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로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성시스템 및 그 방법

  • 기술번호 : KST2015117396
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 미분 동적 프로그래밍(differential dynamic programming)을 사용하여 로봇 머니퓰레이터(manipulator) 각 관절의 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적을 생성하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.본 발명은 로봇 머니퓰레이터 관절의 토크 변화량을 최소화하기 위한 궤적 생성시스템에 있어서, 로봇 머니퓰레이터 관절의 궤적을 생성하기 위한 상기 관절의 시작위치 값과 최종위치 값을 포함하는 입력데이터를 입력받는 입력부(110)와, 입력받는 입력데이터를 통해 각각의 관절각도 값을 산출하는 관절각도 산출부(120)와, 미분 동적 처리부의 초기 설정에 사용될 기준 궤적 정보를 생성하는 기준 궤적 생성부(130)와, 상기 기준 궤적 정보를 초기 설정하고, 각 관절의 토크 변화량을 입력값으로 하며, 관절의 각도, 각속도와 토크를 포함하는 상태값으로부터 각 관절의 위치, 속도 및 입력 토크 값을 산출하는 미분 동적 처리부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Int. CL B25J 13/00 (2006.01) B25J 9/16 (2006.01)
CPC B25J 9/1633(2013.01) B25J 9/1633(2013.01) B25J 9/1633(2013.01) B25J 9/1633(2013.01) B25J 9/1633(2013.01)
출원번호/일자 1020110144970 (2011.12.28)
출원인 한국과학기술원
등록번호/일자 10-1289785-0000 (2013.07.19)
공개번호/일자 10-2013-0076393 (2013.07.08) 문서열기
공고번호/일자 (20130726) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2011.12.28)
심사청구항수 9

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 김종환 대한민국 대전광역시 유성구
2 박인원 대한민국 대전광역시 유성구
3 홍영대 대한민국 대전광역시 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 이은철 대한민국 서울특별시 송파구 법원로**길 **, A동 *층 ***호 (문정동, H비지니스파크)(*T국제특허법률사무소)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2011.12.28 수리 (Accepted) 1-1-2011-1046016-93
2 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2013.02.01 수리 (Accepted) 4-1-2013-5019983-17
3 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2013.02.25 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
4 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2013.04.08 수리 (Accepted) 9-1-2013-0024101-60
5 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2013.04.10 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2013-0244685-98
6 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2013.06.10 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2013-0513842-56
7 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2013.06.10 수리 (Accepted) 1-1-2013-0513840-65
8 등록결정서
Decision to grant		 2013.06.24 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2013-0430247-77
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157968-69
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157993-01
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5158129-58
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.04.24 수리 (Accepted) 4-1-2019-5081392-49
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.05.15 수리 (Accepted) 4-1-2020-5108396-12
14 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.06.12 수리 (Accepted) 4-1-2020-5131486-63
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
로봇 머니퓰레이터 관절의 토크 변화량을 최소화하기 위한 궤적 생성시스템에 있어서,로봇 머니퓰레이터 관절의 궤적을 생성하기 위한 상기 관절의 시작위치 값과 최종위치 값을 포함하는 입력데이터를 입력받는 입력부(110);상기 입력부로부터 입력받는 입력데이터를 통해 각각의 관절각도 값을 산출하는 관절각도 산출부(120);미분 동적 처리부의 초기 설정에 사용될 기준 궤적 정보를 생성하는 기준 궤적 생성부(130); 및상기 기준 궤적 정보를 초기 설정에 입력하고, 상기 각 관절의 토크 변화량을 입력값으로 하고, 관절의 각도, 각속도와 토크를 포함하는 상태값으로부터 각 관절의 위치, 속도 및 입력 토크 값을 산출하는 미분 동적 처리부(140);를 포함하며,상기 관절각도 산출부(120)는,상기 로봇 머니퓰레이터 관절의 시작위치와 최종 위치 및 방향 정보를 기준 좌표계 기준으로 카아티이젼 좌표 공간 값(Cartesian coordinate space)으로 설정하는 좌표공간 설정모듈(121); 및감쇠율, 카아티이젼 좌표 공간의 에러 값, 관절 좌표 공간의 에러 값, 자코비안 행렬의 값을 이용한 다음의 [수학식 2]를 이용하여 관절 좌표 공간의 에러 값이 기설정된 값에 도달하기 전까지 반복적으로 수행되는 관절각도 산출모듈(122);을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성시스템
2 2
제 1 항에 있어서,상기 기준 궤적 정보는,상기 로봇 머니퓰레이터 관절 궤적의 시작 위치값, 최종 위치값, 각 관절의 위치, 속도 및 가속도 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성시스템
3 3
삭제
4 4
제 1 항에 있어서,상기 기준 궤적 생성부(130)는,상기 시작 위치와 최종 위치에 일치하는 관절각도 값과 [수학식 3]을 이용하여 각 샘플링마다 각 관절의 위치, 속도 및 가속도 값을 계산하는 궤적 생성모듈(131);상기 샘플링 시간의 관절 입력 토크 값을 찾기 위해 [수학식 4]를 이용하여 기준 입력 토크 값을 산출하는 입력토크 산출모듈(132);을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성시스템
5 5
제 1 항에 있어서,상기 미분 동적 처리부(140)는,상기 기준 궤적 정보를 이용하여 상태(x)와 입력(u)의 초기 값을 [수학식 5]로 설정하는 초기 설정모듈(141); 및상기 각 관절의 토크 변화량을 입력값으로 하는 입력 설정모듈(142);상기 로봇 머니퓰레이터 관절의 위치 오차, 속도 오차 및 각 관절의 토크 변화율을 포함하는 [수학식 6]의 비용함수(cost function:L)를 2차 함수로 변환하는 변환모듈(143);상기 비용함수를 최소화하는 최적 상태를 찾기 위해, 기설정된 총 샘플링 숫자 N동안 전방스위프 처리와 후방스위프 처리를 통해 최적 궤적의 각 관절 위치, 속도 및 입력 토크 값을 얻도록 하는 미분 동적 처리모듈(144); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성시스템
6 6
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 미분 동적 처리부(140)는,로봇 머니퓰레이터 관절의 최적 궤적 생성을 위해, 동역학 수식과 비용 함수의 1차 미분인 자코비안과 2차 미분인 헤시안을 이용한 [수학식 7]을 이용하여 후방 스위프(backward sweep)를 계산하는 후방 스위프 처리모듈(1441);전방 스위프(forward sweep)에서의 제어 입력을 생성하기 위해 개방 루프항과 피드백 항을 합한 [수학식 8]을 이용하여 전방 스위프를 계산하는 전방 스위프 처리모듈(1442); 및기설정된 샘플링 숫자에 도달하기 전까지 상기 후방 스위프와 전방 스위프가 반복적으로 수행하도록 하고, 상기 전방 스위프에서의 상태 값을 [수학식 9]를 이용하여 최적 궤적의 각 관절 위치, 속도 및 입력 토크 값을 출력하도록 하는 제어모듈(1443); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성시스템
7 7
최적 궤적 생성방법에 있어서,(a) 최적 궤적 생성시스템의 제어부가 로봇 머니퓰레이터 관절의 궤적을 생성하기 위한 상기 관절의 시작위치 값과 최종위치 값을 포함하는 입력데이터를 입력받는 단계;(b) 상기 제어부가 입력받는 입력데이터를 통해 각각의 관절각도 값을 산출하는 단계;(c) 상기 제어부가 미분 동적 처리부의 초기 설정에 사용될 기준 궤적 정보를 생성하는 단계; 및(d) 상기 제어부가 상기 기준 궤적 정보를 초기 설정하고, 상기 각 관절의 토크 변화량을 입력값으로 하고, 관절의 각도, 각속도와 토크를 포함하는 상태값으로부터 각 관절의 위치, 속도 및 입력 토크 값을 산출하는 단계; 를 포함하며,상기 제 (b) 단계는,(b-1) 상기 제어부가 상기 로봇 머니퓰레이터 관절의 시작위치와 최종 위치 및 방향 정보를 기준 좌표계 기준으로 카아티이젼 좌표 공간 값(Cartesian coordinate space)으로 설정하는 단계; 및(b-2) 상기 제어부가 감쇠율, 카아티이젼 좌표 공간의 에러 값, 관절 좌표 공간의 에러 값, 자코비안 행렬의 값을 이용하여 관절 좌표 공간의 에러 값이 기설정된 값에 도달하기 전까지 반복적으로 수행되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성방법
8 8
삭제
9 9
제 7 항에 있어서,상기 제 (c) 단계는,(c-1) 상기 제어부가 기설정된 샘플링 시간마다 로봇 머니퓰레이터의 각 관절의 위치, 속도 및 가속도 값을 계산하여 기준 궤적을 생성하는 단계; 및(c-2) 상기 제어부가 상기 샘플링 시간의 기준 입력 토크 값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성방법
10 10
제 7 항에 있어서,상기 제 (d) 단계는,(d-1) 상기 제어부가 상기 기준 궤적 정보를 이용하여 상태(x)와 입력(u)의 초기 값을 설정하는 단계;(d-2) 상기 제어부가 각 관절의 토크 변화량을 입력값으로 하는 입력 설정단계;(d-3) 상기 제어부가 로봇 머니퓰레이터 관절의 위치 오차, 속도 오차 및 각 관절의 토크 변화율을 포함하는 비용함수를 2차 함수로 변환하는 단계; 및 (d-4) 상기 제어부가 상기 비용함수를 최소화하는 최적 상태를 찾기 위해, 기설정된 총 샘플링동안 전방스위프 처리와 후방스위프 처리를 통해 최적 궤적의 각 관절 위치, 속도 및 입력 토크 값을 얻도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성방법
11 11
제 7 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 제 (d) 단계는,(d-5) 상기 제어부가 로봇 머니퓰레이터 관절의 최적 궤적 생성을 위해, 동역학 수식과 비용 함수의 1차 미분인 자코비안과 2차 미분인 헤시안을 이용한 [수학식 7]을 이용하여 후방 스위프(backward sweep)를 계산하는 단계;(d-6) 상기 제어부가 전방 스위프(forward sweep)에서의 제어 입력을 생성하기 위해 개방 루프항과 피드백 항을 합한 [수학식 8]을 이용하여 전방 스위프를 계산하는 단계; 및(d-7) 상기 제어부가 기설정된 샘플링 숫자에 도달하기 전까지 상기 후방 스위프와 전방 스위프가 반복적으로 수행하도록 하고, 상기 전방 스위프에서의 상태 값을 [수학식 9]를 이용하여 최적 궤적의 각 관절 위치, 속도 및 입력 토크 값을 얻도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 머니퓰레이터의 관절 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적 생성방법
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1 교육과학기술부 한국과학기술원 기초연구사업:중견연구자지원사업 시선 제어, 자세 학습 및 발걸음 계획을 이용한 휴머노이드 로봇의 강인한 통합 항법 기술 연구