KR102170752B1

KR102170752B1 - 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템

Info

Publication number: KR102170752B1
Application number: KR1020190028744A
Authority: KR
Inventors: 범성준; 성도영
Original assignee: (주)아이로텍
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: KR20200109552A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템에 따르면, 6축의 로봇 팔 - 상기 로봇 팔은 제1 링크부, 제2 링크부, 제3 링크부, 제4 링크부, 제5 링크부, 제6 링크부, 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 결합하는 제1 조인트부, 상기 제2 링크부와 상기 제3 링크부를 결합하는 제2 조인트부, 상기 제3 링크부와 상기 제4 링크부를 결합하는 제3 조인트부, 상기 제4 링크부와 상기 제5 링크부를 결합하는 제4 조인트부, 상기 5 링크부와 상기 제6 링크부를 결합하는 제5 조인트부 및 상기 제6 링크부와 상기 작업부를 결합하는 제6 조인트부를 구비함 - 이 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위하여 상기 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부의 회피 경로를 산출하여 시뮬레이션 하는 장애물 회피 경로 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 기준부가 초기 지점으로부터 두 개의 지점만을 경유하여 최종 지점에 도달될 수 있도록 하는 두 개의 경유 지점 - 상기 경유 지점은 일측 경유 지점과 타측 경유 지점을 구비함. - 이 산출될 수 있도록 상기 일측 경유 지점과 상기 타측 경유 지점과 동일 선상에 위치되는 일측 기준 지점과 타측 기준 지점을 산출하는 기준 지점 파악부; 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점을 기초로 상기 일측 경유 지점으로 예측되는 지점인 일측 예상 지점 및 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점을 기초로 상기 타측 경유 지점으로 예측되는 지점인 타측 예상 지점을 결정하는 예상 지점 결정부; 상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되는지 여부를 확인하는 충돌 발생 여부 확인부; 상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되지 않는 경우, 상기 일측 예상 지점을 일측 경유 지점으로 결정하고 상기 타측 예상 지점을 상기 타측 경유 지점으로 결정하는 최종 경유 지점 결정부; 및 상기 최종 경유 지점 결정부에 의해 결정된 상기 일측 경유 지점 및 상기 타측 경유 지점과 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부;를 포함할 수 있다.

Description

장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템 {OBSTACLE AVOIDANCE PATHE GENERATION SIMULATION SYSTEM}

본 발명은 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 6축의 로봇 팔이 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위한 회피 경로를 산출하여 시뮬레이션 하는 장애물 회피 경로 시스템에 관한 것이다.

최근 산업 현장에서는 인력을 최소화하고 생산성을 극대화하며 위험 요소를 제거하기 위하여 각 종 공정들이 자동화되고 있다. 이를 위해, 많은 현장에서는 다양한 산업용 로봇이 사용되고 있다.

대표적으로, 다양한 공정 및 장소에서 범용적으로 사용되기 위하여 다관절 로봇이 활용되고 있다. 일례로, 다관절 로봇은 용접, 절단 또는 도장 등의 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. 다관절 로봇은 다른 로봇과 비교하여 제어 프로그램만 변경할 경우, 서로 다른 산업 현장에서도 활용될 수 있기 때문에, 최근에 연구 개발이 활발한 분야이다.

여기서, 기존의 다관절 로봇과 관련된 기술(대한민국 공개특허공보 제 10-2015-0080050 호 (2015.07.09, 공개))은 3축 로봇에 한정적으로 집중적으로 연구되고 개발되었었다. 다만, 산업용 3축 로봇은 구현되는 동작이 제한적이기 때문에 응용되는 영역이 다소 제한적이라는 문제점을 가지고 있었다.

이로 인해, 산업용 6축 로봇에 대해서 개발이 진행되고 있고, 산업용 6축 로봇의 충돌 회피 시뮬레이션과 관련하여 다양한 이론들이 개발되어 왔지만, 기존의 충돌 회피 방법들은 분석 시간이 너무 길어 실제 산업현장에 적용이 불가능하였다. 그 결과로, 현재 산업현장에서 사용되는 산업용 6축 로봇의 장애물과의 충돌 회피는 현장 내의 작업자에 의해 이루어지고 있는 상황이었다.

하지만, 현장 내의 작업자가 직접 충돌 회피 분석을 실시하게 되면, 작업자의 작업 숙련도에 따라 충돌 회피 분석 시간과 충돌 회피 시뮬레이션의 결과가 달라지는 문제가 발생되었으며, 동시에 예상치 못한 변수 혹은 상황에 대응할 수 없는 문제가 발생되었다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 빠른 시간 안에 6 축 다관절 로봇이 장애물을 회피할 수 있는 회피 경로를 산출하여 시뮬레이션 할 수 있는 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템을 제공하고자 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 상기 기준 지점 파악부는, 상기 초기 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 일측 격자면 상의 가상의 복수의 지점인 일측 격자 지점과 상기 최종 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 타측 격자면 상의 가상의 복수의 지점인 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않고, 상기 초기 지점와 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되는지 및 상기 최종 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 경우, 상기 일측 격자 지점을 상기 일측 기준 지점으로 설정하고, 상기 타측 격자 지점을 상기 타측 기준 지점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 기준 지점 파악부는, 상기 일측 격자면의 법선 벡터의 방향이 상기 초기 지점에서 상기 최종 지점을 향하는 방향과 동일하도록, 상기 일측 격자면을 설정하고, 상기 일측 격자면의 방향과 상기 타측 격자면의 방향이 서로 동일하도록, 상기 타측 격자면을 설정할 수 있다.

또한, 상기 기준 지점 파악부는, 모든 일측 격자 지점과 모든 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되는 경우, 상기 일측 격자면과 상기 타측 격자면의 면적을 확장시키고, 모든 일측 격자 지점에 대해서 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 동시에 상기 초기 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 적어도 하나의 일측 격자 지점이 없는 경우, 상기 일측 격자면의 중심을 소정의 방향으로 이동시키고, 모든 타측 격자 지점에 대해서 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 동시에 상기 최종 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 적어도 하나의 타측 격자 지점이 없는 경우, 상기 타측 격자면의 중심을 소정의 방향으로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 예상 지점 결정부는, 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점 사이의 지점 중에서, 상기 일측 격자 지점으로부터 상기 일측 격자면과 상기 장애물과의 최소 거리 이하로 이격된 지점을 최초 일측 예상 지점으로 설정하고, 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점 사이의 지점 중에서, 상기 타측 격자 지점으로부터 상기 타측 격자면과 상기 장애물과의 최소 거리 이하로 이격된 지점을 최초 타측 예상 지점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 예상 지점 결정부는, 상기 로봇 팔 단부의 형상을 고려하여, 상기 일측 격자면으로부터 상기 최초 일측 예상 지점과의 거리 및 상기 타측 격자면으로부터 상기 최초 타측 예상 지점과의 거리를 산출할 수 있다.

또한, 상기 예상 지점 결정부는, 상기 장애물과의 이격된 거리와 관련된 조건인 미리 정해진 조건이 만족되는 최초 일측 예상 지점과 최초 타측 예상 지점을 최종 일측 예상 지점과 최종 타측 예상 지점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 예상 지점 결정부는, 상기 최초 일측 예상 지점이 상기 장애물과 이격된 정도와 상기 최초 일측 예상 지점과 이웃되는 지점이 상기 장애물과 이격된 정도 모두를 고려하여 상기 미리 정해진 조건이 만족되는지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 충돌 발생 여부 확인부는, 상기 일측 예상 지점의 위치와 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 적어도 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 충돌 발생 여부 확인부는, 상기 기준부가 상기 초기 지점, 상기 일측 예상 지점, 상기 타측 예상 지점 및 상기 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 예상 자세인 일측 예상 자세 후보군을 산출할 수 있다.

또한, 상기 충돌 발생 여부 확인부는, 상기 기준부가 상기 초기 지점, 상기 일측 예상 지점, 상기 타측 예상 지점 및 상기 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도 및 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 산출하고, 상기 일측 예상 지점 및 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 일측 예상 자세 후보군을 산출할 수 있다.

또한, 상기 충돌 발생 여부 확인부는, 상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 초기 자세와 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 최종 자세를 기초로 미리 정해진 기준이 만족되는 경우, Inverse Kinematics 알고리즘 내에 사용되는 변수로서 상기 제3 조인트부의 회전 각도가 산출되는데 영향을 주는 변수인 IELBOW변수의 부호를 상기 초기 자세의 기초가 되는 IELBOW변수의 부호와 동일하게 하고, 상기 초기 자세와 상기 최종 자세를 기초로 미리 정해진 기준이 만족되지 않는 경우, Inverse Kinematics 알고리즘 내에 사용되는 변수인 IELBOW변수의 부호를 미리 정해진 방법에 의해 결정하여 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 초기 자세의 기초가 되는 IELBOW의 부호와 상기 최종 자세의 기초가 되는 IELBOW변수의 부호가 동일한 것인지에 대한 조건 일 수 있다.

또한, 상기 미리 정해진 방법은, 상기 제2 조인트부의 회전 속도와 상기 제3 조인트부의 회전 속도와 관련된 변수인 회전 각속도 변수의 최대 값이 가장 작은 예상 자세 후보군을 선택하는 방법일 수 있다.

본 발명에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템에 의하면, 회피 경로 산출 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 항상 동일한 품질의 회피 경로를 산출할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템을 통하여 회피 자세가 분석되는 로봇 팔을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템의 구성 블록도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 순서를 도시한 도면
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 과정 중 일부 과정인 기준 지점 산출 단계를 설명하기 위한 도면
도 8 내지 도 10은 본 발 명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 과정 중 예상 지점을 산출하는 단계를 설명하기 위한 도면
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 과정 중 로봇 팔의 자세를 산출하는 단계를 설명하기 위한 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템을 통하여 회피 자세가 분석되는 로봇 팔을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템을 통하여 회피 경로가 분석되는 로봇 팔은 산업용 6축 로봇 팔일 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 상기 로봇 팔은 제1 링크부(10), 제2 링크부(20), 제3 링크부(30), 제4 링크부(40), 제5 링크부(60), 제6 링크부(60), 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부(T10), 상기 제1 링크부(10)와 상기 제2 링크부(20)를 결합하는 제1 조인트부(Z10), 상기 제2 링크부(20)와 상기 제3 링크부(30)를 결합하는 제2 조인트부(Z20), 상기 제3 링크부(30)와 상기 제4 링크부(40)를 결합하는 제3 조인트부(Z30), 상기 제4 링크부(40)와 상기 제5 링크부(50)를 결합하는 제4 조인트부(Z40), 상기 제5 링크부(50)와 상기 제6 링크부(60)를 결합하는 제5 조인트부(Z50) 및 상기 제6 링크부(60)와 상기 작업부(T10)를 결합하는 제6 조인트부(Z60)를 구비할 수 있다.

각 각의 링크부는 소정의 부피를 가지는 부재를 의미할 수 있다.

상기 제1 링크부(10)는 지면 상에 고정될 수 있다.

상기 제1 조인트부(Z10)에 의해 상기 제2 링크부(20)는 상기 제1 링크부(10)를 기준으로 회전될 수 있다.

즉, 상기 제1 링크부(10)를 기준으로 상기 제2 링크부(20)의 회전되는 정도는 상기 제1 조인트부(Z10)의 회전 각도에 따라 결정될 수 있다.

상기 제2 조인트부(Z20)에 의해 상기 제3 링크부(30)는 상기 제2 링크부(20)를 기준으로 회전될 수 있으며, 마찬가지로, 상기 제2 링크부(20)를 기준으로 상기 제3 링크부(30)의 회전되는 정도는 상기 제2 조인트부(Z20)의 회전 각도에 따라 결정될 수 있다.

상기 제4 링크부(40), 상기 제5 링크부(50), 상기 제6 링크부(60) 및 작업부(T10)도 상술한 특징이 적용되며, 이에 대한 자세한 설명은 상술한 내용과 중복되는 한도에서 생략될 수 있다.

작업부(T10)는 상기 제6 링크부(60)의 일단부에 결합되며, 상기 제6 조인트부(Z60)에 의해 상기 제6 링크부(60)를 기준으로 회전될 수 있다.

상기 작업부(T10)는 임의의 물체에 대해서 소정의 작업을 수행할 수 있는 부분을 의미할 수 있다.

일례로, 상기 작업부(T10)는 레이저 발산부를 포함할 수 있다.

또는, 상기 작업부(T10)는 집게 동작을 구현하는 구조를 포함할 수 있다.

다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 작업부(T10)는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 상기 작업부(T10)는 측정 장치, 용접 장비 또는 도색 장비일 수 있다.

이하, 6축의 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분을 기준부라고 할 수 있다.

구체적인 일례로서, 분석을 용이하게 하기 위해서, 작업부(T10)를 전부 포함하는 가상의 원형구의 가상의 중심점을 기준부라고 할 수 있다.

다만, 이에 한정하지 않고 상기 기준부의 형상은 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

일례로, 상기 기준부(M10)는 작업부(T10)의 형상 및/또는 로봇 팔의 구동에 따라 3차원 도형 형상을 가질 수 있다.

이하의 서술에서는, 작업부(T10)를 전부 포함하는 가상의 원형구의 가상의 중심점을 기준부(M10)라고 할 수 있으며, 가상의 원형구를 가상구(N10) 라고 칭할 수 있다.

상기 로봇 팔이 소정의 지점에 위치된다는 것의 의미는 상기 기준부가 소정의 지점에 위치된다는 것을 의미할 수 있다.

이하, 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템의 각 구성 및 회피 경로 산출 방법에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템은 초기 지점에서 최종 지점까지 최단거리로 상기 로봇 팔이 이동될 때 상기 로봇 팔의 일단부가 상기 장애물에 충돌되는 경우, 상기 로봇 팔의 일단부의 회피 경로를 산출하기 위한 시스템일 수 있다.

또한, 상기 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템은 단봉형의 장애물일 경우에만 적용될 수 있다.

단봉형의 장애물을 가정하기 때문에, 최소 경유 지점이 2 개일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템의 구성 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템은 6축의 로봇 팔 - 상기 로봇 팔은 제1 링크부, 제2 링크부, 제3 링크부, 제4 링크부, 제5 링크부, 제6 링크부, 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 결합하는 제1 조인트부, 상기 제2 링크부와 상기 제3 링크부를 결합하는 제2 조인트부, 상기 제3 링크부와 상기 제4 링크부를 결합하는 제3 조인트부, 상기 제4 링크부와 상기 제5 링크부를 결합하는 제4 조인트부, 상기 5 링크부와 상기 제6 링크부를 결합하는 제5 조인트부 및 상기 제6 링크부와 상기 작업부를 결합하는 제6 조인트부를 구비함 - 이 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위하여 상기 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부의 회피 경로를 산출하여 시뮬레이션 하는 장애물 회피 경로 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 기준부가 초기 지점으로부터 두 개의 지점만을 경유하여 최종 지점에 도달될 수 있도록 하는 두 개의 경유 지점 - 상기 경유 지점은 일측 경유 지점과 타측 경유 지점을 구비함. - 이 산출될 수 있도록 상기 일측 경유 지점과 상기 타측 경유 지점과 동일 선상에 위치되는 일측 기준 지점과 타측 기준 지점을 산출하는 기준 지점 파악부(110), 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점을 기초로 상기 일측 경유 지점으로 예측되는 지점인 일측 예상 지점 및 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점을 기초로 상기 타측 경유 지점으로 예측되는 지점인 타측 예상 지점을 결정하는 예상 지점 결정부(120), 상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되는지 여부를 확인하는 충돌 발생 여부 확인부(130), 상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되지 않는 경우, 상기 일측 예상 지점을 일측 경유 지점으로 결정하고 상기 타측 예상 지점을 상기 타측 경유 지점으로 결정하는 최종 경유 지점 결정부(140) 및 상기 최종 경유 지점 결정부(140)에 의해 결정된 상기 일측 경유 지점 및 상기 타측 경유 지점과 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부(200)를 포함할 수 있다.

장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템은 회피 경로를 산출하기 위해, 데이터 연산, 데이터 송수신 및 데이터 저장을 수행하는 제어부(100) 및 상기 제어부(100)로부터 전달되는 데이터를 기초로 소정의 정보를 표시하는 디스플레이부(200)를 구비할 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 기준 지점 파악부(110), 상기 예상 지점 결정부(120), 상기 충돌 발생 여부 확인부(130) 및 상기 최종 경유 지점 결정부(140)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제어부(100)는 로봇 팔의 기준부가 처음 위치되는 초기 위치와 상기 기준부가 상기 초기 위치에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 초기 자세를 제공하는 초기 지점 제공부(150)를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 제어부(100)는 로봇 팔의 기준부가 처음 위치되는 최종 위치와 상기 기준부가 상기 최종 위치에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 최종 자세를 제공하는 최종 지점 제공부(160)를 더 구비할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 순서를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 회피 경로를 산출하기 위하여 다음과 같은 단계가 순차적으로 이루어질 수 있다.

기준 지점 산출 단계에서, 기준 지점 파악부가 일측 기준 지점과 타측 기준 지점을 산출할 수 있다.

일측 기준 지점과 타측 기준 지점은 후술하는 일측 격자면과 타측 격자면 상에 위치되는 지점으로서, 단거리의 회피 경로가 산출되도록 경로를 가이드하는 지점일 수 있다.

예상 지점 산출 단계에서, 예상 지점 결정부가 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점의 동일 선상에 위치되는 일측 예상 지점과 타측 예상 지점을 산출할 수 있다.

충돌 발생 여부 확인 단계에서, 충돌 발생 여부 확인부는 복 수의 일측 예상 지점과 복 수의 타측 예상 지점 중에서 가장 짧은 회피 거리를 가지는 순서대로 시뮬레이션하여 상기 로봇 팔이 상기 장애물에 충돌되는지 확인할 수 있다.

최종 경유 지점 산출 단계에서, 최종 경유 지점 결정부는 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되지 않고, 최단 거리의 회피 경로를 생성하는 일측 예상 지점을 일측 경유 지점을 결정하고 타측 예상 지점을 타측 경유 지점을 결정할 수 있다.

영상 표시 단계에서, 디스플레이부는 상기 제어부로부터 전달되는 상기 일측 경유 지점에 대한 데이터와 상기 타측 경유 지점에 대한 데이터를 기초로 상기 장애물을 기준으로 상기 일측 경유 지점과 상기 타측 경유 지점을 표시할 수 있다.

이하, 각 단계에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 과정 중 일부 과정인 기준 지점 산출 단계를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 기준 지점 파악부는 상기 초기 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 일측 격자면(C10) 및 상기 최종 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 타측 격자면(C20)을 산출할 수 있다.

상기 일측 격자면(C10)은 상기 일측 기준 지점이 위치될 수 있는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 일측 격자면(C10)은 단거리의 회피 경로가 산출되기 위한 적절한 일측 경유 지점이 산출되도록 가이드하는 역할을 할 수 있다.

마찬가지로 상기 타측 격자면(C20)은 상기 타측 기준 지점이 위치될 수 있는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 타측 격자면(C20)은 단거리의 회피 경로가 산출되기 위한 적절한 타측 경유 지점이 산출되도록 가이드하는 역할을 할 수 있다.

상기 일측 격자면(C10)의 중심(P10)과 상기 초기 지점(S)의 중심은 서로 동일할 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 상기 일측 격자면(C10)의 법선 벡터의 방향이 상기 초기 지점에서 상기 최종 지점을 향하는 방향과 동일하도록, 상기 일측 격자면(C10)을 설정할 수 있다.

상기 타측 격자면(C20)은 상기 최종 지점(F)이 중심(P20)이고, 상기 일측 격자면(C10)과 동일한 방향인 가상의 평면일 수 있다.

상기 일측 격자면(C10)과 상기 타측 격자면(C20)은 서로 평행하게 형성되며, 상기 일측 격자면(C10)과 상기 타측 격자면(C20) 사이에 상기 일측 경유 지점과 상기 타측 경유 지점이 위치될 수 있기 때문에, 최단 거리의 회피 경로가 산출될 확률이 높아질 수 있다.

상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 일 성분의 방향인 제1 초기 벡터를 상기 일측 격자면(C10)에 정사영시킨 벡터와, 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 일 성분의 방향인 제1 최종 벡터를 상기 타측 격자면(C20)에 정사영 시킨 벡터를 합한 벡터의 방향이 상기 일측 격자면(C10)의 일 방향일 수 있다.

구체적인 일례로서, 상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 X 축의 방향인 제1 초기 벡터를 상기 일측 격자면(C10)에 정사영시킨 벡터와, 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 경우 상기 기준부의 X 축의 방향인 제1 최종 벡터를 상기 타측 격자면(C20)에 정사영시킨 벡터를 합한 벡터의 방향이 상기 일측 격자면(C10)의 X 축의 방향(

)일 수 있다.

상기 일측 격자면(C10)의 일 성분 방향은 상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 때의 상기 기준부의 일 성분 방향과 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 때의 상기 기준부의 일 성분 방향 사이에 위치됨으로써, 상기 로봇 팔의 각 조인트부가 최소한으로 회전되면서 상기 기준부가 상기 회피 경로를 이동할 수 있다.

상기 일측 격자면(C10)의 나머지 성분의 방향은 법선 벡터의 방향과 일 성분의 방향을 통해 산출될 수 있다.

일례로, 상기 일측 격자면(C10)의 Y 축의 방향(

)은 법선 벡터(Z축 방향)와 X축 방향을 기초로 오른손 법칙에 따라 산출될 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 상기 일측 격자면(C10)의 방향과 상기 타측 격자면(C20)의 방향이 서로 동일하도록, 상기 타측 격자면(C20)을 설정할 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 상기 초기 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 일측 격자면(C10) 상에 가상의 복수의 지점인 일측 격자 지점(A)을 설정할 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 최종 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 타측 격자면(C20) 상에 가상의 복수의 지점인 타측 격자 지점(B)을 설정할 수 있다.

복수개의 일측 격자 지점이 상기 일측 격자면(C10) 상에 위치될 수 있다.

각 각의 일측 격자 지점은 동일한 상기 일측 격자면(C10)의 X축 방향 또는 Y축 방향으로 동일하게 이격될 수 있다.

각 각의 일측 격자 지점의 이격 거리(

)는 아래의 식에 의해 산출될 수 있다.

············ (식 1-1)

여기서.

는 상기 가상구의 반지름을 의미할 수 있고,

는 상수로서 0보다는 크고 1보다는 작은 숫자를 의미할 수 있다.

여기서,

의 작을수록, 각 각의 일측 격자 지점의 이격 거리가 더욱 작아지므로, 정밀하게 회피 경로를 산출할 수 있다.

상기 일측 격자면(C10)의 한변의 길이(

)는 아래의 식에 의해 산출될 수 있다.

············· (식 1-2)

여기서,

은 한 변에 위치되는 일측 격자 지점의 숫자를 의미할 수 있다.

또한, 상기 일측 격자면(C10)은 정 사각형으로 행과 열에 동일한 숫자의 일측 격자 지점이 위치될 수 있다.

격자면의 크기, 격자 지점의 개수 및 격자면 상의 격자 지점의 위치는 상기 일측 격자면(C10)과 상기 타측 격자면(C20)이 서로 동일할 수 있다.

이에 따라, 상기 일측 격자면(C10)의 하나의 일측 격자 지점은 상기 타측 격자면(C20)의 하나의 타측 격자 지점과 서로 대응될 수 있고, 이를 하나의 격자 쌍이라고 할 수 있다.

일례로, 상기 일측 격자면(C10) 상의 2행 3렬에 있는 일측 격자 지점과 상기 타측 격자면(C20) 상의 2행 3렬에 있는 타측 격자 지점은 서로 대응되어 하나의 격자 쌍을 이룰 수 있다.

도 5(a)를 참조하면, 상기 기준 지점 파악부는 하나의 일측 격자 지점과 하나의 일측 격자 지점과 쌍을 이루는 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는지를 파악할 수 있다.

구체적인 일례로서, 도 5(b)를 참조하면, 상기 일측 격자면(C10) 상에 제1 일측 격자 지점(A1), 제2 일측 격자 지점(A2), 제3 일측 격자 지점(A3), 제4 일측 격자 지점(A4), 제5 일측 격자 지점(A5), 제6 일측 격자 지점(A6) 및 제7 일측 격자 지점(A7)이 있고, 상기 타측 격자면(C20) 상에 제1 타측 격자 지점(B1), 제2 타측 격자 지점(B2), 제3 타측 격자 지점(B3), 제4 타측 격자 지점(B4), 제5 타측 격자 지점(B5), 제6 타측 격자 지점(B6) 및 제7 타측 격자 지점(B7)이 있다고 가정할 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 상기 일측 격자 지점에서 상기 타측 격자 지점으로 살펴보면서 상기 일측 격자 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 여부를 판단할 수 있다.

만일, 상기 일측 격자 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치된다고 판단되는 경우, 상기 기준 지점 파악부는 상기 타측 격자 지점에서 상기 일측 격자 지점으로 살펴보면서 상기 일측 격자 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 여부를 판단하여, 상기 장애물의 형상을 산출할 수 있다.

만일, 장애물(Y10)이 위치된다면, 상기 기준 지점 파악부는 상기 장애물이라고 인식되는 지점의 위치를 산출할 수 있다.

구체적인 일례로서, 상기 기준 지점 파악부는 상기 제1 일측 격자 지점(A1)에서부터 상기 제1 타측 격자 지점(B1)까지 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 살펴볼 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 상기 제4 일측 격자 지점(A4)에서부터 상기 제4 타측 격자 지점(B4)까지 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 살펴볼 수 있다.

여기서, 상기 제4 일측 격자 지점(A4)에서부터 상기 제4 타측 격자 지점(B4)까지 상기 장애물(Y10)이 위치된다고 파악되었기에, 상기 기준 지점 파악부는 상기 제4 타측 격자 지점(B4)에서부터 상기 제4 일측 격자 지점(A4)까지 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 여부를 판단하여, 상기 장애물(Y10)의 형상을 산출할 수 있다.

나머지 격자 지점도 마찬가지로 적용될 수 있다.

상술한 과정을 통해 상기 일측 격자면(C10)과 상기 타측 격자면(C20) 사이의 빈 공간(S1O, S20)이 파악될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 초기 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 일측 격자면(C10) 상의 가상의 복수의 지점인 일측 격자 지점과 상기 최종 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 타측 격자면(C20) 상의 가상의 복수의 지점인 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않고, 상기 초기 지점와 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 및 상기 최종 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 경우, 상기 기준 지점 파악부는 상기 일측 격자 지점을 상기 일측 기준 지점으로 설정하고, 상기 타측 격자 지점을 상기 타측 기준 지점으로 설정할 수 있다.

도 6(a)를 참조하면, 상기 기준 지점 파악부는 상기 초기 지점(S)와 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되는지 및 상기 최종 지점(F)과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지를 파악할 수 있다.

여기서, 상기 상기 일측 격자 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 장애물(Y10)이 위치되지 않는 격자 지점들에 한해서만 판단될 수 있다.

구체적인 일례로서, 제1 일측 격자 지점(A1)과 제1 타측 격자 지점(B1), 제2 일측 격자 지점(A2)과 제2 타측 격자 지점(B2), 제6 일측 격자 지점(A6)과 제6 타측 격자 지점(B6) 및 제7 일측 격자 지점(A7)과 제7 타측 격자 지점(B7) 사이에는 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않으므로, 상기 기준 지점 파악부는 상술한 격자 지점에 대해서만 도 6에 도시된 방법으로 장애물이 위치되는지 파악할 수 있다.

자세하게 설명하자면, 상기 초기 지점(S)에서 상기 제1 일측 격자 지점(A1) 사이에 장애물(Y10)이 위치되고, 상기 초기 지점(S)에서 상기 제2 일측 격자 지점(A2) 사이에 장애물(Y10)이 위치되기 때문에, 제1 일측 격자 지점(A1)과 제1 타측 격자 지점(B1) 및 제2 일측 격자 지점(A2)과 제2 타측 격자 지점(B2)은 일측 기준 지점 및 타측 기준 지점으로 설정되지 않을 수 있다.

반면에, 상기 초기 지점(S)에서 상기 제6 일측 격자 지점(A6) 사이에 장애물(Y10)이 위치되지 않고 상기 최종 지점(F)에서 상기 제6 타측 격자 지점(B6) 사이에 장애물(Y10)이 위치되지 않기 때문에, 상기 기준 지점 파악부는 상기 제6 일측 격자 지점(A6)을 상기 일측 기준 지점으로 설정하고, 상기 제6 타측 격자 지점(B6)을 상기 타측 기준 지점으로 설정할 수 있다.

마찬가지로, 상기 초기 지점에서 상기 제7 일측 격자 지점(A7) 사이에 장애물(Y10)이 위치되지 않고 상기 최종 지점에서 상기 제7 타측 격자 지점(B7) 사이에 장애물(Y10)이 위치되지 않기 때문에, 상기 기준 지점 파악부는 상기 제7 일측 격자 지점(A7)을 상기 일측 기준 지점을 설정하고, 상기 제7 타측 격자 지점(B7)을 상기 타측 기준 지점으로 설정할 수 있다.

이와 같이, 일측 기준 지점과 타측 기준 지점은 복 수개일 수 있다.

상술한 과정을 통해 상기 일측 격자면(C10)과 상기 타측 격자면(C20) 사이에 상기 일측 경유 지점과 상기 타측 경유 지점이 위치될 수 있는 공간인 이동 가능 공간(S20)을 파악할 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 기준 지점 파악부는 모든 일측 격자 지점과 모든 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되는 경우, 상기 일측 격자면(C10)과 상기 타측 격자면(C20)의 면적을 확장시키고, 모든 일측 격자 지점에 대해서 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 동시에 상기 초기 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 적어도 하나의 일측 격자 지점이 없는 경우, 상기 일측 격자면(C10)의 중심을 소정의 방향으로 이동시키고, 모든 타측 격자 지점에 대해서 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 동시에 상기 최종 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 적어도 하나의 타측 격자 지점이 없는 경우, 상기 타측 격자면(C20)의 중심을 소정의 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 7(a)를 참조하면, 모든 일측 격자 지점(A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7)과 모든 타측 격자 지점(B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7) 사이에 장애물(Y10)이 위치될 수 있다.

이와 같을 경우, 일측 경유 지점과 타측 경유 지점을 산출할 수 없기 때문에, 상기 기준 지점 파악부는 상기 일측 격자면(C10)의 면적과 상기 타측 격자면(C20)의 면적을 확장시킬 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 사이에 장애물(Y10)이 위치되지 않는 격자 지점이 산출될 때 상술한 과정을 반복하면서 상기 일측 격자면(C10)의 면적과 상기 타측 격자면(C20)의 면적을 확장시킬 수 있다.

도 7(b)를 참조하면, 모든 일측 격자 지점(A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7)을 기준으로 판단하였을 때, 상기 일측 격자 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 동시에 상기 초기 지점과 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 일측 격자 지점이 적어도 하나 없는 경우, 상기 기준 지점 파악부는 상기 일측 격자면(C10)의 중심을 소정의 방향으로 소정 거리 이동시킬 수 있다.

여기서, 소정의 방향은 상기 일측 격자면(C10)의 법선 벡터의 방향과 반대되는 방향일 수 있다.

또한, 소정 거리는 가상구의 반지름일 수 있다.

다만, 이에 한정하지 않고 상기 소정 거리는 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

마찬가지로, 모든 타측 격자 지점(B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7)을 기준으로 판단하였을 때, 상기 일측 격자 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 동시에 상기 최종 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물(Y10)이 위치되지 않는 타측 격자 지점이 적어도 하나 없는 경우, 상기 기준 지점 파악부는 상기 타측 격자면(C20)의 중심을 소정의 방향으로 소정 거리 이동시킬 수 있다.

여기서, 소정의 방향은 상기 일측 격자면(C10)의 법선 벡터의 방향과 동일한 방향일 수 있다.

또한, 소정 거리는 가상구의 반지름일 수 있다.

상기 기준 지점 파악부는 상술한 과정을 반복하면서, 일측 격자면(C10)의 중심 또는 타측 격자면(C20)의 중심을 이동시킬 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발 명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 과정 중 예상 지점을 산출하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.

상기 예상 지점 결정부는 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점 사이의 지점 중에서, 상기 일측 격자 지점으로부터 상기 일측 격자면(C10)과 상기 장애물(Y10)과의 최소 거리 이하로 이격된 지점을 최초 일측 예상 지점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 예상 지점 결정부는 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점 사이의 지점 중에서, 상기 타측 격자 지점으로부터 상기 타측 격자면(C20)과 상기 장애물(Y10)과의 최소 거리 이하로 이격된 지점을 최초 타측 예상 지점으로 설정할 수 있다.

상기 로봇 팔 단부의 형상을 고려하여, 상기 일측 격자면(C10)으로부터 상기 최초 일측 예상 지점과의 거리 및 상기 타측 격자면(C20)으로부터 상기 최초 타측 예상 지점과의 거리를 산출할 수 있다.

구체적인 일례로서, 도 8을 참조하면, 상기 예상 지점 결정부는 일측 격자면(C10)의 중심 지점(A4, P10)부터 일측 기준 지점(A6, A7) 사이에 위치되는 일측 격자 지점(A4, A5, A6, A7)과 상기 장애물(Y10)과의 거리들 중에서 최소로 이격된 거리를 산출할 수 있다.

이 때, 이러한 이격 거리를 일측 이격 거리(D10)라고 할 수 있다.

마찬가지로 상기 예상 지점 결정부는 타측 격자면(C20)의 중심 지점(B4, P20)부터 타측 기준 지점(B6, B7) 사이에 위치되는 타측 격자 지점(B4, B5, B6, B7)과 상기 장애물(Y10)과의 거리들 중에서 최소로 이격된 거리를 산출할 수 있다.

여기서, 이러한 이격 거리를 타측 이격 거리(D20)라고 할 수 있다.

상기 예상 지점 결정부는 상기 일측 기준 지점(A6, A7)에서 타측 기준 지점(B6, B7) 방향으로 상기 일측 기준 지점(A6, A7)으로부터 상기 일측 이격 거리(D10) 보다 소정의 값 작은 거리만큼 이격된 지점을 최초 일측 예상 지점(Q10, Q20)으로 산출할 수 있다.

여기서, 소정의 값은 가상구 반지름의 절반에 해당되는 값일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 소정의 값은 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다.

마찬 가지로, 상기 예상 지점 결정부는 상기 타측 기준 지점(B6, B7)에서 일측 기준 지점(A6, A7) 방향으로 상기 타측 기준 지점(B6, B7)으로부터 상기 타측 이격 거리(D20) 보다 소정의 값 작은 거리만큼 이격된 지점을 최초 일측 예상 지점(W10, W20)으로 산출할 수 있다.

이와 같이, 최소 이격 거리(D10, D20)을 고려하여, 일측 예상 지점을 설정하기 때문에, 초기 지점에서부터 일측 예상 지점으로 상기 기준부가 이동될 경우, 상기 로봇 팔의 단부가 상기 장애물(Y10)에 충돌되는 것을 최소화할 수 있다.

상기 예상 지점 결정부는 상기 장애물과의 이격된 거리와 관련된 조건인 미리 정해진 조건이 만족되는 최초 일측 예상 지점과 최초 타측 예상 지점을 최종 일측 예상 지점과 최종 타측 예상 지점으로 설정할 수 있다.

상기 예상 지점 결정부는 상기 최초 일측 예상 지점이 상기 장애물과 이격된 정도와 상기 최초 일측 예상 지점과 이웃되는 지점이 상기 장애물과 이격된 정도 모두를 고려하여 상기 미리 정해진 조건이 만족되는지 여부를 판단할 수 있다.

여기서, 미리 정해진 조건이란, 후술하는 충돌 안전 점수가 소정 값 이상인 조건을 의미할 수 있다.

구체적인 일례로서, 도 9를 참조하면, 상기 기준 지점 파악부는 제6 일측 격자 지점(A6)과 제7 일측 격자 지점(A7)을 일측 기준 지점으로 산출할 수 있고, 또한 도 9에서 음영 처리된 부분의 일측 격자 지점을 일측 기준 지점으로 산출할 수 있다.

여기서, 도 9는 상기 장애물(Y10)을 상기 일측 격자면(C10)에 정사영시킨 상태를 도시한 도면이다.

상기 예상 지점 결정부는 각 각의 일측 격자 지점에 대해서 장애물과 떨어진 거리에 따라 소정의 점수를 부여할 수 있다.

또한 상기 예상 지점 결정부는 상기 장애물에 의해 포위되는 일측 격자 지점에 대해서 0점을 부여할 수 이다.

일례로, 제6 일측 격자 지점(A6)에 1점이 부여될 수 있으며, 제7 일측 격자 지점(A7)에 2점이 부여될 있으며, 제5 일측 격자 지점(A5)에 0점이 부여될 수 있다.

이와 같이, 상기 기준 지점 파악부는 모든 일측 격자 지점(A)에 대해서 소정의 점수를 부여할 수 있다.

상기 예상 지점 결정부는 연산의 대상이 되는 일측 격자 지점의 점수와 대상이 되는 일측 격자 지점의 주위 격자 지점의 점수를 모두 합하여 대상이 되는 일측 격자 지점의 충돌 안전 점수를 산출할 수 있다.

일례로, 제6 일측 격자 지점(A6)의 충돌 안전 점수는 0 + 0+ 0+ 1*3 + 2*3의 연산 식에 의해 9일 수 있다.

마찬가지로 제7 일측 격자 지점(A7)의 충돌 안전 점수는 0 + 0+ 0+ 1*3 + 2*3의 연산 식에 의해 9일 수 있다.

이와 같이, 상기 예상 지점 결정부는 모든 일측 격자 지점에 대해서 충돌 안전 점수를 산출할 수 있다.

만일, 미리 정해진 조건이 충돌 안전 점수가 7 이상인 조건이라면, 상기 예상 지점 결정부는 제6 일측 격자 지점(A6)에 의해 산출되는 최초 일측 예상 지점을 최종 일측 예상 지점이라고 지정할 수 있다.

마찬가지로, 미리 정해진 조건이 충돌 안전 점수가 7 이상인 조건이라면, 상기 예상 지점 결정부는 제7 일측 격자 지점(A7)에 의해 산출되는 최초 일측 예상 지점을 최종 일측 예상 지점이라고 지정할 수 있다.

이와 다르게, 미리 정해진 조건이 충돌 안전 점수가 10 이상인 조건이라면, 상기 예상 지점 결정부는 제6 일측 격자 지점(A6)에 의해 산출되는 최초 일측 예상 지점을 최종 일측 예상 지점이라고 지정하지 않을 수 있다.

장애물과 떨어진 이격 거리와 주변 지점의 장애물과의 이격 거리를 동시에 고려한 충돌 안전 점수와 같은 변수를 통해, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되지 않는 최적의 회피 경로가 도출될 수 있다.

상기 예상 지점 결정부는 상기 미리 정해진 조건이 만족되는지 여부를 판정하여 모든 최초 일측 예상 지점과 모든 최초 타측 예상 지점이 최종 일측 예상 지점과 최종 타측 예상 지점에 해당되는지 여부를 산출할 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기최종 일측 예상 지점과 상기 최종 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 경우, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되는지 여부를 판단할 수 있다.

여기서, 상기 초기 지점에서부터 상기 최종 일측 예상 지점과 상기 최종 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 다다르는 최소 경로를 회피 경로라고 할 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 회피 경로가 짧은 순으로 충돌 여부를 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템이 회피 경로를 산출하는 과정 중 로봇 팔의 자세를 산출하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 충돌 여부를 확인하기 위해 상기 기준부가 최종 일측 예상 지점(이하, 일측 예상 지점)에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세인 일측 예상 자세를 산출할 수 있다.

또한, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 충돌 여부를 확인 하기 위해 상기 기준부가 최종 타측 예상 지점(이하, 타측 예상 지점)에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세인 타측 예상 자세를 산출할 수 있다.

이하, 상기 충돌 발생 여부 확인부가 상기 일측 예상 자세와 상기 타측 예상 자세를 산출하는 방법에 대해서 자세하게 서술하도록 한다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 일측 예상 지점의 위치와 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 적어도 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출할 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 기준부가 상기 초기 지점, 상기 일측 예상 지점, 상기 타측 예상 지점 및 상기 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 예상 자세인 일측 예상 자세 후보군을 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 각 각의 예상 지점과 관련된 로봇 팔의 자세 일부를 추정할 수 있다.

일례로, 초기 지점(S)에서 최종 지점(F)까지 이동되는 길이와 대응되도록 각 조인트가 회전된다고 가정하여 일부 자세를 산출할 수 있다.

구체적인 일례로서, 도 11을 참조하면, 기준부가 초기 지점(S)에서 출발하여 일측 예상 지점(v1, 상술한 내용에서는 Q10)과 타측 예상 지점(v2, W20)을 통과하여 최종 지점(F)에 도달(이하, 회피 경로)된다고 가정할 수 있다.

여기서, 초기 지점 제공부에 의해 상기 초기 지점의 위치 및 상기 초기 자세가 제공될 수 있다.

또한, 최종 지점 제공부에 의해 상기 최종 지점의 위치 및 상기 최종 자세가 제공될 수 있다.

일반적으로 6축 로봇의 경우, 제1 조인트부의 회전 동작, 제2 조인트부의 회전 동작 및 제3 조인트부의 회전 동작은 상기 기준부의 방향 보다는 상기 기준부의 위치에 더 많은 영향을 줄 수 있다.

또한, 6축 로봇의 경우 제4 조인트부의 회전 동작, 제5 조인트부의 회전 동작 및 제6 조인트부의 회전 동작은 상기 기준부의 위치 보다는 상기 기준부의 방향에 더 많은 영향을 줄 수 있다.

다시 말하면, 일반적으로 6축 로봇의 경우, 제4 조인트부의 회전 동작, 제5 조인트부의 회전 동작 및 제6 조인트부의 회전 동작은 상기 작업부의 위치 보다는 상기 작업부의 방향에 더 많은 영향을 줄 수 있다.

따라서, 제4 조인트부의 회전 동작, 제5 조인트부의 회전 동작 및 제6 조인트부의 회전 동작이 상기 기준부가 상기 회피 경로 상으로 이동되는 것(상기 기준부의 위치)에 작은 영향을 미친다고 가정할 수 있다.

이와 같은 가정을 통해, 상기 제4 조인트부, 상기 제5 조인트부 및 상기 제6 조인트부가 상기 초기 자세에서 상기 최종 자세 사이의 범위에서 상기 기준부의 이동 거리 변화와 동일한 비율로서 회전되는 것으로 보고, 일측 예상 자세의 일부와 타측 예상 자세의 일부가 산출될 수 있다.

상기 기준부가 일측 예상 지점에 위치될 때, 제4 조인트부의 회전 각도, 제5 조인트부의 회전 각도 및 제6 조인트부의 회전 각도는 아래의 식과 같이 연산될 수 있다.

· · · · · · · · · · · (식 2-1)

· · · · · · · · · · · (식 2-2)

· · · · · · · · · · (식 2-3)

여기서,

을 의미할 수 있다.

여기서,

은 초기 지점에서 일측 예상 지점까지의 길이를 의미할 수 있다.

또한,

는 일측 예상 지점과 타측 예상 지점까지의 길이를 의미할 수 있다.

또한,

은 타측 예상 지점에서 최종 지점까지의 길이를 의미할 수 있다.

여기서,

+

는 회피 경로의 전체 길이를 의미할 수 있다.

상기 기준부가 타측 예상 지점에 위치될 경우, 제4 조인트부의 회전 각도, 제5 조인트부의 회전 각도 및 제6 조인트부의 회전 각도는 아래의 식과 같이 연산될 수 있다.

· · · · · · · · · · · (식 2-4)

· · · · · · · · · · · (식 2-5)

· · · · · · · · · · · (식 2-6)

여기서,

을 의미할 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 일측 예상 지점의 위치와 제4 조인트부의 회전 각도(

), 제5 조인트부의 회전 각도(

) 및 제6 조인트부의 회전 각도(

)를 기초로 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 기준부의 방향 및 제1 조인트부의 회전 각도, 제2 조인트부의 회전 각도 및 제3 조인트부의 회전 각도를 산출하여 일측 예상 자세를 산출할 수 있다.

마찬가지 방법으로, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 타측 예상 자세를 산출할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 상술한 내용과 중복되는 한도에서 생략될 수 있다.

), 제5 조인트부의 회전 각도(

) 및 제6 조인트부의 회전 각도(

)를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 일측 예상 자세를 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 일측 예상 지점의 위치와 제4 조인트부의 회전 각도(

), 제5 조인트부의 회전 각도(

) 및 제6 조인트부(

)의 회전각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 기준부의 방향 및 제1 조인트부의 회전 각도(

), 제2 조인트부의 회전 각도(

) 및 제3 조인트부의 회전 각도(

)를 산출할 수 있다.

Inverse Kinematics는 기준부가 임의의 지점 위치될 경우, 상기 기준부의 위치 정보 3개와 상기 기준부의 방향 정보 3개를 기초로 상기 기준부가 임의의 지점에 위치될 경우 제1 조인트부 내지 제6 조인트부 각 각의 회전 각도를 산출할 수 있는 알고리즘이다.

다시 말하면, 기준부가 임의의 지점에 위치될 , 상기 기준부의 위치(X축, Y축, Z축)와 방향(X방향, Y방향, Z방향)을 통해 6개의 조인트부의 회전 각도를 연산하는 알고리즘일 수 있다.

Inverse Kinematics 알고리즘은 통상의 기술자에게 통용되는 알고리즘이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략될 수 있다.

본 발명은 Inverse Kinematics 알고리즘에서, 상기 기준부의 위치와 상기 기준부의 방향을 대신하는 제4 조인트부 내지 제6 조인트부의 회전 각도를 입력하여, 상기 기준부의 방향 및 제1 조인트부 내지 제3 조인트부의 회전 각도를 산출하는 것일 수 있다.

일측 예상 지점의 위치만을 알고 있는 상태에서 제4 조인트부 내지 제6 조인트부를 추정 및 산출하여, Inverse Kinematics 알고리즘을 통하여, 나머지 변수들인 일측 예상 지점에 상기 기준부가 위치될 때의 기준부의 방향과 제1 조인트부 내지 제3 조인트부의 회전 각도를 산출할 수 있다.

마찬가지로, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 타측 예상 지점의 위치 및 상기 기준부가 상기 타측 예상 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도(

), 상기 제5 조인트부의 회전 각도(

)와 상기 제6 조인트부의 회전 각도(

)를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 타측 예상 지점에 위치될 때의 상기 기준부의 방향 및 제1 조인트부의 회전 각도(

), 제2 조인트부의 회전 각도(

) 및 제3 조인트부의 회전 각도(

)를 산출할 수 있다

상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 기준부가 상기 초기 지점, 상기 일측 예상 지점, 상기 타측 예상 지점 및 상기 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도 및 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 산출할 수 있다.

여기서, 충돌 발생 여부 확인부는 상기 일측 예상 지점 및 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 일측 예상 자세 후보군을 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 원칙적으로, 기준부가 임의의 지점 위치될 경우, 상기 기준부의 위치 정보 3개와 상기 기준부의 방향 정보 3개를 Inverse Kinematics 알고리즘에 입력할 경우, 총 8 군의 조인트부의 회전 각도가 산출될 수 있다.

여기서, 하나의 군이란, 제1 조인트부 내지 제6 조인트부의 회전 각도 모두를 의미할 수 있다.

총 8개 군으로 산출되는 이유는, Inverse Kinematics 공식 내에 로봇 팔의 어깨의 움직임과 관련된 변수인 ISHOULD, 로봇 팔의 팔꿈치의 움직임과 관련된 변수인 IELBOW및 로봇 팔의 손목과 관련된 변수인 IWRIST가 각 각 두 개씩 존재하기 때문일 수 있다. (일례로, + 부호 및 - 부호)

ISHOULD 변수는 제1 조인트부의 회전 각도가 산출되는데 영향을 주는 변수일 수 있다.

또한, IELBOW변수는 제3 조인트부의 회전 각도가 산출되는데 영향을 주는 변수일 수 있다.

또한, IWRIST 변수는 제5 조인트부의 회전 각도가 산출되는데 영향을 주는 변수일 수 있다.

일례로, ISHOULD 변수는 Inverse Kinematics 공식 상에서 상기 제1 조인트부의 회전 각도를 연산하는 식 중 소정의 값의 부호(+ 혹은 -)를 의미하는 것이므로, Inverse Kinematics 공식에 의해 상기 제1 조인트부의 값은 2개가 산출될 수 있다.

또한, IELBOW변수는 Inverse Kinematics 공식 상에서 상기 제3 조인트부의 회전 각도를 연산하는 식 중 소정의 값의 부호(+ 혹은 -)를 의미하는 것이므로, Inverse Kinematics 공식에 의해 상기 제3 조인트부의 값은 2개가 산출될 수 있다.

또한, IWRIST 변수는 Inverse Kinematics 공식 상에서 상기 제5 조인트부의 회전 각도를 연산하는 식 중 소정의 값의 부호(+ 혹은 -)를 의미하는 것이므로, Inverse Kinematics 공식에 의해 상기 제5 조인트부의 값은 2개가 산출될 수 있다.

이로 인해, 모든 경우의 수를 조합하면, Inverse Kinematics 공식에 의해 상기 로봇 팔의 자세는 총 8가지 산출될 수 있다.

다만, 상기 일측 예상 지점의 위치와 제4 조인트부의 회전 각도(

), 제5 조인트부의 회전 각도(

) 및 제6 조인트부(

)의 회전각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용할 경우, 이미 제4 조인트부의 회전 각도(

), 제5 조인트부의 회전 각도(

) 및 제6 조인트부(

)가 정해졌기에, IWRIST 변수는 고려 대상이 아닐 수 있다.

또한, ISHOULD변수는 장애물을 바라보는 방향(정면 방향)을 향하도록 하는 값으로 고정할 수 있는 바, ISHOULD변수는 고려 대상이 아닐 수 있다.

따라서, 상기 일측 예상 지점의 위치와 제4 조인트부의 회전 각도(

), 제5 조인트부의 회전 각도(

) 및 제6 조인트부(

)의 회전각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용할 경우, 총 4 군의 제1 조인트부 각도, 제2 조인트부 각도 및 제3 조인트부 각도가 산출될 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 초기 자세와 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 최종 자세를 기초로 미리 정해진 기준이 만족되는 경우, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하거나 상기 기준부가 상기 타측 예상 지점에 위치될 대의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하기 위해 이용되는 Inverse Kinematics 알고리즘 내에 사용되는 변수인 IELBOW의 부호를 상기 초기 자세의 기초가 되는 IELBOW의 부호와 동일하게 할 수 있다.

여기서 미리 정해진 기준은 상기 초기 자세의 기초가 되는 IELBOW의 부호와 상기 최종 자세의 기초가 되는 IELBOW의 부호가 동일한 것인지에 대한 조건 일 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 상기 초기 지점 제공부에 의해 상기 기준부가 초기 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세가 제공되기 때문에, IELBOW의 부호를 알 수 있다.

또한, 상기 최종 지점 제공부에 의해 상기 기준부가 최종 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세가 제공되기 때문에, IELBOW의 부호를 알 수 있다.

만일, 초기 지점에서의 IELBOW의 부호와 최종 지점에서의 IELBOW의 부호가 서로 동일하다면, 일측 예상 경유 지점에서의 IELBOW의 부호가 초기(최종) 지점에서의 IELBOW의 부호와 동일하고, 타측 예상 경유 지점에서의 IELBOW의 부호가 초기(최종) 지점에서의 IELBOW의 부호와 동일 하여야, 상기 로봇 팔의 각 조인트부의 회전을 최소화 할 수 있다.

반대로, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 상기 초기 자세와 상기 최종 자세를 기초로 미리 정해진 기준이 만족되지 않는 경우, , 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하거나 상기 기준부가 상기 타측 예상 지점에 위치될 대의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하기 위해 이용되는 Inverse Kinematics 알고리즘 내에 사용되는 변수인 IELBOW의 부호를 미리 정해진 방법에 의해 결정할 수 있다.

상기 미리 정해진 방법은 상기 제2 조인트부의 회전 속도와 상기 제3 조인트부의 회전 속도와 관련된 변수인 회전 각속도 변수의 최대 값이 가장 작은 예상 자세 후보군을 선택하는 방법일 수 있다.

구체적으로 설명하자면, 초기 지점에서의 IELBOW의 부호와 최종 지점에서의 IELBOW의 부호가 서로 상이하다면, 상기 기준부가 상기 회피 경로를 이동되는 과정에서 IELBOW의 부호가 한번만 변경되는 것이 상기 로봇 팔의 각 조인트부의 회전을 최소화 할 수 있다.

구체적인 일례로서, 만일 초기 지점에서의 IELBOW의 부호가 (+)이고, 최종 지점에서의 IELBOW의 부호가 (-)라면, 각 각의 예상 지점에서의 IELBOW의 부호는 아래 표 1과 같은 경우의 수로 구분될 수 있다.

	초기 지점	일측 예상 지점	타측 예상 지점	최종 지점
제1 경우	(+)	(+)	(+)	(-)
제2 경우	(+)	(+)	(-)	(-)
제3 경우	(+)	(-)	(-)	(-)

상기 충돌 발생 여부 확인부는 각각의 경우에 대해서 주어진 Elbow의 부호를 활용하여 제1 조인트부의 회전 각도, 제2 조인트부의 회전 각도 및 제3 조인트부의 회전 각도를 산출할 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 회전 각속도 변수를 통해, 상기 회피 경로 상에 상기 기준부가 이동될 때, 제1 조인트부의 회전 속도, 제2 조인트부의 회전 속도 및 제3 조인트부의 회전 속도를 산출할 수 있다.

회전 각속도 변수(w)는 아래의 공식에 의해 산출될 수 있다.

· · · · · · · · · (식 3-1)

· · · · (식 3-2)

여기서,

로서, 회피 경로의 전체 길이를 의미할 수 있다.

일례로서, 초기 지점에서 일측 예상 지점까지 상기 기준부가 이동될 때의 상기 제2 조인트부의 회전 각속도 변수는

으로 산출될 수 있다.

여기서,

는 상기 기준부가 일측 예상 지점에 위치될 때의 제2 조인트부의 회전 각도에 대한 상기 기준부가 초기 지점에 위치될 때의 제2 조인트부의 회전 각도의 변화량으로 산출될 수 있다.

초기 지점에서 일측 예상 지점까지 상기 기준부가 이동될 때의 상기 제3 조인트부의 회전 각속도 변수(

)도 상술한 방법에 의해 산출될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략될 수 있다.

마찬가지로, 일측 예상 지점에서 타측 예상 지점까지 상기 기준부가 이동될 때의 제2 조인트부의 회전 각속도 변수(

)와 제3 조인트부의 회전 각속도 변수(

마찬가지로, 타측 예상 지점에서 최종 지점까지 상기 기준부가 이동될 때의 제2 조인트부의 회전 각속도 변수(

)와 제3 조인트부의 회전 각속도 변수(

한 가지 경우에 있어서 회전 각속도 변수는 총 6개 산출될 수 있다.

이에 따라 각 각의 경우를 모두 고려하면 회전 각속도 변수는 총 18개 산출될 수 있다.

여기서, 상기 충돌 발생 여부 확인부는 제1 경우 중에서 가장 큰 회전 각속도 변수, 제2 경우 중에서 가장 큰 회전 각속도 변수 및 제3 경우 중에서 가장 큰 회전 각속도 변수를 비교하여 가장 작은 회전 각속도 변수를 가진 경우의 조인트부 회전 각도를 채택할 수 있다.

이는, 조인트부가 회전되는 속도의 최대 값이 가장 작은 경우를 선택하는 것일 수 있다.

이는, 제2 조인트부 및 제3 조인트부가 회전되는 경우, 제4 조인트부, 제5 조인트부 및 제6 조인트부가 회전되는 것 보다 로봇 팔이 큰 동작으로 회전될 수 있다.

이로 인해, 조인트부가 회전되는 속도의 최대 값이 가장 작은 경우를 선택함으로써, 상기 로봇 팔의 급작스런 회전에 의해.로봇에 의해 연결된 각 종 케이블의 손상 및 인명 피해가 나는 2차적인 사고 문제를 예방할 수 있다.

상기 충돌 발생 여부 확인부는 앞서 상술한 과정을 통해 산출된 일측 예상 지점, 일측 예상 자세. 타측 예상 지점 및 타측 예상 자세를 기초로 회피 경로 상에 상기 기준부가 이동되는 경우, 상기 로봇 팔이 상기 장애물에 충돌되는지 여부를 확인할 수 있다.

만일, 상기 로봇 팔이 상기 장애물에 충돌된다면, 충돌된다고 확인된 일측 예상 지점과 타측 예상 지점 다음으로 회피 경로가 짧은 일측 예상 지점과 타측 예상 지점을 기초로 상기 로봇 팔이 상기 장애물에 충돌되는지 여부를 확인할 수 있다.

상기 최종 경유 지점 결정부는 상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되지 않는 경우, 일측 예상 지점을 일측 경유 지점으로 결정하고 타측 예상 지점을 상기 타측 경유 지점으로 결정할 수 있다.

상기 디스플레이부는 상기 최종 경유 지점 결정부에 의해 결정된 상기 일측 경유 지점 및 상기 타측 경유 지점과 관련된 정보를 표시할 수 있다.

일례로, 상기 디스플레이부는 상기 장애물과 함께 상기 장애물과의 상대적인 위치에서 상기 일측 경유 지점 및 상기 타측 경유 지점을 표시할 수 있다.

이를 위해 상기 제어부는 상기 디스플레이부로 소정의 정보를 전달할 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위해, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없거나 떨어지는 구성에 대해서는 간략하게 표현하거나 생략하였다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

10 : 제1 링크부 20 : 제2 링크부
30 : 제3 링크부 40 : 제4 링크부
50 : 제5 링크부 60 : 제6 링크부

Claims

6축의 로봇 팔 - 상기 로봇 팔은 제1 링크부, 제2 링크부, 제3 링크부, 제4 링크부, 제5 링크부, 제6 링크부, 소정의 작업을 수행할 수 있는 작업부, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부를 결합하는 제1 조인트부, 상기 제2 링크부와 상기 제3 링크부를 결합하는 제2 조인트부, 상기 제3 링크부와 상기 제4 링크부를 결합하는 제3 조인트부, 상기 제4 링크부와 상기 제5 링크부를 결합하는 제4 조인트부, 상기 5 링크부와 상기 제6 링크부를 결합하는 제5 조인트부 및 상기 제6 링크부와 상기 작업부를 결합하는 제6 조인트부를 구비함 - 이 소정의 물체인 장애물과 충돌되는 것을 방지하기 위하여 상기 로봇 팔의 일단부 상의 일 부분인 기준부의 회피 경로를 산출하여 시뮬레이션 하는 장애물 회피 경로 시뮬레이션 시스템에 있어서,
상기 기준부가 초기 지점으로부터 두 개의 지점만을 경유하여 최종 지점에 도달될 수 있도록 하는 두 개의 경유 지점 - 상기 경유 지점은 일측 경유 지점과 타측 경유 지점을 구비함. - 이 산출될 수 있도록 상기 일측 경유 지점과 상기 타측 경유 지점과 동일 선상에 위치되는 일측 기준 지점과 타측 기준 지점을 산출하는 기준 지점 파악부;
상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점을 기초로 상기 일측 경유 지점으로 예측되는 지점인 일측 예상 지점 및 상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점을 기초로 상기 타측 경유 지점으로 예측되는 지점인 타측 예상 지점을 결정하는 예상 지점 결정부;
상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되는지 여부를 확인하는 충돌 발생 여부 확인부;
상기 기준부가 상기 초기 지점에서부터 상기 일측 예상 지점과 상기 타측 예상 지점을 경유하여 상기 최종 지점까지 이동되는 과정에서, 상기 로봇 팔이 상기 장애물과 충돌되지 않는 경우, 상기 일측 예상 지점을 일측 경유 지점으로 결정하고 상기 타측 예상 지점을 상기 타측 경유 지점으로 결정하는 최종 경유 지점 결정부; 및
상기 최종 경유 지점 결정부에 의해 결정된 상기 일측 경유 지점 및 상기 타측 경유 지점과 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부;를 포함하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 기준 지점 파악부는,
상기 초기 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 일측 격자면 상의 가상의 복수의 지점인 일측 격자 지점과 상기 최종 지점을 중심으로 확장되는 가상의 평면인 타측 격자면 상의 가상의 복수의 지점인 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않고, 상기 초기 지점와 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되는지 및 상기 최종 지점과 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 경우,
상기 일측 격자 지점을 상기 일측 기준 지점으로 설정하고, 상기 타측 격자 지점을 상기 타측 기준 지점으로 설정하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제2항에 있어서,
상기 기준 지점 파악부는,
상기 일측 격자면의 법선 벡터의 방향이 상기 초기 지점에서 상기 최종 지점을 향하는 방향과 동일하도록, 상기 일측 격자면을 설정하고,
상기 일측 격자면의 방향과 상기 타측 격자면의 방향이 서로 동일하도록, 상기 타측 격자면을 설정하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제3항에 있어서,
상기 기준 지점 파악부는,
모든 일측 격자 지점과 모든 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되는 경우, 상기 일측 격자면과 상기 타측 격자면의 면적을 확장시키고,
모든 일측 격자 지점에 대해서 상기 타측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 동시에 상기 초기 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 적어도 하나의 일측 격자 지점이 없는 경우, 상기 일측 격자면의 중심을 소정의 방향으로 이동시키고,
모든 타측 격자 지점에 대해서 상기 일측 격자 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 동시에 상기 최종 지점 사이에 상기 장애물이 위치되지 않는 적어도 하나의 타측 격자 지점이 없는 경우, 상기 타측 격자면의 중심을 소정의 방향으로 이동시키는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제2항에 있어서,
상기 예상 지점 결정부는,
상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점 사이의 지점 중에서, 상기 일측 격자 지점으로부터 상기 일측 격자면과 상기 장애물과의 최소 거리 이하로 이격된 지점을 최초 일측 예상 지점으로 설정하고,
상기 일측 기준 지점과 상기 타측 기준 지점 사이의 지점 중에서, 상기 타측 격자 지점으로부터 상기 타측 격자면과 상기 장애물과의 최소 거리 이하로 이격된 지점을 최초 타측 예상 지점으로 설정하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제5항에 있어서,
상기 예상 지점 결정부는,
상기 로봇 팔 단부의 형상을 고려하여, 상기 일측 격자면으로부터 상기 최초 일측 예상 지점과의 거리 및 상기 타측 격자면으로부터 상기 최초 타측 예상 지점과의 거리를 산출하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제5항에 있어서,
상기 예상 지점 결정부는,
상기 장애물과의 이격된 거리와 관련된 조건인 미리 정해진 조건이 만족되는 최초 일측 예상 지점과 최초 타측 예상 지점을 최종 일측 예상 지점과 최종 타측 예상 지점으로 설정하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제7항에 있어서,
상기 예상 지점 결정부는,
상기 최초 일측 예상 지점이 상기 장애물과 이격된 정도와 상기 최초 일측 예상 지점과 이웃되는 지점이 상기 장애물과 이격된 정도 모두를 고려하여 상기 미리 정해진 조건이 만족되는지 여부를 판단하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충돌 발생 여부 확인부는,
상기 일측 예상 지점의 위치와 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 적어도 3개의 조인트부의 회전 각도를 기초로, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제9항에 있어서,
상기 충돌 발생 여부 확인부는,
상기 기준부가 상기 초기 지점, 상기 일측 예상 지점, 상기 타측 예상 지점 및 상기 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 예상 자세인 일측 예상 자세 후보군을 산출하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제10항에 있어서,
상기 충돌 발생 여부 확인부는,
상기 기준부가 상기 초기 지점, 상기 일측 예상 지점, 상기 타측 예상 지점 및 상기 최종 지점을 차례로 이동되는 경우, 이동되는 거리에 따라 일정한 비율로 각 각의 조인트 각도가 변화되는 것으로 가정하여, 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도 및 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 산출하고,
상기 일측 예상 지점 및 상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때 상기 제4 조인트부의 회전 각도, 상기 제5 조인트부의 회전 각도와 상기 제6 조인트부의 회전 각도를 Inverse Kinematics 알고리즘에 적용하여, 상기 일측 예상 자세 후보군을 산출하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제10항에 있어서,
상기 충돌 발생 여부 확인부는,
상기 기준부가 상기 초기 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 초기 자세와 상기 기준부가 상기 최종 지점에 위치될 경우 상기 로봇 팔의 자세인 최종 자세를 기초로 미리 정해진 기준이 만족되는 경우, Inverse Kinematics 알고리즘 내에 사용되는 변수로서 상기 제3 조인트부의 회전 각도가 산출되는데 영향을 주는 변수인IELBOW 변수의 부호를 상기 초기 자세의 기초가 되는 IELBOW변수의 부호와 동일하게 하고,
상기 초기 자세와 상기 최종 자세를 기초로 미리 정해진 기준이 만족되지 않는 경우, Inverse Kinematics 알고리즘 내에 사용되는 변수인 IELBOW변수의 부호를 미리 정해진 방법에 의해 결정하여,
상기 기준부가 상기 일측 예상 지점에 위치될 때의 상기 로봇 팔의 자세를 산출하는,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제12항에 있어서,
상기 미리 정해진 기준은,
상기 초기 자세의 기초가 되는 IELBOW변수의 부호와 상기 최종 자세의 기초가 되는 IELBOW변수의 부호가 동일한 것인지에 대한 조건 인,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.
제13항에 있어서,
상기 미리 정해진 방법은,
상기 제2 조인트부의 회전 속도와 상기 제3 조인트부의 회전 속도와 관련된 변수인 회전 각속도 변수의 최대 값이 가장 작은 예상 자세 후보군을 선택하는 방법인,
장애물 회피 경로 생성 시뮬레이션 시스템.