WO2021029484A1 - 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법 - Google Patents

재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법 Download PDF

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WO2021029484A1
WO2021029484A1 PCT/KR2019/013882 KR2019013882W WO2021029484A1 WO 2021029484 A1 WO2021029484 A1 WO 2021029484A1 KR 2019013882 W KR2019013882 W KR 2019013882W WO 2021029484 A1 WO2021029484 A1 WO 2021029484A1
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master arm
master
slave
slave arm
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PCT/KR2019/013882
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박상현
김무림
이준영
서갑호
서진호
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한국로봇융합연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a disaster rescue robot control system and method, and more particularly, to a disaster rescue robot control system and method for controlling a robot that is put into a disaster environment such as fire, earthquake, typhoon, and tsunami to perform recovery and rescue activities. It is about.
  • Unmanned personnel that can be directly put into a disaster situation in a situation where the damage to people due to disasters such as fire, earthquake, tsunami, and typhoon increases, and in particular, secondary human and material damage that occurs during life-saving in a disaster situation increases. Research on robots is being actively conducted.
  • Patent Documents 1 to 4 a disaster rescue robot and a disaster rescue system technology using the same are disclosed in a disaster situation according to the prior art.
  • Patent Document 1 discloses an obstacle avoidance thrust device including a main body moving by a driving unit, a device mounted on the main body for disaster recovery and lifesaving, and a thrust device mounted on the lower part of the main body to provide thrust to lift the main body in the air.
  • Disaster recovery and lifesaving robot configuration is described.
  • Patent Literature 2 describes a configuration of a disaster rescue operation in which a command is recognized by hand motion and the emergency rescue robot is controlled by hand motion.
  • a control value receiving unit that receives control values according to the operation direction of the master device from a plurality of master devices that divide and control a robot arm with multiple degrees of freedom of a single slave robot controlled remotely according to a pre-allocated control axis.
  • the control values Of the control values, only the control values corresponding to each control axis of the master device are transferred to the robot arm, respectively, using a preset value to perform calculations on the received control values, and to transfer the calculated control values to the robot arm, respectively.
  • a configuration of a robot arm division control device capable of effectively splitting and controlling a robot arm having multiple degrees of freedom of a single slave robot according to a control axis to which a plurality of master devices are pre-allocated is disclosed.
  • Patent Document 4 the configuration of a disaster rescue system using a disaster rescue robot that collects disaster site information while moving to a disaster location by throwing a user, transmits the collected disaster site information, and outputs evacuation information to the disaster victims. It is described.
  • the disaster rescue robot is a location that is generated by the master arm and transmitted to the slave arm according to the difference in shape and size of the operation panel operated by the operator, that is, the arm installed in the master arm and the actual robot, that is, the slave arm.
  • a command region hereinafter referred to as a “command region”
  • an operable region of the slave arm hereinafter referred to as a “slave arm operation region” may be inconsistent with each other.
  • the command area created according to the manipulation of the master arm may cause an area in which the slave arm cannot operate.
  • the slave arm cannot follow the command, thereby causing a control contradiction between the master arm and the slave arm.
  • the operability of the operator is deteriorated and may lead to damage to the slave arm.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2016-0141493 (published on December 9, 2016)
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2016-0125837 (published on November 1, 2016)
  • Patent Document 3 Korean Patent Registration No. 10-1497320 (announced on February 24, 2015)
  • Patent Document 4 Korean Patent Registration No. 10-1589133 (announced on January 21, 2016)
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a disaster rescue robot control system and method capable of performing recovery and rescue activities by controlling the driving of a disaster rescue robot that is put into a disaster environment.
  • Another object of the present invention is to provide a disaster relief robot control system and method that restricts the command of the master arm from being generated outside the operation area of the slave arm even if the operation area of the slave arm and the command area of the master arm do not match each other.
  • Another object of the present invention is to provide a disaster rescue robot control system and method capable of limiting the command of the master arm to the inside of the boundary by generating a reaction force on the master arm when the command of the master arm is near the boundary of the operation area of the slave arm.
  • the disaster rescue robot control system is installed on the disaster rescue robot, a slave arm of multiple degrees of freedom that performs recovery and rescue operations in a disaster environment, and receives an operator's operation command.
  • the master arm a control unit for controlling the operation of the slave arm in connection with the operation of the master arm, and the master arm based on the operation region of the slave arm so that the command of the master arm occurs within the operation region of the slave arm. It characterized in that it comprises an operation limiting unit for limiting the operation of.
  • the disaster rescue robot control method comprises the steps of: (a) receiving an operation command from an operator using a master arm, (b) input through the master arm in the control unit. Actuating the slave arm provided in the disaster relief robot according to the prepared operation command; and (c) driving the operation limiting unit based on the operation region of the slave arm so that the command of the master arm occurs inside the operation region of the slave arm.
  • it characterized in that it comprises the step of limiting the operation of the master arm.
  • the disaster rescue robot control system and method according to the present invention it is possible to perform recovery and rescue operations in a disaster environment by operating the slave arm based on an operation applied to the master arm.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a disaster rescue robot control system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a master arm and a slave arm
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation area of a slave arm and a command area of a master arm shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a block diagram of a disaster rescue robot control system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating step-by-step a control method of a disaster rescue robot control system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a disaster rescue robot control system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Disaster rescue robot control system 10 a multi-degree of freedom robot arm (hereinafter referred to as a'slave arm') that performs recovery and rescue operations in a disaster environment ( 40) and a control device (hereinafter referred to as a'master arm') 50 for controlling the operation of the disaster rescue robot 20 and the slave arm.
  • the master arm 50 may be installed in the boarding space 21 provided inside the disaster rescue robot 20, and may be installed in an integrated control vehicle 11 or a control center located in a separate remote location.
  • the integrated control vehicle 11 or the control center may be provided in the control server 30.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a master arm and a slave arm
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation region of the slave arm and a command region of the master arm shown in FIG. 2.
  • Fig. 3(a) shows the operation area of the slave arm
  • Fig. 3(b) shows the command area of the master arm.
  • the operator when the operator manipulates the master arm 50, it operates so that the position of the slave arm 40 corresponds to the position of the master arm 50 in conjunction with the operation of the master arm 50.
  • the area of the position command generated by the master arm 50 (hereinafter referred to as'command area') and the operable area of the slave arm 40 (hereinafter referred to as'moving area') are spaces for each joint of the slave arm. It can also be expressed in (hereinafter referred to as'joint space'), and can also be expressed in a space for the position and direction of the end of the slave arm (hereinafter referred to as a'task space').
  • the position of the master arm 50 may be a joint position vector ⁇ m of the master arm 50 for manipulating each joint corresponding to the joint position vector ⁇ s of the slave arm 40 in the joint space.
  • the position of the master arm 50 may be the end position x m of the master arm 50 for manipulating the end position x s of the slave arm 40 in the work space.
  • the command region of the master arm 50 and the slave arm 40 Most of the operating areas of are not consistent. That is, a case occurs where the command region of the master arm 50 and the operation region of the slave arm 40 do not match each other.
  • the command area (B) of the master arm 50 is larger than the operation area (A) of the slave arm 40 .
  • An operator operating the master arm 50 may manipulate the master arm 50 so that the slave arm 40 operates in an unreachable area.
  • FIG 3 illustrates an area for one joint when manipulated in response to a joint space, and when manipulated in response to a working space, one of the three degrees of freedom position and the three degrees of freedom direction in the three-dimensional space The area for the location or direction of is illustrated.
  • the present invention may describe the command area of the master arm and the operation area of the slave arm for the joint space with reference to FIG. 3, and the command area of the master arm and the operation area of the slave arm in the working space will be described. May be.
  • the slave arm 40 cannot reach the slave arm 40 by the command of the master arm 50, so that the master arm 50 and the slave arm 50 Inconsistency in the operation of 40) may cause controllable contradictions, deterioration of operator operability, and damage to the slave arm 40.
  • the master arm 50 controls the command region B of the slave arm 50 to the master arm on both sides of the region A'corresponding to the operation region A of the slave arm 40. It is set as a restricted area E that restricts the arm 50 from being operated.
  • the present invention divides the area (A') corresponding to the entire operation area (A) of the slave arm 40 into a safety section (C) inside the boundary and boundary sections (D1, D2) adjacent to the boundary, and In (D1, D2), it provides a reaction force that limits the operation of the master arm 50.
  • the safety section (C) is set to about 60% to 90% of the entire operation area (A) of the slave arm 40, and the boundary sections D1 and D2 on both sides of the slave arm 40 It may be set to about 5% to 20% of the total operation area A.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and the safety section (C) and the boundary section (D1) according to various conditions, such as the length of the slave arm 40 and the master arm 50, the size of the entire operation area, and the rotational angle. ,D2) can be changed to set.
  • Figure 4 is a block diagram of a disaster rescue robot control system according to an embodiment of the present invention.
  • Disaster rescue robot control system 10 according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in Fig. 4, a slave arm 40 installed on the disaster rescue robot 20 and performing recovery and rescue operations in a disaster environment,
  • the master arm 50 receiving an operator's operation command input, the control unit 60 controlling the operation of the slave arm 40 in conjunction with the operation of the master arm 50, and the command of the master arm 50 are the slave arm 40 It includes an operation limiting unit 70 that limits the operation of the master arm 50 based on the operation region of the slave arm 40 so as to occur within the operation region of ).
  • the slave arm 40 is provided in the disaster rescue robot 20, and the master arm 40 is an integrated control vehicle 11 or a control center located in a separate remote location or the boarding space 21 of the disaster rescue robot 20. It can also be installed in the same place.
  • the slave arm 40 may be provided as a robot arm having multiple degrees of freedom to secure an access road using a plurality of joints in a disaster environment, perform recovery operations such as debris removal, and lifesaving operations.
  • the master arm 50 is a remote control device that receives an operation command for operating the disaster rescue robot 20 in which the slave arm 40 and the slave arm 40 are installed, and a plurality of joints corresponding to the slave arm 40 It can be configured to have multiple degrees of freedom by using.
  • the master arm 50 is provided with a plurality of detection sensors 51 for detecting changes in the angle and position of each joint, and a detection signal output from each detection sensor 51 is transmitted to the controller 60.
  • control unit 60 calculates the end position of the master arm 50 based on the detection signal of each detection sensor 51, and a control signal for operating the slave arm 40 to move to a position corresponding to the calculated position. Occurs.
  • control unit 60 limits the command area B of the master arm 50 to correspond to the operation area A of the slave arm 40.
  • the master arm 50 corresponds to the operation region A of the slave arm 40. It can only be operated in areas.
  • the control unit 60 divides the entire operation area (A) of the slave arm 40 into a safety section (C) in which a certain section is set to both sides of the center point, and a boundary section (D1, D2) on both sides of the safety section (C). It can be controlled to provide a reaction force that limits the operation of the master arm 50 in the boundary section (D1, D2).
  • reaction force (F) acting in each boundary section (D1, D2) set to the left and right of the safety section (C) may be defined as in Equation 1 and Equation 2 below.
  • x b- and x b+ correspond to the lower and upper limit positions of the safety section (C) expressed in the work space, respectively.
  • b (x) is the friction coefficient for control stability expressed as a function of the working space.
  • the master arm 50 When the reaction force is calculated and applied to the master arm 50 as in Equations 1 and 2, the master arm 50 exhibits the same impedance behavior as in Equations 3 and 4 in the boundary sections D1 and D2.
  • m (x) represents the inherent inertia of the master arm 50 in the work space
  • F ext refers to an external force on the work space applied to the master arm 50 by an operator.
  • b ( ⁇ ) is the friction coefficient for control stability expressed as a function of joint space.
  • the master arm 50 When the reaction force is calculated and applied to the master arm 50 as in Equation 6 and Equation 7, the master arm 50 exhibits impedance behavior as shown in Equations 8 and 9 in the boundary sections D1 and D2.
  • m (x) represents the inherent inertia of the master arm 50 in the joint space
  • T ext denotes an external force in the joint space applied to the master arm 50 by an operator.
  • the reaction force acting on the master arm 50 in the boundary sections D1 and D2 is an impedance-based equation acting on the operation limiting unit 70 according to the distance between the master arm 50 and the safety section 40.
  • the impedance may have a variable impedance form in which a coefficient varies according to the position of the master arm 50.
  • Equation 1 Equation 2, Equation 6, and Equation 7
  • the spring reaction force acting on the master arm 50 in the boundary section (D1, D2) decreases as it approaches the safety section (C), The further away from the safety section (C), that is, toward both ends of the boundary section (D1, D2), it increases. So, the spring reaction force acting on the master arm 50 becomes maximum when it reaches the limit point of the boundary section (D1, D2).
  • the control unit 60 may be provided as a central control unit that controls the driving of each device provided in the disaster relief robot 20.
  • control unit 60 may be provided in an integrated control vehicle 11 located at a remote location.
  • the operation limiting unit 70 limits the command area of the master arm 50 to correspond to the operation area of the slave arm 40, and the master arm at the boundary sections D1 and D2 on both sides of the command area of the master arm 50 Provides reaction force to (50).
  • the operation limiting unit 70 is driven according to a control signal from the control unit 60 to generate a driving force, and the driving force generated from the driving motor 71 is transmitted to the master arm 50.
  • Unit 72 may be included.
  • the operation limiting unit 70 is an impedance adjusting unit 73 that adjusts the magnitude of the reaction force generated by the driving motor 71 based on a variable impedance according to the distance between the master arm 50 and the safety section 40. ) May be further included. Accordingly, the driving force generated by the driving motor 71 is adjusted according to an impedance that varies according to the distance between the master arm 50 and the safety section C in the boundary section.
  • the transmission unit 72 may be composed of a plurality of gears and pulleys, chains or belts.
  • the present invention limits the command area of the master arm based on the operation area of the slave arm when the command area of the slave arm and the master arm do not match each other.
  • the command area of the master arm when the command area of the master arm is larger than the operation area of the slave arm, the command area of the master arm is limited to correspond to the operation area of the slave arm, and the safety section at the center of the restricted operation area and the boundary between both sides of the safety section It is divided into sections and provides a reaction force to limit the motion to the master arm in the boundary section.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating step-by-step a control method of a disaster rescue robot control system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the controller 60 provided in the disaster rescue robot 20 initializes each device and drives each device to perform recovery and rescue activities ( S12).
  • step S14 the control unit 60 receives an operation command through an operation applied to the master arm 50 from the operator.
  • the plurality of detection sensors 51 installed in the master arm 50 detects changes in the angle and position of each joint provided in the master arm 40, and the detection signal output from each detection sensor 51 is the control unit 60 Is delivered to.
  • the control unit 60 calculates the end position of the master arm 50 based on the detection signal of each detection sensor 51, and provides a control signal for operating the slave arm 40 to move to a position corresponding to the calculated position. Occurs.
  • control unit 60 is in a state where the end position of the master arm 50 deviates from the safety section C in the operation area A of the slave arm 40 and is disposed in the boundary section D1, D2. Controls the driving of the operation limiting unit 70 to provide a reaction force that limits the operation of 50.
  • step S16 it is checked whether the end position of the master arm 50 corresponds to the safety section (C).
  • step S16 If, as a result of the inspection in step S16, the end position of the master arm 50 deviates from the safety section (C) and corresponds to the boundary section (D1, D2), the operation limiting unit 70 is the master arm 50 and the safety section ( 40) It provides a reaction force to the master arm 50 according to the distance between (S18).
  • the impedance adjusting unit 73 provided in the operation limiting unit 70 adjusts the magnitude of the reaction force generated by the driving motor 71 by varying the impedance.
  • the controller 60 controls the master arm 50 Controls to operate the slave arm 40 to a position corresponding to the end position of.
  • the slave arm 40 may perform various types of recovery and rescue operations such as securing an access road and removing debris in a disaster environment (S22).
  • step S24 the controller 60 checks whether power supply to the disaster relief robot 20 is stopped, and controls to perform recovery and rescue operations by repeating steps S14 to S24 until the power supply is stopped.
  • step S24 when the power supply is stopped as a result of the inspection in step S24, the control unit 60 stops driving each device provided in the disaster rescue robot 20 and ends.
  • the present invention can perform recovery and rescue operations in a disaster environment by operating the slave arm based on an operation applied to the master arm.
  • the present invention can restrict the command of the master arm from being generated outside the operating area of the slave arm even if the operation area of the slave arm and the command area of the master arm do not match each other.
  • the controller 60 when the master arm 50 is out of the operating region of the slave arm 40, the controller 60 is outside the operating region of the slave arm 40. The operation of the master arm 50 may be ignored, and the slave arm 40 may be controlled to operate only in an operable region.
  • control unit 60 generates a motion trajectory of the slave arm 40 based on a method of least squares with respect to the operation of the master arm 50, and according to the generated motion trajectory, the slave arm 40 ) Can be controlled to operate within the operating area.
  • the present invention is applied to a disaster rescue robot control system and method technology for performing recovery and rescue operations in a disaster environment by operating a slave arm based on an operation applied to a master arm.

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Abstract

재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 재난 구조 로봇에 설치되고, 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하는 다자유도의 슬레이브암, 작업자의 조작명령을 입력받는 마스터암, 상기 마스터암의 동작에 연동해서 상기 슬레이브암의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 마스터암의 지령이 상기 슬레이브암의 동작영역 내부에서 발생하도록, 상기 슬레이브암의 동작영역을 기준으로 상기 마스터암의 동작을 제한하는 동작 제한부를 포함하는 구성을 마련하여, 마스터암에 가해지는 조작에 기초해서 슬레이브암을 동작시켜 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하고, 슬레이브암의 동작영역과 마스터암의 지령영역이 서로 불일치하더라도 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 외부에 생성되지 않도록 제한할 수 있다.

Description

재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법
본 발명은 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화재, 지진, 태풍, 해일과 같은 재난 환경에 투입되어 복구 및 구조 활동을 수행하는 로봇을 제어하는 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
화재, 지진, 해일, 태풍과 같은 재난으로 인한 인명 피해가 증가하고, 특히 재난 상황에서의 인명 구조 중에 발생하는 2차적인 인적, 물적 피해가 증가하는 상황에서, 재난 상황에 직접 투입할 수 있는 무인 로봇에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에는 종래기술에 따른 재난 상황에 투입되는 재난 구조 로봇과 그를 이용한 재난 구조 시스템 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 구동부에 의해 이동하는 본체, 본체에 장착되고 재난 복구 및 인명 구조를 위한 제반 장치, 본체의 하부에 장착되어 본체를 공중에 부양하도록 추력을 제공하는 추력장치를 포함하는 장애물 회피 추력 장치가 구비된 재난 복구 및 인명 구조 로봇 구성이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 손 동작으로 명령을 인식하여 재난 구조 로봇을 제어하는 손 동작으로 제어하는 재난 구조 동작 구성이 기재되어 있다.
특허문헌 3에는 원격으로 제어되는 단일 슬레이브 로봇의 다자유도를 갖는 로봇팔을 미리 할당된 조종축에 따라 분할 조종하는 복수의 마스터장치로부터 마스터장치의 조작방향에 따른 제어값을 각각 수신하는 제어값수신부, 제어값 중 마스터장치의 각 조종축에 대응되는 제어값만 로봇팔로 각각 전달되도록 미리 설정된 값을 이용하여 수신된 제어값에 대한 연산을 수행하는 연산부 및 연산이 수행된 제어값을 로봇팔로 각각 전달하는 제어값전달부를 포함하여, 단일 슬레이브 로봇의 다자유도를 갖는 로봇팔을 복수의 마스터장치가 미리 할당된 조종축에 따라 효과적으로 분할 조종할 수 있는 로봇팔 분할 조종장치 구성이 기재되어 있다.
특허문헌 4에는 사용자의 투척에 의해 재난 위치로 이동하면서 재난현장정보를 수집한 후 수집된 재난현장정보를 전송하고, 재난자들을 대상으로 대피정보를 출력하는 재난구조로봇을 이용한 재난구조시스템 구성이 기재되어 있다.
종래기술에 따른 재난 구조 로봇은 탑승형 로봇인 경우에는 작업자가 직접 탑승해서 동작을 제어하고, 비탑승형인 경우에는 원격지에서 작업자가 조작반을 조작해서 해당 로봇의 동작을 제어하였다.
이러한 종래기술에 따른 재난 구조 로봇은 작업자가 조작하는 조작반, 즉 마스터암과 실제 로봇에 설치된 암, 즉 슬레이브암의 형상 및 크기가 서로 다름에 따라, 마스터암에 의해 생성되어 슬레이브암에 전달되는 위치 지령의 영역(이하 '지령영역'이라 함)과 슬레이브암의 동작 가능한 영역(이하 '슬레이브암의 동작영역'이라 함)이 서로 불일치할 수 있다.
이때, 마스터암의 조작에 따라 생성되는 지령영역이 슬레이브암의 동작 불가능한 영역이 발생할 수 있는데, 이로 인해, 슬레이브암이 지령을 추종하지 못하게 되어 마스터암과 슬레이브암 사이에 제어적인 모순이 발생할 수 있으며, 작업자의 조작성이 저하되고, 슬레이브암의 파손으로 이어질 수도 있다는 문제점이 있었다.
따라서 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 내에 있도록 마스터암의 동작을 제한하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0141493호(2016년 12월 9일 공개)
(특허문헌 2) 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0125837호(2016년 11월 1일 공개)
(특허문헌 3) 대한민국 특허 등록번호 제10-1497320호(2015년 2월 24일 공고)
(특허문헌 4) 대한민국 특허 등록번호 제10-1589133호(2016년 1월 21일 공고)
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 재난 환경에 투입되는 재난 구조 로봇의 구동을 제어해서 복구 및 구조 활동을 수행할 수 있는 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 슬레이브암의 동작영역과 마스터암의 지령영역이 서로 불일치하더라도 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 외부에 생성되지 않도록 제한하는 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 경계 부근에 있을 때 마스터암에 반력을 발생시킴으로써, 마스터암의 지령을 경계 안쪽으로 제한할 수 있는 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템은 재난 구조 로봇에 설치되고, 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하는 다자유도의 슬레이브암, 작업자의 조작명령을 입력받는 마스터암, 상기 마스터암의 동작에 연동해서 상기 슬레이브암의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 마스터암의 지령이 상기 슬레이브암의 동작영역 내부에서 발생하도록, 상기 슬레이브암의 동작영역을 기준으로 상기 마스터암의 동작을 제한하는 동작 제한부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 재난 구조 로봇 제어방법은 (a) 마스터암을 이용해서 조작자로부터 조작명령을 입력받는 단계, (b) 제어부에서 상기 마스터암을 통해 입력된 조작명령에 따라 재난 구조 로봇에 마련된 슬레이브암을 동작시키는 단계 및 (c) 상기 마스터암의 지령이 상기 슬레이브암의 동작영역 내부에 발생하도록, 상기 슬레이브암의 동작영역을 기준으로 동작 제한부를 구동해서 상기 마스터암의 동작을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법에 의하면, 마스터암에 가해지는 조작에 기초해서 슬레이브암을 동작시켜 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 슬레이브암의 동작영역과 마스터암의 지령영역이 서로 불일치하더라도 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 외부에 생성되지 않도록 제한하는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 경계 부근에 있을 때 마스터암에 반력을 발생시킴으로써, 마스터암의 지령을 경계 안쪽으로 자연스럽게 제한할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 구성도,
도 2는 마스터암과 슬레이브암의 예시도,
도 3은 도 2에 도시된 슬레이브암의 동작영역과 마스터암의 지령영역을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 구성을 전체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 구성도이다.
이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하는 다자유도의 로봇팔(이하 '슬레이브암'이라 함)(40)이 장착된 재난 구조 로봇(20) 및 슬레이브암의 동작을 제어하기 위한 조종장치(이하 '마스터암'이라 함)(50)을 포함한다. 마스터암(50)은 재난 구조 로봇(20)의 내부에 마련되는 탑승공간(21)에 설치될 수 있으며, 별도의 원격지에 위치한 통합관제차량(11) 또는 관제센터 등에 설치될 수도 있다. 통합관제차량(11)이나 관제센터에는 관제서버(30)에 마련될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 마스터암과 슬레이브암의 구성을 상세하게 설명한다.
도 2는 마스터암과 슬레이브암의 예시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 슬레이브암의 동작영역과 마스터암의 지령영역을 예시한 도면이다.
도 3의 (a)에는 슬레이브암의 동작영역이 도시되어 있고, 도 3의 (b)에는 마스터암의 지령영역이 도시되어 있다.
기본적으로, 작업자가 마스터암(50)을 조작하면, 마스터암(50)의 동작에 연동해서 슬레이브암(40)의 위치가 마스터암(50)의 위치로 대응되도록 동작한다.
마스터암(50)에 의해 생성되는 위치 지령의 영역(이하 '지령영역'이라 함)과 슬레이브암(40)의 동작 가능한 영역(이하 '동작영역'이라 함)은 슬레이브암의 각 관절에 대한 공간(이하 '관절공간'(joint space)이라 함)에서도 표현될 수 있으며,슬레이브암 끝단의 위치 및 방향에 대한 공간(이하 '작업공간'(task space)이라 함)에서도 표현될 수 있다.
즉, 마스터암(50)의 위치는 상기 관절공간에서 슬레이브암(40)의 관절 위치 벡터 θs에 각 관절별로 대응하여 조작하기 위한 마스터암(50)의 관절 위치 벡터 θm일 수 있다. 이때, 슬레이브암(40)의 각 관절 위치는 마스터암(40)의 각 관절 위치를 추종하도록 제어되고, 슬레이브암(40)의 동작영역은 관절공간에서 θsiminsisimax (i=1, 2, 3, …)와 같이 표현될 수 있다.
또는, 마스터암(50)의 위치는 상기 작업공간에서 슬레이브암(40)의 끝단 위치 xs에 대응하여 조작하기 위한 마스터암(50)의 끝단 위치 xm일 수 있다. 여기서, 마스터암(50)의 끝단위치 xm은 마스터암(50)의 관절 위치 벡터 θm 에 대한 함수 xm=fmm)로 표현될 수 있는 마스터암(50) 끝단의 위치 및 방향 벡터를 의미한다. 그리고 슬레이브암(40)의 끝단 위치 xs는 슬레이브암(40)의 관절 위치 벡터 θs에 대한 함수 xs=fss)로 표현될 수 있는 슬레이브암(50) 끝단의 위치 및 방향 벡터를 의미한다. 이때, 슬레이브암(40)의 끝단 위치 xs는 마스터암(50)의 끝단 위치 xm에 의해 생성되는 지령을 추종하도록 제어되며, 슬레이브암(50)의 동작영역은 작업공간에서 xsimin<xsi<xsimax (i=1, 2, 3, …)이다.
여기서, 마스터암(50)과 슬레이브암(40)의 물리적인 형상 및 크기가 상이하고, 각 암에 마련된 각 축의 동작영역이 상이함에 따라, 마스터암(50)의 지령영역과 슬레이브암(40)의 동작영역은 대부분 일치하지 않는다. 즉, 마스터암(50)의 지령영역과 슬레이브암(40)의 동작영역이 서로 불일치하는 경우가 발생한다.
예를 들어, 관절공간에서 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 마스터암(50)의 지령영역(B)이 슬레이브암(40)의 동작영역(A)에 비해 큰 경우, 마스터암(50)을 조작하는 조작자는 슬레이브암(40)이 도달 불가능한 영역으로 동작하도록 마스터암(50)을 조작할 수 있다.
도 3은 관절공간에 대응하여 조작하는 경우에는 하나의 관절에 대한 영역을 예시한 것이고, 작업공간에 대응하여 조작될 경우에는 3차원 공간에서의 3자유도 위치 및 3자유도 방향 중 어느 한 자유도의 위치 또는 방향에 대한 영역을 예시한 것이다.
즉, 본 발명은 도 3을 참조하여 관절공간에 대한 마스터암의 지령영역과 슬레이브암의 동작영역에 대해 설명할 수도 있고, 작업공간에서 마스터암의 지령영역과 슬레이브암의 동작영역에 대해 설명할 수도 있다.
이와 같이 슬레이브암(40)의 도달 불가능한 영역으로 마스터암(50)을 조작하는 경우, 마스터암(50)의 지령에 의해 슬레이브암(40)이 도달하지 못하게 되어 마스터암(50)과 슬레이브암(40)의 동작 불일치로 인해 제어적으로 모순이 발생할 수 있으며, 작업자의 조작성이 저하될 뿐만 아니라, 슬레이브암(40)이 파손될 수 있다.
따라서 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 마스터암(50)의 지령영역(B)을 슬레이브암(40)의 동작영역(A)에 대응되는 영역(A')을 벗어나는 양측의 영역을 마스터암(50)을 동작하지 않도록 제한하는 제한영역(E)으로 설정한다.
그리고 본 발명은 슬레이브암(40)의 전체 동작영역(A)에 대응되는 영역(A')을 경계 내부의 안전구간(C)과 경계에 인접한 경계구간(D1,D2)으로 구분하고, 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)의 동작을 제한하는 반력을 제공한다.
예를 들어, 안전구간(C)은 슬레이브암(40)의 전체 동작영역(A) 중에서 약 60% 내지 90%로 설정되고, 양측의 경계구간(D1,D2)은 각각 슬레이브암(40)의 전체 동작영역(A) 중에서 약 5% 내지 20%로 설정될 수 있다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 슬레이브암(40) 및 마스터암(50)의 길이, 전체 동작영역의 크기, 회전가능 각도 등 다양한 조건에 따라 안전구간(C)과 경계구간(D1,D2)을 설정하도록 변경될 수 있다.
다음, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 재난 구조 로봇(20)에 설치되고 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하는 슬레이브암(40), 작업자의 조작명령을 입력받는 마스터암(50), 마스터암(50)의 동작에 연동해서 슬레이브암(40)의 동작을 제어하는 제어부(60) 및 마스터암(50)의 지령이 슬레이브암(40)의 동작영역 내부에서 발생하도록, 슬레이브암(40)의 동작영역을 기준으로 마스터암(50)의 동작을 제한하는 동작 제한부(70)를 포함한다.
그래서 슬레이브암(40)은 재난 구조 로봇(20)에 마련되고, 마스터암(40)은 재난 구조 로봇(20)의 탑승공간(21) 또는 별도의 원격지에 위치한 통합관제차량(11)나 관제센터와 같은 곳에 설치될 수도 있다.
슬레이브암(40)은 재난 환경에서 복수의 관절을 이용해서 진입로 확보, 잔해물 제거와 같은 복구 작업 및 인명 구조 동작의 수행이 가능하도록 다자유도를 갖는 로봇팔로 마련될 수 있다.
마스터암(50)은 슬레이브암(40) 및 슬레이브암(40)이 설치된 재난 구조 로봇(20)을 동작시키기 위한 조작명령을 입력받는 원격조종장치로서, 슬레이브암(40)에 대응되는 복수의 관절을 이용해서 다자유도를 갖도록 구성될 수 있다.
이러한 마스터암(50)에는 각 관절의 각도 및 위치 변화를 감지하는 복수의 감지센서(51)가 설치되고, 각 감지센서(51)에서 출력되는 감지신호는 제어부(60)로 전달된다.
그래서 제어부(60)는 각 감지센서(51)의 감지신호에 기초해서 마스터암(50)의 끝단 위치를 산출하고, 산출된 위치에 대응되는 위치로 슬레이브암(40)을 이동하도록 동작시키는 제어신호를 발생한다.
상세하게 설명하면, 제어부(60)는 도 3에 도시된 바와 같이, 마스터암(50)의 지령영역(B)을 슬레이브암(40)의 동작영역(A)에 대응되도록 제한한다.
따라서, 마스터암(50)의 지령영역(B)이 슬레이브암(40)의 동작영역(A)에 비해 크더라도, 마스터암(50)은 슬레이브암(40)의 동작영역(A)에 대응되는 영역에서만 동작할 수 있다.
제어부(60)는 슬레이브암(40)의 전체 동작영역(A)에서 중심점의 양측으로 일정 구간을 설정한 안전구간(C)과 안전구간(C) 양측의 경계구간(D1,D2)으로 구분해서 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)의 동작을 제한하는 반력을 제공하도록 제어할 수 있다.
여기서, 안전구간(C)의 좌측과 우측에 설정된 각 경계구간(D1,D2)에서 작용하는 반력(F)은 아래의 수학식 1과 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000001
[수학식 2]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000002
여기서, xb- 와 xb+ 는 각각 작업공간에서 표현된 안전구간(C)의 하한 및 상한 위치에 해당한다. k(x) 는 경계구간(D1,D2)에서의 스프링 계수를 작업공간에 대한 함수로 표현한 것으로, 안전구간(C)에서는 k(x)=0으로 설정할 수 있다. 또한, b(x) 는 제어 안정성을 위한 마찰 계수를 작업공간에 대한 함수로 표현한 것이다.
수학식 1 및 수학식 2와 같이 반력을 계산하여 마스터암(50)에 인가하면, 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)은 수학식 3 및 수학식 4와 같은 임피던스 거동을 보인다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000003
[수학식 4]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000004
여기서, m(x) 는 마스터암(50)이 가진 고유의 관성을 작업공간에서 표현한 것이며, Fext 는 작업자에 의해 마스터암(50)에 가해지는 작업공간 상의 외력을 의미한다.
만약, 안전구간(C)에서 k(x)=0 으로 설정되어 있다면, 마스터암(50)이 안전구간(C)에 있을 때 스프링 반력이 제외된 수학식 5와 같은 임피던스 거동을 보이게 된다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000005
그리고 안전구간(D1,D2)의 좌측과 우측에 설정된 각 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)에 작용하는 반력(T)을 관절공간에서 아래의 수학식 6과 수학식 7과 같이 인가할 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000006
[수학식 7]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000007
여기서, θb-와 θb+는 각각 관절공간에서 표현된 안전구간(C)의 하한 및 상한 위치에 해당하며, k(x) 는 경계구간(D1,D2)에서의 스프링 계수를 관절공간에 대한 함수로 표현한 것으로, 안전구간(C)에서는 k(θ)=0으로 설정할 수 있다. 또한, b(θ)는 제어 안정성을 위한 마찰 계수를 관절공간에 대한 함수로 표현한 것이다.
수학식 6 및 수학식 7과 같이 반력을 계산하여 마스터암(50)에 인가하면, 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)은 수학식 8 및 수학식 9와 같은 임피던스 거동을 보인다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000008
[수학식 9]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000009
여기서, m(x) 는 마스터암(50)이 가진 고유의 관성을 관절공간에서 표현한 것이며, Text 는 작업자에 의해 마스터암(50)에 가해지는 관절공간 상의 외력을 의미한다.
만약, 안전구간(C)에서 k(θ)=0 으로 설정되어 있다면, 마스터암(50)이 안전구간(C)에 있을 때 스프링 반력이 제외된 수학식 10과 같은 임피던스 거동을 보이게 된다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2019013882-appb-I000010
이와 같이, 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)에 작용하는 반력은 마스터암(50)과 안전구간(40)의 거리에 따라 동작 제한부(70)에 작용하는 임피던스 기반 수학식으로 발생될 수 있으며, 이때 임피던스는 마스터암(50)의 위치에 따라 계수가 변동되는 가변 임피던스 형태를 가질 수 있다.
상기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 6, 수학식 7과 같이, 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)에 작용하는 스프링 반력은 안전구간(C)에 가까워질수록 작아지고, 안전구간(C)에서 멀어질수록, 즉 경계구간(D1,D2)의 양단으로 갈수록 커진다. 그래서 마스터암(50)에 작용하는 스프링 반력은 경계구간(D1,D2)의 한계점에 도달하면 최대가 된다.
이러한 제어부(60)는 재난 구조 로봇(20)에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 중앙제어유닛으로 마련될 수 있다.
물론, 제어부(60)는 무인 로봇을 원격으로 조정하는 경우에는 원격지에 위치한 통합관제차량(11) 등에 마련될 수도 있다.
동작 제한부(70)는 마스터암(50)의 지령영역을 슬레이브암(40)의 동작영역에 대응되도록 제한하고, 마스터암(50)의 지령영역 양측의 경계구간(D1,D2)에서 마스터암(50)에 반력을 제공한다.
예를 들어, 동작 제한부(70)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 구동되어 구동력을 발생하는 구동모터(71)와 구동모터(71)에서 발생한 구동력을 마스터암(50)에 전달하는 전달유닛(72)을 포함할 수 있다.
이와 함께, 동작 제한부(70)는 마스터암(50)과 안전구간(40) 사이의 거리에 따라 구동모터(71)에 의해 발생하는 반력의 크기를 가변 임피던스 기반으로 조절하는 임피던스 조절부(73)를 더 포함할 수 있다. 따라서 구동모터(71)에서 발생하는 구동력은 경계구간에서 마스터암(50)과 안전구간(C) 사이의 거리에 따라 가변되는 임피던스에 따라 조절된다.
전달유닛(72)은 복수의 기어와 풀리, 체인이나 벨트 등으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 슬레이브암과 마스터암의 지령영역이 서로 불일치하는 경우, 슬레이브암의 동작영역에 기초해서 마스터암의 지령영역을 제한한다.
특히, 본 발명은 마스터암의 지령영역이 슬레이브암의 동작영역보다 큰 경우, 마스터암의 지령영역을 슬레이브암의 동작영역에 대응되도록 제한하고, 제한된 동작영역 중앙의 안전구간과 안전구간 양측의 경계구간으로 구분해서 경계구간에서 마스터암에 동작을 제한하는 반력을 제공한다.
다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 5의 S10단계에서 재난 구조 로봇(20)에 전원이 공급되면, 재난 구조 로봇(20)에 마련된 제어부(60)는 각 장치를 초기화하고, 복구 및 구조 활동을 수행하도록 각 장치를 구동한다(S12).
S14단계에서 제어부(60)는 조작자로부터 마스터암(50)에 가해지는 조작을 통해 조작 명령을 입력받는다.
그래서 마스터암(50)에 설치된 복수의 감지센서(51)는 마스터암(40)에 마련된 각 관절의 각도 및 위치 변화를 감지하고, 각 감지센서(51)에서 출력되는 감지신호는 제어부(60)로 전달된다.
제어부(60)는 각 감지센서(51)의 감지신호에 기초해서 마스터암(50)의 끝단 위치를 산출하고, 산출된 위치에 대응되는 위치로 슬레이브암(40)을 이동하도록 동작시키는 제어신호를 발생한다.
이때, 제어부(60)는 마스터암(50)의 끝단 위치가 슬레이브암(40)의 동작영역(A) 중에서 안전구간(C)을 벗어나 경계구간(D1,D2)에 배치된 상태이면, 마스터암(50)의 동작을 제한하는 반력을 제공하도록 동작 제한부(70)의 구동을 제어한다.
상세하게 설명하면, S16단계에서 마스터암(50)의 끝단 위치가 안전구간(C)에 해당하는지를 검사한다.
만약, S16단계의 검사결과 마스터암(50)의 끝단 위치가 안전구간(C)을 벗어나 경계구간(D1,D2)에 해당하면, 동작 제한부(70)는 마스터암(50)과 안전구간(40) 사이의 거리에 따라 마스터암(50)에 반력을 제공한다(S18).
이때, 동작 제한부(70)에 마련된 임피던스 조절부(73)는 임피던스를 가변해서 구동모터(71)에 의해 발생하는 반력의 크기를 조절한다.
이에 따라, 본 발명은 슬레이브암과 마스터암의 지령영역이 서로 불일치하더라고, 슬레이브암의 동작 영역 외부에서 마스터암의 지령이 발생하지 않도록 제한할 수 있다.
한편, S16단계의 검사결과 마스터암(50)의 끝단 위치가 안전구간(C)에 해당하거나, S18단계에서 마스터암(50)에 반력을 제공한 후, 제어부(60)는 마스터암(50)의 끝단 위치에 대응되는 위치로 슬레이브암(40)을 동작시키도록 제어한다.
이와 같은 과정을 통해, 슬레이브암(40)은 재난 환경에서 진입로 확보, 잔해물 제거와 같은 다양한 방식의 복구 및 구조 동작을 수행할 수 있다(S22).
S24단계에서 제어부(60)는 재난 구조 로봇(20)에 전원 공급이 중지되는지를 검사하고, 전원 공급이 중지될 때까지 S14단계 내지 S24단계를 반복하여 복구 및 구조 동작을 수행하도록 제어한다.
한편, S24단계의 검사결과 전원 공급이 중지되면, 제어부(60)는 재난 구조 로봇(20)에 마련된 각 장치의 구동을 중지하고 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 마스터암에 가해지는 조작에 기초해서 슬레이브암을 동작시켜 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행할 수 있다.
그리고 본 발명은 슬레이브암의 동작영역과 마스터암의 지령영역이 서로 불일치하더라도 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 외부에 생성되지 않도록 제한할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마스터암의 지령이 슬레이브암의 동작영역 경계 부근에 있을 때 마스터암에 반력을 발생시킴으로써, 마스터암의 지령을 경계 안쪽으로 자연스럽게 제한할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 마스터암이 슬레이브암의 동작영역 중 경계구간 대응되면, 동작 제한부를 이용해서 반력을 제공하고, 경계구간을 벗어나면 마스터암의 동작을 제한하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 재난 구조 로봇 제어시스템에서, 제어부(60)는 마스터암(50)이 슬레이브암(40)의 동작영역을 벗어나는 경우, 슬레이브암(40)의 동작영역을 벗어난 마스터암(50)의 동작을 무시하고, 슬레이브암(40)이 동작 가능한 영역에서만 동작하도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어부(60)는 마스터암(50)의 동작에 대해 최소자승법(method of least squares)을 기반으로 슬레이브암(40)의 동작 궤적을 생성하고, 생성된 동작 궤적에 따라 슬레이브암(40)을 동작영역 내에서 동작시키도록 제어할 수 있다.
본 발명은 마스터암에 가해지는 조작에 기초해서 슬레이브암을 동작시켜 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하는 재난 구조 로봇 제어시스템 및 방법 기술에 적용된다.

Claims (9)

  1. 재난 구조 로봇에 설치되고, 재난 환경에서 복구 및 구조 동작을 수행하는 다자유도의 슬레이브암,
    작업자의 조작명령을 입력받는 마스터암,
    상기 마스터암의 동작에 연동해서 상기 슬레이브암의 동작을 제어하는 제어부 및
    상기 마스터암의 지령이 상기 슬레이브암의 동작영역 내부에서 발생하도록, 상기 슬레이브암의 동작영역을 기준으로 상기 마스터암의 동작을 제한하는 동작 제한부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터암에는 각 관절의 각도 및 위치 변화를 감지하는 복수의 감지센서가 설치되고,
    상기 제어부는 상기 복수의 감지센서의 감지신호에 기초해서 상기 마스터암의 끝단 위치를 산출하고, 산출된 위치에 대응되는 위치로 상기 슬레이브암을 이동시키며,
    상기 슬레이브암의 동작영역을 동작영역의 경계에 인접한 경계구간과 상기 경계구간이 아닌 안전구간으로 분리하여 설정하고, 상기 경계구간에서에서 마스터암의 동작을 제한하는 반력을 제공하도록 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경계구간에서 상기 마스터암에 작용하는 반력은 상기 안전구간과 마스터암 사이의 거리에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반력은 가변 임피던스 기반으로 조절되는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 동작 제한부는
    상기 제어부의 제어신호에 따라 구동되어 구동력을 발생하는 구동모터,
    상기 구동모터에서 발생한 구동력을 상기 마스터암에 전달하는 전달유닛 및
    상기 마스터암과 안전구간 사이의 거리에 따라 상기 구동모터에 의해 발생하는 반력의 크기를 연산하기 위한 상기 가변 임피던스를 조절하는 임피던스 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 마스터암이 상기 슬레이브암의 동작영역을 벗어난 경우 상기 마스터암의 동작을 무시하고, 상기 마스터암의 동작에 대해 최소자승법을 기반으로 상기 슬레이브암의 동작 궤적을 생성하며, 생성된 동작 궤적에 따라 상기 슬레이브암을 동작 가능한 영역에서만 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어시스템.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 재난복구 로봇 제어시스템의 제어방법에서,
    (a) 마스터암을 이용해서 조작자로부터 조작명령을 입력받는 단계,
    (b) 제어부에서 상기 마스터암을 통해 입력된 조작명령에 따라 재난 구조 로봇에 마련된 슬레이브암을 동작시키는 단계 및
    (c) 상기 마스터암의 지령이 상기 슬레이브암의 동작영역 내부에 발생하도록, 상기 슬레이브암의 동작영역을 기준으로 동작 제한부를 구동해서 상기 마스터암의 동작을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 (a)단계에서 상기 마스터암에 마련된 각 관절의 각도 및 위치 변화를 감지하는 복수의 감지센서의 감지신호를 이용해서 조작명령을 입력받고,
    상기 (b)단계에서 상기 복수의 감지센서의 감지신호에 기초해서 상기 마스터암의 끝단 위치를 산출하며, 산출된 위치에 대응되는 위치로 상기 슬레이브암을 이동시키도록 제어하고,
    상기 (c)단계에서 상기 슬레이브암의 동작영역을 동작영역의 경계에 인접한 경계구간과 상기 경계구간이 아닌 안전구간으로 분리하여 설정하며, 상기 경계구간에서에서 마스터암의 동작을 제한하는 반력을 제공하도록 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 동작 제한부는 상기 마스터암과 안전구간 사이의 거리에 따라 임피던스를 가변해서 구동모터에 의해 발생하는 반력의 크기를 조절하고,
    상기 경계구간에서 상기 마스터암에 작용하는 반력은 상기 안전구간과 마스터암 사이의 거리에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 재난 구조 로봇 제어방법.
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