KR20220116970A - 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템 - Google Patents

오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템 Download PDF

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KR20220116970A
KR20220116970A KR1020210020493A KR20210020493A KR20220116970A KR 20220116970 A KR20220116970 A KR 20220116970A KR 1020210020493 A KR1020210020493 A KR 1020210020493A KR 20210020493 A KR20210020493 A KR 20210020493A KR 20220116970 A KR20220116970 A KR 20220116970A
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이수웅
김병학
최승환
이강원
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 xy평면상에 위치하는 가이드부, 가이드부를 지지하도록 형성되는 갠트리부, 가이드부를 따라 슬라이딩되도록 가이드부와 연결되고 적어도 일부에 지면을 향하도록 로봇이 결합되는 이동부 및 가이드부의 하부를 향하도록 가이드부와 결합되어 가이드부의 하부영역에 위치하는 로봇 및 작업자를 감지하는 적어도 2개의 센서부를 포함하고, 적어도 2개의 센서부는 로봇 및 작업자를 실시간으로 감지하여 작업대상물과 작업자가 충돌하는 것을 방지하기 위한 감지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 제공한다.

Description

오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템{A worker-robot collaboration system based on overhead mobile platform}
본 발명은 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉식 센서부를 통해 작업자와 로봇 간의 충돌을 방지하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 로봇(Robot) 산업은 나날이 발전하고 있으며 가까운 미래에 국가 경쟁력을 결정하는 중요한 산업 중 하나가 될 것으로 예상된다. 이에 따라 로봇 산업과 로봇 기술의 대중화를 위한 가정용 로봇을 비롯하여, 교육용 및 완구용 로봇에 대한 관심이 증대되고 있다. 현재 다수의 업체가 산업용 로봇뿐만 아니라 가정, 교육, 완구용 로봇에 대한 관심이 증대되고 있다. 현재 다수의 업체가 산업용 로봇뿐만 아니라 가정, 교육, 완구 로봇을 중심으로 로봇 산업화에 크게 기여하고 있으며 향후에 지능형 로봇에 대한 투자 및 기술 개발이 가속화될 것으로 기대된다.
일반적으로 산업용 로봇은 대부분 고하중을 다루는 작업에 사용되며, 고출력의 엑츄에이터를 사용하고 있다. 이중에서, 협업로봇은 작업자와 근거리 작업을 하기 때문에 작업자의 안전에 대한 규정이 필요하다. 이에 따라 ISO 10218에는 로봇의 안전성에 대한 규정이 마련되어 있다. 상기 ISO 10218은 현재 개정작업이 진행 중이며, 로봇과 인간의 협동작업, 다중로봇 협동작업에 관한 규정 등이 신설되었다. 상기 ISO 10218은 파트 1(Part 1)과 파트 2(Part 2)의 2개의 파트로 나뉘어져 있다. 파트 1에서는 주로 로봇 자체에 관한 안정성, 즉, 로봇 제조자가 준수하여야 할 안전에 관하여 규정되어 있다. 예를 들어, 플랜지 속도는 0.25ms-1을 초과하지 말 것, 최대동력은 80W 이하일 것, 최대 정적 하중은 150N 이하일 것 등이 규정되어 있다. 파트 2에서 는 로봇이 시스템에 통합되는 것과 관련한 안정성, 즉, 로봇 제조자, 통합자, 사용자가 모두 준수하여야 할 안전에 관하여 규정되어 있다.
특히, 협업 로봇은 로봇과 작업자가 근거리 작업을 하기 때문에 최근에는 협업 로봇의 안전에 대한 중요성이 대두되고 있다. 협업 로봇에 대한 안정성을 강화하기 위해서는 보다 신뢰성 있는 충돌 감지 기술이 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1844542호(2018.03.27.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1956834호(2019.03.05.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적어도 3개의 가이드부재에 장착되는 4개의 비접촉식 센서부를 통해 작업자 및 로봇을 실시간으로 감지한 감지정보를 기반으로 충돌가능영역을 도출하고, 충돌가능영역 내에 작업자가 위치하는지 여부를 실시간으로 판단한 결과에 따라 제어부가 로봇 및 이동부의 동작을 제어함으로써 작업자와 로봇 간의 충돌을 방지하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 제공하는 것이다.
또한, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적어도 3개의 가이드부재 상에 장착되는 3개의 이동부재에 의해 로봇이 x, y, z축 방향으로 이동하면서 작업대상물을 가공할 수 있도록 지원하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 xy평면상에 위치하는 가이드부; 상기 가이드부를 지지하도록 형성되는 갠트리부; 상기 가이드부를 따라 슬라이딩되도록 상기 가이드부와 연결되고 적어도 일부에 지면을 향하도록 로봇이 결합되는 이동부; 및 상기 가이드부의 하부를 향하도록 상기 가이드부와 결합되어 상기 가이드부의 하부영역에 위치하는 로봇 및 작업자를 감지하는 적어도 2개의 센서부;를 포함하고, 상기 적어도 2개의 센서부는 상기 로봇 및 상기 작업자를 실시간으로 감지하여 상기 작업대상물과 상기 작업자가 충돌하는 것을 방지하기 위한 감지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 센서부는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 센서부는 3D 라이다센서 및 비전센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가이드부는, x축선상에 위치하고 제1 가이드레일이 형성되는 제1 가이드부재; 상기 제1 가이드부재와 수직하도록 연결되어 y축선상에 위치하고 제2 가이드레일이 형성되는 제2 가이드부재; 및 상기 제2 가이드부재와 수직하도록 연결되고 상기 제1 가이드부재와 평행하도록 x축선상에 위치하며 제3 가이드레일이 형성되는 제3 가이드부재를 포함하고, 상기 적어도 2개의 센서부는 상기 제1 가이드부재의 일측부에 결합되는 제1 센서부, 상기 제1 가이드부재의 타측부에 결합되는 제2 센서부, 상기 제1 센서부와 대향하도록 상기 제3 가이드부재의 일측부에 결합되는 제3 센서부 및 상기 제2 센서부와 대향하도록 상기 제3 가이드부재의 타측부와 결합되는 제4 센서부인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 갠트리부는, 상기 제1 가이드부재의 일측부로부터 하방으로 연장되는 제1 갠트리; 상기 제1 갠트리와 대향하면서 상기 제1 가이드부재의 타측부로부터 하방으로 연장되는 제2 갠트리; 상기 제1 갠트리와 대향하면서 상기 제3 가이드부재의 일측부로부터 하방으로 연장되는 제3 갠트리; 및 상기 제2 갠트리와 대향하면서 상기 제3 가이드부재의 타측부로부터 하방으로 연장되는 제4 갠트리를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 갠트리는 상기 지면에 밀착되어 상기 가이드부를 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 센서부는 상기 제4 갠트리의 하부를 향하도록 배치되고, 상기 제2 센서부는 상기 제3 갠트리의 하부를 향하도록 배치되며, 상기 제3 센서부는 상기 제2 갠트리의 하부를 향하도록 배치되고, 상기 제4 센서부는 상기 제1 갠트리의 하부를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동부는, 상기 제3 가이드부재와 연결되고 상기 제2 가이드부재와 결합되며 상기 상기 제3 가이드부재 상에서 x축 방향으로 슬라이딩되어 이동하면서 상기 제2 가이드부재를 x축 방향으로 이동시키는 x축 이동부재; 제2 가이드부재에 결합되는 보조 가이드부재에 연결되어 상기 보조 가이드부재를 따라 y축 방향으로 슬라이딩되는 y축 이동부재; 및 상기 제2 가이드레일과 연결되어 상기 y축 이동부재에 의해 상기 제2 가이드레일을 따라 y축 방향으로 이동하는 z축 이동부재;를 포함하고, 상기 z축 이동부재는 상기 z축 이동부재의 하단에 결합되는 상기 로봇을 z축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 전술한 바에 따른 가이드부; 전술한 바에 따른 갠트리부; 전술한 바에 따른 이동부; 전술한 바에 따른 센서부; 상기 로봇으로부터 전송되는 상기 로봇에 대한 로봇자세정보 및 상기 감지정보를 수신하는 데이터베이스부; 상기 데이터베이스부로부터 전송되는 상기 감지정보 및 상기 로봇자세정보를 기반으로 충돌가능영역을 실시간으로 도출하는 정보처리부; 및 상기 정보처리부로부터 전송되는 상기 충돌가능영역에 따라 상기 로봇과 상기 이동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 충돌가능영역은 상기 감지정보 및 상기 로봇자세정보를 기반으로 상기 가이드부의 하부영역을 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3)으로 구획된 영역인 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 긴급정지영역(S1)은 상기 로봇을 둘러싸는 영역이고, 상기 감속운전영역(S2)은 상기 긴급정지영역(S1)을 둘러싸는 영역이며, 상기 정상운전영역(S3)은 감속운전영역(S2)을 둘러싸는 영역인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정보처리부는 상기 작업자가 상기 긴급정지영역(S1)에 위치하는 경우, 긴급정지신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하고, 상기 제어부는 상기 긴급정지신호에 따라 상기 로봇 및 상기 이동부의 동작이 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정보처리부는 상기 작업자가 상기 감속운전영역(S2)에 위치하는 경우, 감속운전신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하고, 상기 제어부는 상기 감속운전신호에 따라 상기 로봇 및 상기 이동부가 감속하여 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정보처리부는 상기 작업자가 상기 정상운전영역(S3)에 위치하는 경우, 정상운전신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하고, 상기 제어부는 상기 정상운전신호를 상기 로봇 및 상기 이동부로 전송하여 현재 상태를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 적어도 3개의 가이드부재에 장착되는 4개의 비접촉식 센서부를 통해 작업자 및 로봇을 실시간으로 감지한 감지정보를 기반으로 충돌가능영역을 도출하고, 충돌가능영역 내에 작업자가 위치하는지 여부를 실시간으로 판단한 결과에 따라 제어부가 로봇 및 이동부의 동작을 제어함으로써 작업자와 로봇 간의 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 적어도 3개의 가이드부재 상에 장착되는 3개의 이동부재에 의해 로봇이 x, y, z축 방향으로 이동하면서 작업대상물을 가공할 수 있도록 지원하여 작업자에 대한 안전사고를 미연에 방지하면서 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템에 구비된 로봇 협업 지원장치를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템이 동작하는 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템에 구비된 정보처리부에서 감지정보와 로봇자세정보를 기반으로 도출한 충돌가능영역을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템, 작업자 및 충돌가능영역을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템의 제어방법을 나타낸 일 방향에서의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템의 제어방법을 세부적으로 나타낸 블록도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템(300)
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템(300)은 오버헤드 모바일 플랫폼(OMP: Overhead mobile platform)(x-y/2DOF) 기반으로 작업자와 로봇 간의 충돌을 방지하기 위한 것으로서, 로봇 협업 지원장치(100) 및 로봇(200)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 로봇 협업 지원장치(100)는 가이드부(110), 갠트리부(120), 이동부(130), 센서부(140), 데이터베이스부(150), 정보처리부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템에 구비된 로봇 협업 지원장치를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
가이드부(110)는 지면으로부터 소정거리 이격되는 xy평면상에 위치한다. 상기한 가이드부(110)는 제1 가이드부재(111), 제2 가이드부재(112) 및 제3 가이드부재(113)를 포함한다.
제1 가이드부재(111)는 도 2에 도시된 바와 같이 x축선상에 위치하고 제1 가이드레일이 형성되는 프레임이다. 제1 가이드레일은 제3 가이드부재(113)와 대향하는 제1 가이드부재(111)의 일면에 형성되고, 이러한 제1 가이드레일에는 제2 가이드부재(112)의 일측이 연결된다.
제2 가이드부재(112)는 제1 가이드부재(111)와 수직하도록 연결되어 y축선상에 위치하고 제2 가이드레일이 형성되는 프레임이다. 제2 가이드레일은 제2 가이드부재(112)의 일측면에 형성되고, 이러한 제2 가이드레일에는 후술되는 y축 이동부재(132)가 연결된다.
또한, 제2 가이드부재(112)는 제3 가이드부재(111)와 수직하도록 연결된다. 구체적으로 제2 가이드부재(112)의 일측은 제1 가이드레일에 연결되고 제2 가이드부재(112)의 타측은 후술되는 제3 가이드레일에 연결된다. 상기한 구조를 가진 제2 가이드부재(112)는 후술되는 x축 이동부재(131)에 의해 제1, 3 가이드레일을 따라 x축 방향으로 슬라이딩될 수 있다.
제3 가이드부재(113)는 제2 가이드부재(112)와 수직하도록 연결되고 제1 가이드부재(111)와 평행하도록 x축선상에 위치하며 제3 가이드레일이 형성되는 프레임이다. 제3 가이드레일에는 제2 가이드부재(112)의 타측이 연결된다.
갠트리부(120)는 가이드부(110)를 지지하도록 형성된다. 상기한 갠트리부(120)는 제1 갠트리(121), 제2 갠트리(122), 제3 갠트리(123) 및 제4 갠트리(124)를 포함한다.
제1 갠트리(121)는 제1 가이드부재(111)의 일측부로부터 하방으로 연장형성되고, 지면과 접하면서 제1 가이드부재(111)를 지지한다. 이를 위한 제1 갠트리(121)는 제1 가이드부재(111)의 하중을 견디기 위해 강성이 높은 재질로 이루어지고, 예시적으로 H빔일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 갠트리(122)는 제1 갠트리(121)와 대향하면서 제1 가이드부재(111)의 타측부로부터 하방으로 연장형성되고, 지면과 접하면서 제1 갠트리(121)와 함께 제1 가이드부재(111)를 지지한다. 이를 위한 제2 갠트리(122)는 제1 가이드부재(111)의 하중을 견디기 위해 강성이 높은 재질로 이루어지고, 예시적으로 H빔일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 갠트리(123)는 제1 갠트리(121)와 대향하면서 제3 가이드부재(113)의 일측부로부터 하방으로 연장형성되고, 지면과 접하면서 제3 가이드부재(113)를 지지한다. 이를 위한 제2 갠트리(122)는 제1 가이드부재(111)의 하중을 견디기 위해 강성이 높은 재질로 이루어지고, 예시적으로 H빔일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 갠트리(124)는 제2 갠트리(122)와 대향하면서 제3 가이드부재(113)의 타측부로부터 하방으로 연장형성되고, 지면과 접하면서 제3 갠트리(123)와 함께 제3 가이드부재(113)를 지지한다. 이를 위한 제2 갠트리(122)는 제1 가이드부재(111)의 하중을 견디기 위해 강성이 높은 재질로 이루어지고, 예시적으로 H빔일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 제1 내지 제4 갠트리(121, 122, 123, 14)는 동일한 높이를 가짐에 따라 지면에 밀착되어 가이드부(110)를 견고하게 지지한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템이 동작하는 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 이동부(130)는 가이드부(110)를 따라 슬라이딩되도록 가이드부(110)와 연결되고 적어도 일부에 지면을 향하도록 로봇(200)이 결합된다. 상기한 이동부(130)는 x축 이동부재(131), y축 이동부재(132) 및 z축 이동부재(133)를 포함한다.
x축 이동부재(131)는 제3 가이드부재(113)와 연결되고 제2 가이드부재(113)와 결합된다.
예시적으로 x축 이동부재(131)는 직선왕복운동을 지원하는 리니어모터일 수 있다.
상기한 x축 이동부재(131)는 제3 가이드부재(113) 상에서 슬라이딩하여 x축 방향으로 이동하면서 제2 가이드부재(112)를 x축으로 이동시킨다.
y축 이동부재(132)는 제2 가이드부재에 결합되는 보조 가이드부재에 연결되어 보조 가이드부재를 따라 이동한다. 또한, y축 이동부재(132)는 z축 이동부재(133)와 결합된다.
예시적으로 y축 이동부재(132)는 직선왕복운동을 지원하는 리니어모터일 수 있다.
상기한 구조를 가지는 y축 이동부재(132)는 보조 가이드부재를 따라 y축 방향으로 슬라이딩되면서 z축 이동부재(133)를 y축 방향으로 이동시킨다.
z축 이동부재(133)는 y축 이동부재(132)와 결합됨에 따라 y축 이동부재(132)가 y축 방향으로 슬라이딩 시 함께 y축 방향으로 이동된다.
또한, z축 이동부재(133)의 하단에는 로봇(200)이 결합되어 있다.
예시적으로 z축 이동부재(133)는 직선왕복운동을 지원하는 리니어모터일 수 있다.
상기한 구조를 가지는 z축 이동부재(133)는 로봇(200)을 z축 방향으로 이동시킨다.
전술한 이동부(130)는 오버헤드 모바일 플랫폼(OMP: Overhead mobile platform)(x-y/2DOF) 기반으로 로봇(200)이 작업대상물(10)을 가공 시 원활하게 가공할 수 있도록 지원한다.
센서부(140)는 가이드부(110)의 하부를 향하도록 가이드부(110)와 결합되어 가이드부(110)의 하부영역에 위치하는 로봇 및 작업자를 감지하고, 이를 위한 센서부는 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)를 포함한다.
적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)는 로봇(200) 및 작업자(20)를 실시간으로 감지하여 작업대상물(10)과 작업자(20)가 충돌하는 것을 방지하기 위한 감지정보를 생성한다.
구체적으로 상기한 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 가이드부재(111)의 일측부에 결합되는 제1 센서부(141), 제1 가이드부재(141)의 타측부에 결합되는 제2 센서부(142), 제1 센서부(141)와 대향하도록 제3 가이드부재(113)의 일측부에 결합되는 제3 센서부(143) 및 제2 센서부(142)와 대향하도록 제3 가이드부재(113)의 타측부와 결합되는 제4 센서부(144)이다.
여기서, 센서부(140)는 비접촉식 센서일 수 있다.
구체적으로 센서부(140)는 3D 라이다센서 및 비전센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기한 센서부(140)는 제1 센서부(141), 제2 센서부(142) 및 제3 센서부(143)를 포함한다.
제1 센서부(141)는 제1 가이드부재(111)의 일측부에 결합되고 제4 갠트리(124)의 하부를 향하도록 배치된다.
제2 센서부(142)는 제1 가이드부재(141)의 타측부에 결합되고 제3 갠트리(123)의 하부를 향하도록 배치된다.
제3 센서부(143)는 제1 센서부(141)와 대향하도록 제3 가이드부재(113)의 일측부에 결합되고 제2 갠트리(122)의 하부를 향하도록 배치된다.
제4 센서부(144)는 제2 센서부(142)와 대향하도록 제3 가이드부재(113)의 타측부와 결합되고 제1 갠트리(121)의 하부를 향하도록 배치된다.
전술한 제1 내지 제4 센서부(141, 142, 143, 144)는 장착되는 위치에서 대각선 하방을 향하도록 배치됨에 따라 가이드부(110)의 하부영역에 위치하는 작업대상물(10), 작업자(20) 및 로봇(200)를 실시간으로 감지한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템에 구비된 정보처리부에서 감지정보와 로봇자세정보를 기반으로 도출한 충돌가능영역을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템, 작업자 및 충돌가능영역을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
데이터베이스부(150)는 로봇(200)으로부터 전송되는 로봇(200)에 대한 로봇자세정보 및 감지정보를 수신한 후 정보처리부(160)로 전송한다.
정보처리부(160)는 데이터베이스부(150)로부터 전송되는 감지정보 및 로봇자세정보를 기반으로 충돌가능영역을 실시간으로 도출한다.
여기서, 로봇자세정보는 로봇(200)에 대한 관절각도정보, 관절회전속도정보 및 위치정보(x축, y축, z축)를 포함한다.
또한, 충돌가능영역은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 감지정보 및 로봇자세정보를 기반으로 갠트리부(120)의 하부영역을 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3)으로 구획된 영역이다. 이때, 충돌가능영역은 로봇(200)이 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 실시간으로 이동하기 때문에 지속적으로 변경됨은 물론이다.
구체적으로 긴급정지영역(S1)은 로봇(200)을 둘러싸는 영역이고, 감속운전영역(S2)은 긴급정지영역(S1)을 둘러싸는 영역이며, 정상운전영역(S3)은 감속운전영역(S2)을 둘러싸는 영역이다.
즉, 로봇(200)과의 거리가 짧을수록 로봇(200)과 작업자(20)가 충돌할 가능성이 높으므로 충돌가능영역은 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3)의 순서대로 구획된다.
정보처리부(160)는 작업자(20)에 대한 감지정보를 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3)에 매칭시켜 작업자(20)가 어느 영역에 위치하는지를 판단한다.
구체적으로 정보처리부(160)는 작업자(20)가 긴급정지영역(S1)에 위치하는 경우, 긴급정지신호를 생성하여 제어부(170)로 전송한다.
한편, 정보처리부(160)는 작업자(20)가 감속운전영역(S2)에 위치하는 경우, 감속운전신호를 생성하여 제어부(170)로 전송한다.
다른 한편, 정보처리부(160)는 작업자(20)가 정상운전영역(S3)에 위치하는 경우, 정상운전신호를 생성하여 제어부(170)로 전송한다.
제어부(170)는 정보처리부(160)로부터 전송되는 충돌가능영역에 따라 로봇(200)과 이동부(130)의 동작을 제어한다.
구체적으로 제어부(170)는 작업자(20)가 긴급정지영역(S1)에 위치하는 경우, 정보처리부(160)로부터 전송되는 긴급정지신호를 수신하고, 이에 따른 제어부(170)는 긴급정지신호에 따라 로봇(200) 및 이동부(130)의 동작이 정지하도록 제어한다. 이때, 로봇(200) 및 이동부(130)의 동작을 긴급정지하기 위한 조건은 ISO 13482에 따른다.
한편, 제어부(170)는 작업자(20)가 감속운전영역(S2)에 위치하는 경우, 정보처리부(160)로부터 전송되는 감속운전신호를 수신하고, 이에 따른 제어부(170)는 감속운전신호에 따라 로봇(200) 및 이동부(130)가 감속하여 동작하도록 제어한다.
다른 한편, 제어부(170)는 작업자(20)가 정상운전영역(S3)에 위치하는 경우, 정보처리부(160)로부터 전송되는 정상운전신호를 수신하고, 이에 따른 제어부(170)는 정상운전신호를 로봇(200) 및 이동부(130)로 전송하여 현재 상태를 유지하도록 제어한다.
로봇(200)은 작업대상물(10)을 가공, 결합, 접합 등의 공정을 수행하기 위한 것으로서, z축 이동부재(133)의 하단에 결합된다.
또한, 로봇(200)은 이동부(130)에 의해 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 이동하는 가이드부(110)를 따라 이동하면서 작업대상물(10)을 가공한다.
이를 위한 로봇(200)은 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 3개의 로봇암, 가공부, 3개의 로봇암 및 가공부를 연결하는 관절부, 로봇암과 관절부를 감지한 로봇자세정보를 생성하는 로봇자세 센서부(미도시) 및 데이터베이스부(150)로 로봇자세정보를 전송하는 통신부(미도시)를 포함한다.
2. 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템(300)의 제어방법
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템의 제어방법을 나타낸 일 방향에서의 순서도이다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템의 제어방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템의 제어방법은 (a) 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)가 작업자 및 사물 중 적어도 어느 하나를 감지한 감지정보를 실시간으로 생성하는 단계(S100), (b) 데이터베이스부(150)가 로봇(200)으로부터 전송되는 로봇자세정보 및 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)로부터 전송되는 감지정보를 수신하는 단계(S200), (c) 정보처리부(160)가 데이터베이스부(150)로부터 전송되는 감지정보 및 로봇자세정보를 기반으로 충돌가능영역을 실시간으로 도출하는 단계(S300) 및 (d) 제어부(170)가 정보처리부(160)로부터 전송되는 충돌가능영역에 따라 로봇(200)과 이동부(130)의 동작을 제어하는 단계(S400)를 포함한다.
여기서, 충돌가능영역은 감지정보 및 로봇자세정보를 기반으로 가이드부(110)의 하부영역을 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3)으로 구획된 영역이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템의 제어방법을 세부적으로 나타낸 블록도이다.
구체적으로 상기 (a) 단계는, (a1) 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)로 전원이 인가되는 단계, (a2) 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)가 작업대상물(10), 작업자(20) 및 로봇(200)을 감지한 감지정보를 생성하는 단계, 및 (a3) 적어도 2개의 센서부(141, 142, 143, 144)가 데이터베이스부(150)로 감지정보를 전송하는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (b) 단계는, (b1) 데이터베이스부(150)가 로봇(200)으로부터 전송되는 로봇자세정보를 수신하는 단계, (b2) 데이터베이스부(150)가 적어도 2개의 센서부로부터 전송되는 감지정보를 수신하는 단계 및 (b3) 데이터베이스부(150)가 로봇자세정보 및 감지정보를 정보처리부(160)로 전송하는 단계를 포함하고, 이때, 로봇자세정보는 로봇(200)에 대한 관절각도정보, 관절회전속도정보 및 위치정보(x축, y축, z축)를 포함한다.
다음, 상기 (c) 단계는, (c1) 정보처리부(160)가 데이터베이스부(150)로부터 전송되는 로봇자세정보 및 감지정보를 수신하는 단계, (c2) 정보처리부(160)가 로봇자세정보 및 감지정보를 기반으로 충돌가능영역을 실시간으로 도출하는 단계, (c3) 정보처리부(160)가 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3) 중 어느 영역에 로봇(200)이 위치하는지를 매칭시키는 단계 및 (c4) 정보처리부(160)가 충돌가능영역과 로봇을 매칭시킨 결과를 제어부(170)로 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 긴급정지영역(S1)은 로봇(200)을 둘러싸는 영역이고, 감속운전영역(S2)은 긴급정지영역(S1)을 둘러싸는 영역이며, 정상운전영역(S3)은 감속운전영역(S2)을 둘러싸는 영역이다.
또한, 상기 (c4) 단계는, 정보처리부(160)가 작업자(20)가 긴급정지영역(S1)에 위치하는 경우, 긴급정지신호를 생성하여 제어부(170)로 전송하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 (c4) 단계는, 정보처리부(160)가 작업자(20)가 감속운전영역(S2)에 위치하는 경우, 감속운전신호를 생성하여 제어부(170)로 전송하는 단계를 포함한다.
다른 한편, 상기 (c4) 단계는, 정보처리부(160)가 작업자(20)가 정상운전영역(S3)에 위치하는 경우, 정상운전신호를 생성하여 제어부(170)로 전송하는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (d) 단계는, (d1) 제어부(170)가 정보처리부(160)로부터 전송되는 긴급정지신호를 수신하는 단계 및 (d2) 제어부(170)가 긴급정지신호에 따라 로봇(200) 및 이동부(130)의 동작이 정지하도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 (d1) 단계 및 상기 (d2) 단계는 로봇(200)과 작업자(20) 간의 사이가 매우 가까워 로봇(200)과 작업자(20) 간의 충돌 가능성이 매우 높으므로 로봇(200) 및 이동부(130)의 동작을 신속하게 정지시킬 수 있도록 제어함은 물론, 별도의 알림부(미도시)로 긴급경고신호를 전송하여 알림부가 경고음을 발생시킴에 따라 작업자(20)에게 충돌 위험성을 알릴 수 있다.
한편, 상기 (d) 단계는, (d3) 제어부(170)가 정보처리부(160)로부터 전송되는 감속운전신호를 수신하는 단계 및 (d4) 제어부(170)가 감속운전신호에 따라 로봇(200) 및 이동부(130)가 감속하여 동작하도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 (d3) 단계 및 상기 (d4) 단계에서도 제어부(170)는 알림부로 경고신호를 전송하여 알림부가 경고음을 발생시킴에 따라 작업자(20)에게 충돌 위험성을 알릴 수 있도록 한다.
다른 한편, 상기 (d) 단계는, (d5) 제어부(170)가 정보처리부(160)로부터 전송되는 정상운전신호를 수신하는 단계 및 (d6) 제어부(170)가 감속운전신호를 로봇(200) 및 이동부(130)로 전송하여 현재 상태를 유지하도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 (d5) 단계 및 상기 (d6) 단계에서는, 로봇(200)과 작업자(20) 간의 충돌 가능성이 낮거나 없다고 판단하므로 기설정된 가공공정에 따라 로봇(200)이 작업대상물(10)을 가공할 수 있도록 현재 상태를 유지시킨다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 작업대상물
20: 작업자
100: 로봇 협업 지원장치
110: 가이드부
111: 제1 가이드부재
112: 제2 가이드부재
113: 제3 가이드부재
120: 갠트리부
121: 제1 갠트리
122: 제2 갠트리
123: 제3 갠트리
124: 제4 갠트리
130: 이동부
131: x축 이동부재
132: y축 이동부재
133: z축 이동부재
140: 센서부
141: 제1 센서부
142: 제2 센서부
143: 제3 센서부
144: 제4 센서부
150: 데이터베이스부
160: 정보처리부
170: 제어부
200: 로봇
300: 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템

Claims (12)

  1. xy평면상에 위치하는 가이드부;
    상기 가이드부를 지지하도록 형성되는 갠트리부;
    상기 가이드부를 따라 슬라이딩되도록 상기 가이드부와 연결되고 적어도 일부에 지면을 향하도록 로봇이 결합되는 이동부; 및
    상기 가이드부의 하부를 향하도록 상기 가이드부와 결합되어 상기 가이드부의 하부영역에 위치하는 로봇 및 작업자를 감지하는 적어도 2개의 센서부;를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 센서부는 상기 로봇 및 상기 작업자를 실시간으로 감지하여 상기 작업대상물과 상기 작업자가 충돌하는 것을 방지하기 위한 감지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센서부는 3D 라이다센서 및 비전센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    x축선상에 위치하고 제1 가이드레일이 형성되는 제1 가이드부재;
    상기 제1 가이드부재와 수직하도록 연결되어 y축선상에 위치하고 제2 가이드레일이 형성되는 제2 가이드부재; 및
    상기 제2 가이드부재와 수직하도록 연결되고 상기 제1 가이드부재와 평행하도록 x축선상에 위치하며 제3 가이드레일이 형성되는 제3 가이드부재를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 센서부는 상기 제1 가이드부재의 일측부에 결합되는 제1 센서부, 상기 제1 가이드부재의 타측부에 결합되는 제2 센서부, 상기 제1 센서부와 대향하도록 상기 제3 가이드부재의 일측부에 결합되는 제3 센서부 및 상기 제2 센서부와 대향하도록 상기 제3 가이드부재의 타측부와 결합되는 제4 센서부인 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 갠트리부는,
    상기 제1 가이드부재의 일측부로부터 하방으로 연장되는 제1 갠트리;
    상기 제1 갠트리와 대향하면서 상기 제1 가이드부재의 타측부로부터 하방으로 연장되는 제2 갠트리;
    상기 제1 갠트리와 대향하면서 상기 제3 가이드부재의 일측부로부터 하방으로 연장되는 제3 갠트리; 및
    상기 제2 갠트리와 대향하면서 상기 제3 가이드부재의 타측부로부터 하방으로 연장되는 제4 갠트리를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 갠트리는 상기 지면에 밀착되어 상기 가이드부를 지지하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 센서부는 상기 제4 갠트리의 하부를 향하도록 배치되고,
    상기 제2 센서부는 상기 제3 갠트리의 하부를 향하도록 배치되며,
    상기 제3 센서부는 상기 제2 갠트리의 하부를 향하도록 배치되고,
    상기 제4 센서부는 상기 제1 갠트리의 하부를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 제3 가이드부재와 연결되고 상기 제2 가이드부재와 결합되며 상기 상기 제3 가이드부재 상에서 x축 방향으로 슬라이딩되어 이동하면서 상기 제2 가이드부재를 x축 방향으로 이동시키는 x축 이동부재;
    제2 가이드부재에 결합되는 보조 가이드부재에 연결되어 상기 보조 가이드부재를 따라 y축 방향으로 슬라이딩되는 y축 이동부재; 및
    상기 제2 가이드레일과 연결되어 상기 y축 이동부재에 의해 상기 제2 가이드레일을 따라 y축 방향으로 이동하는 z축 이동부재;를 포함하고,
    상기 z축 이동부재는 상기 z축 이동부재의 하단에 결합되는 상기 로봇을 z축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  8. 제1 항에 따른 가이드부;
    제1 항에 따른 갠트리부;
    제1 항에 따른 이동부;
    제1 항에 따른 센서부;
    상기 로봇으로부터 전송되는 상기 로봇에 대한 로봇자세정보 및 상기 감지정보를 수신하는 데이터베이스부;
    상기 데이터베이스부로부터 전송되는 상기 감지정보 및 상기 로봇자세정보를 기반으로 충돌가능영역을 실시간으로 도출하는 정보처리부; 및
    상기 정보처리부로부터 전송되는 상기 충돌가능영역에 따라 상기 로봇과 상기 이동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 충돌가능영역은 상기 감지정보 및 상기 로봇자세정보를 기반으로 상기 가이드부의 하부영역을 긴급정지영역(S1), 감속운전영역(S2) 및 정상운전영역(S3)으로 구획된 영역인 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 긴급정지영역(S1)은 상기 로봇을 둘러싸는 영역이고,
    상기 감속운전영역(S2)은 상기 긴급정지영역(S1)을 둘러싸는 영역이며,
    상기 정상운전영역(S3)은 감속운전영역(S2)을 둘러싸는 영역인 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 정보처리부는 상기 작업자가 상기 긴급정지영역(S1)에 위치하는 경우, 긴급정지신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는 상기 긴급정지신호에 따라 상기 로봇 및 상기 이동부의 동작이 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 정보처리부는 상기 작업자가 상기 감속운전영역(S2)에 위치하는 경우, 감속운전신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는 상기 감속운전신호에 따라 상기 로봇 및 상기 이동부가 감속하여 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 정보처리부는 상기 작업자가 상기 정상운전영역(S3)에 위치하는 경우, 정상운전신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는 상기 정상운전신호를 상기 로봇 및 상기 이동부로 전송하여 현재 상태를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 모바일 플랫폼 기반 작업자-로봇 협동시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024085276A1 (ko) * 2022-10-18 2024-04-25 한국로봇융합연구원 건설 작업을 수행하는 로봇 장치 및 이를 포함하는 동기 제어 시스템

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