KR20230032498A - 시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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KR20230032498A
KR20230032498A KR1020210115411A KR20210115411A KR20230032498A KR 20230032498 A KR20230032498 A KR 20230032498A KR 1020210115411 A KR1020210115411 A KR 1020210115411A KR 20210115411 A KR20210115411 A KR 20210115411A KR 20230032498 A KR20230032498 A KR 20230032498A
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Abstract

시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법이 개시된다. 이에 의한 시공용 다중 로봇 시스템은, 시공 작업을 위한 작업대 상부에 배치되는 레일; 과, 상기 레일을 따라 이동하는 복수개의 로봇; 과, 상기 복수개의 로봇이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력과, 상기 복수개의 로봇 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정하는 힘 센서; 및, 상기 시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 상기 복수개의 로봇을 이동시키고, 상기 제1외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 초기 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 독립적 제어를 수행하고, 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 작업 대상물을 파지하면 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 최종 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 동기화된 제어를 수행하는 제어부; 를 포함할 수 있다.

Description

시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법{MULTI ROBOT SYSTEM FOR CONSTRUCTION AND CONTROLLING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 동기화된 상태로 병렬적으로 시공 작업을 수행하는 복수개의 로봇이 외부로부터 가해지는 힘에 순응하도록 제어되는 시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 교각이나 건물 등의 건설 작업은 작업자가 교각 위에 올라가서 작업하고 있으며 이에 따라 낙상사고의 위험이 존재한다. 이러한 인명사고의 위험을 방지하기 위하여, 최근에는 건설이나 시공 현장에 로봇이 투입되어 작업을 수행한다.
시공용 다중 로봇 시스템은 교각이나 도로 또는 건물 등에 설치되어 시공 작업을 수행한다. 이 경우, 작업 속도를 높이기 위하여 복수 개의 작업 위치에 각각 로봇을 배치하고, 시공 작업을 병렬적으로 수행하고 있다. 그러나, 로봇 시스템은 허용 하중을 초과하는 힘을 받으면 손상되기 때문에, 이러한 손상을 방지할 수 있는 제어 방법이 필요하다.
한국공개특허공보 제10-2019-0029504호(2019.03.20.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수개의 로봇으로 구성된 다중 로봇 시스템에 있어서, 건축 구조물의 부하 및 충격에 대해 순응하고, 복수개의 로봇 간에 가해지는 압력에 대해 순응할 수 있는 시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 건축 구조물의 시공 작업 시, 다중 로봇 시스템의 힘 피드백을 통한 힘 순응 독립 구동 제어를 수행할 수 있는 시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 힘 순응 독립 구동 제어를 통해 각 로봇 시스템의 그리퍼로 건축 구조물을 각각 파지하고, 다중 로봇 시스템과 건축 구조물을 하나의 병렬 메커니즘화하여 힘 순응 동기 제어를 수행할 수 있는 시공용 다중 로봇 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 시공용 다중 로봇 시스템은, 시공 작업을 위한 작업대 상부에 배치되는 레일; 과, 상기 레일을 따라 이동하는 복수개의 로봇; 과, 상기 복수개의 로봇이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력과, 상기 복수개의 로봇 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정하는 힘 센서; 및, 상기 시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 상기 복수개의 로봇을 이동시키고, 상기 제1외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 초기 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 독립적 제어를 수행하고, 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 작업 대상물을 파지하면 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 최종 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 동기화된 제어를 수행하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 시공용 다중 로봇 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수개의 로봇을 상기 최종 위치로 이동시키기 위한 로봇동역학 모델을 설정하고, 상기 로봇동역학 모델에 의해 추정된 이론적 위치와 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 로봇동역학 모델에 의해 이동한 실제 위치를 각각 획득하며, 상기 이론적 위치와 상기 실제 위치 간의 오차를 획득하여 상기 오차를 보상할 수 있다.
상기 시공용 다중 로봇 시스템에 있어서, 상기 복수개의 로봇 각각은, 로봇 본체; 와, 상기 로봇 본체의 상단에 설치되고, 다 자유도 운동이 가능한 로봇암; 과, 상기 로봇암의 말단에 부착되어 상기 작업 대상물을 파지하는 그리퍼; 및, 상기 로봇암의 말단에 부착되어 상기 시공 작업을 수행하는 효과 수단; 을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 시공용 다중 로봇 시스템에 있어서, 상기 로봇암은, 복수개의 관절로 구성되고, 상기 제어부는, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 관절 간의 각도를 설정할 수 있다.
상기 시공용 다중 로봇 시스템에 있어서, 상기 복수개의 로봇이 상기 시공 작업을 수행하는 중에, 상기 힘 센서가 임계값 이상의 상기 제2외력을 감지하면, 상기 제어부는, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 관절 간의 각도를 변경할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법은, 시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 복수개의 로봇을 이동시키는 단계; 와, 상기 복수개의 로봇이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력을 측정하는 단계; 와, 상기 제1외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 초기 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 독립적 제어를 수행하는 단계; 와, 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 작업 대상물을 파지함으로써 상기 복수개의 로봇 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정하는 단계; 및, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 최종 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 동기화된 제어를 수행하는 단계; 를 포함할 수 있다.
시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 복수개의 로봇을 상기 최종 위치로 이동시키기 위한 로봇동역학 모델을 설정하고, 상기 로봇동역학 모델에 의해 추정된 이론적 위치와 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 로봇동역학 모델에 의해 이동한 실제 위치를 각각 획득하며, 상기 이론적 위치와 상기 실제 위치 간의 오차를 획득하여 상기 오차를 보상할 수 있다.
상기 시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각에 포함되는 복수개의 관절 간의 각도를 설정할 수 있다.
상기 시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 복수개의 로봇이 상기 시공 작업을 수행하는 중에, 임계값 이상의 상기 제2외력을 감지하면, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 관절 간의 각도를 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 교각이나 건물 및 도로 등을 시공하는 경우에 있어서, 외부 하중이나 충격에 의한 로봇의 파손을 방지하고 로봇 조작의 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 시공용 다중 로봇 시스템의 힘 순응 제어를 통해 작업자가 안전하고 효과적으로 고소/고위험 작업을 대신하여 작업의 효율성을 높일 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, 교각 건축 시 구조물의 조립 작업을 비롯한 고소/고위험 건설작업을 원격 조작을 통해 용이하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 독립 구동 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 독립 구동 제어의 알고리즘 블록들을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 동기 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 동기 제어의 알고리즘 블록들을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템의 외관을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템(100)은 레일(110), 복수개의 로봇(10, 20, 30), 힘 센서(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
레일(110)은 시공 작업을 위한 작업대 상부에 배치될 수 있다.
여기서, 시공 작업은 교각 시공, 건물 시공, 도로 건설 등을 포함할 수 있다.
복수개의 로봇(10, 20, 30)은 레일(110)을 따라 이동할 수 있다. 이 경우, 복수개의 로봇(10, 20, 30)은 제어부(미도시)의 제어에 의해, 각각에게 할당된 작업 대상물의 위치로 레일(110)을 따라 이동할 수 있다.
복수개의 로봇(10, 20, 30)은 전체적으로 1개의 다중 로봇 시스템(100)을 구성할 수 있다. 또한, 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각은 독립적인 1세트의 로봇 시스템을 구성할 수 있다. 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각은 동일한 구성요소를 포함하고 동일하게 동작하므로, 이하에서는 도 1에 도시된 제1로봇(10)에 대해서만 설명한다. 따라서, 설명되지는 않지만, 당업자는 제2로봇(20)과 제3로봇(30)의 구성과 동작을 제1로봇(10)에 대한 설명으로부터 자명하게 알 수 있다.
제1로봇(10)은 로봇 본체(120), 로봇암(130), 그리퍼(미도시) 및 효과 수단(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
로봇 본체(120)는 제1로봇(10)의 외관을 형성할 수 있다.
로봇암(130)은 로봇 본체(120)의 상단에 설치될 수 있다. 로봇암(130)은 다 자유도 운동이 가능하도록 복수개의 관절로 구성될 수 있다. 이 경우, 로봇암(130)은 360도 방향으로 회전하거나 이동할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 로봇암(130)은 로봇 매니퓰레이터(manipulator)로 구현될 수 있다.
그리퍼(미도시)는 로봇암(130)의 말단에 부착되어, 작업 대상물을 파지할 수 있다. 작업 대상물을 파지하는 경우, 제1로봇(10)에는 작업 대상물에 의해 발생되는 외력이 가해질 수 있다.
일 실시예에 의하면, 그리퍼(미도시)는 대상물을 정확하게 파지할 수 있도록 손가락 형태로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 그리퍼(미도시)는 실시예에 따라 시공 작업에 최적화된 형태로 다양하게 구현될 수 있다.
효과 수단(140)은 로봇암(130)의 말단에 부착되어, 시공 작업을 수행할 수 있다. 여기서, 시공 작업은, 철근 배근, 콘크리트 타설 및 콘크리트 경화 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 효과 수단(140)은 이펙터로 구현될 수 있다.
힘 센서(미도시)는 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각에 가해지는 힘을 감지할 수 있다.
구체적으로, 힘 센서(미도시)는 복수개의 로봇(10, 20, 30)이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력을 측정할 수 있다. 또한, 힘 센서(미도시)는 복수개의 로봇(10, 20, 30) 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정할 수 있다.
이를 위해, 힘 센서(미도시)는 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각의 말단에 부착될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 힘 센서(미도시)는 6축 F/T 센서(Force/Torque Sensor, 힘/토크 센서)일 수 있다. F/T 센서는 로봇에 가해지는 힘의 크기를 측정할 수 있다.
제어부(미도시)는 시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 복수개의 로봇(10, 20, 30)을 이동시킬 수 있다.
제어부(미도시)는 다중 로봇 시스템(100)에 대하여 힘 순응 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 힘 순응 제어는 독립적인 1세트의 로봇 시스템(10, 20, 30)에 대한 힘 순응 독립 구동 제어와, 3세트 이상의 로봇 시스템(10, 20, 30)으로 구성된 다중 로봇 시스템(100)을 동기 제어하는 힘 순응 동기 제어를 포함할 수 있다.
이를 위해, 제어부(미도시)는 제1외력에 순응하여 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각의 초기 위치를 생성하여 복수개의 로봇(10, 20, 30)에 대한 독립적 제어를 수행할 수 있다.
또한, 제어부(미도시)는 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각이 작업 대상물을 파지하면, 제2외력에 순응하여 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각의 최종 위치를 생성하여 복수개의 로봇(10, 20, 30)에 대한 동기화된 제어를 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 외력에 대응하여 로봇암(130)의 형태를 변경시킬 수 있다. 로봇암(130)은 복수개의 관절로 구성되어 있으므로, 제어부(미도시)는 관절 간의 각도를 변경함으로써 로봇암(130)의 형태를 변경시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(미도시)는 제2외력에 순응하여 복수개의 관절 간의 각도를 설정할 수 있다. 만일, 복수개의 로봇(10, 20, 30)이 시공 작업을 수행하는 중에 힘 센서(미도시)가 임계값 이상의 제2외력을 감지하면, 제어부(미도시)는 제2외력에 순응하여 복수개의 관절 간의 각도를 변경할 수 있다.
제어부(미도시)는 다중 로봇 시스템(100)이 시공 작업을 수행하는 경우에 발생되는 오차를 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(미도시)는 복수개의 로봇(10, 20, 30)을 최종 위치로 이동시키기 위한 로봇동역학 모델을 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(미도시)는 로봇동역학 모델에 의해 추정된 이론적 위치와 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각이 상기 로봇동역학 모델에 의해 이동한 실제 위치를 각각 획득하고, 이론적 위치와 실제 위치 간의 오차를 획득하여 오차를 보상할 수 있다.
나아가, 다중 로봇 시스템(100)을 구성하는 복수개의 로봇(10, 20, 30) 각각은 서로 다른 사용자 인터페이스에 대응될 수 있다. 이 경우, 복수개의 로봇(10, 20, 30)은 각각에 대응하는 사용자 인터페이스에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.
또한, 다중 로봇 시스템(100)은 하나의 사용자 인터페이스에 대응될 수 있다. 이 경우, 다중 로봇 시스템(100)은 하나의 사용자 인터페이스에 의해 동기 제어될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 독립 구동 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
다중 로봇 시스템(100)은 비동기 제어 모드에서 힘 순응 독립 구동 제어를 수행할 수 있다. 이는 다중 로봇 시스템(100)의 각 로봇(10, 20, 30)이 시공 대상 구조물의 세 지점을 잡기 위한 제어이다. 이 경우, 로봇(10, 20, 30)을 세 지점으로 각각 이동시키고 이동된 지점에서 외부로부터 받는 힘에 순응하는 제어를 하게 되는데, 이러한 제어들은 각 로봇(10, 20, 30)에 대해 독립적으로 수행된다. 따라서, 복수개의 로봇(10, 20, 30)에 대한 비동기 제어가 된다.
도 2를 참조하여 외력에 순응하는 제어 방법을 설명한다. 힘 순응 제어의 기본 원리는, 로봇암(130)의 말단에 부착된 6축 F/T를 통해 외부의 힘 및 토크를 감지하고, 힘에 순응하는 움직임 경로를 생성하는 것이다. 힘 순응 독립 구동 제어는 1세트의 로봇 시스템(10, 20, 30)을 독립적으로 조작하기 위해 적용된다.
로봇(10, 20, 30)은 세 지점으로 각각 이동한 후, 외부로부터 힘을 받아 위치가 변경된다. 즉, 처음 이동한
Figure pat00001
에서, 힘
Figure pat00002
를 받아
Figure pat00003
로 위치가 변경된다. 여기서, K는 상수(Coefficient) 이다.
P'는 다음과 같은 식들로부터 구할 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
[식 2]
Figure pat00006
=
Figure pat00007
Figure pat00008
[식 3]
Figure pat00009
= [
Figure pat00010
, 1] T [식 4]
Figure pat00011
[식 5]
여기서, T는 변환행렬이다.
도 3은 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 독립 구동 제어의 알고리즘 블록들을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 힘 순응 독립 구동 제어의 알고리즘 블록들은 명령 신호 생성 루프(310)와 위치 제어 루프(320)로 구성될 수 있다. 이 경우, F/T 센서를 통해 외력을 인지하고, 힘에 순응하는 로봇의 끝단의 목표 위치를 생성하여, 목표 위치를 상용 매니퓰레이터 제어기의 입력 신호로 사용한다.
명령 신호 생성 루프(310)는 외력에 순응하는 위치에 대응하는 커맨드 신호를 생성한다. 구체적으로, 로봇에 대한 가중치(
Figure pat00012
)를 산출하고, 6축 F/T 센서에 의해 외부로부터 가해지는 힘을 측정한다. 이 경우, 위치 제어 루프(320)로부터 로봇의 위치(
Figure pat00013
)를 입력 받고, 외력에 순응하여 보정된 위치(
Figure pat00014
)를 생성한다. 보정된 위치(
Figure pat00015
)는 위치 제어 루프(320)로 입력된다.
위치 제어 루프(320)는 명령 신호 생성 루프(310)로부터 입력된 제어 신호에 기초하여, 로봇(10, 20, 30)의 위치를 제어한다. 구체적으로, 로봇의 위치(
Figure pat00016
)나 외력에 순응하여 보정된 위치(
Figure pat00017
)에 위치하도록, 로봇암(130)의 위치와 각도(
Figure pat00018
,
Figure pat00019
)를 변경할 수 있다.
명령 신호 생성 루프(310)와 위치 제어 루프(320)는 서로 피드백을 주고받으며, 반복하여 수행된다.
도 4는 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 동기 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
다중 로봇 시스템(100)는 동기 제어 모드에서 힘 순응 동기 제어를 수행할 수 있다. 이는 다중 로봇 시스템(100)의 각 로봇(10, 20, 30)이 시공 대상 구조물의 세 지점을 파지한 후, 각 로봇(10, 20, 30)에 가해지는 외력에 순응하는 제어이다. 구체적으로, 각 로봇(10, 20, 30)이 시공 대상 구조물의 세 지점을 각각 파지하면, 로봇(10, 20, 30)은 서로 간에 가해지는 외력을 입력 받게 된다. 즉, 이 경우, 각 로봇(10, 20, 30)은 전체적으로 하나의 다중 로봇 시스템(100)을 구성하게 되므로, 로봇(10, 20, 30) 상호 간에 가해지는 힘에 순응하는 제어를 하게 되는데, 이러한 제어들은 복수개의 로봇(10, 20, 30)에 대한 동기 제어가 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 힘 순응 동기 구동 제어는 가상의 스프링 모델을 통해 위치 오차 발생 시 오차를 보상하고 F/T 센서의 값을 피드백 받아 외부 힘에 순응하는 다중 로봇 경로를 생성할 수 있다.
좌측 도면에 도시된 바와 같이, 로봇 축을 기준으로 하는 로봇 좌표계와, 대상물 축을 기준으로 하는 대상물 좌표계를 각각 생성한다. 대상물 좌표계 상에서 외력에 의해 위치 변위가 발생하면, 이를 로봇 좌표계 상에서의 변위로 변환한다.
우측 도면에 도시된 바와 같이, 3세트의 로봇 시스템(10, 20, 30)에 가해지는 외력을 각각 측정한다. 이 경우, 각 세트의 로봇 시스템(10, 20, 30)에 가해지는 외력에 순응하도록 각각의 위치를 변경한다(
Figure pat00020
r1,
Figure pat00021
r2,
Figure pat00022
r3).
도 5는 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템이 수행하는 힘 순응 동기 제어의 알고리즘 블록들을 도시한 도면이다.
힘 순응 독립 구동 제어를 통해 각 로봇 시스템(10, 20, 30)의 그리퍼(미도시)로 건축 구조물을 파지하면, 다중 로봇 시스템(100)과 건축 구조물은 하나의 병렬 메커니즘으로 볼 수 있다. 이 경우, 동기 제어 모드를 통해 하나의 조이스틱으로 물체의 이동과 자세를 조작하게 된다.
힘 순응 동기 제어를 수행하는 경우, 각 세트의 로봇 시스템(10, 20, 30)의 좌표계와 구조물의 좌표계의 상대 위치에 대하여 구조물의 변위를 각 로봇 끝단의 변위로 변환하여 경로를 생성한다.
도 5를 참조하면, controller(510)는 동시에 전체 3세트의 로봇(10, 20, 30)을 하나로 제어한다. 이 경우, 로봇(10, 20, 30)은 작업 대상물(520)을 시공하며, 시공 작업을 위해 이동 및 회전 등을 포함하는 방향 전환(540)을 수행한다. 모바일 플랫폼(530)은 작업자나 관리자의 모바일 기기에 탑재될 수 있으며, 이 경우 로봇(10, 20, 30)의 방향 전환(540)을 원격에서 제어할 수 있다.
각 세트의 로봇(10, 20, 30)에 대응하여 알고리즘 블록들이 존재한다. 제1로봇(10)에 대응하는 알고리즘 블록들을 설명하면, 먼저 이동 위치 P에서 변경 위치 P'로 위치 전환(552)이 수행된다. 위치를 제어하기 위하여 역 동역학(562)을 설계하고, 매니퓰레이터_1(572)을 조작한다. 이 경우, 말단의 부착된 힘/토크 센서(582)로부터 외력을 감지하고, 말단에 가해지는 외력을 추정하여(592), 이를 피드백으로 반영하여 위치 전환(552)을 수행한다. 제2로봇(20) 및 제3로봇(30)에 대해서도 이와 유사한 방식으로 이러한 제어들을 수행한다.
이와 같이, 다중 로봇 시스템(100)이 동기화되어 동작하는 경우에 있어서, 힘 순응 동기 제어를 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 다중 로봇 시스템(100)은 교각이나 건물 등의 시공을 위해 적용될 수 있는데, 본 발명에서 제안하는 힘 순응 제어 방법을 사용하여, 외부 하중 및 충격에 의한 로봇의 파손을 방지하고 로봇 조작의 효율성을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법에 의하면, 시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 복수개의 로봇을 이동시키는 단계; 와, 복수개의 로봇이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력을 측정하는 단계; 와, 제1외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 초기 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 독립적 제어를 수행하는 단계; 와, 복수개의 로봇 각각이 상기 작업 대상물을 파지함으로써 상기 복수개의 로봇 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정하는 단계; 및, 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 최종 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 동기화된 제어를 수행하는 단계; 를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 6의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 시공용 다중 로봇 시스템(100) 일 수 있다.
도 6의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10, 20, 30: 복수개의 로봇
100: 시공용 다중 로봇 시스템 110: 레일
120: 로봇 본체 130: 로봇암
140: 효과 수단

Claims (9)

  1. 시공용 다중 로봇 시스템에 있어서,
    시공 작업을 위한 작업대 상부에 배치되는 레일;
    상기 레일을 따라 이동하는 복수개의 로봇;
    상기 복수개의 로봇이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력과, 상기 복수개의 로봇 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정하는 힘 센서; 및
    상기 시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 상기 복수개의 로봇을 이동시키고, 상기 제1외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 초기 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 독립적 제어를 수행하고, 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 작업 대상물을 파지하면 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 최종 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 동기화된 제어를 수행하는 제어부; 를 포함하는,
    시공용 다중 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수개의 로봇을 상기 최종 위치로 이동시키기 위한 로봇동역학 모델을 설정하고, 상기 로봇동역학 모델에 의해 추정된 이론적 위치와 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 로봇동역학 모델에 의해 이동한 실제 위치를 각각 획득하며, 상기 이론적 위치와 상기 실제 위치 간의 오차를 획득하여 상기 오차를 보상하는,
    시공용 다중 로봇 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 로봇 각각은,
    로봇 본체;
    상기 로봇 본체의 상단에 설치되고, 다 자유도 운동이 가능한 로봇암;
    상기 로봇암의 말단에 부착되어 상기 작업 대상물을 파지하는 그리퍼; 및
    상기 로봇암의 말단에 부착되어 상기 시공 작업을 수행하는 효과 수단; 을 포함하여 구성되는,
    시공용 다중 로봇 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 로봇암은, 복수개의 관절로 구성되고,
    상기 제어부는, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 관절 간의 각도를 설정하는,
    시공용 다중 로봇 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 로봇이 상기 시공 작업을 수행하는 중에, 상기 힘 센서가 임계값 이상의 상기 제2외력을 감지하면,
    상기 제어부는, 상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 관절 간의 각도를 변경하는,
    시공용 다중 로봇 시스템.
  6. 시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법에 있어서,
    시공 작업에 대응하여 각각에게 할당된 작업 대상물로 복수개의 로봇을 이동시키는 단계;
    상기 복수개의 로봇이 비동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제1외력을 측정하는 단계;
    상기 제1외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 초기 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 독립적 제어를 수행하는 단계;
    상기 복수개의 로봇 각각이 상기 작업 대상물을 파지함으로써 상기 복수개의 로봇 전체가 동기적으로 구동하는 경우 각각에 가해지는 제2외력을 측정하는 단계; 및
    상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각의 최종 위치를 생성하여 상기 복수개의 로봇에 대한 동기화된 제어를 수행하는 단계; 를 포함하는,
    시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 로봇을 상기 최종 위치로 이동시키기 위한 로봇동역학 모델을 설정하고, 상기 로봇동역학 모델에 의해 추정된 이론적 위치와 상기 복수개의 로봇 각각이 상기 로봇동역학 모델에 의해 이동한 실제 위치를 각각 획득하며, 상기 이론적 위치와 상기 실제 위치 간의 오차를 획득하여 상기 오차를 보상하는,
    시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 로봇 각각에 포함되는 복수개의 관절 간의 각도를 설정하는,
    시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수개의 로봇이 상기 시공 작업을 수행하는 중에, 임계값 이상의 상기 제2외력을 감지하면,
    상기 제2외력에 순응하여 상기 복수개의 관절 간의 각도를 변경하는,
    시공용 다중 로봇 시스템의 제어 방법.
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