KR20240004895A - 텔레로봇을 제어하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

텔레로봇을 제어하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20240004895A
KR20240004895A KR1020237041669A KR20237041669A KR20240004895A KR 20240004895 A KR20240004895 A KR 20240004895A KR 1020237041669 A KR1020237041669 A KR 1020237041669A KR 20237041669 A KR20237041669 A KR 20237041669A KR 20240004895 A KR20240004895 A KR 20240004895A
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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 로봇 고정 기준의 설정 포즈를 명령하는 단계(S50); 및 - 액추에이터의 설정 힘을 명령하는 단계(S50)를 포함하고,
접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되는 경우, 접촉 작동 모드가 수행되고, 상기 접촉이 더 이상 확인되지 않은 후에 및/또는 상기 접촉이 확인되기 전에, 비접촉 작동 모드가 수행되고, 상기 접촉 작동 모드에서 설정 힘은 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉을 시뮬레이션하는 가상 스프링의 접촉력 성분을 포함하며, 상기 접촉력 성분은 비접촉 작동 모드에서 생략된다.

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, 텔레로봇의 로봇 고정 기준, 예를 들어 그것의 그리고 이펙터 또는 TCP의 설정 포즈 변경은 작업자가 감지한 액추에이터의 수동 조정을 기반으로 명령되며 반대로 액추에이터의 설정 힘은 센서에 의해 검출된 로봇 고정 기준에서의 외부 힘을 기반으로 명령되어, 조작자는 액추에이터에 대한 직접적인 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 10 항 및 제 11 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:
- 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) 인체공학적인 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 액추에이터의 위치로서 감지된다.
본 발명의 의미에서 포즈는 실시예에서 1차원, 2차원 또는 3차원 위치 및/또는 1차원, 2차원 또는 3차원 방향을 포함한다. 액추에이터의 위치는 실시예에서, 특히 입력 장치의 베이스에 대한 액추에이터의 포즈이다. 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, 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되면, 접촉 작동 모드가 수행되고, 특히 접촉 작동 모드로 전환되고, 이러한 접촉이 더 이상 확인되지 않은 후에 및/또는 이러한 접촉이 확인되기 전에, 비접촉 작동 모드가 수행되고, 실시예에서 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 더 이상 확인되지 않으면, 비접촉 작동 모드로 전환된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 접촉 작동 모드에서 설정 힘은 가상 스프링의 접촉력 성분, 특히 가상 (압축) 스프링의 포지티브한 또는 압축 접촉력 성분을 포함하며, 상기 접촉력 성분은 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉을, 실시예에서 부동 장애물과 부동 로봇 고정 기준의 (부동 바디) 접촉을 시뮬레이션하고, 실시예에서 로봇 고정 기준에서의 접촉 방향과 반대 방향의 힘을 시뮬레이션하고, 이러한 접촉력 성분은 비접촉 작동 모드에서 생략된다.
이로써, 실시예에서 로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 외부 힘의 작동 수단으로 힘 피드백에 비해, 또는 로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 외부 힘에 대응하는 액추에이터의 설정 힘을 명령하는 것에 비해 접촉으로 인한 바람직하지 않은 충격 효과가 감소하고, 바람직하게는 방지될 수 있고, 즉 이러한 힘 피드백을 통해 로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 (높은) 외부 힘은 소정의 지연으로 액추에이터에 상응하는 (높은) 힘을 유발하고, 이는 소정의 지연으로 로봇 고정 기준의 상응하는 (리바운드) 이동을 유발한다. 추가로 또는 대안으로서, 실시예에서 본 발명에 의해 텔레로봇 및/또는 텔레로봇이 접촉하는 장애물의 손상이 힘 피드백에 비해 감소하고, 바람직하게는 방지될 수 있다. 즉, 이러한 힘 피드백을 통해 예를 들어 유연한 앤드 이펙터 또는 부드러운 장애물은, 조작자가 액추에이터에서 상응하는 높은 힘을 감지하고 또는 이에 반응하기 전에 구부러질 수 있다. 장애물은 실시예에서 또한 공작물 등과 같이 의도적으로 또는 고의로 접촉된 주변 요소일 수 있다.
실시예에서 가상 스프링의 (가상) 강성은 액추에이터 상의 로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 외부 힘의 크기에 의존하고, 실시예에서 접촉 방향으로 또는 접촉 방향을 따라 센서에 의해 감지된 외부 힘의 크기에 의존하고, 실시예에서 강성은 외부 힘이 증가함에 따라, 특히 접촉 방향으로 또는 접촉 방향을 따라 외부 힘이 증가함에 따라 증가하는 방식으로 의존한다. 접촉 방향을 따른 힘(의 크기)은 실시예에서 접촉 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 야기하는 것을 시도하고 또는 그러한 이동 방향에 대응하는 힘의 성분(의 크기)이다. 이로써 실시예에서, (더) 바람직한, 특히 (더) 신뢰적인, (더) 인체공학적인 및/또는 (더) 직관적인 조작이 실현될 수 있어서 실시예에서 원격 조작이 간단해지고 및/또는 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
실시예에서, 접촉 작동 모드에서 접촉 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 비접촉 작동 모드에서 동일한 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것에 비해 감소하고, 개선예에서 억제되고, 실시예에서 로봇 고정 기준의 대응하는 이동을 유발하기 위한 액추에이터의 위치 또는 이동에도 불구하고 또는 상기 위치 또는 이동 시에도 억제된다.
이로써 실시예에서, 텔레로봇 및/또는 텔레로봇과 접촉하는 장애물의 손상이 (더) 감소할 수 있으며, 바람직하게는 방지될 수 있다.
실시예에서 접촉 작동 모드와 비접촉 작동 모드에서 접촉 방향에 대해 수직인 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 동일하다. 추가로 또는 대안으로서, 실시예에서 접촉 작동 모드와 비접촉 작동 모드에서 접촉 방향과 반대되는 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 동일하다.
이로써 실시예에서 텔레로봇의 취급이 개선될 수 있고, 특히 입력 장치 또는 액추에이터의 조작자가 접촉 시 바람직하게 반응할 수 있으며, 특히 접촉하는 텔레로봇을 바람직하게 제어할 수 있다.
실시예에서 가상 스프링은 접촉 방향을 향해 및/또는 이에 대해 수직인 방향으로 로봇 고정 기준에서의 힘에 대응하는 접촉력 성분을 유발하지 않고 또는 가상 스프링은 접촉 방향에 반대되는 방향으로 로봇 고정 기준에서의 힘에 대응하는 압축 접촉력 성분만을 유발한다.
이로써 실시예에서 조작이 개선될 수 있으며, 특히 (더) 신뢰적으로 및/또는 (더) 직관적으로 수행될 수 있다.
실시예에서 로봇 고정 기준의 외부 힘이, 특히 크기에 있어서, 미리 정해진, 실시예에서 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한 한계값을 초과하는 경우, 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되고, 외부 힘이 한계값을 초과하지 않으면, 액추에이터의 작동에 따른 로봇 고정 기준의 소정의 설정 이동 방향은 이러한 외부 힘과 반대 (방향)의 (포지티브) 성분을 포함하고 또는 액추에이터의 작동이 이러한 외부 힘에 반대되는 방향으로(도) 로봇 고정 기준의 이동을 유발한다. 액추에이터의 작동에 따른 로봇 고정 기준의 소정의 설정 이동 방향은 실시예에서, 경우에 따라 표준화될 수 있는, 액추에이터의 작동에 따른 로봇 고정 기준의 소정의 설정 포즈와 로봇 고정 기준의 현재 포즈 사이의 차이에 해당하는 부분을 포함하며, 특히 이러한 부분으로 이루어질 수 있다. 액추에이터의 작동에 따른 로봇 고정 기준의 소정의 설정 포즈는 실시예에서 액추에이터의 스케일링된 조정 또는 액추에이터의 현재 및 이전 또는 기존 위치 또는 포즈 사이의 차이를 포함해서 로봇 고정 기준의 이전 또는 기존 포즈에 해당하는 부분을 포함하고, 특히 이러한 부분으로 이루어질 수 있다.
이로써 실시예에서 외부 힘의 결정 시 간섭, 특히 노이즈, 측정 부정확성 등의 영향이 감소할 수 있다. 따라서 실시예에서 한계값은 외부 힘의 검출 정확도에 기초하여 미리 정해진다.
추가로 또는 대안으로서, 이로 인해 실시예에서 접촉 작동 모드로의 원치 않는 전환이 방지되고 또는 적절한 상황 또는 구성에서만 접촉 작동 모드로 전환될 수 있다.
실시예에서 접촉 방향은 로봇 고정 기준에서의 외부 힘에 기초하여 결정되고, 개선예에서 접촉 방향은 이러한 힘의 방향과 반대되는 방식으로 결정된다. 로봇 고정 기준에서의 외부 힘은 실시예에서 로봇 고정 기준에 작용하며 작용 = 반작용에 따라 로봇 고정 기준이 주변에 가하는 힘과 반대이며 크기는 동일한 외부 힘이다.
이로써 실시예에서 접촉 방향은 바람직하게, 특히 정밀하게, 신뢰적으로 및/또는 추가 센서 없이 결정될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 이로 인해 실시예에서 특히 바람직한 접촉력 성분(방향)이 실현될 수 있고 이로써 조작자에 의한 텔레로봇의 조작, 특히 그 정밀성 및/또는 안전성이 개선될 수 있다.
로봇 고정 기준에서의 외부 힘은 실시예에서 텔레로봇의 적어도 하나의 원위 또는 앤드 이펙터 측 힘 센서를 이용해서 및/또는, 바람직하게는 모델 기반으로, 텔레로봇의 관절 힘에 기초해서 결정된다.
실시예에서 가상 스프링의 접촉력 성분은 액추에이터의 현재 위치 또는 포즈에 의존하며, 특히 액추에이터의 현재 위치 또는 포즈에 기초하여 결정된다.
추가로 또는 대안으로서, 가상 스프링의 접촉력 성분은 실시예에서 (또한) 조정 수단의 이전 또는 초기 위치 또는 이전 또는 초기 포즈에 의존하고, 특히 조정 수단의 이전 또는 초기 위치 또는 이전 또는 초기 포즈에 기초하여 결정된다.
추가로 또는 대안으로서, 가상 스프링의 접촉력 성분은 실시예에서 (또한) 로봇 고정 기준의 현재 포즈에 의존하며, 특히 로봇 고정 기준의 현재 포즈에 기초하여 결정된다.
추가로 또는 대안으로서, 가상 스프링의 접촉력 성분은 실시예에서 (또한) 로봇 고정 기준의 이전 또는 초기 포즈에 의존하며, 특히 로봇 고정 기준의 이전 또는 초기 포즈에 기초하여 결정된다.
추가로 또는 대안으로서, 가상 스프링의 접촉력 성분은 실시예에서 (또한) 미리 정해진, 실시예에서 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한 가상 스프링의 스프링 강성에 의존하며, 특히 미리 정해진, 실시예에서 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한, 가상 스프링의 스프링 강성에 기초하여 결정된다.
추가로 또는 대안으로서, 가상 스프링의 접촉력 성분은 실시예에서 (또한) 액추에이터의 조정과 로봇 고정 기준의 이동 사이의 스케일링에 의존하며, 특히 미리 정해진, 실시예에서 입력 장치의 조작자에 의해 설정 가능한, 액추에이터의 조정과 로봇 고정 기준의 이동 사이의 스케일링에 기초하여 결정된다.
그 결과 실시예에서 가상 스프링 또는 접촉력 성분 또는 시뮬레이션된 접촉의 특히 바람직한 스프링 특성이 실현될 수 있으므로 실시예에서 원격 조작이 간단해지고 및/또는 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
실시예에서, 접촉 작동 모드 및/또는 비접촉 작동 모드에서 설정 힘은, 실시예에서 접촉 작동 모드와 비접촉 작동 모드에서 동일한 방식으로 액추에이터의 조정 속도에 의존하는, 실시예에서 상기 설정 힘에 반대 방향으로 향하는 감쇠 성분을 포함한다.
이로써 실시예에서 액추에이터의 취급이 개선될 수 있으므로 실시예에서 원격 조작의 정밀도가 개선될 수 있다.
실시예에서, 접촉 작동 모드 및/또는 비접촉 작동 모드에서, 실시예에서 로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 외부 힘은 액추에이터 상으로 또는 액추에이터에 전달되지 않는다.
다른 곳에서 설명한 바와 같이, 로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 외부 힘에 기반한 직접적인 힘 피드백은 특히 장애물의 접촉 시 리바운드 및/또는 손상을 초래할 수 있다. 따라서, 실시예에서 그러한 힘 피드백은 감쇠 성분 및 필요한 경우 가상 스프링의 접촉력 성분으로 대체된다.
로봇 고정 기준에서 센서에 의해 결정된 외부 힘은 실시예에서 텔레로봇의 적어도 하나의 원위 또는 앤드 이펙터 측 힘 센서를 이용해서 결정되는 힘 및/또는 바람직하게 모델 기반으로, 텔레로봇의 관절 힘에 기초하여 결정되는 힘을 포함할 수 있다.
실시예에서 액추에이터의 설정 힘 fd,HD가 결정되며, 상기 힘은 비접촉 상태, 특히 비접촉 작동 모드에서, 액추에이터의 (현재) 조정 속도 (dX/dt)c,HD에 의존하는 감쇠 성분을 포함한다:
상기 식에서 D는 감쇠 계수이다.
실시예에서 로봇 고정 기준에서의 외부 힘 fe가 결정된다. 접촉 방향 uf는 실시예에서 하기식에 따라 결정된다:
실시예에서 직교 좌표 공간의 좌표계 0 와 접촉 방향과 정렬되고 실시예에서 이와 정렬된 z축을 갖는 좌표계 F를 포함하는 회전 행렬 0RF는 서로 변환되어 결정되고, 이러한 변환 또는 회전 행렬의 회전축 U과 회전 각도 θ는 실시예에서 다음으로부터 결정되고,
상기 식에서 회전 행렬 0RF는 좌표계 F로부터 좌표계 0으로 변환되고, 그에 따라 좌표계 0으로부터 좌표계 L로 전치(0RF)T가 변환된다. 물론 z축 대신 다른 축이 사용될 수도 있으며 이는 해당 방정식에서 고려될 수 있다.
실시예에서 비접촉 작동 모드에 대한 로봇 고정 기준의 설정 포즈 Xd,r은 하기식에 따라 결정되고,
상기 식에서 Xc,HD는 액추에이터의 현재 위치 또는 포즈이고, Xini,HD는 액추에이터의 이전 위치 또는 포즈이고, Xini,r은 로봇 고정 기준의 이전 포즈이고, s는 액추에이터의 조정과 로봇 고정 기준의 이동 사이의 미리 정해진 스케일링이다.
로봇 고정 기준의 설정 이동 방향 ux는 실시예에서 Xc,r은 로봇 고정 기준의 현재 포즈인 하기식에 따라 결정되고,
접촉 방향과 정렬된 좌표계 F로 변환된다:
실시예에서, 로봇 고정 기준에서의 외부 힘의 크기가 미리 정해진 한계값 G를 초과하고 로봇 고정 기준의 설정 이동 방향이 상기 외부 힘의 방향과 반대되는 (포지티브한) 성분을 포함하는 경우, 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인된다:
이 경우 인덱스 *[3]은 해당 벡터의 z성분을 나타낸다.
접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되는 경우 또는 이 확인되는 경우, 실시예에서 한편으로 접촉 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것이 억제된다:
와
즉, 특히 (4)에 따라 결정된 설정 포즈 Xd,r과 로봇 고정 기준의 현재 포즈가 먼저 접촉 방향과 정렬된 좌표계 F로 변환되고 [방정식 (8.1), (8.2)], 변환된 설정 포즈 FXd,r에서 그 z성분은, z성분에 변환된 현재 포즈의 z성분을 할당하고 또는 덮어씀으로써, 현재 포즈에 고정되며 [방정식 (8.3)], 이러한 수정된 변환된 설정 포즈 Xd,r,cont는 다시 변환되고 [방정식(8.3)], 방정식 (4)에 따른 비접촉 작동 모드 설정 포즈 대신에 텔레로봇의 제어부 또는 드라이브에 명령된다.
추가로 또는 대안으로서, 실시예에서, 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되고 또는 이 확인되면, (1)에 따라 결정된 액추에이터의 설정 힘 fd,HD에 하기식에 따른 가상 스프링의 접촉력 성분이 추가되어,
와
상기 식에서 K는 가상 스프링의 미리 정해진 스프링 강성이고, Xd,HD 는 액추에이터의 설정 포즈 Xd,HD이고,
다음이 계산된다:
즉, 접촉 방향과 반대 방향의 포지티브한 또는 압축 접촉력 성분만을 포함하는 [방정식 (9.1) - (9.3), (10)] 가상 스프링 힘이 먼저 결정되고, 이는 다시 변환되고 [방정식 (9.4)], 방정식 (1)에 따른 비접촉 작동 모드 설정 힘 fd,HD가 추가되고 [방정식 (11)], 방정식 (11)에 따른 이러한 접촉 작동 모드 설정 힘 fd,HD, cont가 입력 장치의 제어부 또는 드라이브에 명령된다. 다른 곳에서 언급했듯이, 실시예에서 K = K(fe)이다.
가상 스프링(들)의 접촉력 성분에 대해 실시예에서 일반적으로 다음이 적용된다[특히 방정식 (9.1), (9.3) 참조]:
본 발명의 실시예에 따르면 시스템은, 특히 하드웨어 기술적으로 및/또는 소프트웨어 기술적으로, 특히 프로그램 기술적으로, 본원에 설명된 방법을 수행하도록 설정되고 및/또는 다음을 포함한다:
- 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 텔레로봇의 로봇 고정 기준의 설정 포즈를 명령하기 위한 수단;
- 액추에이터의 설정 힘을 명령하기 위한 수단; 및
- 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되면, 접촉 작동 모드를 수행하고, 이 접촉이 더 이상 확인되지 않고 및/또는 이 접촉이 확인되기 전에는 비접촉 작동 모드를 수행하기 위한 수단,
상기 접촉 작동 모드에서 설정 힘은 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉을 시뮬레이션하는 가상 스프링의 접촉력 성분을 포함하고, 상기 접촉력 성분은 비접촉 작동 모드에서 생략된다.
실시예에서 시스템 또는 그 수단은 다음을 포함한다:
접촉 작동 모드에서 접촉 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것이 비접촉 작동 모드에서 동일한 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것에 비해 감소시키기 위한, 특히 억제하기 위한 수단; 및/또는
로봇 고정 기준에서의 외부 힘이 미리 정해진 한계값을 초과하고 액추에이터의 작동에 따른 로봇 고정 기준의 소정의 설정 이동 방향이 이 외부 힘의 방향과 반대되는 성분을 포함하는 경우, 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준의 접촉을 확인하기 위한 수단; 및/또는
로봇 고정 기준에서의 외부 힘에 기초하여, 특히 접촉 방향이 이 힘의 방향과 반대되도록 접촉 방향을 결정하기 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 기준의 외부 힘(fe)이 센서에 의해 결정된다. 추가로 액추에이터의 현재 위치 또는 포즈(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 또는 포즈(Xc,HD)의 시간 미분에 의해 결정되거나 또는 반대로 현재 위치 또는 포즈(Xc,HD)가 시간 적분에 의해 결정된다.
단계(S20)에서, 상기 방정식 (1), (4)에 따라 액추에이터(3)의 비접촉 작동 모드 설정 힘(fd,HD)과 로봇 고정 기준(5)의 비접촉 작동 모드 설정 포즈(Xd,r)가 결정된다.
추가로 상기 방정식 (2), (3.1), (3.2), (5), (6)에 따라 접촉 방향(uf), 회전축(U)과 회전 각도(θ)를 포함한 회전 행렬(0RF) 및 접촉 방향과 반대 방향의 설정 이동 방향의 성분이 결정된다.
단계(S30)에서는 접촉 방향의 장애물과 로봇 고정 기준(5)의 접촉이 있는지 여부가 상기 방정식 (7)에 따라 확인된다.
그러한 경우라면(S30: "Y"), 접촉 작동 모드로 전환되고, 상기 방정식 (8.1)-(8.4)에 따라 접촉 방향으로 로봇 고정 기준의 이동 명령이 억제되고, 상기 방정식 (9)-(12)에 따라 액추에이터의 비접촉 작동 모드 설정 힘(fd,HD)에 장애물과 로봇 고정 기준(5)의 접촉을 시뮬레이션하는 가상 스프링의 접촉력 성분이 추가되고(단계 S40), 이어서 단계 S50에서 로봇 고정 기준(5)의 해당 접촉 작동 모드 설정 포즈와 액추에이터(3)의 접촉 작동 모드 설정 힘이 명령된다.
그렇지 않으면(S30: "N"), 즉 경우에 따라 다시 전환되는(S30: "N") 비접촉 작동 모드에서, 단계 S20에서 결정된 로봇 고정 기준(5)의 비접촉 작동 모드 설정 포즈와 액추에이터(3)의 비접촉 작동 모드 설정 힘이 명령되어(단계 S50), 가상 스프링의 접촉력 성분과 접촉 방향으로 이동 억제가 생략된다.
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.
접촉 작동 모드와 비접촉 작동 모드에서 접촉 방향에 대해 수직인 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 동일하고, 접촉 작동 모드와 비접촉 작동 모드에서 접촉 방향에 반대되는 방향으로 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 동일한 것을 알 수 있다.
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 (11)

  1. 이동 가능한 액추에이터(3)를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇(1)을 제어하기 위한 방법으로서, 특히 여러 번 반복되는 다음 단계들,
    - 상기 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 상기 텔레로봇의 로봇 고정 기준의 설정 포즈를 명령하는 단계(S50); 및
    - 상기 액추에이터의 설정 힘을 명령하는 단계(S50)를 포함하고,
    접촉 방향의 장애물과 상기 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되는 경우, 접촉 작동 모드가 수행되고, 상기 접촉이 더 이상 확인되지 않은 후에 및/또는 상기 접촉이 확인되기 전에, 비접촉 작동 모드가 수행되고,
    상기 접촉 작동 모드에서 상기 설정 힘은 장애물과 상기 로봇 고정 기준의 접촉을 시뮬레이션하는 가상 스프링의 접촉력 성분을 포함하며, 상기 접촉력 성분은 상기 비접촉 작동 모드에서 생략되는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 작동 모드에서 접촉 방향으로 상기 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 상기 비접촉 작동 모드에서 동일한 방향으로 상기 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것에 비해 감소하는 것, 특히 억제되는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접촉 작동 모드와 상기 비접촉 작동 모드에서 접촉 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것은 동일하고 및/또는 상기 접촉 작동 모드와 상기 비접촉 작동 모드에서 접촉 방향에 반대되는 방향으로 상기 로봇 고정 기준의 이동을 명령하는 것이 동일한 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇 고정 기준에서의 외부 힘이 미리 정해진 한계값을 초과하고 상기 액추에이터의 작동에 따른 상기 로봇 고정 기준의 소정의 설정 이동 방향이 상기 외부 힘의 방향과 반대되는 성분을 포함하는 경우, 접촉 방향의 장애물과 상기 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    접촉 방향은 상기 로봇 고정 기준에서의 외부 힘에 기초해서 결정되며, 특히 상기 힘의 방향과 반대인 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가상 스프링의 접촉력 성분은 상기 액추에이터의 현재 및/또는 이전 위치 및/또는 상기 로봇 고정 기준의 현재 및/또는 이전 포즈 및/또는 가상 스프링의 미리 정해진 스프링 강성 및/또는 상기 액추에이터의 조정과 상기 로봇 고정 기준의 이동 사이의 미리 정해진 스케일링에 의존하는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 접촉 작동 모드에서 상기 설정 힘은 상기 액추에이터의 조정 속도에 의존하는 감쇠 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비접촉 작동 모드에서 상기 설정 힘은, 특히 상기 접촉 작동 모드와 동일한 방식으로 상기 액추에이터의 조정 속도에 의존하는 감쇠 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 작동 모드 및/또는 상기 비접촉 작동 모드에서 상기 로봇 고정 기준에서의 외부 힘은 상기 액추에이터로 전달되지 않는 것을 특징으로 하는, 텔레로봇을 제어하기 위한 방법.
  10. 이동 가능한 액추에이터(3)를 포함하는 입력 장치를 이용해서 텔레로봇(1)을 제어하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설정되고 및/또는
    - 상기 액추에이터의 감지된 위치에 기초해서 텔레로봇의 로봇 고정 기준의 설정 포즈를 명령하기 위한 수단;
    - 상기 액추에이터의 설정 힘을 명령하기 위한 수단; 및
    - 접촉 방향의 장애물과 상기 로봇 고정 기준의 접촉이 확인되면, 접촉 작동 모드를 수행하고, 상기 접촉이 더 이상 확인되지 않고 및/또는 상기 접촉이 확인되기 전에는 비접촉 작동 모드를 수행하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 접촉 작동 모드에서 상기 설정 힘은 장애물과 상기 로봇 고정 기준의 접촉을 시뮬레이션하는 가상 스프링의 접촉력 성분을 포함하고, 상기 접촉력 성분은 상기 비접촉 작동 모드에서 생략되는, 텔레로봇을 제어하기 위한 시스템.
  11. 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    특히 컴퓨터 판독 가능 및/또는 비휘발성 저장 매체에 저장된, 하나 이상의 컴퓨터 또는 제 10 항에 따른 시스템에 의해 실행 시 컴퓨터(들) 또는 시스템이 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품.
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