KR20100028358A

KR20100028358A - 로봇 및 그 안전제어방법

Info

Publication number: KR20100028358A
Application number: KR1020080087362A
Authority: KR
Inventors: 권성구; 권영도; 이동훈; 김원국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-12
Also published as: US20100057253A1; JP2010058262A; JP5460112B2

Abstract

본 발명은 인간과 유사한 이족 보행을 하는 로봇이 보행 중에 넘어지더라도 넘어짐으로 인한 피해를 최소화할 수 있는 로봇 및 그 안전제어방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 로봇이 넘어지게 될 경우 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키면서 로봇의 자세를 차려 자세로 변경하여 넘어짐으로 인한 로봇의 기구부 손상을 최소화하고 사용자 안전을 보호할 수 있으며, 로봇이 넘어진 후 2차 넘어짐이 발생할 경우에는 2차로 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시켜 2차 넘어짐으로 인한 로봇의 기구부 손상을 최소화할 수 있는 시스템을 제시한다.

Description

로봇 및 그 안전제어방법{ROBOT AND METHOD FOR CONTROLLING SAFE OF THE SAME}

일반적으로, 전기적 또는 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 닮은 운동을 행하는 기계장치를 로봇이라고 한다. 초기의 로봇은 생산 현장에서의 작업 자동화ㆍ무인화 등을 목적으로 한 매니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇이었으나, 최근에는 인간과 유사한 관절체계를 가지고 인간의 작업 및 생활공간에 용이하게 두 발로 걸을 수 있는 이족 보행 로봇의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이족 보행 로봇은 보행속도와 보행 방향, 보폭 등과 같은 보행명령이 주어지면 양 발(왼발과 오른발)의 목표위치와 방향을 결정하여 이를 바탕으로 시간에 대한 양 발의 위치와 방향 궤적(trajectory)을 만든다. 이때 목표 ZMP(Zero Moment Point;로봇의 바닥 지면에 대한 모멘트의 합이 제로가 되는 지점) 궤적 또한 양 발의 위치에 의해 결정되는데 이는 로봇이 보행할 때 ZMP가 지지하고 있는 한 발이나 두 발이 이루는 다각면내에 위치하면 로봇이 넘어지지 않게 되는 성질을 이용하여 로봇이 안정하게 보행할 수 있도록 목표 ZMP를 설정하고, 로봇의 ZMP(로봇의 바닥 지면에 대한 제로 모멘트 위치)가 목표 ZMP와 같아지도록 보행패턴을 생성하고, 그 보행패턴에 따라 양 발의 보행 궤적을 추종하여 인간과 유사한 이족 보행을 수행한다.

이러한 이족 보행 로봇은 인간과 마찬가지로 이족 보행을 하기 때문에 지면이 평탄하지 않거나 장애물이 있는 지면을 보행할 경우 지면에 닿는 발의 바닥이 기울어 로봇이 중심을 잃고 넘어질 수 있으며, 또한 정상적인 보행 중에도 외부의 충격이나 보행패턴의 오류 등 여러 가지 원인에 의해 넘어지는 경우가 발생할 수 있다.

본 발명은 인간과 유사한 이족 보행을 하는 로봇이 보행 중에 넘어지게 될 경우, 로봇이 넘어지는 방향으로 에어백을 동작시키면서 로봇의 자세를 차려 자세로 변경하여 넘어짐으로 인한 로봇의 기구부 손상을 최소화하고 사용자 안전을 보호할 수 있는 로봇 및 그 안전제어방법을 제시하고자 한다.

본 발명의 실시예는 몸통에 연결되는 다리의 운동에 의해 보행하는 로봇에 있어서, 상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 감지부; 상기 로봇의 특정 위치에 각각 설치되어 상기 로봇을 보호하는 복수의 에어백; 상기 로봇의 넘어짐이 감지된 경우 상기 로봇의 자세를 변경하고, 상기 복수의 에어백 중 상기 로봇이 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 제어부를 포함한다.

상기 감지부는 상기 로봇의 움직임이 적은 부분에 설치되어 가속도 변화량에 따라 상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 가속도센서인 것을 특징으로 한다.

상기 특정 위치는 상기 로봇이 넘어질 경우 지면과 먼저 접촉되는 부분인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇은 상기 로봇의 자세를 변경시키는 자세변경부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 자세변경부를 제어하여 상기 로봇의 자세를 상기 에어백의 작동 전 또는 작동과 동시에 차려 자세로 변경시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 감지부에 의해 상기 로봇이 넘어지는 방향을 감지하여 상기 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 로봇이 넘어진 후 2차 넘어짐이 발생하는지 판단하고, 상기 2차 넘어짐이 발생한 경우 상기 2차 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇은 상기 로봇의 넘어짐을 알리는 알림부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하여 상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 알림부를 제어하여 상기 로봇의 넘어짐을 알리는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇은 상기 로봇의 전원 공급을 단속하는 전원차단부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하여 상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 전원차단부를 제어하여 상기 로봇의 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어방법은 몸통에 연결되는 다리의 운동에 의해 보행하는 로봇의 넘어짐을 감지하고; 상기 로봇의 넘어짐이 감지된 경우 상기 로봇의 자세를 변경하고; 상기 로봇이 넘어지는 방향에 따라 해당 에어백을 작동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 것은, 상기 로봇의 움직임이 적은 부분에 설치된 가속도센서의 가속도 변화량에 따라 상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇의 자세를 변경하는 것은, 상기 로봇의 자세를 차려 자세로 변경하 는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇의 차려 자세 변경은 상기 에어백의 작동 전 또는 작동과 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어방법은 상기 로봇이 넘어진 후 2차 넘어짐이 발생하는지 판단하고; 상기 2차 넘어짐이 발생한 경우 상기 2차 넘어지는 방향을 체크하여 상기 2차 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 것을 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어방법은 상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하고; 상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 로봇의 넘어짐을 사용자에게 알리는 것을 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어방법은 상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하고; 상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 로봇에 공급되는 전원을 차단하거나 대기모드로 전환하는 것을 더 포함한다.

이러한 본 발명의 실시예에 의하면 인간과 유사한 이족 보행을 하는 로봇이 넘어지게 될 경우 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키면서 로봇의 자세를 차려 자세로 변경하여 넘어짐으로 인한 로봇의 기구부 손상을 최소화하고 사용자 안전을 보호할 수 있으며, 또한 로봇이 넘어진 후 2차 넘어짐이 발생할 경우(예를 들어, 로봇이 좌측 또는 우측으로 넘어진 후 로봇의 무게로 앞쪽 또는 뒤쪽으로 다시 넘어지게 되는 경우가 발생할 수 있음)에는 2차로 넘어지는 방향에 위치한 에어 백을 작동시켜 2차 넘어짐으로 인한 로봇의 기구부 손상을 최소화할 수 있다.

이외에도, 본 발명의 실시예에 의하면 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하여 자력으로 일어설 수 있는 경우에는 자립에 따른 후속 조치가 이루어지도록 하고, 자력으로 일어서지 못할 경우에는 이를 사용자에게 알리면서 대기모드로 전환하여 불필요한 전력 사용을 줄이고 신속한 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 외관 구성도이다.

도 1에서, 본 발명의 로봇(10)은 인간과 마찬가지로 두 개의 다리(11R, 11L)에 의해 직립 이동하는 이족 보행 로봇으로, 몸통(12)과, 몸통(12)의 상부에 두 개의 팔(13R, 13L)과 머리(14)를 구비하며, 두 개의 다리(11R, 11L)와 팔(13R, 13L) 선단에는 각각 발(15R, 15L)과 손(16R, 16L)을 구비한다. 참조부호에서 R과 L은 로봇(10)의 오른쪽(Right)과 왼쪽(Left)을 나타내고, COG는 로봇(10)의 무게 중심 위치를 나타내며, ZMP는 로봇(10)과 바닥의 접촉면에서 롤 방향(roll; 로봇의 보행 진행방향인 x축 방향)과 피치 방향(pitch; 로봇의 좌우 보폭 방향인 y축 방향)의 모멘트가 0이 되는 점을 나타낸다.

또한, 몸통(12)의 중앙부에는 로봇(10)의 넘어짐과 넘어지는 방향을 감지하는 3축 가속도센서(30;이하 가속도센서라 한다)가 설치된다. 가속도센서(30)가 설치되는 몸통(12)은 로봇(10)의 움직임이 다른 부분에 비해 상대적으로 적은 부분으 로 정상적인 경우에는 가속도의 변화량이 서서히 증가 또는 감소하지만 예기치 못한 상황으로 인해 로봇(10)이 넘어지거나 전복될 경우에는 x축, y축, z축의 가속도 값이 (+) 또는 (-) 방향으로 급격하게 변화하게 되므로 이러한 3축 가속도 값의 변화를 감지하여 로봇(10)의 넘어짐과 넘어지는 방향을 감지할 수 있도록 한다. 이러한 가속도센서(30)는 실제 차량용 에어백 시스템에서 폭넓게 활용되고 있는 것으로, 가속도센서(305)의 설치 위치는 몸통(12)에 국한되는 것은 아니며 로봇(10)의 움직임이 상대적으로 적은 부분이면 어디에도 설치 가능하다.

또한, 몸통(12) 앞면의 가슴(12a)과 몸통(12) 뒷면의 등(12b), 그리고 좌우 어깨(13a, 13b)에는 에어백(35; 도 3 참조)을 각각 설치한다. 에어백(35)이 설치되는 가슴(12a)과 등(12b), 좌우 어깨(13a, 13b)는 로봇(10)이 넘어질 경우 로봇(10)의 구조상 지면에 먼저 닿게 되어 피해가 가장 클 것으로 예상되는 부분이다, 에어백(35)의 설치 위치는 가슴(12a)과 등(12b), 좌우 어깨(13a, 13b)에 국한되는 것은 아니며 로봇(10)과 사용자의 안전을 위하여 로봇(10) 전체를 둘러싸도록 설치하여도 무방하나 설치 및 추후 관리상의 문제로 최대의 효과를 얻을 수 있는 위치에 최소의 수량을 설치할 필요가 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.

도 2에서, 두 개의 다리(11R, 11L)는 로봇(10)의 발목, 무릎, 힙에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 발목 관절(17R, 17L), 무릎 관절(18R, 18L), 힙 관절(19R, 19L)을 각각 구비하고, 힙 관절(19R, 19L)은 두 개의 다리(11R, 11L)와 연결되는 몸통(12) 아래의 양 쪽 끝에 위치한다.

각 다리(11R, 11L)의 발목 관절(17R, 17L)은 x축(roll axis;로봇의 보행 진행방향)과 y축(pitch axis;좌우 보폭 방향)로 움직임이 가능하고, 무릎 관절(18R, 18L)은 y축(pitch axis)로 움직임이 가능하며, 힙 관절(19R, 19L)은 x축(roll axis)과 y축(pitch axis), z축(yaw axis)로 움직임이 가능하다.

또한, 두 개의 다리(11R, 11L)에는 힙 관절(19R, 19L)과 무릎 관절(18R, 18L)을 연결하는 상부 링크(20R, 20L)와, 무릎 관절(18R, 18L)과 발목 관절(17R, 17L)을 연결하는 하부 링크(21R, 21L)를 각각 포함하여 각 관절((17R, 17L), (18R, 18L), (19R, 19L))의 움직임에 따라 일정 수준의 자유도를 가지고 보행이 가능하도록 하며, 각 다리(11R, 11L)의 발목에는 힘/토크 측정센서(22R, 22L;Force and Torque sensor;이하 F/T센서라 한다)가 설치되어 발(15R, 15L)로부터 전달되는 힘의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향 성분(Mx, My, Mz)을 측정하여 ZMP 정보를 제공한다.

그리고, 두 개의 다리(11R, 11L)와 연결되는 몸통(12)에는 로봇(10)의 허리에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 허리 관절(23)을 구비하며, 허리 관절(23)은 몸통(12) 아래의 양 쪽 끝에 위치한 힙 관절(19R, 19L)을 연결하는 힙 링크(24)의 중심 위치(24G)와 동일축 선상에 위치한다.

도면에 나타내지는 않았지만, 로봇(10)의 모든 관절((17R, 17L), (18R, 18L), (19R, 19L))은 구동을 위한 엑츄에이터(예를 들어, 모터와 같은 전동장치)를 각각 포함하고 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어 블록도로서, 가속도센 서(30), 제어부(32), 에어백 구동부(34), 자세변경부(36), 전원차단부(38), 알림부(40), 통신부(42) 및 상태 모니터링부(44)를 포함하여 구성된다.

제어부(32)는 가속도센서(30)에 의해 감지된 3축 가속도 값의 변화를 미리 정해진 값과 비교하여 로봇(10)이 넘어지려 하는지를 판단하고, 로봇(10)이 넘어지려 하는 경우 로봇(10)이 넘어지는 방향을 체크하여 로봇(10)이 넘어지는 방향(예를 들어, 가슴과 등 또는 좌우 어깨 등)에 설치된 에어백(35)을 작동시켜 넘어짐으로 인한 로봇(10)의 기구부 손상을 최소화시키고, 또한 로봇(10) 주위의 다른 물품이나 사용자 안전까지도 보호할 수 있도록 한다.

또한, 제어부(32)는 로봇(10)이 넘어진 후 로봇(10)의 무게중심으로 인하여 2차 넘어짐이 발생하는지를 판단하고, 2차 넘어짐이 발생할 경우(예를 들어, 로봇이 좌측 또는 우측으로 넘어진 후 로봇의 무게로 앞쪽 또는 뒤쪽으로 다시 넘어지게 되는 경우)에는 2차로 넘어지는 방향에 위치한 에어백(35)을 작동시켜 2차 넘어짐으로 인한 로봇(10)과 사용자의 안전을 보호할 수 있도록 한다.

또한, 제어부(32)는 로봇(10)이 넘어지려 하는 경우 에어백(35)을 작동시키기 전 또는 작동시킴과 동시에 로봇(10)의 자세를 미리 설정된 차려 자세로 변경하여 에어백(35) 작동으로 인한 로봇(10)의 기구부 손상을 최대한으로 줄일 수 있도록 한다. 이는 로봇(10)이 보행 중에 넘어지게 될 경우 로봇(10)이 어떠한 모션을 취하고 있었는지에 따라 지면에 먼저 닿게 되는 위치가 달라진다. 예를 들어 팔(13R, 13L)의 관절 등이 굽혀져 있어서 팔꿈치 등이 먼저 지면에 닿게 될 경우에는 로봇(10)이 넘어지는 방향으로 에어백(35)을 작동시킨다 하더라도 큰 효과가 없 기 때문에 로봇(10)의 자세를 일정하게 차려 자세로 변경해야만 에어백(35) 작동으로 인한 기구부 손상으로 최소화시킬 수 있기 때문이다.

또한, 제어부(32)는 로봇(10)이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하여 자력으로 일어설 수 있는 경우에는 자립에 따른 후속 조치가 이루어지도록 하고, 자력으로 일어서지 못할 경우에는 이를 사용자에게 알리면서 대기모드 또는 종료모드로 전환하여 불필요한 전력 사용을 줄이고 신속한 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한다.

에어백 구동부(34)는 로봇(10)이 넘어지려 하는 경우, 제어부(32)의 구동제어신호에 따라 로봇(10)의 가슴(12a)과 등(12b), 좌우 어깨(13a, 13b)에 설치된 복수의 에어백(35) 중 넘어지는 방향에 위치한 에어백(35)을 작동시킨다.

자세변경부(36)는 로봇(10)이 넘어지려 하는 경우, 제어부(32)의 자세제어신호에 따라 에어백(35)이 작동되기 전 또는 작동됨과 동시에 로봇(10)의 자세를 차려 자세로 변경시킨다.

전원차단부(38)는 로봇(10)이 넘어진 후 자력으로 일어서지 못할 경우, 제어부(32)의 전원제어신호에 따라 로봇(10)에 공급되는 전원을 차단시키거나 대기모드로 전환시킨다.

알림부(40)는 로봇(10)이 넘어진 후 자력으로 일어서지 못할 경우, 제어부(32)의 알림제어신호에 따라 사용자가 알 수 있도록 음성이나 LED 또는 경고음을 발생시킨다.

통신부(42)는 로봇(10)이 넘어진 후 자력으로 일어서지 못할 경우, 제어 부(32)의 통신제어신호에 따라 외부에 있는 사용자가 알 수 있도록 무선 인터넷(WiFi, B/T, ZigBee 등) 또는 무선 전화망(2G/3G 등)을 이용하는 네트워크를 통해 외부 사용자에게 전달한다.

상태 모니터링부(44)는 로봇(10)이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 판단하기 위해 로봇(10)에 설치된 각종 센서(3차원 측정장비, F/T센서 등)를 통해 로봇(10)의 상태를 모니터링하여 제어부(32)에 전달한다.

이하, 상기와 같이 구성된 로봇 및 그 안전제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어방법을 도시한 동작 순서도이다.

도 4에서, 로봇(10)의 보행속도와 보행 방향, 보폭 등과 같은 보행명령이 주어지면, 제어부(32)에서는 양 발(15R, 15L;왼발과 오른발)의 목표위치와 방향을 결정하여 이를 바탕으로 시간에 대한 양 발(15R, 15L)의 위치와 방향 궤적(trajectory)을 만드는 보행패턴을 생성하기 위해 COG와 ZMP 사이의 ZMP 방정식을 만족하는 COG의 패턴을 구한다.

ZMP기반 보행제어는 ZMP가 로봇(10)의 Support Polygon내에 있을 경우 넘어지지 않게 되는 성질을 이용하여, ZMP를 이 영역 내에 유지하도록 로봇(10)의 자세를 제어하면서 ZMP 방정식을 만족하는 보행패턴을 생성한다.

따라서, 로봇(10)은 생성된 보행패턴에 따라 보행을 시작하고, 로봇(10)이 정상적인 보행을 하는 경우에는 로봇(10)의 몸체 중앙부에 설치된 가속도센서(30) 에서 감지되는 3축 가속도 값이 서서히 증가 또는 감소하므로 제어부(32)는 가속도센서(30)에서 감지되는 3축 가속도 값의 변화를 전달받아 로봇(10)이 정상적인 보행을 하고 있음을 판단한다.

그러나, 로봇(10)이 보행하는 지면이 평탄하지 않거나 장애물이 있는 지면을 보행할 경우 지면에 닿는 발의 바닥이 기울어 로봇(10)이 중심을 잃게 될 수 있으며, 또한 정상적인 보행 중에도 외부의 충격이나 보행패턴의 오류 등 예기치 못한 상황으로 인해 로봇(10)이 넘어지려 하는 경우에는 가속도센서(30)에서 감지되는 3축 가속도 값이 (+) 또는 (-) 방향으로 급격하게 변화한다.

따라서, 제어부(32)는 급격하게 변화하는 3축 가속도 값의 변화를 가속도센서(30)를 통해 전달받아 미리 정해진 값과 비교하여 로봇(10)이 넘어지려 하는지를 감지하고(102), 로봇(10)이 넘어지려 하는 경우 로봇(10)이 넘어지는 방향을 체크한다(104).

이에 따라, 로봇(10)이 넘어지게 되면 제어부(32)는 로봇(10)의 자세를 미리 설정된 차려 자세로 변경하도록 자세제어신호를 자세변경부(36)에 전달하고, 자세변경부(36)는 제어부(32)의 자세제어신호에 따라 로봇(10)의 자세를 차려 자세로 변경시킨다(106). 이때 로봇(10)의 자세를 차려 자세로 변경시키는 시점은 로봇(10)이 넘어지는 방향의 에어백(35)이 작동되기 전이나 또는 에어백(35)이 작동됨과 동시에 로봇(10)의 자세를 제어함으로서 에어백(35)의 작동으로 인한 로봇(10)의 기구부 손상을 최대한으로 줄일 수 있도록 한다. 이는 로봇(10)이 보행 중에 넘어지게 될 경우 로봇(10)이 어떠한 모션을 취하고 있었는지에 따라 지면에 먼저 닿게 되는 위치가 달라진다. 예를 들어 팔(13R, 13L)의 관절 등이 굽혀져 있어서 팔꿈치 등이 먼저 지면에 닿게 될 경우에는 로봇(10)이 넘어지는 방향으로 에어백(35)을 작동시킨다 하더라도 큰 효과가 없기 때문에 로봇(10)의 자세를 일정하게 차려 자세로 변경해야만 에어백(35) 작동으로 인한 기구부 손상으로 최소화시킬 수 있기 때문이다.

이후, 제어부(32)는 로봇(10)의 차려 자세 변경과 동시에 로봇(10)이 넘어지는 방향(예를 들어, 가슴과 등 또는 좌우 어깨 등)에 설치된 에어백(35)을 작동시키도록 구동제어신호를 에어백 구동부(34)에 전달하고, 에어백 구동부(34)는 제어부(32)의 구동제어신호에 따라 로봇(10)의 가슴(12a)과 등(12b), 좌우 어깨(13a, 13b)에 설치된 복수의 에어백(35) 중 넘어지는 방향에 위치한 에어백(35)을 작동시킨다(108).

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 앞쪽으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 6는 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 뒤쪽으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 좌측으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 우측으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도 8에서 알 수 있듯이, 로봇(10)이 넘어질 경우 로봇(10)의 구조상 지면에 먼저 닿게 되어 피해가 가장 클 것으로 예상되는 부분인 가슴(12a)과 등(12b), 좌우 어깨(13a, 13b)에 설치된 에어백(35)을 작동시킴으로서 넘어짐으로 인한 로봇(10)의 기구부 손상을 최소화시키고, 또한 로봇(10) 주위의 다른 물품이나 사용자 안전까지도 보호할 수 있도록 한다. 이때 로봇(10)의 자세는 미리 정의된 일정한 형태로 차려 자세를 유지시킴으로서 에어백(35)의 작동을 극대화할 수 있도록 하였다.

이후, 제어부(32)는 로봇(10)이 넘어진 후 로봇(10)의 무게중심으로 인하여 2차 넘어짐이 발생하는지를 판단한다(110). 이는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 로봇(10)이 좌측 또는 우측으로 넘어진 경우 로봇(10)의 무게중심 때문에 앞쪽 또는 뒤쪽으로 다시 넘어지게 되는 경우가 발생할 수 있기 때문에 2차 넘어짐에 대한 로봇(10)의 안전을 보호하기 위함이다.

단계 110의 판단 결과, 2차 넘어짐이 발생한 경우 제어부(32)는 2차로 넘어지는 방향을 체크하여 2차로 넘어지는 방향에 위치한 에어백(35)을 작동시킴으로서(112) 로봇(10)의 넘어짐으로 인한 어떠한 상황에서도 로봇(10)과 사용자의 안전을 최대한 보호할 수 있도록 하였다.

로봇(10)이 넘어진 후, 상태 모니터링부(44)는 로봇(10)에 설치된 각종 센서(3차원 측정장비, F/T센서 등)를 통해 로봇(10)이 자력으로 일어설 수 있는지 로봇(10)의 상태를 모니터링하여 제어부(32)에 전달한다(114).

따라서, 제어부(32)는 로봇(10)이 자력으로 일어설 수 있는 경우에는 로봇(10)이 스스로 일어나 후속 조치를 취할 수 있도록 제어한다(116).

단계 114의 모니터링 결과, 로봇(10)이 자력으로 일어서지 못할 경우 제어부(32)는 알림제어신호를 알림부(40)에 전달하고, 알림부(40)는 제어부(32)의 알 림제어신호에 따라 음성이나 LED 또는 경고음을 발생시켜 로봇(10)이 넘어진 상태를 사용자가 알 수 있도록 하여 신속한 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한다(118).

한편, 사용자가 외부에 있는 경우에는 통신부(42)를 통해 외부 사용자에게 로봇(10)이 넘어진 상태를 전달하여 신속한 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한다.

이후, 제어부(32)는 불필요한 전력 사용을 줄이기 위해 전원제어신호를 전원차단부(38)에 전달하고, 전원차단부(38)는 제어부(32)의 전원제어신호에 따라 로봇(10)에 공급되는 전원을 차단시키거나 대기모드로 전환시킨다(120).

한편, 단계 110의 판단 결과, 2차 넘어짐이 발생하지 않은 경우에는 단계 114로 진행하여 이후의 동작을 진행한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 외관 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 로봇의 안전제어 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 앞쪽으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 6는 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 뒤쪽으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 좌측으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 로봇이 우측으로 넘어진 경우, 로봇의 자세 및 에어백 작동 상태를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 로봇 12 : 몸통

12a : 가슴 12b : 등

13a, 13b : 좌우 어깨 30 : 가속도센서

32 : 제어부 34 : 에어백 구동부

35 : 에어백 36 : 자세변경부

38 : 전원차단부 40 : 알림부

42 : 통신부 44 : 상태 모니터링부

Claims

몸통에 연결되는 다리의 운동에 의해 보행하는 로봇에 있어서,

상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 감지부;

상기 로봇의 특정 위치에 각각 설치되어 상기 로봇을 보호하는 복수의 에어백;

상기 로봇의 넘어짐이 감지된 경우 상기 로봇의 자세를 변경하고, 상기 복수의 에어백 중 상기 로봇이 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 제어부를 포함하는 로봇.
제1항에 있어서,

상기 감지부는 상기 로봇의 움직임이 적은 부분에 설치되어 가속도 변화량에 따라 상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 가속도센서인 로봇.
제1항에 있어서,

상기 특정 위치는 상기 로봇이 넘어질 경우 지면과 먼저 접촉되는 부분인 로봇.
제1항에 있어서,

상기 로봇의 자세를 변경시키는 자세변경부를 더 포함하고,

상기 제어부는 상기 자세변경부를 제어하여 상기 로봇의 자세를 상기 에어백의 작동 전 또는 작동과 동시에 차려 자세로 변경시키는 로봇.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 감지부에 의해 상기 로봇이 넘어지는 방향을 감지하여 상기 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 로봇.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 로봇이 넘어진 후 2차 넘어짐이 발생하는지 판단하고, 상기 2차 넘어짐이 발생한 경우 상기 2차 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 로봇.
제1항에 있어서,

상기 로봇의 넘어짐을 알리는 알림부를 더 포함하고,

상기 제어부는 상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하여 상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 알림부를 제어하여 상기 로봇의 넘어짐을 알리는 로봇.
제1항에 있어서,

상기 로봇의 전원 공급을 단속하는 전원차단부를 더 포함하고,

상기 제어부는 상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하여 상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 전원차단부를 제어하여 상기 로봇의 전원 공급을 차단하는 로봇.
몸통에 연결되는 다리의 운동에 의해 보행하는 로봇의 넘어짐을 감지하고;

상기 로봇의 넘어짐이 감지된 경우 상기 로봇의 자세를 변경하고;

상기 로봇이 넘어지는 방향에 따라 해당 에어백을 작동시키는 로봇의 안전제어방법.
제9항에 있어서,

상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 것은,

상기 로봇의 움직임이 적은 부분에 설치된 가속도센서의 가속도 변화량에 따라 상기 로봇의 넘어짐을 감지하는 로봇의 안전제어방법.
제9항에 있어서,

상기 로봇의 자세를 변경하는 것은,

상기 로봇의 자세를 차려 자세로 변경하는 로봇의 안전제어방법.
제11항에 있어서,

상기 로봇의 차려 자세 변경은 상기 에어백의 작동 전 또는 작동과 동시에 이루어지는 로봇의 안전제어방법.
제9항에 있어서,

상기 에어백을 작동시키는 것은,

상기 로봇이 넘어지는 방향을 체크하여 상기 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 로봇의 안전제어방법.
제9항에 있어서,

상기 로봇이 넘어진 후 2차 넘어짐이 발생하는지 판단하고;

상기 2차 넘어짐이 발생한 경우 상기 2차 넘어지는 방향을 체크하여 상기 2차 넘어지는 방향에 위치한 에어백을 작동시키는 것을 더 포함하는 로봇의 안전제어방법.
제9항에 있어서,

상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하고;

상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 로봇의 넘어짐을 사용자에게 알리는 것을 더 포함하는 로봇의 안전제어방법.
제9항에 있어서,

상기 로봇이 넘어진 후 자력으로 일어설 수 있는지를 모니터링하고;

상기 로봇이 자력으로 일어설 수 없는 경우 상기 로봇에 공급되는 전원을 차단하거나 대기모드로 전환하는 것을 더 포함하는 로봇의 안전제어방법.