KR100203501B1 - 다수 로봇에서 작업 동기방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 로봇을 이용하여 공동작업을 할 경우에 각 로봇들의 작업을 동기시키기 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 2대 이상의 로봇들을 이용하여 공동작업을 수행할 수 있도록 된 로봇시스템에 있어서, 제1 로봇에 대해 제2 로봇의 상대좌표를 설정하는 단계; 제1 로봇의 연속궤적의 시작점()과 종착점(), 제2 로봇의 시작점()을 교시하고, 속도치 등을 설정하는 단계(81); 제1 로봇 연속궤적의 시작점과 제2 로봇 연속궤적의 시작점으로부터 거리벡터()를 구하는 단계(82); 연속궤적에 따른 움직임을 위해 제1 로봇의 연속궤적상의 지점()에 대응하는 제2 로봇의 연속궤적 지점(

Description

다수 로봇에서 작업 동기방법( Method of synchronizing continuous paths in robots )

본 발명은 복수개의 로봇을 이용하여 공동작업을 할 경우에 각 로봇들의 작업을 동기시키기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 다관절 로봇들의 연속궤적을 동기시키기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇 1 대만으로 작업할 경우, 로봇의 작업 자세나 작업영역에 제한을 받지만 두 대 이상의 로봇을 사용하면, 복수개의 로봇에 의한 작업영역을 넓힐 수가 있으며 각 로봇의 작업자세를 최적의 상태로 잡을 수 있어 작업품질을 향상시킬 수 있다.

그런데 복수개의 로봇을 사용하여 작업을 할 경우에, 종래에는 각각의 로봇마다 공동작업에 필요한 시퀀스들을 개별적으로 교시 혹은 프로그램해줘야 하므로 매우 사용이 번거로운 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 어느 하나의 기준로봇에 대한 상대좌표를 간단한 방법으로 나머지 로봇들에 교시한 후, 상기 기준로봇에 작업을 위한 궤적을 교시해주면 나머지 로봇들에서는 상기 기준로봇에 대한 상대좌표로 자신들이 작업할 궤적을 자동으로 생성하여 작업을 할 수 있게 하는 다수 로봇에 의한 작업의 동기화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적어도 2 대 이상의 로봇들을 이용하여 공동작업을 수행할 수 있도록 된 로봇시스템에 있어서, 제1 로봇에 대해 제2 로봇의 상대좌표를 설정하는 단계; 제1 로봇의 연속궤적의 시작점()과 종착점(), 제2 로봇의 시작점()을 교시하고, 속도치 등을 설정하는 단계; 제1 로봇 연속궤적의 시작점과 제2 로봇 연속궤적의 시작점으로부터 거리벡터()를 구하는 단계; 연속궤적에 따른 움직임을 위해 제1 로봇의 연속궤적상의 지점()에 대응하는 제2 로봇의 연속궤적 지점()을 상기 상대좌표를 이용하여 계산하는 단계; 연속궤적상의 임의의 지점들에 대한 벡터값에 대해 역기구학적 연산을 통해 각 로봇 관절의 조인트량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 조인트량에 따라 각 로봇의 관절을 움직이는 단계가 구비된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 2개의 로봇을 동기화시키는 것을 도시한 개략도,

도 2a,2b는 도 1에서 사용되는 교시용 지그의 도면,

도 3은 도 1과 같이 2개의 로봇을 이용한 공동작업시 로봇들의 좌표계,

도 4는 도 3에 도시된 좌표간의 변환벡터를 나타내는 2차원 좌표도면,

도 5는 로봇이동과 로테이션 벡터와의 관계를 나타낸 좌표도면,

도 6은 제1 로봇에 의한 점 P₁을 제2 로봇의 좌표로 변환하는 것을 설명하기 위한 좌표도,

도 7은 본 발명에 따라 제1로봇과 제2 로봇의 연속궤적을 동기화시키는 개념도,

도 8은 본 발명에 따라 제1로봇과 제2 로봇의 연속궤적을 동기화시키는 예의 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,12: 다관절 로봇13: 로봇 콘트롤러

14: 교시용지그15: 공통작업영역

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 2개의 로봇을 동기화시키는 것을 도시한 개략도이고, 도 2a, 2b는 도 1에서 사용되는 교시용 지그의 도면이며, 도 3 내지 도 6은 두 로봇들간의 상대좌표를 구하는 것을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에서는 하나의 기준로봇(이하 제1 로봇이라 한다)과 하나의 추가로봇(이하 제2 로봇이라 한다)을 이용하여 즉, 2 대의 로봇을 이용하여 상대좌표를 설정한 후 연속궤적을 생성하는 것을 보여준다.

도 1을 참조하면, 제1 로봇(11)과 제2 로봇(12)이 로봇 콘트롤러(13)에 연결되어 있으며, 공통작업영역(15)에서 하나의 가공물에 대해 서로 공동 작업을 수행할 수 있고, 공동 작업시에 본 발명에 따라 간단하게 작업을 동기시키기 위하여 교시용 정밀지그(14)가 로봇의 핸드에 연결되어 있다.

도 1에서 두 로봇(11,12)이 협조적으로 움직일려면 먼저 두 로봇간의 상대좌표를 설정해야 한다. 두 대의 로봇의 좌표계를 살펴보면 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 로봇(11)은 원점 O_A에서 X_A, Y_A, Z_A축 상의 좌표계를 가지고 있으며, 제2 로봇(12)은 원점 O_B에서 X_B, Y_B, Z_B축 상의 좌표계를 가지고 있고, 공통작업 영역상의 임의의 지점 P에 대해 제1 로봇은, 제2 로봇은의 좌표값을 갖는다. 이때 제1 로봇의 좌표 원점(O_A)으로부터 제2 로봇의 좌표원점(O_B)까지의 벡터를로 나타낸다.

계산을 간단히 하기 위하여 도 3의 3차원 공간상의 좌표를 도 4와 같이 2차원상에서 두 좌표계의 관계를 살펴보면, 제1 로봇은 원점 O_A에서 X_A, Y_A의 좌표축을 갖고, 제2 로봇은 원점 O_B에서 X_B, Y_B의 좌표축을 갖으며, 이 두 좌표계는 다음 수학식 1과 같은 관계를 가지고 있다.

또한, 도 4에서 제1 로봇의 좌표원점으로부터에 위치한 제2 로봇의 좌표를 │H만큼 회전하여 제1 로봇의 X,Y 좌표와 평행하도록 좌표 X'_B, Y'_B를 설정하고,의 X축 성분과 Y축성분을,라 하면 수학식 1의 변환행렬와 로테이션는 다음 수학식 2 및 3과 같이 정의된다.

또한 도 5에서와 같이, 제2 로봇의 원래의 좌표축 X_B, Y_B에서 단위 길이만큼 이동시 X_B',Y_B' 좌표축에서 이동거리로부터 로테이션을 구할 수 있다. 즉, X_B축에서 단위길이만큼 이동시 X_B',Y_B'축에서의 좌표값을 x1, y1이라 하고, Y_B축에서 단위길이만큼 이동시 X_B',Y_B'축에서의 좌표값을 x2, y2라 하면, 로테이션 매트릭스는 다음 수학식 4와 같다.

이어서 도 1과 같이, 두 대의 로봇의 상대 좌표계를 구하기 위한 일련의 교시(teaching)과정을 정리하면 다음과 같다.

첫째, 제1 로봇(11)을 공통 작업영역(15)에 위치시키고, 둘째, 제2 로봇(12)을 제1 로봇의 끝점에 일치시킨다. 이때 두 로봇의 끝점을 정밀하게 일치시키기 위하여 도 2a, 2b에 도시된 바와 같은 교시용 지그(14)를 사용한다.

둘째, 제1 로봇의 좌표 중심으로부터 제2 로봇의 좌표중심에 이르는 벡터를 구한다. 즉, 도 3을 참조하면, 제1 로봇의 끝점과 제2 로봇의 끝점이 만나는 P점( 도 1에서 두 로봇의 교시용 지그가 만나는 점)에 대한 제1 로봇의 벡터값이이고, 제2 로봇의 벡터값이라 하면,이다.

셋째, 로테이션 매트릭스를 구하기 위하여 제2 로봇을 제2 로봇의 좌표상에서 x,y,z방향으로 단위길이만큼 이동 후, 제1 로봇의 끝점을 이동시켜 제2 로봇의 끝점에 일치시킨다. 이때 제1 로봇의 이동량을 읽어 다음 수학식 5에서와 같이 로테이션 매트릭스를 구한다.

상기 수학식 5에서 x1, y1, z1은 제2 로봇이 x방향으로 이동시 제1 로봇의 이동량이고, x2, y2, z2는 제2 로봇이 y방향으로 이동시 제1 로봇의 이동량이고, x3, y3, z3은 제2 로봇이 z방향으로 이동시 제1 로봇의 이동량이다.

이어서 상기와 같은 절차를 수행하여 상대좌표를 구한 후, 연속궤적을 형성하는 과정을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 따라 제1 로봇과 제2 로봇의 연속궤적(CP)을 동기화시키는 개념도이고, 도 8은 본 발명에 따라 제1 로봇과 제2 로봇의 연속궤적을 동기화시키는 예의 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 제1 로봇(71)이에서로 연속궤적(CP:continuous path)을 따라 움직일 때 이 연속궤적 상의 임의의 지점(point)을,라 하고, 제2 로봇(73)이에서로 연속궤적(CP:continuous path)을 따라 움직일 때 이 연속궤적 상의 임의의 지점(point)을,라 한다. 또한 제1 로봇의 원점에서 끝점까지의 변환행렬을라하고, 제2 로봇의 원점에서 끝점까지의 변환행렬을라 하며, 제2 로봇의 좌표원점으로부터 제1 로봇의 좌표원점으로의 변환행렬을라 한다.

본 발명에 따라 연속궤적을 생성하는 방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 로봇의 연속궤적의 시작점()과 종착점(), 제2 로봇의 시작점()을 교시하고, 속도치 등을 설정하는 단계(81); 제1 로봇 연속궤적의 시작점과 제2 로봇 연속궤적의 시작점으로부터 거리벡터()를 구하는 단계(82); 연속궤적에 따른 움직임을 위해 제1 로봇의 연속궤적상의 지점()에 대응하는 제2 로봇의 연속궤적 지점()을 계산하는 단계(83); 연속궤적상의 임의의 지점에 대한 벡터값에 대해 역기구학적 연산을 통해 각 로봇 관절의 조인트량을 산출하는 단계(84); 및 상기 산출된 조인트량에 따라 각 로봇의 관절을 움직이는 단계(85)로 구성된다.

도 6에서 제2 로봇의 변환행렬는 상기 수학식 1로부터 다음 수학식 6과 같이 구할 수 있다.

따라서 제1 로봇 연속궤적의 시작점을 제2 로봇의 좌표계로 나타내면 다음 수학식 7과 같다.

따라서 두 시작점 사이의 거리벡터는 다음 수학식 8과 같이 제2 로봇의 좌표계로 변환된 제1 로봇의 시작점과 제2 로봇의 시작점의 차로 구해진다.

한편, 제1 로봇의 연속궤적상의 임의의 점 p에 대한 벡터값에 대응하는 제2 로봇의 연속궤적 점의 벡터값는 상기 수학식 7 및 수학식 8로부터 다음 수학식 9 및 수학식 10과 같이 구할 수 있다.

따라서 제1 로봇은 제1 연속궤적상에서 결과값으로서 구해지는 벡터들()을 역기구학적으로 풀어 제1 로봇의 각 관절에 대한 조인트(joint) 변위량을 구하고, 제2 로봇은 제2 연속궤적상에서 결과값으로서 구해지는 벡터들()을 역기구학적으로 풀어 제2 로봇의 각 관절에 대한 조인트 변위량을 구한다. 즉, 제1 로봇의 조인트 변위량을라 하고, 제2 로봇의 변위량을라 하면 이들과 변환행렬, 로테이션 매트릭스는 다음 수학식 11과 같은 관계가 있다.

따라서 상기 수학식 11에 의해 제1 로봇과 제2 로봇의 연속궤적의 조인트 변위량을 각각 구하므로써 제1 로봇에 교시된 연속궤적으로부터 제2 로봇이 자신의 연속궤적을 생성하여 연속궤적 작업을 수행할 수 있게 한다.

이상에서 두 대의 로봇을 이용하여 연속궤적 작업을 동기화시키는 과정을 설명하였으나 본 발명의 방법은 두 대의 로봇뿐만 아니라 세대 이상의 로봇들에 대해서도 동일하게 적용될 수 있으며, 연속궤적 작업뿐만 아니라 점대점 작업에서도 적용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다수의 로봇을 이용하여 공동작업을 수행할 경우에 어느 한 로봇을 기준으로 다른 로봇들의 상대좌표를 정밀지그를 이용하여 간단한 교시로 구한 후, 상기 기준로봇에 연속궤적 궤적이 교시되고 다른 로봇들에 연속궤적의 시작점만 교시되면 기준로봇과 동일한 연속궤적을 나머지 로봇들이 자동으로 생성하여 간단하게 공동작업을 수행할 수 있다.

Claims (2)

1. 적어도 2대 이상의 로봇들을 이용하여 공동작업을 수행할 수 있도록 된 로봇시스템에 있어서,

   제1 로봇에 대해 제2 로봇의 상대좌표를 설정하는 단계; 제1 로봇의 연속궤적의 시작점()과 종착점(), 제2 로봇의 시작점()을 교시하고, 속도치 등을 설정하는 단계(81); 제1 로봇 연속궤적의 시작점과 제2 로봇 연속궤적의 시작점으로부터 거리벡터()를 구하는 단계(82); 연속궤적에 따른 움직임을 위해 제1 로봇의 연속궤적상의 지점()에 대응하는 제2 로봇의 연속궤적 지점()을 상기 상대좌표를 이용하여 계산하는 단계(83); 연속궤적상의 임의의 지점들에 대한 벡터값에 대해 역기구학적 연산을 통해 각 로봇 관절의 조인트량을 산출하는 단계(84); 및 상기 산출된 조인트량에 따라 각 로봇의 관절을 움직이는 단계(85)가 구비된 다수 로봇에서 작업 동기방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상대좌표를 설정하는 단계는 교시용 지그가 장착된 제1 로봇의 끝점과 교시용 지그가 장착된 제2 로봇의 끝점을 공동작업 영역에서 일치시키는 단계와, 제2 로봇의 끝점을 단위 길이만큼 각 좌표축상에서 움직인 후 상기 제1 로봇을 이동시켜 끝점을 일치시키고 이때의 제1 로봇의 이동량을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수 로봇에서 작업 동기방법.