KR20220154189A - 툴헤드 자세의 조정방법, 장치 및 판독 가능한 저장매체 - Google Patents

툴헤드 자세의 조정방법, 장치 및 판독 가능한 저장매체 Download PDF

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KR20220154189A
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차오 우
아이전 리
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쯔 메이 강 민 (주하이) 헬스 테크 컴퍼니., 리미티드.
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Abstract

본 발명은 툴헤드 자세의 조정방법, 장치 및 판독 가능한 저장매체를 개시한다. 레이저 거리 센서(2)를 통해 레이저 포인트의 거리값을 측정하고, 각 레이저 포인트는 적어도 하나의 평면을 형성하므로 피측정 부위에 대응되는 각 평면을 결정할 수 있으며, 각 평면의 종합 법선 벡터를 계산하며, 자세 표현식을 이용하여 로봇 툴헤드의 자세 파라미터를 계산하여 툴헤드의 자세를 조정할 수 있다. 상기 툴헤드 자세의 조정방법, 장치는 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 정확히 결정할 수 있으므로 뜸기의 작업효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 레이저 거리 센서는 원가가 낮고, 로봇 작업 시의 정확도가 높고, 실시간성이 강하고 툴헤드와 인체가 접촉하는 시나리오 또는 인체와 일정한 거리를 유지하는 시나리오에 적용 가능하다.

Description

툴헤드 자세의 조정방법, 장치 및 판독 가능한 저장매체
본 발명은 로봇 기술분야에 관한 것으로, 특히 툴헤드 자세의 조정방법, 장치 및 판독 가능한 저장매체에 관한 것이다.
로봇 기술의 발전에 따라, 로봇의 성능 및 안정성은 빠르게 향상되었으며, 인간-기계 협업에 있어서 로봇의 탄생은 인간과 로봇이 협동하여 작업하는 것이 확실히 실현 가능한 사실임을 상징한다. 최근 십년동안, 현대 산업은 급속도로 발전해왔으며, 로봇의 보급 및 응용으로 인해 로봇의 원가는 최근 2년 소비자가 부담할 수 있는 수준에 도달했다. 퍼스널 케어 로봇은 로봇의 일종으로서, 기계암 말단에 장착되는 케이 기능(안마, 뜸, 화장, 미용 등)이 있는 툴헤드를 포함하고, 이 툴헤드는 케이 대상 인체에 직접적으로 접촉하거나 또는 인체와 일정한 거리 및 자세를 유지하면서 케어 작업을 수행한다.
현재, 케어 로봇 작업 시의 자세(위치 및 자태)를 결정하는 스킴으로 머신 비전 스킴, 접촉식 다축 힘 센서 스킴, 레이더(초음파 또는 레이저 등) 센서가 있다. 상술한 방법들은 모두 미흡한 부분이 존재하는데, 예를 들어, 머신 비전 스킴 로봇은 가격이 비싸고, 특별한 광원으로 조사해야 하며, 스캔 시간 및 좌표 생성 시간이 길고, 실시간성이 낮으며, 촬영 헤드의 부피가 커서 툴헤드에 장착하기에 불리할 뿐만 아니라 고객의 사적인 부위를 노출시킨다. 접촉식 다축 힘 센서 스킴 로봇은 가격이 비싸고, 툴헤드와 인체가 접촉하는 시나리오에만 사용 가능하므로 툴헤드 자세를 미리 안내할 수 없다. 레이더 스킴 로봇은 가격이 비싸고, 정확도가 낮으며, 블라인드 영역이 클 뿐만 아니라, 쉽게 간섭을 받으며, 또한 레이더파를 장시간 방출할 경우 인체의 건강을 잠재적으로 위협한다. 그러므로, 가격이 저렴하고, 정확도가 높으며, 실시간성이 강하면서도 자세를 정확하게 결정할 수 있는 툴헤드 자세 결정 방법을 제공하는 것은 시급히 해결해야 할 문제이다.
상술한 내용은 본 발명의 기술적 방안의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 종래 기술에 속하는 것은 아니다.
본 발명은 가격이 저렴하고, 정확도가 높으며, 실시간성이 강하고 자세를 정확하게 결정하는 툴헤드 자세 결정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 툴헤드 자세의 조정방법을 제공하며, 상기 툴헤드 자세의 조정방법은,
레이저 거리 센서의 레이저 포인트가 피측정 부위에 조사하되 일 직선상에 놓이지 않도록 제어하는 단계, -여기서, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 2개보다 많음-;
각 상기 레이저 거리 센서의 측정 거리값, 각 상기 레이저 거리 센서의 최초 좌표 및 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 방향을 획득하는 단계, -여기서, 상기 거리값은 상기 레이저 거리 센서와 대응되는 상기 레이저 포인트 사이의 거리임-;
상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하고, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산하는 단계, -여기서, 상기 종합 평면 법선 벡터는 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 평면 법선 벡터로부터 구함-;
기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하고 상기 자세 파라미터에 의해 상기 로봇의 툴헤드를 상기 대상 조정 자세로 조정하도록 제어하는 단계;를 포함한다.
선택적으로, 상기 레이저 거리 센서의 개수가 3개보다 많으면, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산하는 단계는,
상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 해당 평면의 평면 법선 벡터를 계산하는 단계;
가중 평균 알고리즘을 이용하여 각 상기 평면 법선 벡터의 가중 평균값을 계산하고 상기 가중 평균값을 상기 종합 평면 법선 벡터로 하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 자세 표현식은 오일러각, 쿼터니언(quaternion) 또는 회전 행렬 표현식을 포함한다.
선택적으로, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 3개이며, 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 빔은 서로 평행을 이룬다.
선택적으로, 상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하는 단계는,
각 상기 레이저 방향의 단위 벡터를 각각 Ra(rx1,ry1,rz1), Rb(rx2,ry2,rz2), Rc(rx3,ry3,rz3)로, 각 상기 레이저 거리 센서가 툴헤드 좌표계 상에서의 좌표를 Pa(x1,y1,z1), Pb(x2,y2,z2), Pc(x3,y3,z3)로, 각 상기 거리값을 d1, d2, d3로, 각 상기 레이저 포인트의 좌표를 Ua, Ub, Uc로 설정하면,
Ua.x=x1+rx1*d1, Ua.y=y1+ry1*d1, Ua.z=z1+rz1*d1;
Ub.x=x2+rx2*d2, Ub.y=y2+ry2*d2, Ub.z=z2+rz2*d2;
Uc.x=x3+rx3*d3, Uc.y=y3+ry3*d3, Uc.z=z3+rz3*d3;
각 상기 레이저 포인트의 좌표Ua(Ua.x,Ua.y,Ua.z), Ub(Ub.x,Ub.y,Ub.z), Uc(Uc.x,Uc.y,Uc.z)를 구하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하는 단계는,
구한 상기 종합 평면 법선 벡터를 V(vx,vy,vz)로, vz>0로 설정하는 단계, -여기서, vz<0이면, 상기 종합 평면 법선 벡터에 -1를 곱함-;
공식 M(α,ß,γ)*[0,0,1]T=Vnorm T.를 미리 설정하는 단계, -여기서 M(α,ß,γ)은 오일러각 회전 공식 중의 회전 행렬이고, Vnorm은 모듈러스가 1인 상기 종합 평면 법선 벡터를 나타내고, α, ß, γ는 오일러각을 각각 나타냄-;
상기 기설정된 공식, 상기 거리값 및 오일러각 회전 공식에 의해 상기 자세 파라미터를 구하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 기설정된 공식, 상기 거리값 및 오일러각 회전 공식에 의해 상기 자세 파라미터를 구하는 단계는,
rx=0으로 하고, 상기 기설정된 공식 및 상기 오일러각 회전 공식(rotation formula) 연립방정식에 의해 ry, rz를 구하되, 여기서, rx, ry, rz는 각각 오일러각 α, ß, γ인 단계;
상기 거리값에 따라 기설정 알고리즘을 이용하여 종합 거리값을 계산하고 daver로 설정하는 단계;
z방향에서 상기 툴헤드 좌표계의 원점에 daver을 더하여, 상기 원점을 상기 피측정 부위에 위치시키는 단계;
상기 원점이 상기 피측정 부위에 위치할 때, 상기 원점이 매니퓰레이터 베이스(manipulator base)에 대한 베이스 좌표계의 자세 파라미터를 획득하고 x0, y0, z0, rx0, ry0, rz0로 설정하는 단계;
상기 툴헤드의 대상 조정 자세의 오일러각 파라미터를 Rx, Ry, Rz로 설정하면,
Rx=rx0, Ry=ry0+ry, Rz=rz0+rz이고,
상기 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터가 x0, y0, z0, Rx, Ry, Rz인 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 기설정 알고리즘은 평균값 알고리즘 및 가중 평균 알고리즘을 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 툴헤드 자세의 조정장치를 더 제공한다. 상기 장치는, 메모리, 프로세서 및 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에서 실행가능한 툴헤드 자세의 조정 프로그램을 포함하고, 상기 툴헤드 자세의 조정 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상술한 툴헤드 자세의 조정방법의 단계를 구현한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 판독 가능한 저장매체를 더 제공한다. 상기 판독 가능한 저장매체는 툴헤드 자세의 조정 프로그램이 저장되고, 상기 툴헤드 자세의 조정 프로그램은 프로세서에 의해 실행될 때 상술한 툴헤드 자세의 조정방법의 단계를 구현한다.
본 발명은 툴헤드 자세의 조정방법, 장치, 판독 가능한 저장매체를 제공한다. 본 발명은 로봇 툴헤드의 자세를 정확하게 결정할 수 있어 로봇의 작업 효율을 향상시키고; 본 발명의 레이저 거리 센서는 원가가 낮고, 부피가 작으며, 정확도가 높으므로 로봇의 툴헤드에 잘 장착할 수 있어 툴헤드 자세를 결정하는데 유리하고, 레이저 거리 머신의 위치를 실시간 조정할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명은 툴헤드와 인체가 접촉하는 시나리오 또는 인체와 일정한 거리를 유지하는 시나리오에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 툴헤드 자세의 조정방법의 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 2는 뜸기 로봇이 피측정 부위에서 뜸질하는 개략도이다.
도 3은 제1 실시예의 툴헤드에 레이저 거리 센서가 3개인 경우를 나타내는 개략도이다.
이하에서는 실시예를 결합하여 본 발명의 목적의 구현, 기능 특징 및 장점에 대해 추가 설명하기로 한다.
본 출원의 목적, 기술적 방안 및 이점을 더욱 명확하게 이해하도록, 이하에서는 첨부 도면 및 실시예를 결부하여 본 출원을 더욱 상세하게 설명한다. 여기에 기재되는 구체적인 실시예는 단지 본 출원을 해석하기 위한 것으로서, 본 출원을 한정하지 않는다.
본 발명은 툴헤드 자세의 조정방법을 제공한다. 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 툴헤드 자세의 조정방법의 흐름을 나타내는 개략도이다.
본 실시예에서, 상기 툴헤드 자세의 조정방법의 수행 주체는 툴헤드 자세의 조정 시스템이며, 이 툴헤드 자세의 조정 시스템은 툴헤드 자세의 조정장치를 포함하고, 이 툴헤드 자세의 조정장치는 뜸기, 안마기 등과 같은 로봇 디바이스일 수 있으며, 물론 PC, PAD 등의 단말장치일 수도 있다. 본 발명은 레이저 거리 센서를 통해 레이저 포인트의 거리값을 측정하고, 각 레이저 포인트는 적어도 하나의 평면을 형성할 수 있으므로 피측정 부위에 대응되는 각 평면을 결정하고, 각 평면의 종합 법선 벡터를 계산하며, 자세 표현식으로 로봇 툴헤드의 자세 파라미터를 계산하여 툴헤드의 자세를 조정하고; 본 발명은 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 정확하게 결정할 수 있다. 본 실시예는 뜸기를 예로 설명한다. 상기 툴헤드 자세의 조정방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계S10: 레이저 거리 센서의 레이저 포인트가 피측정 부위에 조사하되 일 직선상에 놓이지 않도록 제어한다. 여기서, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 2개보다 많다.
본 실시예에서, 도 2를 참조하면, 도 2는 뜸기 로봇이 피측정 부위에서 뜸질하는 개략도이며, 상기 피측정 부위는 뜸질하고자 하는 환자의 신체 부위를 포함하고, 상기 레이저 거리 센서는 뜸기 로봇의 툴헤드에 장착하게 되는데, 예를 들어, 로봇 툴헤드 중 고정 연동 관계를 갖는 면에 레이저 거리 센서(2)를 3개 또는 3개 이상 장착할 수 있다. 물론, 로봇의 다른 부위에 장착할 수도 있으며, 매니퓰레이터(1, manipulator)는 툴헤드의 자세를 조정하는데 사용된다. 피측정 부위가 레이저 거리 센서(2)와의 지정 범위 내로 진입할 때, 각 레이저 거리 센서(2)의 레이저 빔은 피측정 부위에 조사되고, 피측정 부위에 레이저 포인트를 형성하게 된다. 여기서 상기 레이저 거리 센서(2)의 개수는 3개보다 크거나 같으며, 각 레이저 포인트가 반드시 평면을 형성해야 하므로 이 레이저 포인트들은 일 직선상에 놓여서는 안된다. 바람직하게는, 상기 레이저 거리 센서(2)의 레이저 빔이 하나의 점에 집결되는 것을 막기 위하여, 상기 레이저 빔은 서로 평행을 이루며, 영원히 만나지 않는다. 이렇게 되면 레이저 포인트 좌표를 계산할 때의 알고리즘이 간소화되어 데이터 처리 효율을 향상시킬 수 있으므로 툴헤드 자세의 조정효율을 높일 수 있다.
단계S20: 각 상기 레이저 거리 센서에서 측정한 거리값, 각 상기 레이저 거리 센서의 최초 좌표 및 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 방향을 획득한다. 여기서, 상기 거리값은 상기 레이저 거리 센서와 대응되는 상기 레이저 포인트 사이의 거리이다.
본 실시예에서, 레이저 거리 센서(2)는 레이저 포인트의 거리를 측정할 수 있으며, 툴헤드의 좌표계를 설정하여 레이저 거리 센서(2)가 툴헤드 좌표계 상에서의 최초 좌표 및 레이저 거리 센서(2)의 레이저 방향을 획득할 수 있다. 상기 레이저 거리 센서(2)의 레이저 방향은 단위 벡터로 나타낼 수 있다.
단계S30: 상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하고, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산한다. 여기서, 상기 종합 평면 법선 벡터는 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 평면 법선 벡터로부터 구한다.
본 실시예에서, 도 3을 참조하면, 도 3은 툴헤드 상에 레이저 거리 센서(2)가 3개인 경우의 개략도이다. 상기 레이저 거리 센서(2)가 3개이면, 상기 종합 평면 법선 벡터는 3개의 레이저 포인트가 위치한 평면의 평면 법선 벡터이다. 여기서, 벡터 외적법(vector cross product)를 통해 상기 평면 법선 벡터를 얻을 수 있으며; 상기 레이저 거리 센서(2)가 3개보다 많으면, 해당 종합 법선 벡터는 가중 평균 알고리즘 또는 기타 알고리즘을 통해 얻은 벡터이며, 예를 들어, 각 레이저 포인트가 4개의 평면을 형성할 수 있으면, 벡터 외적법을 통해 4개 평면의 법선 벡터를 각각 계산한 다음 가중 평균 알고리즘을 통해 4개 법선 벡터(normal vector)의 가중 평균값을 계산함으로써 종합 법선 벡터를 구한다.
여기서, 상기 레이저 거리 센서(2)의 개수가 3개이고, 각 레이저 거리 센서(2)의 레이저 빔이 서로 평행을 이루며, 각 레이저 방향의 단위 벡터를 각각 Ra(rx1,ry1,rz1), Rb(rx2,ry2,rz2), Rc(rx3,ry3,rz3)로, 각 레이저 거리 센서가 툴헤드 좌표계 상에서의 좌표를 Pa(x1,y1,z1), Pb(x2,y2,z2), Pc(x3,y3,z3)로, 각 거리값을 d1, d2, d3로, 각 레이저 포인트의 좌표를 Ua, Ub, Uc로 설정하면,
Ua.x=x1+rx1*d1,Ua.y=y1+ry1*d1,Ua.z=z1+rz1*d1;
Ub.x=x2+rx2*d2,Ub.y=y2+ry2*d2,Ub.z=z2+rz2*d2;
Uc.x=x3+rx3*d3,Uc.y=y3+ry3*d3,Uc.z=z3+rz3*d3;
각 레이저 포인트의 좌표Ua(Ua.x,Ua.y,Ua.z), Ub(Ub.x,Uby,Ub.z), Uc(Uc.x,Uc.y,Uc.z)를 구하고, 벡터 외적법을 통해 3개 레이저 포인트의 평면 법선 벡터를 계산할 수 있다.
단계S40: 기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하고, 상기 자세 파라미터에 의해 상기 로봇의 툴헤드를 상기 대상 조정 자세로 조정하도록 제어한다.
본 실시예에서, 상기 기설정된 자세 표현식운 오일러각, 쿼터니언 또는 회전 행렬 등 표현식을 포함하고, 종합 평면 법선 벡터 및 거리값에 따라 자세 표현식을 통해 로봇의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 구한다.
이하에서는, 오일러각 회전 공식을 이용하여 로봇의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산한다.
구한 종합 평면 법선 벡터를 V(vx,vy,vz)로, vz>0로 설정하고, 여기서, vz<0이면, 종합 평면 법선 벡터에 -1을 곱한다. 이는, 평면 종합 법선 벡터의 단위 법선 벡터를 계산하여 종합 법선 벡터의 방향을 결정하기 위한 것이다.
오일러각 회전 공식은,
Figure pct00001
공식 M(α,ß,γ)*[0,0,1]T=Vnorm T.를 미리 설정하고, 여기서 M(α,ß,γ)은 오일러각 회전 공식 중의 회전 행렬이며, 여기서, α, ß, γ는 오일러각을 각각 나타내며, Vnorm은 모듈러스가 1인 상기 종합 평면 법선 벡터를 나타내고, α, ß, γ는 오일러각을 각각 나타낸다.
rx=0으로 하고, 상기 기설정된 공식 및 상기 오일러각 회전 공식(rotation formula) 연립방정식으로 ry, rz를 구하고, 여기서, rx, ry, rz는 각각 오일러각α,
Figure pct00002
, γ이며, 거리값에 따라 기설정 알고리즘을 이용하여 종합 거리값을 계산하고 daver로 설정하며; z방향에서 툴헤드 좌표계의 원점에 daver을 더하여, 상기 원점을 상기 피측정 부위에 위치시키고; 상기 원점이 상기 피측정 부위에 위치할 때, 상기 원점이 매니퓰레이터 베이스에 대한 베이스 좌표계의 자세 파라미터를 획득한 후, x0, y0, z0, rx0, ry0, rz0로 설정하고; 툴헤드의 대상 조정 자세의 오일러각 파라미터를 Rx, Ry, Rz로 설정하면, Rx=rx0，Ry=ry0+ry，Rz=rz0+rz이고, 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터는 x0, y0, z0, Rx, Ry, Rz이다. 여기서, 상기 기설정 알고리즘은 평균값 알고리즘 및 가중 평균 알고리즘을 포함하는 바, 예를 들어, 평균값 알고리즘을 이용하여 d1, d2, d3의 평균값을 계산하여 daver를 얻는다.
대상 조정 자세의 자세 파라미터에 따라 툴헤드의 자세를 조정하므로 로봇은 피측정 부위를 정확하게 뜸질할 수 있다.
본 실시예는 툴헤드 자세의 조정방법을 더 제공한다. 이는 레이저 거리 센서의 레이저 포인트가 피측정 부위에 조사하되 일 직선상에 놓이지 않도록 제어한다. 여기서, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 2개보다 많으며, 각 상기 레이저 거리 센서에서 측정한 거리값, 각 상기 레이저 거리 센서의 최초 좌표 및 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 방향을 획득한다. 상기 거리값은 상기 레이저 거리 센서와 대응되는 상기 레이저 포인트의 거리이며; 상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하고, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산한다. 여기서, 상기 종합 평면 법선 벡터는 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 평면 법선 벡터로부터 구하며; 기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하고, 상기 자세 파라미터에 의해 상기 로봇의 툴헤드를 상기 대상 조정 자세로 조정하도록 제어한다. 이를 통해 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 정확하게 결정하므로 뜸기의 작업효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 레이저 거리 센서는 원가가 낮고, 로봇 작업 시의 정확도가 높고, 실시간성이 강하고 툴헤드와 인체가 접촉하는 시나리오 또는 인체와 일정한 거리를 유지하는 시나리오에 적용 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예는 판독 가능한 저장매체를 더 제공한다. 본 발명에 따른 판독 가능한 저장매체에 툴헤드 자세의 조정 프로그램이 저장되고, 상기 툴헤드 자세의 조정 프로그램은 프로세서에 의해 실행될 때,
레이저 거리 센서의 레이저 포인트가 피측정 부위에 조사하되 일 직선상에 놓이지 않도록 제어하되, 여기서, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 2개보다 많은 단계;
각 상기 레이저 거리 센서에서 측정한 거리값, 각 상기 레이저 거리 센서의 최초 좌표 및 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 방향을 획득하되, 여기서, 상기 거리값은 상기 레이저 거리 센서와 대응되는 상기 레이저 포인트 사이의 거리인 단계;
상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하고, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산하되, 여기서, 상기 종합 평면 법선 벡터는 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 평면 법선 벡터로부터 구하는 단계;
기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하고, 상기 자세 파라미터에 의해 상기 로봇의 툴헤드를 상기 대상 조정 자세로 조정하도록 제어하는 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 레이저 거리 센서의 개수가 3개보다 크면, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산하는 단계는,
상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 해당 평면의 평면 법선 벡터를 계산하는 단계;
가중 평균 알고리즘을 이용하여 각 상기 평면 법선 벡터의 가중 평균값을 계산하고, 상기 가중 평균값을 상기 종합 평면 법선 벡터로 하는 단계;를 포함한다.
더 나아가, 상기 자세 표현식은 오일러각, 쿼터니언 또는 회전 행렬 표현식을 포함한다.
더 나아가, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 3개이며, 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 빔은 서로 평행을 이룬다.
더 나아가, 상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하는 단계는,
각 상기 레이저 방향의 단위 벡터를 각각 Ra(rx1,ry1,rz1), Rb(rx2,ry2,rz2), Rc(rx3,ry3,rz3)로, 각 상기 레이저 거리 센서가 툴헤드 좌표계 상에서의 좌표를 Pa(x1,y1,z1), Pb(x2,y2,z2), Pc(x3,y3,z3)로, 각 상기 거리값을 d1, d2, d3로, 각 상기 레이저 포인트의 좌표를 Ua, Ub, Uc로 설정하면,
Ua.x=x1+rx1*d1,Ua.y=y1+ry1*d1,Ua.z=z1+rz1*d1;
Ub.x=x2+rx2*d2,Ub.y=y2+ry2*d2,Ub.z=z2+rz2*d2;
Uc.x=x3+rx3*d3,Uc.y=y3+ry3*d3,Uc.z=z3+rz3*d3;
각 상기 레이저 포인트의 좌표Ua(Ua.x,Ua.y,Ua.z), Ub(Ub.x,Uby,Ub.z), Uc(Uc.x,Uc.y,Uc.z)를 구하는 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하는 단계는,
구한 상기 종합 평면 법선 벡터를 V(vx,vy,vz)로, vz>0로 설정하는 단계,-여기서, vz<0이면, 상기 종합 평면 법선 벡터에 -1를 곱함-;
공식 M(α,ß,γ)*[0,0,1]T=Vnorm T.을 미리 설정하는 단계, -여기서 M(α,ß,γ)은 오일러각 회전 공식 중의 회전 행렬임-;
상기 기설정된 공식, 상기 거리값 및 오일러각 회전 공식에 의해 상기 자세 파라미터를 구하는 단계를 포함하며,
여기서, Vnorm은 모듈러스가 1인 상기 종합 평면 법선 벡터를 나타내고, α, ß, γ는 오일러각을 각각 나타낸다.
더 나아가, 상기 기설정된 공식, 상기 거리값 및 오일러각 회전 공식에 의해 상기 자세 파라미터를 구하는 단계는,
rx=0으로 하고, 상기 기설정된 공식 및 상기 오일러각 회전 공식(rotation formula) 연립방정식으로 ry, rz를 구하되, 여기서, rx, ry, rz는 각각 오일러각α, ß, γ인 단계;
상기 거리값에 따라 기설정 알고리즘을 이용하여 종합 거리값을 계산하고 daver로 설정하는 단계;
z방향에서 상기 툴헤드 좌표계의 원점에 daver을 더하여, 상기 원점을 상기 피측정 부위에 위치시키는 단계;
상기 원점이 상기 피측정 부위에 위치할 때, 상기 원점이 매니퓰레이터 베이스에 대한 베이스 좌표계의 자세 파라미터를 획득하고 x0, y0, z0, rx0, ry0, rz0로 설정하는 단계;
상기 툴헤드의 대상 조정 자세의 오일러각 파라미터를 Rx, Ry, Rz로 설정하면,
Rx=rx0, Ry=ry0+ry, Rz=rz0+rz 이고,
상기 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터는 x0, y0, z0, Rx, Ry, Rz인 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 기설정 알고리즘은 평균값 알고리즘 및 가중 평균 알고리즘을 포함한다.
유의해야 할 것은, 본 명세서에서 용어 "포함한다(comprise)", "포함한다(include)", 또는 그들의 임의의 다른 변형어는 비배타적인 포함을 포괄하도록 의도된다. 이로써 일련의 구성요소를 포함하는 과정, 방법, 제품 또는 시스템은 이들 구성요소를 포함할 뿐만 아니라 명확하게 예시되지 않은 기타 구성요소도 포함하거나, 또는 이러한 과정, 방법, 제품 또는 시스템에 필요한 고유의 구성요소를 포함할 수도 있다. 추가적인 제한이 없는 한, "하나의 …를 포함한다"라고 한정되어 있는 구성요소는 이 구성요소를 포함하는 과정, 방법, 제품 또는 시스템에 별도의 동일한 구성요소가 존재하는 경우를 배제하지 않는다.
상술한 본 발명의 실시예의 번호는 설명을 위한 것일 뿐, 실시예의 우열을 의미하지 않는다.
상술한 실시형태의 설명으로부터, 본 기술분야의 당업자는 상술한 실시형태가 소프트웨어에 필수적인 범용 하드웨어 플랫폼을 결합하는 방식으로 구현 가능함을 잘 이해할 것이며, 하드웨어로도 구현 가능하지만, 많은 경우에 전자가 더욱 바람직한 실시형태이다. 이러한 이해를 바탕으로, 본 발명에 따른 기술적 방안의 본질적 또는 관련 기술에 기여하는 부분은 소프트웨어 제품의 형태로 구현될 수 있으며, 이 컴퓨터 소프트웨어 제품은 하나의 저장 매체(예컨대, ROM/RAM, 자기 디스크, 광 디스크)에 저장되고, 하나의 단말(핸드폰, 컴퓨터, 서버, 에어컨 또는 네트워크 기기 등)이 본 발명의 각 실시예에 따른 상기 방법을 수행하도록 복수개의 명령을 포함한다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명의 보호 범위를 한정하지 않으며, 본 발명의 명세서 및 첨부 도면을 이용하여 실시한 등가의 구조 또는 등가의 흐름 변화, 또는 기타 관련 기술분야에 직접 또는 간접적으로 적용되는 것은 모두 본 발명의 특허보호범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 로봇에 사용되는 툴헤드 자세의 조정방법에 있어서,
    레이저 거리 센서의 레이저 포인트가 피측정 부위에 조사하되 일 직선상에 놓이지 않도록 제어하는 단계, -여기서, 상기 레이저 거리 센서의 개수는 2개보다 많음-;
    각 상기 레이저 거리 센서의 측정 거리값, 각 상기 레이저 거리 센서의 최초 좌표 및 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 방향을 획득하는 단계, -여기서, 상기 거리값은 상기 레이저 거리 센서와 대응되는 상기 레이저 포인트 사이의 거리임-;
    상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하고, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산하는 단계, -여기서, 상기 종합 평면 법선 벡터는 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 평면 법선 벡터로부터 구함-;
    기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하고 상기 자세 파라미터에 의해 상기 로봇의 툴헤드를 상기 대상 조정 자세로 조정하도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 거리 센서의 개수가 3개보다 많으면, 각 상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 평면의 종합 평면 법선 벡터를 계산하는 단계는,
    상기 레이저 포인트 좌표에 의해 결정된 해당 평면의 평면 법선 벡터를 계산하는 단계;
    가중 평균 알고리즘을 이용하여 각 상기 평면 법선 벡터의 가중 평균값을 계산하고 상기 가중 평균값을 상기 종합 평면 법선 벡터로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자세 표현식은 오일러각, 쿼터니언(quaternion) 또는 회전 행렬 표현식을 포함하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 거리 센서의 개수는 3개이며, 각 상기 레이저 거리 센서의 레이저 빔은 서로 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 거리값, 상기 최초 좌표 및 상기 레이저 방향에 의해 상기 피측정 부위 상의 각 레이저 포인트의 레이저 포인트 좌표를 계산하는 단계는,
    각 상기 레이저 방향의 단위 벡터를 각각 Ra(rx1,ry1,rz1), Rb(rx2,ry2,rz2), Rc(rx3,ry3,rz3)로, 각 상기 레이저 거리 센서가 툴헤드 좌표계 상에서의 좌표를 Pa(x1,y1,z1), Pb(x2,y2,z2), Pc(x3,y3,z3)로, 각 상기 거리값을 d1, d2, d3로, 각 상기 레이저 포인트의 좌표를 Ua, Ub, Uc로 설정하면,
    Ua.x=x1+rx1*d1, Ua.y=y1+ry1*d1, Ua.z=z1+rz1*d1;
    Ub.x=x2+rx2*d2, Ub.y=y2+ry2*d2, Ub.z=z2+rz2*d2;
    Uc.x=x3+rx3*d3, Uc.y=y3+ry3*d3, Uc.z=z3+rz3*d3;
    각 상기 레이저 포인트의 좌표Ua(Ua.x,Ua.y,Ua.z), Ub(Ub.x,Ub.y,Ub.z), Uc(Uc.x,Uc.y,Uc.z)를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 기설정된 자세 표현식, 상기 거리값 및 상기 종합 평면 법선 벡터에 의해 상기 로봇의 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터를 계산하는 단계는,
    구한 상기 종합 평면 법선 벡터를 V(vx,vy,vz)로, vz>0로 설정하는 단계, -여기서, vz<0이면, 상기 종합 평면 법선 벡터에 -1를 곱함-;
    공식 M(α,ß,γ)*[0,0,1]T=Vnorm T.을 미리 설정하는 단계, -여기서 M(α,ß,γ)은 오일러각 회전 공식 중의 회전 행렬이고, Vnorm은 모듈러스가 1인 상기 종합 평면 법선 벡터를 나타내고, α, ß, γ는 오일러각을 각각 나타냄-;
    상기 기설정된 공식, 상기 거리값 및 오일러각 회전 공식에 의해 상기 자세 파라미터를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기설정된 공식, 상기 거리값 및 오일러각 회전 공식에 의해 상기 자세 파라미터를 구하는 단계는,
    rx=0으로 하고, 상기 기설정된 공식 및 상기 오일러각 회전 공식(rotation formula) 연립방정식에 의해 ry, rz를 구하는 단계, -여기서, rx, ry, rz는 각각 오일러각 α,
    Figure pct00003
    , γ임-;
    상기 거리값에 따라 기설정 알고리즘을 이용하여 종합 거리값을 계산하고 daver로 설정하는 단계;
    z방향에서 상기 툴헤드 좌표계의 원점에 daver을 더하여, 상기 원점을 상기 피측정 부위에 위치시키는 단계;
    상기 원점이 상기 피측정 부위에 위치할 때, 상기 원점이 매니퓰레이터 베이스(manipulator base)에 대한 베이스 좌표계의 자세 파라미터를 획득하여 x0, y0, z0, rx0, ry0, rz0로 설정하는 단계;
    상기 툴헤드의 대상 조정 자세의 오일러각 파라미터를 Rx, Ry, Rz로 설정하면,
    Rx=rx0, Ry=ry0+ry, Rz=rz0+rz 이고,
    상기 툴헤드의 대상 조정 자세의 자세 파라미터가 x0, y0, z0, Rx, Ry, Rz인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기설정 알고리즘은 평균값 알고리즘 및 가중 평균 알고리즘을 포함하는 툴헤드 자세의 조정방법.
  9. 메모리, 프로세서 및 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에서 실행가능한 툴헤드 자세의 조정 프로그램을 포함하고, 상기 툴헤드 자세의 조정 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계를 구현하는 것을 특징으로 하는 툴헤드 자세의 조정장치.
  10. 툴헤드 자세의 조정 프로그램이 저장되고, 상기 툴헤드 자세의 조정 프로그램은 프로세서에 의해 실행될 때 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 툴헤드 자세의 조정방법의 단계를 구현하는 것을 특징으로 하는 판독 가능한 저장매체.
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