KR20240004894A - 텔레로봇을 제어하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

텔레로봇을 제어하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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오소리오 후안 다비드 무노스
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쿠카 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

이동 가능한 액추에이터(3)를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇(1)을 제어하기 위한 방법으로서, 특히 여러 번 반복되는 다음 단계를 포함한다: - 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 텔레로봇의 설정 포즈를 명령하는 단계(S50); 및 - 액추에이터의 설정 힘을 명령하는 단계; 이 경우 텔레로봇을 위한 적어도 하나의 가상 경계는 허용 가능한 범위와 허용 불가능한 범위 사이에서 미리 결정되고, 이 한계부터 설정 힘은 한계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동을 저지하는 복원력 성분을 포함한다.

Description

텔레로봇을 제어하기 위한 방법 및 시스템
본 발명은 이동 가능한 액추에이터를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇을 제어하기 위한 방법과 시스템 및 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
내부 관행상 이동 가능한 액추에이터를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇을 제어하는 것이 공개되어 있다. 이 경우, 텔레로봇, 예를 들어 그것의 앤드 이펙터 또는 TCP의 설정 포즈 변경은 작업자가 감지한 액추에이터의 수동 조정을 기반으로 명령되며 반대로 액추에이터의 설정 힘은 센서에 의해 검출된 텔레로봇의 외부 힘을 기반으로 명령되어, 조작자는 액추에이터에 대한 촉각 (힘)피드백을 경험한다.
본 발명의 과제는 입력 장치의 액추에이터의 작동을 이용해서 텔레로봇의 제어를 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다. 청구항 제 8 항 및 제 9 항은 본원에 기재된 방법을 수행하기 위한 시스템 또는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품을 보호한다. 종속 청구항은 바람직한 개선예에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이동 가능한 액추에이터를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇을 제어하기 위한 방법은, 바람직하게 여러 번, 실시예에서 주기적으로 반복되는 단계를 포함한다:
- 액추에이터의 감지된, 실시예에서 조작자에 의해 수동으로 야기된 액추에이터의 위치에 기초해서 텔레로봇의 로봇 고정 기준의 설정 포즈를 명령하는 단계; 및
- 액추에이터의 설정 힘을, 특히 액추에이터로 명령하는 단계.
설정 포즈를 명령함으로써 텔레로봇은 실시예에서 바람직하게 (더) 정밀하게 제어될 수 있고, 설정 힘을 명령함으로써 실시예에서 액추에이터의 (더) 바람직한, 특히 (더) 신뢰적인, (더) 인체 공학적인 및/또는 (더 직관적인) 조작이 실현되어 실시예에서 원격 조작이 간단해지고 및/또는 상기 조작의 신뢰성이 개선될 수 있다.
텔레로봇은 실시예에서 적어도 3개, 특히 적어도 6개, 실시예에서는 적어도 7개의 관절 또는 이동축이 있는 ((텔레)로봇) 암을 구비한다. 로봇 고정 기준은 실시예에서 텔레로봇(암)의 원위 단부 플랜지에 대해 고정되고, 실시예에서 로봇 고정 기준은 텔레로봇(암)의 앤드 이펙터 또는 TCP를 포함하며, 특히 텔레로봇(암)의 앤드 이펙터 또는 TCP일 수 있다.
액추에이터는 실시예에서 텔레로봇 및/또는 텔레로봇의 (로봇) 제어부로부터 공간적으로 이격되어 있다. 실시예에서 입력 장치, 특히 입력 장치 제어부는 텔레로봇 및/또는 텔레로봇의 (로봇) 제어부에, 개선예에서는 유선으로 신호 연결되고, 이는 실시예에서 안전성을 높일 수 있고, 다른 개선예에서는 무선으로 신호 연결되고, 이는 실시예에서 유연성 및/또는 도달 거리를 증가시킬 수 있다. 액추에이터는 실시예에서 이동 가능하게, 특히 하나 이상의 관절에 의해, 입력 장치의 베이스에 지지되며, 이 경우 입력 장치의 베이스에 대한 액추에이터의 위치는 실시예에서, 바람직하게는 센서에 의해 검출된다.
텔레로봇의 포즈는 실시예에서 1차원, 2차원 또는 3차원 위치 및/또는 로봇 고정 기준의, 특히 텔레로봇의 앤드 이펙터 또는 TCP의 실시예에서 1차원, 2차원 또는 3차원 방향을 포함한다. 추가로 또는 대안으로서, 텔레로봇의 포즈는 실시예에서 텔레로봇의 하나 이상의 관절의 관절 위치를 포함한다. 액추에이터의 위치는 실시예에서 입력 장치의 베이스에 대한 액추에이터의 1차원, 2차원 또는 3차원 위치 및/또는 1차원, 2차원 또는 3차원 방향 및/또는 입력 장치의 베이스에 대해 액추에이터가 이동 가능하게 장착되는 하나 이상의 관절의 관절 위치를 포함한다.
본 발명의 의미에서 힘은 반대 방향으로 평행한 한 쌍의 힘 또는 토크를 포함할 수도 있고, 특히 반대 방향으로 평행한 한 쌍의 힘 또는 토크일 수 있다. 본 발명의 의미에서 제어는 조절일 수도 있다.
실시예에서 텔레로봇의 드라이브는 그 축 또는 관절을 명령된 설정 포즈(들)로 향하도록 조정하고, 이 경우 대응하는 설정 관절 조정은 실시예에서 공개된 방식으로 역 운동학을 이용해서, 경우에 따라서 공개된 방식으로 중복 해상도로 결정된다.
실시예에서 입력 장치의 드라이브는, 명령된 설정 힘을, 특히 액추에이터를 통해 액추에이터를 수동으로 작동시키는 조작자에게 가하기 위해 액추에이터를 활성화한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 허용 가능한 범위와 허용 불가능한 범위 사이에서 텔레로봇을 위한 하나 이상의 가상 경계(들)가 미리 정해져 있고 또는 특히 미리 정해진다.
하나 이상의 가상 경계(들)는, 실시예에서 (각각) 텔레로봇의 작업 공간 내의 가상, 특히 직선 또는 곡선 벽으로서 미리 정해져 있고 또는 특히 미리 정해진다.
이로써 실시예에서 원격 조작이 개선될 수 있고, 특히 텔레로봇의 주변이 보호될 수 있고 및/또는 텔레로봇의 제어는 조작자에 의해 입력 장치를 이용해서 개선될 수 있고, 특히 안내될 수 있다.
실시예에서 하나 이상의 가상 경계(들)는 (각각) 텔레로봇의 하나 이상의 관절의 가상 스토퍼로서 미리 정해져 있고 또는 특히 미리 정해진다.
따라서 실시예에서 텔레로봇은 보호될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액추에이터의 명령된 설정 힘은 이 가상 경계부터 복원력 성분을 갖고, 상기 복원력 성분은 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동이 저지되고 또는 그러한 방식으로 결정 또는 명령된다.
이로써 실시예에서 액추에이터 또는 액추에이터의 조정에 의해 텔레로봇을 제어하는 조작자에게 인위적으로 또는 추가적으로 생성된 대응력의 형태로 바람직한 촉각 피드백이 제공된다. 그 결과 실시예에서 텔레로봇의 제어는 입력 장치를 이용해서 또는 액추에이터를 작동시키는 조작자에 의해 개선될 수 있으며, 특히 조작자는 텔레로봇을 (더) 간단하게, (더) 신뢰적으로, (더) 정밀하게, (더) 인체공학적으로 및/또는 (더) 직관적으로 제어할 수 있다.
실시예에서 복원력 성분은, 바람직하게 장애물과 텔레로봇의 접촉만을 또는 독점적으로 시뮬레이션하고, 실시예에서 주변 장애물과 텔레로봇 또는 텔레로봇의 로봇 고정 기준의 접촉을 시뮬레이션한다. 이는 실시예에서, 액추에이터의 조작자는 이 복원력 성분을, 실시예에서 스케일링되어, (가상) 장애물의 (가상) 표면에 대해 수직이고 이러한 (가상) 표면으로부터 멀어지게 (허용 가능한 범위 내로) 향하는 방향으로 텔레로봇의, 특히 로봇 고정 기준의 외부 힘에 대응하는 힘 (성분)으로서만 감지하는 것, 또는 설정 힘 또는 복원력 성분이 그에 따라 결정 또는 명령되는 것을 의미한다.
그 결과 실시예에서 텔레로봇의 제어는 입력 장치를 이용해서 또는 액추에이터를 작동시키는 조작자에 의해 개선될 수 있고, 특히 조작자는 텔레로봇을 (더) 간단하게, (더) 신뢰적으로, (더) 정밀하게, (더) 인체공학적으로 및/또는 (더) 직관적으로 제어할 수 있다.
실시예에서 복원력 성분은 가상 압축 스프링의 힘이며, 이 경우 이러한 가상 압축 스프링은 개선예에서 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동에 의해서만 또는 작동 시에만 및/또는 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동에 의해서만 또는 움직일 때에만 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동에 의해서만 또는 작동 시에만 및/또는 (가상으로) 인장 또는 압축되고 및/또는 이러한 가상 압축 스프링의 스프링(압축)력은 액추에이터의 현재 및/또는 이전 위치 및/또는 텔레로봇의, 특히 로봇 고정 기준의 현재 및/또는 이전 포즈에 의존하고, 특히 액추에이터의 현재 및/또는 이전 위치 및/또는 텔레로봇의, 특히 로봇 고정 기준의 현재 및/또는 이전 포즈에 기초해서 결정된다. 따라서 이러한 가상 스프링은 실시예에서 압축 스프링으로서만 작용하고 인장 스프링으로서는 작용하지 않는다. 실시예에서 이러한 복원력 성분 또는 가상 압축 스프링은 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 향하는 접촉- 또는 침투 방향과 반대 방향의 힘만을 텔레로봇에 부여하거나 시뮬레이션하지만, 다른 어떤 방향으로 또는 작동 수단에 해당하는 힘 (성분)을 부여하거나 시물레이션하지 않는다.
결과적으로, 실시예에서 복원력 성분은 특히 간단하게, 신뢰적으로 및/또는 정밀하게 결정될 수 있고 및/또는 장애물과 텔레로봇의 접촉이 특히 간단하게 및/또는 현실적으로 시뮬레이션될 수 있다.
실시예에서 가상 압축 스프링의 스프링(압축)력은 (또한) 미리 정해진, 실시예에서 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한, 가상 압축 스프링의 스프링 강성에 의존하며, 특히 미리 정해진, 실시예에서 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한, 이러한 가상 스프링의 스프링 강성에 기초해서 결정된다.
추가로 또는 대안으로서 가상 스프링의 스프링(압축)력은 실시예에서 (또한) 실시예에서 액추에이터의 조정과 텔레로봇의, 특히 로봇 고정 기준의 이동 사이의, 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한, 실시예에서 미리 정해진 스케일링에 의존하고, 특히 액추에이터의 조정과 텔레로봇의, 특히 로봇 고정 기준의 이동 사이의, 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한, 실시예에서 미리 정해진 스케일링에 기초해서 결정된다.
그 결과 실시예에서 가상 스프링 또는 접촉력 성분 또는 시뮬레이션된 접촉의 특히 바람직한 스프링 특성이 실현될 수 있고 이로 인해 실시예에서 원격 조작이 간단해지고 및/또는 그것의 신뢰성이 개선될 수 있다.
실시예에서 경계부터 허용 불가능한 범위 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하는 것은 텔레로봇의 이러한 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동 동안 억제되고 또는 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동 시 이러한 작동의 성분은 경계부터 허용 불가능한 범위 방향으로 희미해지고 또는 명령되지 않고 또는 허용 가능한 범위의 방향의 및/또는 경계를 따른 이러한 이동의 성분만이 명령된다.
이로써 실시예에서 원격 조작이 개선될 수 있고, 특히 텔레로봇의 주변이 보호될 수 있고 및/또는 텔레로봇의 제어는 조작자에 의해 입력 장치를 이용해서 개선될 수 있으며, 특히 안내될 수 있다.
실시예에서 설정 힘은 텔레로봇 상의 또는 텔레로봇에 작용하는 외부 힘, 개선예에서 상기 로봇의 로봇 고정 기준상의 또는 로봇 고정 기준에 작용하는 외부 힘에 의존하는, 실시예에서 이러한 힘을 재현하는, 개선예에서 스케일링되는 방식으로 재현하는 힘 피드백 성분을 포함한다.
텔레로봇에서의 또는 로봇 상의 외부 힘은 실시예에서 텔레로봇의 적어도 하나의 원위 또는 앤드 이펙터 측 힘 센서를 이용해서 및/또는, 바람직하게는 모델 기반으로, 텔레로봇의 관절 힘에 기초해서 결정된다.
이로써 실시예에서 바람직한 햅틱 피드백이 실현될 수 있고, 그 결과 원격 조작이 개선될 수 있으며, 바람직하게 조작자는 텔레로봇을 (더) 간단하게, (더) 신뢰적으로, (더) 정밀하게, (더) 인체공학적으로 및/또는 (더) 직관적으로 제어할 수 있다.
실시예에서 설정 힘은 액추에이터의 조정 속도에 의존하는, 실시예에서 상기 설정 힘에 반대 방향으로 향하는 감쇠 성분을 갖는다.
이로써 실시예에서 조작자는 텔레로봇을 (더) 간단하게, (더) 신뢰적으로, (더) 정밀하게 및/또는 (더) 인체공학적으로 제어할 수 있다.
실시예에서, 텔레로봇이 허용 가능한 범위에 있고 또는 경계에 또는 허용 불가능한 범위에 있지 않은 경우, 액추에이터의 설정 힘 fd,HD이 결정되고, 이 힘은 텔레로봇의, 실시예에서 로봇 고정 기준, 특히 앤드 이팩터 또는 TCP에서의 외부 힘 fe에 의존하는, 이것을 특히 (스케일되는 방식으로) 재현하는 힘 피드백 성분 및 실시예에서 액추에이터의 (현재) 조정 속도(dX/dt)c,HD에 의존하는 감쇠 성분을 포함한다:
상기 식에서 D는 감쇠 계수이다.
실시예에서 텔레로봇의, 실시예에서 로봇 고정 기준, 특히 앤드 이펙터 또는 TCP의 설정 포즈 Xd,r는 하기식에 따라 결정되고,
상기 식에서 Xc,HD는 액추에이터의 현재 위치이고, Xini,HD 는 액추에이터의 이전 위치이고, Xini,r은 텔레로봇 또는 로봇 고정 기준의 이전 포즈이고, s는 텔레로봇이 허용 가능한 범위에 있고 또는 경계에 또는 허용 가능한 범위에 있지 않은 경우, 액추에이터의 조정과 텔레로봇 또는 로봇 고정 기준의 이동 사이의 미리 정해진 스케일링이다.
실시예에서 하나 이상의 가상 경계에 대해, 바람직하게는 가상 경계에 대해 수직이고 허용 불가능한 범위 방향으로의 허용 불가능한 또는 경계 방향 uL이 각각 결정된다. 예를 들어, 가상 벽 형태의 가상 경계가 직교 좌표 작업 공간에서 ymax에 지정된 경우, 이러한 경계는 허용 불가능한 또는 경계 방향 uL = [0 1 0]T이다.
실시예에서 직교 좌표 공간의 좌표계 0 와 허용 불가능한 또는 경계 방향과 정렬된, 실시예에서 이와 정렬된 z축을 갖는 좌표계 L을 포함하는 회전 행렬 0RL은 서로 변환되어 결정되고, 이러한 변환 또는 회전 행렬의 회전축 U과 회전 각도 θ는 실시예에서 다음으로부터 결정되고,
상기 식에서 회전 행렬 0RL은 좌표계 L로부터 좌표계 0으로 변환되고, 그에 따라 좌표계 0으로부터 좌표계 L로 전치(0RL)T가 변환된다. 물론 z축 대신 다른 축이 사용될 수도 있으며 이는 해당 방정식에서 고려될 수 있다.
가상 경계부터 실시예에서 방정식 (1)에 따라 액추에이터의 설정 힘 fd,HD에 가상 압축 스프링의 복원력 성분,
설정된
가 추가된다:
여기서 K는 가상 스프링의 스프링 강성이고, Xd,HD는 특히 하기식에 따라 액추에이터의 설정 위치이고,
상기 식에서 Xc,r은 로봇 고정 기준의 현재 포즈이다. 가상 압축 스프링의 스프링력은 액추에이터의 현재 및 이전 위치와 텔레로봇의 현재 및 이전 포즈에 의존하고:
경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 멍령하기 위한 액추에이터의 작동만이 저지되는 것(LeHD[3] < 0)을 알 수 있다. 인덱스 *[3]은 해당 벡터의 z성분을 나타낸다.
예를 들어 작업 공간 내의 가상 벽 형태의 가상 경계가 ymax에 지정된 경우, 경계부터, 즉 앤드 이펙터 또는 TCP의 직교 좌표 위치의 y성분 yd,r을 포함하는 yd,r > ymax의 경우, 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하는 것이 텔레로봇의 이러한 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동 동안 억제되고,
설정된
액추에이터의 설정 힘 fd,HD에 방정식 (1)에 따라 복원력 성분이 추가된다:
또는 일반식에서
가상 경계가 하나 이상의 관절의 가상 스토퍼로서 미리 정해진 경우, 실시예에서 1의 행렬에서, 예를 들어 7개의 관절을 갖고 제 2 및 제 6 관절이 가상 스토퍼에 있는 텔레로봇의 경우에 스토퍼 또는 가상 경계에 있는 관절의 행 또는 열에 1이 할당되고:
유니터리 행렬(uunitary matrix) U, 유니터리 행렬 V의 수반 행렬 V* 및 특이값의 행렬 S로 로봇 고정 기준의 자코비안 행렬 J을 갖는 행렬 J·P·(J·P)T의 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD)가 수행된다(U·S·V* = J·P·(J·P)T). 0인 특이값에 대해, 즉 0인 행렬 S의 값 S[m,m]에 대해 허용 불가능한 또는 경계 방향은 행렬 U의 관련된 열 벡터 U[:,m]에 의해 결정된다. 인덱스 *[m,m]은 해당 행렬의 열 m과 행 m의 값을 나타내고, 인덱스 *[:,m]은 m번째 열 벡터를 나타낸다.
추가로 하기식에 따른 속도 방향은,
관절 스토퍼가 존재하지 않는다는 가정하에 설정 포즈를 달성하기 위해 의사 역 J#과 직교 좌표 설정 속도를 사용하여 결정되고, 상기 속도 방향과 행렬 U의 해당 열 벡터(들) U[:,m] 사이의 (각각의) 각도 θ가 결정된다:
이 각도가 90°보다 크면, 행렬 U의 음의 (정규화된) 열 벡터(들) U[:,m], 그렇지 않으면 행렬 U[:,m]의 (정규화된) 열 벡터(들) U[:,m]이 허용 불가능한 또는 경계 방향 uL로서 사용된다:
이러한 허용 불가능한 또는 경계 방향 uL은, 텔레로봇의 하나 이상의 관절의 가상 스토퍼 형태의 가상 경계에서 관련 복원력 성분을 결정하거나 명령하기 위해, 전술한 방식으로 사용된다.
본 발명의 실시예에 따르면 시스템은, 특히 하드웨어 기술적으로 및/또는 소프트웨어 기술적으로, 특히 프로그램 기술적으로, 본원에 설명된 방법을 수행하도록 설정되고 및/또는 다음을 포함한다:
- 허용 가능한 범위와 허용 불가능한 범위 사이에서 텔레로봇을 위한 적어도 하나의 가상 경계를 사전 설정하기 위한 수단;
- 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 텔레로봇의 설정 포즈를 명령하기 위한 수단; 및
- 액추에이터의 설정 힘을 명령하기 위한 수단,
이 경우 설정 힘은 가상 경계부터 복원력 성분을 포함하며, 상기 복원력 성분은 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동을 저지한다.
실시예에서 시스템 또는 그 수단은 다음을 포함한다:
텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동 동안 경계부터 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이러한 이동을 억제하기 위한 수단.
본 발명의 의미에서 시스템 및/또는 수단은 하드웨어 기술적으로 및/또는 소프트웨어 기술적으로 설계될 수 있으며, 특히 적어도 하나의, 바람직하게 메모리 시스템 및/또는 버스 시스템에 데이터 연결된 또는 신호 연결된, 특히 디지털 처리 유닛, 특히 마이크로프로세서 유닛(CPU), 그래픽 카드(GPU) 또는 이와 같은 것, 및/또는 하나 이상의 프로그램 또는 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. 처리 유닛은, 메모리 시스템에 저장된 프로그램으로서 구현되는 명령을 처리하도록, 데이터 버스로부터 입력 신호를 획득하도록 및/또는 데이터 버스로 출력 신호를 출력하도록 설계될 수 있다. 메모리 시스템은 하나 이상의, 특히 다양한 저장 매체, 특히 광학, 자기, 고체- 및/또는 기타 비휘발성 매체를 포함할 수 있다. 프로그램은, 본원에 설명된 방법을 구현하거나 실행할 수 있는 방식으로 설계될 수 있으므로, 처리 유닛이 그러한 방법의 단계들을 실행하여 특히 텔레로봇을 제어할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 실시예에서, 프로그램 또는 명령을 저장하기 위한 또는 프로그램 또는 명령이 저장된 저장 매체, 특히 컴퓨터 판독 가능 및/또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있고, 특히 저장 매체일 수 있다. 실시예에서 시스템 또는 제어부, 특히 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터의 배치에 의해 이러한 프로그램 또는 이러한 명령을 실행하면, 시스템 또는 제어부, 특히 컴퓨터는 본원에 설명된 방법 또는 그 단계 중 하나 이상을 실행하게 하고 또는 프로그램 또는 명령어가 이를 위해 설정된다.
실시예에서 방법의 하나 이상의, 특히 모든 단계는, 특히 시스템 또는 그 수단에 의해 완전히 또는 부분적 자동으로 수행된다.
실시예에서 시스템은 텔레로봇 및/또는 그것의 로봇 제어부 및/또는 입력 장치를 포함한다.
본 발명의 의미에서 접촉이란, 특히 그 자체로 공개된 방식으로 일방적인 접촉 또는 두 표면의 접촉을 의미한다.
실시예에서 설정 포즈, 개선예에서 설정 포즈의 명령 및/또는 접근은 텔레로봇의 관절 좌표의 공간 또는 관절 공간에서 위치-, 속도- 또는 힘 조절을 이용해서 실현된다. 이로써 텔레로봇은 실시예에서 바람직하게, 특히 (더) 정확하게, (더) 간단하게 및/또는 (더) 신뢰적으로 작동될 수 있다. 다른 장점 및 특징들은 종속 청구항 및 실시예에 제시된다. 이를 위해 부분적으로 개랴적으로 도시된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 입력 장치를 이용해서 텔레로봇을 제어하기 위한 시스템.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 입력 장치를 이용해서 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
도 1 및 도 2는 베이스(2.1), 베이스(2.1)에 대해 이동 가능한 액추에이터(3) 및 입력 장치 제어부(2.2)를 포함하는 입력 장치를 이용해서, 입력 장치 제어부(2.2)와 무선 또는 유선 통신하는 로봇 제어부(4)를 통해 텔레로봇(암)(1)을 제어하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 시스템 또는 방법을 도시한다. 입력 장치 제어부(2)는 베이스(2.1)에 통합될 수 있다.
단계(S10)에서, 입력 장치(2.1)에 대한 액추에이터(3)의 현재 포즈 및, 실시예에서 텔레로봇(암)의 적어도 하나의 원위 또는 앤드 이펙터 측 힘 센서(6)를 이용해서 또는 모델 기반으로, 텔레로봇(암)의 관절 힘에 기초해서, 앤드 이펙터(5) 형태의 로봇 고정 기준에서의 외부 힘(fe)이 센서에 의해 결정된다. 추가로 액추에이터의 현재 위치(Xc,HD) 및 앤드 이펙터(5)의 현재 포즈(Xc,r)가 결정되고, 이 경우 (현재) 조정 속도((dX/dt)c,HD)는 실시예에서 현재 위치(Xc,HD)의 시간 미분에 의해 결정되거나 또는 반대로 현재 위치(Xc,HD)가 시간 적분에 의해 결정된다.
단계(S20)에서, 텔레로봇이 하나 이상의 미리 정해진 가상 경계에 위치하는지 또는 이러한 경계에 의해 제한된 허용 불가능한 범위에 위치하는지 여부가 결정된다.
그렇지 않은 경우에(S20: "N"), 단계(S30)에서 상기 방정식 (1), (2)에 따라 액추에이터(3)의 새로운 설정 힘(fd,HD) 및 텔레로봇의, 실시예에서 앤드 이펙터(5)의 새로운 설정 포즈(Xd,r)가 결정된다.
그렇지 않으면(S20: "Y"), 단계(S34)에서 상기 방정식 (2)-(13)에 따라 액추에이터(3)의 새로운 설정 힘(fd,HD) 및 텔레로봇의, 실시예에서 앤드 이펙터(5)의 새로운 설정 포즈(Xd,r)가 결정되며, 특히 즉, 텔레로봇의 이러한 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동 동안 텔레로봇의 이동의 명령이 억제되고[방정식 (8) 참조] 해당하는 복원력 성분(들)을 포함하는 설정 힘이 결정되므로[방정식 (5) 참조], 액추에이터(3)의 또는 액추에이터(3)에 있는 조작자가 가상 장애물과 텔레로봇의 접촉을 감지한다.
단계(S50)에서 각각의 설정 포즈와 설정 힘이 명령된다.
그런 다음 이 방법은 단계(S10)로 복귀하고, 이 경우 액추에이터(3)의 기존의 현재 위치가 액추에이터(3)의 새로운 이전 위치를 형성하고, 앤드 이펙터(5)의 기존의 현재 포즈는 앤드 이펙터(5)의 새로운 이전 포즈를 형성한다.
전술한 설명에서 예시적인 실시예가 상술되었지만, 많은 변형이 가능하다는 점이 참조되어야 한다. 또한, 예시적인 실시예는 보호 범위, 응용 분야 및 구조를 어떤 식으로든 제한하고자 하지 않는 단지 예시일 뿐이라는 점이 참조된다. 오히려 당업자에게 전술한 설명에 의해 적어도 하나의 예시적인 실시예의 실현을 위한 지침이 제공되며, 이 경우 특히 전술한 구성부의 기능 및 배치와 관련하여 다양한 변경이 청구범위 및 이러한 특징의 등가 조합으로부터 주어지는 보호 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다.
1 텔레로봇(암)
2.1 입력 장치 베이스
2.2 입력 장치 제어부
3 액추에이터
4 로봇 제어부
5 앤드 이펙터(로봇 고정 기준)
6 힘 센서

Claims (9)

  1. 이동 가능한 액추에이터(3)를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇(1)을 제어하기 위한 방법으로서, 특히 여러 번 반복되는 다음 단계들,
    - 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 텔레로봇의 설정 포즈를 명령하는 단계(S50); 및
    - 액추에이터의 설정 힘을 명령하는 단계를 포함하고,
    허용 가능한 범위와 허용 불가능한 범위 사이에서 텔레로봇을 위한 적어도 하나의 가상 경계가 미리 정해지고, 상기 경계부터 상기 설정 힘은 상기 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동을 저지하는 복원력 성분을 포함하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복원력 성분은 장애물과 상기 텔레로봇의 접촉을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복원력 성분은 가상 압축 스프링의, 특히 상기 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 상기 텔레로봇의 이동에 의해서만 및/또는 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 상기 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 액추에이터의 작동에 의해서만 인장되는 및/또는 상기 액추에이터의 현재 및/또는 이전 위치 및/또는 상기 텔레로봇의 현재 및/또는 이전 포즈 및/또는 가상 압축 스프링의 미리 정해진 스프링 강성 및/또는 상기 액추에이터의 조정과 상기 텔레로봇의 이동 사이의 미리 정해진 스케일링에 스프링력이 의존하는 가상 압축 스프링의 힘인 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경계부터 허용 불가능한 범위의 방향으로 상기 텔레로봇의 이동을 명령하는 것은 상기 텔레로봇의 이러한 이동을 명령하기 위한 상기 액추에이터의 작동 동안 억제되는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가상 경계는 상기 텔레로봇의 작업 공간 내의 가상 벽으로서 또는 상기 텔레로봇의 적어도 하나의 관절의 가상 스토퍼로서 미리 정해지는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정 힘은 상기 텔레로봇에서의 외부 힘에 의존하는, 상기 힘을 특히, 필요한 경우 스케일링되는 방식으로 재현하는, 힘 피드백 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정 힘은 상기 액추에이터의 조정 속도에 의존하는 감쇠 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  8. 이동 가능한 액추에이터(3)를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇(1)을 제어하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설정되고 및/또는
    - 허용 가능한 범위와 허용 불가능한 범위 사이에서 상기 텔레로봇을 위한 적어도 하나의 가상 경계를 사전 설정하기 위한 수단;
    - 상기 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 상기 텔레로봇의 설정 포즈를 명령하기 위한 수단; 및
    - 상기 액추에이터의 설정 힘을 명령하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 설정 힘은 상기 가상 경계부터 복원력 성분을 포함하며, 상기 복원력 성분은 경계로부터 멀어지게 허용 불가능한 범위의 방향으로 상기 텔레로봇의 이동을 명령하기 위한 상기 액추에이터의 작동을 저지하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 시스템.
  9. 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    특히 컴퓨터 판독 가능 및/또는 비휘발성 저장 매체에 저장된, 하나 이상의 컴퓨터 또는 제 8 항에 따른 시스템에 의해 실행 시 컴퓨터(들) 또는 시스템이 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품.
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