KR20200064175A - 로보틱 시스템 및 로보틱 시스템을 제어하는 방법 - Google Patents

로보틱 시스템 및 로보틱 시스템을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 로보틱 아암, 로보틱 아암을 제어하는 제어 유닛, 및 로보틱 아암 센서 시스템을 갖는 로보틱 시스템에 관한 것으로서, 제어기와 로보틱 아암 센서 시스템은, 로보틱 시스템이 햅틱 제스처에 연관된 적어도 하나의 미리 결정된 동작을 수행하는 방식으로 로보틱 아암에 작용하는 사용자의 미리 결정된 햅틱 제스처에 응답하도록 설계된다.

Description

로보틱 시스템 및 로보틱 시스템을 제어하는 방법{ROBOT SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING A ROBOT SYSTEM}
본 발명은 로보틱 시스템 및 로보틱 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 로보틱 시스템은, 조작자가 예를 들어 컴퓨터 등의 별도의 장치에 의해 대응하는 사용자 인터페이스를 통해 로보틱 시스템에 필요한 커맨드를 예를 들어 로보틱 시스템의 프로그래밍 또는 파라미터화의 일부로서 입력하는 방식으로 프로그래밍된다.
또한, 로보틱 시스템 상에, 예를 들어, 로보틱 아암(arm) 상에 스위치 또는 키와 같은 별도의 입력 장치를 직접 제공하고, 이러한 입력 장치에 의해, 상이한 동작들을 로보틱 아암 상에서 기동한 후 수행할 수 있다고 알려져 있다. 이러한 동작들은, 예를 들어, 공간에서의 로보틱 아암의 움직임, 위험시 비상 정지, 위치 확인 등을 포함한다. 조작자는 항상 로보틱 시스템의 바로 옆에서 항상 움직인다.
또한, 직접적인 인간과 로봇의 협력(human-robot collaboration; HRC)에서는, 로보틱 아암 상의 엔드 이펙터의 위치설정만이 인간과 로봇 간의 햅틱 상호 작용에 의해 일반적으로 수행되는데, 인간은 로보틱 아암을 원하는 위치로 수동으로 이동시킨다.
지속적이면서 일반적으로 더욱 복잡한 상호 작용은 로보틱 시스템의 프로그래밍 또는 파라미터화의 경우와 같이 현재는 추가 입력 장치를 통해서만 수행된다.
이러한 유형의 협력을 위해서는, 사용자가 로봇 유도와 추가 입력 장치의 기동 간에 상호 전환을 반복적으로 행할 필요가 있다. 이것은, 사용자가 입력 장치에 계속 집중해야 하고 로봇이 잠재적으로 시야에서 벗어나 이동할 수 있으므로, 번거롭고 또한 위험한 상황을 초래할 수 있다.
상술한 점에 기초할 때, 본 발명의 목적은, 인간과 로보틱 시스템 간의 상호 작용을 확장하고 이에 따라 개선된 HRC 환경을 제공하는 것이다. 또한, 로보틱 시스템 자체 또는 로보틱 시스템과의 기능적 연결에 의해 수행되는 다양한 동작을 제어하도록 로보틱 시스템의 더욱 간단한 조작성을 제공해야 한다.
이 목적은, 청구항 제1항에 따른 특징부를 갖는 로보틱 시스템 및 청구항 제10항에 따른 특징부를 갖는 로보틱 시스템을 제어하는 방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명은 적어도 하나의 로보틱 아암, 로보틱 아암을 제어하는 제어 유닛, 및 로보틱 아암 센서 시스템을 포함하는 로보틱 시스템을 제안하며, 제어기 및 로보틱 아암 센서 시스템은 로보틱 아암에 작용하는 조작자의 미리 결정된 햅틱 제스처에 응답하도록 구성되고, 이에 따라 로보틱 시스템은 햅틱 제스처에 연관된 적어도 하나의 미리 결정된 동작을 수행한다.
이를 위해, 가능한 햅틱 제스처와 연관된 동작 간의 할당은 제어기와 협력하는 메모리에 저장된다.
본 발명은 바람직하게 그러나 배타적이지 않게 조작자에 의한 수동 유도를 위해 설계된 로보틱 시스템에 관한 것이다. 이것들은 집적된 힘 및 토크 센서들을 갖고, 이러한 센서들은, 본 발명에 따라 사용될 수 있으며, 이에 따라 또한 조작자의 햅틱 제스처에 의해 로보틱 아암에 작용하는 또는 아암 부재들의 일부에만 작용하는 외력, 모멘트, 및 토크를 수신하여 제어 유닛에 포워딩하도록 구성될 수 있다.
힘, 모멘트, 및 토크는, 조인트, 베이스, 및/또는 일반적으로 로보틱 시스템의 구조에 위치하는 힘 측정 센서, 토크 센서 등의 다양한 센서에 의해 검출될 수 있다. 또한, 로보틱 아암의 하우징 구조가 하나 이상의 손가락을 통한 입력을 허용하는 촉각 피부로 적어도 부분적으로 커버되는 것도 고려할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 유닛은, 이에 따라, 해당하는 각 방향 및/또는 해당하는 각 과정에 따라 서로 다른 동작들에 대하여 햅틱 제스처에 의해 발생하는 힘 및/또는 모멘트를 배정하도록 설계될 수 있다.
추가 실시예에서, 제어 유닛은, 해당하는 각 변수에 따라 서로 다른 동작들에 대하여 햅틱 제스처에 의해 발생하는 힘 및/또는 모멘트를 배정하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어 유닛이 서로 다른 동작들에 대해 햅틱 제스처의 상이한 연대 시퀀스를 배정하도록 설계될 수 있고, 이어서 이러한 서로 다른 동작들이 논리적 순서로 실행될 수 있다.
본 발명은, 이들 로보틱 시스템에 미리 존재하는 센서 시스템이 프로그래밍 동안과 동작 동안 모두에 있어서 엔드 이펙터의 단순한 위치 제어 및 로보틱 아암의 궤적 제어를 지원하는 데 사용될 뿐만 아니라 발생하는 힘, 모멘트, 및 토크를 신중하게 수신하고 이를 인간과 로보틱 시스템 간의 추가 추상적 상호 작용에 공급하도록 당기기, 가압, 밀기, 터닝 등의 햅틱 제스처에 의해 조작자가 또한 사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
바람직한 일 실시예에서, 로보틱 시스템은, 제어 또는 프로그래밍 목적으로 로보틱 시스템에 접속된 컴퓨터인 가장 간단한 형태의 그래픽 사용자 인터페이스를 갖는 표시 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 햅틱 제스처는 그래픽 사용자 인터페이스 상의 제어에 배정될 수 있다. 제어는 2차원 또는 3차원으로 행해질 수 있다. 본 실시예에서, 조작자는 로보틱 아암에 대한 공간적으로 지향된 목표 압력에 의해 사용자 인터페이스 상의 커서 또는 메뉴 네비게이션을 이동시킬 수 있다.
조작자는 프로그래밍 시스템으로부터 자신의 액션에 대한 상응하는 확인 또는 피드백을 수신하기 위해 그래픽 사용자 인터페이스의 도움을 반드시 필요로 하지는 않는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 햅틱 제스처에 응답하여 피드백을 생성하도록 설계된 제어 유닛을 제공할 수 있다.
피드백은 청각적 및/또는 시각적일 수 있다.
그러나, 바람직하게, 이 피드백은 또한 조작자에 의해 햅틱식으로 검출될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제어 유닛은, 햅틱 제스처가 로보틱 아암에 적용되는 동안 로보틱 아암의 이동성에 대한 컴플라이언스의 정도를 가변하도록 구성된다.
예를 들어, 조작자가 로보틱 아암의 아암 부재에 대해 측방향으로 밀면, 햅틱 제스처에 의해 가해지는 압력에 대한 로보틱 아암의 저항이 연속적으로 증가되어 조작자에게 적절한 피드백을 제공할 수 있다. 저항의 증가는, 로보틱 아암의 아암 부재들 간의 힌지 지점들에 배열된 구동 유닛들의 대응하는 제어에 의해 달성될 수 있다.
이에 따라 생성되는 피드백은, 햅틱 메뉴 등의 더욱 복잡한 상호 작용에서의 배향으로서 또는 미리 결정된 햅틱 제스처가 제어 유닛에 의해 검출되었을 때의 애크(acknowledgment) 유형으로서 기능할 수 있다.
본 발명은, 또한, 적어도 하나의 로보틱 아암, 로보틱 아암을 제어하는 제어 유닛, 및 로보틱 아암 센서 시스템을 갖는 로보틱 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은,
- 적어도 하나의 미리 결정된 햅틱 제스처에 의해 로보틱 아암을 조작하는 단계;
- 미리 결정된 햅틱 제스처에 응답하여 로보틱 아암 센서 시스템에 의해 신호를 생성하는 단계;
- 신호를 제어 유닛에 송신하는 단계; 및
- 제어 유닛에 의해 신호를 미리 결정된 서로 다른 동작에 배정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 추가 단계들은,
- 미리 결정된 서로 다른 동작에 응답하여 적어도 하나의 피드백을 생성하는 단계; 및
- 미리 결정된 햅틱 제스처에 따라 로보틱 아암의 컴플라이언스를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 이러한 로보틱 시스템에 대한 상호 작용 영역을 확장하기 위해 간단한 방식으로 로보틱 시스템에 이미 존재하는 구성요소들을 사용한다는 것이 명백해질 것이다.
원칙적으로, 미리 결정된 햅틱 제스처가 미리 결정된 다양한 동작에 배정되는 방식에는 제한이 없다.
로보틱 아암의 햅틱식 제어 유도의 원리는, 로보틱 아암 자체가 입력 장치로서 기능하는 동안 다양한 상호 작용에 사용될 수 있다.
따라서, 이러한 제어는, 예를 들어, 로보틱 시스템의 프로그래밍 및 수행될 개별 동작의 파라미터화에 사용될 수 있으며, 이는 이러한 로보틱 시스템에 대한 비용을 최소화하면서 설정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 동작 중에 로보틱 시스템이 HRC 환경에서 햅틱식으로 제어되는 것도 고려할 수 있다. 예를 들어, 조작자가 로보틱 아암을 강타함으로써, 작업 영역에 비상 상황을 알리고 로보틱 시스템을 강제 종료할 수 있다. 이는, 조작자가 비상 스위치를 조작하기 위해 비상 스위치에 가까이 갈 필요가 없으므로 응답 시간을 단축한다.
추가 특징과 이점은, 도 1만을 참조하여 예시된 다음에 따르는 일 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 서로 연결된 복수의 관절형 아암 부재(10)로 이루어진 다축 경량 로봇의 사시도를 도시한다.
도시하지 않은 엔드 이펙터와 협동하는 전방(원위) 부재(20)의 예를 사용하는 경우, 햅틱 제스처에 의해 로보틱 시스템에 작용할 수 있는 가능한 방향이 개략적으로 표시된다.
따라서, 조작자가 부재(20)에 X, Y, Z 방향으로 인장력 또는 압축력을 가할 수 있다.
예를 들어, Z 방향으로 부재(20)를 가볍게 미는 것이 푸시 버튼의 누름을 상징할 수 있고, 이에 따라 이러한 햅틱 제스처는 미리 결정된 동작을 기동시키는 시작 커맨드에 배정된다.
부재(20)를 좌측(L) 또는 우측(R)인 옆으로 밀면, 조작자는 컴퓨터의 스크린과 같은 도시되지 않은 표시 장치 상의 그래픽 사용자 인터페이스의 복잡한 메뉴를 통해 유도될 수 있다. Z 방향 또는 Y 방향으로 누름으로써, 이러한 햅틱 제스처에 의해 그래픽 메뉴에서 선택된 항목을 확인할 수 있다.
또한, X-Y 평면 상의 부재(20)의 이동을 스크린 상의 커서의 이동으로 전달하고 Z 방향으로 누름으로써 "마우스 클릭"을 수행할 수 있다.
또한, 조작자가 부재(20) 상에서 햅틱 회전(R)을 행할 수 있고, 이에 따라 인가되는 토크의 양은 이러한 회전에 의해 선택되는 파라미터의 세기에 대한 신호로서 사용될 수 있다. R 방향의 햅틱 회전은 회전형 손잡이를 시뮬레이션한다.
비상 상황의 경우, 조작자는, 화살표 P로 표시된 바와 같이 로보틱 아암을 단지 두드리는 것을 제공할 수 있다. 로보틱 시스템은, 힘 또는 가속에 의해 이것이 이러한 비상 상황을 가리킨다는 것을 인식하고 즉시 그 움직임을 멈춘다.
햅틱 제스처는 최전방 아암 부재(20)로 한정되지 않는다. 원칙적으로, 각각의 개별적 아암 부재(10)에는 이러한 기능이 제공될 수 있다.
또한, 물리적 표면, 키, 또는 회전형 손잡이의 거동을, 로보틱 아암을 이동시킬 때 자유롭게 프로그래밍가능한 가상 저항으로서 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 방식으로, 로보틱 시스템 자체는, 로보틱 시스템 또는 로보틱 시스템의 원하는 기능과 기능적으로 밀접한 관계에 있는 복잡한 시스템 및 동작을 기동하기 위한 입력 또는 제어 장치로서 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 로보틱 아암(arm), 상기 로보틱 아암을 제어하는 제어 유닛, 및 로보틱 아암 센서 시스템을 갖는 로보틱 시스템에 있어서,
    상기 제어 유닛과 로보틱 아암 센서 시스템은, 상기 로보틱 시스템이 사용자의 미리 결정된 햅틱 제스처에 연관된 적어도 하나의 미리 결정된 동작을 수행하게끔 상기 로보틱 아암에 작용하는 상기 햅틱 제스처에 응답하도록 설계된 것을 특징으로 하는 로보틱 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 그래픽 사용자 인터페이스를 포함하고, 상기 햅틱 제스처는 상기 그래픽 사용자 인터페이스 상에서의 제어에 연관된, 로보틱 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 햅틱 제스처에 의해 발생하는 힘 및/또는 모멘트는 각자의 해당 방향에 따라 서로 다른 동작에 배정되는, 로보틱 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 햅틱 제스처에 의해 발생하는 힘 및/또는 모멘트는 각자의 해당 변수에 따라 서로 다른 동작에 배정되는, 로보틱 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 햅틱 제스처들의 다른 연대기적 시퀀스가 서로 다른 동작들에 배정되는, 로보틱 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 햅틱 제스처에 응답하여 피드백을 생성하도록 구성된, 로보틱 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 피드백은 청각적 및/또는 시각적인, 로보틱 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 피드백은 햅틱식으로 검출 가능하도록 형성된, 로보틱 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 로보틱 아암의 컴플라이언스는 가변적인, 로보틱 시스템.
  10. 적어도 하나의 로보틱 아암, 상기 로보틱 아암을 제어하는 제어 유닛, 및 로보틱 아암 센서 시스템을 포함하는 로보틱 시스템을 제어하는 방법으로서,
    적어도 하나의 미리 결정된 햅틱 제스처에 의해 상기 로보틱 아암을 조작하는 단계;
    상기 미리 결정된 햅틱 제스처에 응답하여 상기 로보틱 아암 센서 시스템에 의해 신호들을 생성하는 단계;
    상기 신호들을 상기 제어 유닛에 송신하는 단계; 및
    상기 제어 유닛에 의해 상기 신호들을 서로 다른 미리 결정된 동작들에 배정하는 단계를 포함하는, 로보틱 시스템을 제어하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 서로 다른 미리 결정된 동작들에 따라 적어도 하나의 피드백을 생성하는 단계를 더 포함하는, 로보틱 시스템을 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 미리 결정된 햅틱 제스처에 따라 상기 로보틱 아암의 컴플라이언스를 조정하는 단계를 더 포함하는, 로보틱 시스템을 제어하는 방법.
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