KR20220120009A

KR20220120009A - 로봇의 충돌 감지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20220120009A
Application number: KR1020210023603A
Authority: KR
Inventors: 윤일용
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-30
Also published as: US20220266452A1; US11772268B2; DE102021211422A1

Abstract

본 발명은 로봇의 충돌 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 거동 간 차이에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단함으로써, 상기 로봇의 충돌을 신속 정확하게 감지하여 상기 로봇에 발생할 수 있는 추가 파손을 미연에 방지할 수 있는 로봇의 충돌 감지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령을 주기적으로 저장하는 버퍼; 상기 로봇의 거동을 감지하는 센서; 및 상기 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

로봇의 충돌 감지 장치 및 그 방법{COLLISION DETECTION APPARATUS AND METHOD FOR ROBOT}

본 발명은 휠을 구비한 로봇의 충돌을 감지(충돌 여부를 판단)하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇은 시스템이 제공하는 명령어나 특정 조작에 따라 이동 등의 일을 수행할 수 있는 기계 장치로서, 인간을 대신하여 여러 작업에 이용되고 있다. 그 동안 로봇 산업은 급속도로 발전해 왔으며, 산업용 또는 특수작업용 로봇에 대한 연구를 비롯해서 가정용, 교육용 로봇과 같이 인간의 작업을 돕고 인간의 생활에 즐거움을 주는 목적으로 만들어지는 로봇에 대한 연구로 확대되고 있다.

로봇의 대부분은 공장에서 생산 작업의 자동화, 무인화 등을 목적으로 한 매니퓰레이터(manipulator)나 반송 로봇 등의 산업용 로봇이다.

최근 들어 로봇의 용도가 다양해지면서 로봇의 움직임 및 위치 또한 복잡해져 가고 있다. 특히 사람과 유사한 동작을 수행할 수 있는 로봇은 특정 작업 환경 등이 대부분 사람을 기준으로 세팅되어 있는 환경에서 필수적으로 요구되는 시스템으로 각광 받고 있다.

인간과 로봇이 작업공간을 공유할 경우, 로봇은 작업 성능 뿐만 아니라 인간의 안전을 최우선적으로 보장할 수 있어야 한다. 안전한 로봇을 구현하기 위하여 다양한 연구들이 진행되고 있다.

안전한 로봇을 구현하기 위한 연구는 크게 비접촉 센서를 사용하여 충돌을 미리 예측하고 회피하는 기술, 충돌로 인해 발생하는 충돌력을 기구적으로 흡수하는 기술, 발생한 충돌을 빠른 시간 내에 감지하고 대응하는 기술로 나눌 수 있다.

거리센서나 영상센서 등 비접촉 센서를 사용하여 발생될 충돌을 미리 예측하고 회피하는 기술은 개념적으로 원천적인 안전을 보장할 수 있다. 하지만 센서의 사각지역에 대한 충돌 예측이 불가능하며, 영상처리의 불확실성과 높은 연산량으로 인한 시간지연 등으로 빠르게 움직이는 매니퓰레이터에 적용되기 힘들다.

로봇의 충돌로 인해 발생하는 충돌력을 기구적으로 흡수하는 기술은 전장부의 이상 동작에도 인간의 안전을 보장할 수 있는 장점이 있으나, 추가적인 기구부 구성으로 인해 크기가 커지며, 정밀도나 제어 성능 등 로봇의 작업 성능을 저하시킬 수 있다.

로봇에 발생한 충돌을 빠른 시간 내에 감지하여 충돌에 대응하는 기술은 추가적인 기구부 구성이 필요 없기 때문에 매니퓰레이터에 쉽게 적용 가능하며, 사각지역 등에 대한 고려를 할 필요가 없다. 또한 기존의 로봇 성능을 유지하면서도 인간의 안전을 보장할 수 있는 장점이 있어서, 안전한 매니퓰레이터의 구현을 위한 전략으로 주목 받고 있다.

로봇에 발생한 충돌을 빠른 시간 내에 감지하기 위해서 토크센서, 힘센서 또는 촉감센서를 이용하는 연구가 진행되고 있지만, 토크센서, 힘센서 또는 촉감센서는 고가인 문제점이 있었다. 아울러, 이러한 센서에서 감지한 정보로 충돌 여부를 판단하기 위해서는 복잡한 동역학적 모델 연산을 필요로 한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 거동 간 차이에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단함으로써, 상기 로봇의 충돌을 신속 정확하게 감지하여 상기 로봇에 발생할 수 있는 추가 파손을 미연에 방지할 수 있는 로봇의 충돌 감지 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치는, 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령을 주기적으로 저장하는 버퍼; 상기 로봇의 거동을 감지하는 센서; 및 상기 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 주행명령은 속도와 각속도를 포함하고, 상기 센서는 상기 로봇의 가속도와 각속도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에는, 상기 로봇의 속도와 상기 로봇의 속도에 상응하는 주행명령 간 지연시간이 기록된 제1 룩업테이블과, 상기 로봇의 속도별 기준치가 기록된 제2 룩업테이블을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 센서에 의해 측정된 로봇의 가속도를 적분하여 로봇의 속도를 산출하고, 상기 산출한 로봇의 속도를 이용하여 상기 제1 룩업테이블에서 지연시간을 검출하며, 상기 지연시간에 기초하여 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동과 매칭되는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 [수학식 1]에 기초하여, 상기 로봇의 속도와 각속도 및 그에 매칭되는 주행명령의 속도와 가속도 사이의 차이(D)를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제2 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 기준치를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 산출한 차이(D)가 상기 검출한 기준치를 초과하면 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 제동신호를 생성하여 상기 로봇을 정지시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 충돌이 발생했음을 청각적 또는 시각적으로 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 관리자 단말기 또는 관제서버에 통지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 3차원 지도 데이터를 기반으로 z축 속도 데이터를 생성하고, 상기 z축 속도 데이터에 기초하여 상기 로봇의 물체 통과 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 센서는 IMU(Inertial Measurement Unit)일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 방법은, 버퍼가 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령을 주기적으로 저장하는 단계; 센서가 상기 로봇의 거동을 감지하는 단계; 및 제어부가 상기 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 저장부가 상기 로봇의 속도와 상기 로봇의 속도에 상응하는 주행명령 간 지연시간이 기록된 제1 룩업테이블과, 상기 로봇의 속도별 기준치가 기록된 제2 룩업테이블을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 제1 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 센서에 의해 측정된 로봇의 가속도를 적분하여 로봇의 속도를 산출하는 단계; 상기 산출한 로봇의 속도를 이용하여 상기 제1 룩업테이블에서 지연시간을 검출하는 단계; 및 상기 지연시간에 기초하여 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동과 매칭되는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 로봇의 속도와 각속도 및 그에 매칭되는 주행명령의 속도와 가속도 사이의 차이(D)를 산출하는 단계; 상기 제2 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 기준치를 검출하는 단계; 및 상기 산출한 차이(D)가 상기 검출한 기준치를 초과하면 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치 및 그 방법은, 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 거동 간 차이에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단함으로써, 상기 로봇의 충돌을 신속 정확하게 감지하여 상기 로봇에 발생할 수 있는 추가 파손을 미연에 방지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치에 대한 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치에 구비된 저장부가 저장하는 3차원 지도 데이터에 대한 일예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치에 구비된 제어부가 로봇의 장애물 통과 여부를 판단하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 방법에 대한 흐름도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치에 대한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치(100)는, 저장부(10), 버퍼(20), IMU(Inertial Measurement Unit, 30), 및 제어부(Controller, 40)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동 간 차이에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다. 여기서, 주행명령은 목적지까지 주행하기 위한 로봇의 속도와 각속도를 포함할 수 있고, 로봇의 거동 역시 속도와 각속도로 표현될 수 있다. 이때, 주행명령(속도와 각속도)은 목적지까지의 경로와 상기 경로상의 장애물을 고려하여 주행 제어장치(200)에 의해 결정될 수 있고, 로봇의 거동을 나타내는 속도는 IMU(30)에 의해 측정된 가속도를 적분하여 얻을 수 있다. 주행 제어장치(200)는 주행명령에 타임스탬프를 포함시킬 수 있다.

저장부(10)는 주행명령의 속도와 상기 속도에 상응하는 로봇의 거동 간 지연시간이 기록된 룩업테이블 1을 저장할 수 있다. 참고로, 주행 제어장치(200)에 의해 생성된 주행명령이 로봇 구동장치(500)에 전달되고, 상기 주행명령에 상응하는 로봇의 거동이 나타날 때까지 시간 지연이 발생한다. 상기 룩업테이블 1은 일례로 하기의 [표 1]과 같다.

주행명령의 속도	지연시간(s)
0.1m/s	0.1
0.5m/s	0.2
1.0m/s	0.3

상기 [표 1]에서, 주행명령의 속도가 0.1m/s이면 상기 주행명령은 0.1초 지연된 IMU(30)의 측정값과 매칭되고, 주행명령의 속도가 0.5m/s이면 상기 주행명령은 0.2초 지연된 IMU(30)의 측정값과 매칭되며, 주행명령의 속도가 1.0m/s이면 상기 주행명령은 0.3초 지연된 IMU(30)의 측정값과 매칭된다. 상기 [표 1]에서는 3개의 속도를 예로 들어 설명했지만 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(40)는 보간법 등을 이용하여 두 값의 중간값을 추정해 낼 수도 있다.

저장부(10)는 로봇의 속도(로봇의 실제 주행속도)와 상기 속도에 상응하는 주행명령 간 지연시간이 기록된 룩업테이블 2를 저장할 수 있다. 이러한 룩업테이블 2는 일례로 하기의 [표 2]와 같다.

로봇의 속도	지연시간(s)
0.1m/s	0.1
0.5m/s	0.2
1.0m/s	0.3

상기 [표 2]에서, 로봇의 속도가 0.1m/s이면 상기 로봇의 속도는 주행명령보다 0.1초 지연된 값으로서 상기 로봇의 속도는 0.1초 이전의 주행명령과 매칭되고, 로봇의 속도가 0.5m/s이면 상기 로봇의 속도는 주행명령보다 0.2초 지연된 값으로서 상기 로봇의 속도는 0.2초 이전의 주행명령과 매칭되며, 로봇의 속도가 1.0m/s이면 상기 로봇의 속도는 주행명령보다 0.3초 지연된 값으로서 상기 로봇의 속도는 0.3초 이전의 주행명령과 매칭된다. 상기 [표 2]에서는 3개의 속도를 예로 들어 설명했지만 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(40)는 보간법 등을 이용하여 두 값의 중간값을 추정해 낼 수도 있다.

저장부(10)는 주행명령의 속도에 상응하는 기준치가 기록된 룩업테이블 3을 저장할 수 있다. 이때, 기준치는 제어부(40)가 로봇의 충돌 여부를 판단하는데 이용되는 값이다. 상기 룩업테이블 3은 일례로 하기의 [표 3]과 같다.

주행명령의 속도	기준치
0.1m/s	0.01
0.5m/s	0.02
1.0m/s	0.03

저장부(10)는 로봇의 속도(로봇의 실제 주행속도)에 상응하는 기준치가 기록된 룩업테이블 4를 저장할 수 있다. 이러한 룩업테이블 4는 일례로 하기의 [표 4]와 같다.

로봇의 속도	기준치
0.1m/s	0.01
0.5m/s	0.02
1.0m/s	0.03

저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.

버퍼(20)는 주행 제어장치(200)에 의해 생성된 주행명령을 주기적으로 저장할 수 있다. 이때, 상기 주행명령은 생성 시점을 나타내는 타임스탬프를 포함할 수 있다. 이러한 버퍼(20)의 크기는 룩업테이블 1 또는 룩업테이블 2에 기록된 지연시간에 기초하여 결정될 수 있다. 일례로, 룩업테이블 1 또는 룩업테이블 2에 기록된 최대 지연시간이 3초인 경우 버퍼(20)는 3초 동안의 주행명령을 모두 저장할 수 있어야 한다.

IMU(30)는 로봇에 장착되는 센서로서, 로봇의 거동을 나타내는 가속도와 각속도를 측정할 수 있다. 이러한 IMU(30)는 3축 가속도계와 3축 각속도계를 구비할 수 있으며, 로봇의 진행방향(x)의 가속도, 횡방향(y)의 가속도, 높이방향(z)의 가속도와 로봇의 각속도로서 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)를 측정할 수 있다.

IMU(30)는 로봇의 흔들거림에 의한 오차를 최소화할 수 있도록 로봇의 하단에 장착될 수 있으며, 아울러 로봇에 구비된 구동모터로부터의 진동영향을 상쇄할 수 있도록 각 구동모터와 동일한 이격거리를 갖는 중앙에 위치하는 것이 바람직하다.

제어부(40)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(40)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(40)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

특히, 제어부(40)는 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동 간 차이에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.

이하, 제어부(40)의 동작에 대해 상세히 살펴보도록 한다.

제어부(40)는 저장부(10)에 저장되어 있는 룩업테이블 1 또는 룩업테이블 2를 기반으로, IMU(30)에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 주행명령을 버퍼(20)로부터 검출할 수 있다. 즉, 제어부(40)는 IMU(30)에 의해 측정된 로봇의 가속도를 적분하여 로봇의 속도를 산출하고, 상기 산출한 로봇의 속도를 이용하여 상기 룩업테이블 2에서 지연시간을 확인하고, 상기 지연시간에 기초하여 IMU(30)에 의해 감지된 로봇의 거동과 매칭되는 주행명령을 버퍼(20)로부터 검출할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 적분기(미도시)를 구비할 수도 있다.

제어부(40)는 IMU(30)에 의해 감지된 로봇의 거동과 그에 매칭되는 주행명령 간 차이를 산출할 수 있다. 즉, 제어부(40)는 IMU(30)에 의해 측정된 로봇의 가속도를 적분하여 산출한 로봇의 속도와 IMU(30)에 의해 측정된 로봇의 각속도, 그에 상응하는 주행명령의 속도와 가속도 사이의 차이를 산출할 수 있다. 일례로, 제어부(40)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 상기 차이(D)를 산출할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, i는 3축을 의미하고, 'max'는 두 값 중에서 큰 값을 선택하는 연산자이며, v는 속도를 의미하고, ω는 각속도를 의미하며, α와 β는 상수로서 각각 가중치를 의미하고, DC는 주행명령을 의미하며, IMU는 로봇의 거동을 의미한다.

제어부(40)는 저장부(10)에 저장되어 있는 룩업테이블 3 또는 룩업테이블 4를 기반으로, IMU(30)에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 기준치를 검출할 수 있다.

제어부(40)는 상기 산출한 차이(D)가 상기 검출한 기준치를 비교하여 로봇의 충돌 여부를 판단할 수 있다. 일례로, 제어부(40)는 상기 차이(D)가 상기 기준치를 초과하면 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단하고, 초과하지 않으면 로봇에 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

제어부(40)는 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 로봇 구동장치(500)에 제동신호를 전달하여 로봇을 정지시킴으로써, 상기 로봇에 발생할 수 있는 추가 파손을 미연에 방지할 수 있다.

제어부(40)는 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 출력장치(300)를 통해 충돌이 발생했음을 알릴 수 있다. 이때, 출력장치(300)는 충돌이 발생했음을 청각적 또는 시각적으로 출력할 수 있다.

제어부(40)는 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 통신장치(400)를 통해 외부의 관리자 단말기 또는 관제서버에 통지할 수 있다.

한편, 제어부(40)는 로봇이 작은 물체(340)를 밟고 지나가는 경우를 판단해 낼 수 있다. 일례로, 저장부(10)는 도 2에 도시된 바와 같은 3차원(x,y,z) 지도 데이터를 저장하고, 상기 지도 데이터를 기반으로 생성한 z축 속도 데이터를 기준속도 데이터(310)로서 저장할 수 있다.

제어부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 특정 위치(340)에서 '320'과 같은 z축 속도 데이터를 획득한 경우, 로봇이 특정 위치(340)에서 물체(330)를 밟고 지나간 것으로 판단할 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 방법에 대한 흐름도이다.

먼저, 버퍼(20)가 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령을 주기적으로 저장한다(401).

그리고, IMU(30)가 상기 로봇의 거동을 감지한다(402).

이후, 제어부(40)가 상기 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단한다(403).

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충돌 감지 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 저장부
20: 버퍼
30: IMU
40: 제어부

Claims

로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령을 주기적으로 저장하는 버퍼;
상기 로봇의 거동을 감지하는 센서; 및
상기 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 제어부
를 포함하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 주행명령은 속도와 각속도를 포함하고,
상기 센서는 상기 로봇의 가속도와 각속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 로봇의 속도와 상기 로봇의 속도에 상응하는 주행명령 간 지연시간이 기록된 제1 룩업테이블과, 상기 로봇의 속도별 기준치가 기록된 제2 룩업테이블을 저장하는 저장부
를 더 포함하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 센서에 의해 측정된 로봇의 가속도를 적분하여 로봇의 속도를 산출하고, 상기 산출한 로봇의 속도를 이용하여 상기 제1 룩업테이블에서 지연시간을 검출하며, 상기 지연시간에 기초하여 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동과 매칭되는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
하기의 [수학식 1]에 기초하여, 상기 로봇의 속도와 각속도 및 그에 매칭되는 주행명령의 속도와 가속도 사이의 차이(D)를 산출하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
[수학식 1]

여기서, i는 3축을 의미하고, 'max'는 두 값 중에서 큰 값을 선택하는 연산자이며, v는 속도를 의미하고, ω는 각속도를 의미하며, α와 β는 상수로서 각각 가중치를 의미하고, DC는 주행명령을 의미하며, IMU는 로봇의 거동을 의미한다.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 기준치를 검출하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산출한 차이(D)가 상기 검출한 기준치를 초과하면 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 제동신호를 생성하여 상기 로봇을 정지시키는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 충돌이 발생했음을 청각적 또는 시각적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단한 경우, 관리자 단말기 또는 관제서버에 통지하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
3차원 지도 데이터를 기반으로 z축 속도 데이터를 생성하고, 상기 z축 속도 데이터에 기초하여 상기 로봇의 물체 통과 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센서는,
IMU(Inertial Measurement Unit)인 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 장치.
버퍼가 로봇을 목적지까지 이동시키는 주행명령을 주기적으로 저장하는 단계;
센서가 상기 로봇의 거동을 감지하는 단계; 및
제어부가 상기 주행명령과 상기 주행명령에 상응하는 상기 로봇의 거동을 모니터링하고, 상기 주행명령과 상기 로봇의 거동에 기초하여 상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 로봇의 충돌 감지 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 주행명령은 속도와 각속도를 포함하고,
상기 센서는 상기 로봇의 가속도와 각속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 충돌 감지 방법.
제 15 항에 있어서,
저장부가 상기 로봇의 속도와 상기 로봇의 속도에 상응하는 주행명령 간 지연시간이 기록된 제1 룩업테이블과, 상기 로봇의 속도별 기준치가 기록된 제2 룩업테이블을 저장하는 단계
를 더 포함하는 로봇의 충돌 감지 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 단계는,
상기 제1 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출하는 단계
를 포함하는 로봇의 충돌 감지 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 단계는,
상기 센서에 의해 측정된 로봇의 가속도를 적분하여 로봇의 속도를 산출하는 단계;
상기 산출한 로봇의 속도를 이용하여 상기 제1 룩업테이블에서 지연시간을 검출하는 단계; 및
상기 지연시간에 기초하여 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동과 매칭되는 주행명령을 상기 버퍼로부터 검출하는 단계
를 포함하는 로봇의 충돌 감지 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 로봇의 충돌 여부를 판단하는 단계는,
상기 로봇의 속도와 각속도 및 그에 매칭되는 주행명령의 속도와 가속도 사이의 차이(D)를 산출하는 단계;
상기 제2 룩업테이블을 기반으로, 상기 센서에 의해 감지된 로봇의 거동에 상응하는 기준치를 검출하는 단계; 및
상기 산출한 차이(D)가 상기 검출한 기준치를 초과하면 상기 로봇에 충돌이 발생한 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 로봇의 충돌 감지 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 차이(D)를 산출하는 단계는,
하기의 [수학식 1]에 기초하여 산출하는 단계
를 포함하는 로봇의 충돌 감지 방법.
[수학식 1]

여기서, i는 3축을 의미하고, 'max'는 두 값 중에서 큰 값을 선택하는 연산자이며, v는 속도를 의미하고, ω는 각속도를 의미하며, α와 β는 상수로서 각각 가중치를 의미하고, DC는 주행명령을 의미하며, IMU는 로봇의 거동을 의미한다.