KR20140140155A - 다관절 로봇 및 다관절 로봇의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작업을 수행하는 작업장치가 결합되는 작업 암유닛과, 상기 작업 암유닛과 독립적으로 동작하는 자세 암유닛과, 상기 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호가 입력되는 작업 입력부 및 상기 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호가 입력되는 자세 입력부를 포함하고, 상기 작업 암유닛은 A개(A는 6이하의 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 다관절 로봇 및 다관절 로봇의 제어방법에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 작업 암유닛과 자세 암유닛을 독자적으로 구동시킬 수 있는 작업 입력부와 자세 입력부를 구비함에 따라 작업 암유닛과 자세 암유닛을 자유롭게 제어할 수 있다.

Description

다관절 로봇 및 다관절 로봇의 제어방법{MULTI-JOINT ROBOT AND METHOD FOR CONTROLLING MULTI-JOINT ROBOT}

본 발명은 사용자가 편리하게 조작할 수 있는 다관절 로봇 및 다관절 로봇의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로서 다관절 로봇은 사용자가 직접 수행하기 어려운 작업을 수행하기 위해 다양한 산업분야에서 사용된다. 예컨대, 사용자가 옮길 수 없는 무거운 물체를 이동하는데 다관절 로봇이 사용될 수 있다. 또는, 사용자가 직접 수행할 경우 손떨림 등 때문에 오차가 발생할 수 있는 미세한 작업에 다관절 로봇이 사용될 수 있다.

이러한 다관절 로봇은 별도의 조이스틱과 같은 입력부를 통해 동작되었다. 즉, 사용자가 입력부를 통해 입력신호를 입력하면 이에 의해 다관절 로봇이 동작하였다. 그러나, 이러한 방법은 사용자가 직관적으로 다관절 로봇을 동작시킬 수 없다는 문제가 있었다. 따라서, 최근에는 다관절 로봇에 힘/토크 센서와 같은 입력부가 설치되어 있고, 이러한 입력부를 사용자가 조작하여 다관절 로봇을 동작하는 직접 교시 방법이 사용된다. 특히, 미세한 작업을 수행하는 경우에 위와 같은 직접 교시 방법이 널리 사용된다.

도 1은 종래기술에 따른 다관절 로봇의 개략적인 사시도이다.

도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 다관절 로봇은 복수개의 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)와, 상기 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)들을 이동시키는 복수개의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)과, 상기 복수개의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)을 동작시키는 입력부(30)로 구성된다. 상기 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)들 중 선단부에 있는 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)에는 작업을 수행하는 작업장치(W)가 결합된다.

상기 작업장치(W)는 작업위치(A)에 위치하여 작업을 수행한다. 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 위치한다는 의미는, 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 대응되는 위치에 위치하며, 특정한 방향으로 상기 작업위치(A)를 향하고 있다는 것을 의미한다.

상기 입력부(30)는 사용자에 의해 입력신호를 입력 받는다. 상기 입력부(30)에 입력된 입력신호에 따라 상기 복수개의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)이 동작한다. 상기 입력부(30)에 입련된 사용자의 직교좌표상 입력신호를 로봇의 기구학을 통해 상기 복수개의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 각 관절좌표상 동작신호로 변경하고 제어한다.

상기 입력부(30)는 종래 기술에 따른 다관절 로봇의 선단부에 설치된다. 즉, 사용자는 상기 입력부(30)에만 입력신호를 입력하면, 이러한 입력신호를 통하여 상기 복수개의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)이 동작하게 된다.

종래 기술에 따른 다관절 로봇은 상기 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)들의 수만큼의 자유도를 가진다. 다만, 이러한 자유도는 6이 최대이기 때문에 상기 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)이 6개이면 종래 기술에 따른 다관절 로봇은 6개의 자유도를 가지게 된다.

위와 같은 종래 기술에 따른 다관절 로봇은 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 상기 입력부(30)는 최대 6개의 자유도에 해당하는 입력신호만을 받을 수 있기 때문에 6개 이하의 관절을 갖는 다관절 로봇만 직접교시가 가능하였다. 즉, 상기 입력부(30)에 입력되는 입력신호의 입력성분은 6개가 최대이다. 이에 따라, 상기 관절들은 상기 입력부(30)에 입력되는 입력신호의 입력성분에 대응되는 수만큼 제어되므로, 상기 입력부(30)에 입력되는 입력신호에 의해 동작할 수 있는 관절은 6개뿐이었다.

결국, 종래기술에 따른 다관절 로봇이 6개 보다 많은 관절을 포함하는 경우, 미리 정해진 6개의 관절은 상기 입력부(30)의 입력신호에 의해 동작되고, 나머지 관절은 상기 입력부(30)의 입력신호와 관계없이 미리 정해진 동작에 따라 동작되었다. 따라서, 미리 정해진 동작에 따라 동작되는 나머지 관절들은 사용자가 자유롭게 제어할 수 없었다.

이는 사용자가 종래 기술에 따른 다관절 로봇을 자유롭게 제어할 수 없다는 것을 의미하므로 문제가 되었다. 즉, 사용자는 종래 기술에 따른 다관절 로봇이 6개보다 많은 관절을 포함하는 경우 관절들 전체를 자유롭게 제어할 수 없었다.

둘째, 종래 기술에 따른 다관절 로봇에 따르면, 상기 작업장치(W)가 작업위치(A)에 위치하기 위해 상기 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)들이 취할 수 있는 자세는 한가지로 정해진다. 즉, 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 위치하기 위해 상기 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)들이 배치되는 위치 및 방향은 고정된다. 따라서, 상기 링크(11, 12, 13, 14, 15, 16)들이 배치되어야 하는 위치에 장애물이 있으면, 장애물에 때문에 상기 작업장치(W)가 작업위치(A)에 위치할 수 없게 된다. 이러한 장애물은 별도의 구조물일 수 있고, 종래기술에 따른 다관절 로봇을 이용하는 사용자일 수도 있다. 즉, 종래기술에 따른 다관절 로봇에 따르면, 위와 같은 장애물에 의해 작업을 수행할 수 없는 경우가 발생할 수 있어 문제가 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 복수개의 관절과 링크들을 자유롭게 제어할 수 있는 다관절 로봇 및 다관절 로봇의 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 다관절 로봇은 작업을 수행하는 작업장치가 결합되는 작업 암유닛; 상기 작업 암유닛과 독립적으로 동작하는 자세 암유닛; 상기 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호가 입력되는 작업 입력부; 및 상기 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호가 입력되는 자세 입력부를 포함하고, 상기 작업 암유닛은 A개(A는 6이하의 양의 정수)의 작업 관절을 포함할 수 있다.

상기 작업 입력부에 입력된 작업 입력신호의 자유도 중 일부를 선택하는 작업 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 작업 입력부에 입력된 작업 입력신호는 복수개의 작업 입력성분을 가지고, 상기 작업 제어부는 상기 작업 입력부에 입력된 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 자세 입력부에 입력된 자세 입력신호의 자유도 중 일부를 선택하는 자세 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 자세 입력부에 입력된 자세 입력신호는 복수개의 자세 입력성분을 가지며, 상기 자세 암유닛은 B개(B는 6 이하의 양의 정수)의 자세 관절을 포함하고, 상기 자세 제어부는 상기 자세 입력부에 입력된 자세 입력신호 중 B개 자세 입력성분을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 다관절 로봇 제어방법은 A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계; B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계; 및 상기 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 다관절 로봇 제어방법은 A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계; B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계; 및 상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 작업 암유닛과 자세 암유닛을 독자적으로 구동시킬 수 있는 작업 입력부와 자세 입력부를 구비함에 따라 작업 암유닛과 자세 암유닛을 자유롭게 제어할 수 있다. 이에 따라 작업 암유닛과 자세 암유닛의 자세를 다양하게 구현할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 다관절 로봇의 개략적인 사시도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 다관절 로봇의 개략적인 사시도

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목들 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 작업을 수행하는 작업장치(W)가 결합되는 작업 암유닛(100)과, 상기 작업 암유닛(100)과 독립적으로 이동하는 자세 암유닛(200)과, 상기 작업 암유닛(100)을 작동시키기 위한 작업 입력신호가 입력되는 작업 입력부(310)와, 상기 자세 암유닛(200)을 작동시키기 위한 자세 입력신호가 입력되는 자세 입력부(320)를 포함한다.

상기 작업장치(W)는 작업을 직접 수행하는 장치를 말한다. 상기 작업장치(W)는 작업위치(A)에 위치하여 작업을 수행하게 된다. 상기 작업장치(W)는 다양한 산업에서 사용되는 작업툴을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 작업장치(W)는 의료분야에서 수술을 수행하는 수술장치일 수 있다. 또는, 상기 작업장치(W)는 용접을 위한 용접기일 수도 있다. 또는, 상기 작업장치(W)는 무거운 물체를 파지할 수 있는 수단일 수도 있다.

상기 자세 암유닛(200)은 상기 작업 암유닛(100)과 독립적으로 이동하게 마련된다. 상기 자세 암유닛(200)은 복수개가 마련될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 하나 이상의 자세 암유닛(200)을 포함할 수 있다.

상기 작업 암유닛(100)은 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호에 의해 동작하고, 상기 자세 암유닛(200)은 상기 자세 입력부(320)에 입력되는 자세 입력신호에 의해 동작한다. 여기서 상기 작업 암유닛(100)과 상기 자세 암유닛(200)은 별개의 구성으로 한정하고 있으나, 서로 연결되어 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)을 구성한다.

특히, 상기 작업 암유닛(100)은 A개(A는 6이하의 양의 정수)의 작업 관절을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)에서 상기 작업장치(W)가 연결된 선단부에서 6번째 이하의 관절까지 작업 암유닛(100)이 된다.

상기 작업 암유닛(100)은 6개 이하의 관절을 포함하기 때문에, 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호의 각각의 작업 입력성분에 대응되는 동작을 모두 구현할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 다음과 같은 작용효과를 발휘할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)에 따르면, 상기 작업 암유닛(100)은 6개 이하의 작업 관절(121, 122, 123)을 포함하기 때문에, 모든 작업 관절(121, 122, 123)이 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호에 따라 동작할 수 있다. 이는 상기 작업 암유닛(100)의 작업 관절(121, 122, 123)의 수가 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호의 작업 입력성분의 수와 동일하게 마련되는 것을 의미한다. 따라서, 작업 관절(121, 122, 123) 중에서 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호와 무관하게 미리 정해진 동작에 따라 동작하는 관절은 없게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)에 따르면, 상기 작업 암유닛(100)이 포함하는 상기 작업 관절(121, 122, 123)이 모두 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호에 따라 동작하게 된다. 결국, 사용자가 상기 작업 암유닛(100)을 자유롭게 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 다관절 로봇(1)에서 상기 작업 암유닛(100)에 포함되지 않은 다른 관절은 상기 자세 암유닛(200)을 형성하게 된다. 이렇게 상기 자세 암유닛(200)을 형성하는 자세 관절(221, 222, 223, 224)은 상기 자세 입력부(320)에 입력된 자세 입력신호에 따라 동작하게 된다.

결국, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)에 따르면, 모든 관절이 미리 정해진 동작에 따라 동작하지 않고, 사용자의 의도에 따라 자유롭게 제어된다.

둘째, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)이 6개보다 많은 관절을 포함하더라도, 모든 관절이 사용자의 의도에 따라 자유롭게 동작될 수 있다. 결국, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 위치하기 위해서 복수개의 자세를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 위치한 상태로, 즉, 상기 작업 암유닛(100)은 고정한 상태로, 상기 자세 입력부(320)에만 자세 입력신호를 입력하여 상기 자세 암유닛(200)만을 동작시킬 수도 있다. 즉, 상기 작업 암유닛(100)의 자세와 상기 자세 암유닛(200)의 자세의 조합에 따라 다양한 자세로 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 위치하게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)이 장애물이 많은 작업공간에 배치되더라도, 장애물들을 피하면서 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)이 특정한 자세를 취할 수 있게 된다.

도 2 및 도 3은 모두 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)에 위치하고 있다. 그러나, 상기 작업 암유닛(100)과 상기 자세 암유닛(200)이 서로 다른 자세를 취하고 있는 것을 확인할 수 있다.

이하에서는 상기 작업 암유닛(100), 상기 자세 암유닛(200), 상기 작업 입력부(310), 및 상기 자세 입력부(320)에 대해 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도2 및 도 3을 참고하면, 상기 작업 암유닛(100)에는 상기 작업장치(W)가 결합된다. 즉, 상기 작업 암유닛(100)의 움직임에 따라 상기 작업장치(W)의 위치가 결정된다. 상기 작업 암유닛(100)은 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)의 선단부에 배치된다.

상기 작업 암유닛(100)은 복수 개의 작업 링크와, 적어도 하나의 작업 관절을 포함한다. 본 실시예에 따르면 상기 작업 암유닛(100)은 3개의 작업 링크(111, 112, 113)와, 3개의 작업 관절(121, 122, 123)을 포함한다. 다만, 상기 작업 암유닛(100)이 포함하는 작업 링크와, 작업 관절의 수는 위에 한정되지 않으며, 3개보다 적거나 3개보다 많을 수 있다.

상기 작업 암유닛(100)은 제1작업 링크(111), 제2작업 링크(112) 및 제3작업 링크(113)를 포함한다. 또한, 상기 작업 암유닛(100)은 제1작업 관절(121), 제2작업 관절(122) 및, 제3작업 관절(123)을 포함한다.

상기 제1작업 링크(111)는 상기 작업 암유닛(100)이 포함하는 작업 링크(111, 112, 113) 중에서 선단부에 배치된다. 상기 제1작업 링크(111)의 일단에는 작업장치(W)가 결합된다. 상기 제1작업 링크(111)의 타단에는 제1작업 관절(121)이 결합된다.

상기 제1작업 관절(121)을 사이에 두고, 상기 제1작업 링크(111)와 상기 제2작업 링크(112)가 배치된다. 상기 제1작업 링크(111)와 상기 제2작업 링크(112)는 상기 제1작업 관절(121)의 회전축을 따라 결합된다.

상기 제2작업 링크(112)의 일단에는 상기 제1작업 관절(121)이 결합되고, 타단에는 상기 제2작업 관절(122)이 결합된다.

상기 제2작업 관절(122)을 사이에 두고, 상기 제2작업 링크(112)와 상기 제3작업 링크(113)가 배치된다. 상기 제2작업 링크(112)와 상기 제2작업 링크(112)는 상기 제2작업 관절(122)의 회전축에 수직하게 결합된다. 따라서, 상기 제2작업 관절(122)이 회전하면, 상기 제2작업 링크(112)와 상기 제3작업 링크(113) 사이에 형성되는 각이 변화할 수 있다.

상기 제3작업 링크(113)의 일단에는 상기 제2작업 관절(122)이 결합되고, 타단에는 상기 제3작업 관절(123)이 결합된다.

상기 제3작업 관절(123)을 사이에 두고, 상기 제3작업 링크(113)와 후술할 상기 제1자세 링크(211)가 배치된다. 상기 제3작업 링크(113)와 상기 제1자세 링크(211)는 상기 제2작업 관절(122)의 회전축을 따라 결합된다.

위 실시예에서 상기 제1작업 관절(121), 상기 제2작업 관절(122) 및 상기 제3작업 관절(123)의 배치 순서는 실시예에 따라 변경될 수도 있다.

도2 및 도 3을 참고하면, 상기 자세 암유닛(200)은 상기 작업 암유닛(100)에 연결된다. 상기 자세 암유닛(200)은 상기 작업 암유닛(100)과 독립적으로 이동 가능하게 연결된다. 다만, 상기 작업 암유닛(100)은 상기 자세 암유닛(200)의 이동에 종속되게 된다.

본 실시예에서 상기 자세 암유닛(200)은 하나만이 도시되어 있으나, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 하나 이상의 자세 암유닛(200)을 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 자세 암유닛(200)은 서로 차례로 연결된다.

상기 자세 암유닛(200)은 적어도 하나의 자세 링크와, 적어도 하나의 자세 관절을 포함한다. 본 실시예에 따르면 상기 자세 암유닛(200)은 4개의 자세 링크(211, 212, 213, 214)와, 4개의 자세 관절(221, 222, 223, 224)을 포함한다. 다만, 상기 자세 암유닛(200)이 포함하는 자세 링크와, 자세 관절의 수는 위에 한정되지 않으며, 4개보다 적거나 4개보다 많을 수 있다.

상기 자세 암유닛(200)은 제1자세 링크(211), 제2자세 링크(212), 제3자세 링크(213), 및 제4자세 링크(214)를 포함한다. 또한, 상기 자세 암유닛(200)은 제1자세 관절(221), 제2자세 관절(222), 제3자세 관절(223), 및 제4자세 관절(224)을 포함한다.

상기 제1자세 링크(211)의 일단은 상기 제3작업 관절(123)에 결합되고, 타단은 상기 제1자세 관절(221)에 결합된다.

상기 제1자세 관절(221)을 사이에 두고, 상기 제1자세 링크(211)와 상기 제2자세 링크(212)가 배치된다. 상기 제1자세 링크(211)와 상기 제2자세 링크(212)는 상기 제1자세 관절(221)의 회전축에 수직하게 결합된다. 이에 따라, 상기 제1자세 관절(221)이 회전하면, 상기 제1자세 링크(211)와 상기 제2자세 링크(212) 사이에 형성되는 각이 변화할 수 있다.

상기 제2자세 링크(212)의 일단에는 상기 제1자세 관절(221)이 결합되고, 타단에는 상기 제2자세 관절(222)이 결합된다.

상기 제2자세 관절(222)을 사이에 두고, 상기 제2자세 링크(212)와 상기 제3자세 링크(213)가 배치된다. 상기 제2자세 링크(212)와 상기 제3자세 링크(213)는 상기 제2자세 관절(222)의 회전축을 따라 결합된다.

상기 제3자세 링크(213)의 일단에는 상기 제2자세 관절(222)이 결합되고, 타단에는 상기 제3자세 관절(223)이 결합된다.

상기 제3자세 관절(223)을 사이에 두고, 상기 제3자세 링크(213)와 상기 제4자세 링크(214)가 배치된다. 상기 제3자세 링크(213)와 상기 제2자세 링크(212)는 상기 제3자세 관절(223)의 회전축에 수직하게 결합된다.

상기 제4자세 링크(214)의 일단에는 상기 제3자세 관절(223)이 결합되고, 타단에는 상기 제4자세 관절(224)이 결합된다. 상기 제4자세 링크(214)은 상기 제4자세 관절(224)의 회전축을 따라 결합된다.

위 실시예에서 상기 제1자세 관절(221), 상기 제2자세 관절(222), 상기 제3자세 관절, 및 상기 제4자세 관절(224)의 배치 순서는 실시예에 따라 변경될 수 있다.

도2 및 도 3을 참고하면, 상기 작업 입력부(310)는 상기 작업 암유닛(100)을 작동시키기 위한 작업 입력신호가 입력된다. 상기 작업 입력부(310)는 상기 작업 암유닛(100)의 선단부에 설치될 수 있다. 도면에 도시된 바에 따르면 상기 작업 입력부(310)는 상기 작업장치(W)에 설치된다. 그러나, 이에 한정되지 않으며 상기 작업 입력부(310)는 상기 작업 암유닛(100)의 상기 제1작업 링크(111)에 결합될 수도 있다. 즉, 상기 작업 입력부(310)는 상기 작업장치(W)를 사용자가 직관적으로 이동시킬 수 있는 부분에 설치되면 된다.

상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호에 따라 상기 작업 관절(121, 122, 123)들이 회전하면서 상기 작업 링크(111, 112, 113)가 특정한 자세를 취하게 된다. 즉, 상기 작업장치(W)가 상기 작업위치(A)로 이동하는 방향으로 작업 입력신호가 상기 작업 입력부(310)에 입력되면, 상기 작업 관절(121, 122, 123)이 작동하게 된다.

상기 작업 입력부(310)는 힘/토크 센서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 조이스틱, 키보드와 같이 상기 작업 입력부(310)에 작업 입력신호를 입력할 수 있는 수단은 모두 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면 상기 작업 암유닛(100)은 3개의 작업 관절(121, 122, 123)을 포함하므로, 3개의 자유도를 가진다. 이에 따라 상기 작업 입력부(310)가 입력받을 수 있는 작업 입력신호의 자유도의 수가 3개이면 문제가 없다. 즉, 상기 작업 입력부(310)가 입력받을 수 있는 작업 입력신호의 작업 입력성분의 개수만큼 작업 관절(121, 122, 123)이 마련되어, 상기 작업 암유닛(100)의 자유도와 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호의 작업 입력성분의 개수가 동일한 경우에는 문제가 없다. 다만, 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호의 작업 입력성분의 개수가 상기 작업 암유닛(100)이 구현할 수 있는 자유도의 개수보다 많은 경우가 문제된다.

따라서, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호의 작업 입력성분 중 일부를 선택하는 작업 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 작업 암유닛(100)은 A개(A는 6 이하의 양의 정수)의 작업 관절(121, 122, 123)을 포함하므로, 상기 작업 제어부는 상기 작업 입력부(310)에 입력된 작업 입력신호의 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택한다.

예컨대, 본 실시예에서 상기 작업 관절(121, 122, 123)의 수가 3개이므로, 상기 작업 입력부(310)에 입력되는 작업 입력신호의 작업 입력성분이 6개이면, 상기 작업 제어부는 상기 작업 입력성분 중 3개만을 선택하여 상기 작업 암유닛(100)을 동작시킨다.

상기 작업 제어부가 입력된 작업 입력성분 중 3개를 선택하는 방법은 다음과 같다.

는 상기 작업 입력부(310)에 입력된 작업 입력신호의 벡터이고,

는 상기 작업 제어부에서 선택되어 상기 작업 암유닛(100)에 전달될 신호의 벡터이고, C는 작업 입력신호의 변환행렬이라고 하면,

이다. 여기서 변환행렬 C는 작업자가 로봇의 용도에 따라 정할 수 있다.

구체적인 수식의 예시는,

이고,

이면,

가 된다.

작업 입력신호를 선택하고 동작을 제어하는 방법은 다음과 같다.

는 사용자가 상기 작업 암유닛(100)을 움직이고자 하는 작업 입력신호 중 선택된 작업 입력성분으로써, 작업 암유닛의 역기구학을 통해 각 작업 관절(121, 122, 123)의 관절각 입력으로 변환된다. 이러한 관절각 입력과 실제 관절각과의 오차를 이용해 각 작업 관절의 동작이 제어된다. 이와 같이 작업 인력신호를 선택하고, 각 작업 관절을 제어하는 것은 매 제어주기마다 이루어지게 된다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 자세 입력부(320)는 상기 자세 암유닛(200)을 작동시키기 위한 자세 입력신호가 입력된다. 상기 자세 입력부(320)는 상기 자세 암유닛(200)의 선단부에 설치된다. 도면에 도시된 바에 따르면 상기 자세 입력부(320)는 상기 제1자세 링크(211)에 설치된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 사용자가 상기 자세 암유닛(200)을 직관적으로 이동시킬 수 있는 부분이면 상기 자세 입력부(320)는 어디든지 설치될 수 있다.

상기 자세 입력부(320)는 힘/토크 센서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 조이스틱, 키보드와 같이 상기 자세 입력부(320)에 자세 입력신호를 입력할 수 있는 수단은 모두 포함할 수 있다.

상기 자세 입력부(320)에 입력되는 자세 입력신호에 따라 상기 자세 관절(221, 222, 223, 224)들이 회전하면서 상기 자세 링크(211, 212, 213, 214)가 특정한 자세를 취하게 된다. 상기 자세 암유닛(200)은 상기 작업 암유닛(100)과 독립적으로 작동할 수 있다.

본 실시예에 따르면 상기 자세 암유닛(200)은 4개의 작업 관절(121, 122, 123)을 포함하므로, 4개의 자유도를 가진다. 이에 따라 상기 자세 입력부(320)가 입력받을 수 있는 자세 입력신호의 자유도의 수가 4개이면 문제가 없다. 즉, 상기 작업 입력부(310)가 입력 받을 수 있는 자세 입력신호의 자세 입력성분의 개수만큼 자세 관절(221, 222, 223, 224)이 마련되어, 상기 자세 암유닛(200)의 자유도와 상기 자세 입력부(320)에 입력되는 자세 입력신호의 자세 입력성분의 개수가 동일한 경우에는 문제가 없다. 다만, 상기 자세 입력부(320)에 입력되는 입력신호의 자유도의 개수가 상기 자세 암유닛(200)이 구현할 수 있는 자유도의 개수보다 많은 경우가 문제된다.

따라서, 본 발명에 따른 다관절 로봇(1)은 상기 자세 입력부(320)에 입력되는 자세 입력신호의 자세 입력성분 중 일부를 선택하는 자세 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 자세 암유닛(200)은 B개(B는 6 이하의 양의 정수)의 자세 관절(221, 222, 223, 224)을 포함하므로, 상기 자세 제어부는 상기 자세 입력부(320)에 입력되는 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택한다.

예컨대, 본 실시예에서 상기 자세 관절(221, 222, 223, 224)의 수가 4개이므로, 상기 자세 입력부(320)에 입력되는 자세 입력신호의 자세 입력성분이 6개이면, 상기 자세 제어부는 상기 자세 입력성분 중 4개만을 선택하여 상기 자세 암유닛(200)을 동작시킨다.

상기 자세 제어부가 입력된 자세 입력된 자세 입력성분 중 4개를 선택하는 방법은 상기 작업 제어부가 작업 입력성분 중 일부를 선택하는 것과 동일하므로 설명을 생략한다.

이하에서는 본 발명에 따른 다관절 로봇의 제어방법에 관하여 설명한다.

본 발명에 따른 다관절 로봇의 제어방법은 A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계와, B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계와, 상기 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 단계를 포함한다.

A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계는 상기 작업 입력부(310)에 작업 입력신호가 입력됨으로써 이루어진다. 즉, 작업자가 상기 작업 입력부(310)를 작동시키면, 상기 작업 입력부(310)에 작업 입력신호가 입력된다

다음으로, B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계는 상기 자세 입력부(320)에 자세 입력신호가 입력됨으로써 이루어진다. 즉, 작업자가 상기 자세 입력부(320)를 작동시키면, 상기 자세 입력부(320)에 자세 입력신호가 입력된다.

다음으로, 상기 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 단계는 상기 작업 제어부가 상기 작업 입력부(310)에 입력된 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택함으로써 이루어진다. 예를 들어, 상기 작업 입력부(310)에 입력된 작업 인력신호는 6개의 작업 입력성분을 가지는데, 상기 작업 암유닛(100)은 3개의 작업 관절(121, 122, 123)을 포함하는 경우, 상기 작업 제어부는 6개의 작업 입력성분 중에서 3개를 선택하게 된다. 상기 작업 제어부가 상기 작업 입력부(310)에 입력된 작업 입력신호 중 A개를 선택하는 방법은 앞서 설명하였으므로 설명을 생략한다.

본 발명에 다른 다관절 로봇 제어방법은 상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계는 상기 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 단계와 병렬적으로 진행될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 위 단계가 상기 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 단계보다 먼저 진행되거나 나중에 진행될 수도 있다.

상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계는 상기 자세 제어부가 상기 자세 입력부(320)에 입력된 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택함으로써 이루어진다. 예를 들어, 상기 자세 입력부(320)에 입력된 자세 입력신호는 6개의 자세 입력성분을 가지는데, 상기 자세 암유닛(200)은 4개의 자세 관절(221, 222, 223, 224)을 포함하는 경우, 상기 자세 제어부는 6개의 작업 입력성분 중에서 4개를 선택하게 된다. 상기 자세 제어부가 상기 자세 입력부(320)에 입력된 자세 입력신호 중 B개를 선택하는 방법은 상기 작업 입력부(310)가 상기 작업 입력성분을 선택하는 방법과 동일하므로 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 다관절 로봇의 제어방법은 A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계와, B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계와, 상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

각 단계에 대한 설명은 앞서 설명한 다관절 로봇의 제어방법에 대한 설명과 중복되므로 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 다관절 로봇
100 : 작업 암유닛
111, 112, 113 : 작업 링크
121, 122, 123 : 작업 관절
200 : 자세 암유닛
211, 212, 213, 214 : 자세 링크
221, 222, 223, 224 : 자세 관절
310 : 작업 입력부 320 : 자세 입력부
W : 작업장치

Claims (8)

1. 작업을 수행하는 작업장치가 결합되는 작업 암유닛;
   상기 작업 암유닛과 독립적으로 동작하는 자세 암유닛;
   상기 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호가 입력되는 작업 입력부; 및
   상기 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호가 입력되는 자세 입력부를 포함하고,
   상기 작업 암유닛은 A개(A는 6이하의 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 다관절 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 작업 입력부에 입력된 작업 입력신호의 자유도 중 일부를 선택하는 작업 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
3. 제2항에 있어서,
   상기 작업 입력부에 입력된 작업 입력신호는 복수개의 작업 입력성분을 가지고,
   상기 작업 제어부는 상기 작업 입력부에 입력된 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
4. 제1항에 있어서,
   상기 자세 입력부에 입력된 자세 입력신호의 자유도 중 일부를 선택하는 자세 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
5. 제4항에 있어서,
   상기 자세 입력부에 입력된 자세 입력신호는 복수개의 자세 입력성분을 가지며,
   상기 자세 암유닛은 B개(B는 6 이하의 양의 정수)의 자세 관절을 포함하고,
   상기 자세 제어부는 상기 자세 입력부에 입력된 자세 입력신호 중 B개 자세 입력성분을 선택하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
6. A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계;
   B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계; 및
   상기 작업 입력신호 중 A개의 작업 입력성분을 선택하는 단계를 포함하는 다관절 로봇 제어방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계를 포함하는 다관절 로봇 제어방법.
8. A개(A는 양의 정수)의 작업 관절을 포함하는 작업 암유닛을 동작시키기 위한 작업 입력신호를 입력받는 단계;
   B개(B는 양의 정수)의 자세 관절을 포함하는 자세 암유닛을 동작시키기 위한 자세 입력신호를 입력받는 단계; 및
   상기 자세 입력신호 중 B개의 자세 입력성분을 선택하는 단계를 포함하는 다관절 로봇 제어방법.

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