KR101309691B1 - 로봇의 이상 유무 감지 장치 - Google Patents

로봇의 이상 유무 감지 장치 Download PDF

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Abstract

로봇의 이상 유무 감지 장치가 개시된다. 복수의 모터를 이용하여 관절이 움직이는 로봇의 가속도를 실시간으로 감지하는 가속도 감지부; 상기 가속도 감지부가 감지한 로봇의 가속도를 시계열적으로 저장하는 정보 저장부; 상기 정보 저장부에 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 로봇의 가속도 패턴을 생성하는 패턴 분석부; 상기 가속도 감지부가 감지한 로봇의 실시간 가속도를 상기 생성된 가속도 패턴과 비교하여 상기 로봇의 실시간 가속도가 상기 가속도 패턴과 상이한 경우 상기 로봇의 이상 상태를 감지하여 이상 상태 신호를 생성하는 이상 상태 감지부; 및 상기 이상 상태 감지부에 의해 상기 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 상기 로봇의 동작을 정지시키는 비상 정지부를 포함하는 로봇의 이상 유무 감지 장치는 로봇의 비정상 상태를 감지하고 비정상시 동작을 제지하는 효과가 있다.

Description

로봇의 이상 유무 감지 장치{Apparatus for detecting abnormal state of robot}
본 발명은 로봇에 관한 것으로, 특히 로봇의 이상 유무 감지 장치에 관한 것이다.
전자 산업이 발전하면서 다양한 분야에서 로봇이 인간을 대체하여 사용되고 있다. 예를 들면, 제품 생산을 위한 산업 로봇, 인체를 수술하기 위한 의료 로봇, 간단한 서비스를 수행하기 위한 서비스 로봇 등 현대 사회에서는 다양한 로봇이 개발되어 사용되고 있다. 또한, 노약자, 환자, 장애우 등의 식사를 보조하기 위한 다양한 기구가 로봇에 의해 구현되어 사용되고 있다.
식사 보조 로봇은 음식을 떠서 사용자의 입에 전달함으로써 사용자가 쉽게 식사를 할 수 있도록 도와주는 로봇이다. 이와 관련된 종래 기술은, 미국 공개특허 US2009/0104004에 개시된 내용과 같이 지지대, 음식용기, 음식을 떠 올릴 수 있는 수저 및 음식을 입 근처로 이동 시킬 수 있는 기구부로 구성된다.
하지만, 종래 기술에 따르면, 로봇의 순간적인 비정상 상태에 대처하기 위한 기술은 개시되지 않는다. 식사 보조 로봇과 같이 사람을 상대로 하는 로봇이 비정상 상태로 동작하는 경우 위험한 상황이 발생할 수 있으므로, 로봇의 비정상 상태를 감지하여 로봇을 안전하게 동작시킬 필요성이 제기된다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 로봇의 비정상 상태를 감지하고 비정상시 동작을 제지하기 위한 로봇의 이상 유무 감지 장치를 제공한다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 모터를 이용하여 관절이 움직이는 로봇의 가속도를 실시간으로 감지하는 가속도 감지부; 상기 가속도 감지부가 감지한 로봇의 가속도를 시계열적으로 저장하는 정보 저장부; 상기 정보 저장부에 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 로봇의 가속도 패턴을 생성하는 패턴 분석부; 상기 가속도 감지부가 감지한 로봇의 실시간 가속도를 상기 생성된 가속도 패턴과 비교하여 상기 로봇의 실시간 가속도가 상기 가속도 패턴과 상이한 경우 상기 로봇의 이상 상태를 감지하여 이상 상태 신호를 생성하는 이상 상태 감지부; 및 상기 이상 상태 감지부에 의해 상기 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 상기 로봇의 동작을 정지시키는 비상 정지부를 포함하는 로봇의 이상 유무 감지 장치가 제공된다.
여기서, 상기 로봇은 동일한 동작을 반복하는 로봇이 될 수 있다.
또한, 상기 패턴 분석부는 상기 로봇의 반복 동작을 구간별로 구분하고, 로봇의 가속도를 방향, 크기 및 지속 시간으로 구분하여 상기 가속도 패턴을 생성할 수 있다.
또한, 상기 비상 정지부는 상기 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 상기 로봇에 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
여기서, 상기 패턴 분석부는 상기 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 최대 가속도를 추출하여 상기 정보 저장부에 저장하고, 상기 이상 상태 감지부는 상기 로봇의 실시간 가속도가 상기 최대 가속도 이상인 경우 상기 이상 상태 신호를 생성할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 로봇의 이상 유무 감지 장치는 로봇의 비정상 상태를 감지하고 비정상시 동작을 제지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상 유무 감지 장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상 유무 감지 방법의 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상 유무 감지 장치의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 로봇의 이상 유무 감지 장치(100), 가속도 감지부(110), 정보 저장부(120), 패턴 분석부(130), 이상 상태 감지부(140), 비상 정지부(150), 제어부(160)가 도시된다.
본 실시예는 평상시 로봇의 가속도를 감지하고, 감지된 가속도를 이용하여 로봇의 가속도 패턴을 저장한 후, 실시간으로 감지된 가속도를 가속도 패턴과 비교하여 로봇의 이상 동작시 로봇을 비상정지할 수 있는 특징이 있다.
가속도 감지부(110)는 복수의 모터를 이용하여 관절이 움직이는 로봇의 가속도를 실시간으로 감지한다. 가속도 감지부(110)는 가속도 센서가 될 수 있으며, 모터의 회전 가속도를 측정하여 로봇의 가속도를 측정하거나 또는 로봇 자체의 가속도를 측정할 수 있다. 또한, 가속도 감지부(110)는 각 모터에 개별적으로 결합되어 모터별로 가속도를 측정할 수도 있다.
정보 저장부(120)는 가속도 감지부(110)가 감지한 로봇의 가속도를 시계열적으로 저장한다. 여기서, 시계열적이라는 의미는 로봇의 가속도를 시간에 따라 측정함으로 의미하며, 정보 저장부(120)는 시간 필드와 가속도 필드를 포함할 수 있으며, 각 모터별로 해당 정보를 저장할 수 있다.
패턴 분석부(130)는 정보 저장부(120)에 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 로봇의 가속도 패턴을 생성한다. 여기서, 패턴 분석부(130)는 로봇의 반복 동작을 구간별로 구분하고, 로봇의 가속도를 방향, 크기 및 지속 시간으로 구분하여 가속도 패턴을 생성할 수 있다.
예를 들면, 로봇이 제품을 생산하는 로봇인 경우 로봇이 특정 부품을 조립하는 일련의 과정을 수행할 때 시간에 따른 가속도 분포가 그래프로 나타내질 수 있으며, 이 경우 가속도 패턴은 해당 그래프가 될 수 있다. 또한, 로봇이 식사 보조 로봇인 경우 식기에 담긴 음식을 떠서 음식물 섭취자에게 제공하는 일련의 과정을 수행할 때 해당 과정은 미리 설정된 과정이 될 수 있으며, 이 경우에도 시간에 따른 가속도 분포가 그래프로 나타내질 수 있으며, 가속도 패턴은 해당 그래프가 될 수 있다.
본 실시예에 적용되는 로봇은 동일한 동작을 반복적으로 수행하는 로봇이 될 수 있다.
이상 상태 감지부(140)는 가속도 감지부(110)가 감지한 로봇의 실시간 가속도를 생성된 가속도 패턴과 비교하여 로봇의 실시간 가속도가 가속도 패턴과 상이한 경우 로봇의 이상 상태를 감지하여 이상 상태 신호를 생성한다. 만약, 로봇의 실시간 가속도가 가속도 패턴과 동일한 경우 이상 상태 감지부(140)는 이상 상태 신호를 생성하지 않는다.
또한, 패턴 분석부(130)는 저장된 로봇의 가속도로부터 최대 가속도를 추출하여 정보 저장부(120)에 저장하고, 이상 상태 감지부(140)는 로봇의 실시간 가속도가 최대 가속도 이상인 경우 이상 상태 신호를 생성할 수도 있다. 이 경우 로봇의 가속도 패턴은 최대 가속도에 대한 정보가 될 수 있다.
비상 정지부(150)는 이상 상태 감지부(140)에 의해 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 로봇의 동작을 정지한다. 이 경우 로봇에 공급되는 전류를 차단하거나 전류를 차단하지 않더라도 정지 신호를 이용하여 로봇의 동작을 정지시킬 수 있다.
제어부(160)는 상술한 정보 가속도 감지부(110), 정보 저장부(120), 패턴 분석부(130), 이상 상태 감지부(140), 비상 정지부(150)가 서로 연동하면서 자신의 고유한 기능을 수행하도록 각 기능부를 제어한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상 유무 감지 방법의 흐름도이다. 이하의 각 단계는 로봇의 이상 유무 감지 장치(100)가 주체가 되어 수행할 수 있다.
단계 S210에서, 복수의 모터를 이용하여 관절이 움직이는 로봇의 가속도를 실시간으로 감지한다. 로봇의 가속도는 상술한 바와 같이 가속도 센서에 의해 감지될 수 있으며, 각 모터별로 감지하거나 로봇의 특정 부분, 예를 들면, 로봇암의 가속도를 감지할 수 있다.
단계 S220에서, 로봇의 가속도를 감지한 결과값을 시간 순서에 따라 정보 저장부(120)에 저장한다.
단계 S230에서, 정보 저장부(120)에 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 로봇의 가속도 패턴을 생성한다. 본 실시예의 로봇은 동일 동작을 반복하는 로봇이 될 수 있으므로, 측정된 가속도는 한주기의 동작을 단위로 하여 가속도 패턴을 형성할 수 있다.
단계 S240에서, 로봇의 실시간 가속도를 상술한 가속도 패턴과 비교하여 로봇의 실시간 가속도가 저장된 가속도 패턴과 상이한 경우 로봇이 비정상적인 동작을 감지한다. 예를 들면, 가속도가 갑자가 커지는 경우 이는 과도한 전류가 유입되거나 또는 기타 전자 부품의 고장에 의해 로봇이 동작되는 상태로 감지될 수 있다.
단계 S250에서, 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 로봇의 동작을 정지함으로써, 사전에 위험한 상황에 방지할 수 있다.
또한, 메인 로봇 장치가 로봇의 이상 유무 감지 장치(100)에게 일반적인 상황을 학습시키거나 비교할 데이터 등을 업로드 하는 용도로 별개의 프로토콜을 사용할 때, 한 번에 보내는 데이터가 많으면 해당 데이터를 분리하여 보낼 수 있다. 예를 들면, 송신 패킷은 0xff, 0xff, 16바이트 데이터, CRC를 포함할 수 있으며, 이러한 패킷을 여러 번 송신함으로써, 전체 데이터를 전송할 수 있다. 만약, CRC 에러가 발생하면 3번 정도 다시 재전송할 수 있다.
그 외 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 이상 유무 감지 장치에 대한 구체적인 작동 방식, 임베디드 시스템, O/S 등의 공통 플랫폼 기술과 통신 프로토콜, I/O 인터페이스 등 인터페이스 표준화 기술 및 엑추에이터, 배터리, 카메라, 센서 등 부품 표준화 기술 등에 대한 구체적인 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명한 사항이므로 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 이상 유무 감지 장치의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 즉, 기록 매체는 컴퓨터에 상술한 각 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합한 형태로 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있다.
또한, 상술한 각 구성 요소는 물리적으로 인접한 하나의 부품으로 구현되거나 서로 다른 부품으로 구현될 수도 있다. 후자의 경우 각 구성 요소는 인접하거나 또는 서로 다른 구역에 위치하여 제어될 수 있으며, 이 경우 본 발명은 각 구성 요소를 제어하는 별도의 제어수단 또는 제어실을 구비하여 유선 또는 무선으로 각 구성요소를 제어할 수도 있다.
상기한 바에서, 각 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 로봇의 이상 유무 감지 장치 110 : 가속도 감지부
120 : 정보 저장부 130 : 패턴 분석부
140 : 이상 상태 감지부 150 : 비상 정지부
160 : 제어부

Claims (5)

  1. 복수의 모터를 이용하여 관절이 움직이는 로봇의 가속도를 실시간으로 감지하는 가속도 감지부;
    상기 가속도 감지부가 감지한 로봇의 가속도를 시계열적으로 저장하는 정보 저장부;
    상기 정보 저장부에 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 로봇의 가속도 패턴을 생성하는 패턴 분석부;
    상기 가속도 감지부가 감지한 로봇의 실시간 가속도를 상기 생성된 가속도 패턴과 비교하여 상기 로봇의 실시간 가속도가 상기 가속도 패턴과 상이한 경우 상기 로봇의 이상 상태를 감지하여 이상 상태 신호를 생성하는 이상 상태 감지부; 및
    상기 이상 상태 감지부에 의해 상기 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 상기 로봇의 동작을 정지시키는 비상 정지부를 포함하는 로봇의 이상 유무 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로봇은 동일한 동작을 반복하는 로봇인 것을 특징으로 하는 로봇의 이상 유무 감지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 패턴 분석부는 상기 로봇의 반복 동작을 구간별로 구분하고, 로봇의 가속도를 방향, 크기 및 지속 시간으로 구분하여 상기 가속도 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇의 이상 유무 감지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비상 정지부는 상기 로봇의 이상 상태가 감지되는 경우 상기 로봇에 공급되는 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 로봇의 이상 유무 감지 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴 분석부는 상기 저장된 로봇의 가속도를 이용하여 최대 가속도를 추출하여 상기 정보 저장부에 저장하고, 상기 이상 상태 감지부는 상기 로봇의 실시간 가속도가 상기 최대 가속도 이상인 경우 상기 이상 상태 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇의 이상 유무 감지 장치.
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