KR101487624B1 - Method for controlling robot manipulator device with a redundant dof for detecting abnormal external force - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 여자유도 로봇 머니퓰레이터에 인가되는 외력을 감지하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여자유도 로봇이 힘제어를 수행하는 동안 힘제어 작업으로 인하여 로봇에 인가되는 정상적인 반력 이외의 비정상적으로 로봇에 인가되는 외력을 감지하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of detecting an external force applied to an excitation robot manipulator, and more particularly, to a method of detecting an external force applied to an excitation robot, And a method of detecting an applied external force.
로봇에 대한 수요는 산업용으로써 뿐만 아니라 가정용에 대한 수요도 증대되고 있고, 이에 따라 로봇 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 로봇의 동작에 관절 운동이 로봇 동작의 중요 부분을 이루는데, 종래 기술에 로봇은 강성과 위치 제어를 위하여 복잡한 구조와 상당한 장착 공간을 요구하였다.Demand for robots is increasing not only for industrial use but also for home use, and robot research has been actively pursued. Particularly, the joint movement is an important part of the robot movement in the movement of the robot. In the prior art, the robot requires a complicated structure and a considerable mounting space for rigidity and position control.
주어진 작업 공간에서의 요구되는 자유도(degree of freedom) 이상의 자유도를 갖도록 작업 수행을 위하여 필요한 자유도보다 독립적으로 제어 가능한 로봇 관절을 구비하는 여자유도 로봇의 경우, 비 여자유도 로봇 대비하여 동일한 작업에 대하여도 작업의 목적에 따라 다양한 자세를 취할 수 있으므로 장애물 회피, 에너지 최적화 등에 여자유도를 활용할 수 있다.In the case of an induction robot having robot joints that can be controlled independently of the degree of freedom required for performing the task so as to have a degree of freedom greater than or equal to a required degree of freedom in a given work space, Can also take advantage of various attitudes depending on the purpose of the work.
하지만, 여자유도 로봇의 경우에도 로봇이 작업 대상에 일정한 힘을 가하면 이에 상응하는 반력이 로봇에 인가되며, 이 반력을 측정하여 힘제어를 수행하는 과정 상에서 충돌 내지 접촉 등의 비정상 상황의 발생 등과 같은 여러 요인으로 인하여 비정상적인 외력이 로봇에 인가될 수 있으며, 이와 같은 비정상 외력이 로봇에 인가되는 경우, 로봇의 힘제어 성능 저하, 로봇의 오작동 및 파손 등과 같은 다양한 문제들을 야기한다. However, even in the case of the excitation robot, a corresponding reaction force is applied to the robot when the robot applies a constant force to the workpiece, and when the force is controlled by measuring the reaction force, abnormal conditions such as collision or contact are generated Abnormal external force can be applied to the robot due to various factors. When such an abnormal external force is applied to the robot, it causes various problems such as deterioration of the force control performance of the robot, malfunction and damage of the robot.
이러한 로봇과 같은 기계적 장치들은 통상 산업 설비 뿐만 아니라 일상 생활까지 활용범위를 넓혀가고 있고 이에 따라 안전성 확보는 로봇 등의 장치를 설계함에 있어 가장 중요한 설계 인자로 작용한다. Such mechanical devices such as robots are widely used not only for industrial facilities but also for everyday life. Accordingly, securing safety is a most important design factor in designing devices such as robots.
한편, 로봇이 작업 대상에 가하는 힘을 제어하기 위해서는 로봇이 가한 힘으로 인하여 로봇에 인가되는 반력을 측정 할 수 있어야 하며, 이러한 반력의 측정 방식에 따라 로봇의 힘제어 작업을 6축 힘/토크 센서 기반의 힘제어와 관절 토크 센서 기반의 힘제어로 구분할 수 있다.In order to control the force exerted by the robot on the workpiece, it is necessary to measure the reaction force applied to the robot due to the force applied by the robot. According to the measuring method of the reaction force, Based force control and joint torque sensor based force control.
힘제어를 수행하는 로봇의 말단은 작업 대상에 힘을 인가하기 위하여 작업 대상과 접촉하고 있으므로 로봇의 말단에 힘/토크 센서, 예를 들어 6축 힘/토크 센서를 장착하여 로봇과 작업 대상 사이에서 발생하는 힘을 측정할 수 있고, 측정된 힘을 바탕으로 로봇이 작업 대상에 인가하는 힘을 제어할 수 있다. 이와 같은 6축 힘/토크 센서 기반의 힘제어는 힘을 계산하기 위한 추가적인 작업이 필요하지 않고, 로봇의 말단에 6축 힘/토크 센서만 부착하면 산업현장에서 사용하는 대부분의 로봇에 적용할 수 있으므로 현재 가장 널리 사용되고 있는 방식이지만, 6축 힘/토크 센서는 매우 고가이며, 6축 힘/토크 센서 기반의 힘제어를 수행할 경우에 로봇의 말단 이외의 부분에서 인가된 외력을 측정할 수 없으므로 로봇이 작업자 또는 외부환경과 충돌하여 작업자의 상해와 로봇의 파손을 초래할 수 있다는 문제점이 수반된다.Since the end of the robot performing the force control is in contact with the workpiece in order to apply a force to the workpiece, a force / torque sensor, for example, a six-axis force / torque sensor is mounted at the end of the robot, The generated force can be measured, and the force applied to the workpiece by the robot can be controlled based on the measured force. Such 6-axis force / torque sensor-based force control does not require additional work to calculate force, and can be applied to most robots used in the industrial field by attaching only a 6-axis force / torque sensor to the end of the robot Therefore, the six-axis force / torque sensor is very expensive. When performing force control based on a six-axis force / torque sensor, it is impossible to measure an external force applied at a portion other than the end of the robot There is a problem that the robot collides with an operator or an external environment, resulting in injury to the operator and damage to the robot.
반면, 로봇에 관절 토크 센서가 내장되어 있는 경우에 로봇이 작업 대상에 인가한 힘의 반력으로 인하여 로봇의 각 관절에 인가되는 토크를 관절 토크 센서를 이용하여 측정할 수 있고, 측정된 관절 토크와 로봇의 자세를 바탕으로 로봇에 인가된 외력을 계산하여 힘제어를 수행할 수 있다. 그리고, 관절 토크 센서는 6축 힘/토크 센서와 비교하여 저가이므로 관절 토크 센서 기반의 힘제어는 경제적이라는 장점이 있고, 또한 관절 토크 센서를 이용하면 로봇 말단 이외의 부분에서 작용한 외력도 측정할 수 있다는 점에서 관절 토크 센서를 힘제어뿐만 아니라 충돌감지 등에도 활용할 수 있다는 우수한 장점이 있다. On the other hand, when the robot has a built-in joint torque sensor, the torque applied to each joint of the robot can be measured using the joint torque sensor due to the reaction force of the force applied to the workpiece by the robot, Based on the attitude of the robot, force control can be performed by calculating the external force applied to the robot. In addition, since the joint torque sensor is inexpensive as compared with the 6-axis force / torque sensor, the force control based on the joint torque sensor is advantageous in that it is economical. Also, when the joint torque sensor is used, There is an advantage that the joint torque sensor can be utilized not only for force control but also for collision detection.
하지만, 관절 토크 센서 기반 힘제어의 경우 로봇에 인가된 외력이 정상적인 작업 수행을 위하여 인가된 힘인지 비정상적인 충돌로 인하여 발생한 힘인지 구분되지 않아 관절 토크 센서 기반의 힘제어 수행과 동시에 작업자 등과 충돌로 인한 안전 사고 발생을 방지하도록 하는 충돌감지 제어를 동시에 수행할 수 없다는 문제점이 있다. However, in the case of the force control based on the joint torque sensor, it is not recognized that the external force applied to the robot is a force generated due to an abnormal force or an applied force for performing a normal operation. Thus, force control based on the joint torque sensor is performed, There is a problem that it is impossible to simultaneously perform the collision detection control for preventing the occurrence of the safety accident.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 여자유도 로봇이 힘제어를 수행하며 로봇에 인가된 힘이 힘제어 작업 수행을 위한 정상적인 외력인지 비정상적인 외력인지를 판별할 수 있는 로봇 머니퓰레이터 제어 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems and provide a robot manipulator control method capable of discriminating whether a force applied to a robot is a normal external force or an abnormal external force for performing a force control operation, .
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수개의 구동 모터를 통하여 가동되는 복수 개의 관절부를 구비하고 힘제어 동작을 이루는 여자유도 구비 로봇 머니퓰레이터의 제어부의 감지 제어 신호에 따라 상기 관절부의 감지 관절 토크 정보를 취득하는 감지 단계와, 상기 감지 단계에서 취득된 상기 감지 관절 토크 정보 및 상기 제어부와 연결되는 저장부에 사전 설정 저장된 추정 데이터에 기초하여 상기 관절부의 추정 관절 토크가 산출되는 추정 분석 단계와, 상기 추정 관절 토크와 상기 저장부에 저장된 사전 설정 작업 기준 데이터에 기초하여 비정상 외력의 발생 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 상기 로봇 머니퓰레이터의 작업 모드를 설정하는 모드 결정 단계와, 상기 제어부의 모드 실행 제어 신호에 따라 상기 모드 결정 단계에서 결정된 모드를 실행하는 모드 실행 단계를 포함하는 로봇 머니퓰레이터 제어 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control method for an excavation robot having a plurality of joint portions operated through a plurality of drive motors, An estimated analyzing step of calculating an estimated joint torque of the joint part based on the sensing joint torque information acquired in the sensing step and the estimated data stored in advance in a storage part connected to the control part, A mode determining step of determining whether an abnormal external force is generated based on the estimated joint torque and preset work reference data stored in the storage and setting a working mode of the robot manipulator according to a determination result; The mode determined in the mode determination step And a mode execution step of executing a mode of executing the robot manipulator.
상기 로봇 머니퓰레이터 제어 방법에 있어서, 상기 추정 분석 단계는: 상기 감지 관절 토크 정보와 상기 추정 데이터에 기초하여 상기 제어부의 추정 제어 신호에 따라 외력 추정 관측기에서 외력 추정 토크가 연산되는 외력 추정 토크 연산 단계를 포함할 수도 있다. Wherein the estimating and analyzing step includes: an external force estimation torque calculating step of calculating an external force estimation torque in the external force estimating observer based on the estimated joint control torque information and the estimated control signal of the controller, .
상기 로봇 머니퓰레이터 제어 방법에 있어서, 상기 모드 결정 단계는: 상기 외력 추정 토크 중 힘제어에 의하여 발생하는 반력에 대응되는 외력 성분에 의한 반력 토크를 필터링하여 비정상 외력에 의한 비정상 외력 토크만을 추출하는 비정상 외력 통과 필터링 단계와, 상기 비정상 외력 통과 필터링 단계에서의 비정상 외력 토크 추출 여부에 기초하여 실행되어야 할 작동 모드를 설정하는 모드 판단 설정 단계를 포함할 수도 있다. Wherein the mode determining step includes the steps of: filtering the reaction force torque due to the external force component corresponding to the reaction force generated by the force control in the external force estimation torque to extract an abnormal external force torque due to the abnormal external force only; And a mode determination setting step of setting an operation mode to be executed based on the pass filtering step and whether the abnormal external force torque is extracted in the abnormal external force pass filtering step.
상기 로봇 머니퓰레이터 제어 방법에 있어서, 상기 비정상 외력 통과 필터링 단계는: 상기 추정 데이터 중 여자유도 구비 로봇 머니퓰레이터의 자코비언 행렬을 이용하여 상기 외력 추정 토크 중 상기 반력 토크를 소거시키는 반력 토크 소거 단계와, 상기 추정 데이터 중 여자유도 구비 로봇 머니퓰레이터의 자코비언 행렬와 상기 외력 추정 노크 중 상기 비정상 외력 토크를 이용하여 충돌 검출 지수(collision detection index)를 산출하는 충돌 검출 지수 산출 단계를 포함할 수도 있다. Wherein the abnormal external force passing filtering step comprises: a reaction torque erasing step of erasing the reaction force torque among the external force estimation torque by using a Jacobian matrix of the manipulation-inducing robot manipulator among the estimation data; And a collision detection index calculating step of calculating collision detection index using the Jacobian matrix of the excitation robot manipulator in the data and the abnormal external force torque of the external force estimation knock.
상기 로봇 머니퓰레이터 제어 방법에 있어서, 상기 모드 판단 설정 단계는, 상기 제어부가 상기 충돌 검출 지수 산출 단계에서 산출되는 상기 충돌 검출 지수가 상기 사전 설정 작업 기준 데이터를 비교하여 충돌을 포함하는 비정상 상황의 발생 여부를 판단하는 충돌 판단 단계와, 상기 충돌 판단 단계에서 상기 충돌 검출 지수가 상기 사전 설정 작업 기준 데이터의 범위 내에 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우 실행되어야 할 작업 모드로 상기 로봇 머니률레이터 힘제어 실행을 중단하는 긴급 모드 설정 단계와, 상기 모드 판단 단계에서 상기 충돌 검출 지수가 상기 사전 설정 작업 기준 데이터의 범위 내에 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 로봇 머니률레이터의 힘제어 실행을 유지하는 유지 모드 설정 단계를 포함할 수도 있다. In the robotic manipulator control method, the mode determination step may include a step of determining whether the collision detection index calculated in the collision detection index calculation step is the preset operation reference data, Determining whether the collision detection index does not exist within the range of the preset work criterion data in the collision determination step; stopping execution of the robot money rate power control in a work mode to be executed And a maintenance mode setting step of maintaining the execution of force control of the robot money rate generator when it is determined that the collision detection index is within the range of the preset work reference data in the mode determination step .
상기 로봇 머니퓰레이터 제어 방법에 있어서, 상기 감지 관절 토크 정보는 감지부의 관절 토크 측정부에서 감지될 수도 있다. In the robot manipulator control method, the sensory joint torque information may be sensed by the joint torque measuring unit of the sensing unit.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다. The robot manipulator control method according to the present invention having the above-described configuration has the following effects.
첫째, 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법은, 의도하지 않은 힘이 로봇 머니퓰레이터에 인가된 경우에 로봇 머니퓰레이터의 작업을 일시적으로 중단함으로써, 힘제어의 대상이 되는 작업물의 작업 오류 및 부실 가공을 방지할 수 있다. First, in the robot manipulator control method according to the present invention, when an unintended force is applied to the robot manipulator, the operation of the robot manipulator is temporarily stopped, thereby preventing a work error and an inferior processing .
둘째, 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법은, 힘제어를 위해서 로봇 머니퓰레이터에 인가되는 정상적인 관절토크가 소거된 값을 바탕으로 비정상 외력의 존재 여부를 판별하므로 외력의 크기, 주파수와 상관 없이 모든 비정상 외력 감지가 가능하여 적용범위가 매우 넓고, 다양한 산업현장과 서비스 로봇에 적용할 수 있다Second, the robot manipulator control method according to the present invention determines whether there is an abnormal external force based on the value of the normal articulated torque applied to the robot manipulator for force control, so that all the abnormal external forces It is applicable to various industrial field and service robots.
셋째, 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법은, 로봇 머니퓰레이터 내지 로봇과 작업자 사이의 충돌, 로봇 머니퓰레이터과 외부환경과의 의도하지 않은 접촉 등으로 인하여 로봇 머니퓰레이터에 인가된 힘은 대표적인 비정상 외력으로 본 발병에서 개발한 비정상 외력 감지기를 사용하여 이러한 작업자와 로봇 머니퓰레이터의 위험 상황을 감지할 수 있어, 로봇 머니퓰레이터와 작업공간을 공유하는 작업자의 충돌로 인한 상해와 로봇 머니퓰레이터과 외부 환경 사이의 의도하지 않은 접촉으로 인한 로봇 머니퓰레이터의 파손을 최소화할 수 있다.
Third, the control method of the robot manipulator according to the present invention is characterized in that the force applied to the robot manipulator due to the collision between the robot manipulator and the robot and the operator, and the unintentional contact between the robot manipulator and the external environment is a typical abnormal external force, It is possible to detect the dangerous situation of the operator and the robot manipulator by using an abnormal external force detector so that the robot manipulator and the robot manipulator due to unintended contact between the robot manipulator and the external environment Can be minimized.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법을 실행하는 로봇 머니퓰레이터의 개략적인 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 머니퓰레이터의 개략적인 블록 선도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법의 세부 단계에 대한 흐름도이다.1 and 2 are schematic diagrams of a robot manipulator for executing a robot manipulator control method according to the present invention.
3 is a schematic block diagram of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are schematic flowcharts of a robot manipulator control method according to the present invention.
7 to 10 are flowcharts of detailed steps of the robot manipulator control method according to the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, a method for controlling a robot manipulator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법은 로봇 머니퓰레이터(10)의 입력된 작업 모드 수행 내지 충돌과 같은 비정상적인 외력에 의한 영향 발생시 이에 대응하는 제어 방법을 제공한다. 본 발명의 로봇 머니퓰레이터(10)는 하나 이상의 관절부(100)를 구비하는데, 관절부(100)에는 가동을 위한 구동 모터(1)가 배치된다. 도 1에는 간략화된 로봇 머니퓰레이터(10)의 개략적인 상태도가 도시되고, 도 2에는 다축으로 구현되는 본 발명의 로봇 머니퓰레이터(10)의 개략적인 작동 상태도가 도시된다. 도 2에서 τi는 후술되는 바와 같이, 각 작용점, 즉 관절에서의 로봇 머니퓰레이터(10)와 외부 환경, 예를 들어 작업자 내지 물체 등과의 충돌로 인하여 발생하여 로봇 머니퓰레이터(10)에 인가되는 비정상적인 외력에 의한 외력 토크를 나타내고, Fr은 힘제어(도 4 참조)에 의하여 로봇 머니퓰레이터(10)에 인가되는 반력에 해당하는 반력 대응 외력을 나타내고, Pr, Pi는 각각 Fr, Fi가 작용하는 작용점을 나타내는데, Pr은 로봇 머니퓰레이터(10)의 엔드 이펙터, 즉 말단으로 형성된다. The robot manipulator control method according to the present invention provides a control method corresponding to the occurrence of an influence due to an abnormal external force such as an operation mode of the
로봇 머니퓰레이터(10)는 제어부(20)와 저장부(30)를 구비하고, 제어부(20)와 연결되는 연산부(40)를 구비할 수 있다. 입력부(60)를 통하여 작업자에 의한 입력 정보 제공도 가능한데, 입력부(60)는 별도의 통신부(50)를 통하여 제어부(20)와 신호 전달을 이루는 구조를 취할 수도 있고 경우에 따라 입력부(60)가 직접 제어부(20)와 직결되어 신호 전달을 이루는 구조를 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. The
또한, 여기서 구체적으로 명시되지는 않으나 로봇 머니퓰레이터(10)는 관절 토크 센서 기반으로 힘제어를 실행하여 로봇 머니퓰레이터(10)의 엔드이펙터, 즉 말단에서 작업 대상에 대한 소정의 힘을 가하여 설정된 소정의 작업을 실행하는데, 이는 관절 토크 센서 기반의 힘제어의 통상적인 과정을 이루는바 이에 대한 구체적 설명은 생략한다. Although not specifically described herein, the
로봇 머니퓰레이터(10)는 제어부(20)를 포함하는데, 제어부(20)는 감지부(5)에서 감지되는 관절부(100)의 관절 토크인 감지 관절 토크 정보를 포함하는 감지 정보를 취득하여 제어부(20)로 전달한다. The
감지부(5)는 관절 위치 측정부(2)와 관절 속도 측정부(3)와 관절 토크 측정부(4)를 포함할 수 있는데, 관절 위치 측정부(2)와 관절 속도 측정부(3)는 구동 모터(1)에 내장될 수 있고, 경우에 따라 관절 위치 측정과 관절 속도 측정은 구동 모터(1)에 인가되는 전류 신호를 사용하여 연산되어 추출 사용되는 구조를 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다. 관절 위치 측정부(2)와 관절 속도 측정부(3)는 관절부(100)에 배치되는 엔코더로 구현될 수 있고 경우에 따라 회전 속도를 감지하기 위한 자이로 센서를 더 구비할 수도 있다. The
관절 토크 측정부(4)는 토크 센서로 구현되는데, 토크 센서로 구현되는 관절 토크 측정부는 관절부(100)에 가해지는 관절 토크를 감지하여 제어부(20)로 전달한다. The joint torque measurement unit 4, which is implemented by a torque sensor, senses the joint torque applied to the
경우에 따라 각 관절에서의 각가속도를 감지하는 별도의 관절 가속도 측정부(미도시)가 더 구비되는 구성을 취할 수도 있으나, 본 실시예에서는 관절 토크 측정부에서 측정된 토크값을 이용하여 동역학적 모델을 통하여 각 관절에서의 외력에 의한 토크를 추정하는 방식을 중심으로 설명한다.(Not shown) for sensing the angular acceleration of each joint may be further provided. However, in the present embodiment, the torque value measured by the joint torque measuring unit may be used to calculate the kinematic model And a method of estimating the torque due to the external force in each joint through the above-described method.
저장부(30)는 하기되는 제어부(20)와 연결되는데, 저장부(30)는 사전 설정 데이터를 포함하여 소정의 제어 신호 인가 내지 관측 기능을 통한 예측치 연산 등의 기초가 되는 데이터를 제공할 수 있다. The
제어부(20)는 제어기(21)와 관측기(23)를 포함하는데, 제어기(21)는 감지부(5)로부터 감지된 감지 정보 내지 작업자에 의하여 입력부(6)를 통하여 입력되는 입력 정보에 기초하여 구동 모터(1)에 소정의 구동 제어 신호를 인가함으로써 로봇 머니퓰레이터(10)를 구성하는 가동부인 링크를 가동시키기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제어부(20)의 제어기(21)는 현재 접촉이 예상치 못한 충돌인지 예상된 충돌인지 여부를 판단하여 각각의 경우에 대한 소정의 사전 설정된 작동 모드를 실행하기 위한 제어 신호를 인가한다. The
관측기(23)는 감지부(5)로부터 감지된 감지 관절 토크 정보를 포함하는 감지 정보 및 저장부(30)에 저장되는 사전 설정 데이터에 기초하여 소정의 관절부(100)를 통하여 연결되는 관절 링크(200)의 가동을 예측하여 관절부(100)에 가해지는 관절 토크를 추정할 수 있는데, 관측기(23)는 외력 추정 관측기(23a)로 구현되는데, 경우에 따라 관측기는 외력 변화를 추정하는 관측기를 더 구비할 수도 있으나, 본 실시예에서는 외력 추정 관측기로 구현되는 관측기를 중심으로 설명한다.
The
본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터 제어 방법(S1,S2)은 감지 단계(S10)와 추정 분석 단계(S20)와 모드 결정 단계(S30)와 모드 실행 단계(S40)를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 로봇 머니퓰레이터 제어 방법(S1)은 로봇 머니퓰레이터(10)의 엔드이펙터 말단에 대한 힘제어를 실행하는 과정 상에서 진행될 수 있는데, 관절 토크 기반 힘제어를 실행하는 관절 토크 기반 힘제어 단계(S1)가 실행된다. The robot manipulator control method (S1, S2) according to the present invention includes a sensing step (S10), an estimation analysis step (S20), a mode determination step (S30), and a mode execution step (S40). The robot manipulator control method (S1) of the present invention can be carried out in the course of performing force control on the end effector end of the robot manipulator (10), wherein the joint torque based force control step S1) is executed.
그런 후, 감지 단계(S10)에서 제어부(20)의 제어기(21)는 후속적인 추정 분석 단계(S20)를 실행하기 위한 관절부(100)의 감지 관절 토크 정보를 취득한다. 감지부(5)의 토크 센서로 구현되는 관절 토크 측정부(4)로부터 관절부(100)에 인가되는 관절 토크를 감지하고 이러한 감지 관절 토크 정보는 제어부(20)의 제어기(21) 및/또는 관측기(233)로 전달된다. Then, in the sensing step S10, the
제어부(20)는 감지 단계(S10)에서 취득된 감지 관절 토크 정보 및 제어부(20)와 연계되는 저장부(30)에 사전 설정되어 저장된 추정 데이터에 기초하여 관절부(100)의 추정 관절 토크를 산출하는 추정 분석 단계(S20)를 실행한다. The
추정 분석 단계(S20)는 외력 추정 토크 연산 단계(S21)를 포함하는데, 외력 추정 토크 연산 단계(S21)에서 감지 토크 정보와 추정 데이터에 기초하여 제어부(20)의 추정 제어 신호에 따라 외력 추정 관측기(23)에서 외력 추정 토크가 연산된다. 경우에 따라 외력 추정 토크 연산과 더불어 외력 변화 추정 관측기에서의 외력 변화 추정값을 이용하여 외력 추정 토크에 대한 고주파 성분 등을 더 연산 산출하여 이를 활용할 수도 있으나, 본 실시예에서는 이에 대한 설명은 생략한다. The estimation analysis step S20 includes an external force estimation torque calculation step S21. In the external force estimation torque calculation step S21, based on the sensed torque information and the estimation data, in accordance with the estimation control signal of the
외력 추정 토크 연산 단계(S21)에서 외력 추정 토크가 연산되는 경우, 추정 데이터의 일환으로, 로봇 머니퓰레이터(10)의 관성 및 길이 등과 같은 모델 정보는 사전 설정되어 저장부(30)에 저장되는데, 로봇 머니퓰레이터(10)는 다음과 같이 모델링될 수 있다(도 1 및 도 2 참조).Model information such as inertia and length of the
여기서, M(q)는 관절부(100)를 통하여 연결되는 관절 링크의 관성 행렬을, 
여기서, τm는 상기한 바와 같이 토크 센서로 구현되는 관절 토크 측정부(4)를 통하여 감지되는 감지 신호가 사용될 수도 있고, 경우에 따라 구동 모터(1)에 인가되는 전류의 세기로부터 역추산될 수도 있다. 관절 위치 측정부(3) 및/또는 관절 속도 측정부(4)에서의 감지 정보를 활용하여 외력 토크 벡터(τe)를 추정할 수 있다.Here, τm may be a sensing signal sensed through the joint torque measuring unit 4 implemented as a torque sensor as described above, or may be inversely estimated from the intensity of the current applied to the driving
즉, 로봇 머니퓰레이터(10)의 각 관절에 장착되는 구동 모터(1) 내지 구동 모터(1)에 연결되는 감속기(미도시)에서 출력된 구동 토크는 마찰 등에 의한 손실이 발생하고, 이를 제외한 나머지 토크는 로봇의 구동에 사용되는바, 구동 모터(1)의 출력 구동 토크와 로봇 머니퓰레이터(10)의 구동에 사용되는 토크의 차이가 외력 토크(τe)에 해당된다. That is, the drive torque outputted from the speed reducer (not shown) connected to the driving
여기서, 경우에 따라 로봇 머니퓰레이터(10)가 작업자에 의하여 사전 설정된 계획된 경로를 잘 추종하고 경로(
따라서, 이와 같은 경우 관절 속도 측정부(3)는 배제되는 구성이 취해질 수도 있고, 관절 속도 측정부(3)없이 임의의 경로를 이동하는 로봇 머니퓰레이터(10)에 적용되는 외력 토크 벡터(τe)를 추정하는 관측기(23)는 다음과 같이 설계될 수 있다. Therefore, in such a case, the joint speed measuring unit 3 may be excluded, and the external force torque vector? E applied to the
여기서, Mij와 Cij는 각각 M(q) 및 
이와 같이 설정된 Cij는 
본 실시예에 따른 외력 추정 토크 연산 단계(S21)는 아래와 같이 정의되는 일반화 운동량 p를 사용하여 가속도 정보없이 외력 추정 토크를 산출한다. The external force estimation torque calculation step S21 according to the present embodiment uses the generalized momentum p defined as follows to calculate the external force estimation torque without acceleration information.
일반화 운동량 p를 시간에 대하여 미분하고, 상기에서 언급된 관계를 활용하여 다음과 같은 관계가 도출된다. The generalized momentum p is differentiated with respect to time, and the following relation is derived by utilizing the above-mentioned relation.
여기서, 
일반화 운동량의 추정치를 
여기서, K는 대각행렬로서 각 요소는 관측기(23)의 차단 주파수에 해당되고, 일반화 운동량 추정 오차(r)의 미분값은 다음과 같이 기술된다. Here, K is a diagonal matrix, and each element corresponds to the cutoff frequency of the
이를 라플라스 변환을 이루면 다음과 같이 표현된다. The Laplace transformation is expressed as follows.
여기서, 하첨자 i는 i번째 관절부(100)를 나타내고 ri는 i번째 관절부(100)에 작용하는 외력 추정치, 즉 추정 관절 토크를 나타내는데, 차단주파수인 Ki가 작으면 잡음에 강인하지만 반응속도가 느리고 Ki가 크면 잡음에 민감하지만 반응속도가 빠른 시스템이 구성된다. 따라서, Ki를 적절한 값을 선택하여 관절 토크 측정부(4) 또는 관절 위치 측정부(2) 등에서 감지되는 감지 정보의 잡음의 영향을 조정할 수 있다. Here, the subscript i represents the i-th joint 100 and ri represents the estimated external force acting on the i-th joint 100, that is, the estimated joint torque. When Ki is large, a system that is sensitive to noise but has a fast response speed is formed. Therefore, the influence of the noise of the sensed information sensed by the joint torque measuring unit 4 or the joint
상기와 같은 관계식들로부터 추정 관절 토크(r)를 재구성하면 다음과 같은 구조의 관측기를 구성할 수도 있다. If the estimated joint torque r is reconstructed from the above-described relational expressions, an observer having the following structure may be constructed.
상기와 같은 구조의 관측기(23), 즉 외력 변화 추정 관측기(23b)를 통하여 로봇 머니퓰레이터(10)의 모델 정보와 관절부(100)의 위치(q), 속도(
단계 S20에서 외력 추정 토크가 연산된 후, 제어부(20)는 모드 결정 단계(S30)를 실행하는데, 모드 결정 단계(S30)에서 추정 관절 토크와 저장부(30)에 저장된 사전 설정 작업 기준 데이터에 기초하여 비정상 외력의 발생 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 로봇 머니퓰레이터(10)의 작업 모드를 설정한다. 모드 결정 단계(S30)는 비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)와 모드 판단 설정 단계(S33)를 포함한다. After the external force estimation torque is calculated in step S20, the
비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)는 외력 추정 토크 중 힘제어에 의하여 발생하는 반력에 대응되는 외력 성분에 의한 반력 토크를 필터링하여 비정상 외력에 의한 비정상 외력 토크만을 추출한다. 비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)는 반력 토크 소거 단계(S311)와 충돌 검출 지수 산출 단계(S313)를 포함한다. The unsteady external force passage filtering step S31 extracts only the unsteady external force torque due to the abnormal external force by filtering the reaction force torque due to the external force component corresponding to the reaction force generated by the force control in the external force estimation torque. The unsteady external force passage filtering step S31 includes a reaction torque canceling step S311 and a collision detection index calculating step S313.
앞서 기술한 바와 같이, 복수 개의 연속 연결 링크 구조의 로봇 머니퓰레이터(10)에 있어, Fr은 힘제어에 의하여 로봇 머니퓰레이터(10)에 인가되는 반력에 해당하는 외력을 나타내고, Fi는 로봇 머니퓰레이터(10)와 외부 환경, 예를 들어 작업자 내지 물체 등과의 충돌로 인하여 발생하여 로봇 머니퓰레이터(10)에 인가되는 비정상적인 외력을 나타내고, Pr, Pi는 각각 Fr, Fi가 작용하는 작용점을 나타내는데, 통상적으로 로봇 머니퓰레이터(10)의 힘제어는 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부의 엔드 이펙터가 작업 대상에 힘을 인가하여 수행되므로 Pr은 로봇 머니퓰레이터(10)의 엔드 이펙터인 말단과 일치하여 형성된다. 또한, 로봇 머니퓰레이터(10)가 힘제어를 수행하는 동안 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부는 작업 대상과 접촉하고 있으므로 로봇 머니퓰레이터(10)의 다른 부분에 비하여 정적 상태를 이루는바, 작업 대상 내지 작업자 등과의 접촉 내지 충돌은 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부 이외의 다른 부분에서 접촉 내지 충돌할 가능성이 높으므로 Pi는 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부 이외의 영역에 존재한다고 보는 것이 합리적인 판단이다. Fr represents an external force corresponding to a reaction force applied to the
로봇 머니퓰레이터(10)이 힘제어를 수행하는 동안 충돌 등의 비정상 상태가 발생하는 경우 로봇 머니퓰레이터(10)에는 힘제어에 의하여 발생하는 반력(F r )과 충돌 등에 의한 비정상 외력(F i )이 로봇에 동시에 작용한다. 따라서, 구동 모터(1)에 의하여 발생하는 모터 토크와 로봇 머니퓰레이터(10)를 구동시키는 구동 토크의 차이인 외력 토크(τ e )에는 힘제어에 의하여 발생하는 반력(F r )으로 인하여 각 관절에 인가되는 외력 토크(τ r)와 비정상 의하여 발생하는 외력 토크(τ i )가 모두 포함되어 있으며, 외력 토크(τ e )를 다음과 같이 표현할 수 있다. When an abnormal state such as a collision occurs while the
이때, 비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)의 반력 토크 소거 단계(S311)가 실행되는데, 반력 토크 소거 단계(S311)에서 자코비안 행렬(J)을 이용하여 외력 추정 토크 중 반력 토크를 소거시킨다. 자코비안 행렬(J)은 저장부(10)에 사전 설정된 데이터로서의 추정 데이터로서 여자유도 구비 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단과 각 관절에서의 속도 정보를 나타낸다.At this time, the reaction torque canceling step S311 of the unsteady external force passage filtering step S31 is executed. In the reaction torque canceling step S311, the reaction force torque of the external force estimation torque is erased using the Jacobian matrix J. The Jacobian matrix J represents speed information at the distal end of each
즉, 상기한 바와 같이, 로봇 머니퓰레이터(10)에 작용하는 외력의 발생원인은 힘의 작용점 위치에 따라 구분할 수 있는바, 이러한 성질을 이용하여 외력 토크(τ e )에 포함된 힘제어에 의하여 발생하는 반력에 의한 외력 토크(τ r )를 소거할 수 있다. 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부에서 작용하는 힘제어에 의한 반력(F r )과 이 힘으로 인하여 각 관절에 인가된 외력 토크(τ r )는 가상일의 원리에 의해서 다음과 같은 관계를 갖는다. That is, as described above, the occurrence of external force causes acting on the robot manipulator (10) is a bar which can be divided depending on the working point position of strength, by using such properties generated by the power control includes an external force torque (τ e) external force torque by the reaction force can be erased (τ r). The force F r due to the force control acting on the distal end of the
여기서 J는 로봇 머니퓰레이터(10)의 자코비안 행렬이고, J T 는 자코비안 행렬의 전치행렬를 나타내는데, 자코비안 행렬(J) 및 자코비안 행렬의 전치행렬(J T )은 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단에서의 속도와 관절 속도에 의해서 정의된다. Where J is the Jacobian matrix of the
이때, 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부 이외의 부분에서 작용하는 비정상 외력(F i )과 비정상 외력 토크(τ i )사이의 관계는 자코비안 행렬의 전치 행렬(J T )에 의하여 결정되지 않고, 비정상 외력의 작용점(P i )의 속도와 관절 속도에 의해서 정의된 자코비안 행렬(J i )에 의해서 결정되는데, 다음과 같이 표현된다. At this time, the relationship between the unsteady external force F i acting on the part other than the distal end of the
따라서, 힘제어에 의한 반력에 의한 외력 토크(τ r )와 반력(F r )이 이루는 관계와 비정상 외력 토크(τ i )와 비정상 외력(F i )이 이루는 관계는 각각 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단부인 작용점(Pr)의 속도를 포함하는 자코비안 행렬(J T ) 및 비정상 외력의 작용점(Pi)의 속도를 포함하는 자코비안 행렬(J i T )에 의해서 결정되는데, 이들의 관계를 수학적으로 살펴보면 다음과 같다. Thus, the external force torque (τ r), and the reaction force (F r) by the reaction force due to power control forms related to the abnormal external force torque (τ i), and an abnormal external force (F i) are forming between each
로봇 머니퓰레이터(10)의 관절 토크에 대한 관절 토크 공간(S τ )과 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단에서의 힘에 대한 엔드 이펙터 힘 공간(SF) 간에는 도면과 같은 J T 또는 (J T )+의 맵핑 관계가 형성된다. 여기서, dim은 각 공간에 대한 차원을 나타내며, dim(S τ )은 관절 토크 공간(S τ )에 대한 차원을 나타내고, dim(SF)은 엔드 이펙터 힘 공간(SF)에 대한 차원을 나타내는데, dim(Sr)을 n, dim(SF)을 m이라 할 때, 여자유도를 갖는 로봇 머니퓰레이터(10)의 경우 n>m의 관계를 갖고, 위첨자 +는 A라는 행렬에 대하여 A+=(ATA)-1AT의 관계를 형성하는 의사 역행렬 연산자를 나타낸다. 따라서, (J T )+에 대한 영공간(null space) 및 J T 에 대한 범위 공간(range space)은 다음과 같이 정의된다.Joint torque space J T or (J T), such as drawing between the end effector force space (S F) of the force at the end of the (S τ) and a robot manipulator (10) for the joint torque of the robot manipulator (10) + Is formed. Here, dim represents the dimension of each space, dim (S τ) denotes the dimensions of the joint torque space (S τ), dim (S F) is to indicate the dimension of the end effector force space (S F) , dim (S r) to n, dim (S F) in the case of girls
여기서, SF에서 Fr은 (mX1) 크기의 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단인 엔드이펙터에 인가되는 외력 벡터를 나타낸다.Here, Fr in S F denotes an external force vector applied to the end effector which is the end of the
Sr와 Sn은 공통 원점(common origin)을 공유하는 SF의 부분 공간(subspace)인바, SF는 Sr과 Sn 및 이들의 선형 조합으로 구성되어, SF에서의 벡터(τ)는 다음과 같이 표현될 수 있다. S r and S n is the common reference point (common origin) S F subspaces (subspace) Invar, S F for that share is composed of S r and S n, and their linear combinations, vectors at S F (τ) Can be expressed as follows.
여기서, τ r 는 Sr에 존재하는 임의의 벡터, τ n 는 Sn에 존재하는 임의의 벡터를 나타낸다. Here, τ r denotes an arbitrary vector existing in S r , and τ n denotes an arbitrary vector existing in S n .
상기 언급된 가상일의 원리와 마찬가지로 여자유도를 갖는 로봇 머니퓰레이터(10)의 말단에서의 반력과 외력 토크는 다음과 같은 관계를 형성한다.The reaction force and the external force torque at the distal end of the
이때, 
여기서, 
따라서, 상기 관계로부터 다음과 같은 관계가 형성된다. Therefore, the following relationship is formed from the above relationship.
여기서, 
τ r 과τ n 의 내적(inner product)은 다음과 같이 표현된다. The inner product of τ r and τ n is expressed as
두 개의 벡터 공간(공간 S τ ,공간 Sr)는 서로 직교하는데, 공간 Sr은 공간 S τ 의 부분 공간이고, 
즉, τ r 은 어느 한 벡터를 τ n 으로 투사시키는 결과에 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 수학적 과정을 기반으로 하는 반력 토크 소거 단계(S311)에서 반력에 의한 외력 토크(τ r ), 즉 반력에 의한 외력 토크(τ r )가 이루는 성분인 
그런 후, 제어부(20)는 충돌 검출 지수 산출 단계(S313)를 실행한다. 본 실실시예에서 반력 토크 소거 단계와 충돌 검출 지수 산출 단계는 개별 단계로 기술되었으나 경우에 따라 단일의 비정상 외력 통과 필터로 구현되어 일괄처리되는 단일화된 단계로 형성될 수도 있는 등 다양한 변화가 가능하다.Then, the
충돌 검출 지수(collision detection index; N)는 다음과 같이 정의된다. The collision detection index (N) is defined as follows.
즉, 충돌 검출 지수(N)는 비정상 외력에 의한 비정상 외력 토크(τ ㅑ )와 자코비안 행렬(J)의 함수로 형성되되, 로봇 머니퓰레이터(10)의 힘제어시 말단에서의 반력에 의한 반력 토크와는 무관하다. That is, collision detection index (N) is an abnormal external force torque (τ ㅑ) and characters are formed as a function of the Jacobian matrix (J), a reaction force torque by the reaction force at the time of the power control of the
따라서, 비정상 외력 통과 필터에서의 출력 결과, 내지 비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)의 반력 토크 소거 단계(S311) 및 충돌 검출 지수 산출 단계(S313)에서 얻어지는 충돌 검출 지수(N)는 반력에 의한 외력 토크(τ r )와는 무관하게 비정상 외력에 의한 비정상 외력 토크(τ i )에 의해서만 결정되며, 비정상 외력 토크(τ i )가 0인 경우에는 충돌 검출 지수(N)도 0이고, 비정상 외력 토크(τ i )가 0이 아닌 경우에는 충돌 검출 지수(N)도 0이외의 특정 값을 갖게 된다. Therefore, the collision detection index N obtained in the output result of the unsteady external force pass filter, the reaction torque canceling step S311 and the collision detection index calculation step S313 of the unsteady external force passage filtering step S31, Is determined only by the unsteady external force torque ? I due to the unsteady external force regardless of the torque ? R , and when the unsteady external torque ? I is 0, the collision detection index N is also 0 and the abnormal external torque τ i ) is not 0, the collision detection index N also has a specific value other than 0.
이와 같은 비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)가 실행된 후, 제어부(20)는 제어 흐름을 단계 S33으로 진행하여, 모드 판단 설정 단계(S33)를 실행한다. After the abnormal external force passage filtering step S31 is executed, the
모드 판단 설정 단계(S33)는 비정상 외력 통과 필터링 단계(S31)에서의 비정상 외력 토크 추출 여부에 기초하여 실행되어야 할 작동 모드를 설정하는데, 본 실시예에서 모드 판단 설정 단계(S33)는 충돌 판단 단계(S331)와 긴급 모드 설정 단계(S333)와 유지 모드 설정 단계(S335)를 포함한다. The mode determination setting step S33 sets an operation mode to be executed based on whether or not the abnormal external torque is extracted in the abnormal external force passage filtering step S31. In the present embodiment, the mode determination setting step S33 is a step of determining (S331), an emergency mode setting step (S333), and a maintenance mode setting step (S335).
먼저, 제어부(20)는 충돌 판단 단계(S331)에서 충돌 검출 지수 산출 단계(S313)에서 산출되는 충돌 검출 지수와 상기 사전 설정 작업 데이터와 비교하여 비정상 외력 토크가 발생하게 되는 충돌, 접촉 등의 비정상 상황이 발생하였는지 여부를 판단한다. 여기서, 사전 설정 작업 데이터는 비정상 상황 발생 여부를 판단하기 위한 기준 값으로 사용되는데, 본 실시예에서 사전 설정 작업 데이터는 영의 값으로 설정되어 충돌 검출 지수(N)가 영의 값을 갖는지 여부를 확인하여 비정상 상황의 발생 여부를 판단한다. 이때, 경우에 따라 실제 로봇 머니퓰레이터(10)에서의 충돌 검출 지수의 산출 과정에서의 오차 발생 가능성이 존재할 수 있는바, 사전 설정 작업 데이터는 영의 값에서 소정의 오차 범위를 갖도록 설정될 수도 있고, 소정의 오차 범위를 허용하도록 소정의 범위를 갖는 사전 설정 작업 데이터는 중심값을 영의 값을 가지도록 설정될 수도 있고, 영 이외의 값을 가지도록 범위의 중심이 옵셋되는 구조를 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.First, the
그런 후 제어부(20)는 충돌 판단 단계(S331)에서의 판단 결과에 따라 실행되어야 할 모드를 긴급 모드 설정 단계(S333) 내지 유지 모드 설정 단계(S335)를 실행하게 된다. 충돌 판단 단계(S331)에서 충돌 검출 지수(N)가 사전 설정 작업 기준 데이터의 범위 내에 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 즉 사전 설정 작업 기준 데이터를 영으로 간략화시킨 경우 달리 표현하면 충돌 검출 지수(N)가 영이 아닌 경우로 판단되는 경우 제어부(20)는 실행되어야 할 모드를 충돌 등을 포함하는 비정상 상황이 발생된 것으로 보아 실행되어야 할 작업 모드로 로봇 머니퓰레이터(10)의 힘제어 실행을 중단하는 긴급 모드를 설정하는 긴급 모드 설정 단계(S333)을 실행한다. Then, the
반면, 충돌 판단 단계(S331)에서 충돌 검출 지수(N)가 사전 설정 작업 기준 데이터의 범위 내에 존재하는 것으로 판단되는 경우, 즉 사전 설정 작업 기준 데이터를 영으로 간략화시킨 경우 달리 표현하면 충돌 검출 지수(N)가 영으로 판단되는 경우 제어부(20)는 실행되어야 할 모드를 충돌 등을 포함하는 비정상 상황이 발생되지 않은 것으로 보아 실행되어야 할 작업 모드로 로봇 머니퓰레이터(10)의 힘제어 실행을 유지하는 유지 모드를 설정하는 유지 모드 설정 단계(S335)을 실행한다.
On the other hand, if it is determined in the collision determination step S331 that the collision detection index N is within the range of the preset work reference data, that is, if the preset work reference data is simplified to zero, N is determined to be zero, the
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 머니퓰레이터의 관절에서의 추정 관절 토크를 관측 추정하여 이에 기초하여 충돌 등의 비정상 외력의 발생 여부를 판단하는 범위에서 다양한 변화를 도출하는 다양한 구성이 가능하다. As described above, various configurations are possible to observe and estimate the estimated joint torque in the joint of the robot manipulator according to the present invention, and to derive various changes within a range of determining whether an abnormal external force such as a collision is generated.
1...구동 모터 2...관절 위치 측정부
3...관절 속도 측정부 4...관절 토크 측정부
5...감지부 10...로봇 머니퓰레이터
20...제어부 30...저장부
40...연산부 50...통신부
60...입력부1 ... drive
3 ... joint speed measuring part 4 ... joint torque measuring part
5 ...
20 ...
40 ...
60 ... input
Claims (6)
상기 추정 분석 단계는: 상기 감지 관절 토크 정보와 상기 추정 데이터에 기초하여 상기 제어부의 추정 제어 신호에 따라 외력 추정 관측기에서 외력 추정 토크가 연산되는 외력 추정 토크 연산 단계를 포함하고,
상기 모드 결정 단계는: 상기 외력 추정 토크 중 힘제어에 의하여 발생하는 반력에 대응되는 외력 성분에 의한 반력 토크를 필터링하여 비정상 외력에 의한 비정상 외력 토크만을 추출하는 비정상 외력 통과 필터링 단계와, 상기 비정상 외력 통과 필터링 단계에서의 비정상 외력 토크 추출 여부에 기초하여 실행되어야 할 작동 모드를 설정하는 모드 판단 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터 제어 방법.A sensing step of acquiring sensing joint torque information of the joint part according to a sensing control signal of a control part of an excitation-inducing robot manipulator having a plurality of joint parts operated through a plurality of driving motors and performing a force control operation; An estimation analysis step of calculating an estimated joint torque of the joint part based on the acquired sensing joint torque information and estimated data stored in advance in a storage part connected to the control part; A mode determining step of determining whether or not an abnormal external force is generated based on the work reference data and setting a working mode of the robot manipulator according to a determination result; And a mode execution step ,
Wherein the estimation analysis step includes an external force estimation torque calculation step in which an external force estimation torque is calculated in an external force estimation observer according to the estimated control signal of the control unit based on the sensing joint torque information and the estimation data,
Wherein the mode determining step includes: an abnormal external force passing filtering step of extracting only an abnormal external force torque due to an abnormal external force by filtering a reaction force torque due to an external force component corresponding to a reaction force generated by force control among the external force estimation torque; And a mode judgment setting step of setting an operation mode to be executed based on whether or not the abnormal external force torque is extracted in the pass filtering step.
상기 비정상 외력 통과 필터링 단계는:
상기 추정 데이터 중 여자유도 구비 로봇 머니퓰레이터의 자코비언 행렬을 이용하여 상기 외력 추정 토크 중 상기 반력 토크를 소거시키는 반력 토크 소거 단계와,
상기 추정 데이터 중 여자유도 구비 로봇 머니퓰레이터의 자코비언 행렬와 상기 외력 추정 노크 중 상기 비정상 외력 토크을 이용하여 충돌 검출 지수(collision detection index)를 산출하는 충돌 검출 지수 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터 제어 방법.The method according to claim 1,
Wherein the abnormal external pass filtering step comprises:
A reaction torque erasing step of erasing the reaction force torque among the external force estimation torques using a Jacobian matrix of an excitation-in-progress robot manipulator among the estimation data;
And a collision detection index calculation step of calculating a collision detection index using the Jacobian matrix of the excitation-in-progress robot manipulator among the estimation data and the unsteady external torque among the external force estimation knock .
상기 모드 판단 설정 단계는, 상기 제어부가 상기 충돌 검출 지수 산출 단계에서 산출되는 상기 충돌 검출 지수가 상기 사전 설정 작업 기준 데이터를 비교하여 충돌을 포함하는 비정상 상황의 발생 여부를 판단하는 충돌 판단 단계와,
상기 충돌 판단 단계에서 상기 충돌 검출 지수가 상기 사전 설정 작업 기준 데이터의 범위 내에 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우 실행되어야 할 작업 모드로 상기 로봇 머니률레이터 힘제어 실행을 중단하는 긴급 모드 설정 단계와,
상기 모드 판단 단계에서 상기 충돌 검출 지수가 상기 사전 설정 작업 기준 데이터의 범위 내에 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 로봇 머니률레이터의 힘제어 실행을 유지하는 유지 모드 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터 제어 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the mode determination step includes a collision determination step of determining whether or not an abnormal situation including the collision occurs by comparing the collision detection index calculated in the collision detection index calculation step with the preset work reference data,
An emergency mode setting step of stopping execution of the robot money rate regulator force control in a work mode to be executed when the collision detection index is determined not to be within the range of the preset work reference data;
And a maintenance mode setting step of, when the mode determination step determines that the collision detection index is within the range of the preset work reference data, maintaining the force control execution of the robot money rate generator Manipulator control method.
상기 감지 관절 토크 정보는 감지부의 관절 토크 측정부에서 감지되는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing joint torque information is sensed by the joint torque measuring unit of the sensing unit.
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