KR20240007969A

KR20240007969A - 모바일 매니퓰레이터 로봇 및 이를 이용한 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법

Info

Publication number: KR20240007969A
Application number: KR1020220083870A
Authority: KR
Inventors: 엄일용; 정영기; 김현국; 이주몽
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2024-01-18

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법에 있어서, 상기 AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하고, 상기 다관절 로봇을 통해 작업자와의 충돌 여부를 판단하고, 상기 작업자와의 충돌에 대응하여 안전 모드로 진입하고, 상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 것을 포함한다.

Description

모바일 매니퓰레이터 로봇 및 이를 이용한 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법{Mobile manipulator robot and safety control method of mobile manipulator robot using same}

본 명세서는 모바일 매니퓰레이터 로봇(Mobile Manipulator Robot)에 대한 것으로서, 구체적으로 AMR(Autonomous Mobile Robot: AMR)과 다관절 로봇(Manipulator Robot)을 이용한 안전 제어 방법에 대한 것이다.

최근 스마트팩토리 형태의 공장이 증가하면서 기존 공장이나 물류창고에서 사용하던 가이드(Guide)를 따라 이동하던 AGV(Automatic Guided Vehicle) 형태의 이동 로봇이 제안되어 사용되고 있다.

AGV는 스마트팩토리 내에 기 정해진 경로에 가이드를 따라 이동하는 것에 제한되기 때문에, 최근에는 가이드가 필요 없고 현장 상황에 유연하게 적용할 수 있는 AMR(Autonomous Mobile Robot) 형태의 이동 로봇에 대한 연구가 증가하고 있다.

또한, 조립 및 팔레타이징 등을 위해서 사용하던 고정형 다관절 로봇(Manipulator Robot)은 AMR(자율이동형로봇) 위에 탑재되어 이동하면서 다양한 형태의 작업이 시도되고 있는 추세이다.

따라서, AMR과 다관절 로봇을 결합한 형태인 모바일 매니퓰레이터를 운영함에 있어서 작업자의 안전을 제공할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

상술한 바와 같은 문제점 등을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 자율이동로봇(AMR)과 다관절 로봇의 통합 시스템인 모바일 매니퓰레이터의 작업을 위한 효율적인 안전 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예들 중 어느 하나에 의한 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법은, 상기 AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하고, 상기 다관절 로봇을 통해 작업자와의 충돌 여부를 판단하고, 상기 작업자와의 충돌에 대응하여 안전 모드로 진입하고, 상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하는 것은 라이다 센서에 의해서 감지된 거리가 기설정된영역 이내인지 판단하고, 기설정된영역 이내인 경우, 영상 센서를 이용하여 작업자를 구분하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 것은 상기 다관절 로봇과 작업자의 충돌에 대응하여 상기 다관절 로봇의 회피 방향을 계산하고, 상기 계산된 회피 방향에 대응하여 상기 다관절 로봇이 회피 동작하도록 제어하고, 상기 다관절 로봇의 회피 동작에 따라 상기 작업자와의 충돌 회피가 불가능한지 판단하고, 상기 충돌 회피가 불가능한 경우, 상기 AMR 및 다관절 로봇이 동시에 회피 동작하도록 제어하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 다관절 로봇과 작업자의 충돌에 대응하여 상기 다관절 로봇의 회피 방향을 계산하는 것은 상기 다관절 로봇과 상기 작업자의 충돌에 따른 충격의 반대 방향으로 벡터 좌표를 생성하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 다관절 로봇의 회피 동작에 따라 상기 작업자와의 충돌 회피가 불가능한지 판단하는 것은 생성된 벡터 좌표가 상기 다관절 로봇이 이동할 수 있는 한계 이상인지 판단하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 모바일 매니퓰레이터 로봇이 회피 동작 이후 충돌 이전으로 복귀하도록 제어하는 것을 더 포함한다.

실시예에 따라, 상기 모바일 매니퓰레이터 로봇이 회피 동작 이후 충돌 이전으로 복귀하도록 제어하는 것은 상기 충돌이 발생하는 순간의 상기 다관절 로봇 및 상기 AMR의 각각 위치 정보를 저장하고, 상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는지 판단하고, 상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는 경우, 저장된 위치로 상기 다관절 로봇, AMR 중 적어도 하나가 이동하도록 제어하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는지 판단하는 것은 상기 충돌에 따른 충격이 기설정된 값 이내인지 판단하고, 상기 충격이 기설정된 값 이내인 경우, 상기 충격이 기설정된 시간 이내로 인가되었는지 판단하고, 상기 충격이 기설정된 시간 이내인 경우 충돌 상황이 해제된 것으로 판단하는 것을 포함한다.

실시예에 따라, 상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는 경우, 저장된 위치로 상기 다관절 로봇, AMR 중 적어도 하나가 이동하도록 제어하는 것은 충돌 전 위치로 AMR이 이동하는 경우, 작업하기 전의 위치를 확인하고, 상기 다관절 로봇이 작업대의 특징점에 대응하여 위치의 확인하고, 칼리브레이션을 통해 상기 모바일 매니퓰레이터 로봇의 위치를 보정하는 것을 포함하는 것을 포함한다.

본 발명의 실시예들 중 어느 하나에 의하면, 작업자는 새로운 형태의 로봇인 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전을 확보하는 효과가 있다.

본 발명의 실시예들 중 어느 하나에 의하면, 모바일 매니퓰레이터 로봇은 작업자의 동선에 상관없이 작업을 멈추지 않기 때문에 작업 시간에 영향을 줄이는 효과가 있다.

본 발명의 실시예들 중 어느 하나에 의하면, 여러가지 문제로 작업자와 로봇이 충돌하더라도 작업자는 상해를 입지 않는 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 는 본 발명의 일 실시예에 따른 AMR과 다관절 로봇을 포함하는 모바일 매니퓰레이터 로봇을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 블록도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 충돌회피 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 회피 동작 이후 작업 복귀 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 모드에서 이동 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 방법을 설명하기 위한 플로우 차트를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1 는 본 발명의 일 실시예에 따른 AMR과 다관절 로봇을 포함하는 모바일 매니퓰레이터 로봇을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 AMR(Autonomous Mobile Robot)(100) 및 다관절 로봇(Manipulator Robot)(200)으로 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 AMR(100)은, AMR(100)에 접근하는 사물, 사람 등을 포함하는 오브젝트 대한 인식을 위한 라이다 센서(110) 및 카메라 센서(120)를 포함하고, AMR이 이동하기 위한 이동수단(320)을 포함할 수 있다.

라이다 센서(110)는 AMR(100)의 주변으로 레이저 신호를 송신하고 해당 객체에 반사되어 되돌아오는 신호를 수신함으로써, AMR(100)의 외부의 주변 객체를 검출할 수 있으며, 그 사양에 따라 미리 정의되어 있는 설정 거리, 설정 수직 화각(Vertical Field Of View) 및 설정 수평 화각 범위(Vertical Field Of View) 이내에 위치한 주변 객체를 검출할 수 있다. 라이다 센서(110)는 AMR(100)의 전면, 상부 및 후면에 각각 설치되는 전방 라이다 센서, 및 후방 라이다 센서를 포함할 수 있으나, 그 설치 위치 및 설치 수는 특정 실시예로 제한되지 않는다. 해당 객체에 반사되어 되돌아오는 레이저 신호의 유효성을 판단하기 위한 임계값은 로봇의 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있을 수 있으며, AMR(100)은 라이다 센서(110)를 통해 송신된 레이저 신호가 해당 객체에 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하는 방식을 통해 해당 객체의 위치(해당 객체까지의 거리를 포함한다), 속도 및 이동 방향을 판단할 수 있다.

카메라 센서(120)는 AMR(100)의 주변을 촬상하여 AMR(100) 외부의 주변 객체를 검출할 수 있으며, 그 사양에 따라 미리 정의되어 있는 설정 거리, 설정 수직 화각 및 설정 수평 화각 범위 이내에 위치한 주변 객체를 검출할 수 있다. 카메라 센서(120)는 AMR(100)의 전면, 좌측면, 우측면 및 후면에 각각 설치되는 전방 카메라 센서, 좌측 카메라 센서, 우측 카메라 센서 및 후방 카메라 센서를 포함할 수 있으나, 그 설치 위치 및 설치 수는 특정 실시예로 제한되지 않는다. AMR(100)은 카메라 센서(120)를 통해 촬상된 이미지에 대하여 미리 정의된 영상 처리 프로세싱을 적용함으로써 해당 객체의 위치(해당 객체까지의 거리를 포함한다), 속도 및 이동 방향 등을 판단할 수가 있다.

이동수단(130)는 AMR(100)의 하중을 지지하기 위한 수단으로써 바퀴, 캐스터, 고정 다리 등의 형태를 통칭하는 것을 가정한다. 다만, 설명의 편의를 위해 이하에서는 이러한 이동수단(130)이 '바퀴'인 경우를 중심으로 설명한다.

한편, 다관절 로봇(Manipulator Robot)(200)은 오브젝트와의 접촉을 판단하기 위한 힘(Force) 또는 토크(Torque) 센서, 다관절 로봇(200)의 움직임이나 부하 정도를 판단하기 위한 전류(Current) 센서, 다관절 로봇(200)의 끝단에는 FT(Force-Torque) 센서를 포함하는 접촉센서부(210)를 포함할 수 있다.

또한, 다관절 로봇(200)은 외부를 촬상하기 위한 영상 센서(220)가 다관절 로봇(200)의 소정 위치(예: 그리퍼)(230)에 장착되어 있을 수 있으며, 다관절 로봇(200)은 영상 센서(220)를 통해 획득된 이미지를 기반으로 작업자의 거동 및 상태를 모니터링할 수도 있다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 블록도를 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 AMR(100)과 다관절 로봇(200)으로부터 수신한 센서 정보를 이용하여 작업자가 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)의 안전을 위해서 충돌하는 순간을 감지하여 구분하고 동작하도록 제어하는 프로세서(300)를 포함할 수 있다.

프로세서(300)는 AMR(100)를 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(300)는 라이다 센서(100)에 의해서 감지된 거리가 기설정된영역 이내인지 판단할 수 있다. 프로세서(300)는 기설정된영역 이내인 경우, 영상 센서를 이용하여 작업자를 구분할 수 있다.

프로세서(300)는 다관절 로봇(200)을 통해 작업자와의 충돌 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 동작 중 작업자의 충돌을 센서(전류, 토크, 힘)의 정보로부터 판단할 수 있다.

프로세서(300)는 작업자와의 충돌에 대응하여 안전 모드로 진입할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 센서 정보에 기초하여 작업자의 충돌에 의해 인가된 토크 또는 힘이 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)의 동작에 필요한 토크 또는 힘의 범위를 넘어서는 경우 외부의 충돌로 판단하는 경우, 안전 모드로 진입할 수 있다.

프로세서(300)는 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어할 수 있다.

프로세서(300)는 다관절 로봇과 작업자의 충돌에 대응하여 상기 다관절 로봇의 회피 방향을 계산할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(300)는 다관절 로봇과 상기 작업자의 충돌에 따른 충격의 반대 방향으로 벡터 좌표를 생성할 수 있다.

프로세서(300)는 계산된 회피 방향에 대응하여 상기 다관절 로봇이 회피 동작하도록 제어할 수 있다.

프로세서(300)는 다관절 로봇의 회피 동작에 따라 상기 작업자와의 충돌 회피가 불가능한지 판단할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(300)는 생성된 벡터 좌표가 상기 다관절 로봇이 이동할 수 있는 한계 이상인지 판단할 수 있다.

프로세서(300)는 충돌 회피가 불가능한 경우, 상기 AMR 및 다관절 로봇이 동시에 회피 동작하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(300)는 모바일 매니퓰레이터 로봇이 회피 동작 이후 충돌 이전으로 복귀하도록 제어할 수 있다.

프로세서(300)는 충돌이 발생하는 순간의 상기 다관절 로봇 및 상기 AMR의 각각 위치 정보를 저장하고, 상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는지 판단하고, 상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는 경우, 저장된 위치로 상기 다관절 로봇, AMR 중 적어도 하나가 이동하도록 제어할 수 있다.

프로세서(300)는 상기 충돌에 따른 충격이 기설정된 값 이내인지 판단하고, 충격이 기설정된 값 이내인 경우, 상기 충격이 기설정된 시간 이내로 인가되었는지 판단하고, 충격이 기설정된 시간 이내인 경우 충돌 상황이 해제된 것으로 판단할 수 잇다.

프로세서(300)는 충돌 전 위치로 AMR이 이동하는 경우, 작업하기 전의 위치를 확인하고, 상기 다관절 로봇이 작업대의 특징점에 대응하여 위치의 확인하고, 칼리브레이션을 통해 상기 모바일 매니퓰레이터 로봇의 위치를 보정할 수 있다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전상황을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 라이더(LiDAR) 센서에 의해서 감지되는 장애물과의 상대 속도를 이용하여 움직이는 물체인지를 판단할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 라이다 센서(110)를 이용하여 AMR(100)의 속도와 다가오는 장애물의 상대속도를 이용하여 움직이는 장애물인지 고정된 장애물인지 판단할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 움직이는 장애물로 판단한 경우 영상 센서(220)를 이용하여 사람인지 다른 사물의 이동인지 판단할 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)에 감지된 장애물(2000)이 제1 속도(V₁)으로 접근하고, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)이 제2 속도(V₂)로 이동하는 경우이다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 제1 속도(V₁)와 제2 속도(V₂)의 합이 제2 속도(V₂) 미만인 경우, 장애물(2000)이 접근하는 것으로 판단할 수 있다.

한편, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 제1 속도(V₁)와 제2 속도(V₂)의 합이 제2 속도(V₂)와 같은 경우, 장애물이 정지된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 장애물의 제1 속도(V₁)를 0으로 판단할 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업자(2000)의 접근으로 판단한 경우 영상 센서(220)에 들어오는 상황을 판단하여 구분된 모드로 동작할 수 있다.

도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 라이다 센서(110)에 의해서 감지된 거리가 일정영역(d) 안에 들어오면 영상 센서를 이용하여 작업자 구분할 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 AMR(100)의 주변을 감시하여 회피가 필요한 사물인지, 보호가 필요한 작업자인지 판단할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 먼거리까지 장애물을 인식할 수 있는 라이다 센서(110)를 이용하여 로봇에 접근하는 물체를 탐색할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 AMR(100)의 일정영역까지 들어오면 영상 센서(120)를 이용하여 해당 물체가 사물인지 작업자인지 판단할 수 있다.

도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 사물인 경우 AMR(100)이 새로운 경로를 생성하여 회피 또는 정지할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업 영역에 작업자(2000)가 들어오면 다관절 로봇(200)의 경로를 수정할 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업자인 경우 어느 정도 접근하는지에 따라 작업 모드 변경할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업자(2000)와의 접촉이 일어났거나 일어날 수 있는 경우 안전 모드로 전환할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)의 AMR(100)이 정지되어 있고, 다관절 로봇(200)이 이동에 의해 작업자(2000)와 접촉이 발생하는 경우, 다관절 로봇(200)은 이동방향으로 작업자(2000)에게 충격을 주고 이동방향으로 더 이동할 수 있다.

이후, 다관절 로봇(200)이 이동방향으로 작업자(200)와 접촉이 발생하는 경우, 다관절 로봇(200)은 작업자(200)와 접촉한 반대 방향으로 이동하여 충격 저감을 수행할 수 있다.

도 5의 (B) 에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)의 다관절 로봇(200)과 AMR(100)이 같이 동작하고 있는 상황에서 다관절 로봇(200)이 작업자(2000)와 접촉이 발생하는 경우, 다관절 로봇(100)은 작업자(2000)에게 충격을 주고 정지할 수 있다.

이후, 다관절 로봇(200)이 작업자(2000)와 접촉이 발생하는 경우에 대응하여 다관절 로봇(200)은 접촉한 방향의의 반대 방향으로 이동하고, AMR(100) 또한 접촉 이전의 이동 방향의 반대 방향으로 이동하여 충격 저감을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 충돌회피 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6의 (A)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 동작 중 작업자(2000)와 충격을 감지할 수 있다.

이후, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충격에 따른 사람과 다관절 로봇(200)의 힘을 계산할 수 있다. 또한, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 사람(2000)과 다관절 로봇(200)이 충돌한 방향에 대응하여 반대 벡터 좌표를 생성할 수 있다.

그리고, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 생성된 반대 벡터 좌표에 기초하여 다관절 로봇(200)이 회피 동작하도록 제어할 수 있다.

이때, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 다관절 로봇(200)의 회피 동작에 대응하여 하드웨어의 한계에 도달하여 더 이상 충돌 회피가 불가능한 경우, 도 6의 (D)에 도시된 바와 같이 AMR(100)과 다관절 로봇(200)이 동시에 동작하도록 제어할 수 있다.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 회피 동작 이후 작업 복귀 상황을 설명하기 위한 도면이다.

도 7의 (A)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충격이 감지되면, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충격이 일정한 경계값보다 큰 경우 충돌이 발생하였다고 판단할 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충돌이 발생하는 순간 AMR(100) 및 다관절 로봇(200) 각각의 위치를 저장할 수 있다. 이때, AMR(100)에 대응하는 위치 정보는 global x, y, theta를 포함하고, 다관절 로봇(200)에 대응하는 위치 정보는 각축의 각도를 포함할 수 있다.

이후, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충돌회피 후 충돌 상황이 해제되었는지 판단할 수 있다.

이를 위해, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업자(2000)와의 충격이 지속적으로 인가되고 있는지 판단할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 힘이 지속적으로 인가되는 경우, 충돌 상황이 지속된것으로 판단할 수 있다.

또한, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충격이 일정한 경계값 보다 작으면서 정해진 시간치를 초과한 경우 충돌 상황이 해제되었다고 판단할 수 있다.

도 7의 (C)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충돌 회피 후 충돌 시 저장한 위치로 복귀하도록 이동할 수 있다.

따라서, 도 7의 (D)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)는 안전을 위해 제한된 이동 속도로 충돌 시 저장한 위치로 복귀할 수 있다.

도 8을 참조하면, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충돌 전 위치로 정확히 이동하기 위해서는 베이스가 되는 AMR(100)의 이동을 최소화하도록 동작할 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)이 충격에 의해 이동한 경우, 충돌이 발생한 초기 위치로 이동 후 작업하기 전의 위치를 확인한다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)의 위치 확인은 작업대(3000)의 특징점(3100)으로 이동하여 현재 위치의 정확도를 판단할 수 있다. 이때, 작업대의 위치는 고정된 위치일 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 복귀한 위치가 초기 위치에서 틀어진 경우 칼리브레이션을 통하여 틀어진 위치만큼 보정하여 작업을 계속할 수 있다

이를 위해, 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업대의 위치로 이동하고, 다관절 로봇(200)의 끝단에 위치한 이미지센서를 통해 작업대에 위치한 특징 위치를 비전으로 촬영할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 촬영된 비전에 기초하여 좌표 수정을 수행할 수 있다.

도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 칼리브레이션을 위해 작업 위치로 이동할 수 있다. 이후, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 특정 위치에 다관절 로봇(200)을 이동시켜 움직이는 정도를 측정할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 이동이 완료된 시점에서 x, y, z 위치로 조금씩 이동하며 다관절 로봇(200)의 이동이 없으며, 이동 방향의 반대 방향으로 힘이 발생하는 경우 특정 위치로 이동 완료한 것으로 판단할 수 있다.

이를 통해 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 칼리브레이션 좌표 옵셋을 수정할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 틀어짐이 없을 경우, 다관절 로봇(200)의 dx, dy는 0으로 판단할 수 있다. 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 틀어짐이 있을 경우, 다관절 로봇(200)의 dx, dy 발생에 대응하여 이전 값과 틀어진 정도를 반영할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 모드에서 이동 상황을 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 (A)를 참조하면, 다관절 로봇(200)이 제1 방향으로 이동 중 작업자(2000) 간의 접촉이 발생한 경우, 도 9의 (B)에 같이, 작업자가 힘을 주는 제2 방향으로 다관절 로봇(200)이 이동할 수 있다. 즉, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 다관절 로봇(200) 및 AMR(100)을 통합 제어하여 작업자(2000)와 접촉되는 힘의 반대방향으로 이동하도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 작업자(2000)에게 가해지는 충격을 최소화하는 장점이 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 방법을 설명하기 위한 플로우 차트를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 본 실시예에 따른 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 AMR(100)의 센서 정보를 통해 작업자(2000)가 근접하는 것을 판단하고(S1010), 다관절 로봇(200)으로부터 수신한 센서 정보를 통해 작업자(2000)와의 접촉을 판단하여(S1020), 안전 모드로 진입할 수 있다 (S1030). 이때, 안전 모드는 작업자(2000)가 움직이려는 방향을 예측하여 그 방향으로 모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)을 이동하기 위한 제어 모드 일 수 있다.

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 안전 모드에 진입하면, 다관절 로봇(200)의 회피 방향을 계산할 수 있다(S1040).

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 계산된 회피 방향에 기초하여 다관절 로봇(200)이 회피 동작하도록 제어할 수 있다(S1050).

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 다관절 로봇(200)의 하드웨어 한계에 도달하여 더 이상 충돌 회피가 불가능한지 판단할 수 있다(S1060).

모바일 매니퓰레이터 로봇(1000)은 충돌 회피가 불가능한 경우, 다관절 로봇(200)과 AMR(100)이 회피 동작하도록 제어할 수 있다(S1070).

본 발명의 또 다른 양태(aspect)로서, 앞서 설명한 제안 또는 발명의 동작이 "컴퓨터"(시스템 온 칩(system on chip; SoC) 또는 마이크로 프로세서 등을 포함하는 포괄적인 개념)에 의해 구현, 실시 또는 실행될 수 있는 코드 또는 상기 코드를 저장 또는 포함한 어플리케이션, 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 프로그램 제품(product) 등으로도 제공될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시예들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

1000: 모바일 매니퓰레이터 로봇
100: AMR
110: 라이다 센서
120: 카메라 센서
130: 이동수단
200: 다관절 로봇
210: 접촉센서부
220: 영상 센서
230: 그리퍼
300: 프로세서

Claims

AMR(Autonomous Mobile Robot)과 다관절 로봇(Manipulator Robot)을 포함하는 모바일 매니퓰레이터의 로봇 안전 제어 방법에 있어서,
상기 AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하고,
상기 다관절 로봇을 통해 작업자와의 충돌 여부를 판단하고,
상기 작업자와의 충돌에 대응하여 안전 모드로 진입하고,
상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하는 것은
라이다 센서에 의해서 감지된 거리가 기설정된영역 이내인지 판단하고,
기설정된영역 이내인 경우, 영상 센서를 이용하여 작업자를 구분하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 것은
상기 다관절 로봇과 작업자의 충돌에 대응하여 상기 다관절 로봇의 회피 방향을 계산하고,
상기 계산된 회피 방향에 대응하여 상기 다관절 로봇이 회피 동작하도록 제어하고,
상기 다관절 로봇의 회피 동작에 따라 상기 작업자와의 충돌 회피가 불가능한지 판단하고,
상기 충돌 회피가 불가능한 경우, 상기 AMR 및 다관절 로봇이 동시에 회피 동작하도록 제어하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 다관절 로봇과 작업자의 충돌에 대응하여 상기 다관절 로봇의 회피 방향을 계산하는 것은
상기 다관절 로봇과 상기 작업자의 충돌에 따른 충격의 반대 방향으로 벡터 좌표를 생성하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제4항에 있어서,
상기 다관절 로봇의 회피 동작에 따라 상기 작업자와의 충돌 회피가 불가능한지 판단하는 것은
생성된 벡터 좌표가 상기 다관절 로봇이 이동할 수 있는 한계 이상인지 판단하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 모바일 매니퓰레이터 로봇이 회피 동작 이후 충돌 이전으로 복귀하도록 제어하는 것을 더 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 모바일 매니퓰레이터 로봇이 회피 동작 이후 충돌 이전으로 복귀하도록 제어하는 것은
상기 충돌이 발생하는 순간의 상기 다관절 로봇 및 상기 AMR의 각각 위치 정보를 저장하고,
상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는지 판단하고,
상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는 경우, 저장된 위치로 상기 다관절 로봇, AMR 중 적어도 하나가 이동하도록 제어하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는지 판단하는 것은
상기 충돌에 따른 충격이 기설정된 값 이내인지 판단하고,
상기 충격이 기설정된 값 이내인 경우, 상기 충격이 기설정된 시간 이내로 인가되었는지 판단하고,
상기 충격이 기설정된 시간 이내인 경우 충돌 상황이 해제된 것으로 판단하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는 경우, 저장된 위치로 상기 다관절 로봇, AMR 중 적어도 하나가 이동하도록 제어하는 것은
충돌 전 위치로 AMR이 이동하는 경우, 작업하기 전의 위치를 확인하고,
상기 다관절 로봇이 작업대의 특징점에 대응하여 위치의 확인하고,
칼리브레이션을 통해 상기 모바일 매니퓰레이터 로봇의 위치를 보정하는 것을 포함하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇의 안전 제어 방법.
컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 있어서,
상기 저장 매체는 실행될 때 적어도 하나의 프로세서로 하여금 동작들을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 적어도 하나의 프로그램 코드를 저장하고,
상기 동작들은:
AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하고,
다관절 로봇을 통해 작업자와의 충돌 여부를 판단하고,
상기 작업자와의 충돌에 대응하여 안전 모드로 진입하고,
상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는 것을 포함하는
저장 매체.
AMR(Autonomous Mobile Robot)과 다관절 로봇(Manipulator Robot)을 포함하는 모바일 매니퓰레이터 로봇에 있어서,
라이다 센서 및 카메라 센서 및 이동 수단을 포함하는 AMR;
토크 센서, 전류 센서 및 이미지 센서를 포함하는 다관절 로봇; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는
상기 AMR을 통해 접근하는 작업자를 인식하여 작업자 접근 여부를 판단하고,
상기 다관절 로봇을 통해 작업자와의 충돌 여부를 판단하고,
상기 작업자와의 충돌에 대응하여 안전 모드로 진입하고,
상기 충돌에 따른 회피 방향을 분석하여 상기 AMR, 다관절 로봇 중 적어도 하나가 동작하도록 제어하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는
라이다 센서에 의해서 감지된 거리가 기설정된영역 이내인지 판단하고,
기설정된영역 이내인 경우, 영상 센서를 이용하여 작업자를 구분하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 다관절 로봇과 작업자의 충돌에 대응하여 상기 다관절 로봇의 회피 방향을 계산하고,
상기 계산된 회피 방향에 대응하여 상기 다관절 로봇이 회피 동작하도록 제어하고,
상기 다관절 로봇의 회피 동작에 따라 상기 작업자와의 충돌 회피가 불가능한지 판단하고,
상기 충돌 회피가 불가능한 경우, 상기 AMR 및 다관절 로봇이 동시에 회피 동작하도록 제어하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제13항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 다관절 로봇과 상기 작업자의 충돌에 따른 충격의 반대 방향으로 벡터 좌표를 생성하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제14항에 있어서,
상기 프로세서는
생성된 벡터 좌표가 상기 다관절 로봇이 이동할 수 있는 한계 이상인지 판단하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 모바일 매니퓰레이터 로봇이 회피 동작 이후 충돌 이전으로 복귀하도록 제어하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제16항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 충돌이 발생하는 순간의 상기 다관절 로봇 및 상기 AMR의 각각 위치 정보를 저장하고,
상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는지 판단하고,
상기 회피 동작에 의해 충돌 상황이 해제되는 경우, 저장된 위치로 상기 다관절 로봇, AMR 중 적어도 하나가 이동하도록 제어하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제17항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 충돌에 따른 충격이 기설정된 값 이내인지 판단하고,
상기 충격이 기설정된 값 이내인 경우, 상기 충격이 기설정된 시간 이내로 인가되었는지 판단하고,
상기 충격이 기설정된 시간 이내인 경우 충돌 상황이 해제된 것으로 판단하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.
제16항에 있어서,
상기 프로세서는
충돌 전 위치로 AMR이 이동하는 경우, 작업하기 전의 위치를 확인하고,
상기 다관절 로봇이 작업대의 특징점에 대응하여 위치의 확인하고,
칼리브레이션을 통해 상기 모바일 매니퓰레이터 로봇의 위치를 보정하는 것을 포함하는
모바일 매니퓰레이터 로봇.