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▶ ユニバーシティ インダストリー コオペレイション グループ オブ キョンヒ ユニバーシティの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6883903
(24)【登録日】2021年5月13日
(45)【発行日】2021年6月9日
(54)【発明の名称】ロボットの安全性向上方法及び安全性評価方法
(51)【国際特許分類】
B25J 19/06 20060101AFI20210531BHJP
【ＦＩ】
B25J19/06
【請求項の数】20
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2020-524025(P2020-524025)
(86)(22)【出願日】2018年10月31日
(65)【公表番号】特表2021-501062(P2021-501062A)
(43)【公表日】2021年1月14日
(86)【国際出願番号】KR2018013056
(87)【国際公開番号】WO2019088681
(87)【国際公開日】20190509
【審査請求日】2020年4月28日
(31)【優先権主張番号】10-2017-0143802
(32)【優先日】2017年10月31日
(33)【優先権主張国】KR
(31)【優先権主張番号】10-2017-0143813
(32)【優先日】2017年10月31日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】514277938
【氏名又は名称】ユニバーシティ インダストリー コオペレイション グループ オブ キョンヒ ユニバーシティ
(74)【代理人】
【識別番号】110001379
【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リム、スンス
(72)【発明者】
【氏名】シン、ヒョンソプ
(72)【発明者】
【氏名】セオ、クワン
【審査官】
尾形 元
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−２０６８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−３５２６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特許第５９８３１７０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】
米国特許出願公開第２０１６／００２６７５１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１４／１０２０１８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
実際のロボットの形状情報を含むテストロボットの３次元映像又は３次元模型を獲得する段階；
前記テストロボットの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、前記テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階；
前記テストロボットの傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を一定時間ごとに獲得し、一定時間ごとに獲得した前記衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、前記ロボットの安全性を評価する段階；
前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさより大きいと、前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさを満足する最大速度を算出する段階；及び
前記テストロボットが前記算出された最大速度で動けるように前記プロファイル情報を修正し、前記テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する段階；
を含むロボットの安全性向上方法。
前記テストロボットの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、前記テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階；
前記テストロボットの傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を一定時間ごとに獲得し、一定時間ごとに獲得した前記衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、前記ロボットの安全性を評価する段階；
前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさより大きいと、前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさを満足する最大速度を算出する段階；及び
前記テストロボットが前記算出された最大速度で動けるように前記プロファイル情報を修正し、前記テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する段階；
を含むロボットの安全性向上方法。
【請求項2】
前記テストロボットは、
シミュレーションプログラムに前記ロボットの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
シミュレーションプログラムに前記ロボットの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項3】
前記シミュレーションプログラムはＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムである、請求項２に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項4】
前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは国際標準化機構（ＩＳＯ）規格による、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項5】
前記テストロボットは、少なくとも１自由度を有するマニピュレータに形成された、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項6】
前記テストロボットは、ジョイントを介して連結された少なくとも２個のリンク部と、前記リンク部のうち一つに連結されたエンドエフェクタと、を含み、
前記傷害誘発危険部位は、前記リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
前記傷害誘発危険部位は、前記リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項7】
前記ロボットの安全性を評価する段階は、
前記テストロボットのジョイント角度を調節し、前記リンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させる段階と、
前記姿勢の変化に従って前記被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を一定時間ごとに獲得する段階と、
前記最小衝突圧力及び最小衝突力に対応する角度で前記ジョイント角度を一定時間ごとに変化させながら前記テストロボットを移動させる段階；
をさらに含む、請求項６に記載のロボットの安全性向上方法。
前記テストロボットのジョイント角度を調節し、前記リンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させる段階と、
前記姿勢の変化に従って前記被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を一定時間ごとに獲得する段階と、
前記最小衝突圧力及び最小衝突力に対応する角度で前記ジョイント角度を一定時間ごとに変化させながら前記テストロボットを移動させる段階；
をさらに含む、請求項６に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項8】
前記ロボットの安全性を評価する段階は、
前記テストロボットの各部位別形状によって前記被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、前記算出された接触圧力値を通じて前記テストロボットに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する段階をさらに含む、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
前記テストロボットの各部位別形状によって前記被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、前記算出された接触圧力値を通じて前記テストロボットに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する段階をさらに含む、請求項１に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項9】
実際のマニピュレータの形状情報を含み、少なくとも１自由度を有するテストマニピュレータの３次元映像又は３次元模型を獲得する段階；
前記テストマニピュレータの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、前記テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する段階；
前記テストマニピュレータの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、前記算出された接触圧力値を通じて前記テストマニピュレータに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する段階；
前記テストマニピュレータの傷害誘発危険部位に対する有効質量、移動速度、及び方向を考慮して前記被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を一定時間ごとに獲得し、前記衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、前記マニピュレータの安全性を評価する段階；
前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさより大きいと、前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当する移動方向別最大速度を算出する段階：及び
前記テストマニピュレータが前記算出された最大速度で動けるように前記プロファイル情報を修正し、前記テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を再設定する段階；
を含むロボットの安全性向上方法。
前記テストマニピュレータの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、前記テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する段階；
前記テストマニピュレータの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、前記算出された接触圧力値を通じて前記テストマニピュレータに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する段階；
前記テストマニピュレータの傷害誘発危険部位に対する有効質量、移動速度、及び方向を考慮して前記被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を一定時間ごとに獲得し、前記衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、前記マニピュレータの安全性を評価する段階；
前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさより大きいと、前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当する移動方向別最大速度を算出する段階：及び
前記テストマニピュレータが前記算出された最大速度で動けるように前記プロファイル情報を修正し、前記テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を再設定する段階；
を含むロボットの安全性向上方法。
【請求項10】
前記テストマニピュレータは、
シミュレーションプログラムに前記マニピュレータの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である、請求項９に記載のロボットの安全性向上方法。
シミュレーションプログラムに前記マニピュレータの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である、請求項９に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項11】
前記シミュレーションプログラムはＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムである、請求項１０に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項12】
前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは国際標準化機構（ＩＳＯ）規格による、請求項９に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項13】
前記テストマニピュレータは、ジョイントを介して連結された少なくとも２個のリンク部と、前記リンク部のうち一つに連結されたエンドエフェクタと、を含み、
前記傷害誘発危険部位は、前記リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である、請求項９に記載のロボットの安全性向上方法。
前記傷害誘発危険部位は、前記リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である、請求項９に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項14】
前記マニピュレータの安全性を評価する段階は、
前記テストマニピュレータのジョイント角度を調節し、前記リンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させる段階と、
前記姿勢の変化に従って前記被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を一定時間ごとに獲得する段階と、
前記最小衝突圧力及び最小衝突力に対応する角度で前記ジョイント角度を一定時間ごとに変化させながら前記テストマニピュレータを移動させる段階と、
をさらに含む、請求項１３に記載のロボットの安全性向上方法。
前記テストマニピュレータのジョイント角度を調節し、前記リンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させる段階と、
前記姿勢の変化に従って前記被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を一定時間ごとに獲得する段階と、
前記最小衝突圧力及び最小衝突力に対応する角度で前記ジョイント角度を一定時間ごとに変化させながら前記テストマニピュレータを移動させる段階と、
をさらに含む、請求項１３に記載のロボットの安全性向上方法。
【請求項15】
実際のロボットの形状情報を含むテストロボットの３次元映像又は３次元模型を獲得する段階；
前記テストロボットの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、前記テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階；
前記テストロボットの傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階；及び
前記算出された衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、前記ロボットの安全性を評価する段階；
を含むロボットの安全性評価方法。
前記テストロボットの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、前記テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階；
前記テストロボットの傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階；及び
前記算出された衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、前記ロボットの安全性を評価する段階；
を含むロボットの安全性評価方法。
【請求項16】
前記テストロボットは、
シミュレーションプログラムに前記ロボットの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である、請求項１５に記載のロボットの安全性評価方法。
シミュレーションプログラムに前記ロボットの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である、請求項１５に記載のロボットの安全性評価方法。
【請求項17】
前記シミュレーションプログラムはＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムである、請求項１６に記載のロボットの安全性評価方法。
【請求項18】
前記衝突圧力及び衝突力の大きさが前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ以上であると、前記被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力が前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ未満になるように前記テストロボットの速度を制御する、請求項１５に記載のロボットの安全性評価方法。
【請求項19】
前記最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは国際標準化機構（ＩＳＯ）規格による、請求項１５に記載のロボットの安全性評価方法。
【請求項20】
前記テストロボットは１自由度以上のマニピュレータに形成された、請求項１５に記載のロボットの安全性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットに対する安全性向上方法及び安全性評価方法に関し、より詳細には、一定の作業空間上にあるロボットと作業者との間の衝突時にロボットの各部位別形状によって作業者に加えられる衝突圧力及び衝突力をシミュレーションを通じて算出し、算出された値が国際標準化機構（ＩＳＯ）規格を満足するようにロボットの速度及び姿勢を制御するロボットの安全性向上方法、及び国際標準化機構（ＩＳＯ）規格内に該当するかどうかを判断し、安全性評価の正確度が向上した安全性評価方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ロボットの高性能化の実現により、運転の便宜性を極大化すると同時に、ロボットの運行時における作業者との衝突防止を通じた安全性を確保するために多様な努力がなされている。
【0003】
このようなロボットは、人間と同じ作業空間内に設置され得るので、作業時に衝突による事故が頻繁に発生するようになる。よって、ロボットにおいて必須的に要求されることは、（１）モーションの精密性及び（２）モーションの安全性である。１番目の要求事項であるモーションの精密性の場合は、モーター精密制御技術の発展を通じて現在一定の軌道に進入した実情にあるが、２番目の要求事項であるモーションの安全性の場合は、モーションの精密性に比べて技術的な完成度が非常に不備な実情にある。
【0004】
特に、最近は、ロボットシステムにおいて、安全性（ｓａｆｅｔｙ）という用語が核心的な話頭に上り、ロボットの安全性を高めるための多様な研究が進められている。
【0005】
現在通用されている安全性を確保する方法は、ロボットの速度を一定速度以下に低下させるものである。しかし、このような方法は、ロボットの速度の適正性を評価することによってロボットの速度を制御するのではなく、ロボットの速度を大きく低下させることによって安全性を確保するものであるので、安全性を高めることはできるが、生産性が大きく低下し、効率性が良くないという問題を有する。
【0006】
このような問題を解決するために、ロボットにフェンスを構築し、人がフェンス内に存在していないときにのみロボットを正常に運用することによって生産性を増加させたが、協働ロボット、サービスロボットなどのように、ロボットと人が同じ空間に存在する場合に対する安全性を向上させるための解決策は未だに構築されていない実情にある。そこで、人とロボットが同じ空間内で作業をしながらもロボットによって傷害を受けないようにするための解決策の用意が必要である。
【0007】
また、現在開発されたほとんどのロボットの安全性評価方法は、実際のテストロボットに衝突圧力、衝突力、移動速度などを求めるための別途の装置を設置して評価するものであるので、評価費用が増加するという問題を有していた。
【0008】
そして、安全性の評価時、テストロボットは、必要以上に停止と作動を繰り返すようになるので、作業効率が減少し、テストロボットに無理が祟るという問題を有していた。
【0009】
このような問題を解決するために、テストロボットの移動によって身体に加えられる衝突力を測定する方法が具現されたが、この方法は、テストロボットの衝突部位の形状と関係なく、一定の圧力を適用することによって衝突力を測定するものであるので、安全性評価の正確度が低いという問題を有していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の課題は、テストロボットの形状を考慮して各部位別移動速度及び移動経路によって作業者に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出し、算出された値が国際標準化機構（ＩＳＯ）規格を満足するようにテストロボットの速度及び姿勢を制御するロボットの安全性向上方法を提供することにある。
【0011】
また、本発明の課題は、テストロボットの形状を考慮した各部位別移動速度及び移動経路によって作業者に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出し、算出された値が国際標準化機構（ＩＳＯ）規格内に該当するかどうかを判断し、安全性評価の正確度が向上したロボットの安全性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記課題を達成するための本発明に係るロボットの安全性向上方法は、テストロボットの３次元形状を獲得する段階と、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階と、一定時間ごとにロボットの安全性を評価する段階と、衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された許容安全基準値内に該当するテストロボットの最大速度を算出する段階と、テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する段階とを含む。テストロボットの３次元形状を獲得する段階は、実際のロボットの形状情報を含むテストロボットの３次元映像又は３次元模型を獲得する。テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階は、テストロボットの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する。一定時間ごとにロボットの安全性を評価する段階は、テストロボットの傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を一定時間ごとに獲得し、一定時間ごとに獲得した衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、ロボットの安全性を評価する。衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された許容安全基準値内に該当するテストロボットの最大速度を算出する段階は、衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさより大きいと、衝突圧力及び衝突力の大きさが最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさを満足する最大速度を算出する。テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する段階は、テストロボットが算出された最大速度で動けるようにプロファイル情報を修正し、テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する。
【0013】
一実施形態によると、テストロボットは、シミュレーションプログラムにロボットの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である。ここで、シミュレーションプログラムは、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムからなり得る。
【0014】
一実施形態によると、最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）規格によって決定される。
【0015】
一実施形態によると、テストロボットは、少なくとも１自由度を有するマニピュレータに形成される。
【0016】
一実施形態によると、テストロボットは、ジョイントを介して連結された少なくとも２個のリンク部と、リンク部のうち一つに連結されたエンドエフェクタ（Ｅｎｄ−ｅｆｆｅｃｔｏｒ）とを含む。そして、傷害誘発危険部位は、リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である。
【0017】
一実施形態によると、ロボットの安全性を評価する段階は、テストロボットのジョイント角度を調節し、リンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させる段階と、姿勢の変化に従って被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を一定時間ごとに獲得する段階と、最小衝突圧力及び最小衝突力に対応する角度でジョイント角度を一定時間ごとに変化させながらテストロボットを移動させる段階とをさらに含む。
【0018】
一実施形態によると、ロボットの安全性を評価する段階は、テストロボットの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストロボットに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する段階をさらに含む。
【0019】
本発明に係るロボットの安全性向上方法は、テストマニピュレータの３次元形状を獲得する段階と、テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する段階と、マニピュレータの傷害誘発危険部位を設定する段階と、一定時間ごとにマニピュレータの安全性を評価する段階と、衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された許容安全基準値内に該当するテストマニピュレータの最大速度を算出する段階と、テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を再設定する段階とを含む。テストマニピュレータの３次元形状を獲得する段階は、実際のマニピュレータの形状情報を含み、少なくとも１自由度を有するテストマニピュレータの３次元映像又は３次元模型を獲得する。テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する段階は、テストマニピュレータの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する。テストマニピュレータの傷害誘発危険部位を設定する段階は、テストマニピュレータの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストマニピュレータに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する。一定時間ごとにマニピュレータの安全性を評価する段階は、テストマニピュレータの傷害誘発危険部位に対する有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を一定時間ごとに獲得し、衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、マニピュレータの安全性を評価する。衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された許容安全基準値内に該当するテストマニピュレータの最大速度を算出する段階は、衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさより大きいと、衝突圧力及び衝突力の大きさが最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当する移動方向別最大速度を算出する。テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を再設定する段階は、テストマニピュレータが算出された最大速度で動けるようにプロファイル情報を修正し、テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を再設定する。
【0020】
一実施形態によると、テストマニピュレータは、シミュレーションプログラムにマニピュレータの形状情報を入力して形成された３次元映像あるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である。ここで、シミュレーションプログラムは、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムからなり得る。
【0021】
一実施形態によると、最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）規格によって決定される。
【0022】
一実施形態によると、テストマニピュレータは、ジョイントを介して連結された少なくとも２個のリンク部と、リンク部のうち一つに連結されたエンドエフェクタとを含む。そして、傷害誘発危険部位は、リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である。
【0023】
一実施形態によると、マニピュレータの安全性を評価する段階は、テストマニピュレータのジョイント角度を調節し、リンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させる段階と、姿勢の変化に従って被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を一定時間ごとに獲得する段階と、最小衝突圧力及び最小衝突力に対応する角度でジョイント角度を一定時間ごとに変化させながらテストマニピュレータを移動させる段階とをさらに含む。
【0024】
また、前記課題を達成するための本発明に係るロボットの安全性評価方法は、テストロボットの３次元形状を獲得する段階と、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階と、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階と、ロボットの安全性を評価する段階とを含む。テストロボットの３次元形状を獲得する段階は、実際のロボットの形状情報を含むテストロボットの３次元映像又は３次元模型を獲得する。テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階は、テストロボットの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する。テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、テストロボットの傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する。ロボットの安全性を評価する段階は、算出された衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、ロボットの安全性を評価する。
【0025】
一実施形態によると、テストロボットは、シミュレーションプログラムにロボットの形状情報を入力して形成された３次元映像であるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型である。そして、前記シミュレーションプログラムは、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムからなり得る。
【0026】
一実施形態によると、衝突圧力及び衝突力の大きさが最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ以上であると、被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力が最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ未満になるようにテストロボットの速度を制御する。
【0027】
一実施形態によると、最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）規格によって決定される。
【0028】
一実施形態によると、テストロボットは、１自由度以上のマニピュレータに形成される。
【0029】
一実施形態によると、テストロボットは、ジョイントを介して連結された少なくとも２個のリンク部と、リンク部のうち一つに連結されたエンドエフェクタとを含む。そして、傷害誘発危険部位は、リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である。
【0030】
一実施形態によると、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、テストロボットのジョイント角度を調節することによってリンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させ、姿勢の変化に従ってテストロボットの傷害誘発危険部位によって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階をさらに含む。
【0031】
一実施形態によると、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、テストロボットの各部位別面積によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストロボットに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する段階をさらに含む。
【0032】
一実施形態によると、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、一定時間単位別に被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する。
【0033】
本発明に係るロボットの安全性評価方法は、テストマニピュレータの３次元形状を獲得する段階と、テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する段階と、テストマニピュレータの傷害誘発危険部位を設定する段階と、テストマニピュレータによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階と、マニピュレータの安全性を評価する段階とを含む。マニピュレータの３次元形状を獲得する段階は、実際のマニピュレータの形状情報を含み、少なくとも１自由度を有するテストマニピュレータの３次元映像又は３次元模型を獲得する。テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する段階は、テストマニピュレータの移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストマニピュレータの移動時間及び移動経路を設定する。テストマニピュレータの傷害誘発危険部位を設定する段階は、テストマニピュレータの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストマニピュレータに対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する。テストマニピュレータによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、テストマニピュレータの傷害誘発危険部位に対する有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する。マニピュレータの安全性を評価する段階は、算出された衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ内に該当するかどうかを判断し、マニピュレータの安全性を評価する。
【0034】
一実施形態によると、マニピュレータによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、一定時間単位別に被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する。
【0035】
一実施形態によると、衝突圧力及び衝突力の大きさが最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ以上であると、被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力が最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさ未満になるようにマニピュレータの速度を制御する。
【0036】
一実施形態によると、最大衝突圧力及び最大衝突力の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）規格によって決定される。
【0037】
一実施形態によると、テストマニピュレータは、ジョイントを介して連結された少なくとも２個のリンク部と、リンク部のうち一つに連結されたエンドエフェクタとを含む。そして、傷害誘発危険部位は、リンク部及びエンドエフェクタから選ばれた一つ又は二つ以上である。
【0038】
一実施形態によると、テストマニピュレータによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階は、テストマニピュレータのジョイント角度を調節することによってリンク部及びエンドエフェクタの姿勢を変化させ、姿勢の変化に従ってテストマニピュレータの傷害誘発危険部位によって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階をさらに含む。
【発明の効果】
【0039】
本発明によると、衝突体と被衝突体との間の衝突圧力及び衝突力の大きさをシミュレーションを通じて獲得し、獲得した衝突圧力及び衝突力が国際標準化機構（ＩＳＯ）の基準を満足するようにロボットの速度を調節したり、姿勢を変えることによって、作業者の安全を保障しながらも生産性を最大化できるようになる。
【0040】
このようなテストロボットは、実際のロボットと類似する形状及び駆動動作を有する３次元模型ロボット又は３次元映像ロボットに形成されるので、３次元形状を考慮してロボットの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出することによって傷害誘発危険部位を選択し、選択された傷害誘発危険部位で被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出するので、ロボットの形状に対応する衝突圧力及び衝突力を求めることができる。テストロボットの部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、この値を通じて傷害誘発危険部位を選択すると、テストロボットの衝突部位の形状に対応する衝突圧力及び衝突力を求めることができ、その正確度が向上する。
【0041】
また、被衝突体に加えられる衝撃圧力及び衝突力の大きさがテストロボットの安全性評価の基準を満足しない場合、衝突圧力及び衝突力の大きさが安全性評価基準を満足するようにロボットの速度を制御するので、ロボットの安全性を向上できるようになる。
【0042】
併せて、テストロボットの姿勢の変化に従って被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力の大きさを求めて格納した後、これに基づいてテストロボットの姿勢を一定時間ごとに制御するので、テストロボットは、同じ移動速度で同じ移動経路に沿って移動したとしても被衝突体に最小限の衝撃が加えられる姿勢を具現できるようになる。
【0043】
また、本発明によると、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力の大きさをＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムなどからなるコンピュータープログラムを用いてシミュレーションを通じて求めたり、計算アルゴリズムをテストロボットシステムに適用することによってリアルタイムで衝突圧力及び衝突力を算出することができ、テストロボットの安全性をリアルタイムで評価することができる。これによって、テストロボットに作用する衝突圧力、衝突力、移動速度などを求めるための別途の装置を備えなくてもよいので、低廉な費用で安全性評価を行えるようになる。
【0044】
また、テストロボットの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出することによって傷害誘発危険部位を選択し、選択された傷害誘発危険部位で被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出できるようになる。
【0045】
併せて、テストロボットの姿勢によって衝突圧力及び衝突力を求めることができ、被衝突体に最小限の衝撃が加えられる姿勢を具現できるようになる。よって、テストロボットが具現された姿勢を通じて移動すると、衝突圧力が最大圧力を超えない状態で最大の速度で移動できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の一実施形態に係るロボットの安全性向上方法に対するブロック図である。
【図3】実際のロボットと被衝突体が衝突する状態を概略的に示した図である。
【図4】実際のロボットと衝突する被衝突体の表面変化を示した図である。
【図5】テストロボットの３次元形状を示した図である。
【図6】本発明の一実施形態に係るロボットの安全性評価方法に対するブロック図である。
【図8】テストロボットの部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力の大きさを示した図である。
【図9】３Ｄモデリングプログラムを通じて獲得した衝突圧力及び衝突力の値を示した図である。
【図10】速度制御を通じて生産性及び安全性を最大に具現したロボットの制御状態を示した図である。
【図11】安全性を最大に高めるためのジョイント角度を設定し、経路を修正した状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0047】
以下、添付の図面を参照して、好ましい実施形態に係るロボットの安全性向上方法及び安全性評価方法に対して詳細に説明する。ここで、同一の構成に対しては同一の符号を付し、繰り返される説明、発明の要旨を不明瞭にし得る公知機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図面における各要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張する場合がある。
【0048】
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットの安全性向上方法に対するブロック図で、図２は、図１において、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階に対する詳細な過程を説明するためのブロック図である。そして、図３は、実際のロボットと被衝突体が衝突する状態を概略的に示した図で、図４は、図３において、実際のロボットと衝突する被衝突体の表面変化を示した図である。そして、図５は、図１において、テストロボットの３次元形状を示した図である。
【0049】
図１〜図５に示したように、ロボットの安全性向上方法（Ｓ１００）は、テストロボットの３次元形状を獲得する段階（Ｓ１１０）と、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階（Ｓ１２０）と、一定時間ごとにロボットの安全性を評価する段階（Ｓ１３０）と、衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された許容安全基準値内に該当するテストロボットの最大速度を算出する段階（Ｓ１４０）と、テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する段階（Ｓ１５０）とを含む。
【0050】
テストロボットの３次元形状を獲得する段階（Ｓ１１０）は、実際のロボットＲの形状情報を含むテストロボット１０の３次元映像又は３次元模型を獲得する。具体的に、テストロボット１０は、シミュレーションプログラムにロボットＲの形状情報を入力して形成された３次元映像からなるか、又は３次元計測センサを通じて形成された３次元模型からなり得る。すなわち、テストロボット１０は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）プログラムなどのシミュレーションプログラムに実際のロボットＲの形状情報を入力して形成された３次元映像からなるか、３次元計測センサを通じて具現され、実際のロボットＲと同一に駆動及び制御される３次元模型からなり得る。
【0051】
３ＤモデリングされるロボットＲの種類は限定されないが、一定の作業空間で共同に業務を処理する協働ロボットであり得る。このような協働ロボッは、先端にメカニカルハンド（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｈａｎｄ）を備えることによって特定物体を把持及び移送したり、特定作業を行えるように形成されたマニピュレータ（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）に形成され得る。そして、テストロボット１０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、ピッチ方向、ヨー方向、及びロール方向のうち少なくとも一方向に移動可能な自由度を有するように形成され得る。すなわち、テストロボット１０は、少なくとも１自由度を有するマニピュレータに形成され得る。
【0052】
具体的に、テストロボット１０は、ジョイント１１を介して連結された少なくとも２個のリンク部１２と、リンク部１２のうち一つに連結されたエンドエフェクタ１３とを含むマニピュレータに形成され得る。ここで、エンドエフェクタは、テストロボット１０が作業するときに作業対象に直接作用する機能を有する部分であって、例えば、マニピュレータのメカニカルハンドであり得る。
【0053】
テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階（Ｓ１２０）は、テストロボット１０の移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストロボット１０の移動時間及び移動経路を設定する。例えば、テストロボット１０が３次元映像である場合は、シミュレーションプログラムに移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストロボット１０の移動時間及び移動経路を設定する。そして、テストロボット１０が３次元模型である場合は、テストロボット１０の制御システムに移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストロボット１０の移動時間及び移動経路を設定する。ここで、シミュレーションプログラム及びロボットの制御システムを通じてテストロボット１０の駆動を制御する方法は既に公知となった技術であるので、これに対する説明は省略する。
【0054】
一定時間ごとにロボットの安全性を評価する段階（Ｓ１３０）は、テストロボット１０の傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ｆｏｒｃｅ、ＦＣ）を一定時間ごとに獲得し、一定時間ごとに獲得した衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当するかどうかを判断し、ロボットＲの安全性を評価する。
【0055】
ここで、既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）規格による大きさからなり得る。国際標準化機構（ＩＳＯ）には、人の身体部位別に耐えられる最大許容圧力及び許容力に対して開示されているので、これを基準にして最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさを設定すると、ロボットＲの安全性を一層向上できるようになる。
【0056】
被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を一定時間単位に分けて獲得する理由は、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出するためのデータの量を減少させることによって計算の速度を向上させ、負荷がかからないようにするためである。ここで、一定時間単位はテストロボット１０の形状によって変わり得る。すなわち、テストロボット１０の形状が複雑であるほど時間単位は短くなり得る。
【0057】
具体的に、被衝突体２０に加えられる衝突力（ＦＣ）は、下記の数式１を通じて具現可能である。ここで、被衝突体２０は人であり得る。また、テストロボットの衝突部位に対する有効質量（Ｍｉ）は、機構学的理論によって算出され、被衝突体の衝突部位に対する有効質量（Ｍｈ）は、ユーザによって入力されることによって予め定められ得る。テストロボットの衝突部位の変位（ｙｉ）及び被衝突体の衝突部位の変位（ｙｈ）はＣＡＥシステムを通じて求めることができる。
【0058】
【数1】
【0059】
Ｍｉ：テストロボットの衝突部位に対する有効質量
【0060】
Ｍｈ：被衝突体の衝突部位に対する有効質量
【0061】
ＦＣ：衝突力
【0062】
ｙｉ：テストロボットの衝突部位の変位
【0063】
ｙｈ：被衝突体の衝突部位の変位
【0064】
そして、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）は、下記の数式２を通じて具現可能である。ここで、被衝突体の皮膚弾性（Ｋ）及び被衝突体の皮膚厚さ（ｈ）は、ＣＡＥシステムを通じてユーザによって入力されることによって予め格納され得る。
【0065】
【数2】
【0066】
δ：被衝突体の皮膚の変形量
【0067】
α：テストロボットと被衝突体との間の衝突角
【0068】
ＦＣ：衝突力 ｐ：衝突圧力
【0069】
Ｋ：被衝突体の皮膚弾性 ｈ：被衝突体の皮膚厚さ
【0070】
ｘ、ｙ：衝突面の座標系
【0071】
テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階（Ｓ１２０）は、テストロボットの傷害誘発危険部位を設定する段階（Ｓ１２１）と、テストロボットの姿勢を変化させ、被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力をそれぞれ算出する段階（Ｓ１２２）と、被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を選択及び格納する段階（Ｓ１２３）と、ジョイント角度を変化させながらテストロボットを移動させる段階（Ｓ１２４）とをさらに含んでもよい。
【0072】
テストロボットの傷害誘発危険部位を設定する段階（Ｓ１２１）は、テストロボット１０の各部位別形状によって被衝突体２０に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストロボット１０に対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する。
【0073】
例えば、テストロボット１０が円柱状からなる場合、傷害誘発危険部位を設定するためのテストロボット１０の各部位は、周面、上部面、下部面、上部コーナー、及び下部コーナーになり得る。そして、それぞれの部位別形状によって被衝突体２０に加えられる接触圧力を算出する。ここで、接触圧力を算出する方法は、Ｐ＝Ｆ／Ａ（Ｐ：圧力、Ｆ：力、Ａ：面積）の関係式を通じて計算可能である。
【0074】
このような過程を通じてテストロボット１０の各部位に対する接触圧力が算出されると、接触圧力のうち最も大きい値を有する部位又は接触圧力が既に設定された値を超える部位の全てを傷害誘発危険部位として選択することができる。
【0075】
一方、テストロボット１０の傷害誘発危険部位は、ユーザの選択によって一つ又は二つ以上に定められてもよい。具体的に、テストロボット１０の傷害誘発危険部位は、リンク部１２及びエンドエフェクタ１３から選ばれた一つ又は二つ以上であり得る。このようにテストロボット１０の傷害誘発危険部位がユーザによって予め設定された場合は、テストロボットの傷害誘発危険部位を設定する段階（Ｓ１２１）を省略してもよい。
【0076】
テストロボットの姿勢を変化させ、被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力をそれぞれ算出する段階（Ｓ１２２）は、テストロボット１０のジョイント角度を調節することによってリンク部１２及びエンドエフェクタ１３の姿勢を変化させ、姿勢の変化に従って傷害誘発危険部位によって被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）をそれぞれ算出する。
【0077】
このようにテストロボット１０の姿勢を変化させ、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出する理由は、リンク部１２及びエンドエフェクタ１３の姿勢の変化に従って被衝突体２０とテストロボット１０との距離及び接触部位が変わり、これによって、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさも変わるためである。
【0078】
被衝突体に加えられる最小衝突圧力及び最小衝突力を選択及び格納する段階（Ｓ１２３）は、前記段階（Ｓ１２２）で獲得した衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）のうち最も小さい値（以下、「最小衝突圧力（ＰＭＩＮ）及び最小衝突力（ＦＭＩＮ）」という。）を選択及び格納する。このとき、獲得した最小衝突圧力（ＰＭＩＮ）及び最小衝突力（ＦＭＩＮ）は、一定時間ごとに選択されて格納され得る。
【0079】
ジョイント角度を変化させながらテストロボットを移動させる段階（Ｓ１２４）は、最小衝突圧力（ＰＭＩＮ）及び最小衝突力（ＦＭＩＮ）に対応する角度でジョイント１１の角度を一定時間ごとに変化させながらテストロボット１０を移動させる。
【0080】
このようにテストロボット１０の姿勢の変化に従って被衝突体２０に加えられる最小衝突圧力（ＰＭＩＮ）及び最小衝突力（ＦＭＩＮ）の大きさを求めて格納した後、これに基づいてテストロボット１０の姿勢を一定時間ごとに制御すると、テストロボット１０は、同じ移動速度で同じ移動経路に沿って移動したとしても被衝突体２０に最小限の衝撃が加えられる姿勢を具現できるようになる。
【0081】
衝突圧力及び衝突力の大きさが既に設定された許容安全基準値内に該当するようにテストロボットの最大速度を算出する段階（Ｓ１４０）は、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさより大きいと、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさを満足する最大速度を算出する。すなわち、ロボットＲの安全性が確保されないと、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当するように最大速度を算出する。
【0082】
テストロボットの移動時間及び移動経路を再設定する段階（Ｓ１５０）は、テストロボット１０が前段階（Ｓ１４０）で算出された最大速度で動けるようにプロファイル情報を修正し、テストロボット１０の移動時間及び移動経路を再設定する。
【0083】
これは、テストロボット１０の速度によって被衝突体２０に加えられる力が変わるためである。すなわち、移動速度を減少させると被衝突体２０に加えられる力が減少し、このように被衝突体２０に加えられる力が減少すると圧力も減少するので、前段階（Ｓ１４０）で算出された最大速度でテストロボット１０が動けるようにプロファイル情報を修正した場合、テストロボット１０は、最大速度を出しながらも人体に傷害を与えないロボットに具現可能になる。
【0084】
上述したように、ロボットの安全性向上方法は、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力の大きさをシミュレーションを通じて獲得できるようになる。このようなテストロボットは、実際のロボットと類似する形状及び駆動動作を有する３次元模型ロボット又は３次元映像ロボットに形成されるので、従来のように、実際のロボットに作用する衝突圧力、衝突力、移動速度などを求めるための別途の装置を備えなくてもよく、低廉な費用で安全性評価を行えるようになる。
【0085】
また、テストロボットの各部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出することによって傷害誘発危険部位を選択し、選択された傷害誘発危険部位で被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出するので、テストロボットの形状に対応する衝突圧力及び衝突力を求めることができる。すなわち、従来は、ロボットの形状と関係なく接触圧力を一定に適用することによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出するので、算出された値の正確度が低いという短所があった。しかし、本発明のように、テストロボットの部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、この値を通じて傷害誘発危険部位を選択すると、テストロボットの衝突部位の形状に対応する衝突圧力及び衝突力を求めることができ、その正確度が向上し得る。
【0086】
また、被衝突体に加えられる衝撃圧力及び衝突力の大きさがテストロボットの安全性評価の基準を満足しない場合、衝突圧力及び衝突力の大きさが安全性評価基準を満足するようにテストロボットの姿勢を一定時間ごとに制御するので、ロボットの安全性を向上できるようになる。
【0087】
併せて、被衝突体に加えられる衝撃圧力及び衝突力の大きさがテストロボットの安全性評価の基準を満足しない場合、衝突圧力及び衝突力の大きさが安全性評価基準を満足するようにテストロボットの速度を最大に制御するので、ロボットは、安全性が向上しながらも同一の移動経路を最大速度で移動できるようになる。
【0088】
図６は、本発明の一実施形態に係るロボットの安全性評価方法に対するブロック図で、図７は、図６において、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階に対する詳細な過程を説明するためのブロック図である。
【0089】
図３〜図７を参考にして説明すると、ロボットの安全性評価方法（Ｓ２００）は、テストロボットの３次元形状を獲得する段階（Ｓ２１０）と、テストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階（Ｓ２２０）と、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３０）と、ロボットの安全性を評価する段階（Ｓ２４０）とを含む。
【0090】
テストロボットの３次元形状を獲得する段階（Ｓ２１０）とテストロボットの移動時間及び移動経路を設定する段階（Ｓ２２０）は、図１を説明する過程で既に言及した通りであるので、上述した内容を援用することにする。
【0091】
テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３０）は、テストロボット１０の傷害誘発危険部位に対する形状、有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出する。
【0092】
具体的に、被衝突体２０に加えられる衝突力（ＦＣ）は、上述した数式１を通じて具現可能である。ここで、被衝突体２０は人であり得る。また、テストロボットの衝突部位に対する有効質量（Ｍｉ）は、機構学的理論によって算出され、被衝突体の衝突部位に対する有効質量（Ｍｈ）は、ユーザによって入力されることによって予め定められ得る。テストロボットの衝突部位の変位（ｙｉ）及び被衝突体の衝突部位の変位（ｙｈ）はＣＡＥシステムを通じて求めることができる。
【0093】
そして、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）は、上述した数式２を通じて具現可能である。ここで、被衝突体の皮膚弾性（Ｋ）及び被衝突体の皮膚厚さ（ｈ）は、ＣＡＥシステムを通じてユーザによって入力されることによって予め格納され得る。
【0094】
テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３０）は、一定時間単位別に被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出することができる。これは、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出するためのデータの量を減少させることによって計算の速度を向上させ、負荷がかからないようにするためである。ここで、一定時間単位はテストロボット１０の形状によって変わり得る。すなわち、テストロボット１０の形状が複雑であるほど時間単位は短くなり得る。
【0095】
テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３０）は、テストロボットの傷害誘発危険部位を設定する段階（Ｓ２３１）をさらに含んでもよい。
【0096】
テストロボットの傷害誘発危険部位を設定する段階（Ｓ２３１）は、テストロボット１０の各部位別面積によって被衝突体２０に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストロボット１０に対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する。
【0097】
例えば、テストロボット１０が円柱状からなる場合、傷害誘発危険部位を設定するためのテストロボット１０の各部位は、周面、上部面、下部面、上部コーナー、及び下部コーナーになり得る。そして、それぞれの部位別面積によって被衝突体２０に加えられる接触圧力を算出する。ここで、接触圧力を算出する方法は、Ｐ＝Ｆ／Ａ（Ｐ：圧力、Ｆ：力、Ａ：面積）の関係式を通じて計算可能である。
【0098】
このような過程を通じてテストロボット１０の各部位に対する接触圧力が算出されると、接触圧力のうち最も大きい値を有する部位又は接触圧力が既に設定された値を超える部位の全てを傷害誘発危険部位として選択することができる。
【0099】
一方、テストロボット１０の傷害誘発危険部位は、ユーザの選択によって一つ又は二つ以上に定められ得る。具体的に、テストロボット１０の傷害誘発危険部位は、リンク部１２及びエンドエフェクタ１３から選ばれた一つ又は二つ以上であり得る。このようにテストロボット１０の傷害誘発危険部位がユーザによって予め設定された場合は、テストロボットの傷害誘発危険部位を設定する段階（Ｓ２３１）を省略してもよい。
【0100】
テストロボットの安全性を評価する段階（Ｓ２４０）は、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３０）で獲得した衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当するかどうかを判断する。
【0101】
ロボットの安全性を評価する段階（Ｓ２４０）で被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当すると、テストロボット１０は安全であると判断する。その一方で、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ以上であると、テストロボット１０は安全でないと判断する。
【0102】
ロボットの安全性を評価する段階（Ｓ２４０）で衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ以上であると、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）が最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ未満になるようにテストロボット１０の移動速度を制御することができる。これは、テストロボット１０の移動速度を減少させると、被衝突体２０に加えられる力が減少するためである。このように被衝突体２０に加えられる力が減少すると圧力も減少するので、テストロボット１０の移動速度を適宜調節すると、最大速度を出しながらも人体に傷害を与えないロボットＲを具現できるようになる。
【0103】
ロボットの安全性を評価する段階（Ｓ２４０）で既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）、より具体的には、ＴＳ １５０６６規格による大きさからなり得る。国際標準化機構（ＩＳＯ）のＴＳ １５０６６には、人の身体部位別に耐えられる最大許容圧力及び許容力に対して開示されているので、これを基準にして最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさを設定すると、ロボットＲの安全性を一層向上できるようになる。
【0104】
一方、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３０）は、テストロボットの姿勢の変化に従って被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３２）をさらに含んでもよい。
【0105】
テストロボットの姿勢の変化に従って被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出する段階（Ｓ２３２）は、テストロボット１０のジョイント１１の角度を調節することによってリンク部１２及びエンドエフェクタ１３の姿勢を変化させ、姿勢の変化に従って傷害誘発危険部位によって被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出する。
【0106】
このようにテストロボット１０の姿勢を変化させ、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出する理由は、リンク部１２及びエンドエフェクタ１３の姿勢の変化に従って被衝突体２０とテストロボット１０との距離及び接触部位が変わるためである。そして、被衝突体２０とテストロボット１０との距離及び接触部位が変わると、被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさも変わるようになる。
【0107】
したがって、姿勢の変化に従って被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさを求めると、ロボットＲが同じ移動速度で同じ移動経路に沿って移動したとしても被衝突体２０に最小限の衝撃が加えられる姿勢を具現できるようになる。
【0108】
上述したように、ロボットの安全性評価方法は、テストロボットによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力の大きさをシミュレーションを通じて獲得できるようになる。このようなテストロボットは、実際のロボットと類似する形状及び駆動動作を有する３次元模型ロボット又は３次元映像ロボットに形成されるので、従来のように、実際のロボットに作用する衝突圧力、衝突力、移動速度などを求めるための別途の装置を備えなくてもよく、低廉な費用で安全性評価を行えるようになる。
【0109】
また、テストロボットの各部位別面積によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出することによって傷害誘発危険部位を選択し、選択された傷害誘発危険部位で被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出するので、テストロボットの形状に対応する衝突圧力及び衝突力を求めることができる。すなわち、従来は、ロボットの形状と関係なく接触圧力を一定に適用することによって被衝突体に加えられる衝突圧力及び衝突力を算出するので、算出された値の正確度が低いという短所があった。しかし、本発明のように、テストロボットの部位別面積によって被衝突体に加えられる接触圧力を算出し、この値を通じて傷害誘発危険部位を選択すると、テストロボットの衝突部位の形状に対応する衝突圧力及び衝突力を求めることができ、その正確度が向上し得る。
【0110】
併せて、テストロボットの姿勢を変化させながら衝突圧力及び衝突力を求めるので、被衝突体に最小限の衝撃が加えられる姿勢を具現できるようになる。よって、テストロボットが具現された姿勢を通じて移動すると、同じ移動経路に沿って移動しながらも最大の速度で移動できるようになる。
【0111】
図８は、テストロボットの部位別形状によって被衝突体に加えられる接触圧力の大きさを示した図である。そして、図９は、３Ｄモデリングプログラムを通じて獲得した衝突圧力及び衝突力の値を示した図である。
【0113】
まず、ユーザがシミュレーションプログラムに実際のロボットＲの形状情報を入力することによって３次元映像テストロボットを獲得したり、３次元計測センサを通じて３次元模型テストロボットを獲得する。ここで、テストロボット１０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、ピッチ方向、ヨー方向、及びロール方向のうち一つの方向に移動可能なマニピュレータからなり得る。すなわち、テストロボット１０は、１自由度以上を有するマニピュレータであり得る。
【0114】
そして、シミュレーションプログラム又はテストロボットシステムに移動時間情報及び移動経路情報を含むプロファイル情報を入力し、テストロボット１０の移動時間及び移動経路を設定する。これによって、テストロボット１０は、一定時間の間、定められた移動経路に沿って移動するシミュレーションを進めるようになる。
【0115】
そして、テストロボット１０の各部位別形状によって被衝突体２０に加えられる接触圧力を算出し、算出された接触圧力値を通じてテストロボット１０に対する少なくとも一つの傷害誘発危険部位を設定する。これは、図８に示したように、テストロボットの部位別形状によって被衝突体２０に加えられる接触圧力の大きさが変わるためである。
【0116】
ここで、傷害誘発危険部位は、算出された接触圧力のうち最も大きい値を有する部位又は接触圧力が既に設定された値を超える部位の全てになり得るが、本実施形態では、エンドエフェクタ１３及びリンク部１２を傷害誘発危険部位として説明する。
【0117】
このようにテストロボット１０の傷害誘発危険部位が設定されると、テストロボット１０の傷害誘発危険部位に対する有効質量、移動速度、及び方向を考慮して被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）を算出する。ここで、傷害誘発危険部位であるエンドエフェクタ１３及びリンク部１２から被衝突体２０に加えられる衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の値は図９に示した通りであり、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の値を算出する方法は上述した通りであるので、これに対する説明は省略する。
【0118】
このように衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが決定されると、決定された衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＦＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当するかどうかを判断する。すなわち、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当すると、ロボットＲは安全であると判断する。その一方で、衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ以上であると、ロボットＲは安全でないと判断する。ここで、既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさは、国際標準化機構（ＩＳＯ）規格による大きさからなり得る。
【0119】
図１０は、速度制御を通じて生産性及び安全性を最大に具現したロボットの制御状態を示した図で、図１１は、安全性を最大に高めるためにジョイント角度を設定し、経路を修正した状態を示した図である。
【0121】
ロボットＲが安全でないと判断されると、図１１に示したように、テストロボット１０の衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当するようにテストロボット１０のジョイント角度を調節し、リンク部１２及びエンドエフェクタ１３の姿勢を変化させる。
【0122】
そして、ロボットＲが安全であると判断されると、テストロボット１０の衝突圧力（Ｐ）及び衝突力（ＦＣ）の大きさが既に設定された最大衝突圧力（ＰＭＡＸ）及び最大衝突力（ＦＭＡＸ）の大きさ内に該当するテストロボット１０の最大速度を算出し、算出された最大速度をプロファイルに再入力することによってテストロボット１０の速度を制御することができる。
【0123】
本発明は、添付の図面に示した一実施形態を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることを理解できるだろう。よって、本発明の真の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定められるべきであろう。