KR20230112356A - 안전영역 자동감지 다관절 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자유도를 가진 다관절의 로봇암, 상기 로봇암 주변에 위치한 객체를 감지하기 위한 레이더센서, 및 상기 로봇암 주변에 가상의 안전영역을 설정하고, 상기 안전영역 내로 상기 객체가 접근할 때, 외부로 알람을 출력하거나 상기 로봇암의 동작을 정지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇을 제공한다.

Description

안전영역 자동감지 다관절 로봇 {MULTI-JOINT ROBOT FOR AUTOMATICALLY DETECTING SAFETY AREA}

본 발명은 다관절 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임의의 방향이나 임의의 지점 등으로 자유도를 갖는 다관절 로봇이 그 주변의 객체와 충격을 미연에 방지하기 위한 안전영역 자동감지 다관절 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계로서, 그 응용분야는 산업용, 의료용, 우주용, 해저용 등으로 매우 다양하다.

최근 공장자동화설비가 마련되어 제품의 고속 및 대량 생산 체제가 갖추어 짐에 따라, 다양한 동작을 수행하는 다관절 로봇이 다양한 목적으로 활용되고 있다.

이러한 다관절 로봇은 소정의 동작반경 범위 내에서 다양한 동작을 수행하나, 때로는 의도하지 않게 다관절 로봇은 주변의 물건이나 작업자 등과 충돌하는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제를 해소하기 위해, 다관절 로봇의 주변에 다관절 로봇의 동작반경의 경계를 따라 펜스를 쳐놓을 수 있지만, 이와 다른 방식으로 다관절 로봇의 안전영역을 외부에 표시하거나 알려줄 수 있는 필요기술이 요구되고 있는 실정이다.

KR 10-2021-0044662 A

본 발명은, 다관절 로봇이 그 주변의 물건이나 작업자 등과 충돌하는 것을 미연에 방지할 수 있는 안전영역 자동감지 다관절 로봇을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 자유도를 가진 다관절의 로봇암, 상기 로봇암 주변에 위치한 객체를 감지하기 위한 레이더센서, 및 상기 로봇암 주변에 가상의 안전영역을 설정하고, 상기 안전영역 내로 상기 객체가 접근할 때, 외부로 알람을 출력하거나 상기 로봇암의 동작을 정지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇을 제공한다.

일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 객체가 상기 안전영역의 경계를 기준으로 외부에서 내부로 이동하였을 때, 상기 객체의 접근을 판단할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 레이더센서는, 상기 로봇암의 말단부에 마련되어, 상기 로봇암의 움직임에 따라 상기 안전영역의 위치, 크기 및 형태 중 어느 하나 또는 이들의 조합이 가변될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제어부가, 기 설정된 시퀀스에 따라 상기 로봇암의 동작을 제어할 때, 다음 단계의 상기 로봇암의 이동방향으로 상기 안전영역의 반경방향을 길게 형성하고, 이때 그 길이의 좌우폭 너비는 상기 다음 단계의 상기 로봇암의 이동속도에 따라 형성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 라이더센서와 인접한 위치에 마련되어, 바닥에 광을 조사하여 상기 안전영역의 경계를 출력하는 출력모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다관절 로봇의 주변에 안전영역을 표시하고, 안전영역 내의 다관절 로봇에 충돌위험객체의 접근을 외부로 알림으로써, 다관절 로봇이 그 주변의 물건이나 작업자 등과 충돌하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 외관을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함한다" 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 외관을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도이다.

도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇은, 복수의 축(일 예로, 5축, 6축, 7축, 8축 등)을 중심으로 상하 및/또는 좌우 방향으로 회동하여, 임의의 방향이나 임의의 지점 등으로 이동할 수 있는 자유도를 갖는 다관절의 로봇암(10)과, 로봇암(10)의 주변에 위치한 객체를 감지하기 위한 레이더센서(미도시)와, 로봇암(10)의 주변에 가상의 안전영역을 설정하고, 상기 안전영역 내로 상기 객체가 접근할 때, 외부로 알람을 출력하거나 로봇암(10)의 동작을 정지하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.

다관절의 로봇암(10)의 말단부에는 적재물을 파지 또는 흡착할 수 있는 홀더, 피접합물을 용접할 수 있는 용접부, 피사체를 촬영할 수 있는 카메라 등을 가진 헤드부가 필요에 따라 탈장착될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇암(10)의 말단부에 장착되는 헤드부에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

레이더센서(120)는, 전방에 위치한 객체(object)를 감지하기 위한 수단으로서, 소정 파장을 가진 광을 전방에 발사하고 전방에 위치한 객체로부터 반사되어 되돌아 오는 광을 이용하여 상기 객체를 인식할 수 있다.

레이더센서(120)는 라이다(lidar) 등일 수 있으나, 본 발명은 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더센서(120)는 로봇암(10) 주변에 위치한 객체를 감지하기 위해, 로봇암(10), 그 주변에 형성되는 로봇암(10)의 동작반경, 또는 상기 동작반경보다 소정의 완충영역만큼 더 넓은 안전영역을 향하여 마련될 수 있다.

구체적으로 상기 레이더센서(120)는 다관절 로봇(1)의 수직한 주동축(主動軸) 상에 마련될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더센서(120)는 로봇암(10)의 말단부에 마련될 수 있다.

따라서, 레이더센서(120)에 의해 객체가 감지될 수 있는 전방의 영역, 구체적으로 안전영역은 로봇암(10)의 움직임에 따라 그 위치나 크기 또는 형태가 달라질 수 있다.

또한, 통상 레이더센서(120)에 의해 객체가 감지될 수 있는 안전영역의 경계는 육안으로 확인될 수 없기 때문에, 작업자가 가변되는 안전영역을 육안으로 확인할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇은 출력모듈(130)을 더 포함할 수 있다.

출력모듈(130)은, 바닥에 광을 조사하여 안전영역의 경계를 출력하기 위한 것으로서, 고휘도의 광을 출력하기 위한 LED모듈일 수 있으나, 본 발명은 바닥에 광을 조사하여 이미지나 텍스트 따위를 출력할 수 있는 것이면, 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

다만, 레이더센서(120)에 의해 객체를 감지할 수 있는 안전영역을 출력모듈이 동일하거나 근사하게 출력할 수 있도록, 상기 출력모듈(130)은 레이더센서(120)와 인접한 위치에서 동일 방향으로 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 제어부(110)는 다관절 로봇(1)의 전반적인 동작을 제어하는 수단으로서, 다관절 로봇(1)의 각 구성요소와 연동하여 각종 응용 프로그램을 실행하고, 그와 관련된 동작을 수행토록 할 수 있다. 즉 제어부(110)는 다관절 로봇(1)의 구성요소들을 통해 입출력되는 신호 또는 데이터 등을 처리하거나, 저장부(140)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 다관절 로봇(1)의 구동을 제어할 수 있다.

구체적인 일 실시예에 따라 제어부(110)는 저장부(140)에 저장된 소정의 단계로 이루어진, 기 설정된 시퀀스(sequence)에 따라 로봇암(10)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 각 단계는 공간 내 로봇암 말단부의 위치 및 방향, 그리고 헤드부의 자세 등을 포함할 수 있다.

이때, 제어부(110)는 로봇암(10) 주변에 설정된 가상의 안전영역 내로 식별된 객체가 접근하였을 때, 이를 인식하고 외부로 알람을 출력하여, 다관절 로봇(1) 또는 로봇암(10)으로의 접근에 경고를 하거나, 그리고/또는 동작 중인 로봇암(10)을 정지 또는 동작 속도를 현저히 낮추어, 충격을 미연에 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(110)는 상기 레이더센서(120)를 이용하여, 상기 안전영역 내 객체를 인식하였을 때, 바로 충돌 위험을 인지하여 외부로 알람을 출력하거나 로봇암(10)의 동작을 정지하지 않고, 상기 안전영역 내 객체가 상기 안전영역의 경계를 기준으로 외부에서 내부로 이동한 것인지 그 이동방향을 인식한 이후, 만약 경계를 기준으로 외부에서 내부로 이동한 경우에만 로봇암(10)으로의 접근이 있음을 판단하고 외부로 알람을 출력하거나 로봇암(10)의 동작을 정지 또는 동작속도를 낮추는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 기존의 안전영역 내 로봇암(10)과 충돌이 발생하지 않은 객체가 있을 수 있고, 이에 대해서는 접근 경고를 할 필요가 없기 때문이다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(110)는 상기 안전영역의 경계를 기준으로 미소 범위만큼 확장된 영역의 객체를 인식하고, 상기 안전영역의 경계를 기준으로 그 이동 방향을 판단할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전영역은, 이를 설정하기 위한 레이더센서(120)가 로봇암(10)의 말단부에 마련될 수 있으므로, 레이더센서(120)에 의해 객체가 감지될 수 있는 전방의 영역, 구체적으로 안전영역은 로봇암(10)의 움직임에 따라 그 위치나 크기 또는 형태가 달라질 수 있다.

이때, 안전영역은 일 예로 원형과 같이 정형화될 수 있으나, 바람직한 일 실시예에 따른 안전영역은 로봇암(10)의 동작에 따라 그 위치가 달라짐은 물론, 그 크기 및/또는 형태가 달라지는 것이 바람직하다.

바람직한 일 실시예에 따라, 로봇암(10)의 이동방향을 기준으로 해당 이동방향에 따라 안전영역의 반경방향, 즉 안전영역의 중심으로부터 경계까지의 반경은 상기 이동방향을 향하여, 다른 방향보다 상대적으로 길게 형성될 수 있으며, 이때 그 길이의 좌우폭 너비는 로봇암(10)의 이동속도에 따라 넓어질 수 있다.

구체적으로, 로봇암(10)의 이동속도가 빠르면 빠를수록, 객체와의 충격 가능성이나 충격크기가 커지기 때문에, 안전을 위해 안전영역 중 길게 돌출 형성된 부분의 좌우폭은 넓은 것이 좋고, 이와 반대로 로봇암(10)의 이동속도가 늦으면 늦을수록, 객체와의 충격 가능성이나 충격크기가 작아지기 때문에, 안전영역 중 길게 돌출 형성된 부분의 좌우폭은 좁아질 수 있다.

더욱 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 제어부(110)는 다음 단계에서의 로봇암(10)의 이동방향과 이동속도를 고려하여, 그 이전 단계의 로봇암(10)의 위치에서 그 다음 단계에서의 로봇암(10)의 이동을 고려하여 안전영역을 설정하는 것이 좋다.

즉, 제어부(110)는 현 단계에서 로봇암(10)의 이동이 없더라도, 그 다음 단계를 위해 이동하는 로봇암(10)의 동작을 고려하여, 안전영역의 형태를 설정함으로써, 로봇암(10)의 동작으로 인한 객체와의 충돌을 방지하는 것이 바람직하다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 다관절 로봇
10: 로봇암
110: 제어부
120: 레이더센서
130: 출력모듈
140: 저장부

Claims (5)

1. 자유도를 가진 다관절의 로봇암;
   상기 로봇암 주변에 위치한 객체를 감지하기 위한 레이더센서; 및
   상기 로봇암 주변에 가상의 안전영역을 설정하고, 상기 안전영역 내로 상기 객체가 접근할 때, 외부로 알람을 출력하거나 상기 로봇암의 동작을 정지하는 제어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 객체가 상기 안전영역의 경계를 기준으로 외부에서 내부로 이동하였을 때, 상기 객체의 접근을 판단하는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이더센서는, 상기 로봇암의 말단부에 마련되어,
   상기 로봇암의 움직임에 따라 상기 안전영역의 위치, 크기 및 형태 중 어느 하나 또는 이들의 조합이 가변되는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부가, 기 설정된 시퀀스에 따라 상기 로봇암의 동작을 제어할 때, 다음 단계의 상기 로봇암의 이동방향으로 상기 안전영역의 반경방향을 길게 형성하고, 이때 그 길이의 좌우폭 너비는 상기 다음 단계의 상기 로봇암의 이동속도에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 라이더센서와 인접한 위치에 마련되어, 바닥에 광을 조사하여 상기 안전영역의 경계를 출력하는 출력모듈;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안전영역 자동감지 다관절 로봇.