KR20240030730A - Apparatus and method for controlling a robot manipulator using a gimbal mechanism - Google Patents
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Abstract
제어 장치가 제공된다. 상기 제어 장치는 로봇 암(arm)에서 제1 관절을 갖는 제1 암에 짐벌이 설치되고, 상기 짐벌에 설치된 카메라의 촬영 대상인 타겟이 마련될 때, 상기 제1 관절과 상기 짐벌 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득하는 획득부; 상기 제1 관계를 이용하여, 상기 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 상기 로봇 암의 기준 좌표계로 변환하는 처리부; 상기 기준 좌표계로 변환된 상기 타겟 좌표를 이용하여 상기 짐벌을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 로봇 암의 동작에 상관없이 상기 카메라가 상기 타겟 좌표를 향하도록 상기 짐벌을 제어할 수 있다.A control device is provided. The control device corresponds to the positional relationship between the first joint and the gimbal when a gimbal is installed on a first arm having a first joint in a robot arm and a target for shooting a camera installed on the gimbal is provided. an acquisition unit that acquires a second relationship; a processing unit that converts target coordinates corresponding to the position of the target into a reference coordinate system of the robot arm using the first relationship; and a control unit that controls the gimbal using the target coordinates converted to the reference coordinate system, wherein the control unit controls the gimbal so that the camera faces the target coordinates regardless of the operation of the robot arm. .
Description
본 발명은 짐벌이 설치된 로봇 매니퓰레이터를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a robot manipulator equipped with a gimbal.
로봇 시스템에서는 대부분 로봇 매니퓰레이터의 말단 효과 장치 부근에 로봇의 작업을 위한 카메라 등의 촬영 수단이 설치된다.In most robot systems, an imaging means such as a camera for the robot's work is installed near the terminal effect device of the robot manipulator.
이 경우, 로봇의 말단 효과 장치의 설치 위치에 따라 사용자나 로봇에게 전달되는 비전, 즉 시각 정보의 범위가 제한될 수 있다. 이로 인해, 로봇의 작업 범위가 제한되거나 사용자의 시야 확보에 어려움이 발생될 수 있다.In this case, the range of vision, or visual information, delivered to the user or robot may be limited depending on the installation location of the robot's end effect device. As a result, the robot's work range may be limited or it may be difficult to secure the user's field of vision.
한국등록특허공보 제2162756호에는 바닥에 부착된 코드마크와 센터포지션에 관한 위치 정보를 획득하는 스캔 카메라가 개시되고 있다.Korean Patent Publication No. 2162756 discloses a scan camera that acquires location information about the code mark attached to the floor and the center position.
본 발명은 로봇 암에 설치된 짐벌을 이용하여 로봇 암의 동작에 상관없이 사용자가 설정한 타겟을 지속적으로 촬영하도록 짐벌 또는 로봇을 제어하는 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a control device and method for controlling a gimbal or a robot using a gimbal installed on a robot arm to continuously photograph a target set by a user regardless of the operation of the robot arm.
본 발명의 제어 장치는 로봇 암(arm)에서 제1 관절을 갖는 제1 암에 짐벌이 설치되고, 상기 짐벌에 설치된 카메라의 촬영 대상인 타겟이 마련될 때, 상기 제1 관절과 상기 짐벌 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득하는 획득부; 상기 제2 관계를 이용하여, 상기 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 상기 로봇 암의 기준 좌표계로 변환하는 처리부; 상기 기준 좌표계로 변환된 상기 타겟 좌표를 이용하여 상기 짐벌을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 로봇 암의 동작에 상관없이 상기 카메라가 상기 타겟 좌표를 향하도록 상기 짐벌을 제어할 수 있다.The control device of the present invention provides a positional relationship between the first joint and the gimbal when a gimbal is installed on a first arm having a first joint in a robot arm and a target for shooting a camera installed on the gimbal is provided. an acquisition unit that acquires a second relationship corresponding to; a processing unit that converts target coordinates corresponding to the position of the target into a reference coordinate system of the robot arm using the second relationship; and a control unit that controls the gimbal using the target coordinates converted to the reference coordinate system, wherein the control unit controls the gimbal so that the camera faces the target coordinates regardless of the operation of the robot arm. .
본 발명의 제어 방법은 획득 단계; 처리 단계; 제어 단계;를 포함할 수 있다.The control method of the present invention includes an acquisition step; processing steps; A control step may be included.
상기 획득 단계는, 상기 로봇 암과 상기 제1 관절 간의 위치 관계에 해당하는 제1 관계를 획득하며, 상기 제1 관절과 상기 짐벌 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득하고, 상기 짐벌과 상기 카메라 간의 위치 관계에 해당하는 제3 관계를 획득하며, 상기 카메라와 상기 타겟 간의 위치 관계에 해당하는 제4 관계를 획득할 수 있다.In the acquisition step, a first relationship corresponding to a positional relationship between the robot arm and the first joint is acquired, a second relationship corresponding to a positional relationship between the first joint and the gimbal is obtained, and the gimbal and the gimbal are obtained. A third relationship corresponding to the positional relationship between cameras can be obtained, and a fourth relationship corresponding to the positional relationship between the camera and the target can be obtained.
상기 처리 단계는, 상기 제1 관계, 상기 제2 관계, 상기 제3 관계, 상기 제4 관계를 이용하여, 상기 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 상기 로봇 암의 기준 좌표계로 변환할 수 있다.In the processing step, the target coordinates corresponding to the position of the target may be converted into a reference coordinate system of the robot arm using the first relationship, the second relationship, the third relationship, and the fourth relationship.
상기 제어 단계는, 상기 기준 좌표계로 변환된 상기 타겟 좌표를 이용하여, 상기 로봇 암의 동작에 상관없이 상기 카메라가 상기 타겟 좌표를 향하도록 상기 짐벌을 제어할 수 있다.In the control step, the gimbal may be controlled so that the camera faces the target coordinates regardless of the operation of the robot arm, using the target coordinates converted to the reference coordinate system.
본 발명에 따르면, 짐벌 기구를 포함하는 로봇 매니퓰레이터 시스템이 제공될 수 있다.According to the present invention, a robot manipulator system including a gimbal mechanism can be provided.
매니퓰레이터의 말단에는 로봇의 동작을 위한 센서로 기능하는 촬영 수단이 설치될 수 있다. 본 발명의 짐벌은 해당 촬영 수단과 별개로 마련되는 카메라를 지지하기 위한 것이다.An imaging means that functions as a sensor for the operation of the robot may be installed at the end of the manipulator. The gimbal of the present invention is intended to support a camera that is provided separately from the corresponding photographing means.
로봇 암의 말단, 매니퓰레이터의 말단에 배치된 촬영 수단이 촬영하는 영상은 로봇의 동작에 필요한 정보를 획득하기 위한 것으로, 로봇 기준의 영상을 촬영할 수 있다. 하지만, 해당 영상은 로봇을 관리하는 사용자의 입장에서는 인식이 곤란한 경우가 존재한다. 이는 사용자가 로봇에 각종 작업을 지시하거나 정밀한 작업을 모니터링하는 관점에서 큰 문제가 될 수 있다The image captured by the imaging means disposed at the end of the robot arm or the end of the manipulator is for obtaining information necessary for the operation of the robot, and can capture images based on the robot. However, there are cases where the video is difficult to recognize from the perspective of the user managing the robot. This can be a major problem from the perspective of users instructing robots to perform various tasks or monitoring precise tasks.
본 발명의 제어 장치는 로봇 암의 말단에 센서로 기능하는 촬영 수단과 별도의 짐벌이 마련될 수 있다. 해당 짐벌은 카메라와 함께 로봇 암을 형성하는 관절 중 어느 하나에 착탈 가능하게 형성될 수 있다.The control device of the present invention may be provided with a separate gimbal and an imaging means that functions as a sensor at the end of the robot arm. The gimbal may be detachably formed on any one of the joints that form the robot arm together with the camera.
본 발명의 제어 장치는 하드웨어적인 짐벌을 제공하는 동시에, 해당 짐벌을 제어하는 수단을 함께 제공할 수 있다.The control device of the present invention can provide a hardware gimbal and at the same time a means to control the gimbal.
제어 장치는 사용자가 설정한 특정 위치를 지속적으로 바라보면서 작업을 수행할 수 있도록, 로봇 암의 움직임에 상관없이 사용자에 의해 설정된 특정 위치를 지속적으로 촬영하도록 짐벌을 제어할 수 있다.The control device can control the gimbal to continuously photograph a specific location set by the user regardless of the movement of the robot arm, so that tasks can be performed while continuously looking at the specific location set by the user.
본 발명에 따르면, 로봇의 말단 효과 장치(End effector)에 카메라를 설치하는 기존 시스템과 비교 시 짐벌에 의해 로봇 말단 효과 장치의 위치와 방위에 상관없이 자유롭게 작업할 위치에 대한 시야 확보가 가능하다. 특히, 원격 조정에서 활용도가 매우 높다.According to the present invention, compared to existing systems that install a camera on the end effector of a robot, it is possible to freely secure a view of the location to work regardless of the position and orientation of the end effector of the robot by using a gimbal. In particular, it is very useful in remote control.
본 발명에 따르면, 로봇 암에 착탈 가능한 짐벌이 제공되는 동시에, 설치 대상 또는 설치 위치에 따라 제어 조건이 달라지는 짐벌의 제어 수단이 함께 제공될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 로봇과 짐벌이 결합된 융합 시스템이 현실적으로 사용 가능한 상태로 제공될 수 있다.According to the present invention, a gimbal that is detachable from the robot arm can be provided, and at the same time, a control means for the gimbal whose control conditions vary depending on the installation object or installation location can be provided. As a result, according to the present invention, a fusion system combining a robot and a gimbal can be provided in a realistically usable state.
도 1은 본 발명의 제어 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 제어 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 3은 짐벌을 나타낸 개략도이다.
도 4는 짐벌을 나타낸 다른 개략도이다.
도 5는 짐벌을 나타낸 또 다른 개략도이다.
도 6은 로봇의 기준 좌표계와 카메라 좌표계 간의 위치 관계를 나타낸 개략도이다.
도 7은 변환 행렬 T를 획득하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 관절과 짐벌 사이의 위치와 방위 관계를 나타내는 변환 행렬 T를 구하는 흐름도이다.
도 10은 짐벌이 마련된 로봇을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.1 is a schematic diagram showing the control device of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the operation of the control device.
Figure 3 is a schematic diagram showing a gimbal.
Figure 4 is another schematic diagram showing a gimbal.
Figure 5 is another schematic diagram showing a gimbal.
Figure 6 is a schematic diagram showing the positional relationship between the robot's reference coordinate system and the camera coordinate system.
Figure 7 is a schematic diagram showing the process of obtaining the transformation matrix T.
Figure 8 is a flowchart showing the control method of the present invention.
Figure 9 is a flowchart of obtaining a transformation matrix T representing the position and orientation relationship between the joint and the gimbal.
Figure 10 is a schematic diagram showing a robot equipped with a gimbal.
11 is a diagram illustrating a computing device according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 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. Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.In this specification, duplicate descriptions of the same components are omitted.
또한 본 명세서에서, 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 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when a component is mentioned as being 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but may be connected to the other component in the middle. It should be understood that may exist. On the other hand, in this specification, when it is mentioned that a component is 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that there are no other components in between.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.Additionally, the terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. Also, in this specification, singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, in this specification, terms such as 'include' or 'have' are only intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.Also, in this specification, the term 'and/or' includes a combination of a plurality of listed items or any of the plurality of listed items. In this specification, 'A or B' may include 'A', 'B', or 'both A and B'.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.Additionally, in this specification, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명의 제어 장치(100)를 나타낸 개략도이다. 도 2는 제어 장치(100)의 동작을 나타낸 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the
도 1에 도시된 제어 장치(100)는 획득부(110), 처리부(130), 제어부(150)를 포함할 수 있다.The
로봇 암(30)(arm)에서 제1 관절을 갖는 제1 암(31)에 짐벌(200)(gimbal)이 설치되고, 짐벌(200)에 설치된 카메라(201)의 촬영 대상인 타겟 s가 마련될 수 있다.In the robot arm 30 (arm), a
로봇 암(30)은 막대 형상의 마디를 하나 이상 포함할 수 있다. 각 마디는 회전 가능하게 형성된 관절을 통해 움직일 수 있게 형성될 수 있다. 하나 이상의 마디 중에서 짐벌(200)이 설치되는 암이 제1 암(31)에 해당될 수 있다.The
로봇 암(30)은 로봇 몸체(90)에 지지될 수 있다. 로봇 몸체(90)는 지면에 고정 설치되거나, 바퀴 등의 이동 수단(91)에 의해 지면을 따라 움직일 수 있다.The
로봇 암(30)의 말단에는 각종 작업을 수행하는 작업 툴 등의 엔드 이펙터가 촬영 수단(10)과 함께 설치될 수 있다. 촬영 수단(10)은 엔드 이펙터의 제어를 위한 정보의 수집을 수행할 수 있다. 이로 인해, 촬영 수단(10)은 각종 작업시 사용자가 인지해야 하는 타겟과 무관하게 오직 로봇 중심의 작업 위치를 엔드 이펙터의 위치에서 촬영할 수 있다.An end effector, such as a work tool that performs various tasks, may be installed at the end of the
예를 들어, 로봇이 제1 위치에 존재하는 대상물을 대상으로 용접 작업을 진행하는 경우, 촬영 수단(10)은 제1 위치를 촬영할 수 있다. 이때, 사용자는 로봇 암(30)과 충돌할 가능성이 있는 제2 위치의 주변 자재를 바라볼 필요가 있다. 하지만, 촬영 수단(10)만으로는 제2 위치의 촬영이 불가능하므로, 사용자는 작업 현장에서 주변 자재를 직접 바라볼 수밖에 없다. 이와 같이, 작업 현장에서 로봇의 촬영 수단(10)이 관심을 갖는 위치와 사용자가 관심을 갖는 타겟 s는 서로 다를 수 있다. 사용자에게 타겟 s의 영상을 제공하기 위해 촬영 수단(10)과 별도의 카메라(201)가 추가로 로봇 암(30)에 설치될 수 있다.For example, when a robot performs welding work on an object located at a first location, the photographing
로봇 암(30)에 설치된 카메라(201)는 로봇 암(30)과 촬영 수단(10)이 관심을 갖는 영역과 다른 위치의 타겟 s를 설정 각도로 촬영할 필요가 있다. 카메라(201)를 통해 촬영된 영상은 유무선 통신망을 통해 사용자가 사용하는 디스플레이(20)를 통해 표시될 수 있다.The
카메라(201)를 지지하는 로봇 암(30)이 타겟 s와 무관하게 동작하는 현실에서 카메라(201)가 항상 타겟 s를 향하도록 하는 짐벌(200)이 마련될 수 있다. 이때의 짐벌(200)은 로봇 암(30)의 움직임에 상관없이 카메라(201)의 광축이 항상 타겟 s를 향하도록 동작할 필요가 있다.In reality, where the
이를 위해서, 타겟의 위치가 로봇 중심의 기준 좌표계로 변환될 필요가 있다. 해당 변환을 위해 획득부(110), 처리부(130)가 이용될 수 있다.For this, the target's position needs to be converted to a robot-centered reference coordinate system. The
획득부(110)는 로봇 암(30)과 제1 관절 간의 위치 관계에 해당하는 제1 관계를 획득할 수 있다.The
획득부(110)는 제1 관절과 짐벌(200) 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득할 수 있다.The
획득부(110)는 짐벌(200)과 카메라(201) 간의 위치 관계에 해당하는 제3 관계를 획득할 수 있다.The
획득부(110)는 카메라(201)와 타겟 간의 위치 관계에 해당하는 제4 관계를 획득할 수 있다.The
처리부(130)는 제1 관계, 제2 관계, 제3 관계, 제4 관계를 이용하여, 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 로봇 암(30)의 기준 좌표계로 변환할 수 있다.The
제1 관계, 제2 관계, 제3 관계, 제4 관계를 순서대로 연결하면, 로봇 암(30)과 타겟 s간의 위치 관계에 해당되는 최종 관계가 획득될 수 있다.By connecting the first relationship, second relationship, third relationship, and fourth relationship in order, a final relationship corresponding to the position relationship between the
제어부(150)는 기준 좌표계로 변환된 타겟 좌표를 이용하여 짐벌(200)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 로봇 암(30)의 동작에 상관없이 카메라(201)가 타겟 좌표를 향하도록 짐벌(200)을 제어할 수 있다.The
타겟은 사용자에 의한 원격 조정용 리모콘 등의 조작을 통해 변경될 수 있다.The target can be changed by the user through manipulation of a remote control, etc.
도 3은 짐벌(200)을 나타낸 개략도이다. 도 4는 짐벌(200)을 나타낸 다른 개략도이다. 도 5는 짐벌(200)을 나타낸 또 다른 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the
짐벌(200)은 내부에 자이로 센서와 가속도 센서를 사용하여 특정 방향을 응시하면서 영상의 흔들림을 최소화시킬 수 있다. 짐벌(200)에 따르면, 로봇의 모션과 관계없이 카메라(201)가 타겟 s가 위치하는 특정 방향을 응시하고, 사용자는 효율적으로 작업할 수 있는 시야(비전)를 제공받을 수 있다.The
짐벌(200)에는 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제3 유니트(230), 제4 유니트(240)가 마련될 수 있다.The
제1 유니트(210)는 제1 암(31)의 길이 방향을 따라 연장되는 제1 가상축을 중심으로 제1 회전 가능하게 제1 암(31)에 설치될 수 있다. 제1 가상축은 제1 암(31)의 중심축과 동축 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 유니트(210)는 제1 암(31)의 길이 방향 또는 중심축을 회전 중심으로 하는 제1 회전 자유도를 갖는 셈이 된다.The
제1 암(31)은 기둥 또는 막대 형상으로 형성될 수 있다. 이에 대응하여, 제1 유니트(210)는 제1 암(31)을 둘러싸는 밴드 형상 또는 링 형상으로 형성될 수 있다. 제1 유니트(210)의 가운데에는 제1 암(31)이 관통 설치되는 통공(219)이 형성될 수 있다.The
제2 유니트(220)는 제1 가상축에 수직한 방향을 따라 연장되는 제2 가상축을 중심으로 제2 회전 가능하게 제1 유니트(210)에 설치될 수 있다. 다시 말해, 제2 유니트(220)는 제1 암(31)에 수직하게 연장되는 제2 가상축을 회전 중심으로 하는 제2 회전 자유도를 가질 수 있다.The
제3 유니트(230)는 제2 가상축에 수직한 방향을 따라 연장되는 제3 가상축을 중심으로 제3 회전 가능하게 제2 유니트(220)에 설치될 수 있다. 다시 말해, 제3 유니트(230)는 제3 가상축을 회전 중심으로 하는 제3 회전 자유도를 가질 수 있다.The
제4 유니트(240)는 제3 가상축에 수직한 방향을 따라 연장되는 제4 가상축을 중심으로 제4 회전 가능하게 제3 유니트(230)에 설치될 수 있다. 제4 가상축은 제3 가상축 뿐만 아니라 제2 가상축에 대해서도 수직하게 연장될 수 있다. 제4 유니트(240)는 제4 가상축을 회전 중심으로 하는 제4 회전 자유도를 가질 수 있다.The
제4 유니트(240)에는 카메라(201)가 거치되는 거치대(260), 카메라(201)가 착탈되는 착탈 수단(250)이 마련될 수 있다. 일 예로, 착탈 수단(250)은 카메라(201)에 결합되는 나사를 포함할 수 있다. 거치대(260) 및 착탈 수단(250)에 따르면, 카메라(201)는 제4 유니트(240)에 장착되는 동시에 제4 유니트(240)에 대해 설정 자세(위치, 방위 포함)로 정렬될 수 있다.The
제1 암(31)에 대하여 제1 유니트(210)를 제1 회전시키는 모터(290)가 추가로 제1 유니트(210)에 마련될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 유니트(220), 제3 유니트(230), 제4 유니트(240)에도 제2 회전, 제3 회전, 제4 회전을 수행하는 모터(290)가 각각 마련될 수 있다. A
착탈 수단(250)을 통해 제4 유니트(240)에 장착된 카메라(201)가 제1 회전, 제2 회전, 제3 회전에 상관없이 제2 가상축 상의 동일 지점에 배치되도록, 제2 유니트(220) 및 제3 유니트(230) 중 적어도 하나가 구부러지게 형성될 수 있다.The second unit ( At least one of the
예를 들어, 제2 유니트(220)는 'L' 형상으로 형성되고, 제3 유니트(230)는 'I' 형상으로 형성될 수 있다. 제3 유니트(230)가 제2 유니트(220)의 단부에 형성된다면, 전체적으로, 'U' 형상이 될 수 있다. 이에 따르면, 제1 회전, 제2 회전, 제3 회전에 상관없이 카메라(201)가 제2 가상축 상의 동일 지점에 배치될 수 있다. 카메라(201)가 제2 가상축 상의 일정 위치에 배치되면, 제1 회전, 제2 회전, 제3 회전, 제4 회전을 통해 다단계로 회전하는 카메라(201)의 위치 제어가 간소화될 수 있다.For example, the
이때, 획득부(110), 처리부(130), 제어부(150)는 제1 유니트(210)에 마련될 수 있다.At this time, the
처리부(130)의 처리 과정을 구체적으로 살펴본다.Let's look at the processing process of the
도 6은 로봇의 기준 좌표계와 카메라(201) 좌표계 간의 위치 관계를 나타낸 개략도이다. 도 7은 변환 행렬 T를 획득하는 과정을 나타낸 개략도이다.Figure 6 is a schematic diagram showing the positional relationship between the reference coordinate system of the robot and the coordinate system of the
짐벌(200)의 카메라(201)로부터 읽어오는 타겟 s의 위치를 로 정의할 때, 해당 정의값을 로봇 기준 좌표계로 변환해주는 과정이 필요하다. 따라서 다음과 같은 수식 1이 요구된다.The position of target s read from the
[수식 1][Formula 1]
수식 1에서 기준 좌표계에서 카메라(201) 부근의 회전 관절(카메라(201) 부근 관절, 제1 관절)까지의 관계 는 매니퓰레이터의 기구학에 의해 표현될 수 있다. 제1 암(31)의 양단부에 각각 관절이 형성될 수 있다. 이때, 제1 관절은 제1 암(31)의 관절 중 로봇 암(30)의 밑동에 가까운 쪽의 관절을 나타낼 수 있다.In Equation 1, the relationship from the reference coordinate system to the rotation joint near the camera 201 (joint near the
그리고, 카메라(201)를 기준으로 목표점까지의 위치 는 짐벌(200)에 장착된 카메라(201)에 의해 주어질 수 있다. 따라서 본 시스템에서는 카메라(201) 근처에 위치한 로봇 관절의 좌표계와 카메라(201) 좌표계 사이의 관계 가 필요하다. 를 얻기 위해 아래의 수식 2를 도 6과 같이 표현하였다. 카메라(201) 부근 관절에 해당되는 제1 관절은 관절A로 표현하였다.And, the position to the target point based on the
[수식 2][Formula 2]
제1 관절의 좌표계를 {관절A}라고 할 때, 카메라(201)까지의 위치와 방향을 얻기 위해 3차원 공간에서의 변환 행렬(Transformation matrix, )이 이용될 수 있다. 에서 좌측 상단 첨자는 기준 좌표계를 나타내고, 좌측 하단 첨자는 대상 좌표계를 의미한다. 따라서, 는 {i-1}좌표계에 대한 {i}좌표계의 위치와 방위를 나타낸다.When the coordinate system of the first joint is {joint A}, a transformation matrix in three-dimensional space is used to obtain the position and direction to the camera 201. ) can be used. The upper left subscript indicates the reference coordinate system, and the lower left subscript indicates the target coordinate system. thus, represents the position and orientation of the {i} coordinate system relative to the {i-1} coordinate system.
[수식 3][Formula 3]
여기서, '관절'은 제1 관절을 나타낼 수 있다. 변환 행렬의 R은 3 by 3 회전 행렬을 나타내고, P는 3 by 1 위치 벡터를 나타낸다.Here, ‘joint’ may represent the first joint. R of the transformation matrix represents a 3 by 3 rotation matrix, and P represents a 3 by 1 position vector.
수식 3에서 는 짐벌(200)의 기구학을 통해 결정되는 값으로 짐벌(200)의 설계치와 카메라(201)를 고려하여 사용자에 의해 결정될 수 있다. 는 사용자가 짐벌(200)을 부착한 링크의 위치를 기준으로 결정이 된다.In formula 3: is a value determined through the kinematics of the
짐벌(200)의 부착 위치에 따라 변환 행렬 를 얻는 과정은 도 7과 같다.Transformation matrix according to the attachment position of the
Step1: 처리부(130)는 제1 암(31)의 길이 방향에 수직한 z축 상으로, 제1 관절과 짐벌(200)(제1 유니트(210)) 사이의 거리 dz를 산출할 수 있다. 도 7의 경우, dz = 0이다.Step1: The processing
Step2: 처리부(130)는 제1 암(31)의 길이 방향에 수직한 z축을 기준으로, 제1 관절의 각도와 짐벌(200)의 각도 간의 차이값 θz를 산출할 수 있다. 제1 암(31)이 직선 형태인 도 7의 경우, θz = 0이다.Step2: The processing
Step3: 처리부(130)는 제1 암(31)의 길이 방향에 평행한 x축 상으로, 제1 관절과 짐벌(200)(제1 유니트(210)) 사이의 거리 dx를 산출할 수 있다.Step3: The processing
Step4: 처리부(130)는 제1 암(31)의 길이 방향에 평행한 x축을 기준으로, 제1 관절의 각도와 짐벌(200)의 각도 간의 차이값 θx를 산출할 수 있다.Step4: The processing
도 7의 과정을 거치면, 수식 4를 얻을 수 있다. 는 로봇 또는 짐벌(200)의 제어에 활용될 수 있다.By going through the process of Figure 7, Equation 4 can be obtained. Can be used to control the robot or
[수식 4][Formula 4]
변환 행렬 를 통해 아래의 수식 5와 같이 기준 좌표계(로봇 암(30)의 밑동 또는 로봇 암(30)을 지지하는 몸체(90)를 기준으로 하는 좌표계)를 기준으로 카메라(201)로부터 얻어오는 타겟 s까지의 위치, 방위가 계산될 수 있다.transformation matrix Through Equation 5 below, the target s obtained from the
[수식 5][Formula 5]
도 8은 본 발명의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 8 is a flowchart showing the control method of the present invention.
도 8의 제어 방법은 도 1에 도시된 제어 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.The control method of FIG. 8 may be performed by the
제어 방법은 획득 단계(S 510), 처리 단계(S 520), 제어 단계(S 530)를 포함할 수 있다.The control method may include an acquisition step (S 510), a processing step (S 520), and a control step (S 530).
로봇 암(30)(arm)에서 제1 관절을 갖는 제1 암(31)에 짐벌(200)이 설치되고, 짐벌(200)에 설치된 카메라(201)의 촬영 대상인 타겟 s가 마련될 수 있다. 이때, 획득 단계(S 510)는 로봇 암(30)(로봇 암(30) 또는 몸체(90)를 기준으로 하는 좌표계를 이용)과 제1 관절 간의 위치 관계에 해당하는 제1 관계를 획득할 수 있다.In the robot arm 30 (arm), a
획득 단계(S 510)는 제1 관절과 짐벌(200) 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득할 수 있다.In the acquisition step (S510), a second relationship corresponding to the positional relationship between the first joint and the
획득 단계(S 510)는 짐벌(200)과 카메라(201) 간의 위치 관계에 해당하는 제3 관계를 획득할 수 있다.In the acquisition step (S510), a third relationship corresponding to the positional relationship between the
획득 단계(S 510)는 카메라(201)와 타겟 간의 위치 관계에 해당하는 제4 관계를 획득할 수 있다.In the acquisition step (S510), a fourth relationship corresponding to the positional relationship between the
처리 단계(S 520)는 제1 관계(예를 들어, ), 제2 관계(예를 들어, ), 제3 관계(예를 들어, ), 제4 관계(예를 들어, )를 이용하여, 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 로봇 암(30)의 기준 좌표계로 변환할 수 있다.The processing step S 520 is a first relationship (e.g. ), a second relationship (e.g. ), third relationships (e.g. ), fourth relation (e.g. ), the target coordinates corresponding to the position of the target can be converted into the reference coordinate system of the
제어 단계(S 530)는 기준 좌표계로 변환된 타겟 좌표를 이용하여, 로봇 암(30)의 동작에 상관없이 카메라(201)가 타겟 좌표를 향하도록 짐벌(200)을 제어할 수 있다.In the control step (S530), the
도 9는 관절과 짐벌(200) 사이의 위치와 방위 관계를 나타내는 변환 행렬 T를 구하는 흐름도이다.Figure 9 is a flowchart for obtaining a transformation matrix T representing the position and orientation relationship between the joint and the
도 9는 처리 단계(S 520)에서 수행될 수 있다.9 may be performed in the processing step (S520).
제1 암(31)의 길이 방향에 수직한 z축 상으로, 제1 관절과 짐벌(200)(제1 유니트(210)) 사이의 거리 dz를 산출할 수 있다(S 521). 다른 관점에서 살펴보면, dz는 제1 관절의 x축과 짐벌(200)의 x축 간을 서로 교차하게 만드는 이동 거리를 의미할 수 있다.On the z-axis perpendicular to the longitudinal direction of the
제1 암(31)의 길이 방향에 수직한 z축을 기준으로, 제1 관절의 각도와 짐벌(200)의 각도 간의 차이값 θz를 산출할 수 있다(S 523). 다른 관점에서 살펴보면, θz는 제1 관절의 x축과 짐벌(200)의 x축을 일치시키는 회전 각도를 의미할 수 있다.Based on the z-axis perpendicular to the longitudinal direction of the
제1 암(31)의 길이 방향에 평행한 x축 상으로, 제1 관절과 짐벌(200)(제1 유니트(210)) 사이의 거리 dx를 산출할 수 있다(S 525). 다른 관점에서 살펴보면, dx는 제1 관절의 z축과 짐벌(200)의 z축을 서로 교차하게 만드는 이동 거리를 의미할 수 있다.On the x-axis parallel to the longitudinal direction of the
Step4: 처리부(130)는 제1 암(31)의 길이 방향에 평행한 x축을 기준으로, 제1 관절의 각도와 짐벌(200)의 각도 간의 차이값 θx를 산출할 수 있다(S 527). 다른 관점에서 살펴보면, θx는 제1 관절의 z축과 짐벌(200)의 z축을 서로 일치시키는 회전 각도를 의미할 수 있다.Step4: The processing
도 10은 짐벌(200)이 마련된 로봇을 나타낸 개략도이다.Figure 10 is a schematic diagram showing a robot equipped with a
도 10에 도시된 제어부(150)는 짐벌(200)을 제어할 수 있다. 로봇 암(30) 또는 매니퓰레이터는 제어기(160)에 의해 제어될 수 있다. 이때, 제어부(150)와 제어기(160)는 일체로 형성될 수 있다. 만약, 제어부(150)가 제어기(160)와 별도로 형성된다면, 제어부(150)는 짐벌(200)에 내장될 수 있다. 이 경우, 로봇과 제어기(160)는 기설치된 상태여도 무방하다. 다시 말해, 기존에 설치된 로봇 및 제어기(160)에 대하여, 짐벌(200)과 제어부(150)가 마련된 본 발명의 제어 장치(100)가 추가되면 타겟 s를 지속적으로 모니터링할 수 있는 환경이 제공될 수 있다.The
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 11의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 제어 장치(100) 등) 일 수 있다. 11 is a diagram illustrating a computing device according to an embodiment of the present invention. The computing device TN100 of FIG. 11 may be a device described herein (eg,
도 11의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.In the embodiment of FIG. 11 , the computing device TN100 may include at least one processor TN110, a transceiver device TN120, and a memory TN130. Additionally, the computing device TN100 may further include a storage device TN140, an input interface device TN150, an output interface device TN160, etc. Components included in the computing device TN100 may be connected by a bus TN170 and communicate with each other.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.The processor TN110 may execute a program command stored in at least one of the memory TN130 and the storage device TN140. The processor TN110 may refer to a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. Processor TN110 may be configured to implement procedures, functions, and methods described in connection with embodiments of the present invention. The processor TN110 may control each component of the computing device TN100.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 can store various information related to the operation of the processor TN110. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 may be comprised of at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory TN130 may be comprised of at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.The transceiving device TN120 can transmit or receive wired signals or wireless signals. The transmitting and receiving device (TN120) can be connected to a network and perform communication.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. Meanwhile, the embodiments of the present invention are not only implemented through the apparatus and/or method described so far, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. This implementation can be easily implemented by anyone skilled in the art from the description of the above-described embodiments.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of invention rights.
10...촬영 수단
20...디스플레이
30...로봇 암
31...제1 암
90...몸체
91...이동 수단
100...제어 장치.
110...획득부
130...처리부
150...제어부
160...제어기
200...짐벌
201...카메라
210...제1 유니트
219...통공
220...제2 유니트
230...제3 유니트
240...제4 유니트
250...착탈 수단
260...거치대
290...모터10...Shooting means 20...Display
30...
90...
100...Control unit. 110...Acquisition Department
130...processing
160...
201...
219...through
230...
250...
290...motor
Claims (4)
상기 제1 관절과 상기 짐벌 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득하는 획득부;
상기 제2 관계를 이용하여, 상기 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 상기 로봇 암의 기준 좌표계로 변환하는 처리부;
상기 기준 좌표계로 변환된 상기 타겟 좌표를 이용하여 상기 짐벌을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 로봇 암의 동작에 상관없이 상기 카메라가 상기 타겟 좌표를 향하도록 상기 짐벌을 제어하는 제어 장치.
When a gimbal is installed on a first arm having a first joint in a robot arm, and a target for filming by a camera installed on the gimbal is provided,
an acquisition unit that acquires a second relationship corresponding to a positional relationship between the first joint and the gimbal;
a processing unit that converts target coordinates corresponding to the position of the target into a reference coordinate system of the robot arm using the second relationship;
It includes a control unit that controls the gimbal using the target coordinates converted to the reference coordinate system,
The control unit is a control device that controls the gimbal to direct the camera to the target coordinates regardless of the operation of the robot arm.
제1 유니트, 제2 유니트, 제3 유니트, 제4 유니트가 마련되고,
상기 제1 유니트는 상기 제1 암의 길이 방향을 따라 연장되는 제1 가상축을 중심으로 제1 회전 가능하게 상기 제1 암에 설치되며,
상기 제2 유니트는 상기 제1 가상축에 수직한 방향을 따라 연장되는 제2 가상축을 중심으로 제2 회전 가능하게 상기 제1 유니트에 설치되고,
상기 제3 유니트는 상기 제2 가상축에 수직한 방향을 따라 연장되는 제3 가상축을 중심으로 제3 회전 가능하게 상기 제2 유니트에 설치되며,
상기 제4 유니트는 상기 제3 가상축에 수직한 방향을 따라 연장되는 제4 가상축을 중심으로 제4 회전 가능하게 상기 제3 유니트에 설치되고,
상기 제4 유니트에는 상기 카메라가 착탈되는 착탈 수단이 마련되며,
상기 착탈 수단을 통해 상기 제4 유니트에 장착된 카메라가 상기 제1 회전, 상기 제2 회전, 상기 제3 회전에 상관없이 상기 제2 가상축 상의 동일 지점에 배치되도록, 상기 제2 유니트 및 상기 제3 유니트 중 적어도 하나가 구부러지게 형성된 제어 장치.
According to paragraph 1,
A first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit are provided,
The first unit is installed on the first arm to be capable of first rotation about a first virtual axis extending along the longitudinal direction of the first arm,
The second unit is installed in the first unit to be capable of second rotation about a second virtual axis extending along a direction perpendicular to the first virtual axis,
The third unit is installed in the second unit to enable a third rotation about a third virtual axis extending along a direction perpendicular to the second virtual axis,
The fourth unit is installed in the third unit to enable a fourth rotation about a fourth virtual axis extending along a direction perpendicular to the third virtual axis,
The fourth unit is provided with attachment and detachment means for attaching and detaching the camera,
The second unit and the fourth unit are configured such that the camera mounted on the fourth unit through the attachment/detachment means is disposed at the same point on the second virtual axis regardless of the first rotation, the second rotation, and the third rotation. A control device in which at least one of the three units is bent.
상기 획득부는 상기 로봇 암과 상기 제1 관절 간의 위치 관계에 해당하는 제1 관계를 획득하고,
상기 획득부는 상기 짐벌과 상기 카메라 간의 위치 관계에 해당하는 제3 관계를 획득하며,
상기 획득부는 상기 카메라와 상기 타겟 간의 위치 관계에 해당하는 제4 관계를 획득하고,
상기 처리부는 상기 제1 관계, 상기 제2 관계, 상기 제3 관계, 상기 제4 관계를 이용하여, 상기 타겟 좌표를 상기 기준 좌표계로 변환하는 제어 장치.
According to paragraph 1,
The acquisition unit acquires a first relationship corresponding to a positional relationship between the robot arm and the first joint,
The acquisition unit acquires a third relationship corresponding to the positional relationship between the gimbal and the camera,
The acquisition unit acquires a fourth relationship corresponding to the positional relationship between the camera and the target,
The processing unit is a control device that converts the target coordinates into the reference coordinate system using the first relationship, the second relationship, the third relationship, and the fourth relationship.
로봇 암(arm)에서 제1 관절을 갖는 제1 암에 짐벌이 설치되고, 상기 짐벌에 설치된 카메라의 촬영 대상인 타겟이 마련될 때,
획득 단계;
처리 단계;
제어 단계;를 포함하고,
상기 획득 단계는,
상기 로봇 암과 상기 제1 관절 간의 위치 관계에 해당하는 제1 관계를 획득하며,
상기 제1 관절과 상기 짐벌 간의 위치 관계에 해당하는 제2 관계를 획득하고,
상기 짐벌과 상기 카메라 간의 위치 관계에 해당하는 제3 관계를 획득하며,
상기 카메라와 상기 타겟 간의 위치 관계에 해당하는 제4 관계를 획득하고,
상기 처리 단계는,
상기 제1 관계, 상기 제2 관계, 상기 제3 관계, 상기 제4 관계를 이용하여, 상기 타겟의 위치에 해당하는 타겟 좌표를 상기 로봇 암의 기준 좌표계로 변환하며,
상기 제어 단계는,
상기 기준 좌표계로 변환된 상기 타겟 좌표를 이용하여, 상기 로봇 암의 동작에 상관없이 상기 카메라가 상기 타겟 좌표를 향하도록 상기 짐벌을 제어하는 제어 방법.In a control method performed by a control device,
When a gimbal is installed on a first arm having a first joint in a robot arm, and a target for filming by a camera installed on the gimbal is provided,
acquisition phase;
processing steps;
It includes a control step;
The acquisition step is,
Obtaining a first relationship corresponding to a positional relationship between the robot arm and the first joint,
Obtaining a second relationship corresponding to the positional relationship between the first joint and the gimbal,
Obtaining a third relationship corresponding to the positional relationship between the gimbal and the camera,
Obtaining a fourth relationship corresponding to a positional relationship between the camera and the target,
The processing steps are:
Converting target coordinates corresponding to the position of the target into a reference coordinate system of the robot arm using the first relationship, the second relationship, the third relationship, and the fourth relationship,
The control step is,
A control method for controlling the gimbal so that the camera faces the target coordinates regardless of the operation of the robot arm, using the target coordinates converted to the reference coordinate system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220110133A KR20240030730A (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Apparatus and method for controlling a robot manipulator using a gimbal mechanism |
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KR1020220110133A KR20240030730A (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Apparatus and method for controlling a robot manipulator using a gimbal mechanism |
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Publication Number | Publication Date |
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KR20240030730A true KR20240030730A (en) | 2024-03-07 |
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ID=90271750
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
KR102162756B1 (en) | 2018-11-16 | 2020-10-07 | 주식회사 로탈 | Mobile robot platform system for process and production management |
-
2022
- 2022-08-31 KR KR1020220110133A patent/KR20240030730A/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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