KR100222022B1 - 백래쉬로 인한 오차보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오차보상방법에 관한 것으로 특히, 기어, 감속기둥의 백래쉬(Backlash)로 인한 움직임오차를 보정하여 주어 로보트 등의 산업용기계 또는 장치가 정확한 동작을 할 수 있도록 하여 주는 백래쉬 오차보상방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 백래쉬로 인한 오차보상방법은 로보트의 초기위치정보와 목표정보를 이용하여 구동형태에 따른 다수의 축들의 이동경로를 결정하는 경로결정단계, 결정된 경로에서 다수의 축들에 의한 각각의 관절각의 변화에 의한 각 가속도 산출단계, 산출된 각 가속도에 따른 다수의 축들의 관성력에 의한 토오크벡터와 중력에 의한 토오크벡터를 산출하여 백래쉬의 발생방향을 판단하는 백래쉬의 발생방향 판단단계, 및 판단된 백래쉬의 발생방향에 따라 로보트의 동작오차를 보정하여 주는 동작오차 보정단계를 포함하는데 특징이 있다.

본 발명에 따른 백래쉬에 의한 오차보상방법을 사용하면 기어등의 백래쉬에 의해 발생되는 로보트의 동작오차를 보정할 수 있게 되어 로보트가 정확한 동작을 할 수 있도록 하여준다는 효과가 있다.

Description

백래쉬로 인한 오차보상방법

제1도는 로보트에서 발생되는 백래쉬 오차를 설명하기 위한 설명도.

제2도는 제1도에서의 각 축이 연결되는 부분에서 발생되는 백래쉬의 발생방향을 설명하기 위한 설명도.

제3도는 6축 수직 다관절 로보트에서 일정시간간격으로 발생되는 백래쉬 오차를 산출하여 표시한 오차표.

제4도는 본 발명에 따른 백래쉬로 인한 오차보상방법의 과정을 설명하기 위한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1축 2 : 제2축

3 : 제3축 4 : 제4축

5 : 제5축 6 : 제6축

11 : 제1기어 12 : 제2기어

본 발명은 오차보상방법에 관한 것으로 특히, 기어, 감속기둥의 백래쉬(Backlash)로 인한 움직임오차를 보정하여 주어 로보트 등의 산업용기계 또는 장치가 정확한 동작을 할 수 있도록 하여 주는 백래쉬 오차보상방법에 관한 것이다.

일반적으로 로보트등과 같은 회전구동계를 갖는 각종 장치에는 기어 등의 동력전달기구와 전달되는 동력의 속도를 줄이기 위한 감속기둥이 많이 사용된다. 이와같은 기어, 감속기둥에는 백래쉬가 존재한다. 백래쉬는 기어, 나사등의 회전방향을 전환할 경우 맞물린 이나, 나사산사이에 동력이 전달되지 않고 헛도는 구간을 말한다. 이러한 백래쉬는 각종 기계나 장치등의 정도를 떨어뜨리게 된다. 항상 일정한 방향으로만 회전하는 구동계에서는 백래쉬가 크게 문제되지 않지만 로보트등에서와 같이 동작이 아주 정밀해야 하고, 회전하는 방향을 전환해야 한 필요성이 있는 기계나 장치들에서는 백래쉬로 인한 오차가 문제가 된다.

제1도는 로보트에서 발생되는 백래쉬 오차를 설명하기 위한 설명도이다. 제1도에는 제1축(1) 내지 제6축(6)을 갖는 로보트가 도시되어 있다. 이 축들은 소정의 회전중심축들을 기준으로 소정각도씩 회전동작 가능하다. 제1도에서 알 수 있는 바와같이 제1축(1)은 제자리에서 회전동작을 할 수 있다. 제1축(1)에 설치되어 있는 제2축(2)은 제1축(1)에 연결되어 있는 지지점은 중심으로 좌·우회동 가능하게 설치되어 있다. 제2축(2)에 연결되어 설치되어 있는 제3축(3) 역시 좌·우회동 가능하게 설치되어 있다. 제3축(3)에 연결되어 설치되어 있는 제4축(4)은 제자리회전 가능하게 설치되어 있다. 이와같은 제4축(4)에는 제5축(5)에 연결되어 설치되어 있고, 지지점을 중심으로 소정각도 좌·우회동 가능하다. 제5축(5)에는 제6축(6)이 연결설치되어 있고, 제자리회전 가능하다. 즉, 로보트의 각 축을 적당히 회전동작시켜 원하는 동작을 할 수 있게 된다. 여기서 제1축(1)과 제2축(2), 제2축(2)과 제3축(3), 제5축(5)과 제6축(6)의 연결부에는 모터등의 회전력을 축들에 전달하여 좌·우회동시키기 위하여 기어등의 동력전달부재를 사용하게 된다. 이에 따라 로보트가 제2도의 가는 실선으로 표시된 바와 같이 동작을 하게 되면 일정 경우 기어의 백래쉬로 인한 오차가 발생되게 된다. 이 오차는 기어의 백래쉬정도와 축의 회전방향에 따라 달라지게 된다. 이 오차의 크기는 Δθ로 표시할 수 있다. 이와 같은 오차는 회전체의 관성력과 중력에 의해 방향이 결정되게 된다. 예를 들어 관성력과 중력에 의한 토오크가 동일한 회전방향인 경우 회전력이 작용하는 방향으로 오차가 발생되게 된다. 관성력과 중력에 의한 토오크가 서로 반대의 회전방향으로 작용되는 경우에는 관성력에 의한 토오크와 중력에 의한 토오크의 크기에 따라 오차의 발생방향이 결정되게 된다. 즉, 두 토오크중 상대적으로 큰 토오크가 작용되는 방향으로 백래쉬가 발생되게 된다.

제2도는 제1도에서의 각 축이 연결되는 부분에서 발생되는 백래쉬의 발생방향을 설명하기 위한 설명도로서 토오크가 작용하는 방향에 따라 제2(a)도와 제2(b)도에 각각 도시하였다. 제2(a)도는 토오크가 시계방향으로 작용하는 경우를 도시한 것이다. 제2(a)도에 도시된 바와 같이 제2기어(12)에 시계방향의 토오크가 작용하게 되면 제1기어(11)이의 왼쪽면과 제2기어(12)이의 오른쪽면이 접촉되게 된다. 이에따라 제1기어(11)이의 오른쪽면을 기준으로 시계방향으로 백래쉬가 발생되게 된다. 제2(b)도는 토오크가 반시계방향으로 작용하는 경우를 도시한 것이다. 제2(b)도에 도시된 바와 같이 제2기어(12)에 반시계방향의 토오크가 작용하게 되면 제1기어(11)이의 오른쪽면과 제2기어이의 왼쪽면이 접촉되게 된다. 이에따라 제1기어(11)이의 왼쪽면을 기준으로 반시계방향으로 백래쉬가 발생되게 된다.

제3도는 6축 수직 다관절 로보트에서 일정시간간격으로 발생되는 백래쉬 오차를 산출하여 표시한 오차표로서 작업범위가 1,500이고 시작점(x,y,z)(690, 0, 1,320)에서 목표점(x,y,z)(510, 600, 900)까지 CP모우션(Continuous path motion)으로 이동시 각 샘플링 시간마다의 백래쉬 오차를 컴퓨터로 산출한 예이다. 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 백래쉬로 인하여 발생되는 로보트 동작의 오차는 약 0.04내지 0.05정도라는 것을 알 수 있다.

이상 제1도 내지 제3도를 통하여 설명한 바와 같이 일반적인 로보트 구동에서는 기어등에 의한 백래쉬로 인하여 오차가 많이 발생된다는 것을 알 수가 있다.

본 발명의 목적은 백래쉬 인하여 발생되는 로보트 동작의 오차를 미리 예측하여 보상하여 주므로써 정확한 로보트 동작을 유도할 수 있는 백래쉬로 인한 오차보상방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 다수의 축들을 구비하는 다관절 로보트의 동작오차를 보상하여 주기 위한 백래쉬로 인한 오차보상방법에 있어서, 상기 로보트의 초기위치정보와 목표정보를 이용하여 구동형태에 따른 상기 다수의 축들의 이동경로를 결정하는 경로결정단계, 상기 결정된 경로에서 상기 다수의 축들에 의한 각각의 관절각의 변화에 의한 각 가속도 산출단계, 상기 산출된 각 가속도에 따른 상기 다수의 축들의 관성력에 의한 토오크 벡터와 중력에 의한 토오크 벡터를 산출하여 백래쉬의 발생방향을 판단하는 백래쉬의 발생방향 판단단계, 및 상기 판단된 백래쉬의 발생방향에 따라 상기 로보트의 동작오차를 보정하여 주는 동작오차 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬로 인한 오차보상방법에 의해 달성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 백래쉬로 인한 오차보상방법의 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

제4도에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 백래쉬로 인한 오차보상을 수행하기 위하여 로보트의 초기위치에서의 관절각들과 목표위치에서의 관절각들을 계산한다.(제1단계). 제1단계에서 산출된 초기위치와 목표위치에서의 관절각들에 대한 정보들과 로보트의 구동형태에 따라 로보트의 각 축들의 이동경로를 결정한다.(제2단계). 로보트의 구동형태로는 PTP 제어(Point-to-point control), CP 제어(Continuous path control)가 있다. 제2단계에서 이동경로가 결정되면 각 축들의 이동시의 각 가속도를 산출한다.(제3단계). 각 축들의 각 가속도가 산출되면 이를 이용한 각 축들의 관성력에 의한 토오크와 중력에 의한 토오크를 산출하여 각 축들간의 백래쉬의 발생방향을 판단한다.(제4단계). 여기서 각 축의 관성력에 의한 토오크와 중력에 의한 토오크가 동일 방향이면 토오크가 작용하는 방향으로 백래쉬가 발생된다. 각 축의 관성력에 의한 토오크와 중력에 의한 토오크가 서로 반대방향으로 작용하면 토오크가 큰쪽의 작용방향으로 백래쉬가 발생된다. 제4단계에서 판단된 백래쉬의 발생방향에 따라 각 축들의 백래쉬값들을 산출한 한다.(제5단계). 제5단계에서 산출된 백래쉬값에 따라 경로제어점을 미리 보상하여 준다.(제6단계). 제6단계에서의 경로제어점 보상에 따라 각 축의 모터제어기에 보상정보를 입력한다.(제7단계). 이에따라 각 축들의 모터들은 구동되고 백래쉬로 인한 로보트의 동작오차값들을 보상하여 주게 된다.(제8단계). 한편, 소정시간간격으로 제3단계 내지 제6단계의 과정을 되풀이 하면서 이와 같은 오차보상을 반복하여줌으로써, 아주 정밀한 움직임을 갖는 로보트를 만들 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 백래쉬에 의한 오차보상방법을 사용하면 기어등의 백래쉬에 의해 발생되는 로보트의 동작오차를 보정할 수 있게 되어 로보트가 정확한 동작을 할 수 있도록 하여준다.

Claims (4)

1. 다수의 축들을 구비하는 다관절 로보트의 동작오차를 보상하여 주기 위한 백래쉬로 인한 오차보상방법에 있어서, 상기 로보트의 초기위치정보와 목표정보를 이용하여 구동형태에 따른 상기 다수의 축들의 이동경로를 결정하는 경로결정단계; 상기 결정된 경로에서 상기 다수의 축들에 의한 각각의 관절각의 변화에 의한 각 가속도 산출단계; 상기 산출된 각 가속도에 따른 상기 다수의 축들의 관성력에 의한 토오크 벡터와 중력에 의한 토오크 벡터를 산출하여 백래쉬의 발생방향을 판단하는 백래쉬의 발생방향 판단단계; 및 상기 판단된 백래쉬의 발생방향에 따라 상기 로보트의 동작오차를 보정하여 주는 동작오차 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬로 인한 오차보상방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 경로결정단계는 초기위치에서의 관절각들과 목표위치에서의 관절각들을 산출하고, CP모우션에 따라 상기 축들의 이동경로를 결정하는 것을 특징으로 하는 백래쉬로 인한 오차보상방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 경로결정단계는 초기위치에서의 관절각들과 목표위치에서의 관절각들을 산출하고, PTP모우션에 따라 상기 축들의 이동경로를 결정하는 것을 특징으로 하는 백래쉬로 인한 오차보상방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 오차보과정은 소정시간간격을 두고 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 백래쉬로 인한 오차보상방법.