KR0160705B1

KR0160705B1 - Method for compensating arm deflection of gantry type handling robot

Info

Publication number: KR0160705B1
Application number: KR1019950020812A
Authority: KR
Inventors: 신정식; 김진오
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR970005539A

Abstract

본 발명은 갠트리형 핸들링 로보트의 축 처짐량 보정 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 제1축(11), 상기 제1축(11)에 대하여 직각이며 상기 제1축(11)을 따라 왕복 이동 가능한 제2축(13), 상기 제1축(11)과 상기 제2축(13)에 대하여 직각인 제3축(20), 상기 제3축(20)에 대하여 왕복 운동 및 회전 운동이 가능한 작업용 로보트 및, 공작물을 지지하는 지지부를 구비한 갠트리형 핸들링 로보트의 축 처짐량 보정 방법에 있어서, 상기 제2축(13)을 소정 간격의 위치로 분할하고, 상기 작업용 로보트(16, 16')가 상기 각각의 위치에 있을 때 상기 제2축(13)의 처짐량을 구하는 처짐량 데이터 파일 형성 단계 및, 상기 작업용 로보트의 작업 위치를 기준으로 근접한 2개 위치의 제2축 처짐량을 상기의 처짐량 데이터 파일로부터 구하여 보간함으로써 작업 위치의 제2축 처짐량을 구하는 작업 위치 처짐량 산출 단계를 포함하는 갠트리형 핸들링 로보트의 축 처짐량 보정 방법이 제공된다.The present invention relates to a method for correcting the axis deflection of a gantry-type handling robot, and according to the present invention, a first axis (11), perpendicular to the first axis (11) and reciprocating along the first axis (11). Possible reciprocating and rotational movement with respect to the second axis 13, the third axis 20 perpendicular to the first axis 11 and the second axis 13, and the third axis 20. In the axial deflection correction method of a gantry-type handling robot having a working robot and a support for supporting a work, the second shaft 13 is divided into positions at predetermined intervals, and the working robots 16 and 16 ' The deflection amount data file forming step of obtaining the deflection amount of the second axis 13 when at each of the positions, and the second axis deflection amount of two positions adjacent to each other based on the work position of the working robot from the deflection amount data file. Second axis deflection of working position by obtaining and interpolating A method for correcting the axial deflection of a gantry-type handling robot comprising a step of calculating a working position deflection amount for calculating an amount is provided.

본 발명에 따른 갠트리 핸들링 로보트의 처짐량 보정 방법은 별도의 장비를 추가함이 없이 손쉽게 행해질 수 있을 뿐만 아니라, 그로 인해 보정되는 처짐량이 매우 정확하므로 가공 대상의 품질이 향상되는 장점이 있다.The method of correcting the deflection of the gantry handling robot according to the present invention can be easily performed without adding additional equipment, and thus the deflection amount to be corrected is very accurate, and thus the quality of the object to be processed is improved.

Description

Axial deflection correction method for gantry handling robot

제1도는 용접 로보트가 탑재된 갠트리형 핸들링 로보트의 개략적인 사시도.1 is a schematic perspective view of a gantry handling robot equipped with a welding robot.

제2도는 제1도의 갠트리형 핸들링 로보트의 축이 처진 상태를 도시하는 개략적인 정면도.FIG. 2 is a schematic front view showing the axis sag of the gantry-type handling robot of FIG.

제3도는 본 발명에 따른 축 처짐량 보정 방법을 나타내는 순서도.3 is a flowchart showing a method for correcting axis deflection according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 갠트리(gantry)형 핸들링 로보트10: Gantry Type Handling Robot

11 : 주행축 12 : 횡행축11: driving axis 12: transverse axis

13, 13' : 주행축 구동부 14 : 횡행축 구동부13, 13 ': driving shaft drive unit 14: transverse shaft drive unit

15 : 수직축 구동부 16 : 다관절 로보트15: vertical axis drive portion 16: multi-joint robot

17 : 회전부 18 : 용접 제어기17: rotating part 18: welding controller

19 : 로보트 제어기19: Robot Controller

본 발명은 갠트리(gantry)형 핸들링 로보트의 처짐량 보상 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 갠트리의 자중 또는 갠트리에 부가되는 하중에 의해 발생되는 처짐량을 보상하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for compensating deflection of a gantry-type handling robot, and more particularly, to a method for compensating deflection caused by the weight of a gantry or a load applied to the gantry.

갠트리형 핸들링 로보트는 주로 로보트의 이송 거리가 긴 경우에 이용된다. 최근에는 공장 자동화에 따라 갠트리형 핸들링 로보트의 일측에 소정의 가공 작업을 할 수 있는 로보트를 설치하여 대형의 공작물을 가공하는데 커다란 효과를 거두고 있다. 대표적인 예로서 플라즈마 절단 작업이나 용접 작업용 로보트를 갠트리형 핸들링 로보트에 탑재하여 운용하는 것을 들 수 있으며, 특히 조선소에서 선체의 용접 작업들에 적용되는 것을 들 수 있다.Gantry handling robots are mainly used when the robot has a long conveying distance. Recently, the robot is installed on one side of the gantry-type handling robot according to the factory automation, and has a great effect in processing a large workpiece. As a representative example, a robot for plasma cutting or welding may be mounted and operated on a gantry-type handling robot. In particular, the robot may be applied to welding of a hull in a shipyard.

한편, 공작물의 크기가 커지면 갠트리형 핸들링 로보트의 크기도 커지며, 그에 따라 각각의 축방향 이송 거리도 길어지게 된다. 또한 공정상의 생산성 증대를 위하여 핸들링 로보트에 탑재되는 작업용 로보트의 수가 증가하면 하중이 증가하게 되므로, 작업용 로보트가 탑재되는 부준의 처짐 현상이 발생하게 된다.On the other hand, the larger the size of the workpiece, the larger the size of the gantry-type handling robot, and thus the longer the axial feed distance. In addition, since the load increases when the number of working robots mounted on the handling robot increases in order to increase productivity in the process, deflection of the substandard on which the working robot is mounted occurs.

통상적으로 종래 기술의 갠트리형 핸들링 로보트에서는 횡행축에서 발생하는 처짐을 고려하지 않은 설계가 이루어진다. 즉, 횡행축이 자체의 하중뿐만 아니라 탑재되는 로보트의 하중에 의해서도 수직 방향으로 처짐이 발생하지 않는다는 가정하에 설계가 이루어지는 것이다. 따라서 횡행축간의 거리는 처짐이 발생하지 않도록 충분한 여유를 두어 설계되고, 탑재되는 로보트의 무게도 최소화된다.Typically, gantry-type handling robots of the prior art have designs that do not take account of the deflections that occur in the transverse axis. That is, the design is made on the assumption that the deflection does not occur in the vertical direction not only by the load of the horizontal axis but also by the load of the mounted robot. Therefore, the distance between the transverse axes is designed with sufficient margin so that deflection does not occur, and the weight of the mounted robot is also minimized.

이처럼 수직 방향으로의 처짐을 고려하지 않는 갠트리형 핸들링 로보트에서는 로보트의 위치 캘리브레이션이 기준점 위치 인식 절차인 영점 복귀(zero return)에만 국한되어 있다. 즉, 각각의 축에 대한 영점 복귀 위치를 광 센서를 통해 찾아내고, 영점 복귀 위치에서 모터의 영점 위치를 찾아내어 이 위치를 기준 위치로 하는 것이다. 또한 각각의 축을 기준 좌표계의 좌표계와 일치시키기 위하여 측정된 값이 있으면 그 값을 오프셋(offset)값으로 하여 제어기에 저장하고, 각각의 축이 운동할 때마다 항상 그 오프셋 값을 고려하여 실제의 위치를 결정하게 하였다. 이러한 방식을 갠트리의 높이가 비교적 낮은 시스템에서는 유용하며 횡행축의 구동은 횡행축 자체에 대해서가 아니라 횡행축을 지지하는 부분을 구동하는 방식으로 이루어진다. 그러나 공장의 환경이나 시스템의 구성에 따라서는 갠트리의 횡행축이 지면으로부터 높은 곳에서 동작되어야만 하고, 횡행축을 지지하는 부분을 구동하는 방식을 사용할 수가 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는 갠트리 지지부를 길게 구성해야만 하고, 따라서 횡행축의 하중이 무거워지는 경향이 있다. 또한 탑재되는 작업 로보트의 하중이 증가되면 횡행축이 처짐을 갠트리형 핸들링 로보트의 운용에 부정적인 영향을 미친다. 만일 작업 로보트가 용접 로보트인 경우라면, 평면 필렛 용접시에 용접부위는 횡행축의 처짐량만큼 아래로 이동되거나 토치가 모재에 충돌할 위험이 있고, 수직 용접에서는 용접의 시작점과 끝나는 지점이 처짐량만큼 이동되는 문제점이 있다.In this gantry handling robot which does not consider the deflection in the vertical direction, the position calibration of the robot is limited to zero return, which is a reference point position recognition procedure. That is, the zero return position for each axis is found through the optical sensor, and the zero position of the motor is found at the zero return position, and this position is referred to as the reference position. In addition, if there is a measured value to match each axis with the coordinate system of the reference coordinate system, the value is stored as an offset value in the controller, and the actual position is always considered in consideration of the offset value whenever each axis moves. Was determined. This is useful in systems with relatively low gantry heights, and the drive of the transverse axis is driven by the part supporting the transverse axis, not with the transverse axis itself. However, depending on the factory environment or system configuration, the gantry's transverse axis must be operated high above the ground, and it may not be possible to use the method of driving the part supporting the transverse axis. In this case, the gantry support must be configured long, and therefore the load on the transverse shaft tends to be heavy. In addition, when the load of the working robot is increased, the transverse axis deflection may negatively affect the operation of the gantry-type handling robot. If the working robot is a welding robot, the welding area is moved down by the transverse axis deflection or the torch collides with the base metal during flat fillet welding. In vertical welding, the starting and ending points of welding are moved by the deflection amount. There is a problem.

본 발명의 목적은, 위와 같은 문제점을 해소할 수 있도록, 갠트리형 핸들링 로보트에서 횡행축의 처짐량을 보정하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for correcting the amount of deflection of the transverse axis in the gantry-type handling robot to solve the above problems.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 다르면, 소정의 높이에 고정된 제1축, 상기 제1축에 대하여 직각이며 상기 제1축을 따라 왕복 이동 가능한 제2축, 상기 제1축과 상기 제2축에 대하여 직각인 제3축, 상기 제3축에 대하여 왕복 운동 및 회전 운동이 가능한 작업용 로보트 및, 공작물을 지지하는 지지부를 구비한 갠트리형 핸들링 로보트의 축 처짐량 보정 방법에 있어서, 상기 제2축을 소정 간격의 위치로 분할하고, 상기 작업용 로보트가 상기 각각의 위치에 있을 때 상기 제2축의 처짐량을 구하는 처짐량 데이터 파일 형성 단계 및, 상기 작업용 로보트의 작업 위치를 기준으로 근접한 2개 위치의 제2축 처짐량을 상기의 처짐량 데이터 파일로부터 구하여 보간함으로써 작업 위치의 제2축 처짐량을 구하는 작업 위치 처짐량 산출 단계를 포함하는 갠트리형 핸들링 로보트의 축 처짐량 보정 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to the present invention, a first axis fixed to a predetermined height, a second axis perpendicular to the first axis and capable of reciprocating along the first axis, the first axis and the first axis A method for correcting shaft deflection of a gantry-type handling robot having a third axis perpendicular to two axes, a work robot capable of reciprocating and rotating motion about the third axis, and a support for supporting a workpiece. A deflection amount data file forming step of dividing the axes into positions at predetermined intervals and obtaining the deflection amount of the second axis when the work robot is at the respective positions; and a second position of two positions adjacent to each other based on the work position of the work robot. Gant including a work position deflection amount calculating step of obtaining a second axis deflection amount of the work position by obtaining and interpolating the axis deflection amount from the deflection amount data file. A method for correcting the amount of deflection of an axial handling robot is provided.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 처짐량 데이터 파일 형성 단계는 제3축의 일측에 설치된 레이저 센서를 이용하여 상기 지지부에 평면형상의 철판까지의 거리를 측정함으로써 이루어진다.According to a feature of the present invention, the step of forming the deflection data file is performed by measuring the distance to the flat plate of the support portion using a laser sensor provided on one side of the third axis.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 작업용 로보트는 용접용 다관절 로보트이다.According to another feature of the invention, the working robot is a multi-joint robot for welding.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

제1도에는 갠트리형 핸들링 로보트의 일 실시예에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 이것은 용접 로보트를 탑재한 경우이다. 갠트리형 핸들링 로보트(10)는 X방향의 주행을 위한 주행축(11)와 Y방향으로의 횡행을 위한 횡행축(12)을 포함하며, 각각의 축방향에 대한 이동을 위해서 주행축 구동부(13, 13') 및 횡행축 구동부(14)를 구비한다. 횡행축(12)은 주행축 구동부(13, 13')의 구동부에 의해 주행축(11)을 따라 X방향으로 이동하며, 다관절 로보트(16, 16')로 이루어진 용접 로보트는 횡행축(14)에 설치되어 횡행축 구동부(14)의 작용에 의해 횡방향으로 이동한다. 횡행축 구동부(14)에는 수직축(15)이 부착되어 있으며, 수직축(15)을 따라 다관절 로보트(16, 16')의 Z방향 승강 운동이 이루어진다. 승강 운동의 구동력은 수직축 구동부(15)에 의해서 제공된다. 다관절 로보트(16, 16')는 회전 운동도 할 수 있는데, 이것은 회전부(17)에 의해서 이루어진다.1 shows a schematic perspective view of one embodiment of a gantry-type handling robot, which is equipped with a welding robot. The gantry-type handling robot 10 includes a travel shaft 11 for traveling in the X direction and a transverse shaft 12 for transverse in the Y direction, and a travel shaft driver 13 for movement in each axial direction. 13 ') and the transverse shaft drive unit 14 are provided. The transverse shaft 12 is moved along the traveling shaft 11 in the X direction by the driving units of the traveling shaft drives 13 and 13 ′, and the welding robot made of the articulated robots 16 and 16 ′ is the transverse shaft 14. ) Is moved in the transverse direction by the action of the transverse axis drive unit 14. The vertical axis 15 is attached to the transverse shaft drive unit 14, and the multi-directional robot 16 and 16 ′ is moved in the Z direction along the vertical axis 15. The driving force of the lifting motion is provided by the vertical axis drive unit 15. The articulated robots 16, 16 ′ can also rotate, which is achieved by the rotary unit 17.

위와 같은 용접용 다관절 로보트(16, 16')를 탑재한 갠트리형 핸들링 로보트에서는 2대의 다관절 로보트에 설치된 각각의 토치로서 필렛의 용접부 양쪽을 동시에 용접할 수 있다. 용접 작업을 수행할 때 필요한 위이빙(weaving)은 회전축(4)에 지지되어 있는 다관절 로보트 자체의 운동으로 이루어지고, 용접선을 따른 운동은 갠트리형 핸들링 로보트의 주행 및 횡행에 의해서 이루어진다. 다관절 로보트(16, 16')는 로보트 제어기(19) 및 용접제어기(18)의 통제하에 용접 작업을 수행한다.In the gantry-type handling robot equipped with the above-described welding multi-joint robots 16 and 16 ', both welds of the fillet can be welded at the same time as each torch installed in two multi-joint robots. The weaving required when performing the welding operation consists of the movement of the articulated robot itself which is supported on the rotating shaft 4, and the movement along the welding line is made by traveling and traversing the gantry-type handling robot. The articulated robots (16, 16 ') perform a welding operation under the control of the robot controller (19) and the welding controller (18).

제2도는 제1도의 갠트리형 핸들링 로보트의 정면도이며, 공작물의 가공이 이루어지기 이전에, 콘베이어에 평면인 철판(21)이 거치된 경우를 도시한 것이다. 수직축 구동부(15)의 하부에 설치된 회전부(17)에는 레이저 센서(20)가 설치된다. 레이저 센서(20)에 의해 측정되는 철판(21)까지의 거리는 캘리브레이션용 데이터 파일로서 저장된다. 즉, 횡행축(12)의 처짐량을 보정하기 위한 예비 작업으로서, 다관절 로보트(16, 16')가 매달린 수직축(20)의 처짐량을 소정 구간의 각각의 Y축 방향 위치에 따라서 측정하여 데이터 파일로서 저장하는 것이다. 이러한 데이터는 로보트 제어기의 전원 인가시에 항상 참조할 수 있도록 캘리브레이션용 오프셋 변수열로 저장된다. 각각의 Y좌표에 대하여 측정된 처짐량은 소정의 구간마다 구해진 값으로서 연속적인 것은 아니다. 따라서 실제의 처짐량 보정에서는, 현재 위치를 기준으로 하여, 현재 위치에 근접한 2개의 위치의 Y좌표에 해당하는 처짐의 값을 구하고 이를 보간함으로써 현재 위치의 제2축 처짐량이 구해진다.FIG. 2 is a front view of the gantry-type handling robot of FIG. 1, and shows a case where the flat iron plate 21 is mounted on the conveyor before the workpiece is processed. The laser sensor 20 is installed in the rotating part 17 installed below the vertical axis driving part 15. The distance to the iron plate 21 measured by the laser sensor 20 is stored as a data file for calibration. That is, as a preliminary operation for correcting the deflection amount of the transverse axis 12, the deflection amount of the vertical axis 20 on which the articulated robots 16 and 16 'are suspended is measured according to the position of each Y-axis direction of the predetermined section. To save as. This data is stored as a calibration offset variable string so that it can always be referenced when the robot controller is powered on. The amount of deflection measured for each Y coordinate is a value obtained for each predetermined section and is not continuous. Therefore, in the actual deflection correction, the deflection amount corresponding to the Y coordinate of two positions close to the current position is calculated based on the current position, and the second axis deflection amount of the current position is obtained by interpolating the deflection value.

제3도에는 본 발명에 따라서 갠트리 로보트의 처짐량 보정 방법에 순서도로서 도시되어 있다. 먼저 제어기에 전원이 인가되면 작업 로보트의 현재 위치가 검출된다. 현재 위치에서의 Y_[i]좌표값에 해당하는 처짐량 Offset_[i]을 구하려면 이미 데이터 파일로 저장되어 있는 인접 좌표 Y_[i-1]와 Y_[i+1]의 각각의 처짐량인 Offset_[i-1]과 Offset_[i+1]을 참조하여 보간을 행한다. 이러한 방법을 통해 구한 현재 위치의 처짐량 Offset_[i]은 실제 처짐량으로 산출되어 이를 보정할 수 있도록 서보 모듈로 보내진다.Figure 3 is shown as a flow chart in the method for correcting the deflection amount of the gantry robot in accordance with the present invention. First, when power is applied to the controller, the current position of the work robot is detected. To obtain the deflection Offset _[i] corresponding to Y _[i] coordinate of the current position are already a respective deflection of the adjacent coordinate Y _[i-1] and Y _{[i + 1]} which is stored as a data file Offset _[ Interpolation is performed by referring to _i-1] and Offset _{[i + 1]} . The deflection offset _[i] of the current position obtained through this method is calculated as the actual deflection amount and sent to the servo module to correct it.

본 발명에 따른 갠트리 핸들링 로보트의 처짐량 보정 방법은 별도의 장비를 추가함이 없이 손쉽게 행해질 수 있을 뿐만 아니라, 그로 인해 보정되는 처짐량이 매우 정확하므로 가공 대상의 품질이 향상되는 장점이 있다. 또한 전체적인 로보트 시스템의 대형화 및 고중량화에서 발생되는 횡행축의 처짐에 적응할 수 있으므로 시스템의 설계자가 자유로이 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.The method of correcting the deflection of the gantry handling robot according to the present invention can be easily performed without adding additional equipment, and thus the deflection amount to be corrected is very accurate, and thus the quality of the object to be processed is improved. In addition, it is possible to adapt the deflection of the transverse axis caused by the increase in size and weight of the overall robot system, the system designers can freely configure the system.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예인 용접용 로보트를 탑재한 갠트리형 핸들링 로보트에 대해서만 설명되었으나, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야만 할 것이다.Although the present invention has been described only with respect to the gantry-type handling robot equipped with the welding robot shown in the embodiment, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined by the appended claims.

Claims

A first shaft 11 fixed to a predetermined height, a second shaft 13 perpendicular to the first shaft 11 and movable reciprocally along the first shaft 11, the first shaft 11; And a third axis 20 perpendicular to the second axis 13, a work robot capable of reciprocating and rotating motions about the third axis 20, and a gantry-type handling with a support for supporting the workpiece. In the method for correcting the axis deflection of a robot, the second shaft 13 is divided into positions at predetermined intervals, and when the working robots 16 and 16 'are at their respective positions, The deflection amount data file forming step of obtaining the deflection amount, and the work position deflection amount for obtaining the second axis deflection amount of the work position by interpolating the second axis deflection amount of two positions close to the basis of the work position of the work robot from the deflection data file. Gantry handling furnace including output stage Axial deflection correction method for boats.

The gantry type according to claim 1, wherein the deflection amount data file forming step is performed by measuring a distance to the flat plate 21 of the support part using a laser sensor 20 provided at one side of the third axis. Axial deflection correction method for handling robot.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the working robot is a welded articulated robot (16, 16 ').