KR20220159761A

KR20220159761A - 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇 및 협동로봇의 충돌감지 방법

Info

Publication number: KR20220159761A
Application number: KR1020210067776A
Authority: KR
Inventors: 박종훈; 허영진
Original assignee: 주식회사 뉴로메카
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2041-05-26
Also published as: WO2022250423A1; US12491636B2; KR102521151B1; EP4349540A4; CN117412840A; EP4349540A1; US20240286285A1

Abstract

본 발명은 복수 개의 다관절 암을 구비하는 본체로봇; 소정의 길이를 갖도록 연장 형성되는 부가축; 상기 부가축 상에서 직선 운동하도록 설치되어, 상기 본체로봇을 상기 부가축에 따라 이동하도록 하는 부가축로봇; 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇과 신호를 송수신하는 프로세서부를 포함하되, 상기 프로세서부는, 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇으로부터 데이터 신호를 획득하는 수신부; 획득한 데이터 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력연산부; 연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌판단부; 및 충돌 발생 여부에 따라 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇에 대해 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하는, 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇를 제공한다.

Description

충돌감지 기능을 갖는 협동로봇 및 협동로봇의 충돌감지 방법{COLLABORATIVE ROBOT WITH COLLISION DETECTIONG FUNCTION AND COLLISION DETECTION METHOD OF COLLABORATIVE ROBOT}

본 발명은 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇 및 이의 충돌감지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부가축로봇에 대한 추가적인 정보 없이도 본체로봇 상의 정보만으로 부가축에 대한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇 및 이의 충돌감지 방법 에 관한 것이다.

협동로봇(Collaborative Robot, COBOT)은 인간과 함께 작업하는 로봇으로 주로 생산현장에서 인간과 상호작용하도록 설계된 로봇을 의미한다. 종전 생산현장에서 사용되었던 산업용 로봇이 인간을 대체하는 역할로서 인간과 분리된 작업공간에서 사용되었다면, 협동로봇은 인간을 보완하는 역할로 인간과 함께 일하며 작업의 효율을 높일 수 있다.

최근에는 비대면 서비스를 위한 로봇 관련된 기술 개발이 활발히 이루어지 고 있으며, 특히 단순·반복·위험한 업무는 로봇이 진행하고 사람은 서비스에 집중할 수 있는 외식업 분야에서 협동로봇 도입에 대한 관심이 점점 높아지고 있다.

협동로봇으로 분류되는 6자유도 로봇 매니퓰레이터는 정밀한 위치제어를 수행하면서, 작업자와의 충돌 발생시 이를 감지하고 비상정지를 하도록 되어 있다. 이러한 충돌감지 기능은 협동로봇의 필수적인 기능이며 이 때문에 펜스 없이 설치되어 작업자와 협업이 가능하다는 장점이 있다.

하지만 상용 협동로봇을 사용한다 할지라도 로봇의 작업반경을 늘리기 위해 로봇에 부가축을 설치할 경우, 해당 부가축 직교로봇이 충돌감지 기능을 제공하지 않으면 전체 로봇시스템은 충돌에 대한 안전을 보장할 수 없다. 또한, 부가축 직교로봇의 충돌감지 기능을 제공하기 위해 별도의 장치를 설치하는 것은 상용 협동로봇의 생산성 및 경제성을 지나치게 저해하는 요소가 될 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0029286호 (2019.03.20. 공개)

본 발명의 목적은 충돌감지 경계값의 설정을 통해 부가축로봇에 대한 위치, 토크, 속도 등의 구체적 정보 없이도 본체로봇을 통해 획득하는 정보만으로 부가축에 대한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇 및 이의 충돌감지 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇은 복수 개의 다관절 암을 구비하는 본체로봇; 소정의 길이를 갖도록 연장 형성되는 부가축; 상기 부가축 상에서 직선 운동하도록 설치되어, 상기 본체로봇을 상기 부가축에 따라 이동하도록 하는 부가축로봇; 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇과 신호를 송수신하는 프로세서부를 포함하되, 상기 프로세서부는, 상기 본체로봇으로부터 데이터 신호를 획득하는 수신부; 획득한 데이터 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력연산부; 연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌판단부; 및 충돌 발생 여부에 따라 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇에 대해 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서 상기 충돌판단부는, 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇의 상태에 따라 선택될 수 있는 복수 개의 모드가 설정되며, 상기 복수 개의 모드에는 서로 다르게 설정된 충돌감지 경계값이 적용되는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서 상기 충돌판단부는, 상기 본체로봇이 동작 상태인 제1 모드에서 적용되는 제1 충돌감지 경계값; 및 상기 본체로봇이 정지 상태며 상기 부가축로봇이 동작 상태인 제2 모드에서 적용되되, 상기 제1 충돌감지 경계값과 서로 다른 값인 제2 충돌감지 경계값이 각각 설정되는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서 상기 제어부는, 연산된 외력값이 상기 제1 충돌감지 경계값을 초과하는 경우, 상기 본체로봇에 대해 동작 정지 제어 명령을 생성하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서 상기 제어부는, 연산된 외력값이 상기 제2 충돌감지 경계값을 초과하는 경우, 상기 본체로봇에 대해 동작 정지 제어 명령을 생성하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 협동로봇의 충돌감지 방법 은 데이터 신호를 획득하는 신호 수신 단계; 획득된 데이터 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력값 연산 단계; 연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여, 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌 판단 단계; 및 충돌 발생 여부에 따라 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어 명령 단계를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서 상기 충돌 판단 단계는, 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇의 상태에 따라 복수 개의 모드가 선택되며, 상기 복수 개의 모드에는 서로 다르게 설정된 충돌감지 경계값이 적용되는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서 상기 충돌 판단 단계는, 상기 본체로봇이 동작 상태인 제1 모드에서 적용되는 제1 충돌감지 경계값; 및 상기 본체로봇이 정지 상태며 상기 부가축로봇이 동작 상태인 제2 모드에서 적용되되, 상기 제1 충돌감지 경계값과 서로 다른 값인 제2 충돌감지 경계값이 각각 설정되는 것일 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

전술한 다양한 실시예에 따라, 본 발명에 의한 협동로봇의 충돌감지 기능 및 충돌감지 방법은, 부가축로봇에 별도의 충돌감지 알고리즘을 별도로 구현하지 않고 본체로봇의 충돌감지 기능만으로도 부가축로봇에 대한 충돌감지를 간접적으로 수행할 수 있다.

이에 따라 협동로봇에 대한 부가축로봇 구성시 충돌감지 기능을 위한 추가 비용이 요구되지 않게 되어 경제성 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.

이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1의 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇을 다른 각도에서 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 충돌감지 기능을 개념적으로 설명한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 협동로봇의 충돌감지 방법을 시간 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 구체적인 실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇의 사시도를, 도 2는 도 1의 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇을 다른 각도에서 나타낸 사시도를 각각 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇은 복수 개의 다관절 암을 구비하는 본체로봇(10); 소정의 길이를 갖도록 연장 형성되는 부가축(20); 상기 부가축(20) 상에서 직선 운동하도록 설치되어, 상기 본체로봇(10)을 상기 부가축(20)에 따라 이동하도록 하는 부가축로봇(30); 및 상기 본체로봇(10) 및 상기 부가축로봇(30)과 신호를 송수신하는 프로세서부(40)를 발명의 기본구조를 이루는 구성으로 포함할 수 있다.

본체로봇(10)은 협동로봇이 동작을 수행하기 위한 핸드 바디 부분을 이루는 구성으로, 다자유도의 움직임을 실현하기 위해 복수 개의 다관절 암(arm)을 구비한다. 이때, 다관절 암을 이루는 각각의 관절에는 관절을 회동 구동시키는 액추에이터가 구비되어, 당해 축을 기준으로 움직임 또는 기울임 등의 동작을 수행할 수 있다.

도시된 바와 같이, 본체로봇(10)의 일단부에는 공정에 필요한 그리퍼가 장착 되는 영역(A)이 형성된다. 즉, 본 발명의 협동로봇이 투입되는 공정의 종류에 따라, 작업 수행을 위해 필요한 그리퍼가 선택적으로 장착될 수 있으며, 또한 작업 변경 또는 공정 종료 시에는 탈착되는 영역(A)이 형성될 수 있다.

본체로봇(10)의 타단부는 부가축로봇(30)에 결합되어 장착될 수 있다. 따라서, 본체로봇(10)은 부가축로봇(30)과 일체로 이동할 수 있으며, 그 결과 부가축(20)이 이루는 추가적인 축의 길이 방향 반경을 따라 작업 반경이 확대될 수 있다. 즉, 본체로봇(10)은 부가축(20)이 이루는 1축의 가동 범위 내에서 이동하여, 해당 위치에서 작업을 수행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 부가축(20)은 본체로봇(10)의 작업 반경을 넓히기 위해 추가적으로 설치되는 것으로서, 소정의 가동 범위를 갖도록 연장 형성된다. 일례로, 부가축(20)은 협동로봇이 설치되는 베이스(1) 상면에 가로 또는 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 즉, 본체로봇(10)과는 별개로 설치되어, 다자유도 움직임을 갖는 상기 본체로봇(10)에 추가적인 1축 상의 직선 운동이 될 수 있는 영역을 안내한다.

예컨대, 6자유도를 갖는 다관절 로봇인 본체로봇(10)이 부가축(20)에 설치됨으로써, 전체적으로 하나의 축이 더해진 7축을 기준으로 움직임을 가질 수 있도록 한다. 위와 같은 방식으로 부가축(20)은 간단하고 유동적인 설치로 본체로봇(10)에 새로운 1축 움직임을 더해줄 수 있다.

부가축로봇(30)은 부가축(20) 상에서 직선 운동이 가능하도록 설치된다. 즉, 부가축로봇(30)은 부가축(20)이 안내하는 범위의 직선 축을 따라 전후 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 부가축로봇(30)은 본체로봇(10)와 결합되어 장착되도록 설계되며, 상기 본체로봇(10)과 결합된 상태에서 일체로 이동함으로써 상기 본체로봇(10)의 이동시키는 것일 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 부가축로봇(30)이 부가축(20) 상에서 직선 이동하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 일례로 부가축로봇(30)은 부가축(20) 상의 일측에 설치된 유압모터 등에 의해 동력을 전달받는 유압 방식으로 직선 운동을 하는 것일 수 있다. 또 다른 예로 부가축(20)이 소정의 가동 범위를 갖는 컨베이어 벨트 방식으로 설치되어, 컨베이어 벨트의 상면에 놓여진 부가축로봇(30)이 이송되는 것일 수 있다.

프로세서부(40)는 본체로봇(10) 및 부가축로봇(30)과 신호를 송수신하는 소프트웨어이로서, 수신한 신호를 기초로 상기 본체로봇(10)의 충돌 여부를 감지한 이후 제어 명령을 생성하여 송신하는 것을 특징으로 한다. 일례로 도시된 바와 같이 별도의 정보처리를 위해 설치된 하드웨어 장치인 제어기(2)에 내장되는 것일 수 있다. 또는, 본체로봇(10) 및/또는 부가축로봇(30)에 소프트웨어로서 각각 내장되되, 상호 신호의 송수신이 가능하도록 통신 연결되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 프로세서부(40)는, 본체로봇(10)으로부터 신호를 획득하는 수신부(41); 획득한 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력연산부(42); 연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌판단부(43); 및 충돌 발생 여부에 따라 상기 본체로봇(10) 및 상기 부가축로봇(30)에 대해 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어부(44)를 포함하는 것일 수 있다.

프로세서부(40)는 본체로봇(10) 및/또는 부가축로봇(30)에 발생하는 충돌을 인지하여 협동로봇의 안전 정지를 제어하는 역할을 한다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 프로세서부(40)의 구성도를, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 충돌감지 기능을 개념적으로 설명한 블록도를 각각 도시한다.

수신부(41)는 본체로봇(10)과 통신 연결되어 신호를 수신하며, 외력연산부(42)는 수신된 신호를 기초로 하여 충돌감지를 위해 필요한 외력값을 추정한다. 즉, 프로세선부는 데이터 신호를 수신하고, 수신한 신호를 변수로 하여 외력값을 추정하는 알고리즘이 내장된다.

이때, 수신부(41)가 수신하는 신호는 본체로봇(10)의 다관절 암에 부착된 관절토크센서의 데이터 신호이거나 또는 상기 본체로봇(10)의 각 관절에 인가되는 것으로 동역학 기반의 관측기로 계산되는 전류 데이터 신호일 수 있다. 또한, 수신되는 신호는 단일 값일 수도 있는 한편, 또는 복수 값일 수 있다. 이때, 복수의 모든 값들은 실제 본체로봇(10)에 가해지는 외력값을 추정하는 지표로 사용될 수 있어야 한다.

충돌판단부(43)는 본체로봇(10)의 충돌 발생 여부를 판단하기 위한 충돌감지 경계값이 설정된다. 충돌판단부(43)는 추정된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여, 기설정된 충돌감지 경계값을 초과하는 경우엔 충돌 발생 판단을 하고, 기설정된 충돌감지 경계값을 초과하지 못하는 경우엔 충돌 미발생 판단을 한다.

이때, 충돌감지 경계값은 실제 본체로봇(10)에 충돌이 발생하였을 때 추정되는 외력값이 충돌감지 경계값을 초과하도록 적절하게 설정되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 충돌판단부(43)는 본체로봇(10) 및 부가축로봇(30) 각각의 동작 여부에 따라 서로 다른 충돌감지 경계값이 적용되는 것을 특징으로 한다. 즉, 연산된 외력값에 대한 비교대상인 충돌감지 경계값이 본체로봇(10)의 동작 여부 또는 부가축로봇(30)의 동작 여부에 따라 서로 다른 값으로 기설정됨으로써, 각각의 상황에 대하여 서로 다른 충돌감지가 이루어질 수 있다.

충돌판단부(43)는 본체로봇(10) 및 부가축로봇(30)의 동작상태 또는 정지상태 여부에 따라 선택될 수 있는 복수 개의 모드가 설정되며, 상기 복수 개의 모드에는 서로 다르게 설정된 충돌감지 경계값이 적용된다.

다시 말해, 충돌판단부(43)가 선택할 수 있는 충돌 판단 모드로서 각기 서로 다른 제1 모드와 제2 모드를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 충돌판단부(43)는 제1 모드에서 적용되는 제1 충돌감지 경계값(S1)과 제2 모드에서 적용되되, 상기 제1 충돌감지 경계값(S1)보다 작은 값인 제2 충돌감지 경계값(S2)이 각각 설정되는 것일 수 있다.

제어부(44)는 충돌 발생 여부에 따라 본체로봇(10) 및/또는 부가축로봇(30)에 대해 서로 다른 제어 명령을 생성한다. 충돌판단부(43)에 의해 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30) 각각의 동작에 의하여 충돌이 발생한 것으로 판단되는 경우, 제어부(44)는 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30)에 대하여 작업 수행 정지를 위한 안전 정지 제어 명령을 각각 생성한다. 이와 달리, 충돌판단부(43)에 의해 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30) 각각의 동작에 의하여 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 제어부(44)는 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30)에 대하여 작업 수행을 위한 동작 제어 명령을 각각 생성한다.

즉, 프로세선부는 연산된 외력값을 기초로 본체로봇(10)에서의 충돌 발생 여부를 판단하며, 충돌 발생 여부에 따라 서로 다른 제어 명령을 생성하는 알고리즘이 내장된다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 대한 구체적인 실시 형태를 설명한다.

우선적으로 충돌판단부(43)는 본체로봇(10)의 동작 상태 또는 정지 상태 여부를 판단한다. 본체로봇(10)의 동작 상태는 상기 본체로봇(10)에 제어 토크가 인가됨으로써 다관절 암을 이용한 다축의 움직임 또는 기울임을 갖는 상태로, 작업 수행 중인 상태를 의미한다. 한편, 본체로봇(10)의 정지 상태는 상기 본체로봇(10)에 제어 토크가 인가되지 않아 움직임 또는 기울임을 갖지 않는 상태로, 작업을 수행하지 않는 상태를 의미한다.

이후, 충돌판단부(43)는 부가축로봇(30)의 동작 상태 또는 정지 상태 여부를 판단할 수 있다. 부가축로봇(30)의 동작 상태는 상기 부가축로봇(30)에 제어 토크가 인가됨으로써 부가축(20)을 따라 전진 또는 후진의 직선 운동을 하는 상태를 의미한다. 한편, 부가축로봇(30)의 정지 상태는 상기 부가축로봇(30)에 제어 토크가 인가되지 않아 직선 우동을 하지 않는 상태를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 충돌판단부(43)는 본체로봇(10)의 동작 상태에 있을 경우 제1 모드가 선택되는 것일 있다. 제1 모드가 선택된 충돌판단부(43)는 기설정된 제1 충돌감지 경계값(S1)이 적용되어 연산된 외력값과 비교된다. 연산된 외력값이 제1 충돌감지 경계값(S1)보다 큰 경우에 본체로봇(10)에 충돌이 발생한 것으로 판단하며, 연산된 외력값이 제1 충돌감지 경계값(S1)보다 작은 경우 본체로봇(10)에 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단한다.

상술한 바와 같이, 충돌판단부(43)가 제1 모드가 선택됨에 따라 본체로봇(10)의 움직임에 따른 충돌 발생 여부가 판단되며, 판단 결과는 제어부(44)와 공유된다. 충돌 발생 판단이 인식되는 경우, 제어부(44)는 본체로봇(10)에 대하여 안전 정지 제어 명령을 생성함으로써 본체로봇(10)에 인가되는 제어 토크를 차단한다. 이와 달리 충돌 미발생 판단이 인식되는 경우, 제어부(44)는 본체로봇(10)에 대하여 동작 제어 명령을 생성함으로써 본체로봇(10)에 제어 토크가 인가되도록 한다.

한편, 본체로봇(10)이 동작 상태이며 부가축로봇(30)이 정지 상태인 경우, 부가축로봇(30)에 대한 추가적인 충돌감지를 수행할 필요가 없다. 더욱이, 본체로봇(10)이 동작 상태이며 부가축로봇(30)이 동작 상태인 경우, 즉 본체로봇(10)과 부가축로봇(30)이 동시 제어되고 있는 경우에도, 본체로봇(10)에 대한 충돌감지가 정삭적으로 작동된다면 본체로봇(10)과 부가축로봇(30) 동시에 안전 정지 제어가 이루어질 수 있다.

제1 모드가 선택된 충돌판단부(43)는 본체로봇(10)에 대한 충돌감지만으로도 제어부(44)의 전체 로봇에 대한 안전 정지 제어 기능을 보장할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시에에 따른 제1 모드가 선택된 충돌판단부(43)는 부가축로봇(30)의 상태를 판단하지 않고, 본체로봇(10)에 대한 충돌 여부 판단을 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 충돌판단부(43)는, 본체로봇(10)이 정지 상태에 있으면 부가축로봇(30)의 동작 상태 또는 정지 상태 여부를 판단하며, 상기 부가축로봇(30)이 동작 상태에 있을 경우 제2 모드가 선택되는 것일 수 있다. 제2 모드가 선택된 충돌판단부(43)는 제2 충돌감지 경계값(S2)이 적용되어 연산된 외력값과 비교된다.

이때, 제2 충돌감지 경계값(S2)은 제1 충돌감지 경계값(S1)과 서로 다른 값을 가지는 것으로, 본체로봇(10)으로부터 연산된 외력으로 부가축로봇(30)의 이동으로 인해 발생하는 충돌감지를 간접적으로 수행하는 역할을 하도록 설정되는 것일 수 있다.

한편, 부가축로봇(30)의 이동으로 인한 충돌은 본체로봇(10)의 관성으로 인해, 실제로 상기 본체로봇(10)이 정지상태에서 발생하는 충돌보다 민감하게 외력이 추정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 제2 충돌감지 경계값(S2)은, 민감하게 추정되는 외력값에 대응하여 제1 충돌감지 경계값(S1)보다 큰 값이 설정되는 것일 수 있다.

상술한 바와 같이, 충돌판단부(43)가 제2 모드가 선택됨에 따라 부가축로봇(30)의 움직임에 따른 충돌 발생 여부가 판단되며, 판단 결과는 제어부(44)와 공유된다. 충돌 발생 판단이 인식되는 경우, 제어부(44)는 부가축로봇(30)에 대하여 안전 정지 제어 명령을 생성함으로써 부가축로봇(30)에 인가되는 제어 토크를 차단한다. 이와 달리 충돌 미발생 판단이 인식되는 경우, 제어부(44)는 부가축로봇(30)에 대하여 동작 제어 명령을 생성함으로써 본체로봇(10)에 제어 토크가 인가되도록 한다.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 협동로봇의 충돌감지 방법의 실시예를 상세히 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 협동로봇의 충돌감지 방법은 전술한 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇의 다양한 실시예가 마찬가지로 적용되는 것으로 이해되어야 할 것이며, 중복된 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 협동로봇의 충돌감지 방법을 시간 순서에 따라 나타낸 흐름도를 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 협동로봇의 충돌감지 방법은 부가축(20)이 본체로봇(10)과 부가축로봇(30)이 설치된 협동로봇의 충돌감지를 위한 것으로, 데이터 신호를 획득하는 신호 수신 단계; 획득된 데이터 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력값 연산 단계; 연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여, 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌 판단 단계; 및 충돌 발생 여부에 따라 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어 명령 단계를 방법의 기본 구조를 이루는 단계로 포함할 수 있다.

신호 수신 단계는 본체로봇(10)으로부터 데이터 신호를 수신하고, 이후 외력값 연산단계는 수신된 신호를 기초로 하여 충돌감지를 위해 필요한 외력값을 추정한다.

이때, 수신하는 신호는 본체로봇(10)의 다관절 암에 부착된 관절토크센서의 데이터 신호이거나 또는 상기 본체로봇(10)의 각 관절에 인가되는 것으로 동역학 기반의 관측기로 계산되는 전류 데이터 신호일 수 있다. 또한, 수신되는 신호는 단일 값일 수도 있는 한편, 또는 복수 값일 수 있다. 이때, 복수의 모든 값들은 실제 본체로봇(10)에 가해지는 외력값을 추정하는 지표로 사용될 수 있어야 한다.

충돌 판단 단계는 본체로봇(10)의 충돌 발생 여부를 판단하기 위해 기설정된 충돌감지 경계값을 추정된 외력값과 비교한다. 즉, 기설정된 충돌감지 경계값을 초과하는 경우엔 충돌 발생 판단을 하고, 기설정된 충돌감지 경계값을 초과하지 못하는 경우엔 충돌 미발생 판단을 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 충돌 판단 단계는, 본체로봇(10) 및 부가축로봇(30)의 상태에 따라 복수 개의 모드가 선택되며, 상기 복수 개의 모드에는 서로 다르게 설정된 충돌감지 경계값이 적용되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 충돌 판단 단계는, 본체로봇(10)이 동작 상태인 제1 모드에서 적용되는 제1 충돌감지 경계값(S1); 및 본체로봇(10)이 정지 상태며 상기 부가축로봇(30)이 동작 상태인 제2 모드에서 적용되되, 제1 충돌감지 경계값(S1)과 서로 다른 값인 제2 충돌감지 경계값(S2)이 각각 설정되는 것일 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 우선적으로 본체로봇(10)의 동작 상태 또는 정지 상태 여부를 판단한다. 본체로봇(10)의 동작 상태에 있을 경우 제1 모드가 선택되며, 기설정된 제1 충돌감지 경계값(S1)이 적용되어 연산된 외력값과 비교되는 방식으로 본체로봇(10)의 움직임에 의한 충돌 발생 여부가 판단된다.

이후, 부가축로봇(30)의 동작 상태 또는 정지 상태 여부를 판단한다. 보다 상세히는, 본체로봇(10)이 정지 상태에 있으면 부가축로봇(30)의 동작 상태 또는 정지 상태 여부를 판단하며, 상기 부가축로봇(30)이 동작 상태에 있을 경우 제2 모드가 될 수 있다. 기설정됨 제2 충돌감지 경계값(S2)이 적용되어 연산된 외력값과 비교되는 방식으로 부가축로봇(30)의 움직임에 의한 충돌 발생 여부가 판단된다.

제어 명령 단계는 충돌 발생 여부에 따라 본체로봇(10) 및/또는 부가축로봇(30)에 대해 서로 다른 제어 명령을 생성한다. 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30) 각각의 동작에 의하여 충돌이 발생한 것으로 판단되는 경우, 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30)에 대하여 작업 수행 정지를 위한 안전 정지 제어 명령을 각각 생성한다. 이와 달리, 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30) 각각의 동작에 의하여 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 본체로봇(10) 또는 부가축로봇(30)에 대하여 작업 수행을 위한 동작 제어 명령을 각각 생성한다.

전술한 다양한 실시예에 따라, 본 발명에 의한 협동로봇의 충돌감지 기능 및 충돌감지 방법은, 부가축로봇(30)에 별도의 충돌감지 알고리즘을 별도로 구현하지 않고 본체로봇(10)의 충돌감지 기능만으로도 부가축로봇(30)에 대한 충돌감지를 간접적으로 수행할 수 있다.

이에 따라 협동로봇에 대한 부가축로봇(30) 구성시 충돌감지 기능을 위한 추가 비용이 요구되지 않게 되어 경제성 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이지 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 본체로봇 20: 부가축
30: 부가축로봇 40: 프로세서부
41: 수신부 42: 외력연산부
43: 충돌판단부 44: 제어부

Claims

복수 개의 다관절 암을 구비하는 본체로봇;
소정의 길이를 갖도록 연장 형성되는 부가축;
상기 부가축 상에서 직선 운동하도록 설치되어, 상기 본체로봇을 상기 부가축에 따라 이동하도록 하는 부가축로봇;
상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇과 신호를 송수신하는 프로세서부를 포함하되,
상기 프로세서부는,
상기 본체로봇으로부터 데이터 신호를 획득하는 수신부;
획득한 데이터 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력연산부;
연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌판단부; 및
충돌 발생 여부에 따라 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇에 대해 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하는, 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇.
제1항에 있어서,
상기 충돌판단부는, 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇의 상태에 따라 선택될 수 있는 복수 개의 모드가 설정되며, 상기 복수 개의 모드에는 서로 다르게 설정된 충돌감지 경계값이 적용되는 것을 특징으로 하는, 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇.
제2항에 있어서,
상기 충돌판단부는, 상기 본체로봇이 동작 상태인 제1 모드에서 적용되는 제1 충돌감지 경계값; 및 상기 본체로봇이 정지 상태며 상기 부가축로봇이 동작 상태인 제2 모드에서 적용되되, 상기 제1 충돌감지 경계값과 서로 다른 값인 제2 충돌감지 경계값이 각각 설정되는 것을 특징으로 하는, 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇.
제3항에 있어서,
상기 제어부는, 연산된 외력값이 상기 제1 충돌감지 경계값을 초과하는 경우, 상기 본체로봇에 대해 동작 정지 제어 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는, 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇.
제4항에 있어서,
상기 제어부는, 연산된 외력값이 상기 제2 충돌감지 경계값을 초과하는 경우, 상기 본체로봇에 대해 동작 정지 제어 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는, 충돌감지 기능을 갖는 협동로봇.
본체로봇과 부가축로봇을 포함하는 협동로봇의 충돌감지 방법에 있어서,
데이터 신호를 획득하는 신호 수신 단계;
획득된 데이터 신호를 변수로 하여 외력값을 연산하는 외력값 연산 단계;
연산된 외력값을 기설정된 충돌감지 경계값과 비교하여, 충돌 발생 여부를 판단하는 충돌 판단 단계; 및
충돌 발생 여부에 따라 서로 다른 제어 명령을 생성하는 제어 명령 단계를 포함하는, 협동로봇의 충돌감지 방법.
제6항에 있어서,
상기 충돌 판단 단계는, 상기 본체로봇 및 상기 부가축로봇의 상태에 따라 복수 개의 모드가 선택되며, 상기 복수 개의 모드에는 서로 다르게 설정된 충돌감지 경계값이 적용되는 것을 특징으로 하는, 협동로봇의 충돌감지 방법.
제7항에 있어서,
상기 충돌 판단 단계는, 상기 본체로봇이 동작 상태인 제1 모드에서 적용되는 제1 충돌감지 경계값; 및 상기 본체로봇이 정지 상태며 상기 부가축로봇이 동작 상태인 제2 모드에서 적용되되, 상기 제1 충돌감지 경계값과 서로 다른 값인 제2 충돌감지 경계값이 각각 설정되는 것을 특징으로 하는, 협동로봇의 충돌감지 방법.