KR0155867B1 - 로보트의 원점 복귀 제어장치 및 방법 - Google Patents

로보트의 원점 복귀 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로보트의 원점 복귀 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 구동수단(36)과, 볼 스크류(33)와, 피 구동 수단(31)과, 피 검지수단(32)과, 기구적 경계 수단(34,35)과, 제1위치 센서 수단(37) 및 제2위치 센서 수단(38)을 포함하는 로보트의 원점 복귀 제어 장치에 있어서, 상기 피 구동 수단(31)의 최대 이동 속도를 Ⅴmax ,상기 피 구동 수단(31)의 최대 이동 속도로부터 정지시까지 감속하는데 걸리는 시간을 T, 상기 피 검지수단(32)의 길이를 b, 상기 하나의 기구적 경계 수단(35)을 향하는 피 검지 수단(32)의 일단부로부터 상기 피 구동 수단(31)의 일단부까지의 거리를 a, 상기 다른 하나의 기구적 경계수단(34)을 향하는 피 검지수단(32)의 다른 단부로부터 상기 피 구동 수단(31)의 다른 단부까지의 거리를 c 라 할 경우, 상기 피 검지수단(32)의 길이(b)는 (Ⅴmax×T)/2 이고, 상기 제1위치 센서(37)는 기구적 경계 수단(35)으로부터 a+b의 거리에 배치되며, 상기 제2위치 센서 수단(38)은 기구적 경계수단(34)으로부터 b+c의 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 장치 및 그를 이용한 제어방법이 제공된다. 본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 장치는 위치 센서 수단의 갯수가 감소되었을뿐만 아니라 피 구동 수단이 원점 복귀 제어시에 작업자의 임의대로 가속 이동할 수 있으므로 신속한 원점 복귀 제어가 이루어진다.

Description

로보트의 원점 복귀 제어장치 및 방법
제1도는 종래 기술에 따른 로보트의 원점 복귀 제어장치를 도시하는 개략적인 정면도.
제2도는 제1도의 C-C'를 절단한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 장치를 도시한 개략적인 정면도.
제4도는 본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 방법을 도시하는 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 피 구동 수단 12 : 피 검지 수단
16 : 구동 수단 17,18,19 : 위치 센서 수단
31 : 피 구동 수단 32 : 피 검지 수단
33 : 볼 스크류 36 : 구동 수단
37 : 제1위치 센서 수단 38 : 제2위치 센서수단
본 발명은 로보트의 원점 복귀 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원점 복귀 제어가 임의의 방향으로 신속하고 정확하게 이루어질 수 있는 로보트의 원점 복귀 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
통상적으로 산업용 로보트에서는 로보트에 부여된 작업이 개시되는 위치가 절대 위치로서 설정되어야만 하는데, 이러한 절대 위치는 내장된 배터리의 동력으로서 기억되지 않는한 전원이 인가될때미다 다시 설정되어야 한다. 종래 기술에서는 로보트에 복수개의 위치 센서 수단을 설치하고, 작업중에 구동 수단에 의해 위치를 계속적으로 변경하는 피 구동수단의 절대 위치를 상기 복수개의 위치 센서수단 및 모터로부터 발생하는 Z 펄스에 의해 결정하였다.
종래 기술에 따라서 로보트의 원점 복귀를 행하는 장치 및 방법은 제1도 및 제2도에서 보다 상세히 설명될 수 있다. 제1도 및 제2도를 참조하면 피 구동 수단(11)은 볼 스크류(13)에 의해 끼워져 있으며, 볼 스크류(13)는 구동 수단(16)에 의해 회전된다. 볼 스크류(13)의 회전운동은 피 구송 수단(11)의 좌우 직선 운동으로 변형된다. 피 구동 수단(11)에는 피 검지수단(12)이 부착되는데, 피 검지수단(12)은 피 구동 수단(11)이 좌우로 직선 운동하는데 따라 제1센서, 제2센서 및 제3센서 수단(17,18,19)에 의해 위치를 검출할 수 있게 한다. 센서 수단(17,18,19) 및 피 검지수단(12)의 단면 형상은 제2도에 도시된 바와 같다. 피 구동 수단(12)이 이동할 수 있는 한계점에는 기구적 경계(물리적 경계) (14,15)가 설치되어 있다.
제1도 및 제2도에 도시된 장치에서, 피 구동 수단(11)의 원점 복귀제어를 행하려면 여러 가지 경우를 상정하여야 한다. 이것은 원점 복귀 방향이 좌측으로 설정될 경우와 우측으로 설정될 경우에 대해서 각각 다음과 같이 구분 설명될 수 있다.
우선, 로보트의 원점 복귀 방향이 좌측으로 설정되는 경우이다.
첫째, 로보트에 전원이 인가되는 순간에 피 구동 수단(11)이 제1센서수단(17)과 제2 센서수단(18) 사이에 있으며 피 구동 수단(11)은 좌측으로 이동하고, 제1 센서수단(17)을 만나면 방향을 바꾸어 이동한다. 피 구송 수단(11)이 제2 센서수단(18)에 의해 검지되면 모터에서 발생하는 Z 펄스를 검지하여 정지함으로써 원점에 피 구동 수단(11)이 복귀된다. 둘째, 로보트에 전원이 인가되는 순간에 피 구동 수단(11)이 제2센서수단(18)과 제3센서 수단(19) 사이에 있으면 피 구동 수단(11)은 좌측으로 이동하고, 제2센서 수단(18)에 의해 검지되면 방향을 바꾸어 이동한다. 이때 Z 펄스를 검지하여 정지한다.
다음에 원점 복귀 방향이 우측으로 설정되는 경우이다. 첫째, 피 구동 수단(11)이 전원 인가시에 제1 센서수단(17)과 제2센서수단(18) 사이에 있으면 피 구송 수단은 우측으로 이동한다. 피 구동 수단(11)이 제2 센서수단(18)을 통과한 후 Z펄스를 검지하면 정지함으로써 원점 복귀가 이루어진다. 둘째, 피 구동 수단(11)이 제2센서수단(18)과 제3센서수단(19) 사이에 있으면 피 구동 수단은 우측으로 이동한다. 피구동수단(11)이 제3 센서수단(19)에 검지되면 방향을 바꾸어 좌측으로 이동하며, 제2센서수단에 검지되면 다시 방향을 바꾸어 이동하다가 모터의 Z펄스를 검지하여 정지하게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 원점 복귀 제어 장치 및 방법은 몇가지 문제점을 지닌다. 우선 3개의 센서가 사용됨으로써 전체적인 장치가 복잡해진다. 또한 피 구동 수단(11)은 항상 등속으로 이동하게끔 설정되어 있으므로, 원점 복귀 제어가 신속하게 이루어지지 않는다.
더군다나 상기에서 설명한 바와 같이 원점 복귀에 있어 다양한 경우를 상정해야 하므로, 프로그램이 복잡해지고 원점 복귀 제어를 구현하는 회로가 복집해진다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 기술에 비해 신속하고 정확한 로보트의 원점 복귀 제어 장치 및 방법의 제어를 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 부품의 수가 절감된 로보트의 원점 복귀 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술에 비해 단순화된 로보트의 원점 복귀 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 구동수단과, 상기 구동수단에 회전하는 볼 스크류와, 상기 볼 스크류에 결합되어 직선 왕복 운동하는 피 구동 수단과, 상기 피 구동수단에 설치된 피 검지수단과, 상기 피 구송 수단의 직선 왕복 운동의 경계점에 배치된 2개의 기구적 경계수단과 제1위치 센서 수단 및 제2위치 센서수단을 포함하는 로보트의 원점 복귀 제어 장치에 있어서, 상기 피 구동 수단의 최대 이동 속도를 Vmax, 상기 피 구동 수단의 최대 이동 속도로부터 정지시까지 감속하는데 걸리는 시간을 T, 상기 피 검지수단의 길이를 b, 상기 하나의 기구적 경계수단을 향하는 피 검지 수단의 일 단부로부터 상기 피 구동 수단의 일 단부까지의 거리를 a, 상기 다른 하나의 기구적 경계 수단을 향하는 피 검지 수단의 다른 단부로부터 상기 피 구동 수단의 다른 단부까지의 거리를 c 라 할 경우, 상기 피 검지수단의 길이(b)는 (Ⅴmax× T) / 2이고, 상기 제1위치 센서 수단은 상기 기구적 경계수단으로부터 a+b 의 거리에 배치되며, 상기 제2위치 센서 수단은 기구적 경계 수단으로부터 b+c 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 전원 인가시 피 구동 수단의 현재 위치를 판단하는 현재 위치 판단단계, 구동수단에 근접한 제2위치에 센서수단에 검지될때까지 피 구동 수단이 최대 속도로 가속 이동하는 급속 이동 단계, 상기 피 구동 수단이 구동 수단에 근접한 제2위치 센서 수단에 검지된 후에 감속 정지되는 정지 단계, 상기 제2위치 센서 수단으로부터 이탈되는 방향으로 저속 이동하는 지속이동 단계 및 구동 수단으로부터 발생되는 Z 펄스를 검지하여 정지하는 원점 정지 단계를 구비하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 현재 위치 판단 단계에서 전원 인가시의 피 구동 수단의 현재 위치가 제1위치 센서 수단에 있는 것으로 판단되면 상기 제2위치 센서 수단을 향해 이동하는 급속 이동 단계를 수행한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 현재 위치 판단 단계에서 전원 인가시의 피 구동 수단의 현재 위치가 제2위치 센서 수단에 있는 것으로 판단되면 상기 급속 이동단계 및 정지 단계를 수행하지 않고 저속 이동 단계 및 원점 정지 단계를 수행한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 급속 이동 단계에서 피 구동 수단의 이동 방향이 제1위치 센서 수단을 향하는 방향일 경우 제1위치 센서 수단에 의해 검지되어 정지된 이후에 다시 제2위치 센서 수단을 향해 이동한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 예시된 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.
제3도에는 본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 장치의 일실시예가 도시되어 있다. 원점 복귀 제어 장치(30)는 구동수단(36)에 의해 회전하는 볼 스크류(33)와, 상기 볼 스크류(33)에 결합된 피 구동 수단(31)과, 상기 피 구동 수단(31)에 부착된 피 검지 수단(32)과, 기구적 경계 수단(34,35) 및, 소정의 위치에 부착된 위치 센서 수단(37,38)을 구비한다. 제1도 장치에서와 마찬가지로, 피 구동 수단(31)은 구동수단(36)에 의해 볼 스크류(36)가 회전하면 좌측 또는 우측으로 직선운동한다.
본 발명의 원점 복귀 제어 장치는 종래 기술과는 달리 피 구동 수단(31)이 원점 복귀 과정에서 가속운동을 할 수 있다. 또한 본 발명에서는 2개의 위치 센서 수단을 구비하는데, 제1위치 센서 수단(37)은 구동수단(36)이 설치된 반대편에 설치되는 반면에, 제2 위치 센서 수단(38)은 구동수단(36)에 근접하게 설치된다. 위치 센서수단(37,38)의 설치장소는 피 구동 수단(31)의 가속운동과 관련하여 미리 결정된 위치에 있어야만 하며, 이것은 다음과 같이 결정된다.
피 구동 수단(31)은 원점 복귀 운동시에 최대 Ⅴmax의 속도로 이동할 수 있으며, 최대 속도로부터 정지시까지 소요되는 시간을 T로 표시할 수 있다. 피 구동 수단(31)은 최대 속도로 좌측 또는 우측으로 운동하다가 제1위치 센서 수단(37)또는 제2위치 센서 수단(38)에 의해 검지된 후에, 기구적 경계점에 충돌하지 않도록 감속하여야 하며, 그 감속에 소요되는 시간을 T라 할 수 있다. 또한 제3도에 S1으로 표시된 거리는 제1위치 센서 수단(37)의 우측단부(센서의 설치 위치인 우측 단부)로부터 장치(30)의 좌측 단부까지의 거리를 나타내며, S2로 표시된 거리는 제2위치 센서 수단(38)의 좌측 단부(센서의 설치 위치인 좌측 단부)로부터 장치(30)의 우측 단부까지의 거리를 나타낸다. 피 구동 수단(31)의 길이는 a+b+c 로 나타낼 수 있으며, 여기서 b는 피 검지 수단 (32)의 길이에 해당하고 a는 피 검지수단(32)의 길이 방향 좌측단부로부터 피 구동 수단(31)의 길이 방향 좌측 단부까지의 길이이며, c는 피 검지수단(32)의 길이 방향 우측 단부로부터 피 구동 수단(31)의 길이 방향 우측 단부까지의 길이이다.
제3도에서 알수 있는 바와 같이, 만일 최대 속도에서 좌측 또는 우측으로 운동하는 피 구동수단(31)이 좌우측 경계지점에 충돌하지 않고 정확히 경계 지침에 접촉하는 위치에서 정지하려면, 좌측 방향 이동시에는 제1위치 센서 수단(37)의 우측 단부에서 피 검지수단(32)의 이동이 검지된후 감속이 시작되어 거리 b를 이동한 후에 정지되어야 한다. 또한 우측 방향 이동시에는 제2위치 센서 수단(38)의 좌측 단부에서 피 검지수단(32)의 이동이 검지된 후 감속이 시작되어, 거리 b를 이동한 후에 정지되어야 한다. 따라서 거리b는 하기의 식으로 계산될 수 있다.
b=(Ⅴmax×T)/2
상기의 식에서 계산된 거리 b와 피 검지수단(32)의 좌우측단부로부터 피 구동 수단(31)의 좌우측 단부까지의 거리인 a 및 c로부터 제1위치 센서(37) 및 제2 위치 센서(38)의 설치 위치를 설정할 수 있다. 즉, 제1위치 센서 수단(37)은 기구적 경계수단(35)으로부터 a+b의 거리에 배치되며, 제2위치 센서 수단(38)은 기구적 경계수단(34)으로부터 b+c의 거리에 배치된다.
제4도에는 본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 장치를 사용하는 원점 복귀 제어 방법이 순서도로서 도시되어 있다. 본 발명에 따른 원점 복귀 제어 방법의 기본적인 개념은 임의의 위치에 있는 피 구동 수단(31)을 제2위치 센서 수단(38)에 급속 이동시킨 후, 좌측으로 천천히 이동시켜서 제2위치 센서 수단(38)의 영역을 벗어나면 구동수단(36)으로부터 발생하는 Z펄스를 검지하여 피 구동 수단(31)을 정지시킴으로써 원점 복귀를 행하는 것이다. 제3도 및 제4도를 참조하여 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
원점 복귀 장치(30)에 전원이 인가되면 우선 피 구동 수단(31)의 현재 위치를 판단한다. 전원 인가시 피 구동 수단(31)의 위치가 제1위치 센서 수단(37)에 검지되면 피 구동 수단(31)은 제2위치 센서 수단(38)에 검지될때까지 우측으로 급속 이동한다. 제2위치 센서 수단(38)에 검지된 이후에는 상기에서 설명한대로 감속이 발생하여 거리 b를 이동한 후 정지한다. 다시 피 구동 수단(31)은 좌측으로 저속 이동하여 제2위치 센서 수단(38)을 빠져 나오며, 구동수단(36)으로부터 발생되는 Z 펄스를 검지하여 원점에 정지한다.
전원 인가시 피 구동 수단(31)의 위치가 제2위치 센서 수단(38)에 검지되면 피 구동 수단(31)은 좌측으로 저속 이동하여 제2위치 센서 수단(38)을 빠져 나오며, 구동수단(36)으로부터 발생되는 Z 펄스를 검지하여 원점에 정지한다.
전원 인가시 피 구동 수단(31)의 위치가 위치 센서 수단(37, 38)에 의해 검지되지 않을 경우, 피 구동 수단(31)은 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있다. 좌측으로 이동할 경우, 제1위치 센서 수단(37)에 검지될때까지 피 구동 수단(31)은 급속 이동한 후 제1위치 센서 수단(37)이 검지되면 정지한다. 다시 피 구동 수단(31)은 우측으로 급속이동하여 제2위치 센서 수단(37)에 검지된 후에 감속 정지한다. 이후에는 상기에서와 같이 피 구동 수단(31)이 좌측으로 저속 이동하여 제2위치 센서 수단(38)을 빠져 나오며, 구동수단(36)으로부터 발생되는 Z 펄스를 검지하여 원점에 정지한다. 이와 반대로 우측으로 이동할 경우, 피 구동수단(31)은 제2 위치 센서 수단(38)에 검지될때까지 급속 이동한 후에 감속 정지한다. 이후에는 상기에서 설명한 바와 같이, 피 구동 수단(31)은 좌측으로 저속 이동하여 제2위치 센서 수단(38)을 빠져 나오며, 구동수단(36)으로부터 발생된 Z 펄스를 검지하여 원점에 정지한다.
본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 장치능 위치 센서 수단의 갯구가 감소되었을 뿐만 아니라, 피 구동 수단이 원점 복귀 제어시에 작업자의 임의대로 가속 이동할 수 있으므로 신속한 원점 복귀 제어가 이루어진다. 또한 원점 복귀 제어 방법도 단순화됨으로써 보다 효율적인 제어가 가능해지는 장점이 있다.
본 발명은 일축 방향으로 왕복 운동하는 로보트에 대해서만 설명되었으나, 이는 예시적인 것이며 이로부터 다양한 변형이 가능하다는 점과, 다축 방향 로보트의 원점 복귀 제어에 대해서도 적용이 가능하다는 점을 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들은 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 구동수단(36)과, 상기 구동수단(36)에 의해 회전하는 볼 스크류(33)와, 상기 볼 스크류(33)에 결합되어 직선 왕복 운동하는 피 구동 수단(31)과, 상기 피 구동 수단(31)에 설치된 피 검지수단(32)과, 상기 피 구동 수단(31)의 직선 왕복 운동의 경계점에 배치된 2개의 기구적 경계 수단(34,35)과, 제1위치 센서 수단(37) 및 제2위치 센서 수단(38)을 포함하는 로보트의 원점 복귀 제어 장치에 있어서, 상기 피 구동 수단(31)의 최대 이동 속도를 Ⅴmax , 상기 피 구동 수단(31)의 최대 이동 속도로부터 정지시까지 감속하는데 걸리는 시간을 T, 상기 피 검지 수단(32)의 길이를 b, 상기 하나의 기구적 경계 수단(35)을 향하는 피 검지수단(32)의 일 단부로부터 상기 피 구동 수단(31)의 일 단부까지의 거리를 a, 상기 다른 하나의 기구적 경계수단(34)을 향하는 피검지수단(32)의 다른 단부로부터 상기 피 구동 수단(31)의 다른 단부까지의 거리를 c라 할 경우, 상기 피 검지수단(32)의 길이(b)는 (Ⅴmax×T)/2이고, 상기 제1위치 센서 수단(37)은 기구적 경계 수단(35)으로부터 a+b의 거리에 배치되며, 상기 제2위치 센서 수단(38)은 기구적 경계수단(34)으로부터 b+c의 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 장치.
  2. 전원 인가시 피 구동 수단(31)의 현재 위치를 판단하는 현재 위치 판단 단계. 구동수단(36)에 근접한 제2위치 센서 수단(38)에 검지될때까지 피 구동 수단(31)이 최대 속도로 가속 이동하는 급속 이동 단계. 상기 피 구동 수단(31)이 구동수단(36)에 근접한 제2위치 센서 수단(38)에 검지된 후에 감속 정지되는 정지 단계. 상기 제2위치 센서 수단(38)으로부터 이탈되는 방향으로 저속 이동하는 저속 이동 단계 및, 구동수단(36)으로부터 발생되는 Z펄스를 검지하여 정지하는 원점 정지 단계를 구비하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 현재 위치 판단 단계에서 전원 인가시의 피 구동 수단(31)의 현재 위치가 제1위치 센서 수단(37)에 있는 것으로 판단되면 상기 제2위치 센서 수단(38)을 향해 이동하는 급속 이동단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 현재 위치 판단 단계에서 전원 인가시의 피 구동 수단(31)의 현재 위치가 제2위치 센서 수단(38)에 있는 것으로 판단되면 상기 급속 이동 단계 및 정지 단계를 수행하지 않고 저속 이동단계 및 원점 정지단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법.
  5. 제2항에 있어성, 상기 급속 이동단계에서 피 구동 수단(31)의 이동방향이 제1위치 센서 수단(37)을 향하는 방향일 경우 제1위치 센서 수단(37)에 의해 검지되어 정지된 이후에 다시 제2위치 센서수단(38)을 향해 이동하는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법.
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