KR101474778B1

KR101474778B1 - 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101474778B1
Application number: KR20130126456A
Authority: KR
Inventors: 김덕기
Original assignee: 김덕기
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-12-22

Abstract

다관절 로봇 제어를 위한 기본적인 프로그램만 내장한 상태에서 동작을 인식시켜 제어용 데이터로 저장하고, 그 저장한 제어용 데이터를 기반으로 다관절 로봇을 제어할 수 있도록 한 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 다축으로 이루어진 로봇 팔의 다축 구동을 위한 서보 모터; 동작 인식을 위해 로봇 팔이 인위적으로 조작되면 서보 모터의 움직임을 검출하여 동작 인식정보로 출력하는 서보 엔코더; 서보 모터의 구동을 위한 구동 신호를 발생하고, 서보 엔코더로부터 검출한 동작 인식 정보를 인터페이스하는 서보 구동기; 서보 구동기로부터 인터페이스된 동작 인식 정보를 로봇 제어용 데이터로 생성하는 마이크로프로세서; 마이크로프로세서로부터 전송된 로봇 제어용 데이터를 저장하고, 로봇 동작 명령에 따라 저장한 로봇 제어용 데이터를 기초로 서보 구동기를 구동시키는 산업용 토블릿 컴퓨터(Toblet PC)를 구비한다.

Description

다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법{Control device using motion recognition in artculated robot and method thereof}

본 발명은 다관절 로봇(artculated robot)의 동작인식(motion recognition)을 통한 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다관절 로봇 제어를 위한 기본적인 프로그램만 내장한 상태에서 동작을 인식시켜 제어용 데이터로 저장하고, 그 저장한 제어용 데이터를 기반으로 다관절 로봇을 제어할 수 있도록 한 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

로봇 기술이 급속하게 발전하고 있는 가운데, 서비스형 로봇이나 무인 자동화를 위한 산업용 로봇에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 특히, 공간도 많이 차지하지않고 동작범위도 넓으면서 행동도 신속한 다관절 로봇에 대한 다양한 연구가 많이 이루어지고 있다.

통상, 다관절 로봇은 자유도가 3개 또는 그 이상의 회전운동기구를 결합시켜 만든 로봇으로서, 사람의 어깨, 팔, 팔꿈치, 손목과 같은 관절을 가지고 있어, 사람이 하는 운동과 비슷하게 운동할 수 있다. 다관절 머니플레이터(manipulator)가 그 대표적인 예이다. 다관절 형식 중에서 팔꿈치 형은 차지하는 공간이 좁으나 그에 비해 자유로이 크게 움직일 수 있는 장점이 있으며, 공장의 생산라인에서 조립 작업을 하거나 도장(塗裝), 용접 등에 사용된다.

다관절 로봇을 제어하기 위해서는, 프로그램 전문가가 모션 에디터 종류의 프로그래밍 툴을 이용하여 복합 동작을 사전에 프로그래밍해야 한다. 이러한 복합 동작 프로그래밍은 일반적인 사용자가 하기에는 극히 불가능하며, 반드시 해당 분야의 전문가가 해야한다. 여기서 복합 동작 프로그램은 다관절 로봇의 서보(액추에이터, 구동부) 제어를 위한 프로그램이다.

다관절 로봇을 제어 및 운용하기 위한 종래의 기술들이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2010-0065074호(2010.06.15. 공개), <특허문헌 2> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0048479호(2013.05.10. 공개) 및 <특허문헌 3> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0025199호(2013.03.11. 공개)에 개시되었다.

<특허문헌 1>은 사용자가 착용한 글러브형 입력 장치를 통해서 사용자의 손동작을 인식하고, 이에 대응하는 제어 명령을 로봇에 전달함으로써, 로봇 제어를 손쉽게 할 수 있다.

<특허문헌 2>는 로봇에서 측정되는 ZMP(Zero Moment Point)의 위치를 측정하고, 상기 ZMP 센서 데이터만을 이용하여 이족 보행 로봇의 균형 제어를 하게 되며, 로봇의 양발 지지 상태 및 한발 지지 상태의 경우 모두 동일한 균형 제어 기법을 적용한다.

<특허문헌 3>은 다관절 로봇의 각 관절을 구동하는 모터와 모터를 제어하는 구동부를 연결하는 신호 케이블 간의 잡음을 제거하게 되며, 이로 인해 서보 장치를 다관절 로봇 내에 탑재함에 있어서 발생하는 문제와 서보 장치의 소형화를 위해 분리되는 전원부를 구성할 때 발생하는 문제를 해결하게 된다.

대한민국 공개특허 공개번호 10-2010-0065074호(2010.06.15. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0048479호(2013.05.10. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0025199호(2013.03.11. 공개)

그러나 상기와 같은 일반적인 다관절 로봇의 제어방식 및 종래기술은 다관절 로봇 제어를 위한 제어 프로그램을 전문가가 사전에 설계하여 로봇 제어장치에 내장하고, 이를 사용하는 방식이므로 다관절 로봇의 제어 형태(위치 및 동작, 기타)를 변경하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.

특히, 다관절 로봇의 제어 형태를 변경하기 위해서는 제어 프로그램 전문가가 다시 제어 프로그램을 설계해야하므로, 제어 프로그램 설계 시간이 많이 소요되고, 설계 비용도 많이 소요되는 문제점을 유발한다.

또한, 종래기술 중 <특허문헌 1>은 상기와 같이 전문가에 의해 제어 프로그램을 설계해야만 하는 단점을 해결하기 위해서, 글러브형 입력장치를 이용하고 동작인식을 통해 로봇을 제어하게 되는 데, 이 경우 로봇을 반복적으로 동작시키는 것은 불가능하고, 별도의 동작인식용 입력장치를 사용하는 불편함이 있으며, 동작인식용 입력장치를 개발하는 시간 및 비용이 많이 드는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 일반적인 다관절 로봇의 제어방식 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다관절 로봇 제어를 위한 기본적인 프로그램만 내장한 상태에서 동작을 인식시켜 제어용 데이터로 저장하고, 그 저장한 제어용 데이터를 기반으로 다관절 로봇을 제어할 수 있도록 한 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 로봇을 원하는 동작 상태로 동작시키고, 그 로봇 동작을 인식하여 제어용 데이터로 활용하도록 한 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 로봇을 원하는 동작 상태로 동작시킨 후 해당 로봇의 동작을 인식하여 로봇동작 데이터를 획득하고, 상기 로봇동작 데이터에 속도, 각도, 위치의 정밀 제어 데이터만을 부가함으로써, 로봇 동작 제어를 위한 제어 데이터를 용이하게 생성할 수 있도록 한 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치는 다축으로 이루어진 로봇 팔; 상기 로봇 팔의 다축 구동을 위한 서보 모터; 동작 인식을 위해 상기 로봇 팔이 인위적으로 조작되면 상기 서보 모터의 움직임을 검출하여 동작 인식정보로 출력하는 서보 엔코더; 상기 서보 모터의 구동을 위한 구동 신호를 발생하고, 상기 서보 엔코더로부터 검출한 동작 인식 정보를 인터페이스 하는 서보 구동기; 상기 서보 구동기로부터 인터페이스된 동작 인식 정보를 로봇 제어용 데이터로 생성하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서로부터 전송된 로봇 제어용 데이터를 저장하고, 로봇 동작 명령에 따라 상기 저장한 로봇 제어용 데이터를 기초로 상기 서보 구동기를 구동시키는 산업용 토블릿 컴퓨터(Toblet PC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 위한 제어장치는 상기 서보 모터의 동작 속도, 각도 및 위치 조정신호를 입력하기 위한 조작기; 상기 마이크로프로세서로부터 출력되는 로봇 팔 움직임 영상을 화면에 표시해주는 표시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 마이크로프로세서는 상기 조작기를 통해 서보 모터의 동작 속도, 각도 및 위치 조정신호가 입력되면 상기 생성한 로봇 제어용 데이터에 상기 조정 정보를 매핑하여 최종 로봇 제어용 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 산업용 토블릿 컴퓨터는 사용자의 선택에 따라 초기 내장된 로봇 제어용 데이터로 로봇을 제어하거나 사용자가 생성한 최종 로봇 제어용 데이터로 상기 로봇을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법은 (a) 초기 로봇 운용 프로그램을 구동하고, 모션 인식 명령이 입력되면 로봇팔 수동조작에 따라 움직이는 로봇 동작을 인식하는 단계; (b) 상기 로봇 동작을 인식하는 도중에 저장명령이 입력되면 로봇 인식 정보를 기초로 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장하는 단계; (c) 상기 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장한 후 미세 조정이 요청되면 사용자가 입력하는 미세 조정 값을 입력받는 단계; (d) 상기 로봇 제어용 데이터에 상기 미세 조정 값을 반영하여 최종 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장하는 단계; (e) 상기 로봇의 가동 명령이 발생하면, 상기 최종 로봇 제어용 데이터를 추출하고, 이를 기초로 복수의 서보 모터를 제어하여 상기 로봇을 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a)단계는 로봇 암 수동 조작에 따른 서보 모터의 동작을 서보 엔코더를 통해 검출하고, 검출한 서보 모터의 동작 정보로 로봇 동작을 인식하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 미세 조정은 서보 모터의 속도, 각도 및 위치 조정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법은 (f) 상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에 저장한 로봇 제어용 데이터에 따라 표시기에 동작 시뮬레이션 영상을 표시해주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법은 (g) 상기 (d)단계와 상기 (e)단계 사이에 저장한 최종 로봇 제어용 데이터에 따라 표시기에 동작 시뮬레이션 영상을 표시해주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다관절 로봇 제어를 위한 기본적인 프로그램만 내장한 상태에서 로봇의 동작을 인식시켜 제어용 데이터로 저장하고, 그 저장한 제어용 데이터를 기반으로 다관절 로봇을 제어할 수 있도록 함으로써, 프로그램 설계 능력이 없는 일반 사용자도 자신이 원하는 로봇 동작에 대한 제어 프로그램을 용이하게 설계할 수 있는 편리성이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 로봇을 원하는 동작 상태로 동작시킨 후 해당 로봇의 동작을 인식하여 로봇 동작 데이터를 획득하고, 동작 시뮬레이션 영상을 보면서 모터 속도, 각도, 위치 등의 정밀 제어 데이터만을 부가함으로써, 로봇의 새로운 동작을 위한 제어 프로그램을 용이하게 설계할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 다관절 로봇의 팔 개략 구조도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법을 보인 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 다관절 로봇 팔(10)의 개략 구성도로서, 다축(1 ~ 6)을 위해 다수의 관절이 구비된다. 본 발명에서는 6축 로봇을 예로 설명하였으나, 6축에 한정되는 것은 아니고, 그 이하의 다축 또는 그 이상의 다축 로봇에도 적용 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치의 구성도로서, 복수의 서보 모터(20), 서보 엔코더(30), 서보 구동기(40), 마이크로 프로세서(50), 산업용 토블릿 컴퓨터(Toblet PC)(70), 가공기기(60), 조작기(80), 표시기(90)를 포함한다.

상기 서보 모터(20)는 다축으로 이루어진 로봇 팔(10)의 다축을 구동하는 역할을 하는 것으로서, 6축으로 이루어진 로봇일 경우 각 축을 구동하기 위해 6개의 서보 모터를 포함한다.

상기 서보 엔코더(30)는 동작 인식을 위해 상기 로봇 팔(10)이 인위적으로 조작되면 상기 서보 모터(20)의 움직임을 검출하여 동작 인식정보로 출력하는 역할을 한다. 이러한 서보 엔코더(30)는 서보 모터와 대응하게 구비되므로, 서보 모터가 6개일 경우 6개의 엔코더가 필요하다.

상기 서보 구동기(40)는 상기 복수의 서보 모터(20)의 구동을 위한 구동 신호를 발생하고, 상기 서보 엔코더(30)로부터 검출한 동작 인식 정보를 인터페이스 하는 역할을 한다. 서보 엔코더(30)에서 검출한 동작 인식 정보를 인터페이스 하기 위한 별도의 인터페이스기를 구비하는 것이 바람직하다. 인터페이스로서 USB 2.0 또는 RS-232C를 이용할 수 있다.

상기 마이크로프로세서(microprocessor)(50)는 상기 서보 구동기(40)로부터 인터페이스된 동작 인식 정보를 로봇 제어용 데이터로 생성하여 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 저장하고, 상기 조작기(80)를 통해 서보 모터의 동작 속도, 각도 및 위치 조정 정보가 입력되면 상기 생성한 로봇 제어용 데이터에 상기 조정 정보를 매핑하여 최종 로봇 제어용 데이터를 생성하고, 이를 저장하는 역할을 한다.

상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)는 상기 마이크로프로세서(70)로부터 전송된 로봇 제어용 데이터를 저장하고, 로봇 동작 명령에 따라 상기 저장한 로봇 제어용 데이터를 기초로 상기 서보 구동기(40)를 구동시키는 역할을 한다. 여기서 산업용 토블릿 컴퓨터(Toblet PC)(70)는 상기 마이크로프로세서(50)에 의해 최종 로봇 제어용 데이터가 생성되면 이를 저장하고, 이를 기초로 로봇을 구동하는 역할을 한다. 여기서 마이크로프로세서(50)와 산업용 토블릿 컴퓨터(70) 간에는 USB 2.0 또는 RS-232C와 같은 인터페이스를 통해 데이터를 송수신하게 된다.

상기 조작기(80)는 사용자의 조작에 따라 발생하는 상기 서보 모터(20)의 동작 속도, 각도 및 위치 조정신호를 입력하는 역할을 한다. 사용자는 표시기(90)를 통해 디스플레이되는 로봇 팔 움직임 시뮬레이션 영상을 보고, 로봇 팔의 속도, 각도 및 위치를 미세 조정하기 위한 조정 신호를 입력할 수 있다.

상기 표시기(90)는 상기 마이크로프로세서(50)로부터 출력되는 로봇 팔 움직임 시뮬레이션 영상을 화면에 표시해주는 역할을 한다. 표시기는 액정표시장치, 모니터 등으로 구현할 수 있다.

상기 가공기기(60)는 CNC, MCT 등의 기기로서, 상기 마이크로프로세서(50)로부터 제어 데이터를 입력받아 동작을 수행하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 다관절 로봇 팔(10)은 도 1에 도시한 바와 같이, 좁은 공간에서도 동작 범위를 넓히기 위해, 6축으로 구성하였으며, 산업용 토블릿 컴퓨터(70)의 제어에 따라 복수의 서보 모터(20)가 동작하여 6축 다관절 로봇 팔(10)을 동작시키는 것은 일반적인 다관절 로봇 제어 방식과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 특징은 전문 프로그래머가 아닌 일반 사용자도 용이하게 로봇 제어 프로그램을 구현할 수 있도록 한 것이며, 이를 위해 초기에 산업용 토블릿 컴퓨터(70)를 동작시키고, 운용 프로그램을 실행시킨다. 여기서 운용 프로그램은 로봇의 동작 인식을 통해 로봇 제어 프로그램을 설정하기 위한 프로그램을 의미한다.

운용 프로그램이 동작하는 상태에서, 사용자는 입력장치를 통해 제어 프로그램을 설정하기 위한 메뉴를 선택한다. 여기서 메뉴 선택은 메뉴, 모션, 모션 인식, 시작이라는 항목을 순차 선택하는 것으로서 구현할 수 있다.

모션 인식을 위한 메뉴 선택이 완료된 상태에서, 사용자는 도 1에 도시한 로봇 팔(10)을 원하는 동작 상태로 움직인다. 즉, 실제 로봇 팔(10)이 움직여야 하는 동작 상태를 사용자가 로봇 팔(10)을 잡고, 직접 움직여 보게 된다. 이때 로봇 팔(10)의 동작 순서 및 동작 위치는 사전에 정해진 동작 순서, 동작 위치를 참조하는 것이 바람직하다. 즉, 로봇 팔(10)이 움직일 경우, 맨 하단의 축(1)부터 맨 상단의 축(6) 순서로 움직인다면, 사용자는 이러한 사전 설정 정보를 기반으로, 맨 하단의 축부터 맨 상단의 축까지 순서대로 조작하는 것이 바람직하다. 그래야 실제 로봇 팔(10)의 운영시 로봇을 좀 더 효율적이면서 자연스럽게 움직일 수 있기 때문이다. 사전 설정 정보는 매뉴얼로 제공할 수 있으며, 운용 프로그램 구동 후 메뉴 선택을 하면 화면에 매뉴얼을 디스플레이해주는 방식을 이용할 수도 있다.

사용자에 의해 로봇 팔(10)이 움직이기 시작하면, 복수의 서보 모터(20) 중 대응하는 관절의 서보 모터가 동작을 하게 되고, 이렇게 서보 모터(20)가 동작하는 상태를 서보 엔코더(30)가 검출하여 동작 인식 정보로 서보 구동기(40)에 전달한다. 예컨대, 서보 모터(20)는 스텝 모터로 구현할 수 있으며, 모터의 회전 동작시 엔코더를 통해 펄스 인식 방식으로 모터 회전 수를 검출할 수 있다. 이렇게 검출하는 모터 회전 수는 결과적으로 해당 축 부분의 동작 인식(모션 인식) 정보가 된다. 이때 모터의 회전 방향을 통해 로봇의 동작 방향도 알 수 있다.

서보 구동기(40)는 복수의 서보 모터(20)를 구동하여 로봇 팔(10)을 동작시키는 역할도 하지만, 별도의 인터페이스기를 이용하여 상기 엔코더(30)에서 검출한 로봇 팔(10)의 동작 인식 정보를 마이크로프로세서(50)에 인터페이스해주는 역할도 한다.

상기 마이크로프로세서(50)는 수신한 로봇 팔(10)의 동작 인식 정보를 로봇 제어 데이터로 만들게 된다. 이러한 과정을 통해 사용자는 로봇을 동작시키는 상태에서, 1 사이클(cycle) 또는 원하는 하나의 동작이 완료되면, 다시 입력 장치를 통해 메뉴를 선택하고, 모션, 모션 인식, 저장이라는 항목을 순차 선택하여, 원하는 로봇 동작에 대한 제어 데이터가 등록되도록 한다.

상기 입력 장치를 통해 저장이라는 항목이 선택되면, 마이크로프로세서(50)는 생성한 로봇 제어 데이터를 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록한다. 여기서 로봇 제어 데이터는 사용자가 동작시킨 순서 및 동작 위치에 대응하는 로봇 제어 데이터로서, 로봇 제어 프로그램이라고 할 수 있다.

그리고 마이크로프로세서(50)는 사용자의 요청에 따라 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록시킨 로봇 제어 데이터 즉, 로봇 제어 프로그램을 인출하고, 이를 실행시켜 표시기(90)에 로봇 팔(10)이 실제 움직이는 동작 상태를 시뮬레이션 영상으로 디스플레이해준다. 사용자는 표시기(90)에 디스플레이되는 로봇 시뮬레이션 영상을 보고, 입력 장치인 조작기(80)를 통해 로봇의 미세 조정 값을 입력한다. 즉, 로봇의 속도(서보 모터 속도)(Torque), 로봇 팔의 각도(Angle), 위치(Position) 조정신호를 입력하여, 세밀한 조정을 한다.

이렇게 로봇의 미세 조정 값이 입력되면, 마이크로프로세서(70)는 일전에 등록한 로봇 제어 데이터에 상기 미세 조정 값을 매핑하여, 최종 로봇 제어 데이터를 생성하게 된다. 그리고 생성한 최종 로봇 제어 데이터를 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록시킨다. 아울러 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록시킨 최종 로봇 제어 데이터를 인출하여 실행시킨다. 이에 따라 표시기(90)에는 실제 현장에서 동작하는 로봇의 시뮬레이션 영상이 디스플레이된다. 이때 시뮬레이션 영상은 현장에서 실제 동작하는 로봇의 속도, 위치, 각도 등이 그대로 디스플레이된다.

사용자는 속도, 위치, 각도 등의 변경을 하고자 하면 상기와 같은 조정 신호를 통해 다시 변경하면 되고, 자신이 원하는 동작 상태대로 동작이 이루어지면, 로봇 제어 데이터의 생성을 종료하게 된다.

이와 같이 기존에는 로봇 제어 프로그램을 만들기 위해서는 해당 분야의 전문가가 많은 시간과 노력을 들여 프로그램을 설계해야하므로, 제어 프로그램의 설계시간이 많이 소요되고, 전문가만이 가능하다는 단점이 있었으나, 본 발명은 사용자 누구나 아주 쉽고 편리하게 로봇 제어 프로그램을 설계할 수 있는 장점이 있다.

한편, 사용자가 설계한 로봇 제어 프로그램을 실제 사용하기 위해서, 로봇을 가공(운반)하고자 하는 소재와 가공 기기(CNC, MCT 등)의 중간지점(로봇의 파일 미치는 범위의 중간 지점)에 진동 및 충격에 영향이 미치지 않도록 구조물을 이용하여 설치한다.

이후, 사용자가 운용 프로그램에서 메뉴를 선택하고, 실행명령(run)을 선택하고, 시작 명령을 입력하면, 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에서 사용자가 설계하여 등록한 최종 로봇 제어 데이터(로봇 제어 프로그램)를 인출한 후, 이를 기반으로 서보 구동기(40)를 동작시켜, 복수의 서보 모터(20)를 구동시킨다. 복수의 서보 모터(20)의 구동에 따라 로봇 팔(10)이 움직이게 된다. 이때 로봇 팔(10)은 사용자가 수동으로 동작시킨 동작 순서 및 위치에 따라 동작하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법을 보인 흐름도로서, S는 단계(step)를 나타낸다.

본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법은 (a) 초기 로봇 운용 프로그램을 구동하고, 모션 인식 명령이 입력되면 로봇팔 수동조작에 따라 움직이는 로봇 동작을 인식하는 단계(S101 ~ 106); (b) 상기 로봇 동작을 인식하는 도중에 저장명령이 입력되면 로봇 인식 정보를 기초로 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장하는 단계(S107 ~ S108); (c) 상기 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장한 후 미세 조정이 요청되면 사용자가 입력하는 미세 조정 값을 입력받는 단계(S110 ~ S111); (d) 상기 로봇 제어용 데이터에 상기 미세 조정 값을 반영하여 최종 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장하는 단계(S112); (e) 상기 로봇의 가동 명령이 발생하면, 상기 최종 로봇 제어용 데이터를 추출하고, 이를 기초로 복수의 서보 모터를 제어하여 상기 로봇을 동작시키는 단계(S114 ~ S115)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법은 (f) 상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에 저장한 로봇 제어용 데이터에 따라 표시기에 동작 시뮬레이션 영상을 표시해주는 단계(S109); (g) 상기 (d)단계와 상기 (e)단계 사이에 저장한 최종 로봇 제어용 데이터에 따라 표시기에 동작 시뮬레이션 영상을 표시해주는 단계(S113)를 더 포함한다.

여기서 상기 (a)단계는 로봇 암 수동 조작에 따른 서보 모터의 동작을 서보 엔코더를 통해 검출하고, 검출한 서보 모터의 동작 정보로 로봇 동작을 인식하며, 상기 미세 조정은 서보 모터의 속도, 각도 및 위치 조정을 포함한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 특징은 전문 프로그래머가 아닌 일반 사용자도 용이하게 로봇 제어 프로그램을 구현할 수 있도록 한 것이며, 이를 위해 단계 S101에서 초기에 산업용 토블릿 컴퓨터(70)를 동작시키고, 운용 프로그램을 실행시킨다. 여기서 운용 프로그램은 로봇의 동작 인식을 통해 로봇 제어 프로그램을 설정하기 위한 프로그램을 의미한다.

운용 프로그램이 동작하는 상태에서, 단계 S102에서 사용자가 입력장치를 통해 제어 프로그램을 설정하기 위한 메뉴를 선택하는지를 확인한다. 이 확인 결과 사용작 입력장치를 통해 제어 프로그램을 실행하기 위한 메뉴를 선택하지 않은 경우에는 단계 S103으로 이동하여 입력 명령을 기다리게 된다.

이와는 달리 단계 S102에서 확인 결과, 메노 버튼이 조작된 경우, 단계 S104로 이동하여 로봇 동작 인식을 위한 모션 인식 명령이 선택되었는지를 확인한다. 여기서 사용자는 로봇의 동작 인식을 위한 메뉴를 선택할 수 있으며, 메뉴 선택은 메뉴, 모션, 모션 인식, 시작이라는 항목을 순차 선택하는 것으로서 구현할 수 있다.

모션 인식을 위한 메뉴 선택이 완료된 상태에서, 사용자는 단계 S105에서 도 1에 도시한 로봇 팔(10)을 원하는 동작 상태로 움직인다. 즉, 실제 로봇 팔(10)이 움직여야 하는 동작 상태를 사용자가 로봇 팔(10)을 잡고, 직접 움직여 보게 된다. 이때 로봇 팔(10)의 동작 순서 및 동작 위치는 사전에 정해진 동작 순서, 동작 위치를 참조하는 것이 바람직하다. 즉, 로봇 팔(10)이 움직일 경우, 맨 하단의 축(1)부터 맨 상단의 축(6) 순서로 움직인다면, 사용자는 이러한 사전 설정 정보를 기반으로, 맨 하단의 축부터 맨 상단의 축까지 순서대로 조작하는 것이 바람직하다. 그래야 실제 로봇 팔(10)의 운영시 로봇을 좀 더 효율적이면서 자연스럽게 움직일 수 있기 때문이다. 사전 설정 정보는 매뉴얼로 제공할 수 있으며, 운용 프로그램 구동 후 메뉴 선택을 하면 화면에 매뉴얼을 디스플레이해주는 방식을 이용할 수도 있다.

사용자에 의해 로봇 팔(10)이 움직이기 시작하면, 단계 S106에서 복수의 서보 모터(20) 중 대응하는 관절의 서보 모터가 동작을 하게 되고, 이렇게 서보 모터(20)가 동작하는 상태를 서보 엔코더(30)가 검출하여 동작 인식 정보로 서보 구동기(40)에 전달한다. 예컨대, 서보 모터(20)는 스텝 모터로 구현할 수 있으며, 모터의 회전 동작시 엔코더를 통해 펄스 인식 방식으로 모터 회전 수를 검출할 수 있다. 이렇게 검출하는 모터 회전 수는 결과적으로 해당 축 부분의 동작 인식(모션 인식) 정보가 된다. 이때 모터의 회전 방향을 통해 로봇의 동작 방향도 알 수 있다.

다음으로, 단계 S107에서 저장 명령이 발생하는지를 확인하여, 저장 명령이 발생한 경우에는 단계 S108로 이동하여, 마이크로프로세서(50)는 수신한 로봇 팔(10)의 동작 인식 정보를 로봇 제어 데이터로 만들게 된다. 여기서 저장 명령은 로봇을 동작시키는 상태에서, 1 사이클(cycle) 또는 원하는 하나의 동작이 완료되면, 다시 입력 장치를 통해 메뉴를 선택하고, 모션, 모션 인식, 저장이라는 항목을 순차 선택하는 것으로서, 저장 명령의 입력이 가능하다.

상기 입력 장치를 통해 저장이라는 항목이 선택되면, 단계 S108에서 마이크로프로세서(50)는 생성한 로봇 제어 데이터를 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록한다. 여기서 로봇 제어 데이터는 사용자가 동작시킨 순서 및 동작 위치에 대응하는 로봇 제어 데이터로서, 로봇 제어 프로그램이라고 할 수 있다.

그리고 마이크로프로세서(50)는 단계 S109에서 사용자의 요청에 따라 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록시킨 로봇 제어 데이터 즉, 로봇 제어 프로그램을 인출하고, 이를 실행시켜 표시기(90)에 로봇 팔(10)이 실제 움직이는 동작 상태를 시뮬레이션 영상으로 디스플레이해준다. 여기서 사용자의 요청이 없더라도 1 사이클에 대한 동작이 이루어지고, 해당 동작에 대한 로봇 제어 데이터가 저장되면 마이크로프로세서(50)는 상기 저장한 로봇 제어 데이터를 기반으로 시뮬레이션을 하여 로봇의 동작 영상을 표시기에 디스플레이해줄 수 있다.

단계 S110에서 사용자는 표시기(90)에 디스플레이되는 로봇 시뮬레이션 영상을 보고, 입력 장치인 조작기(80)를 통해 로봇의 미세 조정 값을 입력한다. 즉, 로봇의 속도(서보 모터 속도)(Torque), 로봇 팔의 각도(Angle), 위치(Position) 조정신호를 입력하여, 세밀한 조정을 한다. 물론, 로봇 시뮬레이션 영상을 보고 만족할 경우에는 별도의 미세 조정을 하지 않아도 된다.

이렇게 단계 S111에서와 같이 로봇의 미세 조정 값이 입력되면, 단계 S112에서 마이크로프로세서(70)는 일전에 등록한 로봇 제어 데이터에 상기 미세 조정 값을 매핑하여, 최종 로봇 제어 데이터를 생성하게 된다. 그리고 생성한 최종 로봇 제어 데이터를 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록시킨다.

그리고 단계 S113에서 다시 상기 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에 등록시킨 최종 로봇 제어 데이터를 인출하여 실행시킨다. 이에 따라 표시기(90)에는 실제 현장에서 동작하는 로봇의 시뮬레이션 영상이 디스플레이된다. 이때 시뮬레이션 영상은 현장에서 실제 동작하는 로봇의 속도, 위치, 각도 등이 그대로 디스플레이된다.

이후, 단계 S114 내지 단계 S115에서 사용자가 운용 프로그램에서 메뉴를 선택하고, 실행명령(run)을 선택하고, 시작 명령을 입력하면, 산업용 토블릿 컴퓨터(70)에서 사용자가 설계하여 등록한 최종 로봇 제어 데이터(로봇 제어 프로그램)를 인출한 후, 이를 기반으로 서보 구동기(40)를 동작시켜, 복수의 서보 모터(20)를 구동시킨다. 복수의 서보 모터(20)의 구동에 따라 로봇 팔(10)이 움직이게 된다. 이때 로봇 팔(10)은 사용자가 수동으로 동작시킨 동작 순서 및 위치에 따라 동작하게 되는 것이다.

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.

본 발명은 로봇 제어 프로그램을 설계하는 기술에 적용된다. 특히, 로봇을 이용하여 서비스 및 산업에 이용하는 경우, 로봇 제어를 위한 제어 프로그램을 설계하는 모든 분야의 기술에 적용된다.

10: 로봇 팔
20: 서보 모터
30: 서보 엔코더
40: 서보 구동기
50: 마이크로프로세서
60: 가공기기
70: 산업용 토블릿 컴퓨터
80: 조작기
90: 표시기

Claims

다축으로 이루어진 로봇 팔의 다축 구동을 위한 서보 모터;
동작 인식을 위해 상기 로봇 팔이 인위적으로 조작되면 상기 서보 모터의 움직임을 검출하여 동작 인식정보로 출력하는 서보 엔코더;
상기 서보 모터의 구동을 위한 구동 신호를 발생하고, 상기 서보 엔코더로부터 검출한 동작 인식 정보를 인터페이스하는 서보 구동기;
상기 서보 구동기로부터 인터페이스된 동작 인식 정보를 로봇 제어용 데이터로 생성하는 마이크로프로세서;
상기 마이크로프로세서로부터 전송된 로봇 제어용 데이터를 저장하고, 로봇 동작 명령에 따라 상기 저장한 로봇 제어용 데이터를 기초로 상기 서보 구동기를 구동시키는 산업용 토블릿 컴퓨터(Toblet PC);
상기 서보 모터의 동작 속도, 각도 및 위치 조정신호를 입력받기 위한 조작기;
상기 마이크로프로세서로부터 출력되는 로봇 팔 움직임 영상을 화면에 표시해주는 표시기를 포함하고,
상기 마이크로프로세서는 상기 조작기를 통해 서보 모터의 동작 속도, 각도 및 위치 조정신호가 입력되면 상기 생성한 로봇 제어용 데이터에 상기 조정신호를 매핑하여 최종 로봇 제어용 데이터를 생성하며,
상기 산업용 토블릿 컴퓨터는 사용자의 선택에 따라 초기 내장된 로봇 제어용 데이터로 로봇을 제어하거나 사용자가 생성한 최종 로봇 제어용 데이터로 상기 로봇을 제어하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 서보 모터 및 서보 엔코더는 로봇 팔을 구성하는 축의 개수에 대응하는 개수로 구성되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어장치.
(a) 초기 로봇 운용 프로그램을 구동하고, 모션 인식 명령이 입력되면 로봇 팔 수동조작에 따라 움직이는 로봇 동작을 인식하는 단계;
(b) 상기 로봇 동작을 인식하는 도중에 저장명령이 입력되면 로봇 인식 정보를 기초로 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장하는 단계;
(c) 상기 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장한 후 미세 조정이 요청되면 사용자가 입력하는 미세 조정 값을 입력받는 단계;
(d) 상기 로봇 제어용 데이터에 상기 미세 조정 값을 반영하여 최종 로봇 제어용 데이터를 생성하여 저장하는 단계;
(e) 상기 로봇의 가동 명령이 발생하면, 상기 최종 로봇 제어용 데이터를 추출하고, 이를 기초로 복수의 서보 모터를 제어하여 상기 로봇을 동작시키는 단계를 포함하고,
상기 (a)단계는 로봇 암 수동 조작에 따른 서보 모터의 동작을 서보 엔코더를 통해 검출하고, 검출한 서보 모터의 동작 정보로 로봇 동작을 인식하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법.
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청구항 6에 있어서, 상기 미세 조정은 서보 모터의 속도, 각도 및 위치 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법.
청구항 6에 있어서, (f) 상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에 저장한 로봇 제어용 데이터에 따라 표시기에 동작 시뮬레이션 영상을 표시해주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법.
청구항 6에 있어서, (g) 상기 (d)단계와 상기 (e)단계 사이에 저장한 최종 로봇 제어용 데이터에 따라 표시기에 동작 시뮬레이션 영상을 표시해주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 동작인식을 통한 제어방법.