WO2025033942A1 - Method for evaluating and improving safety of robot - Google Patents
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
Definitions
- the present invention relates to a safety evaluation and safety improvement method of a robot.
- test robots can be installed in the same workspace as humans, accidents due to collisions frequently occur during operation. Therefore, what is essential for test robots is motion precision and motion safety.
- motion precision motor precision control technology has developed to reach a certain level, but in the case of motion safety, the technical perfection is very low compared to motion precision.
- test robot repeatedly stopped and started more than necessary, which reduced work efficiency and put a strain on the test robot.
- the task of the present invention is to provide a safety evaluation method and a safety improvement method of a robot, which improve the accuracy of safety evaluation by calculating collision pressure and collision force applied to a worker according to the moving speed and moving path of each part considering the shape of a test robot, and determining whether the calculated values correspond to the International Organization for Standardization (ISO) standards.
- ISO International Organization for Standardization
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information, mass information, and thermal information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, thermal information, and motion profile information of the test robot; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
- the test robot has at least one joint
- thermal information of the test robot includes at least one of temperature and thermal conductivity
- motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, contact time and thermal energy
- the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of a preset physical quantity.
- Another aspect of the present invention provides a method for improving the safety of a robot, comprising: a step of acquiring shape information, mass information, and thermal information of a test robot; a step of acquiring motion profile information of the test robot; a step of calculating a physical quantity applied to a collision target by considering injury-causing risk shape information, mass information, thermal information, and motion profile information of the test robot; a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity; and a step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
- the test robot has at least one joint
- thermal information of the test robot includes at least one of temperature and thermal conductivity
- motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, contact time and thermal energy
- the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the magnitude of a preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase safety or productivity.
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring shape information of the test robot as a single or combined shape of one or more basic units; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
- the test robot has at least one joint, and the shape information of the test robot of a single or combination of one or more basic units is directly input by a user, or is set by replacing the shape information of the test robot that has already been acquired with the shape of the basic unit, and the motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the size of the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
- a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring shape information of the test robot as a single or combined shape of one or more basic units; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity, and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
- the test robot has at least one joint, and the shape of the test robot of a single or combination of one or more basic units is directly input by a user, or is set by replacing the shape information of the test robot that has already been acquired with the shape of the basic unit, the motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase safety or productivity.
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring mass information of a test robot; acquiring measurement information of the test robot by measuring basic information that can be configured through a sensor; acquiring shape information by replacing the measurement information with shape information of two or more dimensions; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot, and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
- the test robot has at least one joint
- the measurement information includes two-dimensional or more data at a single or multiple points in time
- the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time
- the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity.
- a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring mass information of a test robot; acquiring measurement information of the test robot by measuring basic information that can be configured through a sensor; acquiring shape information by replacing the measurement information with shape information of two or more dimensions; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity, and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
- the test robot has at least one joint
- the measurement information includes two-dimensional or more data at a single or multiple points in time
- the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time
- the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase the safety or productivity.
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring spatial information; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and spatial information of the test robot; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
- the test robot has at least one joint
- the spatial information includes at least one of a work area of the test robot, a non-workable area of the test robot, and an obstacle area
- the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time
- the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity.
- a method for improving safety comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring spatial information; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and spatial information of the test robot; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity; and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
- the test robot has at least one joint
- the spatial information includes at least one of a work area of the test robot, an inoperable area of the test robot, and an obstacle area
- the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time
- the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity
- the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to utilize the spatial information to increase the safety or productivity.
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring measurement information of a sensor; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and the measurement information; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
- the test robot has at least one joint
- the measurement information includes at least one of position, velocity and acceleration information of a human body or a body part recognized by a sensor
- the motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy and contact time
- the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity.
- a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring measurement information of a sensor; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and the measurement information; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity; and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
- the test robot has at least one joint
- the measurement information includes at least one of position, velocity and acceleration information of a human body or a body part recognized by a sensor
- the motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy and contact time
- the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with the magnitude of a preset physical quantity
- the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase the safety or productivity.
- Figure 1 is a flow chart of a method for improving the safety of a robot according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a flowchart for explaining a detailed process for setting the movement time and movement path of the test robot in FIG. 1.
- Figure 3 is a schematic diagram illustrating a state in which an actual robot and a colliding object collide.
- Figure 4 is a drawing showing changes in the surface of a colliding body in Figure 3 that collides with an actual robot.
- Figure 5 is a drawing showing the three-dimensional shape of the test robot in Figure 1.
- Figure 6 is a drawing showing the size of the contact pressure applied to the impacted body according to the shape of each part of the test robot.
- Figure 7 is a drawing showing the values of collision pressure and collision force obtained through a 3D modeling program.
- Figure 8 is a diagram showing the control status of a robot that maximizes productivity and safety through speed control.
- Figure 9 is a drawing showing a state in which the path is modified by setting the joint angle to maximize safety.
- FIG. 10 is a flow chart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flow chart regarding a robot safety evaluation method including a technology for analyzing thermal hazards due to contact.
- Fig. 11 is a drawing for explaining the thermal risk according to contact time in the embodiment shown in Fig. 10.
- FIG. 12 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method by the shape of a basic unit according to another embodiment of the present invention.
- Figure 13 is a drawing schematically explaining a technology for automatically matching a unit shape to a robot shape in the present invention.
- Figure 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention.
- Figure 15 is a diagram for explaining the process of calculating shape information based on the image of a typical test robot in Figure 14.
- Figure 16 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention.
- Figure 17 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method according to another embodiment of the present invention.
- Figure 18 is a block diagram showing the sensor-integrated risk judgment/control intelligent device of Figure 17.
- FIG. 1 is a flowchart for a method for evaluating and improving the safety of a robot according to one embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a flowchart for explaining a detailed process for a step of setting the movement time and movement path of a test robot in FIG. 1.
- Fig. 3 is a drawing schematically illustrating a state in which an actual robot and a collided object collide
- Fig. 4 is a drawing illustrating surface changes of the collided object colliding with the actual robot in Fig. 3.
- Fig. 5 is a drawing illustrating a three-dimensional shape of the test robot in Fig. 1.
- the method for improving the safety of a robot includes a step of obtaining a three-dimensional shape of a test robot (S110), a step of setting a moving time and a moving path of the test robot (S120), a step of evaluating the safety of the test robot at regular intervals (S130), a step of calculating a maximum speed of the test robot in which the magnitude of collision pressure and collision force falls within a preset allowable safety standard, and a step of resetting the moving time and the moving path of the test robot (S150).
- a three-dimensional image or a three-dimensional model of the test robot (10) including shape information of the actual robot (R) is acquired.
- the test robot (10) may be formed as a three-dimensional image formed by inputting shape information of the robot (R) into a simulation program, or as a three-dimensional model formed through a three-dimensional measurement sensor. That is, the test robot (10) may be a three-dimensional image formed by inputting shape information of the actual robot (R) into a simulation program such as a CAE (Computer Aided Engineering) program, or as a three-dimensional model implemented through a three-dimensional measurement sensor and driven and controlled in the same way as the actual robot (R).
- a simulation program such as a CAE (Computer Aided Engineering) program
- the type of robot (R) being 3D modeled is not limited, but may be a collaborative robot that jointly processes work in a certain work space.
- a collaborative robot may be formed as a manipulator equipped with a mechanical hand at the tip to grasp and transport a specific object or perform a specific task.
- the test robot (10) may be formed to have a degree of freedom that allows movement in at least one direction among the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, the pitch direction, the yaw direction, and the roll direction. That is, the test robot (10) may be formed as a manipulator having at least one degree of freedom.
- the test robot (10) may be formed as a manipulator including at least two link parts (12) connected through joints (11) and an end effector (13) connected to one of the link parts (12).
- the end effector is a part that has a function of directly acting on a work target when the test robot (10) performs a work, and may be, for example, a mechanical hand of the manipulator.
- step (S120) of setting the movement time and movement path of the test robot profile information including the movement time information and movement path information of the test robot (10) is input to set the movement time and movement path of the test robot (10).
- the movement time and movement path of the test robot (10) can be set by inputting profile information including the movement time information and movement path information into the simulation program.
- the test robot (10) is a three-dimensional model
- the movement time and movement path of the test robot (10) can be set by inputting profile information including the movement time information and movement path information into the control system of the test robot (10).
- the method of controlling the operation of the test robot (10) through the simulation program and the control system of the robot is already a known technology, a detailed description thereof will be omitted.
- the shape, effective mass, moving speed, and direction of the injury-risk area of the test robot (10) are taken into consideration to obtain the collision pressure (P) and collision force (force, F C ) applied to the impacted body (20) at regular intervals, and the safety of the robot (R) is evaluated by determining whether the magnitude of the collision pressure and collision force obtained at regular intervals is within the magnitude of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ).
- the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) can be set to sizes according to the International Organization for Standardization (ISO) standards.
- the International Organization for Standardization (ISO) discloses the maximum allowable pressure and force that each part of the human body can withstand. Therefore, setting the maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) based on these standards can further improve the safety of the robot (R).
- the reason for obtaining the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the colliding body (20) by dividing them into a certain time unit is to reduce the amount of data for calculating the collision pressure (P) and collision force (F C ), thereby improving the calculation speed and preventing a load from being applied.
- the time determined in a certain unit may vary depending on the shape of the robot (10). That is, the more complex the shape of the robot (10), the shorter the unit time may be.
- the collision force (F C ) applied to the collided body (20) can be implemented through the following mathematical expression 1.
- the collided body (20) can be a human, and the effective mass (M i ) for the collision site of the test robot is calculated by the kinematic theory, and the effective mass (M h ) for the collision site of the collided body can be input by the user and determined in advance.
- the displacement (y i ) of the collision site of the test robot and the displacement (y h ) of the collision site of the collided body can be obtained through the CAE system.
- the collision pressure (P) applied to the impacted body (20) can be implemented through the following mathematical expression 2.
- the skin elasticity (K) of the impacted body and the skin thickness (h) of the impacted body can be input by the user through the CAE system and stored in advance.
- K skin elasticity of the impacted body
- h skin thickness of the impacted body
- the step of setting the movement time and movement path of the test robot may further include the step of setting an injury-risk area of the test robot (S121), the step of changing the posture of the test robot and calculating the collision pressure and collision force applied to the collided body, respectively (S122), the step of selecting and storing the minimum collision pressure and minimum collision force applied to the collided body (S123), and the step of changing the joint angle and moving the test robot (S124).
- the contact pressure applied to the impacted body (20) is calculated according to the shape of each part of the test robot (10), and at least one risk of injury-causing part of the test robot (10) is set using the calculated contact pressure value.
- each part of the test robot (10) for setting the risk of injury may be a circumferential surface, an upper surface, a lower surface, an upper edge, and a lower edge.
- the contact pressure applied to the impacted body (20) is calculated according to the shape of each part.
- the part with the largest value among the contact pressures or the part whose contact pressure exceeds a preset value can be selected as a part at risk of causing injury.
- the risk of injury-causing parts of the test robot (10) may be determined by one or more selections of the user. Specifically, the risk of injury-causing parts of the test robot (10) may be one or more selected from among the link part (12) and the end effector (13). In this way, if the risk of injury-causing parts of the test robot (10) are preset by the user, the step (S121) of setting the risk of injury-causing parts of the test robot may be omitted.
- the joint angle of the test robot (10) is adjusted to change the posture of the link part (12) and the end effector (13), and the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the collided body (20) by the injury-causing risk area according to the change in posture are calculated, respectively.
- the reason for calculating the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the collided body (20) by changing the posture of the robot (10) in this way is that the distance and contact area with the collided body (20) change depending on the change in posture of the link part (12) and the end effector (13), and as a result, the size of the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the collided body (20) also changes.
- the smallest values (hereinafter referred to as “minimum collision pressure (P MIN ) and minimum collision force (F MIN )”) among the collision pressure (P) and collision force (F C ) obtained in the previous step (S122) are selected and stored.
- the obtained minimum collision pressure (P MIN ) and minimum collision force (F MIN ) can be selected and stored at regular intervals.
- the test robot (10) is moved while changing the joint (11) angle at regular intervals to an angle corresponding to the minimum collision pressure (P MIN ) and the minimum collision force (F MIN ).
- step (S140) of calculating the maximum speed of the test robot so that the sizes of the collision pressure and the collision force fall within the preset allowable safety criteria if the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) are greater than the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), the maximum speed that satisfies the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) of the maximum collision pressure (P MAX ) and the maximum collision force (F MAX ) is calculated.
- the maximum speed is calculated so that the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) fall within the sizes of the maximum collision pressure (P MAX ) and the maximum collision force (F MAX ).
- the profile information is modified so that the test robot (10) can move at the maximum speed calculated in the previous step (S140) to reset the movement time and movement path of the test robot (10).
- the force applied to the impacted body (20) varies depending on the speed of the test robot (10). That is, if the moving speed is reduced, the force applied to the impacted body (20) is reduced, and as the force applied to the impacted body (20) is reduced, the pressure is also reduced. Therefore, if the profile information is modified so that the test robot (10) can move at the maximum speed calculated in the previous step (S140), it becomes possible to implement a robot that does not cause injury to the human body while the test robot (10) is moving at the maximum speed.
- the method for improving the safety of a robot can be obtained by simulating the size of the collision pressure and collision force applied to the collision target by the test robot. Since such a test robot is formed as a three-dimensional model robot or a three-dimensional image robot having a shape and driving motion similar to that of an actual robot, it is not necessary to have a separate device for obtaining the collision pressure, collision force, movement speed, etc. applied to the actual robot as in the past, so that a safety evaluation can be performed at a low cost.
- the posture of the test robot is controlled at regular intervals so that the size of the collision pressure and collision force satisfies the safety evaluation criteria, thereby improving the safety of the robot.
- the speed of the test robot is controlled to the maximum so that the magnitude of the collision pressure and collision force satisfies the safety evaluation criteria, so that the robot can move along the same movement path at the maximum speed while improving safety.
- Fig. 6 is a drawing showing the size of the contact pressure applied to the impacted body according to the shape of each part of the test robot
- Fig. 7 is a drawing showing the values of the collision pressure and the collision force obtained through a 3D modeling program.
- Fig. 8 is a drawing showing the control state of the robot that maximizes productivity and safety through speed control
- Fig. 9 is a drawing showing the state in which the path is modified by setting the joint angle to maximize safety.
- the user inputs shape information of an actual robot (R) into a simulation program to obtain a three-dimensional image test robot, or obtains a three-dimensional model test robot through a three-dimensional measurement sensor.
- the test robot (10) may be formed by a manipulator capable of moving in at least one direction among the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, the pitch direction, the yaw direction, and the roll direction. That is, the test robot (10) may be a manipulator having one or more degrees of freedom.
- profile information including movement time information and movement path information is input into the simulation program or robot system to set the movement time and movement path of the test robot (10). Accordingly, the test robot (10) performs a simulation in which it moves along the set movement path for a certain period of time.
- the contact pressure applied to the impacted body (20) is calculated, and at least one injury-causing risk part of the test robot (10) is set through the calculated contact pressure value.
- the injury-causing risk part may be either the part having the largest value among the calculated contact pressures or the part whose contact pressure exceeds the preset value, but in this embodiment, the end effector (13) and the link (12) are described as the injury-causing risk parts.
- the collision pressure (P) and the collision force (F C ) applied to the colliding body (20) are calculated by considering the effective mass, movement speed, and direction of the risk of injury-causing portion of the robot (10).
- the values of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) applied to the colliding body (20) from the end effector (13) and link (12), which are the risk of injury-causing portions can be expressed as shown in Fig. 7, and the method of calculating the values of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) is as described above, so it will be omitted.
- the robot (R) is determined to be safe, and conversely, if the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (FC) are greater than the sizes of the maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), the robot (R) is determined to be unsafe.
- the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) can be configured as sizes according to the International Organization for Standardization (ISO) standards.
- the joint angles of the test robot (10) are adjusted so that the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) of the test robot (10) fall within the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), as shown in FIG. 9, thereby changing the posture of the link part (12) and the end effector (13).
- the maximum speed of the test robot (10) is calculated so that the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) of the test robot (10) are within the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and the maximum collision force (F MAX ), and the calculated maximum speed is re-input into the profile to control the speed of the test robot (10) (above, prior art 1).
- FIG. 10 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and relates to a robot safety evaluation method including a technology for analyzing thermal hazards due to contact.
- the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information, mass information, and thermal information of a test robot (S310), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S320), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the shape information, mass information, thermal information, and motion profile information of the test robot that are at risk of causing injury (S330), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S340).
- the test robot has at least one joint, and the thermal information of the test robot includes at least one of temperature and thermal conductivity.
- the motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time.
- the safety is evaluated by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
- a method for improving the safety of a robot according to another embodiment of the present invention further includes a step (S350) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S340 of the flow chart of FIG. 10, thereby improving the safety or productivity of the robot.
- the robot safety assessment and safety improvement method is a risk analysis technique for an object that causes damage to the human body due to heat when a person comes into contact with or approaches a thermal hazard source, and can analyze thermal risk by considering the temperature of the object, thermal conductivity, contact area according to shape, collision detection of the test robot at the time of collision, and contact time between the human body and the object considering the physical properties of the human body and the test robot.
- Fig. 11 is a diagram for explaining thermal hazard according to contact time in the embodiment illustrated in Fig. 10.
- contact time can be calculated only if there is injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot.
- thermal hazard e.g., burn
- thermal information e.g., temperature
- Thermal hazard e.g. burn
- the depth of the burn is determined by the temperature of the substance causing it and the time of contact with the skin. For example, at 55 degrees Celsius, 10 seconds of contact will cause deep second-degree burns, and at 60 degrees Celsius, 5 seconds of contact will cause deep second-degree burns. At 40 to 45 degrees Celsius, skin burns can occur after 1 to 2 hours of contact.
- FIG. 12 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method by the shape of a basic unit according to another embodiment of the present invention.
- the robot safety evaluation method according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S410), a step of acquiring shape information of the test robot as a single or combined shape of one or more basic units (S420), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S430), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot (S440), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S450).
- Step S420 directly inputs shape information of a single or combination of one or more basic units of the test robot or sets shape information of a previously acquired test robot by replacing it with the shape of the basic unit.
- the motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating safety (S450) evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
- a method for improving robot safety further includes a step (S460) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S450 of the flow chart of FIG. 12, thereby improving the safety or productivity of the robot.
- FIG. 13 is a drawing schematically explaining a technology for automatically matching the unit shape to the shape of the robot in the present invention. As illustrated in FIG.
- the drawing illustrated on the left is a blueprint of a robot that was obtained in advance, which largely includes an end effector and a gripper, and, for example, can be simplified into a cylindrical unit digitized with two different radii (R1, R3) and a hemispherical unit digitized with a radius R2, as illustrated on the right, using the cylinder function and the sphere function of AutoCAD.
- FIG. 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention.
- the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of obtaining mass information of a test robot (S510), a step of measuring basic information that can be configured through sensors and the like to obtain measurement information of the test robot through the sensors (S520), a step of replacing the already obtained basic information with shape information of two or more dimensions to obtain shape information based on the measurement information (S530), a step of obtaining motion profile information of the test robot (S540), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that poses a risk of injury (S550), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the size of the calculated physical quantity (S560).
- the step (S520) of acquiring robot shape measurement information can be performed through basic information that can be configured through a sensor, for example, a camera, for example, a photo or a video, and the step (S530) of acquiring shape information based on the measurement information can be performed by replacing the basic information acquired in step S520 with shape information of two or more dimensions, for example, a drawing or a STEP file.
- a sensor for example, a camera, for example, a photo or a video
- the step (S530) of acquiring shape information based on the measurement information can be performed by replacing the basic information acquired in step S520 with shape information of two or more dimensions, for example, a drawing or a STEP file.
- the test robot has at least one joint, and the measurement information includes two-dimensional or higher-dimensional data at a single or multiple points in time.
- the motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time.
- the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
- a method for improving robot safety further includes a step (S570) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S560 of the flow chart of FIG. 14, thereby improving the safety or productivity of the robot.
- shape information of the test robot is not directly input, but shape information can be calculated based on image information such as a photo or video of the test robot.
- Fig. 15 is a diagram for explaining a process of calculating shape information based on an image of a general test robot. As illustrated in Fig. 15, in this embodiment, an image of a general test robot, as exemplified in the upper left, is captured using a camera, for example, a camera of a smartphone, and shape information is calculated by processing this with an application program for a 3D scanner installed in the smartphone, thereby finally obtaining shape information as illustrated in Fig. 13.
- FIG. 16 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention.
- the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S610), a step of acquiring spatial information (S620), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S630), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and spatial information of the test robot (S640), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the size of the calculated physical quantity (S650).
- the test robot has at least one joint
- the spatial information includes at least one of a work area of the test robot, an inoperable area of the test robot, and an obstacle area.
- the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time.
- the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of a preset physical quantity.
- a method for improving robot safety further includes a step (S660) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S650 of the flow chart of FIG. 16, thereby improving the safety or productivity of the robot.
- spatial information is essential information for calculating physical quantities that take into account not only collisions between the robot and a person, but also human entrapment collisions between the robot and an obstacle, including obstacles within the robot's work area.
- This spatial information can be taken into account in the step (S660) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile, including the robot's inoperable area.
- FIG. 17 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method according to another embodiment of the present invention, which can be performed using a sensor-integrated risk judgment/control intelligent device as illustrated in FIG. 18, and includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S710), a step of acquiring measurement information of a sensor (S720), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S730), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and measurement information through the sensor of the test robot (S740), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the size of the calculated physical quantity (S750).
- S710 shape information and mass information of a test robot
- S720 a step of acquiring measurement information of a sensor
- S730 a step of acquiring motion profile information of the test robot
- S740 a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering
- the test robot has at least one joint
- the measurement information is detection information of the sensor, and includes at least one of position information, velocity, and acceleration information of a human body or a body part recognized by the sensor.
- the motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time
- the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time.
- the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
- a method for improving robot safety further includes a step (S760) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S750 of the flow chart of FIG. 17, thereby improving the safety or productivity of the robot.
- the sensor-integrated risk judgment/control intelligent device obtains motion profile information from a test robot as illustrated in FIG. 18, and obtains measurement information from a sensor, for example, information including at least one of position information, velocity, and acceleration information of a human body or a body part recognized by the sensor as described above, to evaluate the safety of the robot, and based on this, performs calculations to improve safety and transmits modified motion profile information to the test robot to improve its safety.
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Abstract
Description
본 발명의 로봇의 안전성 평가 및 안전성 향상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a safety evaluation and safety improvement method of a robot.
근래 테스트 로봇의 고성능화의 실현으로 인해 운전 편의성의 극대화와 아울러, 테스트 로봇의 운행시 작업자와의 충돌 방지를 통한 안전성 확보를 위해서 여러 다양한 노력이 이루어지고 있다.Recently, with the realization of high-performance test robots, various efforts are being made to maximize operating convenience and ensure safety by preventing collisions with workers during operation of test robots.
이러한 테스트 로봇은 인간과 같은 작업 공간 내에 설치될 수 있음으로 작업시 충돌에 의한 사고가 빈번히 발생하게 된다. 따라서, 테스트 로봇에 있어서 필수적으로 요구되는 것은 모션의 정밀성과 모션의 안전성이다. 이 중에서 모션의 정밀성의 경우에는 모터 정밀제어 기술의 발전을 통해 현재 일정 궤도에 진입한 실정이나, 모션의 안전성의 경우에는 모션의 정밀성에 비교하여 기술적인 완성도가 매우 미비한 실정이다.Since these test robots can be installed in the same workspace as humans, accidents due to collisions frequently occur during operation. Therefore, what is essential for test robots is motion precision and motion safety. Among these, in the case of motion precision, motor precision control technology has developed to reach a certain level, but in the case of motion safety, the technical perfection is very low compared to motion precision.
특히 최근 들어 테스트 로봇 시스템에 있어서, 안전성(safety)이라는 용어가 핵심 화두로 떠오르면서 테스트 로봇의 안전성을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.In particular, with the term safety emerging as a key topic in test robot systems recently, various studies are being conducted to improve the safety of test robots.
그러나, 현재 개발된 대부분의 로봇의 안전성 평가 방법은 실제 테스트 로봇에 충돌 압력, 충돌 힘, 이동 속도 등을 구하기 위한 별도의 장치를 설치하여 평가하는 것이어서 평가 비용이 증가하는 문제가 있었다.However, most of the safety evaluation methods for currently developed robots involve installing separate devices on actual test robots to measure collision pressure, collision force, and movement speed, which increases the evaluation cost.
또한, 안전성 평가시 테스트 로봇은 필요 이상으로 정지와 작동을 반복하게 되므로 작업효율이 감소되고, 테스트 로봇에 무리가 가해지는 문제가 있었다.In addition, during safety evaluation, the test robot repeatedly stopped and started more than necessary, which reduced work efficiency and put a strain on the test robot.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 테스트 로봇의 이동에 따라 신체에 가해지는 충돌력을 측정하는 방법이 구현되었으나, 테스트 로봇의 충돌 부위의 형상과 관계없이 일정한 압력을 적용하여 충돌력을 측정하는 것이어서 안전성 평가의 정확도가 낮은 문제가 있었다.To solve these problems, a method was implemented to measure the collision force applied to the body according to the movement of the test robot. However, since the collision force was measured by applying a constant pressure regardless of the shape of the collision site of the test robot, there was a problem in that the accuracy of the safety evaluation was low.
본 발명의 과제는 테스트 로봇의 형상을 고려한 각 부위별 이동속도 및 이동경로에 따라 작업자에 가해지는 충돌 압력 및 충돌 힘을 산출하고, 산출된 값이 국제표준화기구(ISO) 규격에 해당하는 지를 판단하여 안전성 평가의 정확도가 향상된 로봇의 안전성 평가 방법 및 안전성 향상 방법을 제공함에 있다.The task of the present invention is to provide a safety evaluation method and a safety improvement method of a robot, which improve the accuracy of safety evaluation by calculating collision pressure and collision force applied to a worker according to the moving speed and moving path of each part considering the shape of a test robot, and determining whether the calculated values correspond to the International Organization for Standardization (ISO) standards.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보, 질량 정보 및 열적 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 열적 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계 및 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to one feature of the present invention for achieving the above-mentioned task, a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information, mass information, and thermal information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, thermal information, and motion profile information of the test robot; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 열적 정보는 온도 및 열전도율 중 적어도 하나를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지, 접촉시간 및 열에너지 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, thermal information of the test robot includes at least one of temperature and thermal conductivity, motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, contact time and thermal energy, and the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of a preset physical quantity.
본 발명의 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 형상 정보, 질량 정보 및 열적 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 열적 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계 및 상기 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계를 포함하여 이루어진다.Another aspect of the present invention provides a method for improving the safety of a robot, comprising: a step of acquiring shape information, mass information, and thermal information of a test robot; a step of acquiring motion profile information of the test robot; a step of calculating a physical quantity applied to a collision target by considering injury-causing risk shape information, mass information, thermal information, and motion profile information of the test robot; a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity; and a step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 열적 정보는 온도 및 열전도율 중 적어도 하나를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지, 접촉시간 및 열에너지 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가하고, 상기 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계는 안전성 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, thermal information of the test robot includes at least one of temperature and thermal conductivity, motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, contact time and thermal energy, and the step of evaluating safety evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the magnitude of a preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase safety or productivity.
본 발명의 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 형상 정보를 하나 또는 둘 이상의 기본 단위의 단일 또는 조합의 형상으로 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계 및 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계를 포함하여 이루어진다.A safety evaluation method of a robot according to another feature of the present invention comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring shape information of the test robot as a single or combined shape of one or more basic units; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 하나 또는 둘 이상의 기본 단위의 단일 또는 조합의 테스트 로봇의 형상 정보는 사용자로부터 직접 입력받거나, 기 획득한 테스트 로봇의 형상 정보를 기본 단위의 형상으로 치환하여 설정하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, and the shape information of the test robot of a single or combination of one or more basic units is directly input by a user, or is set by replacing the shape information of the test robot that has already been acquired with the shape of the basic unit, and the motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the size of the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 형상 정보를 하나 또는 둘 이상의 기본 단위의 단일 또는 조합의 형상으로 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계 및 상기 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to another feature of the present invention, a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring shape information of the test robot as a single or combined shape of one or more basic units; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity, and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 하나 또는 둘 이상의 기본 단위의 단일 또는 조합의 테스트 로봇의 형상으로 정보는 사용자로부터 직접 입력받거나, 기 획득한 테스트 로봇의 형상 정보를 기본 단위의 형상으로 치환하여 설정하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가하고, 상기 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계는 안전성 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, and the shape of the test robot of a single or combination of one or more basic units is directly input by a user, or is set by replacing the shape information of the test robot that has already been acquired with the shape of the basic unit, the motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase safety or productivity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 질량 정보를 획득하는 단계; 센서를 통해 구성할 수 있는 기본 정보를 계측하여 테스트 로봇의 계측 정보를 획득하는 단계; 상기 계측 정보를 2차원 이상의 형상 정보로 치환하여 형상 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계 및 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to another feature of the present invention, a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring mass information of a test robot; acquiring measurement information of the test robot by measuring basic information that can be configured through a sensor; acquiring shape information by replacing the measurement information with shape information of two or more dimensions; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot, and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 계측 정보는 단일 또는 복수 시점에서 2차원 또는 그 이상의 데이터를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, the measurement information includes two-dimensional or more data at a single or multiple points in time, the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 질량 정보를 획득하는 단계; 센서를 통해 구성할 수 있는 기본 정보를 계측하여 테스트 로봇의 계측 정보를 획득하는 단계; 상기 계측 정보를 2차원 이상의 형상 정보로 치환하여 형상 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계 및 상기 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to another feature of the present invention, a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring mass information of a test robot; acquiring measurement information of the test robot by measuring basic information that can be configured through a sensor; acquiring shape information by replacing the measurement information with shape information of two or more dimensions; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity, and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 계측 정보는 단일 또는 복수 시점에서 2차원 또는 그 이상의 데이터를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가하고, 상기 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계는 상기 안전성 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, the measurement information includes two-dimensional or more data at a single or multiple points in time, the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase the safety or productivity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보와 질량 정보를 획득하는 단계; 공간 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 공간 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계 및 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계를 포함하여 이루어진다.A safety evaluation method of a robot according to another feature of the present invention comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring spatial information; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and spatial information of the test robot; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 상기 공간 정보는 테스트 로봇의 작업 영역, 테스트 로봇의 작업 불가능 영역 및 장애물 영역 중 적어도 하나를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 상기 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, the spatial information includes at least one of a work area of the test robot, a non-workable area of the test robot, and an obstacle area, the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 형상 정보와 질량 정보를 획득하는 단계; 공간 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 공간 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계 및 상기 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계를 포함하여 이루어진다.A method for improving safety according to another feature of the present invention comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring spatial information; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and spatial information of the test robot; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity; and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 상기 공간 정보는 상기 테스트 로봇의 작업 영역, 테스트 로봇의 작업 불가능 영역 및 장애물 영역 중 적어도 하나를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가하고, 상기 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계는 상기 공간 정보를 활용하여 상기 안전성을 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, the spatial information includes at least one of a work area of the test robot, an inoperable area of the test robot, and an obstacle area, the motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time, the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to utilize the spatial information to increase the safety or productivity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보와 질량 정보를 획득하는 단계; 센서의 계측 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 상기 계측 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계 및 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계를 포함하여 이루어진다.A safety evaluation method of a robot according to another feature of the present invention comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring measurement information of a sensor; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and the measurement information; and evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 상기 계측 정보는 센서가 인식한 사람의 신체 또는 신체 일부의 위치, 속도 및 가속도 정보 중 적어도 하나를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 상기 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, the measurement information includes at least one of position, velocity and acceleration information of a human body or a body part recognized by a sensor, the motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy and contact time, and the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with a size of a preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 형상 정보와 질량 정보를 획득하는 단계; 센서의 계측 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 상기 계측 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계 및 상기 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to another feature of the present invention, a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring measurement information of a sensor; acquiring motion profile information of the test robot; calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and the measurement information; evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity; and modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the evaluated safety.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 상기 계측 정보는 센서가 인식한 사람의 신체 또는 신체 일부의 위치, 속도 및 가속도 정보 중 적어도 하나를 포함하며, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 상기 안전성을 평가하고, 상기 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계는 상기 안전성 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, the measurement information includes at least one of position, velocity and acceleration information of a human body or a body part recognized by a sensor, the motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy and contact time, the step of evaluating the safety evaluates the safety by comparing the calculated physical quantity with the magnitude of a preset physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase the safety or productivity.
본 발명에 따르면, 테스트 로봇에 대한 다양한 조건 및 환경에서의 안전성 평가 및 안전성 향상을 기대할 수 있다.According to the present invention, safety evaluation and safety improvement under various conditions and environments for a test robot can be expected.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 안전성 향상 방법에 대한 흐름도.Figure 1 is a flow chart of a method for improving the safety of a robot according to one embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 있어서, 테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 설정하는 단계에 대한 상세한 과정을 설명하기 위한 흐름도.FIG. 2 is a flowchart for explaining a detailed process for setting the movement time and movement path of the test robot in FIG. 1.
도 3은 실제 로봇과 피충돌체가 충돌하는 상태를 개략적으로 도시한 도면.Figure 3 is a schematic diagram illustrating a state in which an actual robot and a colliding object collide.
도 4는 도 3에 있어서, 실제 로봇과 충돌하는 피충돌체의 표면 변화를 도시한 도면.Figure 4 is a drawing showing changes in the surface of a colliding body in Figure 3 that collides with an actual robot.
도 5는 도 1에 있어서, 테스트 로봇의 3차원 형상을 도시한 도면.Figure 5 is a drawing showing the three-dimensional shape of the test robot in Figure 1.
도 6은 테스트 로봇의 부위별 형상에 따라 피충돌체에 가해지는 접촉압력의 크기를 도시한 도면.Figure 6 is a drawing showing the size of the contact pressure applied to the impacted body according to the shape of each part of the test robot.
도 7은 3D 모델링 프로그램을 통해 획득한 충돌 압력 및 충돌 힘의 값을 도시한 도면.Figure 7 is a drawing showing the values of collision pressure and collision force obtained through a 3D modeling program.
도 8은 속도 제어를 통해 생산성과 안전성을 최대로 구현한 로봇의 제어 상태를 도시한 도면.Figure 8 is a diagram showing the control status of a robot that maximizes productivity and safety through speed control.
도 9는 안전성을 최대로 높이기 위한 조인트 각도를 설정하여 경로를 수정한 상태를 도시한 도면.Figure 9 is a drawing showing a state in which the path is modified by setting the joint angle to maximize safety.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 접촉으로 인한 열적 위험원 분석 기술을 포함하는 로봇 안전성 평가 방법에 관한 흐름도.FIG. 10 is a flow chart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flow chart regarding a robot safety evaluation method including a technology for analyzing thermal hazards due to contact.
도 11은 도 10에 도시한 실시예에서 접촉 시간에 따른 열적 위험도를 설명하기 위한 도면.Fig. 11 is a drawing for explaining the thermal risk according to contact time in the embodiment shown in Fig. 10.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기본 단위의 형상에 의한 로봇 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.FIG. 12 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method by the shape of a basic unit according to another embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명에서 로봇의 형상에 맞게 자동으로 유닛 형상을 매칭하는 기술을 개략적으로 설명하기 위한 도면.Figure 13 is a drawing schematically explaining a technology for automatically matching a unit shape to a robot shape in the present invention.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.Figure 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention.
도 15는 도 14에서 일반적인 테스트 로봇의 이미지를 바탕으로 형상 정보를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도.Figure 15 is a diagram for explaining the process of calculating shape information based on the image of a typical test robot in Figure 14.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.Figure 16 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.Figure 17 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method according to another embodiment of the present invention.
도 18은 도 17에서 센서 통합형 위험 판단/제어 지능형 장치를 보인 블록 구성도.Figure 18 is a block diagram showing the sensor-integrated risk judgment/control intelligent device of Figure 17.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이러한 실시예들에 제한되지 않고, 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the idea of the present invention is not limited to these embodiments, and may be proposed differently by addition, change, deletion, etc. of components forming the embodiments, but this is also included in the idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 및 향상 방법에 대한 흐름도이고, 도 2는 도 1에 있어서 테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 설정하는 단계에 대한 상세한 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 1 is a flowchart for a method for evaluating and improving the safety of a robot according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart for explaining a detailed process for a step of setting the movement time and movement path of a test robot in FIG. 1.
도 3은 실제 로봇과 피충돌체가 충돌하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 있어서 실제 로봇과 충돌하는 피충돌체의 표면 변화를 도시한 도면이다. 도 5는 도 1에 있어서 테스트 로봇의 3차원 형상을 도시한 도면이다.Fig. 3 is a drawing schematically illustrating a state in which an actual robot and a collided object collide, and Fig. 4 is a drawing illustrating surface changes of the collided object colliding with the actual robot in Fig. 3. Fig. 5 is a drawing illustrating a three-dimensional shape of the test robot in Fig. 1.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 로봇의 안전성 향상 방법(S100)은 테스트 로봇의 3차원 형상을 획득하는 단계(S110), 테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 설정하는 단계(S120), 일정 시간마다 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S130), 충돌 압력 및 충돌 힘의 크기가 기 설정된 허용 안전 기준치 내에 해당하는 테스트 로봇의 최대 속도를 산출하는 단계 및 테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 재설정하는 단계(S150)를 포함한다.As illustrated in FIGS. 1 to 5, the method for improving the safety of a robot (S100) includes a step of obtaining a three-dimensional shape of a test robot (S110), a step of setting a moving time and a moving path of the test robot (S120), a step of evaluating the safety of the test robot at regular intervals (S130), a step of calculating a maximum speed of the test robot in which the magnitude of collision pressure and collision force falls within a preset allowable safety standard, and a step of resetting the moving time and the moving path of the test robot (S150).
테스트 로봇의 3차원 형상을 획득하는 단계(S110)에서는 실제 로봇(R)의 형상 정보를 포함하는 테스트 로봇(10)의 3차원 영상 또는 3차원 모형을 획득한다. 구체적으로, 테스트 로봇(10)은 시뮬레이션 프로그램에 로봇(R)의 형상 정보를 입력하여 형성된 3차원 영상 또는 3차원 계측 센서를 통해 형성된 3차원 모형으로 이루어질 수 있다. 즉, 테스트 로봇(10)은 CAE(Computer Aided Engineering) 프로그램 등과 같은 시뮬레이션 프로그램에 실제 로봇(R)의 형상 정보를 입력하여 형성된 3차원 영상이거나, 3차원 계측 센서를 통해 구현되며 실제 로봇(R)과 동일하게 구동 및 제어되는 3차원 모형으로 이루어질 수 있다.In the step (S110) of acquiring a three-dimensional shape of the test robot, a three-dimensional image or a three-dimensional model of the test robot (10) including shape information of the actual robot (R) is acquired. Specifically, the test robot (10) may be formed as a three-dimensional image formed by inputting shape information of the robot (R) into a simulation program, or as a three-dimensional model formed through a three-dimensional measurement sensor. That is, the test robot (10) may be a three-dimensional image formed by inputting shape information of the actual robot (R) into a simulation program such as a CAE (Computer Aided Engineering) program, or as a three-dimensional model implemented through a three-dimensional measurement sensor and driven and controlled in the same way as the actual robot (R).
3D 모델링되는 로봇(R)의 종류는 한정되지 않으나, 일정 작업 공간에서 공동으로 업무를 처리하는 협업 로봇일 수 있다. 이러한 협업 로봇은 선단에 기계 손(mechanical hand)을 구비하여 특정 물체를 파지 및 이송하거나, 특정 작업을 수행할 수 있도록 형성된 매니퓰레이터(manipulator)로 형성될 수 있다. 그리고 테스트 로봇(10)은 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, 피치(pitch) 방향, 요(yaw) 방향, 롤(roll) 방향 중 적어도 한 방향으로 이동이 가능한 자유도를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 테스트 로봇(10)은 적어도 1의 자유도를 갖는 매니퓰레이터로 형성될 수 있다.The type of robot (R) being 3D modeled is not limited, but may be a collaborative robot that jointly processes work in a certain work space. Such a collaborative robot may be formed as a manipulator equipped with a mechanical hand at the tip to grasp and transport a specific object or perform a specific task. In addition, the test robot (10) may be formed to have a degree of freedom that allows movement in at least one direction among the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, the pitch direction, the yaw direction, and the roll direction. That is, the test robot (10) may be formed as a manipulator having at least one degree of freedom.
구체적으로, 테스트 로봇(10)은 조인트(11)를 통해 연결된 적어도 2개의 링크부(12) 및 링크부(12) 중 하나에 연결된 엔드 이펙터(End-effector, 13)를 포함하는 매니퓰레이터로 형성될 수 있다. 여기서, 엔드 이펙터란 테스트 로봇(10)이 작업을 할 때 작업 대상에 직접적으로 작용하는 기능을 가진 부분으로, 예를 들어 매니퓰레이터의 기계 손일 수 있다.Specifically, the test robot (10) may be formed as a manipulator including at least two link parts (12) connected through joints (11) and an end effector (13) connected to one of the link parts (12). Here, the end effector is a part that has a function of directly acting on a work target when the test robot (10) performs a work, and may be, for example, a mechanical hand of the manipulator.
테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 설정하는 단계(S120)에서는 테스트 로봇(10)의 이동시간 정보 및 이동경로 정보를 포함하는 프로파일 정보를 입력하여 테스트 로봇(10)의 이동시간 및 이동경로를 설정한다. 예를 들어, 테스트 로봇(10)이 3차원 영상일 경우에는 시뮬레이션 프로그램에 이동시간 정보 및 이동경로 정보를 포함하는 프로파일 정보를 입력하여 테스트 로봇(10)의 이동시간 및 이동경로를 설정할 수 있다. 테스트 로봇(10)이 3차원 모형인 경우에는 테스트 로봇(10)의 제어 시스템에 이동시간 정보 및 이동경로 정보를 포함하는 프로파일 정보를 입력하여 테스트 로봇(10)의 이동시간 및 이동경로를 설정할 수 있다. 여기서, 시뮬레이션 프로그램 및 로봇의 제어 시스템을 통해 테스트 로봇(10)의 구동을 제어하는 방법은 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.In the step (S120) of setting the movement time and movement path of the test robot, profile information including the movement time information and movement path information of the test robot (10) is input to set the movement time and movement path of the test robot (10). For example, if the test robot (10) is a three-dimensional image, the movement time and movement path of the test robot (10) can be set by inputting profile information including the movement time information and movement path information into the simulation program. If the test robot (10) is a three-dimensional model, the movement time and movement path of the test robot (10) can be set by inputting profile information including the movement time information and movement path information into the control system of the test robot (10). Here, since the method of controlling the operation of the test robot (10) through the simulation program and the control system of the robot is already a known technology, a detailed description thereof will be omitted.
일정 시간마다 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S130)에서는 테스트 로봇(10)의 상해 유발 위험 부위에 대한 형상, 유효질량, 이동속도 및 방향을 고려하여 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(force, FC)을 일정 시간마다 획득하고, 일정 시간마다 획득한 충돌 압력 및 충돌 힘의 크기가 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기 내에 해당하는지를 판단하여 로봇(R)의 안전성을 평가한다.In the step (S130) of evaluating the safety of the robot at regular intervals, the shape, effective mass, moving speed, and direction of the injury-risk area of the test robot (10) are taken into consideration to obtain the collision pressure (P) and collision force (force, F C ) applied to the impacted body (20) at regular intervals, and the safety of the robot (R) is evaluated by determining whether the magnitude of the collision pressure and collision force obtained at regular intervals is within the magnitude of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ).
여기서, 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기는 국제표준화기구(ISO) 규격에 따르는 크기로 이루어질 수 있다. 국제표준화기구(ISO) 에는 사람의 신체 부위별로 견딜 수 있는 최대 허용 압력 및 허용 힘에 대하여 개시되어 있으므로, 이를 기준으로 하여 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기로 설정하면 로봇(R)의 안전성을 한층 향상시킬 수 있게 된다.Here, the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) can be set to sizes according to the International Organization for Standardization (ISO) standards. The International Organization for Standardization (ISO) discloses the maximum allowable pressure and force that each part of the human body can withstand. Therefore, setting the maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) based on these standards can further improve the safety of the robot (R).
피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)을 일정 시간 단위로 쪼개어 획득하는 이유는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)을 산출하기 위한 데이터의 양을 줄여 계산의 속도를 향상시키고, 부하가 걸리지 않도록 하기 위함이다. 여기서, 일정 단위로 정해지는 시간은 로봇(10)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 즉, 로봇(10)의 형상이 복잡할수록 단위 시간은 짧아질 수 있다.The reason for obtaining the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the colliding body (20) by dividing them into a certain time unit is to reduce the amount of data for calculating the collision pressure (P) and collision force (F C ), thereby improving the calculation speed and preventing a load from being applied. Here, the time determined in a certain unit may vary depending on the shape of the robot (10). That is, the more complex the shape of the robot (10), the shorter the unit time may be.
구체적으로, 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 힘(FC)은 하기 수학식 1을 통해 구현 가능하다. 여기서, 피충돌체(20)는 사람일 수 있으며, 테스트 로봇의 충돌 부위에 대한 유효 질량(Mi)은 기구학적 이론에 의해 산출되며 피충돌체의 충돌 부위에 대한 유효질량(Mh)은 사용자에 의해 입력되어 미리 정해질 수 있다. 테스트 로봇의 충돌부위 변위(yi), 피충돌체의 충돌부위 변위(yh)는 CAE시스템을 통해 구해질 수 있다.Specifically, the collision force (F C ) applied to the collided body (20) can be implemented through the following
Mi : 테스트 로봇의 충돌 부위에 대한 유효 질량M i : effective mass of the impact site of the test robot
Mh : 피충돌체의 충돌 부위에 대한 유효질량M h : effective mass of the impactor at the point of impact
FC : 충돌 힘F C : Collision force
yi : 테스트 로봇의 충돌부위 변위y i : Displacement of the impact site of the test robot
yh : 피충돌체의 충돌부위 변위y h : Displacement of the impact site of the colliding body
그리고, 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P)은 하기 수학식 2를 통해 구현 가능하다. 여기서, 피충돌체의 피부 탄성(K)과 피충돌체의 피부 두께(h)는 CAE 시스템을 통해 사용자에 의해 입력되어 미리 저장될 수 있다.And, the collision pressure (P) applied to the impacted body (20) can be implemented through the following
δ: 피충돌체의 피부 변형량,δ: amount of skin deformation of the impactor,
α: 테스트 로봇과 피충돌체 사이의 충돌 각,α: Collision angle between the test robot and the impactor,
Fc : 충돌 힘, p : 충돌 압력,F c : collision force, p : collision pressure,
K : 피충돌체의 피부 탄성, h : 피충돌체의 피부 두께,K: skin elasticity of the impacted body, h: skin thickness of the impacted body,
x, y : 충돌면 좌표계x, y: collision plane coordinate system
테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 설정하는 단계(S120)는 다시 테스트 로봇의 상해 유발 위험 부위를 설정하는 단계(S121), 테스트 로봇의 자세를 변화시키며 피충돌체에 가해지는 충돌 압력 및 충돌 힘을 각각 산출하는 단계(S122), 피충돌체에 가해지는 최소 충돌 압력 및 최소 충돌 힘을 선택 및 저장하는 단계(S123) 및 조인트 각도를 변화시키며 테스트 로봇을 이동시키는 단계(S124)를 더 포함할 수 있다.The step of setting the movement time and movement path of the test robot (S120) may further include the step of setting an injury-risk area of the test robot (S121), the step of changing the posture of the test robot and calculating the collision pressure and collision force applied to the collided body, respectively (S122), the step of selecting and storing the minimum collision pressure and minimum collision force applied to the collided body (S123), and the step of changing the joint angle and moving the test robot (S124).
테스트 로봇의 상해 유발 위험 부위를 설정하는 단계(S121)에서는 테스트 로봇(10)의 각 부위별 형상에 따라 피충돌체(20)에 가해지는 접촉압력을 산출하고, 산출된 접촉압력 값을 통해 테스트 로봇(10)에 대한 적어도 하나의 상해 유발 위험 부위를 설정한다.In the step (S121) of setting the risk of injury-causing parts of the test robot, the contact pressure applied to the impacted body (20) is calculated according to the shape of each part of the test robot (10), and at least one risk of injury-causing part of the test robot (10) is set using the calculated contact pressure value.
예를 들어, 테스트 로봇(10)이 원기둥 형태로 이루어진 경우, 상해 유발 위험 부위를 설정하기 위한 테스트 로봇(10)의 각 부위는 둘레 면, 상부 면, 하부 면, 상부 모서리 및 하부 모서리가 될 수 있다. 그리고, 각각의 부위별 형상에 따라 피충돌체(20)에 가해지는 접촉압력을 산출한다. 여기서, 접촉압력을 산출하는 방법은 P=F/A(P: 압력, F: 힘, A: 면적)의 관계식을 통해 계산 가능하다.For example, if the test robot (10) is formed in a cylindrical shape, each part of the test robot (10) for setting the risk of injury may be a circumferential surface, an upper surface, a lower surface, an upper edge, and a lower edge. Then, the contact pressure applied to the impacted body (20) is calculated according to the shape of each part. Here, the method for calculating the contact pressure can be calculated through the relationship P=F/A (P: pressure, F: force, A: area).
이러한 과정을 통해 테스트 로봇(10)의 각 부위에 대한 접촉압력이 산출되면, 접촉압력 중 가장 큰 값을 갖는 부위 또는 접촉압력이 기 설정된 값을 초과하는 부위 모두를 상해 유발 위험 부위로 선택할 수 있다.Through this process, when the contact pressure for each part of the test robot (10) is calculated, the part with the largest value among the contact pressures or the part whose contact pressure exceeds a preset value can be selected as a part at risk of causing injury.
한편, 테스트 로봇(10)의 상해 유발 위험 부위는 사용자의 선택에 의해 하나 또는 둘 이상으로 정해질 수도 있다. 구체적으로, 테스트 로봇(10)의 상해 유발 위험 부위는 링크부(12) 및 엔드 이펙터(13) 중 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 이처럼 테스트 로봇(10)의 상해 유발 위험 부위가 사용자에 의해 미리 설정된 경우에는 테스트 로봇의 상해 유발 위험 부위를 설정하는 단계(S121)를 생략할 수도 있다.Meanwhile, the risk of injury-causing parts of the test robot (10) may be determined by one or more selections of the user. Specifically, the risk of injury-causing parts of the test robot (10) may be one or more selected from among the link part (12) and the end effector (13). In this way, if the risk of injury-causing parts of the test robot (10) are preset by the user, the step (S121) of setting the risk of injury-causing parts of the test robot may be omitted.
테스트 로봇의 자세를 변화시키며 피충돌체에 가해지는 충돌 압력 및 충돌 힘을 각각 산출하는 단계(S122)에서는 테스트 로봇(10)의 조인트 각도를 조절하여 링크부(12) 및 엔드 이펙터(13)의 자세를 변화시키고, 자세의 변화에 따라 상해 유발 위험 부위에 의해 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)을 각각 산출한다.In the step (S122) of changing the posture of the test robot and calculating the collision pressure and collision force applied to the collided body, respectively, the joint angle of the test robot (10) is adjusted to change the posture of the link part (12) and the end effector (13), and the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the collided body (20) by the injury-causing risk area according to the change in posture are calculated, respectively.
이처럼 로봇(10)의 자세를 변화시키며 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)을 산출하는 이유는 링크부(12) 및 엔드 이펙터(13)의 자세 변화에 따라 피충돌체(20)와의 거리 및 접촉부위가 달라지고, 이로 인해 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기 또한 달라지게 되기 때문이다.The reason for calculating the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the collided body (20) by changing the posture of the robot (10) in this way is that the distance and contact area with the collided body (20) change depending on the change in posture of the link part (12) and the end effector (13), and as a result, the size of the collision pressure (P) and collision force (F C ) applied to the collided body (20) also changes.
피충돌체에 가해지는 최소 충돌 압력 및 최소 충돌 힘을 선택 및 저장하는 단계(S123)에서는 이전 단계(S122)에서 획득한 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC) 중 가장 작은 값(이하 “최소 충돌 압력(PMIN) 및 최소 충돌 힘(FMIN)”이라 한다.)을 선택 및 저장한다. 이때, 획득한 최소 충돌 압력(PMIN) 및 최소 충돌 힘(FMIN)은 일정 시간마다 선택되어 저장될 수 있다.In the step (S123) of selecting and storing the minimum collision pressure and minimum collision force applied to the colliding body, the smallest values (hereinafter referred to as “minimum collision pressure (P MIN ) and minimum collision force (F MIN )”) among the collision pressure (P) and collision force (F C ) obtained in the previous step (S122) are selected and stored. At this time, the obtained minimum collision pressure (P MIN ) and minimum collision force (F MIN ) can be selected and stored at regular intervals.
조인트 각도를 변화시키며 테스트 로봇을 이동시키는 단계(S124)에서는 최소 충돌 압력(PMIN) 및 최소 충돌 힘(FMIN)에 대응하는 각도로 조인트(11) 각도를 일정 시간마다 변화시키며 테스트 로봇(10)을 이동시킨다.In the step (S124) of moving the test robot while changing the joint angle, the test robot (10) is moved while changing the joint (11) angle at regular intervals to an angle corresponding to the minimum collision pressure (P MIN ) and the minimum collision force (F MIN ).
이처럼 테스트 로봇(10)의 자세의 변화에 따라 피충돌체(20)에 가해지는 최소 충돌 압력(PMIN) 및 최소 충돌 힘(FMIN)의 크기를 구하여 저장한 후, 이를 토대로 테스트 로봇(10)의 자세를 일정 시간마다 제어하면, 테스트 로봇(10)은 똑같은 이동속도 및 이동경로를 따라 이동하더라도 피충돌체(20)에 최소한의 충격이 가해지는 자세의 구현이 가능해지게 된다.In this way, by obtaining and storing the size of the minimum collision pressure (P MIN ) and minimum collision force (F MIN ) applied to the collided body (20) according to the change in the posture of the test robot (10), and then controlling the posture of the test robot (10) at regular intervals based on this, it becomes possible to implement a posture in which the minimum impact is applied to the collided body (20) even if the test robot (10) moves along the same movement speed and movement path.
충돌 압력 및 충돌 힘의 크기가 기 설정된 허용 안전 기준치 내에 해당하도록 테스트 로봇의 최대 속도를 산출하는 단계(S140)에서 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기보다 크면, 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기를 만족하는 최대 속도를 산출한다. 즉, 로봇(R)의 안전성이 확보되지 않으면, 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기 내에 해당하도록 최대 속도를 산출하는 것이다.In the step (S140) of calculating the maximum speed of the test robot so that the sizes of the collision pressure and the collision force fall within the preset allowable safety criteria, if the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) are greater than the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), the maximum speed that satisfies the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) of the maximum collision pressure (P MAX ) and the maximum collision force (F MAX ) is calculated. That is, if the safety of the robot (R) is not secured, the maximum speed is calculated so that the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) fall within the sizes of the maximum collision pressure (P MAX ) and the maximum collision force (F MAX ).
테스트 로봇의 이동시간 및 이동경로를 재설정하는 단계(S150)에서는 테스트 로봇(10)이 이전 단계(S140)에서 산출된 최대 속도로 움직일 수 있도록 프로파일 정보를 수정하여 테스트 로봇(10)의 이동시간 및 이동경로를 재설정한다.In the step (S150) of resetting the movement time and movement path of the test robot, the profile information is modified so that the test robot (10) can move at the maximum speed calculated in the previous step (S140) to reset the movement time and movement path of the test robot (10).
이는 테스트 로봇(10)의 속도에 따라 피충돌체(20)에 가해지는 힘이 달라지기 때문이다. 즉, 이동속도를 줄이면 피충돌체(20)에 가해지는 힘이 줄어들고, 이처럼 피충돌체(20)에 가해지는 힘이 줄어들면 압력 또한 줄어들기 때문에 이전 단계(S140)에서 산출된 최대 속도로 테스트 로봇(10)이 움직일 수 있도록 프로파일 정보를 수정한다면 테스트 로봇(10)은 최대 속도를 내면서도 인체에 상해를 입히지 않는 로봇의 구현이 가능해지게 된다.This is because the force applied to the impacted body (20) varies depending on the speed of the test robot (10). That is, if the moving speed is reduced, the force applied to the impacted body (20) is reduced, and as the force applied to the impacted body (20) is reduced, the pressure is also reduced. Therefore, if the profile information is modified so that the test robot (10) can move at the maximum speed calculated in the previous step (S140), it becomes possible to implement a robot that does not cause injury to the human body while the test robot (10) is moving at the maximum speed.
전술한 바와 같이, 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇에 의해 피충돌체에 가해지는 충돌 압력 및 충돌 힘의 크기를 시뮬레이션화 하여 획득할 수 있게 된다. 이러한 테스트 로봇은 실제 로봇과 유사한 형상 및 구동 동작을 갖는 3차원 모형 로봇 또는 3차원 영상 로봇으로 형성되므로, 종래와 같이 실제 로봇에 작용하는 충돌 압력, 충돌 힘, 이동 속도 등을 구하기 위한 별도의 장치를 구비하지 않아도 되므로, 저렴한 비용으로 안전성 평가를 수행할 수 있게 된다.As described above, the method for improving the safety of a robot can be obtained by simulating the size of the collision pressure and collision force applied to the collision target by the test robot. Since such a test robot is formed as a three-dimensional model robot or a three-dimensional image robot having a shape and driving motion similar to that of an actual robot, it is not necessary to have a separate device for obtaining the collision pressure, collision force, movement speed, etc. applied to the actual robot as in the past, so that a safety evaluation can be performed at a low cost.
또한, 테스트 로봇의 각 부위별 형상에 따라 피충돌체에 가해지는 접촉압력을 산출하여 상해 유발 위험 부위를 선택하고, 선택된 상해 유발 위험 부위에서 피충돌체에 가해지는 충돌 압력 및 충돌 힘을 산출하므로, 테스트 로봇의 형상에 대응하는 충돌 압력 및 충돌 힘을 구할 수 있게 된다. 즉, 종래에는 로봇의 형상과 관계없이 접촉압력을 일정하게 적용하여 피충돌체에 가해지는 충돌 압력 및 충돌 힘을 산출하므로, 산출된 값의 정확도가 낮은 단점이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 테스트 로봇의 부위별 형상에 따라 피충돌체에 가해지는 접촉압력을 산출하고 이 값을 통해 상해 유발 위험 부위를 선택하면, 테스트 로봇의 충돌부위의 형상에 대응하는 충돌 압력 및 충돌 힘을 구할 수 있게 되므로, 그 정확도가 향상될 수 있다.In addition, by calculating the contact pressure applied to the collided body according to the shape of each part of the test robot to select the injury-causing risk part, and calculating the collision pressure and collision force applied to the collided body at the selected injury-causing risk part, it is possible to obtain the collision pressure and collision force corresponding to the shape of the test robot. That is, in the past, since the collision pressure and collision force applied to the collided body were calculated by constantly applying the contact pressure regardless of the shape of the robot, there was a disadvantage in that the accuracy of the calculated values was low. However, by calculating the contact pressure applied to the collided body according to the shape of each part of the test robot as in the present invention and selecting the injury-causing risk part through this value, it is possible to obtain the collision pressure and collision force corresponding to the shape of the collision part of the test robot, and thus the accuracy can be improved.
또한, 피충돌체에 가해지는 충격 압력 및 충돌 힘의 크기가 테스트 로봇의 안전성 평가의 기준을 만족하지 않을 경우, 충돌 압력 및 충돌 힘의 크기가 안전성 평가 기준에 만족하도록 테스트 로봇의 자세를 일정시간마다 제어하므로, 로봇의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, if the size of the impact pressure and collision force applied to the colliding body does not satisfy the safety evaluation criteria of the test robot, the posture of the test robot is controlled at regular intervals so that the size of the collision pressure and collision force satisfies the safety evaluation criteria, thereby improving the safety of the robot.
아울러, 피충돌체에 가해지는 충격 압력 및 충돌 힘의 크기가 테스트 로봇의 안전성 평가의 기준을 만족하지 않을 경우, 충돌 압력 및 충돌 힘의 크기가 안전성 평가 기준에 만족하도록 테스트 로봇의 속도를 최대로 제어하므로 로봇은 안전성이 향상되면서도 동일한 이동경로를 최대 속도로 이동할 수 있게 된다.In addition, if the magnitude of the impact pressure and collision force applied to the colliding body does not satisfy the safety evaluation criteria of the test robot, the speed of the test robot is controlled to the maximum so that the magnitude of the collision pressure and collision force satisfies the safety evaluation criteria, so that the robot can move along the same movement path at the maximum speed while improving safety.
도 6은 테스트 로봇의 부위별 형상에 따라 피충돌체에 가해지는 접촉압력의 크기를 도시한 도면이고, 도 7은 3D 모델링 프로그램을 통해 획득한 충돌 압력 및 충돌 힘의 값을 도시한 도면이다. 도 8은 속도 제어를 통해 생산성과 안전성을 최대로 구현한 로봇의 제어 상태를 도시한 도면이고, 도 9는 안전성을 최대로 높이기 위하여 조인트 각도를 설정하여 경로를 수정한 상태를 도시한 도면이다.Fig. 6 is a drawing showing the size of the contact pressure applied to the impacted body according to the shape of each part of the test robot, and Fig. 7 is a drawing showing the values of the collision pressure and the collision force obtained through a 3D modeling program. Fig. 8 is a drawing showing the control state of the robot that maximizes productivity and safety through speed control, and Fig. 9 is a drawing showing the state in which the path is modified by setting the joint angle to maximize safety.
도 1 내지 도 9를 참조하여 로봇의 안전성 향상 방법의 과정을 설명하면 다음과 같다.The process of a method for improving the safety of a robot is explained as follows with reference to FIGS. 1 to 9.
먼저, 사용자가 시뮬레이션 프로그램에 실제 로봇(R)의 형상 정보를 입력하여 3차원 영상 테스트 로봇을 획득하거나, 3차원 계측 센서를 통해 3차원 모형 테스트 로봇을 획득한다. 여기서, 테스트 로봇(10)은 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, 피치(pitch) 방향, 요(yaw) 방향 및 롤(roll) 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동이 가능한 매니퓰레이터로 이루어질 수 있다. 즉, 테스트 로봇(10)은 1의 자유도 이상을 갖는 매니퓰레이터일 수 있다.First, the user inputs shape information of an actual robot (R) into a simulation program to obtain a three-dimensional image test robot, or obtains a three-dimensional model test robot through a three-dimensional measurement sensor. Here, the test robot (10) may be formed by a manipulator capable of moving in at least one direction among the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, the pitch direction, the yaw direction, and the roll direction. That is, the test robot (10) may be a manipulator having one or more degrees of freedom.
그리고, 시뮬레이션 프로그램 또는 로봇 시스템에 이동시간 정보 및 이동경로 정보를 포함하는 프로파일 정보를 입력하여 테스트 로봇(10)의 이동시간 및 이동경로를 설정한다. 이에 따라, 테스트 로봇(10)은 일정 시간 동안 정해진 이동경로를 따라 이동하는 시뮬레이션을 진행하게 된다.Then, profile information including movement time information and movement path information is input into the simulation program or robot system to set the movement time and movement path of the test robot (10). Accordingly, the test robot (10) performs a simulation in which it moves along the set movement path for a certain period of time.
그리고, 테스트 로봇(10)의 각 부위별 형상에 따라 피충돌체(20)에 가해지는 접촉압력을 산출하고, 산출된 접촉압력 값을 통해 테스트 로봇(10)에 대한 적어도 하나의 상해 유발 위험 부위를 설정한다. 이는 도 6에 도시된 바와 같이, 로봇의 부위별 형상에 따라 피충돌체(20)에 가해지는 접촉압력의 크기가 달라지기 때문이다. 여기서, 상해 유발 위험 부위는 산출된 접촉압력 중 가장 큰 값을 갖는 부위 또는 접촉압력이 기 설정된 값을 초과하는 부위 모두가 될 수 있으나, 본 실시예에서는 엔드 이펙터(13) 및 링크(12)를 상해 유발 위험 부위로 하여 설명한다.And, according to the shape of each part of the test robot (10), the contact pressure applied to the impacted body (20) is calculated, and at least one injury-causing risk part of the test robot (10) is set through the calculated contact pressure value. This is because, as illustrated in FIG. 6, the size of the contact pressure applied to the impacted body (20) varies depending on the shape of each part of the robot. Here, the injury-causing risk part may be either the part having the largest value among the calculated contact pressures or the part whose contact pressure exceeds the preset value, but in this embodiment, the end effector (13) and the link (12) are described as the injury-causing risk parts.
이렇게 로봇의 상해 유발 위험 부위가 설정되면, 로봇(10)의 상해 유발 위험 부위에 대한 유효질량, 이동속도 및 방향을 고려하여 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)을 산출한다. 여기서, 상해 유발 위험 부위인 엔드 이펙터(13) 및 링크(12)로부터 피충돌체(20)에 가해지는 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 값은 도 7에 도시된 바와 같이 나타날 수 있으며, 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 값을 산출하는 방법은 앞서 설명한 바와 같으므로 생략하기로 한다.When the risk of injury-causing portion of the robot is set in this way, the collision pressure (P) and the collision force (F C ) applied to the colliding body (20) are calculated by considering the effective mass, movement speed, and direction of the risk of injury-causing portion of the robot (10). Here, the values of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) applied to the colliding body (20) from the end effector (13) and link (12), which are the risk of injury-causing portions, can be expressed as shown in Fig. 7, and the method of calculating the values of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) is as described above, so it will be omitted.
이렇게 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 결정되면, 결정된 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기 내에 해당하는지를 판단한다. 즉, 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘 충돌 힘(FMAX)의 크기 내에 해당하면 로봇(R)은 안전한 것으로 판단하고, 반대로 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기 이상이면 로봇(R)은 안전하지 않은 것으로 판단하는 것이다. 여기서, 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘(FMAX)의 크기는 국제표준화기구(ISO) 규격에 따르는 크기로 이루어질 수 있다.Once the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) are determined in this way, it is determined whether the determined collision pressure (P) and the collision force (F C ) fall within the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ). In other words, if the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) fall within the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), the robot (R) is determined to be safe, and conversely, if the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (FC) are greater than the sizes of the maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), the robot (R) is determined to be unsafe. Here, the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) can be configured as sizes according to the International Organization for Standardization (ISO) standards.
만약, 로봇(R)이 안전하지 것으로 판단되면, 도 9에 도시된 바와 같이 테스트 로봇(10)의 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘 충돌 힘(FMAX)의 크기 내에 해당하도록 테스트 로봇(10)의 조인트 각도를 조절하여 링크부(12) 및 엔드 이펙터(13)의 자세를 변화시킨다.If the robot (R) is judged to be unsafe, the joint angles of the test robot (10) are adjusted so that the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) of the test robot (10) fall within the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ), as shown in FIG. 9, thereby changing the posture of the link part (12) and the end effector (13).
그리고, 로봇(R)이 안전하지 것으로 판단되면, 테스트 로봇(10)의 충돌 압력(P) 및 충돌 힘(FC)의 크기가 기 설정된 최대 충돌 압력(PMAX) 및 최대 충돌 힘 충돌 힘(FMAX)의 크기 내에 해당하는 테스트 로봇(10)의 최대 속도를 산출하고, 산출된 최대 속도를 프로파일에 재 입력하여 테스트 로봇(10)의 속도를 제어할 수 있다(이상 선행기술 1).And, if the robot (R) is judged to be unsafe, the maximum speed of the test robot (10) is calculated so that the sizes of the collision pressure (P) and the collision force (F C ) of the test robot (10) are within the sizes of the preset maximum collision pressure (P MAX ) and the maximum collision force (F MAX ), and the calculated maximum speed is re-input into the profile to control the speed of the test robot (10) (above, prior art 1).
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 접촉으로 인한 열적 위험원 분석 기술을 포함하는 로봇 안전성 평가 방법에 관한 것이다. 도 10에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은, 테스트 로봇의 형상 정보, 질량 정보 및 열적 정보를 획득하는 단계(S310), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S320), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 열적 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S330) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S340)를 포함한다.FIG. 10 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and relates to a robot safety evaluation method including a technology for analyzing thermal hazards due to contact. As illustrated in FIG. 10, the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information, mass information, and thermal information of a test robot (S310), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S320), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the shape information, mass information, thermal information, and motion profile information of the test robot that are at risk of causing injury (S330), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S340).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 열적 정보는 온도 및 열전도율 중 적어도 하나를 포함한다. 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉 시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계 S340에서는 산출된 물리량을 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.Here, the test robot has at least one joint, and the thermal information of the test robot includes at least one of temperature and thermal conductivity. The motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time. In the step S340 of evaluating safety, the safety is evaluated by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 도 10의 흐름도의 단계 S340에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S350)을 더 포함하는데, 이를 통해 로봇의 안전성이나 생산성을 높일 수가 있다.A method for improving the safety of a robot according to another embodiment of the present invention further includes a step (S350) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S340 of the flow chart of FIG. 10, thereby improving the safety or productivity of the robot.
본 실시예에 의한 로봇 안전성 평가 및 안전성 향상 방법은 사람이 열적 위험원에 접촉 또는 가까이 접근했을 때 열에 의해 인체의 손상을 주는 물체에 대한 위험도 분석 기술로서, 물체의 온도, 열 전도율, 형상에 따른 접촉 면적, 충돌 시의 테스트 로봇의 충돌 감지 및 인체와 테스트 로봇의 물성치 등을 고려한 인체와 물체의 접촉시간 등을 고려하여 열적 위험도 분석할 수 있다.The robot safety assessment and safety improvement method according to the present embodiment is a risk analysis technique for an object that causes damage to the human body due to heat when a person comes into contact with or approaches a thermal hazard source, and can analyze thermal risk by considering the temperature of the object, thermal conductivity, contact area according to shape, collision detection of the test robot at the time of collision, and contact time between the human body and the object considering the physical properties of the human body and the test robot.
도 11은 도 10에 도시한 실시예에서 접촉 시간에 따른 열적 위험도를 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참고하면, 접촉 시간은 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보가 있어야 산출할 수 있다. 또한, 접촉 시간과 열적정보(예를 들어 온도)를 통해서 열적 위험도(예를 들어, 화상)를 분석할 수 있다.Fig. 11 is a diagram for explaining thermal hazard according to contact time in the embodiment illustrated in Fig. 10. Referring to Fig. 11, contact time can be calculated only if there is injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot. In addition, thermal hazard (e.g., burn) can be analyzed through contact time and thermal information (e.g., temperature).
열적 위험도(예를 들어 화상) = f(접촉시간, 온도)Thermal hazard (e.g. burn) = f(contact time, temperature)
여기서, 화상은 이를 유발하는 물질의 온도와 피부와의 접촉 시간에 의해 그 깊이가 결정된다. 예를 들어 섭씨 55도에서는 10초 동안의 접촉으로, 섭씨 60도에서는 5초 동안의 접촉만으로 깊은 2도 화상까지 진행되며, 섭씨 40~45도에서도 1~2시간 접촉하게 되면 피부 화상이 일어날 수 있다.Here, the depth of the burn is determined by the temperature of the substance causing it and the time of contact with the skin. For example, at 55 degrees Celsius, 10 seconds of contact will cause deep second-degree burns, and at 60 degrees Celsius, 5 seconds of contact will cause deep second-degree burns. At 40 to 45 degrees Celsius, skin burns can occur after 1 to 2 hours of contact.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기본 단위의 형상에 의한 로봇 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계(S410), 테스트 로봇의 형상 정보를 하나 또는 두개 이상의 기본 단위의 단일 또는 조합의 형상으로 획득하는 단계(S420), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S430), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S440) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S450)를 포함하여 이루어진다.FIG. 12 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method by the shape of a basic unit according to another embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 12, the robot safety evaluation method according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S410), a step of acquiring shape information of the test robot as a single or combined shape of one or more basic units (S420), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S430), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, and motion profile information of the test robot (S440), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S450).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가진다. 단계 S420은 하나 또는 두개 이상의 기본 단위의 단일 또는 조합의 테스트 로봇의 형상 정보를 직접 입력하거나 기 획득한 테스트 로봇의 형상 정보를 기본 단위의 형상으로 치환하여 설정한다.Here, the test robot has at least one joint. Step S420 directly inputs shape information of a single or combination of one or more basic units of the test robot or sets shape information of a previously acquired test robot by replacing it with the shape of the basic unit.
테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉 시간 중 적어도 하나를 포함하며, 안전성을 평가하는 단계(S450)는 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.The motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating safety (S450) evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 향상 방법은 도 12의 흐름도의 단계 S450에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S460)을 더 포함하는데, 이를 통해 로봇의 안전성이나 생산성을 높일 수가 있다.A method for improving robot safety according to another embodiment of the present invention further includes a step (S460) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S450 of the flow chart of FIG. 12, thereby improving the safety or productivity of the robot.
한편, 충돌 힘과 압력은 충돌 부위의 형상에 따라 변하기 때문에 형상 정보를 포함하여 안전성을 평가한다. 하지만, 모든 형상을 전부 평가하기에는 컴퓨팅 파워가 많이 필요하기 때문에 기본적인 유닛 형상으로 치환하여 안전성을 평가할 수 있다. 이때, 로봇의 형상에 맞게 자동으로 유닛 형상을 매칭할 필요가 있는데, 도 13은 본 발명에서 로봇의 형상에 맞게 자동으로 유닛 형상을 매칭하는 기술을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 좌측에 도시한 도면은 사전 입수된 로봇의 설계도로서 크게 엔드 이펙터(end effector) 및 그립퍼(gripper)를 포함하고 있는데, 예를 들어 오토캐드의 원기둥(Cylinder) 기능과 구(Sphere) 기능 등을 통해 우측에 도시한 바와 같이 2개의 서로 다른 반경(R1, R3)으로 수치화된 원통 형상의 유닛과 반경 R2으로 수치화된 반구형 형상의 유닛으로 단순화될 수 있다.Meanwhile, since the collision force and pressure vary depending on the shape of the collision site, safety is evaluated by including shape information. However, since evaluating all shapes requires a lot of computing power, safety can be evaluated by substituting them with basic unit shapes. At this time, it is necessary to automatically match the unit shape to the shape of the robot, and FIG. 13 is a drawing schematically explaining a technology for automatically matching the unit shape to the shape of the robot in the present invention. As illustrated in FIG. 13, the drawing illustrated on the left is a blueprint of a robot that was obtained in advance, which largely includes an end effector and a gripper, and, for example, can be simplified into a cylindrical unit digitized with two different radii (R1, R3) and a hemispherical unit digitized with a radius R2, as illustrated on the right, using the cylinder function and the sphere function of AutoCAD.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 질량 정보를 획득하는 단계(S510), 센서 등을 통해 구성할 수 있는 기본 정보를 계측하여, 센서를 통해 테스트 로봇의 계측 정보를 획득하는 단계(S520), 기 획득한 기본 정보를 2차원 이상의 형상정보로 치환하여, 계측 정보를 바탕으로 형상 정보를 획득하는 단계(S530), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S540), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S550) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S560)를 포함한다.FIG. 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 14, the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of obtaining mass information of a test robot (S510), a step of measuring basic information that can be configured through sensors and the like to obtain measurement information of the test robot through the sensors (S520), a step of replacing the already obtained basic information with shape information of two or more dimensions to obtain shape information based on the measurement information (S530), a step of obtaining motion profile information of the test robot (S540), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that poses a risk of injury (S550), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the size of the calculated physical quantity (S560).
전술한 구성에서, 로봇 형상의 계측 정보를 획득하는 단계(S520)는 센서, 예를 들어 카메라 등을 통해 구성할 수 있는 기본 정보, 예를 들어 사진이나 동영상를 통해 수행될 수 있고, 계측 정보를 바탕으로 형상 정보를 획득하는 단계(S530)는 단계 S520에서 획득한 기본 정보를 2차원 이상의 형상 정보, 예를 들어 도면이나 스텝(STEP) 파일로 치환하여 수행될 수 있다.In the above-described configuration, the step (S520) of acquiring robot shape measurement information can be performed through basic information that can be configured through a sensor, for example, a camera, for example, a photo or a video, and the step (S530) of acquiring shape information based on the measurement information can be performed by replacing the basic information acquired in step S520 with shape information of two or more dimensions, for example, a drawing or a STEP file.
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 계측 정보는 단일 또는 복수 시점에서 2차원 또는 더 높은 차원의 데이터를 포함한다. 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S560)는 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.Here, the test robot has at least one joint, and the measurement information includes two-dimensional or higher-dimensional data at a single or multiple points in time. The motion profile information of the test robot includes at least one of the position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time. The step of evaluating safety (S560) evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 향상 방법은 도 14의 흐름도의 단계 S560에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S570)을 더 포함하는데, 이를 통해 로봇의 안전성이나 생산성을 높일 수가 있다.A method for improving robot safety according to another embodiment of the present invention further includes a step (S570) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S560 of the flow chart of FIG. 14, thereby improving the safety or productivity of the robot.
한편, 본 실시예에서는 테스트 로봇의 형상 정보를 직접 입력 받지 않고, 해당 테스트 로봇의 사진 또는 영상 등의 이미지 정보를 바탕으로 형상 정보를 계산할 수 있다. 도 15는 일반적인 테스트 로봇의 이미지를 바탕으로 형상 정보를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 카메라, 예를 들어 스마트폰의 카메라를 통해 좌측 상단에 예시된 일반적인 테스트 로봇의 이미지를 촬영하고, 이를 스마트폰에 탑재된 3D 스캐너용 애플리케이션 프로그램으로 처리하여 형상 정보를 계산함으로써 최종적으로 도 13에 도시한 바와 같은 형상 정보를 얻을 수가 있다.Meanwhile, in this embodiment, shape information of the test robot is not directly input, but shape information can be calculated based on image information such as a photo or video of the test robot. Fig. 15 is a diagram for explaining a process of calculating shape information based on an image of a general test robot. As illustrated in Fig. 15, in this embodiment, an image of a general test robot, as exemplified in the upper left, is captured using a camera, for example, a camera of a smartphone, and shape information is calculated by processing this with an application program for a 3D scanner installed in the smartphone, thereby finally obtaining shape information as illustrated in Fig. 13.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보와 질량 정보를 획득하는 단계(S610), 공간 정보를 획득하는 단계(S620), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S630), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 공간 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S640) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S650)를 포함하여 이루어진다.FIG. 16 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 16, the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S610), a step of acquiring spatial information (S620), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S630), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and spatial information of the test robot (S640), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the size of the calculated physical quantity (S650).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 공간 정보는 테스트 로봇의 작업 영역, 테스트 로봇의 작업 불가능 영역 및 장애물 영역 중 적어도 하나를 포함한다. 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S650)는 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.Here, the test robot has at least one joint, and the spatial information includes at least one of a work area of the test robot, an inoperable area of the test robot, and an obstacle area. The motion profile information of the test robot includes at least one of a position, a velocity, and an acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the calculated physical quantity includes at least one of a force, a pressure, an energy, and a contact time. The step of evaluating safety (S650) evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of a preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 향상 방법은 도 16의 흐름도의 단계 S650에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S660)을 더 포함하는데, 이를 통해 로봇의 안전성이나 생산성을 높일 수가 있다.A method for improving robot safety according to another embodiment of the present invention further includes a step (S660) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S650 of the flow chart of FIG. 16, thereby improving the safety or productivity of the robot.
전술한 구성에서, 공간 정보는 로봇의 작업 영역 내에 장애물을 포함하여 로봇과 사람의 충돌 뿐만 아니라 로봇과 장애물 사이의 사람의 끼임 충돌을 고려한 물리량을 산출함에 있어서 필수적인 정보이다. 이러한 공간 정보는 로봇의 작업 불가능 영역을 포함하여 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S660)에서 이를 고려할 수 있다.In the above-described configuration, spatial information is essential information for calculating physical quantities that take into account not only collisions between the robot and a person, but also human entrapment collisions between the robot and an obstacle, including obstacles within the robot's work area. This spatial information can be taken into account in the step (S660) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile, including the robot's inoperable area.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도 18에 도시한 바와 같은 센서 통합형 위험 판단/제어 지능형 장치를 이용하여 수행될 수 있는데, 테스트 로봇의 형상 정보와 질량 정보를 획득하는 단계(S710), 센서의 계측 정보를 획득하는 단계(S720), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S730), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 센서를 통한 계측 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S740) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S750)를 포함하여 이루어진다.FIG. 17 is a flowchart for explaining a robot safety evaluation method according to another embodiment of the present invention, which can be performed using a sensor-integrated risk judgment/control intelligent device as illustrated in FIG. 18, and includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S710), a step of acquiring measurement information of a sensor (S720), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S730), a step of calculating a physical quantity applied to a colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and measurement information through the sensor of the test robot (S740), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the size of the calculated physical quantity (S750).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 계측 정보는 센서의 감지 정보로서, 센서가 인식한 사람의 신체 또는 신체 일부의 위치 정보, 속도 및 가속도 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S750)는 산출된 물리량과 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.Here, the test robot has at least one joint, and the measurement information is detection information of the sensor, and includes at least one of position information, velocity, and acceleration information of a human body or a body part recognized by the sensor. The motion profile information of the test robot includes at least one of position, velocity, and acceleration of the joint at a single or multiple points in time, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time. The step of evaluating safety (S750) evaluates safety by comparing the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 향상 방법은 도 17의 흐름도의 단계 S750에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S760)을 더 포함하는데, 이를 통해 로봇의 안전성이나 생산성을 높일 수가 있다.A method for improving robot safety according to another embodiment of the present invention further includes a step (S760) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S750 of the flow chart of FIG. 17, thereby improving the safety or productivity of the robot.
한편, 본 실시예가 수행되는 센서 통합형 위험 판단/제어 지능형 장치는 도 18에 도시한 바와 같이 테스트 로봇으로부터는 동작 프로파일 정보를 획득하고, 센서로부터는 계측 정보, 예를 들어 전술한 바와 같이 센서가 인식한 사람의 신체 또는 신체 일부의 위치 정보, 속도 및 가속도 정보 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 획득하여 로봇의 안전성을 평가하고, 이를 바탕으로 안전성을 향상하기 위한 계산을 수행하여 수정된 동작 프로파일 정보를 테스트 로봇에 전달하여 그 안전성을 향상시킨다.Meanwhile, the sensor-integrated risk judgment/control intelligent device, in which the present embodiment is performed, obtains motion profile information from a test robot as illustrated in FIG. 18, and obtains measurement information from a sensor, for example, information including at least one of position information, velocity, and acceleration information of a human body or a body part recognized by the sensor as described above, to evaluate the safety of the robot, and based on this, performs calculations to improve safety and transmits modified motion profile information to the test robot to improve its safety.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, while the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below.
Claims (20)
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