KR100214677B1 - 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 종래에는 엔드 에펙터에 복작한 형상의 캘리브레이션 치구를 장착하고 다이얼 게이지를 구비하여 다이얼 게이지에서의 기계적 측정값에 의하여 기준위치를 교정 하는 것이므로 기준위치의 정확한 교정이 곤란한 것이었다. 본 발명은 제3관절에 설치되는 엔드 에펙터에 장착되는 기준위치 보정핀을 가지는 캘리브레이션 치구와, 상기 기준위치 보정핀이 선택적으로 삽입되는 움직이지 않는 3개의 기준위치 보정공을 가지는 기준위치 보정바를 구비하여 엔드 에펙터에 보정핀을 가지는 캘리브레이션 치구를 장착하는 단계와, 움직이지 않는 3개의 기준점을 설정하는 단계와, 상기 보정핀을 상기 3개의 기준점에 순차 일치시키는 단계와, 각 기준점에 대한 각 국절 상태에서의 각 암사이의 각도를 산출하는 단계와, 각 기준점에 대한 각 굴절 상태에서 엔코더값을 기록하는 단계와, 상기 암 사이의 각도와 엔코더값을 비교하여 각 관절의 옵셋값을 산출하는 단계와, 이 옵셋값에 의하여 로봇본체의 기계적 원점과 제어장치측 지령 프로그램의 윈점을 일치시키는 단계로 수행함으로써 로봇의 기준위치를 정확하게 교정할수 있게 되는 것이다.
Description
제1도는 종래 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치의 사시도.
제2도는 제1도의 평면도.
제3도는 종래 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치의 요부 사시도.
제4도는 본 발명에 의한 산업용 로봇의 기준위치 교정 방법을 구현하기 위한 장치의 평면도.
제5a, b도는 본 발명에 의한 산업용 로봇의 기준위치 교정 과정을 설명하기 위한 작동도.
제6도는 본 발명에 의한 기준위치 교정 방법을 보인 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A1, A2 : 암 J1, J2, J3 : 관절
10 : 캘리브레이션 치구 11 : 기준 위치 보정핀
20 : 기준위치 보정바 21, 22, 23 : 기준위치 보정공
본 설명은 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 간단한 도구를 이용하여 아암은 물론 엔드 에펙트(END EFFECTOR)까지도 보정이 가능한 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 로봇은 로봇본체(기계부)와 제어장치로 구성되는 데, 로봇본체가 정확히 동작하기 위하여는 제어장치측의 지령 프로그램의 원점과 로봇본체의 원점이 일치하여야 한다.
이와 같이 로봇본체의 원점과 제어장치의 원점을 일치시키는 작업을 기준위치 교정이라고 하는데 이를 위하여 통상적으로 캘리브레이션(CALIBRATION) 치구, 측정기 등을 사용하고 있다.
일반적으로 산업용 로봇의 기계적 원점의 위치와 제어장치의 지령 프로그램의 원점을 일치시키는 기준위치 교정을 위하여 변하지 않는 기준점을 정하고, 그 곳에 측정기를 부착하며, 로봇본체의 엔드 에펙트에는 측정기를 동작시킬 캘리브레이션(CALIBRATION) 치구를 설치한다.
이와 같은 구성으로 제어장치에 의해 로봇본체를 동작시켜 측정을 실시함으로써 기준위치에 때한 옵셋(OFFSET)값을 구하여 기준위치 교정을 행하고 있다.
종래 산업용 로봇은 제1도에 도시한 바와 같이, 베이스(B)와, 이 베이스(B)에 제1관절(J1)에 의하여 연결된 제1암(A1)과, 이 제1암(A1)에 제2관절(J2)에 의하여 연결된 제2암(A2)과, 이 2암에는 제3관절(J3)에는 엔드 에텍터(도시되지 않음)가 포함되는 것이다.
이러한 종래의 산업용 로봇의 기준위치를 교정하기 위하여 베이스(B)를 고정대(1)에 고정설치하고, 엔드 에펙터를 포함하는 상기 제3관절(J3)에 캘리브레이션치구(2)를 설치하며 상기 고정대(1)에는 변하지 않는 점을 이루는 다이얼 게이지 고정구(3)를 고정하여 이 고정구(3)에 다이얼 게이지(4)를 장착한다.
이 상태에서 제2도에 도시한 바와 같이 각 암과 관절부를 작동시켜 제3관절(J3)에 포함되어 있는 엔드 에펙터에 부착된 캘리브레이션 치구(2)를 다이얼 게이지(4)의 위치까지 이동시켜 캘리브레이션 치구(2)가 다이얼 게이지(4)에 접촉되도록 하여 다이얼 게이지(4)의 측정값과 제어장치의 프로그램상의 원점을 보정함으로써 로봇본체의 기계적 원점과 제어장치의 프로그램 지령 상의 원점을 일치시키는 것이다.
그러나 이러한 종래의 기준위치 교정방법에서는 별도의 측정기인 다이얼 게이지와 이를 동작시키기 위한 특정한 치구(캘리브레이션 치구)를 제작하여야 하므로 비용상의 문제가 있을 뿐만 아니라 측정기인 다이얼 게이지를 사용하므로 다이얼 게이지의 측정 에러에 의하여 정확한 교정이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.
또한 각 관절(J1,J2,J3)에 대한 옵셋값을 구하여 보정하는 것이 아니고 설정된 기준점에 대한 로봇본체 기계부의 동작과 제어장치의 지령상의 옵셋을 구하여 교정하는 것이라는 점에서 정확성을 기할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 측정기와 캘리브레이션 치구를 사용하지 않고서도 각 관절별 기준위치를 정확히 교정할 수 있도록 한 산업용 로봇의 기준위치 교정 방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다이얼 게이지 등의 측정기에 의한 기구적인 측정값을 이용하지 않고 수시적으로 도출된 값을 이용함으써 측정상의 에러에 의한 오차 발생을 방지하여 정확한 기준위치로 교정할 수 있도록 하려는 것이다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 베이스와 2개의 암 및 3개의 관절을 가지는 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치에 있어서, 상기 제3관절에 설치되는 앤드 에펙터에 장착되는 기준위치 보정핀을 가지는 캘리브레이션 치구와, 상기 기준위치 보정핀이 선택적으로 삽입되는 움직이지 않는 3개의 기준위치 보정공을 가지는 기준위치 보정바를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 산업용 로봇의 기준위치 교정장치 및 엔드 에펙터에 보정핀을 가지는 캘리브레이션 치구를 장착하는 단계와, 움직이지 않는 3개의 기준점을 설정하는 단계와, 상기 보정핀을 상기 3개의 기준점에 순차 일치시키는 단계와, 각 기준점에 대하여 좌측 굴절 상태와 우측 굴절 상태로 작동시키는 단계와, 각 기준점에 대한 각 굴절 상태에서의 각 암사이의 각도를 산출하는 단계와, 각 기준점에 대한 각 굴절 상태에서의 엔코더값을 기록하는 단계와, 상기 암 사이의 각도와 엔코더값을 비교하여 각 관절의 옵셋값을 산출하는 단계와, 이 옵셋값에 의하여 로봇본체의 기계적 원점과 제어장치측 지령 프로그램의 원점을 일치시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 산업용 로봇의 기준위치 교정 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 의한 산업용 로봇의 기준위치 교정 방법 및 그 장치를 첩부도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 의한 기준위치 교정 장치를 하나의 z축과 2개의 암 및 3개의 관절을 가진 산업용 로봇에 적용한 예를 보인 평면도로서, 도면에서는 z축은 도시되지 않았으며, 2개의 암(A1,A2)와 3개의 관절(J1,J2,J3)를 도시하고 있다.
상기 제1암(A1)의 관절(J1)은 Z축에 설치되는 것이고, 상기 제3관절(J3)에는 엔드에펙터(도시화 되지 않음)이 장착된다. 상기 각 관절(J1,J2,J3)에는 엔코더와 모터(도시되지 않음)이 설치된다.
상기 엔드 에펙터를 포함하는 제3관절(J3)에 기준위치 보정핀(11)을 가지는 캘리브레이션 치구(10)가 장착되고, 고정되며 다수개(도면에서는 3개)의 기준위치 설정공(21,22,23)을 가지는 기준위치 보정바(20)가 고정대(도시도지 않음)에 고정 설치된다.
상기 기준위치 보정바(20)의 보정공(21,22,23)은 변하지 않는 기준점으로서 좌표와 이들 간에 거리(L12,L23,L31)는 제작과정에서 이미 알고 있는 것이고, 또 z축은 고정, 즉 z축방향으로의 상하 운동에 대하여는 고려하지 않기로 하는 것이므로 베이스(B)와 암(A1)사이의 각도θ1은 알고 있는 것으로 되며, 각 암(A1,A2)과 캘리브레이션 치구(10)의 길이 L1,L2,L3는 미지수로 한다.
이와 같은 구성된 본 발명 장치에 의하여 기준위치를 교정하는 과정을 설명한다.
제 3관절(J3)의 엔드 에펙터에 고정되어 있는 캘리브레이션 치구(10)의 기준위치 보정핀(11)을 기준위치 보정바(20)의 기준위치 보정공(21,22,23)중 어느 하나에 일치시켜 삽입한다.
먼저, 제5도의 (b)에 도시한 바와 같이 기준위치 보정핀(11)를 기준위치 보정공(21)에 일치시킨 상태에서 암(A1, A2)를 좌우로 굴절시켜 좌측 굴절 상태(arm left)와 우측 굴절 상태(aem right)에서의 각 암(A1,A2)사이의 각과 암(A2)와 캘리브레이션 치구(10)사이의 각를 계산하여, 이것을 각 관절(J1,J2,J3)의 기계적 옵셋값으로 제어장치의 지령치인 엔코더값과 비교하여 각 관절(J1,J2,J3)의 위치를 보정하게 되는 것이다.
이와 같은 좌,우측 굴절 상태의 2가지 자세로부터 x축에 대한 식(1)과 y축에 대한 식(2)를 얻을 수 있다.
이러한 과정을 제5도의 (a)에 도시한 바와 같이 각 보정공(22,23)에 대하여도 실시하여 기준위치 보정핀(11)를 기준위치 보정공(22)에 일치시킨 상태에서 암(A1,A2)를 좌우로 굴절시켜 좌측 굴절 상태(arm left)와 우측 굴절 상태(arm right)에서의 각 암(A1,A2)사이의 각과, 암(A2)와 캘리브레이션 치구(10)사이의 각과, 기준위치 보정핀(11)를 기준위치 보정공(23)에 일치시킨 상태에서 암(A1,A2)를 좌우로 굴절시켜 좌측 굴절 상태와 우측 굴절 상태에서의 각 암(A1,A2)사이의 각과을 계산하여, 각 기준위치 보정공(22,23)에 대한식 (3)(4)(5)(6)을 얻을수 있다.
여기서는 암(A1)과 암(A2)간의 각도,은 암(A2)와치구(10)간의 각도를 말하며,과은 보정핀(11)을 각각 보정공 (22)에 일치시킨 상태에서 좌측 굴절 상태 및 굴절 상태로 작동시켰을 때의 암(A1)과 암(A1)사이 및 암(A2)와 치구(10) 사이의 각도를 말하고,과은 보정핀(11)을 각각 보정공(23)에 일치시킨 상태에서 좌측 굴절 상태및 우측 굴절 상태로 작동 시켰을 때의 암(A1)과 암(A2) 사이 및 암(A2)와 치구(10) 사이의 각도를 말하는 것이다. 한편, 상기 각 6개의 상태에서 관절(J1,J2,J3)의 엔코더값을 기록한다.
그리고 각 기준점 사이의 거리(L12,L23,L31)는 알고 있는 값이므로 각 기준점 사이의 거리를 구하는 식을 상기 식(1) 내지 (6)와 조합하면 12가지 식을 얻을 수 있다.
상기 식들을 캘리브레이션 치구(10)의 길이 L3에 대하여 전개하면
와 같이 된다.
또한 상기 식으로부터 상기 기준위치 보정바(20)의 각 기준위치 보정공(21,22,23)간의 거리 L12,L23,L31를 나타내는 다음 식을 포함하여 총 15개의 식을 얻을수 있다.
여기서 구하려고 하는 값은 각 암(a1,a2)와 캘리브레이션 치구(10) 사이의 길이(L1,L2,L3)와 각 자세에서 암(A1,A2)와 캘리브레이션 치구(10) 사이의 상대각들실제 기계적으로 동작한 값들이고, 위에서 기록한 각 자세에서 엔코더의 값들이 제어장치에서의 지령상 값들이므로 각 관절(J1,J2,J3)별 옵셋값을 얻을 수 있다. 이 옵셋값으로 각 관절별 제어장치 지량상의 기준위치 보정을 실행할 수 있게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 별도의 다이얼 게이지를 사용하지 않고 캘리 브레이션 치구를 정해진 3개의 기준점으로 이동시키면서 각 관절들에서의 기준 위치를 정확하게 보정할 수 있게 되며, 캘리브레이션 치구의 형상을 단순한 형상으로 형성함으로써 가공상의 에러에 의한 오차를 배제할 수 있고, 실시 방법상으로도 기구에 의존하지 않고 시식적으로 도출한 값을 이용하는 것이므로 측정상의 에러 발생을 줄일 수 있으며, 로봇 형상의 변화에도 그에 적합한 수식만을 교정하는 것에 의하여 손쉽게 적용할 수 있게 되는 것이다.
Claims (2)
- 베이스와 2개의 암 및 3개의 관절을 가지는 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치에 있어서, 상기 제3관절에 설치되는 엔드 에펙터에 장착되는 기준위치 보정핀을 가지는 캘리브레션 치구와, 기준위치 보정핀이 선택적으로 삽입되는 움직이지 않는 3개의 기준위치 보정공을 가지는 기준위치 보정바를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 산업용 로봇의 기준위치 교정 장치.
- 엔드 에펙터에 보정핀을 가지는 캘리브레이션 치구를 장착하는 단계와 움직이지 않는 3개의 기준점을 설정하는 단계와, 상기 보정핀을 상기 3개의 기준점에 순차 일치시키는 단계와, 각 기준점에 대하여 좌측 굴절 상태와 우측 굴절 상태로 작동시키는 단계와, 각 기준점에 대한 각 굴절상태에서의 각 암사이의 각도를 산출하는 단계와, 각 기준점에 대한 각 굴절상태에서 엔코더 값을 기록하는 단계와, 상기 암 사이의 각도와 엔코더값을 비교하여 각 관절의 옵셋값을 산출하는 단계와, 이 옵셋값에 의하여 로봇본체의 기계적 원점과 제어장치측 지령 프로그램의 원점을 일치시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 산업용 로봇의 기준위치 교정 방법.
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