로봇 하드웨어 설계지원 시스템 및 그의 방법
기술 분야
본 발명은 로봇 하드웨어 설계지원에 관한 것으로, 특히 공용 부품을 이용하여 로봇 모듈 및 플랫폼을 만드는 경우 로봇 제조의 개념 설계와 세부 설계의 시간·비용을 줄일 수 있는 로봇 하드웨어 설계지원 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
배경기술
일반적으로 로봇은 산업용, 의료용, 우주용 및 해저용으로 분류되어 다양한 분야에서 응용되고 있다. 예를 들면, 자동차 생산과 같은 기계가공 공업에서 동일한 동작을 반복하는 산업용 로봇이 가동되고 있고, 의료용 분야에서는 팔이 없는 사람의 의사, 즉 운동신경으로부터 보내오는 명령을 근전위로 꺼내서 모터를 구동시키는 의수가 실용화되어 있다. 우주개발에 있어서도 미국과 러시아 등에서 자동월면차와 같은 원격조종형 로봇이 개발되어 있다.
이러한 로봇을 설계하기 위해서는 구현하고자 하는 로봇의 개발 목표를 설정하고, 개략적인 사양 및 구조를 도출해야 한다. 개념 설계 단계에서 동역학적인 시뮬레이션을 거친 후에 세부 사양 도출 및 부품을 선정하는 세부 설계 단계가 진행된다. 종래기술에 따른 로봇 개발 과정의 공정에서는 개발 목표에 부합하는 로봇 제작 계획을 수립한 후에 시나리오를 제작한다.
이후에 하드웨어 설계/제작과 더불어 구동 프로그램이 제작되고, 제작된 하드웨어의 시험을 거친 후 정상적인 결과가 도출되면 구동 프로그램을 하드웨어에 탑재한다. 이러한 구동 프로그램을 하드웨어에 탑재함으로써 로봇의 정상동작 여부를 시험하고, 시험결과 로봇이 정상동작하는 것으로 판단되면 현재의 회로 설계와 기계 설계를 양산용 모델로 확정한 후에 양산용 로봇을 제작하게 된다.
이러한 로봇의 제작 계획 수립과 시나리오 제작 등은 로봇 개발 목표나 특성에 따라 기간이 정해지고, 하드웨어 설계/제작 및 구동 소프트웨어 제작 등은 기술적인 난이도에 따라 어느 정도 차이는 있지만 대부분 장시간이 소요된다. 특히, 종래 로봇의 하드웨어는 캐드(CAD)와 같은 설계 도구를 이용하여 설계되는데 전문적인 설계 기술이 필요하기 때문에 접근성이 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 아울러 이러한 설계 도구는 로봇에 특화된 것이 아니기 때문에 로봇만을 전문적으로 설계하기에는 어렵다는 문제점도 있었다. 또한, 로봇 개발을 위한 표준 부품 및 체계적인 성능 검증 데이터 등이 부족 때문에 다양한 부품을 사용하여 로봇을 최적으로 설계하는 것이 어렵다는 문제점도 있었다.
해결하고자 하는 과제
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로 로봇을 구성하는 이동 모듈, 팔 모듈 및 머리 모듈 등의 모듈 각각에 대해 다양한 구조, 메커니즘 및 동력전달방식을 갖는 템플릿을 제시함으로써 로봇의 하드웨어를 손쉽게 설계할 수 있는 로봇 하드웨어 설계지원 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 해석을 통해 로봇 관절 각각의 사양을 도출하며, 조건에 맞는 부품의 사양을 도출하고 부품을 선정함으로써 최적으로 로봇을 설계할 수 있는 로봇 하드웨어 설계지원 시스템과 그 방법을 제공하는 것이다.
과제 해결수단
목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 하드웨어 설계지원 시스템은 로봇 모듈을 설계하기 위한 시뮬레이터에서 이용되도록 로봇 모듈의 기계적 구조, 동작 메커니즘, 동력전달방식 및 모션 데이터의 정보를 포함하는 템플릿과 템플릿을 로딩하여 정보를 수정하고, 모션 데이터에 따른 로봇 모듈의 동작을 해석함으로써 로봇 모듈 각각의 관절에서 요구되는 결과데이터를 활용하기 위한 시뮬레이터 API를 특징으로 한다. 그리고 시뮬레이터의 해석 결과로부터 로봇 모듈 제작에 필요한 부품을 구비하는 부품 데이터베이스, 부품 데이터베이스에서 로봇 모듈 제작에 필요한 부품을 선택하여 조합하는 부품 선정/조합부 및 시뮬레이터, 템플릿, 시뮬레이터 API, 부품 데이터베이스 및 부품 선정/조합부를 제어하는 제어부를 포함하는 것도 특징으로 한다.
또한 로봇 모듈 제작에 필요한 부품에 대한 정보를 갱신할 수 있는 데이터베이스 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 아울러 로봇 모듈은 이동 모듈, 팔 모듈 및 머리 모듈 중에서 선택된 적어도 하나의 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하며, 결과데이터는 이동 모듈, 팔 모듈 및 머리 모듈 각각의 관절에서 필요한 토크 및 속도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 하드웨어 설계지원 방법에 의하면 ▲로봇 모듈을 설계하기 위한 시뮬레이터를 구동하는 단계 ▲이동 모듈, 팔 모듈 및 머리 모듈을 포함하는 로봇 모듈 각각의 구조 및 메커니즘을 추천하고, 추천된 로봇 모듈의 모션 데이터를 제공하며, 로봇 모듈 각각에 적용되는 부품의 사양을 도출하는 개념 설계 단계 ▲도출된 부품의 사양을 충족시킬 수 있는 부품을 제공하고, 제공된 부품의 조합을 선정하는 세부 설계 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 ▲팔 모듈 및 머리 모듈을 포함하는 로봇 모듈 중에서 적어도 하나의 모듈을 선택하는 단계 ▲시뮬레이터에서 이용되도록 선택된 적어도 하나의 로봇 모듈의 기계적 구조, 동작 메커니즘, 동력전달방식 및 모션 데이터의 정보를 포함하는 템플릿을 제시하는 단계 ▲템플릿으로부터 선택된 적어도 하나의 로봇 모듈 사양을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 ▲적어도 하나의 모듈 사양이 제작하고자하는 모듈의 설계에 적합한지 여부를 판단하는 단계 ▲설계에 적합한 경우 도출된 사양에 대응하는 부품을 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 밖에도 ▲적어도 하나의 모듈 사양이 제작하고자하는 모듈의 설계에 적합하지 않은 경우에는 템플릿으로부터 모듈의 사양을 다시 도출하는 단계를 수행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명의 실시 예에 따른 로봇 하드웨어 설계지원 시스템 및 그 방법에 의하면, 로봇을 구성하는 이동 모듈, 팔 모듈 및 머리 모듈 등의 모듈 각각에 대해 다양한 구조, 메커니즘 및 동력전달방식을 갖는 템플릿을 제시함으로써 로봇의 하드웨어를 손쉽게 설계할 수 있다.또한, 해석을 통해 로봇 관절 각각의 사양을 도출하며, 조건에 맞는 부품의 사양 도출 및 부품을 선정함으로써 최적으로 로봇을 설계할 수 있다.
특허정보검색서비스 www.kipris.or.kr
