KR100196821B1 - 로봇위치 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇의 위치 정확도 측정 및 기구정수 보정을 위해 상호 직교하는 두 개의 변진축으로 구성되고, 로봇측정시 측정장치와 로봇선단이 메커니컬 커플링으로 직결되는 로봇선단의 2차원 위치측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 로봇위치측정장치는 로봇선단의 X,Y좌표값 측정시 각 축의 측정오차가 상호 누적되지 않도록 X,Y축을 두 개 직교시킨 선형 모션가이드(Linear Motion Guide)로 구현하였다. 또한, 1회전당 펄스수가 1200인 로터리엔코더를 사용해서 분해능 26(㎛)의 로봇 절대위치의 측정이 가능하고, 필요시 측정 장치의 엔코더만을 교환하여 측정장치 분해능을 요구되는 실용적인 값으로 높일 수 있다.
Description
본 발명은 로봇선단의 평면상 위치를 정확히 측정하여 실제 로봇기구부 칫수를 정확히 모델링 해 주는 로봇기구정수를 계산하고, 이 계산된 값으로 로봇 제어기에 내장된 로봇기구부 설계상 공칭파라메터를 보정해 주기 위한 로봇 절대위치 정확도 측정장치에 관한 것으로, 특히 상호 직교하는 두개의 병진축으로 구성되고, 로봇측정시 측정장치와 로봇선단이 매커니컬 커플링(Mechanical Coupling)으로 직결되는 로봇위치측정장치에 관한 것이다.
종래, 로봇제작업체가 주로 사용하고 있는 로봇위치 정밀도 측정장치는 반복위치 정밀도(Repeatability)측정장치이다. 이 측정장치는 비접촉 측정방식으로, 2곳의 고정된 측정위치에 변위센서를 각 3개(X,Y,Z축)씩 설치한 후, 로봇선단에 고정시킨 6각봉으로 이 두점 사이를 계속 왕복시켜 이 6각봉과의 거리(3축방향)를 반복해서 측정한다. 그러나, 이러한 측정장치로는 로봇위치 정확도(Accuracy), 즉 절대위치정도를 측정할 수 없기 때문에 이러한 측정값을 이용한 로봇기구변수의 추정(Identification)과 보정(Calibration)이 불가능하다.
현재 사용중인 로봇 절대위치 측정장치는 크게 세종류로 나눌 수 있다.
첫 번째 장치는 경위의(Theodolite) 삼각측정시스템이다. 이 장치는 삼차원 좌표값을 각도 및 거리측정을 통해서 계산해 준다. 여기서 측정은 정적위치만 가능하고, 가격도 비교적 고가이며, 측정의 숙련도 요구로 인하여 측정장치 설치시간 및 소요시간이 비교적 크다.
두 번째 장치는 레이저 추종 시스템이다. 이 레이저 추종 시스템의 측정원리는 고속 HeNe간섭계로부터 방출된 빛이 고정밀도로 각도가 제어되는 유니버설조인트(Universal Joint) 위에 설치된 평면거울에 반사되어 로봇선단에 부착된 반사경에 반사되어 간섭계로 궤환된다. 이 시스템은 넓은 로봇작업영역의 고정도 실시간 동적측정이 가능하지만, 비교적 고가이다.
세 번째 장치는 휴대용 보정시스템으로서 이상의 두가지 시스템과는 달리 생산라인에 설치된 로봇의 위치 정확도를 생산현장에서 직접측정하기 위해 고안되었다. 이 장치는 주로 로봇작업영역에서 제한된 로봇작업영역내의 위치정확도 측정에 사용되고, 설치 및 조작도 간단하며 가격도 비교적 저렴하지만, 측정의 정확도가 상대적으로 낮은 편이다.(LP 6431209A, JP 1109415A, JP 64-45590A, JP 64-45591A).
이러한 측정장치들은 로봇 오프라인 프로그래밍의 실용적 적용의 요구조건이 높은 로봇 정확도를 확인하고, 보정해 주기 위한 장치(JP 62126404A, JP 6280707A, JP 62192806A, JP 62106507A)이지만, 비교적 고가이고, 설치시간이 많이 소요되며, 측정의 정확도가 낮은 등의 문제점이 있었다.
또한, 작업장에 설치된 로봇의 정확도를 로봇이 설치된 장소에서 주기적으로 측정해야 하는 요구는 점차 커지고 있지만, 현재 이를 위한 비교적 저가격의 고정도 측정장치가 보급되지 못하고 있고, 이러한 측정장치의 측정데이터를 직접 이용해서 로봇 보정작업까지 가능하게 하는 전용기법도 제안되지 못하고 있다.
본 발명은 직접 현장에서 사용중인 로봇의 위치 정확도를 로봇 작업장내 특정 2차원 평면의 영역내에서 쉽게 측정할 수 있는 저가격 고정도의 로봇위치 측정장치를 구현하에 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명에 따른 로봇위치측정장치를 도시한 도면.
제2도는 본 발명에 따른 로봇위치측정장치를 이용한 로봇측정시스템이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 메커니컬 커플링 2 : X축 LM가이드
3 : Y축 LM가이드 4 : X축 엔코더
5 : X축 엔코더풀리 6 : X축 아이들풀리
7 : Y축 엔코더 8 : Y축 엔코더풀리
9 : Y축 아이들풀리 10 : LM가이드블록
11 : 아라미드끈 12 : 로봇
13 : 테이블
2차원상의 로봇(12)위치를 측정하기 위해 X축 및 Y축방향으로 직교한 X축 LM가이드(2) 및 Y축 LM가이드(3)에 있어서, 상기 X축 LM가이드(2)상의 일단에 접속된 X축 엔코더(4)와; 상기 X축 엔코더(4)의 회전부에 접속된 X축 엔코더풀리(5); 상기 X축 LM가이드(2)상의 타단에 접속된 X축 아이들 풀리(6); 상기 Y축 LM가이드(3)상의 일단에 접속된 Y축 엔코더(7); 상기 Y축 엔코더(7)의 회전부에 접속된 Y축 엔코더풀리(8) 및; 상기 Y축 LM가이드(3)상의 타단에 접속된 Y축 아이들풀리(9)를 구비하여 구성되고, 상기 X축 엔코더풀리(5) 및 상기 X축 아이들풀리(6)는 아라미드끈(11)을 매개로 서로 연결되어 있고, 이 아라미드끈(11)의 소정위치에서 상기 X축 LM가이드(2) 상에 직교하는 Y축 LM가이드(3)가 접속되어 X축 방향으로 이동이 가능하도록 되어 있으며, 그 이동거리는 상기 아라미드끈(11)을 매개로 X축 엔코더풀리(6)를 통해서 X축 엔코더(4)를 회전시킴으로써 이동거리를 측정할 수 있게 되어 있고, 상기 Y축 엔코더풀리(8) 및 상기 Y축 아이들풀리(9)는 아라미드끈(11)을 매개로 서로 연결되어 있고, 이 아라미드끈(11)의 소정위치에 접속되고, 상기 Y축 LM가이드(3) 상에 위치하면서, 로봇의 선단과 접속을 가능하게 하는 메커니컬 커플링(1)을 구비한 LM가이드블록(10)에 접속되어 Y축 방향으로 이동이 가능하도록 되어 있고, 그 이동거리는 상기 아라미드끈(11)을 매개로 Y축 엔코더풀리(8)를 통해서 Y축 엔코더(7)를 회전시킴으로써 이동거리를 측정할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 로봇 작업공간내의 정확도 측정이 요구되는 임의의 평면위치에 본 발명에 따른 직교형 측정장치를 설치하고, 이 때 로봇 베이스좌표계에 대한 평면도를 만족시키기 위해 본 발명에 따른 측정장치의 독립적으로 높이조절이 가능한 네 개의 고정다리를 조절작업 중 조절한 결과를 수준기로 확인한다. 측정장치의 설치가 종료되면, 로봇선단을 조그모션(Jog Motion)시켜 미리 결정한 각 지시점(Teaching Point)에 순차적으로 이동시키면서 각 점에 대한 X,Y축의 엔코더값을 읽어둔다. 이 엔코더값과 로봇 교신데이터를 이용해서 정의한 오차함수에 최소자승오차법을 적용해서 로봇기구정수를 추정하고, 이 추정된 값을 이용해서 원래의 기구정수를 보정할 수 있도록 되어 있다.
[실시예]
다음, 첨부한 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 로봇위치측정장치를 도시한 도면으로, X축 LM가이드(2; 1000mm)는 Y축보다 단면적이 큰 것을 사용해서 Y축으로부터 전달되는 토오크를 견딜 수 있게 하였다. Y축도 Y축 LM가이드(3; 1000mm)로 만들어지고, Y축 LM가이드블록상에 측정장치와 로봇의 메커니컬 커플링(1)이 설치된다. X축 LM가이드(2)의 일단에는 X축 엔코더(4)와, 이 X축 엔코더(4)에 직결된 X축 엔코더폴리(5)가 설치되고, 그 타단에는 X축 아이들풀리(6)가 설치된다. 또한, Y축 LM가이드(3)의 일단에는 Y축 엔코더(7)와, 이 Y축 엔코더(7)에 직결된 Y축 엔코더폴리(8)가 설치되고, 그 타단에는 Y축 아이들풀리(9)가 설치된다.
또한, X축 LM가이드(2)상의 X축 엔코더풀리(5)와, Y축 LM가이드 및 X축 아이들풀리(6)가 상호 아라미드끈(11)으로 묶여 있고, Y축 LM가이드(3)상의 Y축 엔코더폴리(8)와, LM가이드블록(10) 및 Y축 아이들풀리(9)도 상호 아라미드끈(11)으로 묶여 있다. 즉, LM가이드블록의 변위는 다음과 같은 분해능으로 아라미드끈을 매개로 엔코더 펄스수로 측정된다. 각각 1회전당 펄스수가 1200인 엔코더(4,7)와 직경이 10mm인 엔코더풀리(5,8) 및 아이들풀리(6,9)를 사용해서 얻어지는 측정장치 각 축의 분해능은 다음과 같다.
엔코더 1펄스당 측정장치의 각 축의 분해능;
2π/1200(radoian)×5(mm)=26(㎛)
따라서, 분해능 26(㎛)은 로봇 반복위치 정밀도 이상의 값이므로 본 발명에 따른 측정장치를 로봇 절대위치 측정을 위해 실용적으로 사용할 수 있다. 또한, 휴대용 장치로서의 장점을 높이기 위해 X,Y축도 필요시 상호 분해 및 조립이 가능한 구조로 되어 있다.
제2도는 본 발명에 따른 로봇위치측정장치를 이용한 로봇측정시스템으로 실제로 로봇의 위치측정을 위해 로봇의 선단부와 본 발명에 따른 측정장치의 메카니컬 커플링이 접속된 것을 볼 수 있다. 또한, 본 발명에 다른 측정장치는 사각 테이블(13) 위에 설치되어 있지만, 현장에서 작업공간내의 어느 주변기기 위에도 설치할 수 있게 되어 있다.
본 발명은 직접 현장에서 사용중인 로봇의 위치정확도를 로봇작업장 내의 임의의 2차원 평면영역에 대해 쉽게 측정할 수 있는 저가격, 고정도의 로봇측정 및 보정작업을 가능하게 한다. 또한, 1회전당 펄스수가 1200인 로터리엔코더와, 직경이 10(mm)인 엔코더풀리 및 아이들풀리를 사용할 때 엔코더 1펄스당 측정기 각 축의 분해능은 26(㎛)까지 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 장치와 보정기법을 로봇의 오프라인 프로그래밍 시스템의 주요 핵심모듈로 사용할 수 있다.
Claims (1)
- X축 LM가이드(2)와; 이 X축 LM가이드(2)에 직교한 Y축 LM가이드(3); 상기 X축 LM가이드(2)상의 일단에 접속된 X축 엔코더(4); 상기 X축 엔코더(4)의 회전부에 접속된 X축 엔코더풀리(5); X축 LM가이드(2)상의 타단에 접속된 X축 아이들풀리(6); 상기 Y축 LM가이드(3)상의 일단에 접속된 Y축 엔코더(7); 상기 Y축 엔코더(7)의 회전부에 접속된 Y축 엔코더풀리(8) 및; 상기 Y축 LM가이드(3)상의 타단에 접속된 Y축 아이들풀리(9)를 구비하여 구성되고, 상기 X축 엔코더풀리(5) 및 상기 X축 아이들풀리(6)는 아라미드끈(11)을 매개로 서로 연결되어 있어, 이 아라미드끝(11)의 소정위치에서 상기 X축 LM가이드(2) 상에 직교하는 Y축 LM가이드(3)가 접속되어 X축 방향으로 이동이 가능하도록 되어 있으며, 그 이동거리는 상기 아라미드끈(11)을 매개로 X축 엔코더 풀리(6)를 통해서 X축 엔코더(4)를 회전시킴으로써 이동거리를 측정할 수 있게 되어 있고, 상기 Y축 엔코더풀리(8) 및 상기 Y축 아이들풀리(9)는 아라미드끈(11)을 매개로 서로 연결되어 있고, 이 아라미드끈(11)의 소정위치에 접속되며, 상기 Y축 LM가이드상에 위치하면서, 로봇의 선단과 접속을 가능하게 하는 메커니컬 커플링(1)을 구비한 LM가이드블록(10)에 접속되어 Y축 방향으로 이동이 가능하도록 되어 있고, 그 이동거리는 상기 아라미드끈(11)을 매개로 Y축 엔코더풀리(8)를 통해서 Y축 엔코더(7)를 회전시킴으로써 이동거리를 측정할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇위치측정장치.
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| KR19980028527A KR19980028527A (ko) | 1998-07-15 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100906896B1 (ko) * | 2007-12-13 | 2009-07-08 | 현대자동차주식회사 | 차량 내장용 플라스틱 부품의 열변형 측정용 지그 |
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1996
- 1996-10-23 KR KR1019960047601A patent/KR100196821B1/ko not_active Expired - Lifetime
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