KR0160738B1 - 로보트 및 로보트의 원점 복귀 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 구동수단과; 상기 구동 수단에 의해 직선 왕복 운동할 수 있는 프레임 부재(17)와; 상기 프레임 부재(17)의 왕복 운동을 안내하는 안내 수단(32)과; 상기 프레임 부재(17)의 왕복 운동을 제한하는 스토퍼 부재(46)와; 상기 프레임 부재(17)의 운동을 검출하는 검지 수단을 구비한 로보트에 있어서, 상기 검지 수단은 단일의 센서(44) 및, 상기 프레임 부재(17)가 제어 상태로 이동하는 작동 거리와 길이가 같거나 그보다 긴 단일의 센서 독(45)을 구비하는 것을 특징으로 하는 로보트가 제공된다. 본 발명에 따른 로보트 및 로보트의 제어 방법은 극히 단순화된 센서 장치를 지니므로 불필요한 케이블의 연장이 배제되고, 그에 따라 로보트의 크기 및 중량이 감소될 수 있으며, 로보트 내부의 공간 활용에도 효과적일 수 있다.

Description

로보트 및 로보트의 원점 복귀 제어 방법

제1도는 통상적인 로보트의 사시도.

제2도는 제1도의 일부를 도시한 정면도.

제3(a)도는 제2도의 내부 구성을 도시하는 개략적인 측단면도.

제3(b)도는 제3(a)도의 A-A선을 따라 도시한 정면도.

제4(a)도는 본 발명에 따른 로보트의 내부 구성을 도시하는 개략적인 측단면도.

제4(b)도는 제4(a)도의 B-B선을 따라 도시한 정단면도.

제5도는 본 발명에 따른 로보트의 원점 복귀 제어 방법을 도시하는 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 컬럼 13 : X 축 프레임

14 : 슬라이더 15 : Z 축 프레임

16 : 구동부 17 : Y 축 프레임

18 : 이동 술라이더 19 : 고정부

본 발명은 로보트 및 로보트의 원점 복귀 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신규한 센서 구성을 구비한 로보트 및, 그것의 원점 복귀 제어 방법에 관한 것이다.

로보트는 광범위의 산업 분야에서 여러 가지 용도로 사용되는데, 특히 생산 공정을 무인 자동화하기 위하여 다양한 형태의 로보트가 개발되고 있다. 통상적으로 직각 좌표 로보트는 각각의 직각 좌표를 구성하는 프레임에 이동 슬라이더가 설치되고, 구동 수단, 구동력 전달 수단 및 운동 안내 수단과, 이동 슬라이더의 운동을 검지할 수 있는 검지 수단들이 하나의 유니트를 이루어 각각의 좌표 프레임내에 내장되는 것이 통상적이다. 따라서 시스템을 구성하는데 있어 여러 가지 제한이 가해지며 장치가 복잡해지는 경향이 있다. 특히 로보트 내부에 설치된 구동 수단 및 검지 수단을 상호 연결하는 케이블 배선이나, 공압을 전달하는 배관등이 복잡하게 배치되므로 이들을 모두 수용하기 위해서 로보트 내부 공간이 확대되고 무게도 증가되는 경향이 있다.

제1도는 통상적인 로보트를 사시도로서 도시한 것이다. 로보트(10)는 지지단(11)에 고정된 수직의 컬럼(12)과 상기 컬럼(12)에 대하여 직각으로 고정된 X 축 프레임(13)과, 상기 X 축 프레임(13)을 따라 직선 왕복 운동하는 슬라이더(14)와, 상기 프레임(13)에 대하여 직각으로 직선 왕복 운동하는 Z 축 프레임(15)과, 상기 Z 축 프레임(15)의 단부에 고정된 구동부(16)와, 상기 구동부(16)에 대하여 직선 왕복 운동하는 Y 축 프레임(17)과, 상기 Y 축 프레임(17)을 따라 Y 축 방향으로 직선 왕복 운동하는 이동 슬라이더(18)를 구비한다. 이와같은 구성의 로보트(10)에서 직접적인 작업을 할 수 있는 기능을 지닌 작동부(예를 들면 작업물 파지용 핸드)는 상기 이동 슬라이드(18)에 부착된다. 각각의 프레임(15, 17) 및 슬라이더(14, 18)는 직선 왕복 운동을 수행함으로써 작동부가 부착된 슬라이더(18)를 직각 좌표계의 공간내에서 소정의 위치에 도달할 수 있게 한다.

제2도는 제1도에서 Z 축 프레임(15)의 일부 및 Y 축 프레임(17)을 도시한 평면도이다. 구동부(16)에는 Y 축 프레임(17)을 구동하기 위한 구동 수단이 설치되며, 고정부(19)에는 Y 축 프레임(17)이 직선 왕복 운동할 수 있는 안내 수단등이 설치된다. 작동부가 설치되는 이동 슬라이더(18)는 Y 축 프레임(17)이 고정부(19)에 대하여 직선 왕복하는 동안에 Y 축 프레임(17)을 따라 운동하여 점선으로 도시된 부분(18')에 도달할 수 있다.

제3(a)도는 제2도에 도시된 Y 축 프레임(17) 및 이동 슬라이더(18)의 내부 구성을 개략적으로 도시한 측단면도이며, 제3(b)도는 제3(a)도의 A-A선을 따라 도시한 정면도이다. 제3(a)도를 참조하면, 고정부(19)와 Y 축 프레임(17) 사이에는 가이드(32)가 설치되고, Y 축 프레임(17)과 이동 슬라이더(18) 사이에도 다른 가이드(33)가 설치됨으로써 상대적인 안내 운동이 이루어질 수 있다. 고정부(19)의 하부에는 케이블 브랙킷(34)이 고정된다. 케이블 브랙킷(34)에는 센서 독(sensor dog, 37)이 고정되고, Y 축 프레임(17)에는 센서(35)가 고정된다.

제3(b)도를 참조하면, Y 축 프레임(17)의 길이 방향을 따라 고정된 3개의 센서(35)와, 케이블 브랙킷(34)에 고정된 센서 독(37)이 도시되어 있다. 이와 같이 3개의 센서를 설치하는 것은 Y 축 프레임(17)의 원점 복귀 제어를 수행하기 위해서이다. 각각의 센서(35)에 대한 배선 케이블(36)은 고정부(19)의 하부로부터 인출되어 Y 축 프레임(17)을 따라 연장되며, 제3(a)도에 도시된 바와 같이 Y 축 프레임(17)에 설치된 커버(37)내에 내장된다. 제3(b)도에 도시된 바와 같이, Y 축 프레임(17)의 이동 거리를 감안하여 충분한 길이의 케이블(36)이 연장되어야 한다. 도면에는 도시되지 않았으나, 이동 슬라이더(18)의 제어를 위한 배선 및 유압 공급용 튜브등이 상기 Y 축 프레임(17)의 일측에 설치될 수도 있다.

위와 같은 구성을 지니는 로보트에서는 프레임의 이동 거리를 확보하기 위하여 그에 상응하는 케이블이 프레임에 설치되어야 하므로 배선이 복잡해지는 문제점이 있다. 케이블은 로보트의 작동에 따라 그 자체가 운동하여야 하므로 단선이 발생할 수도 있고, 커버나 프레임과의 상호 작용에 의해 간섭 및 마찰이 발생할 수도 있다. 또한 케이블의 중량 및 부피와, 케이블의 운동에 따른 곡률 반경을 감안한 설계 때문에 로보트 전체의 중량 및 부피가 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 신규한 센서 장치를 구비한 로보트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 센서 장치에 대한 케이블의 연장이 최소화된 로보트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내부 구조를 집약적으로 설계하여 공간내 장치의 배치가 효율적으로 이루어질 수 있는 로보트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 신규한 센서 장치를 구비한 로보트의 원점 복귀 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 구동 수단과; 상기 구동 수단에 의해 직선 왕복 운동할 수 있는 프레임 부재와; 상기 프레임 부재의 왕복 운동을 안내하는 안내 수단과; 상기 프레임 부재의 왕복 운동을 제한하는 스토퍼 부재와; 상기 프레임 부재의 운동을 검출하는 검지 수단을 구비한 로보트에 있어서, 상기 검지 수단은, 단일의 센서 및, 상기 프레임 부재가 제어 상태로 이동하는 작동 거리와 길이가 같거나 그보다 긴 단일의 센서 독을 구비하는 것을 특징으로 하는 로보트가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 구동 수단과; 상기 구동 수단에 의해 직선 왕복 운동할 수 있는 프레임 부재와; 상기 프레임 부재의 왕복 운동을 안내하는 안내 수단과; 상기 프레임 부재의 왕복 운동을 제한하는 스토퍼 부재와; 상기 프레임 부재의 운동을 검출할 수 있도록 단일의 센서 및, 상기 프레임 부재가 제어 상태로 이동하는 작동 거리와 길이가 같거나 그보다 긴 단일의 센서 독으로 이루어지는 검지 수단을 구비한 로보트의 원점 복귀 제어 방법에 있어서, 상기 센서의 온 또는 오프 신호를 판단하는 신호 판단 단계, 상기 구동 수단에 의해 상기 프레임 부재를 미리 지정된 방향으로 이동시키는 제1이동 단계, 상기 제1이동 단계에서의 이동에 의해 센서의 오프 신호가 검출될 경우, 상기 프레임 부재를 동일 방향으로 계속 이동시켜 제로 펄스가 검출될 때 구동 수단을 정지시키는 제1원점 복귀 단계, 상기 제1이동 단계에서 센서의 온 신호가 검출될 경우, 상기 프레임 부재를 동일 방향으로 계속 이동시켜 제로 펄스가 검출될 때 구동 수단을 정지시키는 제2원점 복귀 단계, 상기 제1이동 단계에서 상기 스토퍼 부재가 기구적 한계점에 도달할 때 상기 프레임 부재의 이동 방향을 역전시켜서 이동시키는 제2이동 단계, 상기 제2이동 단계에서 센서의 온 신호가 검출될 경우, 상기 프레임 부재의 이동 방향을 다시 역전시켜서 이동시키는 제3이동 단계 및, 상기 제3이동 단계에서 제로 펄스가 검출될 때 상기 프레임 부재의 이동을 정지시키는 제3원점 복귀 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법이 제공된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.

제4(a)도는 본 발명에 따른 로보트의 Y 축 프레임을 일부 단면으로 도시한 것이며, 본 발명의 특징에 따른 센서 장치를 구비한 것이다. 본 발명에 따른 로보트는 종래 기술의 로보트의 기본적인 구성을 그대로 이용할 수 있다. 즉, 제1도에 도시된 바와 같이, 지지단(11)에 고정된 수직의 컬럼(12)과, 상기 컬럼(12)에 대하여 직각으로 고정된 X 축 프레임(13)과, 상기 X 축 프레임(13)을 따라 직선 왕복 운동하는 슬라이더(14)와, 상기 프레임(13)에 대하여 직각으로 직선 왕복 운동하는 Z 축 프레임(15)과, 상기 Z 축 프레임(15)의 단부에 고정된 구동부(16)와, 상기 구동부(16)에 대하여 직선 왕복 운동하는 Y 축 프레임(17)과, 상기 Y 축 프레임(17)을 따라 Y 축 방향으로 직선 왕복 운동하는 이동 슬라이더(18)를 구비한다. 직접적인 작업을 수행하는 작동부는 상기 이동 슬라이더(18)에 부착된다. 각각의 프레임(15, 17) 및 슬라이더(14, 18)는 직선 왕복 운동을 수행함으로써 작동부가 부착된 슬라이더(18)를 각각 좌표계의 공간내에서 소정의 위치에 도달할 수 있게 한다. 제4(a)도를 참조하면, 상기 구동부(16)의 하부에 고정부(19)가 설치되고, 고정부(16)에 부착된 가이드(32)에 의해 Y 축 프레임(17)이 Y 축 방향으로 안내되어 왕복 이동할 수 있다. 또한 상기 Y 축 프레임(17)의 일측에 부착된 가이드(33)에 의해 이동 슬라이더(18)는 Y 축 프레임(17)에 대한 상대적인 운동이 가능하다.

본 발명의 특징이라 할 수 있는 센서 장치는 가이드(32) 사이에 설치될 수 있다. 센서 장치는 단일의 센서(44)와 단일의 센서 독(45)을 구비하며, 센서(44)는 고정부(19)의 저면에 부착되고, 센서 독(45)은 프레임(17)의 상부에 부착된다. 센서(44)는 凹의 형태를 지니며, 센서 독(45)은 센서(44)의 오목한 부분에 삽입되어 프레임의 길이 방향으로 연장된다. Y 축 프레임(17)이 운동함에 따라 센서 독(45)은 센서(44)의 오목한 부분 사이에서 이동된다. 제4(a)도에서 알 수 있는 바와 같이, 센서(44)는 고정부(19)의 하부에 부착되므로, 센서(44)에 대한 케이블의 연장이 회피될 수 있다. 커버(37)내에는 슬라이더(18)로 연장되는 케이블 및 공압 튜브등이 설치될 수 있다.

제4(b)도를 참조하면, 센서 독(45)은 Y 축 프레임(17)의 길이 방향으로 연장된다는 것을 보다 쉽게 이해할 수 있다. 센서 독(45)은 Y 축 프레임의 작동 거리와 같은 길이 또는 그보다 긴 길이로 연장된다. Y 축 프레임(17)이 이동할 수 있는 최대 거리는 Y 축 프레임(17)의 일측에 부착된 스토퍼(46)에 의해서 제한되는 거리다. 즉, 구동 모터의 회전에 의해 Y 축 프레임(17)이 최대로 이동하면 스토퍼(46)에 의해 기구적으로 제한되는 거리까지 왕복 이동할 수 있다. Y 축 프레임(17)이 최대로 이동하여 스토퍼(46)가 기구적으로 제한되는 지점에 도달하면 구동모터는 과부하 상태가 된다. 그러나 Y 축 프레임(17)이 실질적인 제어를 받으면서 이동할 수 있는 거리는 센서 독(45)의 길이보다 짧은 거리이다. 센서(44)에 센서 독(45)이 삽입되어 작업중일 때는 센서(44)가 온(on)상태를 유지하며, 센서(44)로부터 센서 독(45)이 빠져나간 상태에서는 오프(off) 상태가 된다. 따라서 센서의 온 또는 오프 상태를 점검함으로써 좌측 방향 및 우측 방향의 리미트 지점을 검출할 수 있다.

제5도는 제4(a)도 및 제4(b)도에 도시된 것과 같은 본 발명의 로보트에서 원점 복귀를 수행하는 방법을 도시한 순서도이다. 로보트의 원점 복귀를 수행하려면, 우선 센서가 온(on) 상태인지 또는 오프(off) 상태인지를 판단한다. 센서가 온 상태이면, 이는 센서(44)에 센서 독(45)이 삽입된 상태를 의미하며, 따라서 Y 축 프레임(17)의 중간의 임의 지점이 현재 위치이다. 구동 모터는 미리 지정된 원점 복귀 회전 방향으로 회전하여 센서가 오프될때까지 Y 축 프레임(17)을 이동시킨다. 센서가 오프된 것이 검출되면 이는 리미트 지점에 도달한 것을 의미하므로, 리미트 지점을 기준으로 원점을 지시하는 제로 펄스(zero pulse)가 검출될 때까지 구동 모터를 회전시키면 원점 복귀가 이루어진다.

센서가 오프 상태이면, 이는 Y 축 프레임(17)이 길이 방향에서 양단 지점중 어느 한 곳에 있음을 의미한다. 따라서 두가지 경우는 상정하여 원점 복귀를 수행하여야 한다. 미리 지정된 원점 복귀 방향으로 구동 모터를 회전시키면, 센서 온 상태가 되거나 또는 스토퍼(46)가 기구적인 한계점에 도달할 것이다. 센서 온 상태가 되면, 구동 모터를 계속 미리 지정된 방향으로 회전시켜서 센서 오프 상태가 될때까지 Y 축 프레임(17)을 이동시킨다. 센서가 오프된 것이 검출되면 이는 리미트 지점에 도달한 것을 의미하므로, 리미트 지점을 기준으로 원점을 지시하는 제로 펄스(zero pulse)가 검출될 때까지 구동 모터를 회전시킴으로써 원점 복귀가 이루어진다.

미리 지정된 원점 복귀 방향으로 구동 모터를 회전시켰을 때 스토퍼(46)가 기구적인 한계점에 도달하게 되면, 구동 모터의 회전 방향을 역전시킨다. 원점 복귀 방향으로 구동 모터를 회전시키면서 센서가 온 상태가 되는 것이 검출되면, 다시 구동 모터의 회전 방향을 재역전시키고, 구동 모터를 계속 같은 방향으로 센서 오프 상태가 될 때까지 회전시킨다. 센서가 오프된 것이 검출되면 이는 리미트 지점에 도달한 것을 의미하므로, 리미트 지점을 기준으로 원점을 지시하는 제로 펄스(zero pulse)가 검출될 때까지 구동 모터를 회전시킴으로써 원점 복귀가 이루어진다.

본 발명에 따른 로보트 및 로보트의 제어 방법은 극히 단순화된 센서 장치를 지니므로 불필요한 케이블의 연장이 배제되고, 그에 따라 로보트의 크기 및 중량이 감소될 수 있으며, 로보트 내부의 공간 활용에도 효과적일 수 있다. 또한 로보트 장치의 단순화에 의해 고장 및 오작동의 가능성이 상대적으로 줄어들어 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 당해 기술 분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 특히 위 실시예는 직교 3 축 로보트에 관한 것이나, 직교 1축 또는 2 축 로보트등에도 본 발명을 적용할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 구동 수단과; 상기 구동 수단에 의해 직선 왕복 운동할 수 있는 프레임 부재(17)와; 상기 프레임 부재(17)의 왕복 운동을 안내하는 안내 수단(32)과; 상기 프레임 부재(17)의 왕복 운동을 제한하는 스토퍼 부재(46)와; 상기 프레임 부재(17)의 운동을 검출하는 검지 수단을 구비한 로보트에 있어서, 상기 검지 수단은, 단일의 센서(44) 및, 상기 프레임 부재(17)가 제어 상태로 이동하는 작동 거리와 길이가 같거나 그보다 긴 단일의 센서 독(45)을 구비하는 것을 특징으로 하는 로보트.
2. 구동 수단과; 상기 구동 수단에 의해 직선 왕복 운동할 수 있는 프레임 부재(17)와; 상기 프레임 부재(17)의 왕복 운동을 안내하는 안내 수단(32)과; 상기 프레임 부재(17)의 왕복 운동을 제한하는 스토퍼 부재(46)와; 상기 프레임 부재(17)의 운동을 검출할 수 있도록 단일의 센서(44) 및, 상기 프레임 부재(17)가 제어 상태로 이동하는 작동 거리와 길이가 같거나 그보다 긴 단일의 센서 독(45)으로 이루어지는 검지 수단을 구비한 로보트의 원점 복귀 제어 방법에 있어서, 상기 센서(44)의 온 또는 오프 신호를 판단하는 신호 판단 단계, 상기 구동 수단에 의해 상기 프레임 부재(17)를 미리 지정된 방향으로 이동시키는 제1이동 단계, 상기 제1이동 단계에서의 이동에 의해 센서(44)의 오프 신호가 검출될 경우, 상기 프레임 부재(17)를 동일 방향으로 계속 이동시켜 제로 펄스가 검출될 때 구동 수단을 정지시키는 제1원점 복귀 단계, 상기 제1이동 단계에서 센서(44)의 온 신호가 검출될 경우, 상기 프레임 부재(17)를 동일 방향으로 계속 이동시켜 제로 펄스가 검출될 때 구동 수단을 정지시키는 제2원점 복귀 단계, 상기 제1이동 단계에서 상기 스토퍼 부재(46)가 기구적 한계점에 도달할 때 상기 프레임 부재(17)의 이동 방향을 역전시켜서 이동시키는 제2이동 단계, 상기 제2이동 단계에서 센서(22)의 온 신호가 검출될 경우, 상기 프레임 부재(17)의 이동 방향을 다시 역전시켜서 이동시키는 제3이동 단계 및, 상기 제3이동 단계에서 제로 펄스가 검출될 때 상기 프레임 부재(17)의 이동을 정지시키는 제3원점 복귀 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 로보트의 원점 복귀 제어 방법.