WO2020111810A1 - 청소 로봇 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

청소 로봇 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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WO2020111810A1
WO2020111810A1 PCT/KR2019/016558 KR2019016558W WO2020111810A1 WO 2020111810 A1 WO2020111810 A1 WO 2020111810A1 KR 2019016558 W KR2019016558 W KR 2019016558W WO 2020111810 A1 WO2020111810 A1 WO 2020111810A1
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cleaning robot
controlling
robot control
pressure
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최일섭
김성현
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주식회사 포스코
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    • A47L2201/06—Control of the cleaning action for autonomous devices; Automatic detection of the surface condition before, during or after cleaning

Definitions

  • the present application relates to a cleaning robot control device for controlling a cleaning robot and a control method for the cleaning robot, and more particularly, to a control device and a control method for a cleaning robot for removing dust deposits accumulated between nozzles inside a facility that performs a steelmaking process. will be.
  • a nozzle exists inside a flow path, which is a facility for producing reduced iron by blowing a reducing gas generated in a melting furnace into a spectroscopic iron ore to flow, and dust deposits accumulate around the nozzle as the equipment is operated. If such dust deposits are not removed, a pressure loss of the reducing gas occurs, and gas flow is not smooth, resulting in problems such as reduction in reduction efficiency. Therefore, it is necessary to remove such dust.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 1994-154718
  • a cleaning robot control device is provided.
  • a cleaning robot control method is provided.
  • the cleaning robot control apparatus obtains a thermal image around the work tool, a thermal image camera that outputs a thermal image signal, an image camera that acquires an image around the work tool, and outputs an image signal,
  • the laser pointer for irradiating the laser to the designated point, and grasping the designated point based on the thermal image signal, controlling the laser pointer, and using the image signal, the work tool circularly moves around the designated point It includes a control unit for controlling the work tool to do.
  • the designated point of the cleaning robot control apparatus may be a center of a nozzle inside a flow path, which is a facility for producing reduced iron by blowing and flowing a reducing gas generated in a melting furnace into a spectroscopic iron ore.
  • the work tool of the cleaning robot control apparatus may be installed at the end of a manipulator composed of a plurality of arms and a plurality of actuators.
  • the work tool of the cleaning robot control apparatus includes a rotating blade, a rotating blade for crushing dust deposits deposited inside the flow path while rotating, and an inhaler for collecting the crushed dust deposits It can contain.
  • the cleaning robot control apparatus may further include a sensor unit that measures pressure between the manipulator and the work tool and provides information about the measured pressure.
  • the control unit of the cleaning robot control apparatus may control the manipulator such that the pressure measured from the sensor unit maintains a constant pressure.
  • the cleaning robot control apparatus may further include a sensor unit measuring at least one pressure of the plurality of actuators.
  • the control unit of the cleaning robot control apparatus responds to the pressure measured from the sensor unit, and as the difference between the target position of the work tool and the actual position of the work tool decreases, the control tool The force acting to move can be controlled to be small.
  • the cleaning robot control method is a method of controlling a cleaning robot that cleans the inside of a flow path, which is a facility for producing reduced iron by blowing a reducing gas generated in a melting furnace to flow into a spectroscopic iron ore.
  • Obtaining a thermal image inside the flow path using the thermal image to determine the position of the nozzle installed inside the flow path, moving the work tool of the cleaning robot according to the position of the nozzle, and the flow And obtaining an image inside the furnace, and controlling the work tool so that the work tool performs a circular motion using the image.
  • Controlling the work tool of the cleaning robot control method includes irradiating a laser to the central position, and acquiring an image inside the flow path, and using the image to use the work tool It may include the step of moving.
  • the cleaning robot of the cleaning robot control method may include a manipulator composed of a plurality of arms and a plurality of actuators, and a work tool disposed at an end of the manipulator.
  • the cleaning robot control method may further include controlling the pressure between the manipulator and the work tool to be a constant pressure.
  • the cleaning robot of the cleaning robot control method is a lever-type input device, and may further include an operation tool to control the operation of the work tool.
  • the cleaning robot control method includes detecting a difference between a target position of the work tool and an actual position of the work tool, and the smaller the difference, the smaller the force applied to the work tool. It may further include the step of controlling the loss.
  • the cleaning robot control apparatus and control method according to an embodiment of the present invention it is possible to reduce the time required for the cleaning operation and prevent the work tool from being damaged.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an example of a facility to be cleaned by a cleaning robot.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a cross-sectional view of the nozzle shown in FIG. 1.
  • FIG 3 is a view schematically showing the configuration of an embodiment of a cleaning robot to which a cleaning robot control device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a view schematically showing the configuration of a cleaning robot control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a method of moving a cleaning robot control apparatus according to an embodiment of the present invention, the working tool of the cleaning robot.
  • FIG. 6 is an operation flowchart for explaining a cleaning robot control method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining an operation tool control operation of the cleaning robot control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing an embodiment of a Steveness model of the cleaning robot control apparatus of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view schematically showing an embodiment of a friction model of the cleaning robot control apparatus of FIG. 7.
  • FIG. 10 is a view for explaining a work tool control operation of the cleaning robot control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an example of a facility cleaned by a cleaning robot
  • FIG. 2 is a view schematically showing a cross-sectional view of the nozzle shown in FIG. 1.
  • a plurality of nozzles 1 may be included.
  • a hole may be disposed in the center C of each of the nozzles.
  • dust deposits may be accumulated around the nozzles 1, and a cleaning robot to which a cleaning robot control device according to an embodiment of the present invention is applied may remove such dust deposits.
  • FIG 3 is a view schematically showing the configuration of an embodiment of a cleaning robot to which a cleaning robot control device according to an embodiment of the present invention is applied, wherein the cleaning robot is a control device 100, a work tool 200, a manipulator ) 300, the body part 400, and an operation tool 500.
  • the cleaning robot is a control device 100, a work tool 200, a manipulator ) 300, the body part 400, and an operation tool 500.
  • the control device 100 may be composed of a sensor and a controller, and may control the position of the work tool 200 or adjust the force applied to the work tool 200 according to the position of the work tool 200.
  • the specific configuration and operation of the control device 100 will be described later with reference to FIGS. 4 to 10 and the like.
  • the work tool 200 is installed at the end of the manipulator 300 to remove and collect sediments formed in the facility.
  • the work tool 200 may include a rotating blade including a rotating blade and an inhaler, etc., and then rotate the rotating blade to crush the sediment, and then collect the crushed sediment using an inhaler or the like. have.
  • Manipulator 300 may include a plurality of arms (310, 320, 330) and a plurality of rotary actuators (340, 350).
  • the rotary actuators 340 and 350 may be operated under the control of the control device 100, and thereby the manipulator 300 may move the work tool 200 to a desired position.
  • the arm 330 may include an actuator for moving the work tool 200 in a vertical direction, and a pressure sensor may be disposed between the arm 330 and the work tool 200.
  • the body part 400 may include a robot body 410 and a moving part 420.
  • the robot body 410 may be provided with various components for controlling the manipulator 300 or the work tool 200.
  • the moving unit 420 may move the cleaning robot including the robot body 410 to a desired location.
  • the operation tool 500 may be a lever-type input device such as a joystick, and may output a signal for adjusting the manipulator 300.
  • the cleaning robot control apparatus 100 includes a thermal imaging camera 110, an image camera ( 120), a laser pointer 130, a sensor unit 140 and a control unit 150.
  • the thermal imaging camera 110 may be attached to a position adjacent to the work tool 200, for example, to the arm 330 to which the work tool 200 is connected, and for the range in which the work tool 200 can move. An image may be acquired and a thermal image signal including thermal image information may be output.
  • the image camera 120 may be attached to a position adjacent to the work tool 200, for example, the arm 330 to which the work tool 200 is connected, and may display an image of a range in which the work tool 200 can move. Acquiring and outputting an image signal including image information.
  • the laser pointer 130 may be attached to a position adjacent to the work tool 200, for example, the arm 330 to which the work tool 200 is connected, and irradiate the laser at a certain point under the control of the control unit 150 can do.
  • the laser pointer 130 may irradiate the laser to the central portion C of the nozzle 1.
  • the sensor unit 140 may be disposed at various actuators of the manipulator 300 or other necessary positions, measure pressure at the installed position, and provide information on the measured pressure to the control unit 150. .
  • the control unit 150 uses the thermal image signal input from the thermal image camera 110, the image signal input from the image camera 120, and the pressure information input from the sensor unit 140, the laser pointer 130 and The position and operation of the work tool 200 can be controlled.
  • the controller 150 may control operations such as various actuators of the manipulator 300 and rotating blades of the work tool 200 in response to a thermal image signal, an image signal, and pressure information.
  • the control unit 150 may be attached to a position adjacent to the work tool 200, for example, the arm 330 to which the work tool 200 is connected, or may be disposed on the robot body 410.
  • FIG. 5 is a view for explaining a method of moving a cleaning robot control apparatus according to an embodiment of the present invention, the working tool of the cleaning robot.
  • control unit 150 determines the position of the nozzle, and moves the work tool to a certain point (for example, P1 in FIG. 5) using the position of the nozzle.
  • control unit 150 may control the work tool 200 to perform a circular motion around the center of the nozzle. For example, if the current position of the work tool is P1, the control unit 150 may control the position of the work tool so that the next position is P2. At this time, the control unit 150 may control the laser pointer 130 so that the laser is irradiated to the center P0 of the nozzle.
  • FIG. 6 is an operation flowchart for explaining a cleaning robot control method according to an embodiment of the present invention. Each step illustrated in FIG. 6 may be performed by the controller 150.
  • the controller 150 may grasp the position of the nozzle using the thermal image signal input from the thermal image camera 110 (step S100). As shown in Fig. 1, it is not easy to grasp the position of the nozzle because dust deposits are accumulated in the equipment. However, since the temperature of the nozzle is different from other parts, the position of the nozzle can be determined by using a thermal image signal. At this time, the control unit 150 may additionally consider the image signal input from the image camera 120 to determine the position of the nozzle.
  • controller 150 may irradiate the laser to the center of the nozzle using the laser pointer 130 (step S200).
  • control unit 150 may control the position of the work tool 200 using the image signal input from the image camera 120 (step S300). For example, as described in FIG. 5, the control unit 150 first grasps the center position of the nozzle using the laser irradiated from the laser pointer 130, and the work tool 200 returns the center of the nozzle to the center point.
  • the manipulator 300 may be controlled to exercise.
  • the control unit 150 may include a stiffness model 151, a friction model 152, a controller 153, and a feedback unit 154, of the control unit 150 shown in FIG.
  • Each of the components may be implemented in a hardware configuration or may be implemented in software.
  • the actuator 155 in FIG. 7 may be one or more of a plurality of actuators constituting the manipulator 300 of FIG. 3.
  • the actuator 155 of FIG. 7 may be configured to move the work tool 200 in a horizontal direction.
  • X_d is a target position where the work tool wants to be located
  • X_m is the actual position of the work tool
  • P_A is the first pressure that is the pressure of the actuator that moves the work tool in the first direction
  • P_B is the work.
  • the second pressure which is the pressure of the actuator that causes the tool to move in a second direction different from the first direction, is shown.
  • the first direction and the second direction may be directions orthogonal to each other, or may be opposite directions to each other.
  • the position error (e_x) of the target position (X_d) and the actual position (X_m) of the work tool is obtained.
  • the actual position X_m can be determined by detecting the state of the actuators (eg, the actuators constituting the manipulator 300 of FIG. 3) controlling the work tool.
  • the target position X_d can be grasped based on the signal input from the operation tool (500 in FIG. 3).
  • the first error e_1 and the second error e_2 are obtained by inputting the position error e_x to the stiffness model 151 and the friction model 152.
  • 8 is an embodiment of the stiffness model 151
  • FIG. 9 is an embodiment of the friction model 152.
  • Each of the stiffness model 151 and the friction model 152 outputs a first error e_1 and a second error e_2 corresponding to the input position error e_x.
  • the target force f_d is obtained by summing the first error e_1 and the second error e_2.
  • the feedback unit 154 obtains the pressure difference between the first pressure P_A and the second pressure P_B as the measurement force f_m, and the controller 153 allows the measurement force f_m to be the target force f_d.
  • the first pressure P_A and the second pressure P_A are adjusted.
  • a PID (Proportional-Integral-Derivative) controller or a PI controller may be used as the controller 153.
  • the actuator is controlled to decrease the force applied to the work tool. That is, when the work tool is close to the target position, it is generally the case that the object to be cleaned (eg, nozzle, etc.) is approached. Therefore, when the object is close to the target, the force applied to the work tool by the actuator is also reduced, so that the work tool does not receive a large force even when the work tool hits the object to be cleaned. This can prevent the work tool from being damaged.
  • the object to be cleaned eg, nozzle, etc.
  • the control unit 150 may include a controller 156 and a feedback unit 157, and each of the components of the control unit illustrated in FIG. 10 may be implemented as a hardware module or a software module.
  • the servo valve 158 and the linear actuator 159 of FIG. 10 may be one or more of a plurality of actuators constituting the manipulator 300 of FIG. 3. Specifically, the servo valve 158 and the linear actuator 159 may be configured to move the work tool 200 up and down.
  • P_C represents a third pressure that causes the work tool to move in a third direction
  • P_D represents a fourth pressure that causes the work tool to move in a fourth direction different from the third direction.
  • the third direction and the fourth direction may be opposite directions.
  • the target pressure P_d is input to the control unit 150.
  • the target pressure P_d may be set in advance, and may be a pressure value at which the work tool 200 or the nozzle 1 may not be damaged while removing dust deposits.
  • the feedback unit 157 outputs the measurement pressure P_m for the difference between the third pressure P_C and the fourth pressure P_D.
  • the controller 156 may control the servo valve 156 such that the measured pressure P_m becomes the target pressure P_d.
  • a PID (Proportional-Integral-Derivative) controller or a PI controller may be used. In this way, the control unit 150 may maintain a constant pressure between the manipulator and the work tool.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 청소 로봇 제어 장치 및 청소 로봇 제어 방법이 공개된다. 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치는 작업툴 주변의 열화상을 획득하고, 열화상 신호를 출력하는 열화상 카메라, 상기 작업툴 주변의 영상을 획득하고, 영상 신호를 출력하는 영상 카메라, 지정 지점에 레이저를 조사하는 레이저 포인터, 및 상기 열화상 신호에 기초하여 상기 지정 지점을 파악하고, 상기 레이저 포인터를 제어하며, 상기 영상 신호를 이용하여 상기 작업툴이 상기 지정 지점을 중심으로 원운동을 하도록 상기 작업툴을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

청소 로봇 제어 장치 및 제어 방법
본 출원은 청소 로봇을 제어하는 청소 로봇 제어 장치 및 청소 로봇의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 제철 공정을 수행하는 설비 내부의 노즐 사이에 쌓인 분진 퇴적물을 제거하는 청소 로봇의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
제철 공정을 수행하는 설비에는 다양한 형태의 분진 퇴적물이 쌓이게 된다. 예를 들면, 분광 형태의 철광석에 용융로에서 발생한 환원 가스를 불어넣어 유동시켜서 환원철을 생산하는 설비인 유동로 내부에는 노즐이 존재하며, 설비를 운영함에 따라 노즐 주변으로 분진 퇴적물이 쌓이게 된다. 이러한 분진 퇴적물을 제거하지 않으면, 환원 가스의 압력 손실이 발생하고, 가스 유동이 원활하지 못하게 되어 환원효율이 낮아지는 등의 문제가 발생된다. 따라서, 이러한 분진 등을 제거할 필요가 있다.
(특허문헌1) 일본 공개특허공보 제1994-154718호
본 발명의 실시예에 따르면, 청소 로봇 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 청소 로봇 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치는 작업툴 주변의 열화상을 획득하고, 열화상 신호를 출력하는 열화상 카메라, 상기 작업툴 주변의 영상을 획득하고, 영상 신호를 출력하는 영상 카메라, 지정 지점에 레이저를 조사하는 레이저 포인터, 및 상기 열화상 신호에 기초하여 상기 지정 지점을 파악하고, 상기 레이저 포인터를 제어하며, 상기 영상 신호를 이용하여 상기 작업툴이 상기 지정 지점을 중심으로 원운동을 하도록 상기 작업툴을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 상기 지정 지점은 분광 형태의 철광석에 용융로에서 발생한 환원 가스를 불어넣어 유동시켜서 환원철을 생산하는 설비인 유동로 내부의 노즐의 중심일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 상기 작업툴은 복수개의 암과 복수개의 액츄에이터로 구성되는 매니퓰레이터의 끝단에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 상기 작업툴은 회전날을 포함하고, 회전하면서 상기 유동로 내부에 퇴적된 분진 퇴적물을 분쇄하는 회전 블레이드, 및 분쇄된 상기 분진 퇴적물을 수거하는 흡입기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치는 상기 매니퓰레이터와 상기 작업툴 사이의 압력을 측정하고, 측정된 압력에 대한 정보를 제공하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 압력이 일정한 압력을 유지하도록 상기 매니퓰레이터를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치는 상기 복수개의 액츄에이터 중 적어도 하나 이상의 압력을 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 압력에 응답하여, 상기 작업툴의 목표 위치와 상기 작업툴의 실제 위치의 차이가 작아짐에 따라, 상기 작업툴을 움직이기 위해 작용하는 힘이 작아지도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법은 분광 형태의 철광석에 용융로에서 발생한 환원 가스를 불어넣어 유동시켜서 환원철을 생산하는 설비인 유동로 내부를 청소하는 청소 로봇을 제어하는 방법에 있어서, 상기 유동로 내부의 열화상을 획득하고, 상기 열화상을 이용하여 상기 유동로 내부에 설치된 노즐의 위치를 판단하는 단계, 상기 노즐의 위치에 따라 상기 청소 로봇의 작업툴을 이동시키는 단계, 및 상기 유동로 내부의 영상을 획득하고, 상기 영상을 이용하여 상기 작업툴이 원운동을 하도록 작업툴을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법의 상기 작업툴을 제어하는 단계는 상기 중심 위치로 레이저를 조사하는 단계, 및 상기 유동로 내부의 영상을 획득하고, 상기 영상을 이용하여 상기 작업툴을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법의 상기 청소 로봇은 복수개의 암과 복수개의 액츄에이터로 구성되는 매니퓰레이터, 및 상기 매니퓰레이터의 끝단에 배치되는 작업툴을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법은 상기 매니퓰레이터와 상기 작업툴 사이의 압력이 일정한 압력이 되도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법의 상기 청소 로봇은 레버형 입력 장치로서, 상기 작업툴의 작동을 제어하는 작동툴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법은 상기 작업툴의 목표 위치와 상기 작업툴의 실제 위치의 차이를 감지하는 단계, 및 상기 차이가 작아질수록, 상기 작업툴에 인가되는 힘이 작아지도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치 및 제어 방법에 따르면, 청소 작업에 걸리는 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 작업 툴이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 청소 로봇이 청소하는 설비의 일예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 노즐의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치가 적용되는 청소 로봇의 일실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치가, 청소 로봇의 작업툴을 움직이는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 작동툴 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 청소 로봇 제어 장치의 스티브니스 모델의 일실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 청소 로봇 제어 장치의 프릭션 모델의 일실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 작업툴 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 청소 로봇이 청소하는 설비의 일예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 노즐의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇이 청소하는 설비의 경우, 복수개의 노즐들(1)을 포함할 수 있다. 노즐들 각각의 중심부(C)에는 홀이 배치될 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 노즐들(1) 주변으로 분진 퇴적물이 쌓여있을 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치가 적용되는 청소 로봇은 이러한 분진 퇴적물을 제거하는 것일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치가 적용되는 청소 로봇의 일실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 청소 로봇은 제어 장치(100), 작업툴(200), 매니퓰레이터(manipulator)(300), 본체부(400), 및 작동툴(500)을 포함할 수 있다.
제어 장치(100)는 센서 및 제어기 등으로 구성될 수 있으며, 작업툴(200)의 위치를 제어하거나, 작업툴(200)의 위치에 따라 작업툴(200)로 인가되는 힘을 조정할 수 있다. 제어 장치(100)의 구체적인 구성이나 동작은 도 4 내지 10 등을 참조하여 후술한다.
작업툴(200)은 매니퓰레이터(300)의 끝단에 설치되어 설비에 형성된 퇴적물을 제거하고 수거할 수 있다. 예를 들면, 작업툴(200)은 회전날 등을 포함하는 회전 블레이드 및 흡입기 등을 포함할 수 있으며, 회전 블레이드를 회전시켜 퇴적물을 분쇄한 후, 흡입기 등을 이용하여 분쇄된 퇴적물을 수거할 수 있다.
매니퓰레이터(300)는 복수개의 암들과(310, 320, 330) 복수개의 회전형 액츄에이터(340, 350)을 포함할 수 있다. 회전형 액츄에이터(340, 350)는 제어 장치(100)의 제어에 따라 작동될 수 있으며, 이로 인해 매니퓰레이터(300)는 작업툴(200)을 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 도시하지는 않았지만, 암(330)에는 작업툴(200)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 액츄에이터가 포함될 수 있으며, 암(330)과 작업툴(200) 사이에는 압력 센서가 배치될 수도 있다.
본체부(400)는 로봇 본체(410)와 이동부(420)를 포함할 수 있다. 로봇 본체(410)는 매니퓰레이터(300) 또는 작업툴(200)을 제어하기 위한 다양한 구성요소들이 배치될 수 있다. 이동부(420)는 로봇 본체(410)를 포함한 청소 로봇을 원하는 장소로 이동시킬 수 있다.
작동툴(500)은 조이스틱(joystick)과 같은 레버형 입력장치일 수 있으며, 매니퓰레이터(300)를 조정하기 위한 신호를 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치(100)는 열화상 카메라(110), 영상 카메라(120), 레이저 포인터(130), 센서부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
열화상 카메라(110)는 작업툴(200)과 인접한 위치, 예를 들면, 작업툴(200)이 연결된 암(330)에 부착될 수 있으며, 작업툴(200)이 이동할 수 있는 범위에 대한 열화상을 획득하고, 열화상 정보를 포함하는 열화상 신호를 출력할 수 있다.
영상 카메라(120)는 작업툴(200)과 인접한 위치, 예를 들면, 작업툴(200)이 연결된 암(330)에 부착될 수 있으며, 작업툴(200)이 이동할 수 있는 범위에 대한 영상을 획득하고, 영상 정보를 포함하는 영상 신호를 출력할 수 있다.
레이저 포인터(130)는 작업툴(200)과 인접한 위치, 예를 들면, 작업툴(200)이 연결된 암(330)에 부착될 수 있으며, 제어부(150)의 제어에 따라 일정 지점에 레이저를 조사할 수 있다. 예를 들면, 레이저 포인터(130)는 노즐(1)의 중심부(C)에 레이저를 조사할 수 있다.
센서부(140)는 매니퓰레이터(300)의 각종 액츄에이터나, 기타 필요한 위치에 배치될 수 있으며, 설치된 위치에서의 압력 등을 측정하고, 측정된 압력에 대한 정보를 제어부(150)에 제공할 수 있다.
제어부(150)는 열화상 카메라(110)로부터 입력된 열화상 신호, 영상 카메라(120)로부터 입력된 영상 신호, 및 센서부(140)로부터 입력된 압력 정보 등을 이용하여 레이저 포인터(130) 및 작업툴(200)의 위치 및 동작 등을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(150)는 열화상 신호, 영상 신호, 및 압력 정보에 응답하여 매니퓰레이터(300)의 각종 액츄에이터 및 작업툴(200)의 회전 블레이드 등의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 작업툴(200)과 인접한 위치, 예를 들면, 작업툴(200)이 연결된 암(330)에 부착될 수도 있고, 로봇 본체(410)에 배치될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치가, 청소 로봇의 작업툴을 움직이는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 제어부(150)는 노즐의 위치를 파악하고, 노즐의 위치를 이용하여 작업툴을 일정 지점(예를 들면, 도 5의 P1)으로 이동시킨다.
다음으로, 제어부(150)는 작업툴(200)이 상기 노즐의 중심을 중심점으로 원운동을 하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(150)는 작업툴의 현재의 위치가 P1라면, 다음 위치가 P2가 되도록 작업툴의 위치를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 상기 노즐의 중심(P0)으로 레이저가 조사되도록 레이저 포인터(130)를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다. 도 6에 나타낸 각 단계는 제어부(150)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 제어부(150)는 열화상 카메라(110)로부터 입력된 열화상 신호를 이용하여 노즐의 위치를 파악할 수 있다(S100 단계). 도 1에 나타낸 바와 같이, 설비에는 분진 퇴적물이 쌓여있기 때문에 노즐의 위치를 파악하는 것이 용이하지 않다. 그러나, 노즐의 온도가 다른 부분과 다르기 때문에, 열화상 신호를 이용하면 노즐의 위치를 파악할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 영상 카메라(120)로부터 입력된 영상 신호를 추가적으로 고려하여 노즐의 위치를 파악할 수도 있다.
다음으로, 제어부(150)는 레이저 포인터(130)를 이용하여 노즐의 중심부에 레이저를 조사할 수 있다(S200 단계).
다음으로, 제어부(150)는 영상 카메라(120)로부터 입력된 영상 신호를 이용하여 작업툴(200)의 위치를 제어할 수 있다(S300 단계). 예를 들면, 도 5에서 설명한 것과 같이, 제어부(150)는 먼저 레이저 포인터(130)에서 조사된 레이저를 이용하여 노즐의 중심 위치를 파악하고, 작업툴(200)이 노즐의 중심을 중심점으로 원운동을 하도록 매니퓰레이터(300)를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 제어 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 제어부(150)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 제어부(150)는 스티프니스(stiffness) 모델(151), 프릭션(friction) 모델(152), 제어기(153), 및 피드백부(154)를 포함할 수 있으며, 도 8에 나타낸 제어부(150)의 구성들 각각은 하드웨어적인 구성으로 구현될 수도 있고, 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다. 또한, 도 7에서 액츄에이터(155)는 도 3의 매니퓰레이터(300)를 구성하는 복수개의 액츄에이터들 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 도 7의 액츄에이터(155)는 작업툴(200)을 수평 방향으로 움직이는 구성일 수 있다.
도 7에서, X_d는 작업툴이 위치하기를 원하는 목표 위치를, X_m은 작업툴의 실제 위치를, P_A는 작업툴을 제1 방향으로 움직이도록 하는 액츄에이터의 압력인 제1 압력을, P_B는 작업툴을 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 움직이도록 하는 액츄에이터의 압력인 제2 압력을 각각 나타낸다. 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하는 방향일 수도 있고, 서로 반대 방향일 수도 있다.
먼저, 작업툴의 목표 위치(X_d)와 실제 위치(X_m)의 위치 오차(e_x)를 구한다. 실제 위치(X_m)는 작업툴을 제어하는 액츄에이터들(예를 들면, 도 3의 매니퓰레이터(300)를 구성하는 액츄에이터들)의 상태를 검출하여 파악할 수 있다. 또한, 목표 위치(X_d)는 작동툴(도 3의 500)로부터 입력되는 신호에 기초하여 파악할 수 있다.
다음으로, 위치 오차(e_x)를 스티프니스(stiffness) 모델(151) 및 프릭션(friction) 모델(152)에 입력시켜 제1 오차(e_1) 및 제2 오차(e_2)를 구한다. 도 8은 스티프니스 모델(151)의 일실시예이며, 도 9는 프릭션 모델(152)의 일실시예이다. 스티프니스(stiffness) 모델(151) 및 프릭션(friction) 모델(152) 각각은 입력되는 위치 오차(e_x)에 대응하는 제1 오차(e_1) 및 제2 오차(e_2)를 출력한다.
다음으로, 제1 오차(e_1) 및 제2 오차(e_2)를 합산하여 목표 힘(f_d)을 구한다.
또한, 피드백부(154) 제1 압력(P_A)과 제2 압력(P_B)의 압력 차이를 측정 힘(f_m)으로 구하고, 제어기(153)는 측정 힘(f_m)이 목표 힘(f_d)이 되도록 제1 압력(P_A)과 제2 압력(P_A)을 조정한다. 이를 위한 제어기(153)는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기 또는 PI 제어기 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 작업툴의 목표 위치와 작업툴의 실제 위치의 차이가 작아짐에 따라, 작업툴에 가해지는 힘도 작아지도록 액츄에이터가 제어된다. 즉, 작업툴이 목표 위치에 가까워지는 경우에는 일반적을 노즐 등 청소할 대상물(예를 들면, 노즐 등)에 가까워지는 경우이다. 따라서 목표물에 가까워진 경우에는 액츄에이터가 작업툴에 가해지는 힘도 작아지도록 함으로써, 작업툴이 청소할 대상물에 부딪치더라도 작업툴이 큰 힘을 받지 않게 된다. 이로 인해 작업툴이 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 청소 로봇 제어 장치의 제어 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 제어부(150)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 제어부(150)는 제어기(156) 및 피드백부(157)를 포함할 수 있으며, 도 10에 나타낸 제어부의 구성들 각각은 하드웨어 모듈로 구현될 수도 있고, 소프트웨어 모듈로 구현될 수도 있다. 도 10의 서보 밸브(158) 및 선형 액츄에이터(159)는 도 3의 매니퓰레이터(300)를 구성하는 복수개의 액츄에이터들 중 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 서보 밸브(158) 및 선형 액츄에이터(159)는 작업툴(200)을 상하로 움직이는 구성일 수 있다.
도 10에서, P_C는 작업툴을 제3 방향으로 움직이도록 하는 제3 압력을, P_D는 작업툴을 제3 방향과 상이한 제4 방향으로 움직이도록 하는 제4 압력을 각각 나타낸다. 제3 방향과 제4 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
먼저, 제어부(150)로 목표 압력(P_d)이 입력된다. 목표 압력(P_d)은 사전에 설정될 수 있으며, 분진 퇴적물을 제거하면서도 작업툴(200)이나 노즐(1) 등이 손상되지 않을 수 있는 압력값일 수 있다.
피드백부(157)는 제3 압력(P_C)과 제4 압력(P_D)의 차이를 측정 압력(P_m)을 출력한다. 제어기(156)는 측정 압력(P_m)이 목표 압력(P_d)이 되도록 서보 밸브(156)를 제어할 수 있다. 이를 위한 제어기(156)는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기 또는 PI 제어기 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 방법으로, 제어부(150)는 매니퓰레이터와 작업툴 사이의 압력이 일정한 압력을 유지하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 작업툴 주변의 열화상을 획득하고, 열화상 신호를 출력하는 열화상 카메라;
    상기 작업툴 주변의 영상을 획득하고, 영상 신호를 출력하는 영상 카메라;
    지정 지점에 레이저를 조사하는 레이저 포인터; 및
    상기 열화상 신호에 기초하여 상기 지정 지점을 파악하고, 상기 레이저 포인터를 제어하며, 상기 영상 신호를 이용하여 상기 작업툴이 상기 지정 지점을 중심으로 원운동을 하도록 상기 작업툴을 제어하는 제어부를 포함하는 청소 로봇 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지정 지점은
    분광 형태의 철광석에 용융로에서 발생한 환원 가스를 불어넣어 유동시켜서 환원철을 생산하는 설비인 유동로 내부의 노즐의 중심인 청소 로봇 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 작업툴은
    복수개의 암과 복수개의 액츄에이터로 구성되는 매니퓰레이터의 끝단에 설치되는 청소 로봇 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 작업툴은
    회전날을 포함하고, 회전하면서 상기 유동로 내부에 퇴적된 분진 퇴적물을 분쇄하는 회전 블레이드; 및
    분쇄된 상기 분진 퇴적물을 수거하는 흡입기를 포함하는 청소 로봇 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 청소 로봇 제어 장치는
    상기 매니률레이터와 상기 작업툴 사이의 압력을 측정하고, 측정된 압력에 대한 정보를 제공하는 센서부를 더 포함하는 청소 로봇 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 센서부로부터 측정된 압력이 일정한 압력을 유지하도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 청소 로봇 제어 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 청소 로봇 제어 장치는
    상기 복수개의 액츄에이터 중 적어도 하나 이상의 액츄에이터의 압력을 측정하는 센서부를 더 포함하는 청소 로봇 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 센서부로부터 측정된 압력에 응답하여, 상기 작업툴의 목표 위치와 상기 작업툴의 실제 위치의 차이가 작아짐에 따라, 상기 작업툴에 대하여 작용하는 힘이 작아지도록 제어하는 청소 로봇 제어 장치.
  9. 분광 형태의 철광석에 용융로에서 발생한 환원 가스를 불어넣어 유동시켜서 환원철을 생산하는 설비인 유동로 내부를 청소하는 청소 로봇을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 유동로 내부의 열화상을 획득하고, 상기 열화상을 이용하여 상기 유동로 내부에 설치된 노즐의 위치를 판단하는 단계;
    상기 노즐의 위치에 따라 상기 청소 로봇의 작업툴을 이동시키는 단계; 및
    상기 유동로 내부의 영상을 획득하고, 상기 영상을 이용하여 상기 작업툴이 원운동을 하도록 작업툴을 제어하는 단계를 포함하는 청소 로봇 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 작업툴을 제어하는 단계는
    상기 중심 위치로 레이저를 조사하는 단계; 및
    상기 유동로 내부의 영상을 획득하고, 상기 영상을 이용하여 상기 작업툴을 이동시키는 단계를 포함하는 청소 로봇 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 청소 로봇은
    복수개의 암과 복수개의 액츄에이터로 구성되는 매니퓰레이터; 및
    상기 매니퓰레이터의 끝단에 배치되는 작업툴을 포함하는 청소 로봇 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 청소 로봇 제어 방법은
    상기 매니퓰레이터와 상기 작업툴 사이의 압력이 일정한 압력이 되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 청소 로봇 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 청소 로봇은
    레버형 입력 장치로서, 상기 작업툴의 작동을 제어하는 작동툴을 더 포함하는 청소 로봇 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 청소 로봇 제어 방법은
    상기 작업툴의 목표 위치와 상기 작업툴의 실제 위치의 차이를 감지하는 단계; 및
    상기 차이가 작아질수록, 상기 작업툴에 인가되는 힘이 작아지도록 제어하는 단계를 더 포함하는 청소 로봇 제어 방법.
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