KR102486985B1 - 로봇 팔 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

로봇 팔 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 장치는, 액추에이터(actuator)를 포함하는 적어도 하나 이상의 조인트(joint) 및 적어도 하나 이상의 아암(arm)을 포함하는 로봇 팔, 상기 로봇 팔에 대한 사용자의 파지 위치를 검출하는 파지 검출부 및 상기 적어도 하나 이상의 아암 중 제1 아암에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 제1 아암에 직접 연결되지 않는 조인트의 액추에이터의 구동을 정지시키는 제어부를 포함한다.

Description

로봇 팔 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Controlling Robot Arms}

본 발명은 로봇 팔 제어 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 사용자의 터치 위치에 따라 로봇 팔에 부착되는 구동부의 동작을 다르게 제어하는 로봇 팔 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

기술의 급격한 발전에 따라 로봇(robot)은 사람을 대신하여 각종 작업을 수행하는 도구로서 중요한 역할을 수행하고 있다. 로봇은 주로 사람의 팔을 대신하여 제조업 생산 라인에서 물류, 조립, 용접, 페인팅을 비롯한 여러 형태의 작업의 자동화에 사용됨으로써 생산성 향상과 함께 위험한 작업으로부터 인간을 보호하는데 기여하고 있을 뿐만 아니라 인간이 작업할 수 없는 극한 환경의 작업, 예를 들어, 핵발전소의 방사선 오염지역, 독극물 오염지역, 해저, 우주작업 등에서 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행하고 있다.

한편, 이러한 로봇에게 인간이 원하는 작업을 수행하게 하는 방법은 편의상 크게 두 가지 유형으로 분류할 수 있는데, 이는 로봇에게 원하는 위치나 운동을 지시하여 기억시키고 이를 재현하도록 하는 교시(teach) 운동 방법과, 로봇에게 지능을 부여하고 작업 목표를 지시하여 주변 환경을 로봇 스스로 판단하여 필요한 운동을 발생하는 자율(autonomous) 운동 방법이다.

종래에는 인간이 원하는 작업을 로봇에 교시하기 위하여 별도의 조작기(일반적으로 티칭 팬던트 라고 함)를 이용하는 경우가 대부분이며, 경우에 따라서는 로봇의 말단에 힘/토크 센서를 장착하여 사용자가 로봇에 직접 인가하는 힘/토크를 측정하여 로봇을 운전하는 경우도 있었다.

티칭 팬던트의 경우에는 그 사용이 매우 번거로운 단점이 있고, 힘/토크 센서를 이용하여 로봇의 말단부의 움직임을 직접 교시하는 경우에는 센서가 매우 고가라는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 한국공개특허공보 제10-2009-0056700 호(2009.06.03)에 개시되어 있다.

본 발명은 사용자의 터치 위치에 따라 로봇 팔의 동작을 다르게 제어함으로써 단순한 구조 및 적은 비용으로 작업 효율을 향상시킬 수 있는 로봇 팔 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 장치는, 액추에이터(actuator)를 포함하는 적어도 하나 이상의 조인트(joint) 및 적어도 하나 이상의 아암(arm)을 포함하는 로봇 팔, 상기 로봇 팔에 대한 사용자의 파지 위치를 검출하는 파지 검출부 및 상기 적어도 하나 이상의 아암 중 제1 아암에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 제1 아암에 직접 연결되지 않는 조인트의 액추에이터의 구동을 정지시키는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 적어도 하나 이상의 조인트 중 제1 조인트에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 제어부는 상기 로봇 팔에 포함되는 모든 액추에이터를 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 조인트는 비금속 소재를 포함하고, 상기 아암은 금속 소재를 포함하며, 상기 조인트 및 상기 아암의 표면은 상기 사용자의 터치를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 방법은, 액추에이터(actuator)를 포함하는 적어도 하나 이상의 조인트(joint) 및 적어도 하나 이상의 아암(arm)을 포함하는 로봇 팔의 제어 방법으로서, 상기 로봇 팔에 대한 사용자의 파지 위치를 검출하는 단계 및 상기 적어도 하나 이상의 아암 중 제1 아암에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 제1 아암에 직접 연결되지 않는 조인트의 액추에이터의 구동을 정지시키는 제어 단계를 포함한다.

또한, 상기 제어 단계에서는 상기 적어도 하나 이상의 조인트 중 제1 조인트에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 로봇 팔에 포함되는 모든 액추에이터를 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 조인트는 비금속 소재를 포함하고, 상기 아암은 금속 소재를 포함하며, 상기 조인트 및 상기 아암의 표면은 상기 사용자의 터치를 검출할 수 있다.

본 발명은 사용자의 터치 위치에 따라 로봇 팔의 동작을 다르게 제어함으로써 단순한 구조 및 적은 비용으로 작업 효율을 향상시킬 수 있는 로봇 팔 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.

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 명세서 상에 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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 장치(100)는 로봇 팔(110), 파지 검출부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 로봇 팔(110)은 액추에이터(actuator)를 포함하는 적어도 하나 이상의 조인트(joint)(J1, J2) 및 적어도 하나 이상의 아암(arm)(A1, A2)을 포함한다.

상기 아암(A1, A2)은 상기 조인트(J1, J2)를 통해 서로 연결되며, 상기 조인트(J1, J2)는 상기 액추에이터를 이용하여 상기 아암(A1, A2)을 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제1 아암(A1)은 제1 조인트(J1)를 통해 제2 아암(A2)과 연결되며, 제1 아암(A1)은 제1 조인트(J1)에 포함되는 액추에이터의 구동에 대응하여 움직일 수 있다. 또한, 제1 아암(A1)은 제2 조인트(J2)에도 간접적으로 연결되므로, 제2 조인트(J2)에 포함되는 액추에이터의 구동에 따라 제1 아암(A1)의 운동은 더 높은 자유도를 가질 수 있다.

도 1은 두 개의 아암(A1, A2)과 두 개의 조인트(J1, J2)만을 포함하는 로봇 팔(110)을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 따른 로봇 팔 제어 장치(100)가 반드시 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 또한, 로봇 팔(110)에 포함되는 조인트의 개수가 많을수록, 각각의 아암은 더 높은 운동 자유도를 가질 수 있다.

파지 검출부(120)는 로봇 팔(110)에 대한 사용자의 파지 위치를 검출한다. 로봇 팔(110)을 이용하여 작업을 수행하는 사용자는 로봇 팔(110)의 임의의 위치를 파지하게 되며, 파지 검출부(120)는 상기 사용자가 로봇 팔(110)의 어느 부위를 파지하고 있는지 검출한다.

구체적으로 파지 검출부(120)는 상기 사용자가 로봇 팔(110)의 아암 또는 조인트 중 어느 부위를 파지하는지 검출할 수 있으며, 복수의 아암(A1, A2) 중 어느 아암을 파지하는지, 복수의 조인트(J1, J2) 중 어느 조인트를 파지하는지 검출할 수 있다.

파지 검출부(120)는 상기 아암과 상기 조인트에 포함되는 터치 센서를 이용하여 상기 사용자의 파지 여부를 검출할 수 있으며, 파지 검출부(120)는 상기 터치 센서에서의 터치 검출 여부와 상기 터치 센서가 부착된 위치에 관한 정보를 이용하여 상기 사용자가 로봇 팔(110)의 어느 부위를 파지하고 있는지 판단할 수 있다.

또는, 상기 아암과 상기 조인트는 표면 전체를 이용하여 상기 사용자의 터치 여부를 판단할 수 있을 것이다. 이때, 상기 조인트는 비금속 소재를 포함하고, 상기 아암은 금속 소재를 포함할 수 있다.

제어부(130)는 상기 적어도 하나 이상의 아암(A1, A2) 중 제1 아암(A1)에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 제1 아암(A1)에 직접 연결되지 않는 조인트의 액추에이터의 구동을 정지시킨다.

예를 들어, 도 1의 로봇 팔(110) 중 사용자가 제1 아암(A1)을 파지하는 경우, 파지 검출부(120)는 제1 아암(A1)에 포함되는 터치 센서 또는 제1 아암(A1)의 표면을 통해 상기 사용자의 파지 여부를 검출할 수 있으며, 제어부(130)는 제1 아암(A1)에 직접 연결되는 제1 조인트(J1)에 포함되는 액추에이터는 구동시키되, 제1 아암(A1)에 직접 연결되지 않는 제2 조인트(J2)에 포함되는 액추에이터의 구동을 정지시킨다.

또는, 도 1의 로봇 팔(110) 중 사용자가 제2 아암(A2)을 파지하는 경우, 파지 검출부(120)는 제2 아암(A2)에 포함되는 터치 센서 또는 제2 아암(A2)의 표면을 통해 상기 사용자의 파지 여부를 검출할 수 있으며, 제어부(130)는 이에 대응하여 제2 아암(A2)에 직접 연결되는 제1 및 제2 조인트(J1, J2)에 포함되는 액추에이터를 구동시킬 수 있다.

도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제2 조인트(J2) 연결되는 제3 아암 및 제3 조인트가 존재하는 경우, 상기 사용자가 제2 아암(A2)을 파지하면, 제어부(130)는 상기 제3 조인트에 포함되는 액추에이터 구동을 정지시킬 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 2와 도 3에 도시되는 로봇 팔은 각각 4 개의 아암과 4 개의 조인트를 포함한다. 그리고, 도 2는 사용자가 로봇 팔의 조인트를 파지하는 경우의 상기 로봇 팔의 동작을 예시적으로 나타내며, 도 3은 사용자가 로봇 팔의 아암을 파지하는 경우의 상기 로봇 팔의 동작을 예시적으로 나타낸다. 또한, 도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 로봇 팔에 포함되는 각각의 조인트는 액추에이터를 포함한다.

도 2를 참조하면, 상기 사용자가 상기 로봇 팔의 제1 조인트(J1)를 파지하는 경우 상기 로봇 팔의 모든 액추에이터가 구동할 수 있는 상태를 유지한다. 상기 사용자가 제1 조인트(J1) 이외의 제2 내지 제4 조인트(J2 내지 J4)를 파지하는 경우에도 제어부(130)는 상기 모든 액추에이터를 구동 가능한 상태로 제어된다.

또한, 상기 사용자가 상기 로봇 팔의 적어도 어느 하나의 조인트를 파지한 상태에서 힘을 가하는 경우, 상기 로봇 팔은 상기 사용자가 가하는 힘의 방향에 대응하여 구동하게 된다. 도 2는 상기 사용자가 도면의 왼쪽 방향으로 힘을 가하는 경우를 예로써 도시하며, 이러한 경우 상기 로봇 팔의 각 조인트의 액추에이터가 구동하여 상기 로봇 팔의 각 부위가 서로 가까워지는 방향으로 동작할 수 있다. 이와 반대로, 상기 사용자가 도 2의 예와 반대 방향으로 힘을 가하는 경우, 상기 로봇 팔은 펼쳐지도록(stretched) 동작할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 사용자가 상기 로봇 팔의 제1 아암(A1)을 파지하는 경우 제1 아암(A1)에 직접 연결되지 않는 제2 내지 제4 조인트(J2 내지 J4)는 구동되지 않는다. 따라서, 도 3에 도시되는 바와 같이 제1 아암(A1)을 제외한 아암(A2, A3, A4)는 움직이지 않고, 제1 아암(A1)은 상기 사용자가 가하는 힘의 방향에 대응하여 움직이게 된다.

한편, 상기 사용자가 제2 아암(A2)을 파지하는 경우, 제2 아암(A2)에 직접 연결되지 않는 제3 조인트(J3) 및 제4 조인트(J4)에 포함되는 액추에이터의 구동은 제어부(130)에 의하여 제한되므로 제2 아암(A2)을 제외한 나머지 아암들(A1, A3, A4)의 움직임 또한 제한된다.

도 2와 도 3을 통해 사용자가 각각 하나의 조인트 또는 하나의 아암을 파지하는 경우로 한정하여 로봇 팔의 동작을 설명하였으나, 실제 작업 환경에서는 복수의 조인트가 동시에 파지되거나, 복수의 아암이 동시에 파지되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에는, 지금까지 설명한 바와 같이 전체 액추에이터를 구동시키거나, 파지되는 아암에 직접 연결되는 액추에이터만을 구동시키는 제어가 수행될 수 있다.

그러나, 하나의 아암과 하나의 조인트가 동시에 파지되는 경우에는 사용자의 설정에 따라 다른 동작이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 사용자는 제1 모드와 제2 모드를 설정할 수 있으며, 상기 제1 모드가 설정되면 제어부(130)는 아암에서 사용자의 파지가 검출되면 조인트에서의 파지 검출 여부와 관계없이 파지가 검출된 아암에 직접 연결되는 조인트의 액추에이터만을 동작되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제2 모드가 설정되면 제어부(130)는 조인트에서 사용자의 파지가 검출되면 아암에서의 파지 검출 여부와 관계없이 모든 액추에이터가 동작되도록 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 팔 제어 방법은, 액추에이터(actuator)를 포함하는 적어도 하나 이상의 조인트(joint) 및 적어도 하나 이상의 아암(arm)을 포함하는 로봇 팔의 제어 방법으로, 파지 위치 검출 단계(S110) 및 제어 단계(S120)를 포함한다.

상기 로봇 팔은 예를 들어, 도 1에 도시되는 구성을 가질 수 있으며, 더 많은 수의 아암과 조인트를 포함할 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.

파지 위치 검출 단계(S110)에서는 상기 로봇 팔에 대한 사용자의 파지 위치를 검출한다. 상기 로봇 팔을 이용하여 작업을 수행하는 사용자는 상기 로봇 팔의 임의의 위치를 파지하게 되며, 파지 위치 검출 단계(S110)에서는 상기 사용자가 상기 로봇 팔의 어느 부위를 파지하고 있는지 검출한다.

구체적으로 파지 위치 검출 단계(S110)에서는 상기 사용자가 상기 로봇 팔의 아암 또는 조인트 중 어느 부위를 파지하는지 검출할 수 있으며, 복수의 상기 아암 중 어느 아암을 파지하는지, 복수의 상기 조인트 중 어느 조인트를 파지하는지 검출할 수 있다.

상기 아암과 상기 조인트는 터치 센서를 포함할 수 있으며, 파지 위치 검출 단계(S110)에서는 상기 터치 센서에서의 터치 검출 여부와 상기 터치 센서가 부착된 위치에 관한 정보를 이용하여 상기 사용자가 상기 로봇 팔의 어느 부위를 파지하고 있는지 판단할 수 있다.

또한, 상기 아암과 상기 조인트는 표면 전체를 이용하여 상기 사용자의 터치 여부를 판단할 수 있을 것이다. 이때, 상기 조인트는 비금속 소재를 포함하고, 상기 아암은 금속 소재를 포함할 수 있다.

제어 단계(S120)에서는 상기 아암에서 파지가 검출되는 경우, 해당 아암에 직접 연결된 조인트에 포함되는 액추에이터만 구동시키고, 나머지 조인트에 포함되는 액추에이터의 구동은 정지시킨다. 사용자가 특정한 아암을 파지 또는 터치하는 경우에는 상기 사용자가 해당 아암만을 조작하려는 의도로 판단하고, 나머지 아암은 움직이지 않도록 고정하는 것으로 이해할 수 있다.

또한, 제어 단계(S120)에서는 상기 적어도 하나 이상의 조인트 중 제1 조인트에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 로봇 팔에 포함되는 모든 액추에이터를 구동시킬 수 있다. 이때에는 상기 로봇 팔에 포함되는 모든 아암들이 상기 사용자의 조작에 의해 자유롭게 움직일 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 로봇 팔 제어 장치 110: 로봇 팔
120: 파지 검출부 130: 제어부

Claims (6)

1. 액추에이터(actuator)를 포함하는 적어도 하나 이상의 조인트(joint) 및 적어도 하나 이상의 아암(arm)을 포함하는 로봇 팔;
   상기 로봇 팔에 대한 사용자의 파지 위치를 검출하는 파지 검출부; 및
   상기 적어도 하나 이상의 아암 중 제1 아암에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 제1 아암에 직접 연결되는 조인트의 액추에이터를 구동시키고, 직접 연결되지 않는 조인트의 액추에이터의 구동을 정지시키는 제어부를 포함하고,
   상기 적어도 하나 이상의 조인트 중 제1 조인트에서 상기 사용자의 파지가 검출되는 경우, 상기 제어부는 상기 로봇 팔에 포함되는 모든 액추에이터를 구동시키는 로봇 팔 제어 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 조인트는 비금속 소재를 포함하고, 상기 아암은 금속 소재를 포함하며, 상기 조인트 및 상기 아암의 표면은 상기 사용자의 터치를 검출하는 로봇 팔 제어 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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