WO2025033944A1 - 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 and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that are at risk of causing injury; and evaluating the safety of the test robot by considering the calculated physical quantity and the possibility of collision.
- the test robot has at least one joint
- 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person
- 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 considering the calculated physical quantity and the possibility of collision and the size of the preset physical quantity.
- the step of evaluating safety by considering the above-described calculated physical quantity and the possibility of collision and the size of the preset physical quantity comprises: a step of obtaining operation profile information of a human and a robot; a step of listing a plurality of candidate groups for a human to act; a step of calculating a probability for each of the above-described action candidate groups; a step of determining whether or not there is a collision by considering each of the above-described action candidate groups and the operation profile of the robot; a step of calculating the probability of each of the above-described action candidate groups, the presence or absence of collision, and the multiplication value of the above-described calculated physical quantity as an individual expected physical quantity; a step of calculating a total expected physical quantity by adding up all of the above-described individual expected physical quantities; and a step of evaluating safety by comparing the total expected physical quantity with the size of the 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 and mass information of a test robot; a step of acquiring motion profile information of the test robot; a step of acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that may cause injury; a step of evaluating the safety of the test robot by considering the calculated physical quantity and the possibility of collision; 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, and 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, and 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 considering the calculated physical quantity and the possibility of collision and 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.
- the step of evaluating safety by considering the above-described calculated physical quantity and the possibility of collision and the size of the preset physical quantity comprises: a step of obtaining operation profile information of a human and a robot; a step of listing a plurality of candidate groups for a human to act; a step of calculating a probability for each of the above-described action candidate groups; a step of determining whether or not there is a collision by considering each of the above-described action candidate groups and the operation profile of the robot; a step of calculating the probability of each of the above-described action candidate groups, the presence or absence of collision, and the multiplication value of the above-described calculated physical quantity as an individual expected physical quantity; a step of calculating a total expected physical quantity by adding up all of the above-described individual expected physical quantities; and a step of evaluating safety by comparing the total expected physical quantity with the size of the preset physical quantity.
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and motion profile information of the person; 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 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person
- 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 calculating the total expected physical quantity applied to the colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and human motion profile information of the test robot comprises the steps of: obtaining motion profile information of the human and the robot; listing a plurality of candidate groups in which the human will act; calculating a probability for each of the action candidate groups; calculating an individual collision physical quantity according to each of the action candidate groups and the motion profile of the robot; calculating the multiplication value of the probability of each of the action candidate groups and the individual collision physical quantity as an individual expected physical quantity; and calculating the total expected physical quantity by adding up all of the individual expected physical quantities.
- a method for improving the safety of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and motion profile information of the person; 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 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, and 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 magnitude of the calculated physical quantity with a 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.
- the step of calculating the physical quantity applied to the colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information and human motion profile information of the test robot comprises the steps of: obtaining motion profile information of the human and the robot; listing a plurality of candidate groups in which the human will act; calculating a probability for each of the above-described action candidate groups; calculating an individual collision physical quantity according to each of the above-described action candidate groups and the motion profile of the robot; calculating the multiplication value of the probability of each of the above-described action candidate groups and the individual collision physical quantity as an individual expected physical quantity; and calculating a total expected physical quantity by adding up all of the above-described individual expected physical quantities.
- a safety evaluation method of a robot comprises the steps of: acquiring shape information and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; setting spatial information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the spatial information of the person, shape information, mass information, and motion profile information of a risk of injury inducing 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 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
- the spatial information of the person is set to one or more of the following: a space of a specific fixed position, a space of a relative position with respect to the test robot, a space at a specific time, a space of a specific position detected by a sensor or a space of a position predicted by information of a sensor, a space including information on one or more body parts of the person, and a space including information on a specific direction or arbitrary direction that the person is looking at
- 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 motion profile information of the test robot; setting spatial information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the spatial information of the person, shape information, mass information, and motion profile information of a risk of injury inducing 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 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
- the spatial information of the person is set to one or more of a space of a specific fixed position, a space of a relative position with respect to the test robot, a space at a specific time, a space of a specific position detected by a sensor or a space of a position predicted by information of a sensor, a space including information on one or more body parts of the person, and a space including information on a specific direction or arbitrary direction that the person is looking at
- the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time
- the step of evaluating the safety compares the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity to evaluate the safety
- the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase 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 flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that takes into account the paths of a robot and a person.
- FIG. 11 is a drawing for exemplarily explaining a process for evaluating safety by considering collision physical quantities and collision probability in the embodiment of FIG. 10.
- FIG. 12 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that takes into account the paths of a robot and a person.
- Fig. 13 is a drawing for exemplarily explaining a process for evaluating safety by considering the size of the physical quantity calculated in the embodiment of Fig. 12.
- FIG. 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that takes human spatial information into account according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 15 is a drawing for exemplarily explaining a method for defining spatial information of a person in the embodiment of FIG. 14.
- FIG. 16 is a drawing for exemplarily explaining a case of defining a specific fixed space in which a person is located in the embodiment of FIG. 14.
- FIG. 17 is a drawing for exemplarily explaining a case of defining a relative space in which a person is located with respect to a robot in the embodiment of FIG. 14.
- FIG. 18 is a drawing for exemplarily explaining a case of defining a space in which a person is located at a specific time for a robot in the embodiment of FIG. 14.
- FIG. 19 is a drawing for exemplarily explaining the actual position of a person over time and the person area set by the sensor in the sensor detection range (space) for a fixed robot or a mobile robot in the embodiment of FIG. 14.
- FIG. 20 is a drawing for exemplarily explaining a space in which one or more human body parts are positioned for a fixed robot or a mobile robot in the embodiment of FIG. 14.
- FIG. 21 is a drawing for exemplarily explaining a case in which a space including information on a specific direction or arbitrary direction that a person is looking at is defined in the embodiment of FIG. 14.
- Fig. 22 is a drawing for explaining a collision analysis process that takes into account the direction in which a person is looking in the embodiment of Fig. 14.
- 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-causing 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, if the maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) are set based on these, the stability of the robot (R) can be further improved.
- 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 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that considers paths of a robot and a person. As illustrated in FIG.
- the safety evaluation method of a robot includes a step of obtaining shape information and mass information of a test robot (S205), a step of obtaining motion profile information of the test robot (S210), a step of obtaining motion profile information of a person who has a possibility of collision with the test robot (S215), a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that are at risk of causing injury (S220), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the calculated physical quantity and the possibility of collision (S225).
- the test robot has at least one joint
- 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration, and a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person
- 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 considering the size of the calculated physical quantity and the possibility of collision.
- a method for improving the safety of a robot according to another embodiment of the present invention further includes a step (S230) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S225 of FIG. 10.
- the test robot has at least one joint, 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.
- the motion profile information of the person includes at least one of the current position, velocity, and acceleration of the person and the predicted future position, velocity, and acceleration, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time.
- the step of evaluating safety evaluates safety by considering the size of the calculated physical quantity and the possibility of collision, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile (S230) is provided to increase safety or productivity.
- Fig. 11 is a drawing for exemplarily explaining a process for evaluating safety by considering the physical quantity and collision probability calculated in the embodiment of Fig. 10. As shown in Fig. 11, the process of evaluating the safety of a robot by considering the collision physical quantity and collision probability and improving safety based on this consists of the following steps.
- Step 1 Obtaining current human and robot motion profiles
- Step 2 List multiple possible actions for the person to take (e.g. go straight, right, left)
- Step 3 Calculate the probability for each action candidate in Step 2.
- Step 4 Determine whether there is a collision by considering each action candidate from Step 2 and the robot's motion profile.
- Step 5 Calculate the individual expected physical quantity by multiplying the probability of each action candidate group in Step 3 and the collision status and calculated physical quantity in Step 4.
- Step 6 Add up the individual expected physical quantities from Step 5 to calculate the total expected physical quantity.
- Step 7 Compare the total expected physical quantity from Step 6 with the allowable value.
- Step 8 Modify the robot's motion profile or propose a modified motion profile so that the total expected physical quantity of Step 7 is less than the allowable value.
- the robot moves straight and its collision physical quantity (C) is 4.
- step 7 which is the safety assessment step described above, the safety is evaluated by comparing the total expected physical quantity (E) with the allowable value, and if the total expected physical quantity (E) exceeds the allowable value, the preset motion profile of the robot is modified so that the total expected physical quantity (E) is less than the allowable value.
- the robot's motion profile is modified so that the current straight path is modified to move to the right or to the left, and the total expected physical quantity (E) is calculated so that this value is within the allowable value. At this time, the robot's speed can be maintained or maximized.
- FIG. 12 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that considers paths of a robot and a person. As illustrated in FIG.
- the safety evaluation method of a robot includes a step of obtaining shape information and mass information of a test robot (S250), a step of obtaining motion profile information of the test robot (S255), a step of obtaining motion profile information of a person who has a possibility of colliding with the test robot (S260), a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information and mass information of the test robot that is at risk of causing injury, the motion profile information, and the motion profile information of the person (S265), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S270).
- the test robot has at least one joint
- 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration, and a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person
- 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 considering the size of the calculated physical quantity.
- a method for improving the safety of a robot according to another embodiment of the present invention further includes a step (S275) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S270 of FIG. 12.
- the test robot has at least one joint, 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.
- the motion profile information of the person includes at least one of the current position, velocity, and acceleration of the person and the predicted future position, velocity, and acceleration, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time.
- the step of evaluating safety evaluates safety by considering the size of the calculated physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile (S275) is provided to increase safety or productivity.
- FIG. 13 is a diagram for exemplarily explaining a step of calculating a physical quantity applied to a collision target by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and human motion profile information of a test robot in the embodiment of FIG. 12, and a process of evaluating safety by considering the size of the calculated physical quantity.
- the process of calculating a physical quantity applied to a collision target by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and human motion profile information, evaluating the safety of the robot by considering the size of the collision physical quantity, and improving safety based on the same consists of the following steps.
- Step 11 Obtaining current human and robot motion profiles
- Step 12 List multiple possible actions for the person to take (e.g. go straight, right, left)
- Step 13 Calculate the probability for each action candidate in Step 12.
- Step 14 Calculate individual collision physics for each action candidate group and the robot's motion profile in Step 12.
- Step 15 Multiply the probability of each action candidate group in Step 13 by the individual collision physical quantity in Step 14 to produce the individual expected physical quantity.
- Step 16 Add up the individual expected physical quantities from Step 15 to produce the total expected physical quantity.
- Step 17 Compare the total expected physical quantity from Step 16 with the allowable value.
- Step 18 Modify the robot's motion profile or propose a modified motion profile so that the total expected physical quantity of Step 17 is less than the allowable value.
- the robot in the embodiment of Fig. 13, in the preset robot motion profile, the robot is set to move straight.
- step 17 which is the safety assessment step described above
- the safety is evaluated by comparing the total expected physical quantity (E) with the allowable value, and if the total expected physical quantity (E) exceeds the allowable value, the preset motion profile of the robot is modified so that the total expected physical quantity (E) is less than the allowable value.
- the robot's motion profile is modified so that the current straight path is modified to move to the right or to the left, and the total expected physical quantity (E) is calculated so that this value is within the allowable value. At this time, the robot's speed can be maintained or maximized.
- FIG. 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot considering spatial information of a person according to another embodiment of the present invention.
- the safety evaluation method according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S310), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S320), a step of setting spatial information of a person who has a possibility of collision with the test robot (S330), a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the spatial information of the person, the shape information of the test robot that is at risk of causing injury, the mass information, and the motion profile information (S340), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S350).
- the test robot has at least one joint
- 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.
- the spatial information of a person is composed of one or more of a space of a specific fixed position, a space of a relative position with respect to a test robot, a space at a specific time, a space of a specific position detected by a sensor or a space of a position predicted by information from a sensor, a space including information on one or more body parts of a person, and a space including information on a specific direction or arbitrary direction in which the person is looking.
- the generated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and in the step of evaluating safety (S350), safety is evaluated by comparing the size of the generated physical quantity with the preset physical quantity.
- a method for improving robot safety further includes a step (S360) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S350 of the flow chart of FIG. 14, thereby improving the safety or productivity of the robot.
- FIG. 15 is a drawing for exemplarily explaining a method for defining spatial information of a person in the embodiment of FIG. 14.
- a person was defined as being in one fixed space and collision analysis was performed, whereas in this embodiment, instead of defining a person as being in a specific fixed space as shown in (b) of FIG. 15, a space in which a person can be (a grid display area in the drawing) is set, and then the person can be defined as existing at arbitrary or fixed intervals within the simulation area.
- human space can be defined by selecting one or more of the methods below.
- Fig. 16 defines a specific fixed space in which a person is positioned in this embodiment, for example, it exemplifies a case in which a person is positioned in a fixed space for a fixed robot.
- the spatial information in which the fixed robot and the person are positioned can be defined using an XY coordinate system.
- Fig. 17 defines the relative space in which a person is located relative to the robot in this embodiment, for example, it exemplifies a case in which the relative position of a mobile robot changes over time relative to a person located in a specific fixed space while moving.
- the relative space information in which the mobile robot and the person are located can be defined using the XY coordinate system.
- Fig. 18 defines a space where a person is located at a specific time for a robot in this embodiment, for example, it shows a space where a person is located during a predetermined time A or a specific time B to C for a fixed robot.
- information on the space where the fixed robot and the person are located can be defined using an XY coordinate system.
- Fig. 19 shows an example of the actual location of a person (see left) and the person area set by the sensor (see blue area on the right) over time in the sensor detection range (space) for a fixed robot or a mobile robot in this embodiment.
- FIG. 20 illustrates a space in which one or more human body parts, for example, the head, chest, or arm, are located for a fixed robot or a mobile robot in this embodiment.
- the space information in which the fixed robot or the mobile robot and the human body parts are located can be defined using an XY coordinate system.
- FIG. 21 defines a space including information on a specific direction or arbitrary direction that a person is looking at in this embodiment.
- each person is looking at one direction, and in the case of example 3, each person is looking at an arbitrary direction.
- spatial information including the direction that a fixed robot or a mobile robot and a person are looking at can be defined using an XY coordinate system.
- the direction in which a person is looking can be set to a specific direction or an arbitrary direction, and this can be taken into consideration when analyzing collisions.
- Fig. 22 is a diagram for explaining a collision analysis process that takes into account the direction in which a person is looking in this embodiment.
Landscapes
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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 평가방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 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 물리량과 충돌 가능성을 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 and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that are at risk of causing injury; and evaluating the safety of the test robot by considering the calculated physical quantity and the possibility of collision.
전술한 구성에서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 또는 예측되는 미래의 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 충돌 가능성 및 기설정된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, 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 considering the calculated physical quantity and the possibility of collision and the size of the preset physical quantity.
상기 산출된 물리량과 충돌 가능성 및 기설정된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가하는 단계는, 사람과 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 사람이 행동할 후보군을 복수로 나열하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군에 대한 확률을 산출하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군과 로봇의 동작 프로파일을 고려하여 충돌 여부를 판단하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군별 확률과 상기 충돌 여부와 상기 산출된 물리량의 승산값을 개별 기대 물리량으로 산출하는 단계; 상기 개별 기대 물리량을 모두 합산하여 전체 기대 물리량을 산출하는 단계; 상기 전체 기대 물리량을 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가하는 단계를 구비한다.The step of evaluating safety by considering the above-described calculated physical quantity and the possibility of collision and the size of the preset physical quantity comprises: a step of obtaining operation profile information of a human and a robot; a step of listing a plurality of candidate groups for a human to act; a step of calculating a probability for each of the above-described action candidate groups; a step of determining whether or not there is a collision by considering each of the above-described action candidate groups and the operation profile of the robot; a step of calculating the probability of each of the above-described action candidate groups, the presence or absence of collision, and the multiplication value of the above-described calculated physical quantity as an individual expected physical quantity; a step of calculating a total expected physical quantity by adding up all of the above-described individual expected physical quantities; and a step of evaluating safety by comparing the total expected physical quantity with the size of the preset physical quantity.
상기 행동 후보군은 직진, 오른쪽 및 왼쪽이다.The above candidates for action are straight, right, and left.
본 발명의 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 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 물리량과 충돌 가능성을 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 and mass information of a test robot; a step of acquiring motion profile information of the test robot; a step of acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that may cause injury; a step of evaluating the safety of the test robot by considering the calculated physical quantity and the possibility of collision; 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 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 또는 예측되는 미래의 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 충돌 가능성 및 기설정된 물리량의 크기를 고려하여 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 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, and 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 considering the calculated physical quantity and the possibility of collision and 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.
상기 산출된 물리량과 충돌 가능성 및 기설정된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가하는 단계는, 사람과 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 사람이 행동할 후보군을 복수로 나열하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군에 대한 확률을 산출하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군과 로봇의 동작 프로파일을 고려하여 충돌 여부를 판단하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군별 확률과 상기 충돌 여부와 상기 산출된 물리량의 승산값을 개별 기대 물리량으로 산출하는 단계; 상기 개별 기대 물리량을 모두 합산하여 전체 기대 물리량을 산출하는 단계; 상기 전체 기대 물리량을 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가하는 단계를 구비한다.The step of evaluating safety by considering the above-described calculated physical quantity and the possibility of collision and the size of the preset physical quantity comprises: a step of obtaining operation profile information of a human and a robot; a step of listing a plurality of candidate groups for a human to act; a step of calculating a probability for each of the above-described action candidate groups; a step of determining whether or not there is a collision by considering each of the above-described action candidate groups and the operation profile of the robot; a step of calculating the probability of each of the above-described action candidate groups, the presence or absence of collision, and the multiplication value of the above-described calculated physical quantity as an individual expected physical quantity; a step of calculating a total expected physical quantity by adding up all of the above-described individual expected physical quantities; and a step of evaluating safety by comparing the total expected physical quantity with the size of the preset physical quantity.
상기 행동 후보군은 직진, 오른쪽 및 왼쪽이다.The above candidates for action are straight, right, and left.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 사람의 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 shape information and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and motion profile information of the person; 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 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 또는 예측되는 미래의 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 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, 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.
상기 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 사람의 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 전체 기대 물리량을 산출하는 단계는, 사람과 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 사람이 행동할 후보군을 복수로 나열하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군에 대한 확률을 산출하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군과 상기 로봇의 동작 프로파일에 따른 개별 충돌 물리량을 산출하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군별 확률과 상기 개별 충돌 물리량의 승산값을 개별 기대 물리량으로 산출하는 단계; 상기 개별 기대 물리량을 모두 합산하여 전체 기대 물리량을 산출하는 단계를 구비한다.The step of calculating the total expected physical quantity applied to the colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and human motion profile information of the test robot comprises the steps of: obtaining motion profile information of the human and the robot; listing a plurality of candidate groups in which the human will act; calculating a probability for each of the action candidate groups; calculating an individual collision physical quantity according to each of the action candidate groups and the motion profile of the robot; calculating the multiplication value of the probability of each of the action candidate groups and the individual collision physical quantity as an individual expected physical quantity; and calculating the total expected physical quantity by adding up all of the individual expected physical quantities.
상기 행동 후보군은 직진, 오른쪽 및 왼쪽이다.The above candidates for action are straight, right, and left.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 사람의 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 motion profile information of the test robot; acquiring motion profile information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information of the test robot, and motion profile information of the person; 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, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 또는 예측되는 미래의 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, 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 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration or a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, and 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 magnitude of the calculated physical quantity with a 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.
상기 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보, 동작 프로파일 정보 및 사람의 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계는, 사람과 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 사람이 행동할 후보군을 복수로 나열하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군에 대한 확률을 산출하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군과 상기 로봇의 동작 프로파일에 따른 개별 충돌 물리량을 산출하는 단계; 각각의 상기 행동 후보군별 확률과 상기 개별 충돌 물리량의 승산값을 개별 기대 물리량으로 산출하는 단계; 상기 개별 기대 물리량을 모두 합산하여 전체 기대 물리량을 산출하는 단계를 구비한다.The step of calculating the physical quantity applied to the colliding body by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information and human motion profile information of the test robot comprises the steps of: obtaining motion profile information of the human and the robot; listing a plurality of candidate groups in which the human will act; calculating a probability for each of the above-described action candidate groups; calculating an individual collision physical quantity according to each of the above-described action candidate groups and the motion profile of the robot; calculating the multiplication value of the probability of each of the above-described action candidate groups and the individual collision physical quantity as an individual expected physical quantity; and calculating a total expected physical quantity by adding up all of the above-described individual expected physical quantities.
상기 행동 후보군은 직진, 오른쪽 및 왼쪽이다.The above candidates for action are straight, right, and left.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 공간 정보를 설정하는 단계; 사람의 공간 정보, 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 상기 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 shape information and mass information of a test robot; acquiring motion profile information of the test robot; setting spatial information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the spatial information of the person, shape information, mass information, and motion profile information of a risk of injury inducing 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 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 공간 정보는 특정 고정 위치의 공간, 테스트 로봇과 상대 위치의 공간, 특정 시간의 공간, 센서의 감지에 의한 특정 위치의 공간 또는 센서의 정보에 의해 예측되는 위치의 공간, 사람의 신체 부위 하나 또는 그 이상의 정보를 포함한 공간 및 사람이 바라보는 특정 방향 또는 임의의 방향 정보를 포함한 공간 중에서 하나 또는 그 이상으로 설정되고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리량을 기설정된 물리량의 크기와 비교해서 안전성을 평가한다.In the above-described configuration, the test robot has at least one joint, 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 spatial information of the person is set to one or more of the following: a space of a specific fixed position, a space of a relative position with respect to the test robot, a space at a specific time, a space of a specific position detected by a sensor or a space of a position predicted by information of a sensor, a space including information on one or more body parts of the person, and a space including information on a specific direction or arbitrary direction that the person is looking at, and 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 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계; 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 공간 정보를 설정하는 단계; 사람의 공간 정보, 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물리량의 크기를 고려하여 상기 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 motion profile information of the test robot; setting spatial information of a person who may collide with the test robot; calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the spatial information of the person, shape information, mass information, and motion profile information of a risk of injury inducing 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, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 공간 정보는 특정 고정 위치의 공간, 테스트 로봇과 상대 위치의 공간, 특정 시간의 공간, 센서의 감지에 의한 특정 위치의 공간 또는 센서의 정보에 의해 예측되는 위치의 공간, 사람의 신체 부위 하나 또는 그 이상의 정보를 포함한 공간 및 사람이 바라보는 특정 방향 또는 임의의 방향 정보를 포함한 공간 중에서 하나 또는 그 이상으로 설정되고, 상기 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 안전성을 평가하는 단계는 상기 산출된 물리양을 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 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 spatial information of the person is set to one or more of a space of a specific fixed position, a space of a relative position with respect to the test robot, a space at a specific time, a space of a specific position detected by a sensor or a space of a position predicted by information of a sensor, a space including information on one or more body parts of the person, and a space including information on a specific direction or arbitrary direction that the person is looking at, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and the step of evaluating the safety compares the calculated physical quantity with the size of the preset physical quantity to evaluate the safety, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile is provided to increase 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, 로봇과 사람의 경로를 고려한 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.FIG. 10 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that takes into account the paths of a robot and a person.
도 11은 도 10의 실시예에서 충돌 물리량과 충돌 가능성을 고려하여 안전성을 평가하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 11 is a drawing for exemplarily explaining a process for evaluating safety by considering collision physical quantities and collision probability in the embodiment of FIG. 10.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 로봇과 사람의 경로를 고려한 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.FIG. 12 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that takes into account the paths of a robot and a person.
도 13은 도 12의 실시예에서 산출된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면.Fig. 13 is a drawing for exemplarily explaining a process for evaluating safety by considering the size of the physical quantity calculated in the embodiment of Fig. 12.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 사람의 공간 정보를 고려한 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도.FIG. 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that takes human spatial information into account according to another embodiment of the present invention.
도 15는 도 14의 실시예에서 사람의 공간 정보를 정의하는 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 15 is a drawing for exemplarily explaining a method for defining spatial information of a person in the embodiment of FIG. 14.
도 16은 도 14의 실시예에서 사람이 위치한 특정 고정 공간을 정의하는 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 16 is a drawing for exemplarily explaining a case of defining a specific fixed space in which a person is located in the embodiment of FIG. 14.
도 17은 도 14의 실시예에서 로봇에 대해 사람이 위치한 상대적인 공간을 정의하는 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 17 is a drawing for exemplarily explaining a case of defining a relative space in which a person is located with respect to a robot in the embodiment of FIG. 14.
도 18은 도 14의 실시예에서 로봇에 대해 특정 시간에 사람의 위치한 공간을 정의하는 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 18 is a drawing for exemplarily explaining a case of defining a space in which a person is located at a specific time for a robot in the embodiment of FIG. 14.
도 19는 도 14의 실시예에서 고정형 로봇 또는 이동형 로봇에 대해 센서 감지 범위(공간)에서 시간의 경과에 따른 사람의 실제 위치 및 센서에 의해 설정된 사람 영역을 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 19 is a drawing for exemplarily explaining the actual position of a person over time and the person area set by the sensor in the sensor detection range (space) for a fixed robot or a mobile robot in the embodiment of FIG. 14.
도 20은 도 14의 실시예에서 고정형 로봇 또는 이동형 로봇에 대해 사람의 신체 부위가 하나 이상 위치된 공간을 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 20 is a drawing for exemplarily explaining a space in which one or more human body parts are positioned for a fixed robot or a mobile robot in the embodiment of FIG. 14.
도 21은 도 14의 실시예에서 사람이 바라보는 특정 방향 또는 임의의 방향 정보를 포함한 공간을 정의하는 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면.FIG. 21 is a drawing for exemplarily explaining a case in which a space including information on a specific direction or arbitrary direction that a person is looking at is defined in the embodiment of FIG. 14.
도 22는 도 14의 실시예에서 사람이 바라보는 방향을 고려한 충돌 해석 과정을 설명하기 위한 도면.Fig. 22 is a drawing for explaining a collision analysis process that takes into account the direction in which a person is looking in the embodiment of Fig. 14.
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-causing 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 안정성을 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, if the maximum collision pressure (P MAX ) and maximum collision force (F MAX ) are set based on these, the stability of the robot (R) can be further improved.
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, 로봇과 사람의 경로를 고려한 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계(S205), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S210), 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S215), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S220) 및 산출된 물리량과 충돌 가능성을 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S225)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 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that considers paths of a robot and a person. As illustrated in FIG. 10, the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of obtaining shape information and mass information of a test robot (S205), a step of obtaining motion profile information of the test robot (S210), a step of obtaining motion profile information of a person who has a possibility of collision with the test robot (S215), a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information, mass information, and motion profile information of the test robot that are at risk of causing injury (S220), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the calculated physical quantity and the possibility of collision (S225).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 및 예측되는 미래의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S225)는 산출된 물리량의 크기와 충돌 가능성을 고려하여 안전성을 평가한다.Here, the test robot has at least one joint, and 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration, and a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, 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 (S225) evaluates safety by considering the size of the calculated physical quantity and the possibility of collision.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 도 10의 단계 S225에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S230)를 더 포함한다.A method for improving the safety of a robot according to another embodiment of the present invention further includes a step (S230) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S225 of FIG. 10.
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함한다. 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 및 예측되는 미래의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S225)는 산출된 물리량의 크기와 충돌 가능성을 고려하여 안전성을 평가하고, 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S230)는 안전성 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.Here, the test robot has at least one joint, 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. The motion profile information of the person includes at least one of the current position, velocity, and acceleration of the person and the predicted future position, velocity, and acceleration, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time. The step of evaluating safety (S225) evaluates safety by considering the size of the calculated physical quantity and the possibility of collision, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile (S230) is provided to increase safety or productivity.
도 11은 도 10의 실시예에서 산출된 물리량과 충돌 가능성을 고려하여 안전성을 평가하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 충돌 물리량과 충돌 가능성을 고려하여 로봇의 안전성 평가하고 이를 바탕으로 안전성을 향상시키는 과정은 아래의 단계들로 이루어진다.Fig. 11 is a drawing for exemplarily explaining a process for evaluating safety by considering the physical quantity and collision probability calculated in the embodiment of Fig. 10. As shown in Fig. 11, the process of evaluating the safety of a robot by considering the collision physical quantity and collision probability and improving safety based on this consists of the following steps.
단계 1: 현재의 사람과 로봇의 동작 프로파일을 획득Step 1: Obtaining current human and robot motion profiles
단계 2: 사람이 행동할 후보군을 복수로 나열(예: 직진, 오른쪽, 왼쪽)Step 2: List multiple possible actions for the person to take (e.g. go straight, right, left)
단계 3: 단계 2의 각각의 행동 후보군별 확률을 산출Step 3: Calculate the probability for each action candidate in
단계 4: 단계 2의 각각의 행동 후보군과 로봇의 동작 프로파일을 고려하여 충돌 여부를 판단Step 4: Determine whether there is a collision by considering each action candidate from
단계 5: 단계 3의 각각의 행동 후보군별 확률과 단계 4의 충돌 여부와 산출된 물리량을 승산하여 개별 기대 물리량을 산출Step 5: Calculate the individual expected physical quantity by multiplying the probability of each action candidate group in
단계 6: 단계 5의 개별 기대 물리량들을 합산하여 전체 기대 물리량을 산출Step 6: Add up the individual expected physical quantities from
단계 7: 단계 6의 전체 기대 물리량을 허용값과 비교Step 7: Compare the total expected physical quantity from
단계 8: 단계 7의 전체 기대 물리량이 허용값 이하가 되도록 로봇의 동작 프로파일을 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안Step 8: Modify the robot's motion profile or propose a modified motion profile so that the total expected physical quantity of Step 7 is less than the allowable value.
한편, 전체 기대 물리량(E) = E1 + E2 + E3이다.Meanwhile, the total expected physical quantity (E) = E1 + E2 + E3.
도 11을 참고하여 사람 행동 1 내지 3에 대한 전체 기대 물리량(E)을 정리하면 다음과 같다.Referring to Figure 11, the total expected physical quantity (E) for
사람 행동 1(왼쪽으로 이동)에 대한 개별 기대 물리량(E1) = 행동 1의 충돌 확률(P1) * 행동 1의 충돌 여부 * 로봇의 충돌 물리량(C)Individual expected physical quantity (E1) for human action 1 (move left) = collision probability of action 1 (P1) * collision status of
사람 행동 2(오른쪽으로 이동)에 대한 개별 기대 물리량(E2) = 행동 2의 충돌 확률(P2) * 행동 2의 충돌 여부 * 로봇의 충돌 물리량(C)Individual expected physical quantity (E2) for human action 2 (move to the right) = collision probability of action 2 (P2) * collision status of
사람 행동 3(직진)에 대한 개별 기대 물리량(E3) = 행동 3의 충돌 확률(P3) * 행동 3의 충돌 여부 * 로봇의 충돌 물리량(C)Individual expected physical quantity (E3) for human action 3 (going straight) = collision probability of action 3 (P3) * collision status of
도 11의 실시예에서 기 설정된 로봇의 동작 프로파일에서는 로봇이 직진하고 그 충돌 물리량(C)이 4로 되어 있는데, 이러한 동작 프로파일에서 사람이 왼쪽으로 이동할 때의 개별 기대 물리량(E1)은 충돌이 발생하지 않기에 0(=0.5*0*4)이고, 오른쪽으로 이동할 때의 개별 기대 물리량(E2)은 0.4(=0.1*1*4)이며, 직진할 때의 개별 기대 물리량(E3)은 1.6(=0.4*1*4)로서 전체 기대 물리량(E)는 개별 기대 물리량을 모두 합산한 2.0(=0+0.4+1.6)이 된다.In the preset robot motion profile of the embodiment of Fig. 11, the robot moves straight and its collision physical quantity (C) is 4. In this motion profile, the individual expected physical quantity (E1) when a person moves to the left is 0 (= 0.5*0*4) because no collision occurs, the individual expected physical quantity (E2) when moving to the right is 0.4 (= 0.1*1*4), and the individual expected physical quantity (E3) when moving straight is 1.6 (= 0.4*1*4), so the total expected physical quantity (E) is the sum of all individual expected physical quantities, which is 2.0 (= 0+0.4+1.6).
이 경우에 전술한 안전성 평가 단계인 단계 7에서는 전체 기대 물리량(E)을 허용값과 비교하여 안전성을 평가하고, 전체 기대 물리량(E)이 허용값을 초과하는 경우 등에는 전체 기대 물리량(E)이 허용값 이하가 되도록 기 설정된 로봇의 동작 프로파일을 수정, 예를 들어 현재 직진에서 오른쪽으로 이동 또는 왼쪽으로 이동하도록 수정한 상태에서 전체 기대 물리량(E)을 산출하여 이 값이 허용값 이내가 되도록 로봇의 동작 프로파일을 수정한다. 이때, 로봇의 속도는 유지할 수도 최대화할 수도 있다.In this case, in step 7, which is the safety assessment step described above, the safety is evaluated by comparing the total expected physical quantity (E) with the allowable value, and if the total expected physical quantity (E) exceeds the allowable value, the preset motion profile of the robot is modified so that the total expected physical quantity (E) is less than the allowable value. For example, the robot's motion profile is modified so that the current straight path is modified to move to the right or to the left, and the total expected physical quantity (E) is calculated so that this value is within the allowable value. At this time, the robot's speed can be maintained or maximized.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 로봇과 사람의 경로를 고려한 로봇의 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(S250), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S255), 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S260), 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보와 질량 정보와 동작 프로파일 정보 및 사람의 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S265) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S270)를 포함한다.FIG. 12 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot that considers paths of a robot and a person. As illustrated in FIG. 12, the safety evaluation method of a robot according to the present embodiment includes a step of obtaining shape information and mass information of a test robot (S250), a step of obtaining motion profile information of the test robot (S255), a step of obtaining motion profile information of a person who has a possibility of colliding with the test robot (S260), a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the shape information and mass information of the test robot that is at risk of causing injury, the motion profile information, and the motion profile information of the person (S265), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S270).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하며, 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 및 예측되는 미래의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S270)는 산출된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가한다.Here, the test robot has at least one joint, 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 motion profile information of the person includes at least one of a current position, a velocity, and an acceleration, and a predicted future position, a velocity, and an acceleration of the person, 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 (S270) evaluates safety by considering the size of the calculated physical quantity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇의 안전성 향상 방법은 도 12의 단계 S270에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S275)를 더 포함한다.A method for improving the safety of a robot according to another embodiment of the present invention further includes a step (S275) of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S270 of FIG. 12.
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함한다. 사람의 동작 프로파일 정보는 사람의 현재 위치, 속도 및 가속도 및 예측되는 미래의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하고, 산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함한다. 안전성을 평가하는 단계(S270)는 산출된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가하고, 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S275)는 안전성 또는 생산성을 높이기 위해 구비된다.Here, the test robot has at least one joint, 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. The motion profile information of the person includes at least one of the current position, velocity, and acceleration of the person and the predicted future position, velocity, and acceleration, and the calculated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time. The step of evaluating safety (S270) evaluates safety by considering the size of the calculated physical quantity, and the step of modifying the motion profile information or proposing a modified motion profile (S275) is provided to increase safety or productivity.
도 13은 도 12의 실시예에서 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보와 질량 정보와 동작 프로파일 정보 및 사람의 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체 가해지는 물리량을 산출하는 단계와 산출된 물리량의 크기를 고려하여 안전성을 평가하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 상해 유발 위험 형상 정보와 질량 정보와 동작 프로파일 정보 및 사람의 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하고 충돌 물리량의 크기를 고려하여 로봇의 안전성 평가하고 이를 바탕으로 안전성을 향상시키는 과정은 아래의 단계들로 이루어진다.FIG. 13 is a diagram for exemplarily explaining a step of calculating a physical quantity applied to a collision target by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and human motion profile information of a test robot in the embodiment of FIG. 12, and a process of evaluating safety by considering the size of the calculated physical quantity. As illustrated in FIG. 13, the process of calculating a physical quantity applied to a collision target by considering the injury-causing risk shape information, mass information, motion profile information, and human motion profile information, evaluating the safety of the robot by considering the size of the collision physical quantity, and improving safety based on the same, consists of the following steps.
단계 11: 현재의 사람과 로봇의 동작 프로파일을 획득Step 11: Obtaining current human and robot motion profiles
단계 12: 사람이 행동할 후보군을 복수로 나열(예: 직진, 오른쪽, 왼쪽)Step 12: List multiple possible actions for the person to take (e.g. go straight, right, left)
단계 13: 단계 12의 각각의 행동 후보군별 확률을 산출Step 13: Calculate the probability for each action candidate in
단계 14: 단계 12의 각각의 행동 후보군과 로봇의 동작 프로파일에 따른 개별 충돌 물리량을 산출Step 14: Calculate individual collision physics for each action candidate group and the robot's motion profile in
단계 15: 단계 13의 각각의 행동 후보군별 확률과 단계 14의 개별 충돌 물리량을 승산하여 개별 기대 물리량을 산출Step 15: Multiply the probability of each action candidate group in
단계 16: 단계 15의 개별 기대 물리량들을 합산하여 전체 기대 물리량을 산출Step 16: Add up the individual expected physical quantities from
단계 17: 단계 16의 전체 기대 물리량을 허용값과 비교Step 17: Compare the total expected physical quantity from
단계 18: 단계 17의 전체 기대 물리량이 허용값 이하가 되도록 로봇의 동작 프로파일을 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안Step 18: Modify the robot's motion profile or propose a modified motion profile so that the total expected physical quantity of Step 17 is less than the allowable value.
한편, 전체 기대 물리량(E) = E1 + E2 + E3이다.Meanwhile, the total expected physical quantity (E) = E1 + E2 + E3.
도 13을 참고하여 사람 행동 1 내지 3에 대한 전체 기대 물리량(E)을 정리하면 다음과 같다.Referring to Figure 13, the total expected physical quantity (E) for
사람 행동 1(왼쪽으로 이동)에 대한 개별 기대 물리량(E1) = 행동 1의 확률(P1) * 행동 1의 개별 충돌 물리량(C1)Individual expected physical quantity (E1) for human action 1 (move left) = probability of action 1 (P1) * individual collision physical quantity (C1) for
사람 행동 2(오른쪽으로 이동)에 대한 개별 기대 물리량(E2) = 행동 2의 확률(P2) * 행동 2의 개별 충돌 물리량(C2)Individual expected physical quantity for human action 2 (move right) (E2) = probability of action 2 (P2) * individual collision physical quantity for action 2 (C2)
사람 행동 3(직진)에 대한 개별 기대 물리량(E3) = 행동 3의 확률(P3) * 행동 3의 개별 충돌 물리량(C3)Individual expected physical quantity (E3) for human action 3 (going straight) = probability of action 3 (P3) * individual collision physical quantity (C3) for
도 13의 실시예에서 기 설정된 로봇의 동작 프로파일에서는 로봇이 직진하도록 되어 있는데, 이러한 동작 프로파일에서 사람이 왼쪽으로 이동할 때의 개별 기대 물리량(E1)은 충돌이 발생하지 않기에 0(=0.5*0)이고, 오른쪽으로 이동할 때의 개별 기대 물리량(E2)은 0.7(=0.1*7)이며, 직진할 때의 개별 기대 물리량(E3)은 1.2(=0.4*3)로서 전체 기대 물리량(E)는 개별 기대 물리량을 모두 합산한 1.9(=0+0.7+1.2)이 된다.In the embodiment of Fig. 13, in the preset robot motion profile, the robot is set to move straight. In this motion profile, the individual expected physical quantity (E1) when a person moves to the left is 0 (= 0.5*0) because no collision occurs, the individual expected physical quantity (E2) when moving to the right is 0.7 (= 0.1*7), and the individual expected physical quantity (E3) when moving straight is 1.2 (= 0.4*3), so the total expected physical quantity (E) is 1.9 (= 0+0.7+1.2), which is the sum of all individual expected physical quantities.
이 경우에 전술한 안전성 평가 단계인 단계 17에서는 전체 기대 물리량(E)을 허용값과 비교하여 안전성을 평가하고, 전체 기대 물리량(E)이 허용값을 초과하는 경우 등에는 전체 기대 물리량(E)이 허용값 이하가 되도록 기 설정된 로봇의 동작 프로파일을 수정, 예를 들어 현재 직진에서 오른쪽으로 이동 또는 왼쪽으로 이동하도록 수정한 상태에서 전체 기대 물리량(E)을 산출하여 이 값이 허용값 이내가 되도록 로봇의 동작 프로파일을 수정한다. 이때, 로봇의 속도는 유지할 수도 최대화할 수도 있다.In this case, in step 17, which is the safety assessment step described above, the safety is evaluated by comparing the total expected physical quantity (E) with the allowable value, and if the total expected physical quantity (E) exceeds the allowable value, the preset motion profile of the robot is modified so that the total expected physical quantity (E) is less than the allowable value. For example, the robot's motion profile is modified so that the current straight path is modified to move to the right or to the left, and the total expected physical quantity (E) is calculated so that this value is within the allowable value. At this time, the robot's speed can be maintained or maximized.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 사람의 공간 정보를 고려한 로봇의 안전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 안전성 평가 방법은 테스트 로봇의 형상 정보 및 질량 정보를 획득하는 단계(S310), 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보를 획득하는 단계(S320), 테스트 로봇과 충돌 가능성이 있는 사람의 공간 정보를 설정하는 단계(S330), 사람의 공간 정보, 테스트 로봇의 상해 유발 위험 형상 정보, 질량 정보 및 동작 프로파일 정보를 고려하여 피충돌체에 가해지는 물리량을 산출하는 단계(S340) 및 산출된 물리량의 크기를 고려하여 테스트 로봇의 안전성을 평가하는 단계(S350)를 포함한다.FIG. 14 is a flowchart for explaining a safety evaluation method of a robot considering spatial information of a person according to another embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 14, the safety evaluation method according to the present embodiment includes a step of acquiring shape information and mass information of a test robot (S310), a step of acquiring motion profile information of the test robot (S320), a step of setting spatial information of a person who has a possibility of collision with the test robot (S330), a step of calculating a physical quantity applied to a collided body by considering the spatial information of the person, the shape information of the test robot that is at risk of causing injury, the mass information, and the motion profile information (S340), and a step of evaluating the safety of the test robot by considering the magnitude of the calculated physical quantity (S350).
여기서, 테스트 로봇은 적어도 하나의 조인트를 가지고, 테스트 로봇의 동작 프로파일 정보는 단일 또는 복수 시점에서 조인트의 위치, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함한다.Here, the test robot has at least one joint, 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.
사람의 공간 정보는 특정 고정 위치의 공간, 테스트 로봇과 상대 위치의 공간, 특정 시간의 공간, 센서의 감지에 의한 특정 위치의 공간 또는 센서의 정보에 의해 예측되는 위치의 공간, 사람의 신체 부위 하나 또는 그 이상의 정보를 포함한 공간 및 사람이 바라보는 특정 방향 또는 임의의 방향 정보를 포함한 공간 중 하나 이상으로 이루어진다.The spatial information of a person is composed of one or more of a space of a specific fixed position, a space of a relative position with respect to a test robot, a space at a specific time, a space of a specific position detected by a sensor or a space of a position predicted by information from a sensor, a space including information on one or more body parts of a person, and a space including information on a specific direction or arbitrary direction in which the person is looking.
산출된 물리량은 힘, 압력, 에너지 및 접촉시간 중 적어도 하나를 포함하고, 안전성을 평가하는 단계(S350)에서는 산출된 물리량과 기 설정된 물리량의 크기를 비교하여 안전성을 평가한다.The generated physical quantity includes at least one of force, pressure, energy, and contact time, and in the step of evaluating safety (S350), safety is evaluated by comparing the size of the generated physical quantity with the preset physical quantity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 안전성 향상 방법은 도 14의 흐름도에서 단계 S350에서 평가된 안전성을 바탕으로 동작 프로파일 정보를 수정 또는 수정된 동작 프로파일을 제안하는 단계(S360)를 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 (S360) of modifying motion profile information or proposing a modified motion profile based on the safety evaluated in step S350 of the flow chart of FIG. 14, thereby improving the safety or productivity of the robot.
도 15는 도 14의 실시예에서 사람의 공간 정보를 정의하는 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 종래에는 사람이 하나의 고정된 공간에 있는 것으로 정의하고 충돌 해석을 수행한 반면에, 본 실시예에서는 도 15의 (b)에 도시한 바와 같이 사람이 고정된 특정 공간에 있는 것으로 정의하는 대신에 사람이 있을 수 있는 공간(도면에서 격자 표시 영역)을 설정한 후에 시뮬레이션 영역 내에서 임의의 간격 또는 정해진 간격마다 사람이 존재하는 것으로 정의할 수 있다.FIG. 15 is a drawing for exemplarily explaining a method for defining spatial information of a person in the embodiment of FIG. 14. As shown in (a) of FIG. 15, in the past, a person was defined as being in one fixed space and collision analysis was performed, whereas in this embodiment, instead of defining a person as being in a specific fixed space as shown in (b) of FIG. 15, a space in which a person can be (a grid display area in the drawing) is set, and then the person can be defined as existing at arbitrary or fixed intervals within the simulation area.
한편, 사람의 공간은 아래의 방법을 하나 이상 선택하여 정의할 수 있다.Meanwhile, human space can be defined by selecting one or more of the methods below.
1. 특정 고정 공간에 위치: 도 16은 본 실시예에서 사람이 위치한 특정 고정 공간을 정의하는데, 예를 들어 고정형 로봇에 대해 사람이 고정된 공간에 위치하는 경우를 예시하고 있다. 이 경우에, 고정형 로봇과 사람이 위치한 공간 정보는 XY 좌표계를 사용하여 정의될 수 있다.1. Positioned in a specific fixed space: Fig. 16 defines a specific fixed space in which a person is positioned in this embodiment, for example, it exemplifies a case in which a person is positioned in a fixed space for a fixed robot. In this case, the spatial information in which the fixed robot and the person are positioned can be defined using an XY coordinate system.
2. 로봇과 상대적인 공간에 위치: 도 17은 본 실시예에서 로봇에 대해 사람이 위치한 상대적인 공간을 정의하는데, 예를 들어 특정 고정 공간에 위치한 사람에 대해 이동형 로봇이 이동하면서 시간의 경과에 따라 그 상대적인 위치가 변화되는 경우를 예시하고 있다. 이 경우에 이동형 로봇과 사람이 위치한 상대적인 공간 정보는 XY 좌표계를 사용하여 정의될 수 있다.2. Position in space relative to the robot: Fig. 17 defines the relative space in which a person is located relative to the robot in this embodiment, for example, it exemplifies a case in which the relative position of a mobile robot changes over time relative to a person located in a specific fixed space while moving. In this case, the relative space information in which the mobile robot and the person are located can be defined using the XY coordinate system.
3. 특정 시간의 공간: 도 18은 본 실시예에서 로봇에 대해 특정 시간에 사람의 위치한 공간을 정의하는데, 예를 들어 고정형 로봇에 대해 미리 정해진 A 시간 동안 또는 특정한 B~C 시간 동안에 사람이 위치한 공간을 예시적으로 보이고 있다. 이 경우에 고정형 로봇과 사람이 위치한 공간 정보는 XY 좌표계를 사용하여 정의될 수 있다.3. Space at a specific time: Fig. 18 defines a space where a person is located at a specific time for a robot in this embodiment, for example, it shows a space where a person is located during a predetermined time A or a specific time B to C for a fixed robot. In this case, information on the space where the fixed robot and the person are located can be defined using an XY coordinate system.
4. 센서의 감지에 의한 특정 위치의 공간 또는 센서의 정보에 의해 예측되는 위치의 공간: 도 19는 본 실시예에서 고정형 로봇 또는 이동형 로봇에 대해 센서 감지 범위(공간)에서 시간의 경과에 따른 사람의 실제 위치(좌측 참조) 및 센서에 의해 설정된 사람 영역(우측의 청색 영역 참조)을 예시적으로 보이고 있다.4. Space of a specific location detected by a sensor or space of a location predicted by information of a sensor: Fig. 19 shows an example of the actual location of a person (see left) and the person area set by the sensor (see blue area on the right) over time in the sensor detection range (space) for a fixed robot or a mobile robot in this embodiment.
5. 사람의 신체 부위 하나 또는 그 이상의 정보를 포함한 공간: 도 20은 본 실시예에서 고정형 로봇 또는 이동형 로봇에 대해 사람의 신체 부위, 예를 들어 머리, 가슴 또는 팔 중에서 하나 이상이 위치된 공간을 예시하고 있다. 이 경우에 고정형 로봇 또는 이동형 로봇과 사람의 신체 부위가 위치한 공간 정보는 XY 좌표계를 사용하여 정의될 수 있다.5. Space including information on one or more human body parts: FIG. 20 illustrates a space in which one or more human body parts, for example, the head, chest, or arm, are located for a fixed robot or a mobile robot in this embodiment. In this case, the space information in which the fixed robot or the mobile robot and the human body parts are located can be defined using an XY coordinate system.
6. 사람이 바라보는 특정 방향 또는 임의의 방향 정보를 포함한 공간: 도 21은 본 실시예에서 사람이 바라보는 특정 방향 또는 임의의 방향 정보를 포함한 공간을 정의하는데, 예시 1 및 예시 2의 경우에는 모든 사람이 각각 한 방향을 보는 경우를 예시하고 있고, 예시 3의 경우에는 각 사람이 임의의 방향을 보는 경우를 예시하고 있다. 이 경우에 고정형 로봇 또는 이동형 로봇과 사람이 바라보는 방향을 포함한 공간 정보는 XY 좌표계를 사용하여 정의될 수 있다.6. Space including information on a specific direction or arbitrary direction that a person is looking at: FIG. 21 defines a space including information on a specific direction or arbitrary direction that a person is looking at in this embodiment. In the cases of examples 1 and 2, each person is looking at one direction, and in the case of example 3, each person is looking at an arbitrary direction. In this case, spatial information including the direction that a fixed robot or a mobile robot and a person are looking at can be defined using an XY coordinate system.
이와 같이, 본 실시예에서는 사람이 바라보는 방향을 특정 방향 또는 임의의 방향으로 설정하고, 충돌 해석시 이를 고려할 수 있다.In this way, in this embodiment, the direction in which a person is looking can be set to a specific direction or an arbitrary direction, and this can be taken into consideration when analyzing collisions.
도 22는 본 실시예에서 사람이 바라보는 방향을 고려한 충돌 해석 과정을 설명하기 위한 도이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 로봇의 이동 방향과 사람이 바라보는 방향 사이의 각도를 q라고 할 때, 로봇과 사람 사이의 정면(법선) 방향의 충돌 속도는 Vn = V * cos(q)와 같고, 로봇과 사람 사이의 스치는(접선) 방향의 충돌 속도는 Vs = V * sin(q)와 같다.Fig. 22 is a diagram for explaining a collision analysis process that takes into account the direction in which a person is looking in this embodiment. As illustrated in Fig. 22, in this embodiment, when the angle between the moving direction of the robot and the direction in which the person is looking is q, the collision velocity in the frontal (normal) direction between the robot and the person is equal to V n = V * cos(q), and the collision velocity in the grating (tangential) direction between the robot and the person is equal to V s = V * sin(q).
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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2024
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