KR20240003026A - 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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이재영
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Abstract

본 발명은 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 로봇 동작의 명령 신호가 입력되는 인터페이스인 동작 명령 입력부; 상기 동작 명령 입력부를 통해 입력된 로봇 동작의 명령 신호를 기반으로 로봇이 움직이는 이동 경로를 생성하는 경로 생성부; 소정 공간 내 위치하는 로봇 주변의 환경을 감지하는 공간 점유 정보 감지부; 소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지하는 로봇 동작 상태 감지부; 로봇을 구동시키는 로봇 구동부; 및 상기 로봇 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 경로 생성부는 상기 공간 점유 정보 감지부와 상기 로봇 동작 상태 감지부를 통해 입력되는 로봇의 공간 점유 정보를 반영하여 수정된 로봇의 이동 경로를 생성하여, 상기 제어부로 전달하며, 상기 제어부는 수정된 로봇의 이동 경로에 따라 상기 로봇 구동부의 작동을 제어한다. 따라서, 본 발명은 로봇 주변의 환경을 감지하여 장애물에 대한 능동대처가 가능하다.

Description

주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING ROBOT MOTION BASED ON SURROUNDING}
본 발명은 로봇 동작 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 로봇 주변의 환경을 감지하여 장애물에 대한 능동대처가 가능한 로봇 동작 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래 로봇의 동작 제어는 로봇의 구조를 주로 고려하여 동작을 생성하였다. 이 경우, 로봇의 외형 구조에 대한 고려가 거의 이루어지지 않고, 단순한 뼈대 형태로만 고려하여, 복잡한 형태의 로봇 외형을 반영하지 못하는 단점이 있다. 또한, 외부 물체와의 충돌 회피, 조작 등 접촉 상황을 고려하기 위해서 실시간 목적 물체 센싱 및 추정 방법, 3차원 환경 지도 등을 이용하였다. 실시간 목적 물체 센싱의 경우, 목적 물체를 제외한 환경에 대한 정보를 추정하기 어려운 단점이 있으며, 3차원 환경 지도의 경우, 실시간 제작의 어려움이 있다. 또한 외부 환경에 대한 정보가 있다고 하여도 로봇 동작 생성 시, 사용자는 로봇의 동작 명령의 입력을 위해 로봇의 주변 상황을 반영하여 작업 공간 내 모든 장애물을 고려한 로봇의 동작을 생성해야 하므로, 복잡한 계산 방법이 필요하였다.
이에 대한 개선을 위해, 사용자가 동작 명령 생성시 로봇이 존재하는 공간에 대한 모든 정보를 알지 못하더라도, 사용자가 원하는 동작 개시 위치와 동작 목표 위치만을 입력하면, 로봇이 주어진 동작 명령을 수행하기 위한 로봇의 외형, 물체의 외형 등 실재 공간 점유 상태를 파악하여, 물체와의 충돌 회피 또는 접촉 등의 필요한 동작을 실시간으로 또한 능동적으로 수행할 수 있는 기술 개발이 요구된다.
국내특허공개 제10-2002-0086466호 (2002.11.18) 국내특허공개 제10-2004-0018258호 (2004.03.02)
본 발명의 일 실시예는 로봇 주변의 환경을 감지하여 로봇의 동작이 이루어지는 소정 공간 내 차지하는 공간 점유 정보를 지속적으로 실시간으로 업데이트 함으로써, 사용자의 의도적 개입 없이 장애물에 대한 능동 대처가 가능한 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치는 로봇 동작의 명령 신호가 입력되는 인터페이스인 동작 명령 입력부; 상기 동작 명령 입력부를 통해 입력된 로봇 동작의 명령 신호를 기반으로 로봇이 움직이는 이동 경로를 생성하는 경로 생성부; 소정 공간 내 위치하는 로봇 주변의 환경을 감지하는 공간 점유 정보 감지부; 소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지하는 로봇 동작 상태 감지부; 로봇을 구동시키는 로봇 구동부; 및 상기 로봇 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 경로 생성부는 상기 공간 점유 정보 감지부와 상기 로봇 동작 상태 감지부를 통해 입력되는 로봇의 공간 점유 정보를 반영하여 수정된 로봇의 이동 경로를 생성하여, 상기 제어부로 전달하며, 상기 제어부는 수정된 로봇의 이동 경로에 따라 상기 로봇 구동부의 작동을 제어한다.
상기 로봇 동작 상태 감지부는 로봇 관절의 움직임 및 로봇 관절들 사이의 링크의 변위를 감지할 수 있다.
상기 경로 생성부에서 공간 점유 정보를 저장하는 데이터 구조는, 로봇을 중심으로 한 공간 점유 영역을 일정한 격자 간격으로 분할하여, 같은 격자 또는 인접한 격자에 로봇의 일부나 물체가 동시에 존재하는 영역을 구별하여 정보를 저장하거나, 로봇과 물체를 크기가 가변하는 바운딩 박스(bounding box)로 단순화 하여, 로봇과 물체의 바운딩 박스가 중첩되는 영역을 구별하여 정보를 저장할 수 있다. 공간 점유 정보는 로봇을 기준으로 소정 공간에 대한 정보를 저장하므로, 로봇이 이동하면 이에 따라 소정 공간도 같이 이동하게 된다. 따라서 로봇의 동작에 필요한 데이터만 저장하게 되므로 데이터 양이 실시간 처리가 가능할 정도로 작아지게 된다.
상기 경로 생성부는, 로봇과 물체가 같은 공간을 점유하는 경우, 레벨 오브 디테일(Level Of Detail, LOD)을 통해 공간을 더 세밀하게 분할하여, 로봇과 물체 간의 거리 정보를 생성하여, 공간 점유 정보를 업데이트 하거나, 또는 로봇과 물체의 바운딩 박스가 중첩되는 경우, 바운딩 박스의 크기를 줄여서 실재의 로봇과 물체의 형상과 유사하게 변화시켜서, 공간 점유 정보를 업데이트 할 수 있다. 이를 통해 단순 회피 동작뿐만 아니라, 로봇과 물체 사이의 다양한 접촉 상황을 구현할 수 있다. 특히, 동작 명령이 주어지는 부분 뿐만 아니라, 사용자가 고려하지 않은 로봇 전체의 접촉 상황을 공간 점유 정보를 통해 능동적으로 고려할 수 있게 되므로 복잡한 동작의 생성시 보다 안전하며 정확한 작업이 가능해 진다.
실시예들 중에서, 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 방법은 동작 명령 입력부를 통해 로봇에 대한 동작 명령이 입력되는 단계; 상기 로봇에 대한 동작 명령에 기반하여 경로 생성부에서 1차적인 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계; 경로 생성부에서 공간 점유 정보 감지부와 로봇 동작 상태 감지부에서 감지된 로봇의 공간 점유 정보를 저장 및 확인하는 단계; 상기 경로 생성부에서 생성한 1차적인 로봇의 이동 경로에 따라 로봇이 작동할 경우, 상기 공간 점유 정보를 고려할 때, 로봇과 물체가 충돌 또는 접촉 가능성이 있는지 여부를 상기 경로 생성부에서 판단하는 단계; 상기 동작 명령 입력부를 통해 입력된 로봇에 대한 동작 명령에 부합하여 로봇이 물체와 충돌을 회피하거나 접촉하도록, 로봇의 공간 점유 정보를 기반으로 상기 경로 생성부에서 로봇의 경로를 수정하는 단계; 및 상기 수정된 로봇의 경로에 따라 로봇 구동부가 작동하여, 로봇을 구동시키는 단계를 포함한다.
상기 공간 점유 정보 감지부는 로봇의 주변 환경을 감지하여, 로봇 주변에 물체가 감지되는 경우, 작업 공간 내부에 물체가 위치하는지 여부를 확인하며, 로봇의 작업 공간 내에 물체가 위치하는 경우, 상기 로봇의 공간 점유 정보를 업데이트 하여 상기 경로 생성부로 전달할 수 있다.
상기 로봇 동작 상태 감지부는 소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지하고, 상기 로봇이 정지 상태에 있는지 여부를 판단한 후, 상기 로봇이 움직이는 상태에 있는 경우, 상기 로봇의 공간 점유 정보를 업데이트 하여 상기 경로 생성부로 전달할 수 있다.
상기 공간 점유 정보와 상기 로봇 동작 상태의 업데이트는 로봇의 동작 명령 수행과 관계없이 지속적으로 진행되어 새로운 동작 명령이 입력될 경우 가장 최근의 데이터를 사용할 수 있도록 배경작업으로 진행된다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법은 사용자가 로봇 동작의 시작 위치 및 종료 위치에 대한 명령만 입력하더라도 로봇 내부적으로 주변 환경에 대한 공간 점유 정보를 활용하여 장애물과의 충돌 등을 회피하면서 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법은 로봇 주변의 환경 및 로봇 자신의 정보를 저장하여, 로봇 동작 수행에 활용함으로써, 적은 데이터량을 바탕으로 빠른 계산이 가능하며, 위치 제어, 충돌 제어, 힘 제어 등 복합적인 제어를 일괄적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법은 소정 공간 내에서 물체나 로봇이 움직이고 있는 상황에서도 물체와 로봇의 접촉 상태의 변화 또는 유지가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치 및 방법은 로봇 경로 생성 시, 로봇의 실재 형상과 물체를 동시에 고려하여 단순 회피 동작뿐만 아니라, 로봇과 물체 사이의 다양한 접촉 상황을 구현할 수 있으며, 특히, 동작 명령이 주어지는 부분뿐만 아니라, 사용자가 고려하지 않은 로봇 전체의 접촉 상황을 공간 점유 정보를 통해 능동적으로 고려할 수 있게 되므로 복잡한 동작의 생성시 보다 안전하며 정확한 작업이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 동작 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a-2c는 본 발명에 따라 로봇이 구동하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 도 1의 공간 점유 정보 감지부에서 공간 점유 정보를 업데이트 하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 1의 로봇 동작 상태 감지부에서 공간 점유 정보를 업데이트 하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 로봇 동작 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다 거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 동작 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2a 내지 2c는 본 발명에 따라 로봇이 구동하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 로봇 동작 제어 장치(100)는 동작 명령 입력부(110), 경로 생성부(120), 공간 점유 정보 감지부(130), 로봇 동작 상태 감지부(140), 로봇 구동부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
동작 명령 입력부(110)는 사용자가 로봇 동작의 명령 신호를 입력하는 인터페이스이다. 사용자는 로봇의 특정 위치, 예를 들어, 도 2a에서 로봇의 말단 부분의 동작 개시 위치(S)와 동작 목표 위치(T)를 입력하여, 제어부(160)의 제어에 따라 로봇 구동부(150)를 작동시켜서 로봇의 말단 부분을 동작 목표 위치(T)로 이동시킬 수 있다.
경로 생성부(120)는 동작 명령 입력부(110)를 통해 입력된 로봇 동작의 명령 신호를 기반으로 로봇이 움직이는 경로를 생성한다. 경로 생성부(120)에서 생성하는 로봇 경로는 1차적으로 동작 개시 위치(S)와 동작 목표 위치(T)를 기반으로 최단 거리나 최소 동력으로 움직일 수 있는 경로가 선택된다. 경로 생성부(120)에서 생성한 이러한 1차적 경로는 공간 점유 정보 감지부(130)와 로봇 동작 상태 감지부(140)를 통해 인지되는 로봇의 공간 점유 정보를 기반으로 수정된다. 즉, 도 2b에서와 같이 장애물(A)에 의해 동작 개시 위치(S)로부터 동작 목표 위치(T)로 이동하는 것이 방해받는 경우, 경로 생성부(120)는 도 2c와 같이 장애물(A)에 대한 위치 정보를 기반으로 장애물(A)을 회피하여 동작 목표 위치(T)로 이동하는 경로로 경로를 수정한다.
공간 점유 정보 감지부(130)는 소정 공간 내 위치하는 로봇 주변의 환경을 감지한다. 공간 점유 정보 감지부(130)를 통해, 로봇 주변의 장애물의 위치와 형태 등의 정보가 감지될 수 있으며, 이를 위해, 카메라와 센서 등의 비젼 시스템 등이 사용될 수 있다.
공간 점유 정보는 센서 등의 수단에 의해 측정된 외부 환경 정보와 로봇의 움직임에 의해 발생하는 로봇 자체에 관한 정보가 기록된 것을 의미한다. 공간 점유 영역은 로봇이 움직일 수 있는 범위, 즉, 로봇의 작업 공간보다 약간 큰 정도의 영역으로 상정한다.
로봇의 일단이 고정되어 있는 경우, 로봇의 작업 공간 영역만을 공간 점유 정보에 기록하면 되나, 로봇 작동의 안정성을 위해 로봇의 작업 공간 영역보다 약간 큰 영역을 공간 점유 정보에 기록한다. 움직이는 로봇의 경우, 움직이는 속도 및 방향을 로봇 동작 상태 감지부(140)에서 감지하고, 로봇의 작업 공간 영역을 고려하여, 이보다 약간 큰 영역을 공간 점유 정보에 기록한다.
예를 들어, A 가 로봇이 현재 작업 가능한 영역이면,　 k*A 범위를 공간 점유 정보가 기록될 영역으로 정한다.
여기서, 1≤ k ≤2 정도로 정해서 실재 작업 가능 영역보다 2배 정도 크게 설정을 할 수 있다. 상기 k의 범위는 예시적인 것으로, 구체적인 알고리즘에 따라 변경될 수 있다.
본 발명에서는 로봇을 중심으로 하여 접촉이 발생할 가능성이 높은 일정 부분만 공간 점유 정보로 처리함으로써, 실시간으로 정보를 처리하면서, 실시간으로 공간 점유 정보의 변화 등을 고려할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 주변 환경에 대한 시각 정보의 사용 시, 공간 점유 정보를 처리하는 영역에 대해서는 로봇 내부적으로 어느 공간에 대체적으로 어느 정도 크기의 물체가 있다라는 것을 기억함으로써 작업 명령에 참고를 하게 된다. 따라서, 로봇이 물체에 근접하거나, 접촉을 할 경우, 시각 센서 등을 포함하는 공간 점유 정보 감지부(130)를 이용하여 원하는 위치를 집중적으로 감지함으로써, 공간 점유 정보의 특정 관심 영역의 정밀도만을 높일 수 있고, 이에 따라 작업을 보다 빠르고 정밀하게 수행할 수 있다.
경로생성부(120)에서 공간 점유 정보를 저장하는 데이터 구조는, 예를 들어, 도 2c와 같이 로봇을 중심으로 한 공간 점유 영역을 일정한 격자 간격으로 분할하여, 로봇이나 물체가 점유하고 있는 격자 영역을 구별하여 정보를 저장하거나, 로봇과 물체를 크기가 가변하는 바운딩 박스(bounding box)로 단순화하여 저장할 수 있다. 여기서, 로봇과 물체의 바운딩 박스(bounding box)는 로봇의 동작에 대한 안정성을 고려하여, 실재의 로봇과 물체의 크기보다 크게 상정될 수 있다.
나아가, 경로생성부(120)는, 로봇과 물체가 같은 공간을 점유하는 경우, 그 부분만을 레벨 오브 디테일(Level Of Detail, LOD)을 통해 공간을 더 세밀하게 분할하여, 로봇과 물체 간의 거리 정보를 생성하여, 공간 점유 정보를 업데이트 함으로써, 정밀한 경로 생성이 가능하도록 한다. 또한, 경로생성부(120)는, 로봇과 물체를 크기가 가변하는 바운딩 박스로 나타낸 상태에서, 로봇과 물체의 바운딩 박스가 중첩되는 경우, 바운딩 박스의 크기를 줄여서 실재의 로봇과 물체의 형상과 유사하게 변화시켜서, 공간 점유 정보를 업데이트 함으로써, 정밀한 경로 생성이 가능하도록 한다.
도 3은 도 1의 공간 점유 감지부에서 공간 점유 정보를 업데이트 하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 공간 점유 정보 감지부(130)는 로봇의 주변 환경을 감지하여, 소정 공간 내 로봇의 공간 점유 정보를 업데이트 할 수 있다.
우선, 공간 점유 정보 감지부(130)는 카메라와 센서 등을 통해 로봇의 주변 환경을 감지하여, 로봇 주변의 장애물의 위치와 형태, 로봇과 장애물 간의 거리 등의 정보를 획득할 수 있다(단계 S310).
이어서, 로봇 주변에 장애물이 감지되는 경우(단계 S320), 작업 공간 내부에 장애물이 위치하는지 여부를 확인한다(단계 S330). 계속하여, 로봇의 작업 공간 내에 장애물이 위치하는 경우, 공간 점유 정보를 업데이트 하여(단계 S340), 로봇이 작업하는 동안, 로봇이 장애물과 충돌하지 않도록 로봇 경로 수정에 필요한 정보를 경로생성부(120)로 전달한다.
로봇 동작 상태 감지부(140)는 소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지한다. 구체적으로, 로봇 동작 상태 감지부(140)는 도 2a 내지 도 2c에서 로봇 관절(10, 20, 30)의 움직임 및 로봇 관절(10, 20, 30) 사이의 링크의 변위를 감지한다.
도 4는 도 1의 로봇 동작 상태 감지부에서 공간 점유 정보를 업데이트 하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 로봇 동작 상태 감지부(140)는 소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지한다(단계 S410). 이어서, 로봇이 정지 상태에 있는지 여부를 판단하고(단계 S420), 로봇이 움직이는 상태에 있는 경우, 로봇의 공간 점유 정보를 업데이트 하여(단계 S430), 경로생성부(120)로 전달한다.
제어부(160)는 경로 생성부(120)로부터 로봇의 이동 경로에 대한 정보를 전달받아 로봇 구동부(150)의 작동을 제어한다.
일반적으로, 로봇은 로봇과 물체의 상대적인 운동 상태에 따라, 하기 표와 같이 정지, 이동, 접촉, 누르기, 스침 및 문지름의 동작을 수행할 수 있는데, 본 발명은 업데이트 되는 로봇의 공간 점유 정보를 바탕으로 로봇이 움직이는 경로를 수정함으로써, 로봇의 동작을 일관적으로 제어할 수 있다.
[표 1]
본 발명의 로봇 동작 제어 장치(100)는 장애물과의 충돌 회피뿐만 아니라, 장애물과의 접촉, 밀기, 당기기 등의 접촉 상황을 로봇의 공간 점유 정보를 기반으로 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 물체의 형상이나 로봇의 형상이 복잡하더라도, 공간 점유 정보 감지부(130)와 로봇 동작 상태 감지부(140)를 통해 전달되는 공간 점유 정보를 기반으로, 정밀하게 로봇의 동작을 제어할 수 있다.
계속하여, 경로 생성부(120)에서 수정된 로봇의 이동 경로는 제어부(160)로 다시 전달되며, 제어부(160)는 로봇 구동부(150)를 작동시켜서, 로봇이 이동 경로를 추종하도록 제어한다. 따라서, 본 발명은 로봇의 공간 점유 정보를 통해, 로봇의 현재 동작 및 동작 목표 위치(T)를 고려하여, 로봇이 움직이는 경로를 실시간으로 업데이트하여 변경가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 로봇 동작 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 우선 동작 명령 입력부(110)를 통해 로봇에 대한 동작 명령이 입력되며(단계 S510), 경로 생성부(120)는 로봇의 동작 명령에 기반하여 1차적인 로봇의 이동 경로를 생성한다(단계 S520).
계속하여, 경로 생성부(120)는 공간 점유 정보 감지부(130)와 로봇 동작 상태 감지부(140)에서 감지된 로봇의 공간 점유 정보를 확인한다(단계 S530). 이어서, 경로 생성부(120)는 최초 생성한 1차적인 로봇의 이동 경로에 따라 로봇이 작동할 경우, 로봇과 물체가 충돌 가능성이 있는지 여부를 판단하며(단계 S540), 로봇이 충돌 가능성이 있는 경우, 경로 생성부(120)는 로봇의 공간 점유 정보를 기반으로 로봇의 경로를 수정한다(단계 S550).
수정된 로봇의 경로 정보는 제어부(160)로 전달되며, 제어부(160)는 로봇 구동부(150)를 작동시켜서, 로봇을 구동시킨다(단계 S560).
계속하여, 로봇을 계속 구동하고자 하는 경우, 단계 S530부터 단계를 순차적으로 반복한다(단계 S570).
도 5에서는, 사용자가 동작 명령 입력부(110)에 로봇이 물체와 충돌하지 않으면서 로봇이 동작 개시 위치(S)로부터 동작 목표 위치(T)까지 이동하도록 제어하는 경우를 나타내는 것으로, 로봇이 물체에 대해 접촉, 누르기, 스침 및 문지름 등의 동작을 수행하는 경우에도, 유사한 방식으로 제어가 이루어질 수 있다.
즉, 사용자는 동작 명령 입력부(110)에 접촉, 누르기, 스침 및 문지름 등의 동작을 수행하기 위한 동작 개시 위치(S)와 동작 목표 위치(T)를 입력할 수 있고, 공간 점유 정보 감지부(130)와 로봇 동작 상태 감지부(140)를 통해 전달되는 공간 점유 정보를 기반으로, 로봇과 물체의 접촉 상태를 확인하여, 로봇 경로를 수정하거나(단계 S550), 로봇을 구동시킬 수 있다(단계 S560).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10, 20, 30: 로봇 관절 100: 로봇 동작 제어 장치
110: 동작 명령 입력부 120: 경로 생성부
130: 공간 점유 정보 감지부 140: 로봇 동작 상태 감지부
150: 로봇 구동부 160: 제어부

Claims (9)

  1. 로봇 동작의 명령 신호가 입력되는 인터페이스인 동작 명령 입력부;
    상기 동작 명령 입력부를 통해 입력된 로봇의 동작 개시 위치와 동작 목표 위치를 기반으로 로봇의 1차적인 이동 경로를 생성하는 경로 생성부;
    소정 공간 내 위치하는 로봇 주변의 환경을 실시간으로 감지하는 공간 점유 정보 감지부;
    소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지하는 로봇 동작 상태 감지부;
    로봇을 구동시키는 로봇 구동부; 및
    상기 로봇 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 경로 생성부는
    상기 공간 점유 정보 감지부와 상기 로봇 동작 상태 감지부에서 감지된 로봇 주변의 환경정보와 로봇 자체의 동작 정보를 이용해 업데이트되는 상기 소정 공간에 대한 로봇의 공간 점유 정보를 확인하여 수정된 로봇의 이동 경로를 생성하고,
    상기 제어부는
    수정된 로봇의 이동 경로에 따라 상기 로봇 구동부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로봇 동작 상태 감지부는
    로봇 관절의 움직임 및 로봇 관절들 사이의 링크의 변위를 감지하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경로 생성부에서 공간 점유 정보를 저장하는 데이터 구조는
    로봇을 중심으로 한 공간 점유 영역을 일정한 격자 간격으로 분할하고 로봇이나 물체가 점유하고 있는 격자 영역을 구별하여 격자 정보를 저장하거나, 로봇과 물체를 크기가 가변하는 바운딩 박스(bounding box)로 단순화 하여, 바운딩 박스의 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 경로 생성부는
    로봇과 물체가 같은 공간을 점유하는 경우, 레벨 오브 디테일(Level Of Detail, LOD)을 통해 공간을 더 세밀하게 분할하여, 로봇과 물체 간의 거리 정보를 생성하여, 공간 점유 정보를 업데이트 하거나, 또는 로봇과 물체의 바운딩 박스가 중첩되는 경우, 바운딩 박스의 크기를 줄여서 실재의 로봇과 물체의 형상과 유사하게 변화시켜서, 공간 점유 정보를 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 장치.
  5. 제1항에 따른 로봇 동작 제어 장치를 이용한 로봇 동작 제어 방법으로서,
    동작 명령 입력부를 통해 로봇에 대한 동작 명령이 입력되는 단계;
    상기 로봇에 대한 동작 명령에 기반하여 경로 생성부에서 1차적인 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계;
    경로 생성부에서 공간 점유 정보 감지부와 로봇 동작 상태 감지부에서 감지된 로봇의 공간 점유 정보를 저장 및 확인하는 단계;
    상기 경로 생성부에서 생성한 1차적인 로봇의 이동 경로에 따라 로봇이 작동할 경우, 상기 공간 점유 정보를 고려할 때, 로봇과 물체가 충돌 또는 접촉 가능성이 있는지 여부를 상기 경로 생성부에서 판단하는 단계;
    상기 동작 명령 입력부를 통해 입력된 로봇에 대한 동작 명령에 부합하여 로봇이 물체와 충돌을 회피하거나 접촉하도록, 로봇의 공간 점유 정보를 기반으로 상기 경로 생성부에서 로봇의 경로를 수정하는 단계; 및
    상기 수정된 로봇의 경로에 따라 로봇 구동부가 작동하여, 로봇을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 경로 생성부에서 공간 점유 정보를 저장하는 데이터 구조는
    로봇을 중심으로 한 공간 점유 영역을 일정한 격자 간격으로 분할하고 로봇이나 물체가 점유하고 있는 격자 영역을 구별하여 격자 정보를 저장하거나, 로봇과 물체를 크기가 가변하는 바운딩 박스(bounding box)로 단순화 하여, 바운딩 박스의 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 경로 생성부는
    로봇과 물체가 같은 공간을 점유하는 경우, 레벨 오브 디테일(Level Of
    Detail, LOD)을 통해 공간을 더 세밀하게 분할하여, 로봇과 물체 간의 거리 정보를 생성하여, 공간 점유 정보를 업데이트 하거나, 또는 로봇과 물체의 바운딩 박스가 중첩되는 경우, 바운딩 박스의 크기를 줄여서 실재의 로봇과 물체의 형상과 유사하게 변화시켜서, 공간 점유 정보를 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 공간 점유 정보 감지부는
    로봇의 주변 환경을 감지하여, 로봇 주변에 물체가 감지되는 경우, 작업 공간 내부에 물체가 위치하는지 여부를 확인하며, 로봇의 작업 공간 내에 물체가 위치하는 경우, 상기 로봇의 공간 점유 정보를 업데이트 하여 상기 경로 생성부로 전달하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 로봇 동작 상태 감지부는
    소정 공간 내 위치하는 로봇이 동작하고 있는지 여부를 실시간으로 감지하고, 상기 로봇이 정지 상태에 있는지 여부를 판단한 후, 상기 로봇이 움직이는 상태에 있는 경우, 상기 로봇의 공간 점유 정보를 업데이트 하여 상기 경로 생성부로 전달하는 것을 특징으로 하는 주변 환경 기반의 로봇 동작 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20040018258A (ko) 2001-04-27 2004-03-02 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 레그식 이동 로봇의 동작 생성 장치

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