는 개개의 좌표계의 원점에 놓인다.
화물의 중량을 결정할 때, 로봇 조정기 자체는 유리하게는 화물의 질량의 중량을 결정하기 위해 저울(scale)로서 작용한다. 이러한 경우에, 화물의 중량 및 질량이 위치 인자(g
Figure pct00001
9.8 m/s²)를 통해 서로 연결되기 때문에, 무게를 결정하는 것은 질량을 결정하는 것과 완전히 동일하다.
로봇 조정기에 대해 화물의 중량 및 무게 중심이 효율적으로 결정될 수 있다는 것이 본 발명의 유리한 효과이다.
유리한 실시예에 따르면, 화물은 오직 k(이 때, k ≤ n)개의 액추에이터들을 제어함으로써 n개의 별개 정적 포즈들로 이동되며, 여기서 숫자 k는 미리 규정된 양이며 그리고 k개의 액추에이터들은 엔드 이펙터에 가장 가까운 k개의 조인트들 상에 배열되거나 k개의 조인트들에 할당된다. 다른 유리한 실시예에 따르면, k = 3이고 그리고 화물의 움직임은 단지 엔드 이펙터에 가장 가까운 3개의 조인트들의 3개의 액추에이터들을 제어함으로써 n개의 별개 정적 포즈들로 발생한다. 추가의 유리한 실시예에 따르면, k = 2이고 그리고 화물의 움직임은 단지 엔드 이펙터에 가장 가까운 2개의 조인트들의 2개의 액추에이터들을 제어함으로써 n개의 별개 정적 포즈들로 발생한다. 화물을 이동시키는 단계는 유리하게는, 단지 공간의 매우 작은 부분 상에서 실행된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 화물은 오직 k(이 때, k ≤ n)개의 액추에이터들을 제어함으로써 n개의 별개 정적 포즈들로 이동되며, 여기서 숫자 k는 미리 규정된 양이다.
유리하게는, k = 2이고 그리고 n개의 별개 정적 포즈들로의 화물의 움직임은 단지 엔드 이펙터에 가장 가까운 3개의 조인트들의 제1 액츄에이터 및 제3 액츄에이터를 제어함으로써 발생한다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 단계들은 사용자로부터의 입력 신호에 응답하여 자동으로 실행된다.
다른 유리한 실시예에 따르면, n개의 정적 포즈들은 로봇 조정기에 의해 자동으로 통과되고 그리고 다른 움직임에 중첩되며, 여기서 다른 움직임은 바람직하게는 로봇 조정기의 수동 안내이다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 단계들은 로봇 조정기의 수동 안내 동안 실행된다. 이러한 경우에, 이용가능할 때, 정적 포즈들이 자동으로 선택된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 외부 렌치(Fext)는 조인트들에서의 토크 센서들에 의해 결정된다.
토크 센서들은 유리하게는, 액츄에이터로(actuatorically) 회전가능한 조인트들의 전기 액츄에이터들에 통합된다. 특히, 전기 액추에이터들의 전기 전류를 측정함으로써, 내부의 토크들이 검출될 수 있다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 외부 렌치(Fext)는 조인트들 상에서 또는 링크들 상에서 변형률 게이지들을 사용하여 결정된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 화물은, 별개 방향들로부터 n개의 정적 포즈들 중 숫자(m)로 여러번 이동되며, 이 때 m ≤ n이다.
이러한 방식으로, 히스테리시스(hysteresis) 효과들은 개개의 힘 또는 토크 센서들로부터 유리하게 평균화될 수 있고 그리고 이에 따라 외부 렌치(Fext)의 측정들로부터 제거될 수 있다. 히스테리시스 효과들은 특히 "로봇 조정기" 시스템의 마찰과 관성으로부터 유래한다. 이러한 포즈가 접근되는 방향에 따라, 개개의 힘 또는 토크 센서들에 의해 상이한 값들이 측정된다. 이에 따라, 대칭 움직임이 상이한 방향들로 요망되는 포즈로 발생한다면, 외부 렌치(Fext)를 감지할 때, 개개의 히스테리시스 효과에 의해 유발되는 측정 오차를 제거하는 것이 이에 따라 가능하다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, n = 8이다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 외부 렌치(Fext)는 엔드 이펙터에 대해 본체-고정되는(body-fixed) 엔드 이펙터 좌표계에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 결정되며, 그리고, 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 결정하기 위해, 엔드 이펙터 좌표계와 기초 좌표계 사이의 계 변환(system transformation)이 기초 좌표계에서 발생한다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 화물의 무게 중심의 좌표들에 대한 추정치들은 엔드 이펙터에 본체-고정되는 엔드 이펙터 좌표계에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 결정된다.
엔드 이펙터 좌표계는 엔드 이펙터 상에 본체-고정된 방식으로 배열되는 것으로 상상된다. 엔드 이펙터가 이동할 때, 따라서, 엔드 이펙터 좌표계가 엔드 이펙터와 함께 회전한다. 따라서, 엔드 이펙터 좌표계는 엔드 이펙터에 대한 상대적인 움직임을 갖지 않는다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 화물의 무게 중심은 화물의 무게 중심의 좌표들에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 결정된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 화물의 중량은 화물의 중량에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 결정된다.
유리한 실시예에 따르면, 본 방법은 더욱이,
- 화물의 중량 및/또는 화물의 무게 중심에 기초하여 로봇 조정기의 제어 시스템을 조절하는 단계를 포함한다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 제어 시스템은 적어도 하나의 제어 매개변수를 조절함으로써 조절된다.
제어 매개변수는 특히 리턴 이득(return gain), 전방 분기 이득(forward branch gain), 또는 모델링된 데드 타임(modeled dead time)이다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 본 방법은 또한,
- 적어도 엔드 이펙트 조인트 상에 작용하는 토크가 감소되도록 화물의 무게 중심을 고려하여, 움직임 경로를 따라 이동하면서 화물의 움직임 경로 및 화물의 개개의 포즈를 계획하고 그리고 실행하는 단계를 포함한다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 본 방법은 또한,
- 화물의 미리 정해진 최대 병진운동 임펄스(impulse)가 초과되지 않도록 질량에 기초하여 화물의 최대 경로 속도를 결정하는 단계를 포함한다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 본 방법은,
- 화물의 미리 정해진 최대 각운동량(angular momentum)이 초과되지 않도록 화물의 무게 중심 및/또는 화물의 질량에 기초하여 화물의 최대 회전 속도를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태는, 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 시스템에 관한 것이며, 로봇 조정기는 기초부에 배열되고 그리고 복수의 링크들을 가지며, 그리고 링크들은 조인트들에 의해 서로 연결되고 그리고 조인트들 상에 배열되는 액츄에이터들에 의해 서로에 대해 회전가능하며, 그리고 로봇 조정기는,
- 화물을 파지하도록 설계되는 엔드 이펙터,
- 화물을 n개의 별개 정적 포즈들로 이동시키기 위해 조인트들 상에 배열되는 액추에이터들을 제어하도록 설계되는 제어 유닛,
- n개의 정적 포즈들 각각에 대해 외부 렌치(Fext)를 결정하도록 설계되는 추정 유닛 ─ 개개의 외부 렌치(Fext)는 로봇 조정기에 작용하는 외력들 및 토크들을 표시함 ─ , 및
- 처리 유닛(processing unit)을 가지며, 이 처리 유닛은,
a) 기초 좌표계에서 표시될 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 표시하고 ─ 기초 좌표계는 직교 좌표계이고 그리고 로봇 조정기의 기초부에 본체-고정된 방식으로 배열되고, 그리고 기초 좌표계의 축은 중력 벡터에 평행함 ─ ;
b) 각각의 외부 렌치(Fext)의 외력들을 표시하는 기초 좌표계에서의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향으로 가리키는 특정 성분으로부터, 그리고 중력 벡터의 크기로부터 화물의 중량의 특정 추정치를 결정하고;
c) 화물의 중량의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물의 중량을 결정하고;
d) 화물의 중량에 기초하여 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 화물의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 특정 정적 포즈에 대해 그리고 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 화물의 중량의 특정 추정치를 결정하고; 그리고
e) 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물의 무게 중심을 결정하도록 설계된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 로봇 조정기는 조인트들에서 토크들을 결정하도록 설계되는 토크 센서들을 가지며, 처리 유닛은 조인트들의 토크들로부터 외부 렌치(Fext)를 결정하도록 설계된다.
유리하게는, 토크 센서들은 조인트들의 전기 액추에이터들에 통합된다. 특히, 전기 액추에이터들의 전기 전류를 측정함으로써, 내부의 토크들이 검출될 수 있다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 로봇 조정기는 조인트들 또는 링크들 상에 변형률 게이지들을 가지며, 변형률 게이지들은 로봇 조정기의 지지 재료에서 장력들을 검출하고 그리고 장력들을 처리 유닛에 전송하도록 각각 설계되며, 처리 유닛은 외부 렌치(Fext)를 결정하기 위해 검출된 전압들을 사용하도록 설계된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 제어 유닛은, 별개 방향들로부터 n개의 정적 포즈들 중 숫자(m)로 화물을 이동시키기 위해 조인트들 상에 배열되는 액추에이터들을 제어하도록 설계된다(이 때, m ≤ n).
추가의 유리한 실시예에 따르면, 처리 유닛은, 엔드 이펙터에 본체-고정된 엔드 이펙터 좌표계에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 개개의 외부 렌치(Fext)를 결정하고 그리고 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 결정하기 위한 기초 좌표계에서 엔드 이펙터 좌표계와 기초 좌표계 사이에서 계 변환을 실행하도록 설계된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 처리 유닛은, 엔드 이펙터에 본체-고정되는 엔드 이펙터 좌표계에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 화물의 무게 중심의 좌표들에 대한 추정치들을 결정하도록 설계된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 처리 유닛은 화물의 무게 중심의 좌표들에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 화물의 무게 중심을 결정하도록 설계된다.
추가의 유리한 실시예에 따르면, 처리 유닛은 화물의 중량의 개개의 추정치들을 산술적으로 평균화함으로써 화물의 중량을 결정하도록 설계된다.
제안된 시스템의 이점들 그리고 바람직한 개량예들은, 제안된 방법과 연관되어 위에서 이루어지는 언급들의 유사한 그리고 대응하는 전달로부터 유래될 수 있다.
추가의 이점들, 특징들 및 상세들은 다음의 설명으로부터 유래될 수 있으며, 설명에서 ─ 필요하다면 도면들을 참조하여 ─ 적어도 일 실시예가 상세히 설명된다. 동일한, 유사한 그리고/또는 기능적으로 동일한 부품들은 동일한 도면 부호들로 표기된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법을 도시한다.
도 2는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 시스템을 도시한다.
도 3은 도 1에 설명된 방법 외에 상징적으로 묘사된 정적 포즈들을 도시한다.
도면들의 예시들은 개략적이고 실척이 아니다.
도 1은 로봇 조정기(1)에 대한 화물(11)의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법을 도시하며, 로봇 조정기(1)는 기초부(3)에 배열되고 그리고 복수의 링크들(5)을 가지며, 그리고 링크들(5)은 조인트들(7)에 의해 서로 연결되고 그리고 조인트들(7) 상의 액츄에이터들(6)에 의해 서로에 대해 회전가능하며, 그리고 로봇 조정기(1)는 화물(11)을 파지하기 위한 엔드 이펙터(9)를 갖는다. 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 엔드 이펙터(9)에 의해 화물(11)을 파지하는 단계(S1);
- 화물(11)을 n개의 별개 정적 포즈들로 이동시키는 단계(S2);
- n개의 정적 포즈들 각각에 대해 외부 렌치(Fext)를 결정하는 단계(S3) ─ 개개의 외부 렌치(Fext)는 로봇 조정기(1)에 작용하는 외력들 및 토크들을 표시함 ─;
- 기초 좌표계에서, 외력들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들 결정하는 단계(S4) ─ 기초 좌표계는 직교 좌표계이고 그리고 로봇 조정기(1)의 기초부(3)에 본체-고정된(body-fixed) 방식으로 배열되고, 그리고 기초 좌표계의 축은 중력 벡터에 평행함 ─ ;
- 기초 좌표계에서 외력들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향을 가리키는 특정 성분으로부터 화물(11)의 무게의 특정 추정치를 결정하는 단계(S5);
- 화물(11)의 무게의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물(11)의 무게를 결정하는 단계(S6);
- 화물(11)의 무게에 기초하여 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 화물(11)의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 특정 정적 포즈에 대해 그리고 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 화물(11)의 무게의 특정 추정치를 결정하는 단계(S7); 및
- 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물(11)의 무게 중심을 결정하는 단계(S8).
도 2는 로봇 조정기(1)에 대한 화물(11)의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 시스템(100)을 도시하며, 로봇 조정기(1)는 기초부(3)에 배열되고 그리고 복수의 링크들(5)을 가지며, 그리고 링크들(5)은 조인트들(7)에 의해 서로 연결되고 그리고 조인트들(7) 상에 배열되는 액츄에이터들(6)에 의해 서로에 대해 회전가능하다. 로봇 조정기(1)는 다음을 포함한다:
- 화물(11)을 파지하도록 설계되는 엔드 이펙터(9),
- 화물(11)을 n개의 별개 정적 포즈들로 이동시키기 위해 조인트들(7) 상에 배열되는 액추에이터들(6)을 제어하도록 설계되는 제어 유닛(101),
- n개의 정적 포즈들 각각에 대한 외부 렌치(Fext)를 결정하도록 설계되는 추정 유닛(estimation unit)(103) ─ 개개의 외부 렌치(Fext)는 로봇 조정기(1)에 작용하는 외력들 및 토크들을 표시하고 그리고 조인트들(7)의 토크 센서들(13)에 의해 그리고 링크들(5) 상의 변형률 게이지들(strain gauges)(15)에 의해 결정됨 ─ , 및
- 처리 유닛(processing unit)(105) ─ 이 처리 유닛은,
a) 기초 좌표계에서 표시될 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 표시하고 ─ 기초 좌표계는 직교 좌표계이고 그리고 로봇 조정기(1)의 기초부(3)에 본체-고정된 방식으로 배열되고, 그리고 기초 좌표계의 축은 중력 벡터에 평행함 ─ ;
b) 각각의 외부 렌치(Fext)의 외력들을 표시하는 기초 좌표계에서의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향으로 가리키는 특정 성분으로부터, 그리고 중력 벡터의 크기로부터 화물(11)의 무게의 특정 추정치를 결정하고;
c) 화물(11)의 무게의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물(11)의 무게를 결정하고;
d) 화물(11)의 무게에 기초하여 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 화물(11)의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 특정 정적 포즈에 대해 그리고 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 화물(11)의 무게의 특정 추정치를 결정하고; 그리고
e) 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 화물(11)의 무게 중심을 결정하도록 설계된다.
도 3은, 도 1 이외에도, 화물(11)의 상이한 정적 포즈들을 더 상세하게 하지만 상징적으로 도시한다. 로봇 조정기(1)에 대한 화물(11)의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법이 사용되며, 로봇 조정기(1)는 기초부(3)에 배열되고 그리고 복수의 링크들(5)을 가지며, 그리고 링크들(5)은 조인트들(7)에 의해 서로 연결되고 그리고 조인트들(7) 상의 액츄에이터들(6)에 의해 서로에 대해 회전가능하며, 그리고 로봇 조정기(1)는 화물(11)을 파지하기 위한 엔드 이펙터(9)를 갖는다. 화물(11)을 엔드 이펙터(9)로 파지하는 단계(S1) 후, 화물(11)은 n개의 별개 정적 포즈들로 이동된다(S2). 이러한 상이한 정적 포즈들은 도 3에 도시된다. 화물(11)은 별개 방향들로부터 n개의 정적 포즈들 중 m으로 여러번 이동되며(이 때, m ≤ n), 여기서 이러한 경우에, m = n = 4가 적용된다. 정적 포즈들은 q1, q2, q3 및 q4로 표시된다. 외부 렌치(Fext)는 이러한 정적 포즈들 각각에 대해 결정되며(S3), 여기서 개개의 외부 렌치(Fext)는 엔드 이펙터 좌표계(K)에서 로봇 조정기(1)에 작용하는 외력들 및 토크들을 표시한다. 이러한 경우에, 외부 렌치(Fext)는 6개의 성분들을 갖는다. 이러한 경우에, 외부 렌치(Fext)의 제1의 3개의 성분들은 힘들을 설명하며, 그리고 외부 렌치(Fext)의 3개의 인접한 성분들은 검출된 토크들을 설명한다. 외부 렌치(Fext)는 엔드 이펙터(9)에 대해 본체-고정되는 엔드 이펙터 좌표계(K)에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 결정되며, 그리고, 기초 좌표계(B)에서 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 결정하기(S4) 위해, 엔드 이펙터 좌표계(K)와 기초 좌표계(B) 사이의 계 변환이 실행된다. 기초 좌표계(B)는 직교 좌표계이고 그리고 로봇 조정기(1)의 기초부(3) 상에 본체-고정된 방식으로 배열되는 것으로 상상되며, 그리고 기초 좌표계(B)의 축은 현장에서 주어진 중력 벡터에 평행하다. 후속하여, 화물(11)의 무게의 특정 추정치는 기초 좌표계(B)에서 외력들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향을 가리키는 특정 성분으로부터 결정된다(S5):
Figure pct00002
Figure pct00003
이러한 경우에, 아래 첨자 인덱스 "K"는 엔드 이펙터 좌표계(K)에 대해 인덱스의 앞에서 개개의 변수에 대한 참조를 나타내며, 그리고 개개의 변수의 앞의 위 첨자 "B"는 기초 좌표계(B)에서의 표기법을 나타낸다. 또한, g는 국부적으로 우세한 중력 벡터의 크기를 나타낸다. 더욱이, 표시 "(3)"에 의한 식
Figure pct00004
은 개개의 포즈(q1 또는 q2 또는 q3 또는 q4)에 대해 유효한 벡터식으로 표기되는 외부 렌치(FEXT)의 제3 성분을 나타낸다. 이에 따라, 용어들 "
Figure pct00005
"은 포즈들(q1 내지 q4) 각각에 대한 화물의 질량의 무게의 특정 추정치들을 설명한다.
화물(11)의 무게는 화물(11)의 무게에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 결정된다(S6):
Figure pct00006
게다가, 화물(11)의 무게 중심의 좌표들의 추정치들은, 특정 정적 포즈에 대해 결정되는 화물(11)의 무게의 특정 추정치에 기초하여 그리고 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 외부 렌치(Fext)의 성분들에 기초하여 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 결정된다(S7).
좌표들의 추정치들은 특정 추정치에 대한 x,y,z로부터의 인덱스로 표시되며, 여기서 표시 "(4)"는 벡터식으로 표기된 외부 렌치(Fext)의 제4 성분을 표시하며, 여기서 표시 "(5)"는 벡터식으로 표기된 외부 렌치(Fext) 등의 제5 성분을 표시한다.
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
이러한 경우에, 아래 첨자 인덱스 "K"는 엔드 이펙터 좌표계(K)에 대해 인덱스의 앞에서 개개의 변수에 대한 참조를 나타내며, 그리고 개개의 변수의 앞의 위 첨자 “K"는 엔드 이펙터 좌표계(K)에서의 표기법을 나타낸다. 좌표들(x,y,z)을 갖는 화물(11)의 무게 중심은 화물(11)의 무게 중심의 좌표들에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 결정된다(S8):
Figure pct00011
이러한 경우에, x,y,z는 화물의 무게 중심의 개개의 좌표들을 나타낸다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예들에 의해 더 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 제한되지 않으며, 그리고 다른 변형들은 본 발명의 보호 범주로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 그로부터 유도될 수 있다. 따라서, 복수의 가능한 변형들이 존재하는 것이 명백하다. 또한, 예로써 언급된 실시예들은 실제로 단지 본 발명의 보호 범주, 잠재적 적용들, 또는 구성의 제한으로서 어떠한 방식으로든 해석되지 않아야 하는 예들을 구성한다는 것이 명백하다. 대신에, 이전의 설명 및 도면들의 설명은 당업자가 예시적 실시예들을 구체적으로 구현하는 것을 가능하게 하며, 개시된 발명 개념의 지식을 가지는 당업자는, 설명의 추가 설명과 같이, 청구항들 및 이들의 법적 등가물들에 의해 규정되는 보호 범주로부터 벗어나지 않고, 예를 들어, 실시예에서 언급된 개별 요소들의 기능 또는 배열에 대한 다수의 수정들을 만들 수 있다.
1 로봇 조정기
3 기초부
5 링크들
6 액추에이터들
7 조인트들
9 엔드 이펙터
11 화물
13 토크 센서들
15 변형률 게이지들
100 시스템
101 제어 유닛
103 추정 유닛
105 처리 유닛
S1 파지하는 단계
S2 이동시키는 단계
S3 결정하는 단계
S4 결정하는 단계
S5 결정하는 단계
S6 결정하는 단계
S7 결정하는 단계
S8 결정하는 단계

Claims (10)

  1. 로봇 조정기(robot manipulator)(1)에 대한 화물(11)의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 로봇 조정기(1)는 기초부(3)에 배열되고 그리고 복수의 링크들(links)(5)을 가지며, 그리고 상기 링크들(5)은 조인트들(joints)(7)에 의해 서로 연결되고 그리고 상기 조인트들(7) 상의 액츄에이터들(6)에 의해 서로에 대해 이동가능하거나 회전가능하며, 그리고 상기 로봇 조정기(1)는 상기 화물(11)을 파지하기 위한 엔드 이펙터(end effector)(9)를 가지며, 상기 방법은,
    - 상기 엔드 이펙터(9)에 의해 상기 화물(11)을 파지하는 단계(S1);
    - 상기 화물(11)을 n개의 별개 정적 포즈들로 이동시키는 단계(S2);
    - 상기 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 외부 렌치(external wrench)(Fext)를 결정하는 단계(S3) ─ 상기 개개의 외부 렌치(Fext)는 상기 로봇 조정기(1)에 작용하는 외력들 및 토크들(torques)을 표시함 ─;
    - 기초 좌표계(base coordinate system)에서, 상기 외력들을 표시하는 각각의 상기 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들 결정하는 단계(S4) ─ 상기 기초 좌표계는 직교 좌표계(Cartesian coordinate system)이고 그리고 상기 로봇 조정기(1)의 기초부(3)에 본체-고정된(body-fixed) 방식으로 배열되는 것으로 상상되며, 그리고 상기 기초 좌표계의 축은 중력 벡터(gravity vector)에 평행함 ─ ;
    - 상기 기초 좌표계에서 상기 외력들을 표시하는 상기 각각의 외부 렌치(Fext)의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향을 가리키는 특정 성분으로부터 상기 화물(11)의 중량의 특정 추정치를 결정하는 단계(S5);
    - 상기 화물(11)의 중량의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 상기 화물(11)의 중량을 결정하는 단계(S6);
    - 상기 화물(11)의 중량에 기초하여 상기 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 상기 화물(11)의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 상기 특정 정적 포즈에 대해 그리고 상기 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 상기 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 상기 화물(11)의 중량의 특정 추정치를 결정하는 단계(S7); 및
    - 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 상기 화물(11)의 무게 중심을 결정하는 단계(S8)를 포함하는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 렌치(Fext)는 상기 조인트들(7)에서의 토크 센서들(torque sensors)(13)에 의해 결정되는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 렌치(Fext)는 상기 조인트들(7) 상에 또는 상기 링크들(5) 상의 변형률 게이지들(strain gauges)(15)에 의해 결정되는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 항에 있어서,
    상기 화물(11)은, 별개 방향들로부터 상기 n개의 정적 포즈들 중 숫자(m)로 여러번 이동되며, 이 때 m ≤ n인,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 항에 있어서,
    여기서 n = 8인,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 항에 있어서,
    상기 외부 렌치(Fext)는 상기 엔드 이펙터(9)에 대해 본체-고정되는(body-fixed) 엔드 이펙터 좌표계에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 결정되며, 그리고, 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 결정하기 위해, 상기 엔드 이펙터 좌표계와 상기 기초 좌표계 사이의 계 변환(system transformation)이 상기 기초 좌표계에서 발생하는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 항에 있어서,
    상기 화물(11)의 무게 중심의 좌표들에 대한 추정치들은 상기 엔드 이펙터(9)에 본체-고정되는 상기 엔드 이펙터 좌표계에서 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 결정되는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 항에 있어서,
    상기 화물(11)의 무게 중심은 상기 화물(11)의 무게 중심의 좌표들에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 결정되는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 항에 있어서,
    상기 화물(11)의 무게는 상기 화물(11)의 무게에 대한 개개의 추정치들의 산술적 평균화에 의해 결정되는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 방법.
  10. 로봇 조정기(1)에 대한 화물(11)의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 시스템(100)으로서,
    상기 로봇 조정기(1)는 기초부(3)에 배열되고 그리고 복수의 링크들(5)을 가지며, 그리고 상기 링크들(5)은 조인트들(7)에 의해 서로 연결되고 그리고 상기 조인트들(7) 상에 배열되는 액츄에이터들(6)에 의해 서로에 대해 회전가능하며, 그리고 상기 로봇 조정기(1)는,
    - 상기 화물(11)을 파지하도록 설계되는 엔드 이펙터(9),
    - 상기 화물(11)을 n개의 별개 정적 포즈들로 이동시키기 위해 조인트들(7) 상에 배열되는 액추에이터들(6)을 제어하도록 설계되는 제어 유닛(101),
    - 상기 n개의 정적 포즈들 각각에 대해 외부 렌치(Fext)를 결정하도록 설계되는 추정 유닛(103) ─ 상기 개개의 외부 렌치(Fext)는 상기 로봇 조정기(1)에 작용하는 외력들 및 토크들을 표시함 ─,
    - 처리 유닛(processing unit)(105)을 가지며, 상기 처리 유닛은,
    a) 기초 좌표계에서 표시될 힘들을 표시하는 각각의 외부 렌치(Fext)의 적어도 성분들을 표시하고 ─ 상기 기초 좌표계는 직교 좌표계이고 그리고 상기 로봇 조정기(1)의 상기 기초부(3)에 본체-고정된 방식으로 배열되고, 그리고 상기 기초 좌표계의 축은 중력 벡터에 평행함 ─ ;
    b) 상기 각각의 외부 렌치(Fext)의 외력들을 표시하는 상기 기초 좌표계에서의 성분들 중으로부터의 중력 벡터의 방향으로 가리키는 특정 성분으로부터, 그리고 상기 중력 벡터의 크기로부터 상기 화물(11)의 중량의 특정 추정치를 결정하고;
    c) 상기 화물(11)의 중량의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 상기 화물(11)의 중량을 결정하고;
    d) 상기 화물(11)의 중량에 기초하여 상기 n개의 정적 포즈들 각각에 대한 상기 화물(11)의 무게 중심의 좌표계들의 추정치들 또는 상기 특정 정적 포즈에 대해 그리고 외부에서 작용하는 토크들을 표시하는 상기 외부 렌지(Fext)의 성분들에 기초하여 결정되는 상기 화물(11)의 중량의 특정 추정치를 결정하고; 그리고
    e) 상기 무게 중심의 좌표들의 개개의 추정치들을 평균화함으로써 상기 화물(11)의 무게 중심을 결정하도록 설계되는,
    로봇 조정기에 대한 화물의 중량 및 무게 중심을 결정하기 위한 시스템.
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