KR20050006702A

KR20050006702A - 로봇의 작업자 감지 안전 시스템

Info

Publication number: KR20050006702A
Application number: KR1020030046625A
Authority: KR
Inventors: 민흥기; 한성종
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-01-17
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: KR100542207B1

Abstract

본 발명은 산업용 로봇에서 작업자와의 충돌을 방지하기 위한 로봇의 작업자 감지 안전 시스템에 관한 것으로서, 로봇에 대한 작업자의 위치를 감지하여, 작업자와 로봇의 충돌을 방지하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업자에게 부착되어 일정 시간 간격으로 신호를 발신하는 송신기와, 상기 송신기에서 발신되는 신호를 수신하는 방향성 안테나와, 상기 방향성 안테나를 회전시키는 구동부와, 상기 수신 신호의 세기가 최대가 되는 방향각을 검출한 후 상기 방향성 안테나가 상기 방향각을 추종하도록 상기 구동부를 제어하는 안테나 제어부를 포함하는 서로 이격된 적어도 2개의 방향 탐지기와, 로봇의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 방향 탐지기에서 검출된 방향각으로부터 작업자의 위치를 연산하여 작업자가 소정 위치에 있을 때 작업자가 안전하도록 로봇의 동작을 제어한다.

Description

로봇의 작업자 감지 안전 시스템 {ROBOT SAFETY SYSTEM FOR DETECTING A WORKER}

본 발명은 산업용 로봇에서 작업자와의 충돌을 방지하기 위한 로봇의 작업자 감지 안전 시스템에 관한 것이다.

근래 로봇의 고성능화의 실현으로 인해 운전 편의성의 극대화와 아울러, 로봇의 운행 시 작업자와의 충돌 방지를 통한 안전성 확보를 위해서 여러 다양한 노력이 이루어지고 있다.

도4에 도시된 바와 같이, 종래의 작업자 감지 안전 시스템은 로봇의 작업 영역 둘레에 발광부(21)와 수광부(22)로 이루어진 센서를 설치하여 작업자가 위험 지역 내에 진입하였는가 여부를 감지한다. 즉, 작업자(20)가 발광부(21)와 수광부(22) 사이를 통과하게 되면 발광부(21)와 수광부(22) 사이에 주사된 광이 차단되어 작업자가 위험 지역 (작업 영역) 내에 있다고 판단하여 로봇의 동작을 멈추게 한다.

이러한 종래의 작업자 감지 안전 시스템은 로봇의 작업 위치와 관계없이 작업자가 미리 정해진 절대 위치 내에 진입하기만 하면 로봇의 동작을 멈추게 한다. 따라서, 작업자가 미리 정해진 절대 위치 내에 진입하더라도, 로봇이 작업자의 위치에서 멀리 떨어져 있는 경우에는 로봇의 동작을 미리 멈추게 할 필요는 없다. 특히, 작업자가 미리 정해진 절대 위치의 경계선 상에서, 즉 발광부(21)에서 주사된 광선의 전후에서 작업을 하여야 하는 경우, 로봇은 필요 이상으로 정지와 작동을 반복하게 되어 작업의 효율을 감소시키고, 로봇에 무리한 운동이 반복된다.

따라서, 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 로봇에 인접한 작업자의 위치, 속도 및 방향을 검출함으로써 그에 따라 로봇을 작동시키는 방식을 채택하여야 하나, 연속적으로 변하는 작업자에 대해서는 이를 신뢰성 있게 추적하고 그 위치, 속도 및 방향을 판단할 수 있는 안전 시스템이 없는 실정이다. 즉, 로봇에 인접한 작업자를 추적하기 어렵고 작업자의 위치가 현재 어느 정도 위험한가를 신뢰성 있게 판단할 수 없기 때문에 상업적으로 이용될 수 없다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇에 대한 작업자의 위치를 감지하여, 작업자와 로봇의 충돌을 방지하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 작업자와 로봇 사이의 상대 위치, 속도 및 방향을 측정하여, 감지된 작업자가 시간의 경과에 따라 로봇에 대해 어느 위치에 있는지, 즉 작업자와 로봇의 충돌 위험이 큰지 작은지를 결정하여 이를 기초로 로봇을 제어하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 개략적 구성을 도시하는 평면도.

도2는 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 제어 흐름도.

도3은 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 제어 순서도.

도4는 종래의 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 개략적 구성을 도시하는 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 로봇

11: 송신기

12, 13: 방향 탐지기

14, 24: 제어기

20: 작업자

21: 발광부

22: 수광부

전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업자에게 부착되어 일정 시간 간격으로 신호를 발신하는 송신기와, 상기 송신기에서 발신되는 신호를 수신하는 방향성 안테나와, 상기 방향성 안테나를 회전시키는 구동부와, 상기 수신 신호의 세기가 최대가 되는 방향각을 검출한 후 상기 방향성 안테나가 상기 방향각을 추종하도록 상기 구동부를 제어하는 안테나 제어부를포함하는 서로 이격된 적어도 2개의 방향 탐지기와, 로봇의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 방향 탐지기에서 검출된 방향각으로부터 작업자의 위치를 연산하여 작업자가 소정 위치에 있을 때 작업자가 안전하도록 로봇의 동작을 제어한다.

상기 제어기는 시간에 따라 측정된 작업자 위치의 변화로부터 작업자의 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 포함하여 로봇의 동작을 제어할 수 있다. 상기 적어도 2개의 방향 탐지기는 로봇에 장착되거나, 로봇 또는 작업장의 정지된 위치에 장착될 수 있다. 작업자가 소정 위치에 있을 때 상기 제어기는 로봇의 작동을 정지시키거나, 로봇의 작업 속도를 감소시키거나, 로봇과 작업자 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 로봇을 후퇴시키거나, 작업자가 위험지역에 들어오기 전에 보다 빠르게 작업을 완료하거나, 또는 경고음을 울리는 등 여러 가지 안전 장치를 작동시킬 수 있다. 상기 제어기는 연산된 작업자의 위치, 이동 속도 및 이동 방향 정보로부터 작업자의 안전과 로봇의 작업성을 동시에 확보하도록 로봇의 동작을 제어할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업 로봇(10)과, 작업자(20)에게 부착된 송신기(11)와, 서로 이격된 2개의 방향 탐지기(12, 13)와, 로봇(10)의 동작을 제어하는 제어기(14)를 포함한다. 통상, 송신기(11)에서 발신되는 신호는 RF 신호가 사용되고, 2개의 방향 탐지기(12, 13)에는 이러한 RF 신호를 수신하기 위한 방향성 안테나를 각각 포함한다.

송신기(11)는 로봇(10)의 주변에서 작업하는 작업자(20)가 휴대하고 있으며, 일정 시간 간격으로 신호를 내보낸다. 작업자(20)가 휴대하고 있는 송신기(11)에서 발신하는 신호를 수신하여 송신기의 방향을 탐지하는 2개의 방향 탐지기(12, 13)가 로봇(10)의 끝단과 중심에 각각 장착되어 있다. 방향 탐지기(12, 13)는 방향성 안테나와, 상기 방향성 안테나를 회전시키기 위한 구동부와, 안테나 제어부로 구성된다. 송신기(11)에서 발신되는 신호가 수신되지 않을 때, 방향 탐지기(12, 13)의 구동부는 방향성 안테나를 소정의 속도로 회전시킨다. 방향 탐지기(12, 13)의 안테나가 회전하는 도중에 작업자(20)가 로봇으로 접근하여 송신기(11)의 신호를 수신하게 되면, 안테나 제어부는 인공지능 알고리즘인 경쟁학습 알고리즘을 통하여 수신 신호의 세기가 최대인 방향을 검출하고 방향성 안테나가 수신 신호의 세기가 최대인 상기 방향을 향하도록 구동부를 제어한다. 작업자가 이동함에 따라서, 방향 탐지기(12, 13)의 안테나 제어부는 경쟁학습 알고리즘을 통하여 수신 신호의 세기가 최대인 방향각을 검출하고 방향성 안테나가 상기 방향각을 추종하도록 구동부를 계속적으로 제어한다. 즉, 상기 2개의 방향 탐지기(12, 13)의 안테나는 송신기(11)가 장착된 작업자(20)의 위치에 따라서 회전하도록 구성된다. 이격된 2지점에서 각각 목표물의 방향을 알게 되면 목표물의 위치를 계산할 수 있으므로 제어기(14)는, 상기 송신기(11)를 추종는 방향 탐지기(12, 13)의 방향성 안테나의 방향각을 입력받아 작업자의 위치, 이동 속도 및 이동 방향을 연산한다. 작업자의 위치가 연산되면, 로봇과 작업자 사이의 거리를 고려하여 로봇의 동작을 제어한다.

본 실시예에서는 2개의 방향 탐지기(12, 13)를 사용하여 작업자의 위치를 감지하고 있으나, 방향 탐지기의 개수는 2개로 한정되는 것은 아니다. 작업장 내에 작업자와 방향 탐지기의 안테나 사이에 방해물이나, 다른 전파의 간섭에 의해 2개의 방향 탐지기 중 어느 하나가 송신기의 신호를 받지 못하게 되는 경우, 이는 사고 발생의 원인이 될 수 있어, 안전 시스템으로서는 큰 문제가 된다. 따라서 하나 또는 두 개의 방향 탐지기가 작동을 하지 않는 경우를 예방하기 위하여 방향 탐지기는 2개 이상 복수개가 바람직하다. 더욱이, 본 실시예에서는 2개의 방향 탐지기(12, 13)가 로봇(10)의 끝단과 중심에 각각 회전 가능하게 장착되어 있는 것으로 설명하고 있으나, 임의의 위치에 장착될 수 있다. 특히, 이동하는 로봇에 장착될 필요 없이, 로봇이나 작업장의 정지된 위치에 장착될 수도 있다.

본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템의 제어 흐름도를 나타내는 도2를 참조하면, 작업자(20)에 부착된 송신기(11)는 일정 간격으로 동일한 신호를 발신하기 때문에, 방향 탐지기(12, 13)는 송신기(11)를 추종하면서 송신기의 신호를 일정 간격으로 수신하여 방향성 안테나의 회전각을 제어기(14)에 입력시킨다. 제어기(14)는 일정 시간 간격으로 입력받은 방향 탐지기(12, 13)의 안테나의 회전각으로부터 각 시각에서 작업자(20)의 위치를 연산하여, 작업 중인 로봇과 이동 중인 작업자의 위치 데이터로부터 작업자(20)와 로봇 사이의 상대 위치 관계를 연산한다. 작업자(20)가 소정 위치에, 예를 들면 로봇(10)과의 작업자(20) 사이의 미리 정해진 거리 내에 있을 때, 상기 제어기는 로봇을 단순히 정지시키는 작동 이외에, 로봇의 작업 속도를 감소시키거나, 로봇과 작업자 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 로봇을 후퇴시키거나, 경고음을 울리는 등 여러 가지 안전 장치를 작동시킬 수 있다.

더욱이, 방향 탐지기(12, 13)의 안테나의 회전각으로부터 각 시각에서 작업자(20)의 위치를 연산한 다음, 이로부터 작업자(20)의 이동 속도와 이동 방향을 유추할 수 있다. 작업자(20)가 시각 t에서의 제1 위치(도1에서 실선으로 표시됨)로부터 시각 t+1에서의 제2 위치(도1에서 점선으로 표시됨)로 이동할 경우, 도3에 도시된 바와 같이, 제어기(14)는 시각 t 및 t+1에서 작업자의 위치, 이동 속도 및 이동 방향을 계산한다. 제어기(14)는 이렇게 계산된 작업자(20)의 위치와 이동 속도와 이동 방향으로부터 작업자(20)의 향후 운동을 예측한다. 제어기(14)는 작업자(20)의 각종 운동 유형 및 이에 대응한 제어 데이터를 내장하고 있는 데이터베이스와 연결되어 있어, 이러한 예측 결과에 최적으로 대응할 수 있도록 로봇의 동작 제어를 시뮬레이션을 통해 결정하고, 이를 고려하여 로봇(10)을 제어한다.

이와 같이, 작업자가 움직임을 예측할 수 있기 때문에, 로봇의 작업 구간과 연계하여 작업자의 안전사고 여부를 알 수 있고, 위험 상황 발생시 이를 더욱 안전하게 대처할 수 있다. 즉, 작업자의 이동이 예측되기 때문에 로봇과의 충돌 위험 정도가 어느 정도인가를 알 수 있기 때문에, 보다 안전하게 로봇을 정지시키거나, 로봇의 작업 속도를 감소시키거나, 로봇과 작업자 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 로봇을 후퇴시키거나, 작업자가 위험지역에 들어오기 전에 보다 빠르게 작업을 완료하거나, 또는 경고음을 울리는 등 여러 가지 안전 장치를 작동시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 작업자를 추적이 용이하고, 작업자의 위치뿐만 아니라 작업자의 이동 속도 및 방향을 감지할 수 있기 때문에, 현재 작업자가 어느 정도 위험한 상태에 있는가를 신뢰성 있게 판단할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은 시간에 따른 작업자의 움직임을 예측하고, 이를 기초로 로봇의 작업시 발생할 수 있는 로봇과 작업자와의 충돌을 방지하여 작업자가 보다 안전한 환경에서 작업할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 로봇의 작업자 감지 안전 시스템은, 위험 정도에 따라 로봇의 작동을 정지시키거나 로봇의 작업 속도를 감소시킬 수 있기 때문에, 단순히 로봇을 정지시키는 종래의 안전 시스템보다 작업 속도가 향상될 수 있다. 또한, 종래의 안전 시스템의 경우 로봇을 급격히 자주 정지시키기는 반면, 본 발명의 안전 시스템은 로봇에 무리한 작동 정지 및 개시의 동작을 피할 수 있다.

Claims

로봇의 작업자 감지 안전 시스템이며,

작업자에게 부착되어 일정 시간 간격으로 신호를 발신하는 송신기와,

상기 송신기에서 발신되는 신호를 수신하는 방향성 안테나와, 상기 방향성 안테나를 회전시키는 구동부와, 상기 수신 신호의 세기가 최대가 되는 방향각을 검출한 후 상기 방향성 안테나가 상기 방향각을 추종하도록 상기 구동부를 제어하는 안테나 제어부를 포함하는 서로 이격된 적어도 2개의 방향 탐지기와,

로봇의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고,

상기 제어기는, 상기 방향 탐지기에서 검출된 방향각으로부터 작업자의 위치를 연산하여 작업자가 소정 위치에 있을 때 작업자가 안전하도록 로봇의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 시간에 따라 측정된 작업자 위치의 변화로부터 작업자의 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 포함하여 로봇의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 2개의 방향 탐지기는 로봇에 장착된 것을 특징으로 하는 로봇의 작업자 감지 안전 시스템.