KR20220020377A

KR20220020377A - 상이한 배향 범위들에 걸친 로봇 조작기의 엔드 이펙터의 촉각 피드백

Info

Publication number: KR20220020377A
Application number: KR1020227001305A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 스펜닝거
Original assignee: 프랜카 에미카 게엠바하
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-02-18
Also published as: CN114051441A; CN114051441B; JP2022539813A; US20220347866A1; EP3993965A1; US11999049B2; KR102670915B1; WO2021004920A1; DE102019118260B3

Abstract

본 발명은, - 중력의 영향을 보상하기 위해 로봇 조작기(1)의 액츄에이터들(5)을 가동하는 단계, - 로봇 조작기(1)가 수동으로 안내되고 있는 동안: 엔드 이펙터(3)의 배향을 검출하는 단계(S2), 및 - 엔드 이펙터(3)가 수동으로 안내되고 있는 동안, 엔드 이펙터(3)가 a) 수동 안내 프로세스를 대항하지 않거나, 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서 속도-기반 저항으로 수동 안내 프로세스를 대항하고 그리고 제1 범위 밖에서, 회전 각도-기반 저항으로 수동 안내 프로세스를 대항하며 ─ 상기 제1 엔드 이펙터 회전은 엔드 이펙터 길이방향 축을 중심으로의 엔드 이펙터(3)의 회전임 ─ , b) 수동 안내 프로세스를 대항하지 않거나 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서 속도-기반 저항으로 수동 안내 프로세스를 대항하고 그리고 제2 범위 밖에서 편향-기반 저항으로 수동 안내 프로세스를 대항하도록 ─ 상기 제2 엔드 이펙터 회전은 엔드 이펙터의 원래 길이방향 축으로부터 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터(3)의 회전 편향임 ─ , 액추에이터들(5)의 적어도 일부를 가동시키는 단계(S3)를 가지는 방법에 관한 것이다.

Description

상이한 배향 범위들에 걸친 로봇 조작기의 엔드 이펙터의 촉각 피드백

본 발명은 사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법, 및 상기 방법을 실행하기 위한 로봇 조작기의 추가의 요소들과 함께 구현되는 제어 유닛을 포함하는 로봇 조작기에 관한 것이다.

다음 정보는 반드시 선행 기술로부터 파생되지는 않지만, 일반적인 생각들 및 고려사항들을 나타낸다.

로봇 조작기를 수동으로 안내할 때, 로봇 조작기의 엔드 이펙터의 배향하는 것이 필수적이 될 수 있다. 예를 들어, 미리 규정된 범위가 초과될 때, 기계식 브레이크들이 활성화된다면, 로봇 조작기의 움직임은 사용자에게 매우 직관적이지 않은 방식으로 중단되어서, 수동 안내는 기계식 브레이크들이 해제된 후에 단지 계속될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 로봇 조작기의 엔드 이펙터의 배향에서 범위들 또는 제한들을 고려하여, 사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내를 개선하는 것이다.

본 발명은 독립항들의 특징들로부터 초래한다. 유리한 추가의 개량예들 및 실시예들은 종속항들의 청구 대상이다.

본 발명의 제1 양태는, 사용자가 로봇 조작기를 수동으로 안내하는 동안 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 로봇 조작기는 조인트들에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 가지며, 그리고 엔드 이펙터는 다른 조인트에 의해 원위 부재에 연결된다. 액추에이터들은 모든 조인트들에 위치된다. 본원의 본 방법은,

- 로봇 조작기가 정지 포즈로부터 시작하여 가속 없이 정지 포즈에서 유지되지만 외력의 가함 없이 수동으로 안내될 수 있도록, 제어 유닛에 의해 로봇 조작기에 작용하는 중력을 보상하기 위해 액츄에이터들을 제어하는 단계,

- 수동 안내 동안: 포지션 각도 검출 유닛에 의한 원위 부재에 대해 또는 지구 고정 좌표계에 대해 엔드 이펙터의 배향을 검출하는 단계, 및

엔드 이펙터가, a) 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서, 수동 안내에 대한 속도-종속 저항을 대항하지 않거나 대항하고, 그리고, 제1 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 회전 각도-종속 저항에 대항하며 ─ 제1 엔드 이펙터 회전은 엔드 이펙터의 길이방향 축을 중심으로의 엔드 이펙터의 회전임 ─ , 그리고

b) 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서, 수동 안내에 대한 저항을 대항하지 않거나 속도-종속 저항을 대항하며, 그리고 제2 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 편향-종속 저항을 대항하는 ─ 제2 엔드 이펙터 회전은 그의 원래 정렬된 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터의 회전 편향임 ─ 방식으로, 제어 유닛에 의해 로봇 조작기의 액츄에이터들의 적어도 일부를 제어하는 단계를 포함한다.

로봇 조작기를 수동으로 안내할 때, 로봇 조작기의 사용자는 특히 손 힘에 의해 로봇 조작기에 외력을 가한다. 이러한 점에서, 본 발명의 제1 양태는 특히, 사용자가 수동으로 엔드 이펙터를 안내함으로써 로봇 조작기의 엔드 이펙터의 배향을 변경하는 경우에 관한 것이다. 로봇 조작기의 엔드 이펙터는 로봇 조작기의 원위 부재에서, 즉, 로봇 조작기의 자유 단부, 즉, 로봇 조작기의 기초부 반대편에 있는 로봇 조작기의 단부에서 위치된다. 엔드 이펙터는 로봇 조작기의 환경으로부터 가공물 또는 다른 대상물과 접촉하는 로봇 조작기의 요소이다.

특히, 로봇 조작기는, 로봇 조작기의 다양한 부재들을 연결시키는 다중 조인트들로 인해, 발명된 좌표계에 대해 특히 엔드 이펙터에 대해 다중 자유도를 가지는 산업용 로봇이다. 엔드 이펙터는 적어도 하나의 추가 조인트에 의해 원위 부재에 이동가능하게 연결되며, 엔드 이펙터는 조인트에 의해 그리고 특히, 또한 이러한 조인트의 대응하는 액추에이터에 의해 조작기 아암의 나머지 부분에 연결되는 마지막 부분인 로봇 조작기의 이러한 단부로서 지칭된다. 따라서, 특히, 로봇 조작기의 모든 조인트들은, 로봇 조작기의 2개의 부재들 사이에 또는 로봇 조작기의 원위 부재와 엔드 이펙터 사이에 토크 또는 힘을 각각 생성하기 위해 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 액추에이터들을 갖는다.

로봇 조작기에 작용하는 중력을 보상하기 위한 액츄에이터들이 제어 유닛에 의해 제어될 때, 로봇 조작기의 액츄에이터들은, 외력이, 특히 사용자에 의해, 중력으로부터 떨어져 로봇 조작기에 가해지지 않는 경우에 제어되며, 로봇 조작기는 정지 포즈로부터 이동하지 않는다. 이는 특히, 기하학적 모델 및 로봇 조작기에 걸친 질량 분포의 모델을 통해 달성되며, 이는 현재 검출된 조인트 각도들 또는 그렇지 않으면 로봇 조작기의 검출된 포즈에 따라 로봇 조작기의 조인트들 상에서 현재 토크들을 결정해서, 중력의 영향은 공지되어 있으며, 그리고 이에 따라, 카운터-토크가 로봇 조작기의 액추에이터들 상에서 설정될 수 있어서, 로봇 조작기가 중력에 의해 영향을 받아 이동하지 않는 것이 또한 공지되어 있다. 따라서, 로봇 조작기는 인공적으로 무중력 상태로 배치되며, 말하자면, 특히 어드미턴스(admittance) 제어가 활성화되어서, 로봇 조작기는 사용자에 의해, 특히 수동으로, 계속 이동될 수 있어, 특히 로봇 조작기에 대한 그리고 특히 로봇 조작기의 엔드 이펙터에 대한 포지션들 및 배향들을 교시한다.

특히, 포지션 각도 검출 유닛은 원위 부재와 엔드 이펙터 사이의 조인트를 포함하는, 모든 조인트 각도 센서들의 전체를 포함한다. 특히, 조인트 각도 센서들은 로봇 조작기의 2개의 개개의 부재들 사이의 각도를 검출하는데 사용되어서, 로봇 조작기의 원위 부재에 대한 엔드 이펙터의 적어도 상대적인 배향은 공지되어 있지만, 바람직하게는, 상대적인 배향 외에도, 지구 고정 좌표계에 대한 엔드 이펙터의 배향은 또한 공지되어 있다. 본 방법의 실행을 위해, 이는, 편향 또는 회전 각도가 표기되는 이러한 좌표계에서 관련이 없는데; 왜냐하면 이러한 양들의 표기는 이러한 양들의 기준을 변경시키지 않기 때문이다. 더욱이, 공지된 각도 시스템들, 특히 카르단(cardan) 각도들, 오일러(Euler) 각도들 또는, 특이점들을 회피하기 위해, 사원수들(quaternions)이 사용될 수 있다.

특히, 로봇 조작기의 모든 부재들 및 엔드 이펙터가 최대로 신장되고 그리고 특히 서로에 대해 180°로 각각 정렬될 때, 엔드 이펙터의 길이방향 축은 로봇 조작기의 모든 부재들을 규정하는 직선 상에 놓인다. 게다가, 엔드 이펙터의 길이방향 축은, 예를 들어, 드릴이 엔드 이펙터 상에서 사용될 때, 드릴의 회전 축에 대응한다. 추가적으로, 엔드 이펙터의 길이방향 축은 엔드 이펙터를 원위 부재에 연결시키는 조인트에 엔드 이펙터의 원위 팁을 연결시키는 가상선에 의해 규정될 수 있다.

속도-종속 저항은 전형적으로 댐핑(damping)으로서 또한 지칭된다. 제1 범위에서, 엔드 이펙터가 사용자에 의해 그의 길이방향 축 주위에서 회전될 때, 사용자는 속도-종속 저항력을 느끼는 반면, 사용자는 제2 범위에서 편향-종속 저항을 느낀다. 바람직하게는, 범위들은 엔드 이펙터의 제로 포지션(zero position)에 걸쳐 규정되며, 엔드 이펙터의 제로 포지션은 바람직하게는 로봇 조작기의 원위 부재에 대해 또는 지구 고정 전역 좌표계에서 규정되는 방향에 대해 미리 정해진다.

유사하게는, 제2 범위는 바람직하게는 엔드 이펙터의 제로 포지션에 대해 규정되며, 엔드 이펙터의 제로 포지션은 엔드 이펙터가 편향되는 그의 길이방향 축의 원래 배향에 대한 그의 본체-고정 길이방향 축의 현재 배향에 의해 규정된다. 이러한 경우에, 엔드 이펙터의 길이방향 축의 원래 배향은, 특히 링크들에 의해 규정되는 직선과 정렬되는, 중립 포지션, 특히 중간 포지션에서 엔드 이펙터의 본체 고정 길이방향 축과 일치하는 배향이며, 이는, 모든 부재들이 서로로부터, 특히 180°의 각도로 최대로 신장될 때 발생한다. 이에 따라, 엔드 이펙터의 길이방향 축의 원래 배향에 대한 제2 범위 밖에서, 편향-종속 저항은 수동 안내에 적용된다. 이러한 경우에서의 엔드 이펙터의 편향은 엔드 이펙터의 본체-고정 지점, 또는 편향될 때 길이방향 축의 원래 배향에 대해 남아있는, 엔드 이펙터 밖에서 있지만 엔드 이펙터에 대해 고정되어 있는 가상 지점으로 구성되지만, 엔드 이펙터의 길이방향 축은 길이방향 축의 원래 배향으로부터 멀어지게 반경방향으로 경사진다. 따라서, 2차원의 경우에, 제2 엔드 이펙터 회전은 가상 삼각형 내에서의 움직임에 대응하며; 따라서, 3차원의 경우에, 제2 엔드 이펙터 회전은 가상 원뿔 내에서의 움직임에 대응한다. 제2 엔드 이펙터 회전은 제1 대안예에서 그의 원래 길이방향 축 배향으로부터의 엔드 이펙터의 회전 편향, 및 제2 대안예에서 수직 축으로부터의 편향이다. 엔드 이펙터의 길이방향 축의 원래 배향과는 대조적으로, 수직 축은 지구에 대해 규정되고 그리고 지구 고정 좌표계에서 중력이 작용하는 방향으로의 수직 축을 설명한다.

로봇 조작기를 수동으로 안내할 때, 로봇 조작기, 및 특히 로봇 조작기의 엔드 이펙터가 엔드 이펙터의 현재 배향 상의 직관적인 피드백을 제공하는 것이 본 발명의 유리한 효과이다. 특히, 특정된 경계들은, 엔드 이펙터를 안내할 때 사용자가 매끄러운 전환들 및 즉시 이해가능한 자극들로 촉각 피드백을 수용하도록 부드럽게 구현된다. 특히, 엔드 이펙터가 제1 범위 또는 제2 범위의 경계를 넘어 편향되고 그리고 거기에서 인공 스프링 힘을 경험하는 경우, 그 결과는, 엔드 이펙터가 제1 범위 밖에서 또는 제2 범위 밖에서 해제될 때, 엔드 이펙터가 그의 원래 포지션으로 돌아가려고 노력하고, 프로세스에서 운동 에너지를 흡수하고, 그리고 엔드 이펙터가 제1 범위 또는 제2 범위에 진입할 때 인공 댐핑에 의해 느려지고 그리고 딜레이(delay)와 함께 그의 원래 포지션으로 복귀하는 것이다.

유리한 실시예에 따르면, 상기 제2 엔드 이펙터 회전은 미리 정해진 평면에서 원래 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터의 회전 편향이다. 이 경우에, 본 발명의 제1 양태의 개념에 따르면, 편향은 평면에서 발생하며, 그리고 길이방향 축의 원래 배향으로부터 멀어지는 다른 방향들로, 즉 미리 정해진 평면 밖에서 수동 안내에 의한 엔드 이펙터의 배향의 변경에 대해 엔드 이펙터가 수행하는 어떤 반응인지 개방될 수 있다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 미리 정해진 평면은 수직 평면이며, 그리고 제2 엔드 이펙터 회전은 수평 축을 중심으로 규정되며, 수평 축은, 심지어 로봇 조작기가 수직 축을 중심으로 회전될 때 로봇 조작기의 지구 고정 환경에 대한 그의 배향을 유지한다. 특히, 미리 정해진 평면이 엔드 이펙터와 함께 병진운동하는 방향적으로 고정된 수직 평면이지만, 그의 배향이 지구 고정 좌표계에 대해 변하지 않는 경우, 이 평면에서의 본 발명의 제1 양태의 거동은 항상 지구 고정 좌표계의 특정 방향에 대해 보장될 수 있으며, 다른 방향들에 대해, 엔드 이펙터의 반응의 임의의 옵션들, 특히 그의 원래 정렬된 길이방향 축에 대한 엔드 이펙터의 회전 편향에 대한 블로킹(blocking)은 개방된다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 제2 엔드 이펙터 회전은 공통 회전 중심을 갖는 임의의 편향 방향들로 원래 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터의 회전 편향이다. 이러한 실시예에 따르면, 결과는 제1 범위에 펼쳐지는 가상의 원뿔이다. 이 경우에, 회전 편향은 원래 정렬되는 길이방향 축에 대해 이 축으로부터 멀어지게, 하지만 원래 정렬된 길이방향 축 상의 모든 편향들의 회전의 공통 지점과 함께 임의의 방향으로 발생하며, 이는 원뿔의 회전 대칭의 축에 대응한다. 대안적으로, 원뿔의 회전 대칭의 축은 수직 축에 대응하며, 여기서 수직 축은 중력 방향과 일치한다. 둘 모두의 경우들에서, 이점은, 엔드 이펙터의 회전 편향이 무한한 다양한 방향들에 대한 대칭적인 거동을 도시한다는 점이다.

추가의 유리한 실시예에 따르면, 로봇 조작기의 액츄에이터들의 적어도 일부를 제어하는 단계는, 엔드 이펙터의 수동 안내 동안 엔드 이펙터가 제1 범위 밖에서 그리고/또는 제2 범위 밖에서 속도-종속 저항으로 수동 안내를 대항하는 방식으로 수행된다. 이러한 실시예에 따르면, 사용자에 의해 수동으로 안내될 때, 엔드 이펙터는 사용자의 움직임에 대한 엔드 이펙터의 편향-종속 또는 회전 각도-종속 저항 외에도, 속도-종속 저항을 경험해서, 인공 스프링(artificial spring) 및 인공 댐퍼(artificial damper)는, 일반적으로 PD 제어기와 조합하여 구현되는 제1 범위 및 제2 범위 밖에서 각각 작용한다.

추가의 유리한 실시예에 따르면, 제2 범위 밖에서의 편향-종속 저항은 편향에 대해 비선형적이며 그리고/또는 제1 범위 밖에서의 회전 각도-종속 저항은 회전 각도에 대해 비선형적이다. 편향 또는 회전 각도와 개개의 저항 사이의 비선형 관계로 인해, 특히 회전 각도 또는 편향으로부터 개개의 저항으로의 매핑(mapping)이 편향을 증가시키거나 회전 각도를 증가시키는 경우 불균형적으로 보다 높은 값들을 운반하는 경우, 특정된 제한들을 구현하는 것이 유리하게는 보다 용이하다.

추가의 유리한 실시예에 따르면, 편향과 저항 사이 그리고/또는 회전 각도와 저항 사이의 개개의 비선형 함수는,

- 시그모이드(sigmoid) 함수,

- 다항식 함수,

- 삼각 함수,

- 지수 함수, 및

- 로그(logarithmic) 함수 중 각각 하나이다.

추가의 유리한 실시예에 따르면, 편향-종속 저항 및/또는 회전 각도-종속 저항은 미리 정해진 상한값에서 각각 포화된다(saturate). 개개의 연관된 액츄에이터 토크에 대한 엔드 이펙터에 의해 초과되지 않는 상한은 유리하게는 로봇 조작기의 액츄에이터들 또는 적어도 엔드 이펙터와 원위 부재 사이의 조인트에서 배열되는 액츄에이터들의 정확히 자연 상한이거나 이보다 약간 낮으며, 자연 상한은, 예를 들어, 개개의 액추에이터의 기어 상의 최대 허용가능한 토크 또는 액추에이터에 의해 가해질 수 있는 최대 토크이다. 유리하게는, 이는, 로봇 조작기, 특히 기어박스 또는 액츄에이터 또는 로봇 조작기의 구조적 구성요소의 오버로딩(overloading)을 방지한다.

추가의 유리한 실시예에 따르면, 제어 유닛에 의한 로봇 조작기의 액츄에이터들의 적어도 하나의 일부의 제어는, 엔드 이펙터의 수동 안내 동안, 엔드 이펙터가 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서 수동 안내에 대한 편향-종속 저항을 대항하는 방식으로 수행되며, 제2 범위 내의 편향-종속 저항은 편향당 제2 범위 밖에서 편향-종속 저항의 절반보다 더 작다. 본 발명의 제1 양태에 따른 인공 댐핑과 조합되어 제2 범위 내의 인공 스프링은, 엔드 이펙터가 해제될 때, 엔드 이펙터가 그의 휴지 포지션, 즉, 초기 포지션 및 초기 배향으로 복귀하는 것을 허용하면서 매우 직관적인 거동을 제공하는 인공 질량-스프링-댐퍼 시스템을 초래한다.

추가의 유리한 실시예에 따르면, 제어 유닛에 의한 로봇 조작기의 액츄에이터들의 적어도 일부의 제어는, 엔드 이펙터의 수동 안내 동안, 엔드 이펙터가 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서 수동 안내에 대한 회전 각도-종속 저항을 대항하는 방식으로 수행되며, 제1 범위 내의 회전 각도-종속 저항은 편향당 제1 범위 밖에서 편향-종속 저항의 절반보다 더 작다. 본 발명의 제1 양태에 따른 인공 댐핑과 조합하여 제2 범위 내의 인공 스프링은, 엔드 이펙터가 해제될 때, 엔드 이펙터가 그의 휴지 포지션, 즉, 초기 포지션 및 초기 배향으로 복귀하는 것을 허용하면서 매우 직관적인 거동을 제공하는 인공 질량-스프링-댐퍼 시스템을 초래한다.

본 발명의 다른 양태는 조인트들에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 포함하는 로봇 조작기에 관한 것이며, 엔드 이펙터는 추가의 조인트에 의해 원위 부재에 연결되며, 그리고 액추에이터들은 모든 조인트들에 배열되고, 제어 유닛 및 포지션 각도 검출 유닛(position angle detection unit)을 더 포함하며, 제어 유닛은, 로봇 조작기가 정지 포즈로부터 시작하여 가속 없이 그리고 외력의 가함 없이 정지 포즈에서 유지되지만, 수동으로 안내될 수 있는 방식으로 로봇 조작기에 작용하는 중력을 보상하기 위한 액츄에이터들을 제어하도록 설계되고, 그리고 포지션 각도 검출 유닛은, 수동 안내 동안, 원위 부재에 대한 엔드 이펙터의 배향 및 원위 부재에 대한 또는 지구 고정 좌표계에 대한 엔드 이펙터의 배향을 검출하도록 설계되며, 그리고 제어 유닛은, 엔드 이펙터의 수동 안내 동안,

b) 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서, 수동 안내에 대한 저항을 대항하지 않거나 속도-종속 저항을 대항하며, 그리고 제2 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 편향-종속 저항을 대항하는 ─ 제2 엔드 이펙터 회전은 그의 원래 정렬된 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터의 회전 편향임 ─ 방식으로, 엔드 이펙터의 검출된 배향에 기초하여 로봇 조작기의 액추에이터들의 적어도 일부를 제어하도록 설계된다.

제안된 로봇 조작기의 이점들 및 바람직한 개량예들은, 제안된 방법과 연관되어 위에서 주어진 설명들의 유사한 그리고 감지가능한 전달로부터 초래된다.

추가의 이점들, 특징들 및 상세들은 다음의 설명으로부터 초래되며, 설명에서 ─ 가능하게는 도면들을 참조하여 ─ 적어도 하나의 예시적인 실시예 예가 상세히 설명된다. 동일한, 유사한 그리고/또는 기능적으로 동일한 부품들에는 동일한 도면 부호들이 제공된다.

도 1은 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 실행하기 위한 제어 유닛을 갖는 로봇 조작기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수동 안내 동안 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법을 도시한다.
도면들의 표현들은 개략적이고 실척이 아니다.

도 1은 조인트들에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 가지는 로봇 조작기(1)를 도시한다. 엔드 이펙터(3)는 다른 조인트를 통해 원위 부재에 연결된다. 원위 부재를 엔드 이펙터(3)에 연결시키는 조인트를 포함하는 액추에이터들(5)은 모든 조인트들에 위치된다. 제어 유닛(7)은 특히 포지션 각도 검출 유닛(9)에 의해 검출되는 조인트 각도들에 기초하여 액추에이터들(5)을 제어하는데 사용되는 로봇 조작기(1)에 연결된다. 포지션 각도 검출 유닛(9)은 전체 각도 센서에 의해 형성되며, 이 때 적어도 하나의 각도 센서는 각각의 조인트에 위치된다. 제어 유닛(7)은 액추에이터(5)의 적어도 일부를 제어함으로써 도 2에 도시된 방법을 실행하는데 사용된다. 이러한 목적을 위해, 제어 유닛(7)은, 로봇 조작기(1)가 정지 포즈로부터 시작하여 가속도 없이 정지 포즈에서 유지되지만, 외력의 적용 없이 수동으로 안내될 수 있는 방식으로 로봇 조작기(1) 상에서 작용하는 중력을 보상하기 위한 액츄에이터들(5)을 제어한다. 포지션 각도 검출 유닛(9)은 수동 안내 동안 지구 고정 좌표계(earth-fixed coordinate system)에 대한 엔드 이펙터(3)의 배향을 결정한다. 엔드 이펙터(3)의 검출된 배향에 기초하여, 제어 유닛(7)은 로봇 조작기(1)의 액추에이터들(5)의 적어도 일부를 추가적으로 제어하여, 엔드 이펙터(3)의 수동 안내 동안, 엔드 이펙터(3)는:

a) 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서 수동 안내에 대한 저항 또는 속도-종속 저항에 대항하고, 그리고 제1 범위 밖에서 수동 안내에 대한 회전 각도-종속 저항에 대항하며 ─ 제1 엔드 이펙터 회전은, 엔드 이펙터(3)의 길이방향 축에 대한 엔드 이펙터(3)의 회전임 ─ , 그리고

b) 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서, 수동 안내에 대한 속도-종속 저항을 대항하지 않거나 속도-종속 저항을 대항하고, 그리고 제2 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 편향-종속 저항을 대항하며, 제2 엔드 이펙터 회전은 임시 편향 방향들로 수직 축으로부터의 엔드 이펙터(3)의 회전 편향이며, 모든 편향들은 엔드 이펙터(3)의 원래 정렬되는 길이방향 축 상의 공통 회전 중심을 갖는다. 각도-종속 편향은 도 1에서 곡선형 화살표에 의해 기호화되며, 그리고 수직 축에 대한 결과적인 원뿔은 도 1에서 파선형 삼각형에 의해 기호화된다.

도 2는, 사용자가 로봇 조작기(1)를 수동으로 안내하는 동안 로봇 조작기(1)를 제어하기 위한 방법을 도시한다. 본 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 로봇 조작기(1) 상에서 실행된다. 로봇 조작기(1)는 조인트에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 가지며, 그리고 엔드 이펙터(3)는 다른 조인트들에 의해 원위 부재에 연결되며, 액추에이터들(5)은 모든 조인트들에 배치된다. 본 방법은 다음의 단계들:

- 로봇 조작기(1)가 정지 포즈로부터 시작하여 가속 없이 정지 포즈에서 유지되지만 외력의 가함 없이 수동으로 안내될 수 있도록, 제어 유닛(7)에 의해 로봇 조작기(1)에 작용하는 중력을 보상하기 위해 액츄에이터들(5)을 제어하는 단계(S1),

- 수동 안내 동안: 포지션 각도 검출 유닛(9)에 의한 원위 부재에 대해 또는 지구 고정 좌표계에 대해 엔드 이펙터(3)의 배향을 검출하는 단계(S2), 및

- 엔드 이펙터(3)의 수동 안내 동안, 엔드 이펙터(3)가, a) 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서, 수동 안내에 대한 저항을 대항하지 않거나 속도-종속 저항을 대항하고, 그리고 제1 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 회전 각도-종속 저항에 대항하며 ─ 제1 엔드 이펙터 회전은 엔드 이펙터(3)의 길이방향 축에 대한 엔드 이펙터(3)의 회전임 ─ , 그리고 b) 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서, 수동 안내에 대한 저항을 대항하지 않거나 속도-종속 저항을 대항하며, 그리고 제2 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 편향-종속 저항을 대항하는 ─ 제2 엔드 이펙터 회전은 그의 원래 정렬된 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터(3)의 회전 편향임 ─ 방식으로, 제어 유닛(7)에 의해 로봇 조작기(1)의 액추에이터들(5)의 적어도 일부를 제어하는 단계(S3)를 갖는다.

비록 본 발명이 예시적인 실시예들에 의해 상세하게 추가적으로 예시되고 그리고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 제한되지 않으며 그리고 다른 변형들은 본 발명의 보호 범주로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 그로부터 유도될 수 있다. 따라서, 매우 다양한 변형들이 존재하는 것이 명백하다. 예시적인 실시예들이 실제로 단지 예들이며 이는 예를 들어, 본 발명의 보호 범주, 사용의 가능성들, 또는 구성을 제한하는 것으로 어떠한 방식으로든 해석되지 않을 수 있는 것이 또한 명백하다. 오히려, 이전의 명세서 및 도면들의 설명은, 당업자가 예시적인 실시예들을 특정 방식으로 구현하는 것을 가능하게 하며, 여기서 개시된 본 발명의 개념을 알고 있는 당업자는, 청구항들 및 이들의 법적 등가물들(예컨대, 명세서에서의 추가의 설명들)에 의해 규정되는 보호 범주로부터 떠나지 않고 예를 들어, 예시적인 실시예에서 언급된 개별 요소들의 기능 또는 배열에 대한 다양한 변경들을 만들 수 있다.

1 로봇 조정기
3 엔드 이펙터
5 액추에이터들
7 제어 유닛
9 포지션 각도 검출 유닛
S1 제어
S2 검출
S3 제어

Claims

사용자에 의한 로봇 조작기(1)의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기(1)를 제어하기 위한 방법으로서,
상기 로봇 조작기(1)는 조인트들(joints)에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 포함하며 그리고 엔드 이펙터(end effector)(3)는 추가 조인트에 의해 원위 부재에 연결되고, 그리고 액츄에이터들(5)은 모든 조인트들에 배열되며, 상기 방법은,
- 상기 로봇 조작기(1)가 정지 포즈로부터 시작하여 가속 없이 정지 포즈에서 유지되지만, 외력의 가함 없이 수동으로 안내될 수 있도록, 제어 유닛(control unit)(7)에 의해 상기 로봇 조작기(1)에 작용하는 중력을 보상하기 위한 상기 액츄에이터들(5)을 제어하는 단계(S1),
- 수동 안내 동안: 포지션 각도 검출 유닛(position angle detecting unit)(9)에 의한 원위 부재에 대해 또는 지구 고정 좌표계(earth-fixed coordinate system)에 대해 상기 엔드 이펙터(3)의 배향을 검출하는 단계(S2), 및
- 상기 엔드 이펙터가, a) 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서, 수동 안내에 대한 속도-종속 저항을 대항하지 않거나 대항하고, 그리고, 제1 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 회전 각도-종속 저항에 대항하며 ─ 제1 엔드 이펙터 회전은 상기 엔드 이펙터(3)의 길이방향 축을 중심으로의 상기 엔드 이펙터(3)의 회전임 ─ , 그리고
b) 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서, 수동 안내에 대한 속도-종속 저항을 대항하지 않거나 대항하고, 그리고 제2 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 편향-종속 저항에 대항하는 ─ 상기 제2 엔드 이펙터 회전은 그의 원래 정렬되는 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 상기 엔드 이펙터(3)의 회전 편향임 ─ 방식으로 상기 제어 유닛(7)에 의해 상기 제어 유닛(7)에 의해 상기 로봇 조작기(1)의 액추에이터들(5)의 적어도 일부를 제어하는 단계(S3)를 포함하는,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 엔드 이펙터 회전은 미리 정해진 평면에서 상기 원래 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 상기 엔드 이펙터(3)의 회전 편향인,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제2 항에 있어서,
상기 미리 정해진 평면은 수직 평면이며, 그리고 상기 제2 엔드 이펙터 회전은 수평 축을 중심으로 규정되며, 상기 수평 축은, 심지어 상기 로봇 조작기(1)가 수직 축을 중심으로 회전될 때 상기 로봇 조작기(1)의 지구 고정 환경에 대한 그의 배향을 유지하는,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 엔드 이펙터 회전은 공통 회전 중심을 가지는 임의의 편향 방향들로 상기 원래 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 상기 엔드 이펙터(3)의 회전 편향인,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 조작기(1)의 액츄에이터들(5) 중 적어도 일부를 제어하는 단계는, 상기 엔드 이펙터(3)의 수동 안내 동안, 상기 엔드 이펙터(3)가 상기 제1 범위 밖에서 그리고/또는 상기 제2 범위 밖에서 상기 수동 안내에 대한 속도-종속 저항에 대항하는 방식으로 발생하는,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 범위 밖에서의 편향-종속 저항은 상기 편향에 대해 비선형적이며 그리고/또는 상기 제1 범위 밖에서의 회전 각도-종속 저항은 상기 회전 각도에 대해 비선형적인,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제6 항에 있어서,
편향과 저항 사이 그리고/또는 회전 각도와 저항 사이의 개개의 비선형 함수는,
- 시그모이드(sigmoid) 함수,
- 다항식 함수,
- 삼각 함수,
- 지수 함수, 및
- 로그(logarithmic) 함수 중 각각 하나인,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향-종속 저항 및/또는 상기 회전 각도-종속 저항은 미리 정해진 상한값에서 각각 포화되는(saturate),
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛(7)에 의해 상기 로봇 조작기(1)의 액츄에이터들(5)의 적어도 일부를 제어하는 단계는, 상기 엔드 이펙터(3)의 수동 안내 동안, 상기 엔드 이펙터(3)가 상기 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서 수동 안내에 대한 편향-종속 저항에 대항하며, 상기 제2 범위 내의 편향-종속 저항은 편향당 상기 제2 범위 밖에서 상기 편향-종속 저항의 절반보다 더 작은,
사용자에 의한 로봇 조작기의 수동 안내 동안 상기 로봇 조작기를 제어하기 위한 방법.
조인트들에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 포함하는 로봇 조작기(1)로서,
엔드 이펙터(3)는 추가의 조인트에 의해 원위 부재에 연결되며, 그리고 액추에이터들(5)은 모든 조인트들에 배열되고,
제어 유닛(7) 및 포지션 각도 검출 유닛(position angle detection unit)(9)을 더 포함하며, 상기 제어 유닛(7)은, 상기 로봇 조작기(1)가 정지 포즈로부터 시작하여 가속 없이 그리고 외력의 가함 없이 정지 포즈에서 유지되지만, 수동으로 안내될 수 있도록 상기 로봇 조작기(1)에 작용하는 중력을 보상하기 위한 상기 액츄에이터들(5)을 제어하도록 설계되고, 상기 포지션 각도 검출 유닛(9)은 수동 안내 동안 상기 원위 부재에 대한 또는 지구 고정 좌표계(earth-fixed coordinate system)에 대한 상기 엔드 이펙터(3)의 배향을 검출하도록 설계되며,
그리고 상기 제어 유닛(7)은, 상기 엔드 이펙터(3)의 수동 안내 동안, 상기 엔드 이펙터가, a) 제1 엔드 이펙터 회전의 제1 범위 내에서, 수동 안내에 대한 속도-종속 저항을 대항하지 않거나 대항하고, 그리고, 제1 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 회전 각도-종속 저항에 대항하며 ─ 제1 엔드 이펙터 회전은 상기 엔드 이펙터(3)의 길이방향 축을 중심으로의 상기 엔드 이펙터(3)의 회전임 ─ , 그리고
b) 제2 엔드 이펙터 회전의 제2 범위 내에서, 수동 안내에 대한 저항을 대항하지 않거나 속도-종속 저항을 대항하며, 그리고 제2 범위 밖에서, 수동 안내에 대한 편향-종속 저항을 대항하는 ─ 제2 엔드 이펙터 회전은 그의 원래 정렬된 길이방향 축 또는 수직 축으로부터의 엔드 이펙터(3)의 회전 편향임 ─ 방식으로, 상기 엔드 이펙터(3)의 검출된 배향에 기초하여 상기 로봇 조작기(1)의 액츄에이터들(5)의 적어도 일부를 제어하도록 설계되는,
조인트들에 의해 상호연결되는 복수의 부재들을 포함하는 로봇 조작기.