KR20220154716A

KR20220154716A - 다관절 시스템에 의해 운반되는 도구를 사용하여 물체에 대한 작업을 자동으로 수행하는 방법

Info

Publication number: KR20220154716A
Application number: KR1020227034950A
Authority: KR
Inventors: 쟝-루이스 드파리; 헤르베 헨리; 쟝-프랑소와 드로
Original assignee: 오라노 데에스 - 데망텔르망 에 세르비스; 실린
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-11-22
Also published as: CN115916476A; JP2023530209A; FR3108183A1; US20230106854A1; WO2021181035A1; EP4117867A1; FR3108183B1

Abstract

본 발명은 작업 환경(3)에서 이동 가능한 다관절 시스템(5) 에 의해 운반되는 도구(4)를 사용하여 물체(2)에 대한 작업을 자동으로 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 물체(2) 및 작업 환경(3)은 작업을 수행하기에 개방적이거나 불충분하게 정의된 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 적어도: 산점도(scatter plot)의 형태로, 적어도 하나의 3D 센서(6)를 사용하여 작업 환경(3) 및 물체(2)의 이미지를 캡처하고, 이 이미지(7)를 다관절 시스템의 CAD 모델 및 환경의 가능한 CAD 모델과 작업 이미지로 병합하고, 충돌 방지 파라미터들을 정의하는 동작으로 구성되는 과정 A; 물체(2)를 표현하는 작업 이미지 부분에 도구(4)의 경로를 정의하고, 상기 작업이 실현 가능함을 보장하도록 작업 이미지에서 상기 다관절 시스템(5) 및 도구의 해당 움직임의 시뮬레이션을 실행하는 동작으로 구성되는 과정 B; 상기 작업이 과정 B에 따라 실현 가능한 경우, 상기 물체(2)에 대한 작업을 수행하도록 정의된 경로(10)를 따라 상기 도구(4)를 운반하는 상기 다관절 시스템(5)의 실제 이동을 실행하는 동작으로 구성되는 과정 C를 포함한다.

Description

다관절 시스템에 의해 운반되는 도구를 사용하여 물체에 대한 작업을 자동으로 수행하는 방법

본 발명은 작업 환경 내에 존재하는 물체에 대한 임의의 작업들, 예를 들면, 절단, 용접, 마킹(marking), 스트립핑(stripping), 페인팅, 표면처리, 센서 또는 모든 유형의 분석 도구의 위치설정(positioning) 등과 같은, 작업들을 수행하는 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 상기 물체 및 작업 환경의 위치와 기하학적 구조는 변경될 수 있고 및/또는 상기 작업들을 수행하는 데에 불충분하게 정의되는 것에 관한 것이다.

예를 들어, 본 발명은 방사능과 관련된 위험을 야기할 수 있는 물체의 측정, 절단, 파지 동작들이 제한 없이 수행되는 해체 기술 부문에 적용된다.

더 상세하게는, 본 발명은 다관절(polyarticulated) 시스템에 의해 운반되고 작업 환경에서 이동 가능한 도구를 사용하여 물체에 대한 작업을 자동으로 수행하기 위한 방법 및 설비에 관한 것으로, 상기 물체 및 작업 환경의 위치 및 기하학적 구조가 변경되고 및/또는 자동 모드에서 상기 작업을 수행을 가능하게 하는 데에 불충분하게 정의되는 것에 관한 것이다. 상기 작업은 모든 유형의 환경에서, 모든 유형의 도구로써 모든 유형의 물체에 대해 수행되는 성격의 것일 수 있다.

본 발명은, 예를 들어, 오퍼레이터가 접근할 수 없거나, 오퍼레이터가 이동하기 어려운, 위험하고 제한된 환경에서 어떤 물체에 대한 작업을 수행함에 있어 바람직하게 적용된다.

본 발명의 기술분야, 예를 들어, 방사성 물체를 해체하는 분야에서, 해체 작업은 제한된 환경에서 오퍼레이터에 의해 수동으로 수행될 수 있다.

해체 작업은 물체를 측정, 절단 및 파지하는 동작들로 구성된다. 특히, 절단 작업의 목적은, 예를 들어, 물체들이 수납되는 폐기물 용기의 채움을 최적화하기 위해 더 작은 구성요소들로 만드는 것이다. 따라서 이러한 더 작은 부품들은 상기 시스템에 의해 포획되어 컨테이너에 투입된다.

이러한 다양한 작업들은, 예를 들어, 앵글 그라인더 또는 오퍼레이터가 관련 작업을 수행할 수 있게 하는 모든 유형의 도구, 및 제한적인 보호 장비(예컨대, 통풍 슈트, 절단 방지 장갑 등)를 갖춘 오퍼레이터에 의해 수행되는 바, 특히 그 오퍼레이터가 작업하고 있는 작업장의 방사능 환경과 수행할 작업의 특성을 고려하여 수행된다.

따라서 이러한 작업들의 수행은 오퍼레이터의 안전 측면이나 난이도 및 기간적 측면에서 최적의 조건은 아니다.

다른 경우, 그 작업들은 오퍼레이터가 접촉하여 수행될 수 없으며, 이 작업을 수행하려면 도구(측정, 절단, 파지를 위한)를 다관절 시스템으로 운반해야 한다. 오퍼레이터는 카메라와 화면을 사용하여 간접적인 시야로써 제어 경적을 통해 그 시스템을 원격으로 구동한다. 이러한 시스템의 단점은, 한편으로는 높은 비용이며, 다른 한편으로는 속도, 노력 및 위치설정의 측면에서의 제어의 부정확성으로서, 이는 긴 작업 완료 시간과 공구 소모품들(블레이드, 디스크 등)의 조기 마모를 초래한다.

본 발명은 작업 환경에서 물체에 대한 작업을 수행하기 위한 방법 및 설비를 제공함으로써 선행 기술의 결점을 개선하여 안전, 정밀도 및 속도의 최적 조건을 보장하는 것을 가능하게 함을 목적으로 한다.

이러한 목적을 위하여, 작업 환경에서 이동 가능한 다관절 시스템에 의해 운반되는 도구를 사용하여 물체에 자동으로 작업을 수행하는 방법이 개발되었다.

본 발명에 따르면, 상기 방법은:

- 아래의 동작들, 즉

o 종합적 포인트 클라우드(point cloud: 점군)의 형태로, 적어도 하나의 3D 센서를 사용하여 작업 환경의 전체 또는 일부와 물체의 이미지를 캡처하는 동작,

o 상기 이미지를 다관절 시스템의 기존 CAD 모델 및 구축된 환경의 전체 또는 일부의 가능한 기존 CAD 모델과 병합하여, 작업 이미지를 생성하는 동작, 및

o 충돌 방지 파라미터들을 정의하는 동작을 포함하는, 과정 A;

- 바람직하게는, 오퍼레이터가 물체를 표현하는 작업 이미지 부분에 도구의 궤적을 정의하고, 그리고 상기 작업이 실현 가능성을 보장하도록 작업 이미지에서 상기 다관절 시스템과 상기 도구의 해당 움직임의 시뮬레이션을 실행하는, 과정 B; 및

- 상기 작업이 단계 B에 따라 실현 가능한 경우, 상기 물체에 대한 작업을 수행하도록 정의된 궤적을 따라 상기 도구를 운반하는 다관절 시스템의 실제 이동을 실행하는 과정 C를 적어도 포함한다.

본 발명의 목적을 위하여, 3D 센서는 3차원 이미지의 형태로 물체 또는 물체의 일부를 디지털화하는 임의의 수단을 의미하며, 특히 3D 카메라, 레이저 스캐너, 비디오 수단, 웹캠 등을 포함한다.

상기 충돌 방지 파라미터들은 어떤 동작의 전체적인 정지, 또는 예를 들면, 충돌 방지 파라미터인 임계 속도까지의 상기 다관절 시스템 및 도구의 이동 속도 감소와 같은, 안전 조치가 자동으로 수행되는 임계 거리이다.

이러한 방식으로, 본 발명은 초기에 불확실하거나 알려지지 않았거나 액세스할 수 없는 환경에서 자동 모드 및 원격으로 작업을 수행하는 것을 가능하게 하면서 동시에 그들의 정확한 실행을 보장한다.

본 발명은, 다관절 시스템의 임의의 이동 전에, 작업 환경이 종합적 포인트 클라우드의 형태로 디지털화된다는 점에서 유리하다. 이러한 방식으로, 다관절 시스템의 움직임에 대한 다양한 장애물들, 즉 작업 환경에 존재하는 요소들 및 작업들이 수행될 대상물의 위치가 알려져 있다. 따라서, 충돌-방지 파라미터 덕분에, 다관절 시스템 또는 그의 도구와 환경 요소들 간의 임의의 충돌을 회피할 수 있다.

이것은 작업 환경이 발생하는 방법을 제어하는 오퍼레이터에게 직접적으로 보이지 않을 경우, 특히 유리하다. 오퍼레이터는 작업 환경과 디스플레이 상의 물체를 포인트 클라우드로 시각화하고, 원하는 작업(예들 들어, 절단 작업)을 수행하기 위해 도구 이동 궤적을 정의한다.

본 발명은 또한, 상기 방법은 그 움직임이 충돌이 없이 수행될 수 있음을 보장하도록 상기 다관절 시스템 및 그 도구의 대응하는 움직임의 시뮬레이션(특히, CAD에서)을 실행하는 것을 가능하게 한다는 점에서 유리하다.

게다가, 움직임의 시뮬레이션이 그의 실현 가능성을 확인할 경우, 상기 도구를 수반하는 다관절 시스템의 실제 움직임을 실행하여 물체에 대한 작업을 수행할 수 있다.

따라서, 상기 방법은 다음과 같은 적어도 세 과정들로 수행된다:

- 종합적 포인트 클라우드 형태로 디지털화하여 환경 및 물체를 포착하는 과정 A,

- 궤적을 정의하고 시뮬레이션하는 과정 B, 및

- 실행의 과정 C.

바람직하게는, 상기 방법은 과정 A와 과정 B 사이에, 다관절 시스템의 움직임을 제어하여, 종합적 포인트 클라우드보다 더 조밀하고 정확한 포인트 클라우드의 형태로, 다관절 시스템에 의해 운반되는 3D 센서로 물체 구역의 세부 이미지를 캡처하고, 종합적 포인트 클라우드에서 해당 부분에 대한 대체로서, 물체의 해당 영역의 캡처된 이미지를 작업 이미지에 통합하는 과정 A'를 또한 포함한다.

이러한 추가적 과정은 수행될 작업의 다양한 궤적들을 정의하기 위해 향상된 정확도로 개선된 작업 이미지를 제공한다. 또한, 이러한 추가적 과정은 다관절 시스템의 움직임으로 인해, 과정 A에 사용된 센서에 보이지 않는 영역들의 이미지를 캡처하고, 이로써 작업 이미지를 완성하는 것도 또한 가능하게 한다.

다관절 시스템에 의해 운반되는 3D 센서는 그에 영구적으로 부착되거나 근처에 저장될 수 있다. 후자의 구성에 있어서, 상기 방법은, 과정 A 및 과정 A' 사이에, 다관절 시스템을 자동으로 이동시켜 근처에 저장된 3D 센서를 파지하고 연결하는 과정 A"를 포함한다.

특정한 일 실시예에 따르면, 상기 방법은, 과정 B와 과정 C 사이에, 선택적으로 3D 센서를 분리하여 놓아두고 근처에 저장된 도구에 연결하기 위해 다관절 시스템을 자동으로 이동시키는 과정 C'를 포함한다.

이러한 특징에 의해 관절 시스템에 연결하기 위해 근처에 다수의 도구들이 저장될 수 있다.

다수의 상이한 도구들 이용 가능하다고 가정하면, 상기 방법은 또한, 과정 B 이전에, 과정 B의 시뮬레이션을 위해, 도구 데이터베이스로부터, 작업을 수행해야 하는 도구를 선택하는 과정 B'를 포함한다.

유리하게는, 그리고 도구의 손상을 피하기 위해, 상기 방법은 또한, 과정 C 동안 물체와 직접 접촉하는 도구를 탑재하는 다관절 시스템의 이동 속도가, 필요에 따라, 도구가 받는 힘에 대한 직접 또는 간접적 측정을 기반으로 실시간으로 조절될 수 있다는 점에서 주목할 만하다.

과정 A' 중에 3D 센서를 탑재한 다관절 시스템의 움직임을 확보하기 위해, 3D 센서 또는 다관절 시스템의 일부가 작업 환경의 물체 또는 요소에 접근할 때 다관절 시스템의 이동 속도가 자동으로 감소되고, 과정 A에서 정의된 충돌-방지 파라미터에 따라, 3D 센서 또는 다관절 시스템의 일부가 작업 환경의 요소 또는 물체로부터 안전한 거리에 있을 경우, 그 움직임이 자동으로 중지된다.

과정 B에 따라 물체를 표현하는 작업 이미지 부분에 대한 도구의 궤적의 정의는 작업 이미지 상에 적어도 하나의 시작점-종료점 쌍, 또는 예를 들어 적어도 하나의 선, 평면, 마스크 등으로 구성된 라이브러리로부터 선택된 적어도 하나의 미리 정의된 기하학적 형상의 위치를 설정(포지셔닝)하는 동작으로 이루어진다.

본 발명은 전술한 방법을 구현하기 위한 설비에 관한 것으로서, 컴퓨터 프로세싱 시스템 및 디스플레이에 접속되는, 다관절 시스템 및 적어도 하나의 3D 센서를 포함하되, 상기 컴퓨터 프로세싱 시스템은:

- 적어도 하나의 3D 센서에 의해 캡처된 이미지에서 작업 환경의 전체 또는 일부와 물체의 종합적 포인트 클라우드를 디스플레이 상에 표현하고;

- 종합적 포인트 클라우드, 다관절 시스템의 기존의 CAD 모델 및 구축된 환경의 전체 또는 일부에 대한 가능한 기존의 CAD 모델의 병합으로부터 생성되는 작업 이미지를 표현하도록 구성되고,

상기 컴퓨터 프로세싱 시스템은 또한 도구의 궤적이 물체를 표현하는 작업 이미지의 일부에 걸쳐 정의될 수 있도록 하고, 작업 이미지에서 다관절 시스템과 도구의 해당하는 움직임의 시뮬레이션을 실행하여 그 작업이 실현 가능함을 보장하고, 그리고 상기 작업이 실현 가능하다면, 상기 정의된 궤적에 따라 도구를 탑재한 다관절 시스템의 실제 이동을 실행하여 물체에 대해 작업을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 설비는 도구에 의해 가해지는 힘의 직접 또는 간접적 측정에 기초하여, 물체와 직접 접촉하는 도구를 탑재하는 상기 다관절 시스템의 이동 속도를 과정 C 동안 및 실시간으로 조절하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은, 첨부된 도면을 참조하여, 비-한정적인 방식으로 기술된 것에 의해 하기의 설명으로부터 더 명확해질 것이다.
도 1 은 작업 환경에서 그리고 물체에 대한 작업을 수행하기 위한 도구를 탑재하는 다관절 시스템을 예시하는, 본 발명에 따른 설비의 개략적인 투시도이다.
도 2는 도 1 과 유사한 3D 카메라를 탑재한 다관절 시스템의 개략도이다.
도 3은 한편으로는 3D 카메라에 의해, 다른 한편으로는 다관절 시스템의 CAD 모델에 의해 캡처된 이미지로부터 획득된, 작업 환경의 일부와 물체의 종합적 포인트 클라우드를 작업 이미지로 병합하는 디스플레이의 표현을 투시도로 예시하는 도면이다.
도 4는 종합적 포인트 클라우드의 해당 부분을 대체하기 위한 것으로서, 작업 이미지에 통합된, 다관절 시스템이 물체 세부의 이미지를 캡처하기 위해 3D 카메라를 탑재한 것의, 도 3의 그것과 유사한 도면이다.
도 5는 공구 궤적이 물체를 표현하는 작업 이미지의 일부에 대해 정의된 것의, 도 4와 유사한 도면이다.
도 6은 작업 이미지에서 다관절 시스템과 공구의 움직임을 시뮬레이션한 것을 예시하는, 도 5 와 유사한 개략도이다.
도 7은 물체를 나타내는 작업 이미지의 일부와 교차하는 평면의 위치 설정(포지셔닝)을 상세하게 도시한 도면이다.
도 8은 다관절 시스템의 이동 궤적을 자동으로 계산하기 위해, 상기 위치 설정된 평면과 물체를 나타내는 작업 이미지의 부분 사이의 교차로 인한 궤적이 자동으로 계산되는 것인, 도 7 의 것과 유사한 표현도이다.
도 9는 다관절 시스템의 움직임의 시뮬레이션 과정을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 방법의 단순화된 흐름도를 나타낸다.

본 발명은 작업 환경(3)에 위치한 물체(2)에 대한 작업을 자동으로 수행하기 위한 방법 및 설비(1)에 관한 것이다.

본 발명은, 특히 하나의 작업에만 한정되지 않으며, 측정, 절단(cutting), 파지(gripping), 용접, 쓰기(writing), 마킹(marking), 스트리핑(stripping), 페인팅, 표면 처리, 센서 또는 임의의 유형의 분석 도구의 위치설정 등과 같은 작업에 관한 것이다. 상기 작업은 작업 환경(3)에서 움직임 가능한 다관절 시스템(5)에 의해 탑재되는 도구(4)에 의해 수행된다.

본 발명의 방법에 따라 작업이 수행되는 물체(2)는, 예를 들어, 방사성 물체 또는 해체될 기타 물체, 또는 수리, 용접 등이 이루어질 물체와 같은 임의의 성질을 가질 수 있다.

상기 물체(2)에 관한 작업 환경(3)은, 예를 들어, 높은 곳에서의 작업이 이루어지는 방사능 환경과 같은, 오퍼레이터가 접근할 수 없거나 오퍼레이터가 이동하기 어려운, 예컨대, 위험하고 제한된 작업 환경의 어떤 성격을 가질 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 설비(1)는 특히 모든 방향으로 그리고 작업 환경(3)에서 이동 가능한 로봇 팔 형태의 다관절 시스템(5)을 포함한다. 상기 설비(1)는 적어도 하나의 3D 센서, 예를 들어, 물체(2) 및 작업 환경(3)의 전체 또는 일부의 이미지를 캡처하여, 그것을 디지털화하고, 공지의 컴퓨터 프로세싱 시스템과 디스플레이를 통해, 상기한 물체(2)와 작업 환경(3)의 전체 또는 일부에 대한 종합적 포인트 클라우드(7)의 3차원 표현을 나타내기 위한, 3D 카메라들(6A, 6B, 6C)을 포함한다.

예시된 예에서, 상기 설비(1)는 상기 다관절 시스템(5) 주위 및 그 위의 아치(8)에 고정적으로 위치된 3개의 3D 카메라들(6A, 6B, 6C)을 포함한다.

도 3을 참조하여 물체(2)에 대한 작업을 안전하게 수행하기 위해, 상기 설비(1)는, 종합적 포인트 클라우드(7)의 형태로, 아치(8)에 부착된 3D 카메라(들)(6A, 6B, 6C)를 갖춘 작업 환경(3)의 전체 또는 일부 및 물체(2)의 이미지를 캡처하고, 이 종합적 포인트 클라우드(7)를 다관절 시스템(5)의 기존 CAD 모델 및 아치(8)와 같은 구축된 환경의 기존 CAD 모델과 병합하고, 및 결과적인 작업 이미지(17)를 디스플레이(도 3의 조립체) 상에 디스플레이하는 적어도 하나의 과정 A를 포함하는 방법을 구현한다.

이것은 상기 다관절 시스템(5)의 움직임을 확보하기 위해 작업 환경(3) 내에서 가능한 장애물을 식별하는 것을 가능하게 한다. 아치(8), 3D 카메라들(6A, 6B, 6C), 다관절 시스템(5) 그 자체 및 그것의 도구(4)와 같은, 작업 환경의 표준 구성요소들의 전부 또는 일부가 CAD로 모델링되어 이미 알려져 있을 수 있다는 것을 유념하여야 할 것이다.

이러한 방식으로, 작업 환경(3)의 다른 요소들과 관련하여 상기 다관절 시스템(5) 및 그의 도구(4)의 움직임을 알 수 있고, 또한 이전에 정의된 충돌-방지 파라미터들 덕분에 자동으로 충돌을 피할 수 있다.

물체(2)에 대한 원하는 작업을 수행하기 위해, 설비(1)는 바람직하게는, 서로 다른 유형의 다수의 도구들(4), 및 근방에, 예를 들어, 전용의 통에 보관된 3D 카메라(16)와 같은 3D 센서를 포함한다.

이러한 3D 카메라(16)는 3D 카메라들(6A, 6B, 6C)과 동일한 유형이거나 다를 수 있으며, 후자의 경우, 바람직하게는, 3D 카메라들(6A, 6B, 6C)보다 정확할 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은, 바람직하게는, 과정 A 후에, 자동으로, 따라서 안전하게, 상기 다관절 시스템(5)을 이동시켜 근처에 저장된 3D 카메라(16)를 파지하고 연결하는 과정 A"를 포함한다.

상기 다관절 시스템(5)이 이 3D 카메라(16)를 파지한 후, 상기 방법은, 종합적 포인트 클라우드(7)보다 더 밀도가 높고 더 정확한 포인트 클라우드 형태로, 상기 3D 카메라들(6A, 6B, 6C)보다 정확한, 상기 3D 카메라(16)로써 물체의 다른 구역의 세부 이미지를 캡처하도록 상기 다관절 시스템(5)의 움직임을 제어하고, 그리고 종합적 포인트 클라우드(7)에서 해당 부분에 대한 대체로서, 물체(2)의 해당 영역들의 캡처된 이미지(9)를 작업 이미지(17)로 통합하는(도 4 참조) 과정 A'(도 2 참조)를 포함한다.

상이한 이미지를 캡처하기 위한 다관절 시스템(5)의 움직임은 자동으로, 또는 작업 환경(3)에서 멀리 떨어진 오퍼레이터에 의해, 예를 들어, 제어 레버를 사용하여 제어되고, 또는 예를 들어, 종합적 포인트 클라우드(7) 상에서 특정 구역을 직접 선택함으로써, 접근할 수 없는 영역의 이미지 캡처를 허용하는데, 상기 선택은 다관절 시스템이 자동으로 이동하도록 한다. 이러한 구성에서, 오퍼레이터는 실제로 물체의 모델링 정확도를 향상시키고자 하는 영역을 선택한다. 그런 다음, 소프트웨어는 최상의 시점으로 이미지를 캡처하는 데 필요한 다관절 시스템(5)의 위치를 계산한다. 상기하자면, 다관절 시스템(5)의 움직임은 다관절 시스템(5), 3D 카메라(16), 물체(2) 및 작업 환경(3) 구성요소들 사이에서 충돌 없이 수행되는데, 그 이유는 CAD에서의 작업 이미지(17), 또는 종합적 포인트 클라우드(7), 또는 세부 이미지(9)를 통해 모든 것이 모델링되기 때문이다.

또한, 상기 설비(1)의 작동 안전성을 향상시키기 위해, 과정 A' 동안, 다관절 시스템(5)의 이동 속도는 도구(4) 또는 다관절 시스템(5)의 일부가(그것의 CAD 모델링 결과는 알려져 있음) 물체(2) 또는 작업 환경 요소(3)에 접근할 경우 감소하고, 또한 도구(4) 또는 다관절 시스템(5)의 일부가 장애물로부터 안전한 거리에 있을 경우 그 이동은 정지된다.

위에서 다관절 시스템(5), 특히 운반된 3D 카메라(16)의 움직임을 제어하는 오퍼레이터는 작업을 수행하려는 영역의 세부 사항의 이미지(9)를 캡처한다. 물체(2)의 세부 사항에 대한 이러한 이미지(9)는 작업 이미지(17)에 자동으로 통합됨으로써, 상기 물체(2)를 부분적으로 더 정확하게 재구성하고 그 작업이 수행될 장소의 기하학적 세부 사항을 알 수 있다.

상이한 유형의 여러 도구들(4)이 이용 가능한 경우 이루어진 추정에서, 상기 방법은 시뮬레이션을 위해 도구 데이터베이스로부터 해당 작업을 수행해야 하는 도구(4)를 선택하는 과정 B'를 포함한다.

그런 다음, 도 5를 참조하면, 상기 방법은 물체(2)를 나타내는 작업 이미지(17)의 부분에 도구(4)의 궤적(10)을 정의하고, 해당 작업이 특히, 배향, 접근성 및 충돌 부재의 견지에서 실행 가능함을 보장하도록 (도 6 참조) 작업 이미지(17)에서 다관절 시스템(5)과 도구(4)의 상응하는 움직임의 시뮬레이션을 실행하는, 과정 B를 포함한다.

물체(2)의 세부 이미지(9)를 캡처하고 그것을 작업 이미지(17)에 통합함으로써, 오퍼레이터는 상기 도구(4)의 궤적들(10)을 정의하고 위치를 설정하기 위한 향상된 정확도 지원이 제공된다.

상기 궤적들(10)을 정의하기 위해, 오퍼레이터는 디스플레이 상에 보여지는 작업 이미지 상에, 시작점-종료점 쌍 또는 선들, 평면들 또는 마스크들로 구성된 라이브러리에서 선택된 기하학적 도형을 배치할 수 있고, 또한 상기 컴퓨터 프로세싱 시스템은 물체(2)에 대한 궤적들(10)을 자동으로 계산하도록 설계된다. 필요하다면, 상기 프로세싱 시스템은 상기 궤적(10)의 수동 조절을 허용하거나, 또는 오퍼레이터가 물체(2)의 표현에 궤적들(10)을 직접 그릴 수 있도록 한다.

예를 들어, 도 5를 참조하면, 일 평면(11)이 절단될 대상(2)의 표면 표현에 위치되었고, 컴퓨터 프로세싱 시스템은 상기 평면(11) 및 상기 표면 사이의 교차에 의해 궤적(10)을 정의하였다. 이 기술은 평면(11)의 위치가 보이는 도 7에, 그리고 상기 평면 (11)과 상기 물체(2)의 표현 사이의 교차로부터 계산 및 구성된 궤적들(10)이 보이는 도 8에 또한 예시된다.

상기 궤적들(10)이 계산된 후, 컴퓨터 프로세싱 시스템은 작업이 실행 가능함을 보장하기 위해 작업 이미지(17)에서 다관절 시스템(5)과 도구(4)의 해당 움직임을 시뮬레이션하며, 이것은 물론 테스트된 궤적(10), 도구(4) 및 다관절 시스템(5)의 접근성 및 이동 가능성에 종속된다. 움직임 테스트 과정들은, 예를 들어, 도 6과 도 9에 예시되어 있다. 상기 시뮬레이션 결과가, 움직임이 가능하다는 것, 즉 배향 및 접근성의 견지에서 움직임이 가능하고, 그것이 설비(1)과 작업 환경(3)의 서로 다른 요소들 간에 어떠한 충돌도 일으키지 않는 것을 나타낸다면, 실제적인 이동이 가능하다. 과정 B는 실행 가능한 이동을 달성하기 위해 필요한 횟수만큼 수행된다.

상기 방법은, 예를 들어, 전용 통에 3D 카메라(16)를 분리 및 배치하고, 이전에 선택된, 또한 근방에 저장되어 있는, 도구(4)에 연결하도록 상기 다관절 시스템(5)을 자동으로 이동하는 과정 C'를 포함한다.

상기 도구(4)를 연결한 후, 상기 방법은, 상기 시뮬레이션이 해당 작업이 실현 가능하다는 것을 나타낸 경우, 물체(2)에 대해 해당하는 작업을 수행하도록 정의되고 검증된 궤적(10)을 따라 도구(4)를 운반하는 다관절 시스템(5)의 실제 이동을 실행하는 과정 C를 포함한다.

바람직하게는, 과정 C 동안 및 도구(4)의 손상을 방지하기 위해, 상기 설비는 과정 C 동안 및 실시간으로, 상기 도구가 받는 힘의 직접 또는 간접 측정을 기반으로 물체(2)와 직접 접촉하는 도구(4)를 운반하는 다관절 시스템(5)의 이동 속도를 조절하기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어, 이러한 측정은 도구(4) 또는 다관절 시스템(5)을 움직이기 위한 모터에 의해 소비되는 전류를 측정하여 얻거나 다관절 시스템(5)과 도구(4) 사이에 위치한 힘 센서(force sensor)에 의해 획득된다.

이해를 단순화하기 위해, 상기 방법의 일련의 과정들이 도 10에 설명된 단순화된 흐름도에 예시되어 있다.

바람직하게는, 예를 들면, 여러 절단 작업들과 같이, 물체(2)에 대해 여러 개의 연속적인 작업을 수행해야 할 때, 다음의 절단 궤적(10)은 마스크된 시간에 이전 절단 작업 동안 정의되며, 또는 여러 궤적들(10)이 오퍼레이터에 의해 수정될 수 있는 순서대로 차례로 수행되도록 시뮬레이션 및 기록된다.

본 발명은 또한, 예를 들어, 물체(2)의 절단과 관련하여, 물체를 추가하거나 공간을 확보함으로써 새로운 요소들 또는 잠재적인 장애물로 인해, 변화하는 환경에서 특히 유리한데, 본 발명의 방법의 과정들 A 내지 C는 충돌 위험 없이 용이한 방식으로 물체(2)에 대한 작업을 계속하기 위해 가능한 최신 이미지 및 시뮬레이션을 얻기 위해 반복된다.

디스플레이는 CAD 모드에서 설비(1), 물체(2) 및 환경의 다양한 요소를 예시한다. 바람직하게는, 다관절 시스템(5)은 상호작용형 색상으로 표현된다. 달리 설명하면, 다관절 시스템(5)은, 예를 들어, 녹색으로 표현되며, 그 부품 중 하나가 장애물에 접근함에 따라 다관절 시스템(5) 및/또는 도구(4)는 충돌 관리 파라미터에 의해 정의된 충돌 위험 구역에 들어가고, 다관절 시스템(5) 및/또는 도구(4)가 상기 충돌 관리 파라미터에 정의된 임계 거리에 도달했기 때문에 움직임이 중지되면, 빨간색으로 바뀐다.

이상으로부터, 본 발명은 물체의 위치와 기하학적 형상 및 작업 환경이 변화하거나 및/또는 작업을 수행함에 불충분하게 정의되는 작업 환경(3)에 존재하는 물체(2)에 대한 작업을 자동 및 안전한 방식으로 수행하기 위한 방법 및 설비(1)를 제공함이 명백하다.

상기 방법은 물체(2)의 모든 유형의 기하학적 형상 또는 특성에 적용할 수 있다. 종합적 포인트 클라우드 형태의 디지털화를 통해 환경 및 물체(2)를 보호하는 제1 과정은 3D 카메라로 수행되며, 이를 통해 물체(2) 및 환경 요소의 모든 유형의 위치 및 기하학적 형상에 적응할 수 있다. 프로세싱 시간은 1초에 500,000개의 측정 포인트로써 짧다. 환경에서 얻은 세부 정보가 중요하며, 상기 정보는 지속성이다. 이를 통해 실시간으로 사실적인 렌더링 및 모델링이 가능하며, 오퍼레이터는 포인트 클라우드(7)의 재구성이 정확한지 여부를 시각적으로 쉽게 확인할 수 있다.

Claims

작업 환경(3)에서 이동 가능한 다관절 시스템(5)에 의해 운반되는 도구(4)를 사용하여 물체(2)에 대한 작업을 자동으로 수행하는 방법에 있어서,
- 종합적 포인트 클라우드(point cloud)(7)의 형태로, 적어도 하나의 3D 센서(6A, 6B, 6C)를 사용하여 작업 환경(3)의 전체 또는 일부와 물체(2)의 이미지를 캡처하고, 상기 이미지(7)를 다관절 시스템(5)의 기존의 CAD 모델 및 구축된 환경(3)의 전체 또는 일부의 가능한 기존의 CAD 모델과 병합하고, 이것은 작업 이미지(17)를 생성하고, 충돌 방지 파라미터들을 정의하는 과정 A;
- 물체(2)를 표현하는 상기 작업 이미지 부분에 도구(4)의 궤적을 정의하고, 상기 작업이 실현 가능함을 보장하기 위해 상기 작업 이미지(17)에서 상기 다관절 시스템(5) 및 상기 도구의 해당 움직임의 시뮬레이션을 실행하는 과정 B; 및
- 상기 작업이 과정 B에 따라 실현 가능한 경우, 상기 물체(2)에 대한 작업을 수행하도록 정의된 궤적(10)을 따라 상기 도구(4)를 운반하는 상기 다관절 시스템(5)의 실제 이동을 실행하는 과정 C를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
과정 A와 과정 B 사이에, 다관절 시스템(5)의 움직임을 제어하여 상기 다관절 시스템(5)에 의해 운반되는 3D 센서(16)로써 종합적 포인트 클라우드보다 밀도가 높고 정확한 포인트 클라우드 형태로, 상기 물체의 구역들의 세부 사항에 대한 이미지(9)를 캡처하고, 종합적 포인트 클라우드(7)에서 해당 부분에 대한 대체로서, 상기 물체(2)의 해당 영역의 상기 캡처된 이미지(9)를 상기 작업 이미지(17)로 통합하는 과정 A'를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
과정 A와 과정 A' 사이에, 상기 다관절 시스템(5)을 자동으로 이동시켜 근처에 저장된 3D 센서(16)를 파지하고 연결하는 과정 A"를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
과정 B와 과정 C 사이에, 상기 다관절 시스템(5)을 자동으로 이동시켜, 선택적으로, 근처에 보관된 도구(4)에 연결된, 3D 센서(16)를 분리하고 배치하는 과정 C'를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
과정 B 이전에, 상기 과정 B의 시뮬레이션에서 및 시뮬레이션을 위하여, 도구 데이터베이스로부터 상기 작업을 수행해야 하는 도구(4)를 선택하는 과정 B'를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
과정 C에서, 상기 물체(2)와 직접 접촉하는 도구(4)를 운반하는 상기 다관절 시스템(5)의 이동 속도는 상기 도구(4)가 받는 힘의 직접 또는 간접 측정에 기초하여 실시간으로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
과정 A' 동안, 상기 다관절 시스템(5)의 이동 속도는 상기 3D 센서(16) 또는 상기 다관절 시스템(5)의 일부가 상기 물체(2) 또는 작업 환경(3)의 요소에 접근할 때, 자동으로 감소되고, 상기 3D 센서(16) 또는 상기 다관절 시스템(5)의 일부가 과정 A에서 정의된 충돌 방지 파라미터에 따라 상기 물체(2) 또는 작업 환경(3)의 요소로부터 안전한 거리에 있을 때, 그 움직임이 자동으로 중지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
과정 B에 따라 물체(2)를 표현하는 작업 이미지의 부분 상의 상기 도구(4)의 궤적은 적어도 하나의 시작점-종료점 쌍 또는 적어도 하나의 미리 정의된 기하학적 형상, 특히 평면(11), 적어도 하나의 선, 또는 마스크의 상기 작업 이미지(17) 상의 위치 설정에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항의 방법을 구현하기 위한 설비(1)에 있어서,
다관절 시스템(5), 및 컴퓨터 프로세싱 시스템 및 디스플레이에 연결된, 적어도 하나의 3D 센서(6, 16)를 포함하고, 상기 컴퓨터 프로세싱 시스템은:
- 적어도 하나의 3D 센서(6, 16)에 의해 캡처된 이미지에서 물체(2) 및 작업 환경(3)의 전체 또는 일부의 종합적 포인트 클라우드(7)를 디스플레이 상에 표현하고,
- 상기 다관절 시스템(5)의 기존의 CAD 모델 및 작업 환경(3) 전체 또는 일부의 가능한 기존의 CAD 모델의 병합으로 인한 작업 이미지(17)를 표현하고,
- 상기 도구(4)의 궤적(10)이 상기 물체(2)를 표현하는 작업 이미지(17)의 부분에 정의되도록 허용하고,
- 해당 작업이 실행 가능함을 보장하기 위해 상기 다관절 시스템(5) 및 상기 도구(4)의 해당 움직임에 대한 시뮬레이션을 실행하고, 및
- 상기 작업이 실행 가능한 경우, 상기 물체(2)에 대해 작업을 수행하기 위해 정의된 궤적(10)을 따라 상기 도구(4)를 운반하는 상기 다관절 시스템(5) 의 실제 이동을 실행하도록, 구성되는 것을 특징으로 하는 설비(1).
제9항에 있어서,
과정 C 동안 실시간으로, 상기 도구(4)가 받는 힘의 직접 또는 간접적인 측정을 기반으로 상기 물체(2)와 직접적으로 접촉하는 상기 도구(4)를 운반하는 상기 다관절 시스템(5)의 이동 속도를 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비(1).