KR100225882B1 - Method and measuring jig for tuning tcp of laser vision sensor mounted in articulated robot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정방법 및 이에 사용되는 측정지그에 관한 것이다. 선형 레이저 비젼 센서의 3차원 좌표값을 이용하여 로봇을 사용하는 데 필요한 정보를 얻어내려고 할때, 로봇의 끝단의 좌표계와 센서의 좌표계의 상대적인 변환 관계를 알아내는 것은 필수적이다. 기존의 방법으로는 로봇의 끝단에 공구나 센서를 부착할 때에는 이미 알고 있는 접촉점을 사용하여 이곳에 공구나 센서를 접촉시켜 좌표계의 변환 관계를 알아 낸다. 이런 방법은 로봇을 조작하는 작업자에 따라 그 정밀도가 달라지고 접촉점에 공구나 센서를 접촉 시켜야 하므로 이에 따른 위험성이 커진다. 또한 이러한 작업은 매우 정교하게 이루어져야 하므로 생산 라인의 작업자가 조작하기에는 매우 어려운 작업이다.The present invention relates to a method for correcting the position and attitude of a sensor attached to an industrial robot and a measuring jig used therein. When trying to obtain the information necessary to use the robot by using the 3D coordinate values of the linear laser vision sensor, it is essential to find out the relative transformation relationship between the coordinate system of the end of the robot and the coordinate system of the sensor. In the conventional method, when attaching a tool or sensor to the end of a robot, the transformation of the coordinate system is found by contacting the tool or sensor with a known contact point. This method increases the risk depending on the precision of the operation of the robot and the contact of the tool or sensor to the contact point. In addition, this work must be done with great sophistication, which is very difficult for the operator of the production line to operate.
본 발명에서는 로봇과 선형 레이저 비젼 센서의 상대적인 좌표계의 변환을 특정한 측정지그를 이용하여 단순히 로봇을 4번만 움직이며 선형 레이저 비젼 센서를 이용하여 측정지그의 좌표점을 측정하고 측정 좌표점을 이용하여 위에서 제시한 좌표계 변환을 통하여 로봇 끝단의 좌표계와 레이저 비젼 센서의 좌표계의 상대적인 변환 관계를 알아 낸다. 제시된 방법은 기존의 방법에서 야기되는 어려운 점을 모두 해결할 뿐만 아니라 조작의 간편성과 정확성이 보장되며, 선형 레이져 센서를 로봇에 부착하여 이용하는 자동화 공정에서는 매우 편리하고 유용한 방법이다.In the present invention, the transformation of the relative coordinate system between the robot and the linear laser vision sensor is simply moved four times using a specific measuring jig, the coordinate point of the measuring jig is measured using a linear laser vision sensor, and the coordinate point is presented above. The relative transformation between the coordinate system of the robot tip and the coordinate system of the laser vision sensor is found through the transformation of one coordinate system. The proposed method not only solves all the difficulties caused by the existing methods, but also ensures the simplicity and accuracy of operation, and is very convenient and useful in an automated process using a linear laser sensor attached to a robot.
Description
본 발명은 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for correcting the position and attitude of a sensor attached to an industrial robot.
일반적으로 인간의 작업을 대신하기 위하여 산업 현장에서는 산업용 로봇을 이용하여 자동화 작업을 수행한다. 산업용 로봇은 한번 교시하여 놓은 위치와 자세를 로봇이 허용하는 정밀도 내에서 반복 작업을 할 수 있으므로 이러한 기능은 단순 반복 작업을 요하는 생산 라인에서는 그 필요성이 날로 증가하고 있다.In general, in order to replace human work, industrial robots perform automation work using industrial robots. Since industrial robots can repeat the positions and postures taught once within the accuracy allowed by the robots, these functions are increasingly needed in production lines that require simple repetitive tasks.
이러한 자동화 작업을 수행하기 위하여 기존에 산업용 로봇은 미리 작업 경로에 대하여 위치와 자세의 정보를 입력 받아야 한다.In order to perform this automated task, the industrial robot has to receive the position and posture information about the work path in advance.
즉, 산업용 로봇에 의한 작업에 있어서 작업경로의 정확성은 일차적으로 산업용 로봇 자체의 좌표계에 의하여 결정되며, 산업용 로봇 자체의 좌표계를 알고 있다고 하더라도 산업용 로봇의 끝단(통상 6축)에 장착되는 공구나 센서의 위치와 자세를 정확히 알고 있지 못하면 정확한 작업을 수행할 수 없게 된다.That is, the accuracy of the working path is primarily determined by the coordinate system of the industrial robot itself in the work by the industrial robot. Even if the coordinate system of the industrial robot itself is known, the tool or sensor mounted on the end of the industrial robot (usually 6 axes) If you do not know the exact position and position of the will not be able to perform the correct operation.
대부분의 산업용 로봇은 이러한 정보를 로봇에 부착된 교시기에 의하여 작업자가 로봇을 움직여가며 작업 경로에 대한 필요한 자세와 위치의 정보를 얻는다. 그러나 이런 방법은 매우 힘든 작업이다.Most industrial robots use the information attached to the robot to move the robot to obtain the necessary posture and position of the work path. But this is a very difficult task.
따라서 근래에는 로봇의 끝단(통상 6축)에 센서를 달아서 현재 로봇의 위치와 자세를 측정하여 실제 작업을 수행할때에 필요한 로봇의 가공 경로에 대한 정보를 얻으려는 방법이 많이 행하여지고 있다.Therefore, in recent years, a lot of methods have been carried out by attaching sensors to the end of the robot (usually 6 axes) to measure the position and posture of the current robot to obtain information about the robot's processing path required for actual work.
이때에 필요한 것이 본 특허에서 제시한 로봇의 끝단의 좌표계와 센서의 좌표계를 변환하는 방법이다. 이렇게 좌표계를 변환시키는 방법이 있어야만 센서의 측정 데이타를 로봇의 기준 좌표계로 변환시킬 수 있고, 또한 로봇의 위치와 자세의 데이타를 센서의 데이타와 조합하여 사용할 수 있다.What is needed at this time is a method of converting the coordinate system of the tip of the robot and the coordinate system of the sensor proposed in the present patent. Only when there is a method of converting the coordinate system can the sensor's measurement data be converted into the robot's reference coordinate system, and the robot's position and posture data can be combined with the sensor's data.
종래 산업용 로봇의 끝단(6축)에 공구나 센서를 부착할 때에는 서로간의 좌표계의 변환을 알기 위하여 수작업에 의하여 로봇을 움직여가며 계산하였다. 이러한 종래의 방법으로는 로봇의 끝단에 공구나 센서를 부착할 때에는 이미 알고 있는 접촉점을 사용하여 이곳에 공구나 센서를 접촉시켜 좌표계의 변환 관계를 알아낸다. 이런 방법은 로봇을 조작하는 작업자에 따라 그 정밀도가 달라지고 접촉점에 공구나 센서를 접촉시켜야 하므로 이에 따른 위험성이 커진다. 또한 이러한 작업은 매우 정교하게 이루어져야 하므로 생산 라인의 작업자가 조작하기에는 매우 어려운 작업이다. 따라서 작업자가 보다 쉽게 센서 데이타를 이용하기 위하여서는 자동으로 좌표 변환을 해주는 모듈이 매우 필요하다.When attaching a tool or a sensor to the end (6 axis) of the conventional industrial robot was calculated by moving the robot by hand to know the transformation of the coordinate system between each other. In this conventional method, when attaching a tool or sensor to the end of the robot, a known contact point is used to contact the tool or sensor therein to find the transformation relationship of the coordinate system. This method increases the risk depending on the precision of the operation of the robot and the contact of the tool or sensor to the contact point. In addition, this work must be done with great sophistication, which is very difficult for the operator of the production line to operate. Therefore, in order to use sensor data more easily, a module that automatically converts coordinates is necessary.
본 발명의 목적은 산업용 로봇의 끝단에 부착된 공구나 센서의 위치 및 자세를 간편, 용이하고 정확하게 보정할 수 있도록 한 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정방법 및 그 장치를 제공하려는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for correcting the position and attitude of a sensor attached to an industrial robot to easily, easily and accurately correct the position and attitude of a tool or sensor attached to the end of an industrial robot.
본 발명의 다른 목적은 공구나 센서를 점촉점에 접촉시킴에 따른 위험성을 배제할 수 있도록 하려는 것이다.Another object of the present invention is to eliminate the risk of contacting a tool or sensor with a contact point.
도 1은 본 발명에 사용되는 선형 레이저 비젼 센서의 사양을 보인 설명도.1 is an explanatory diagram showing the specification of a linear laser vision sensor used in the present invention.
도 2a는 본 발명에 사용되는 측정지그의 사시도.Figure 2a is a perspective view of the measuring jig used in the present invention.
도 2b는 본 발명에 사용되는 측정지그의 평면도.Figure 2b is a plan view of the measuring jig used in the present invention.
도 2c는 도 2b의 A-A선 단면도.2C is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 2B.
도 3는 로봇과 센서 좌표계의 관계 선도.3 is a relationship diagram between a robot and a sensor coordinate system.
도 4는 센서의 병진 운동 값을 구하는 과정을 설명하기 위한 레이저 라인과 측정지그의 관계도.Figure 4 is a relationship diagram between the laser line and the measuring jig for explaining the process of obtaining the translational motion value of the sensor.
**도면의부요부분에대한부호의설명**** Description of Symbols for Important Parts of Drawings **
10 : 선형 레이저 비젼 센서 20 : 측정지그10: linear laser vision sensor 20: measuring jig
21 : 반원통홈 21a : 연부21:
22 : 반원추홈 22a : 연부22:
23,24 : 종축선 28 : 기준선23,24: vertical axis 28: reference line
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 산업용 로봇의 끝단에 선형 레이저 비젼 센서로부터 소정 거리만큼 스탠드 오프된 위치에 상면과의 사이에 양측 연부를 가지며 바닥에 종축선을 가지는 원주홈과 반원추홈이 형성되고, 원주홈과 반원추홈의 경계부에서 상면에 폭방향으로 연장되는 기준선을 가지는 측정지그를 배치하는 단계와; 선형 레이저 비젼 센서의 레이저 라인을 상기 기준선에 조사하여 레이저 라인이 상기 양측 연부 및 종축선에 교차하는 점을 측정하는 단계와; 상기 측정 단계에서의 3점에 의한 삼각형의 면적과 측정지그의 정해진 면적을 비교하여 레이저 라인의 입사각(theta)을 구하는 단계와; 로봇에 병진 운동만 주어 센서의 상대 좌표계를 구하는 과정을 3회 반복 수행하여 3개의 서로 다른 센서의 병진 운동값 trans(S)를 구하는 단계와; 로봇의 병진 운동시 이미 알고 있는 3번의 로봇의 병진 운동 값 trans(R)을 이용하여 후술하는 수학식 7에 의하여 로봇과 센서간의 회전 운동 행렬 Rot를 구하는 단계와; 로봇에 병진 운동과 회전 운동을 주어 센서의 상대적인 병진 운동값 trans(S)을 구하는 단계와; 상기 센서의 병진 운동값 trans(S)와 로봇의 상대적인 병진 운동값 trans(R), 로봇의 상대적인 회전 운동값 Rot(R) 및 상기 로봇과 센서간의 회전 운동값 Rot을 이용하여 후술하는 수학식 8에 의하여 로봇과 센서간의 상대적인 병진 운동값 trans를 구하는 단계;로 구성됨을 특징으로 하는 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정방법이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the circumferential groove and the semi-conical groove are formed at both ends of the industrial robot at the stand-off position by a predetermined distance from the linear laser vision sensor and have both side edges between the upper surface and the longitudinal axis at the bottom. Disposing a measuring jig having a reference line extending in a width direction on an upper surface at a boundary between the circumferential groove and the semi-conical groove; Irradiating a laser line of a linear laser vision sensor to the reference line to measure a point at which the laser line intersects the two edges and the longitudinal axis; Obtaining an incident angle (theta) of the laser line by comparing the area of the triangle by three points in the measuring step with the predetermined area of the measuring jig; Obtaining a translational motion value trans (S) of three different sensors by repeating the process of obtaining the relative coordinate system of the sensor by giving only the translational motion to the robot three times; Obtaining a rotational motion matrix Rot between the robot and the sensor by Equation 7 described below using translational motion values trans (R) of three robots which are already known during translational motion of the robot; Giving the robot a translational motion and a rotational motion to obtain a relative translational value trans (S) of the sensor; Equation 8 to be described later by using the translational motion value trans (S) of the sensor and the translational motion value trans (R) of the robot, the relative rotational motion value Rot (R) of the robot, and the rotational motion value Rot between the robot and the sensor. There is provided a method for correcting the position and posture of the sensor attached to the industrial robot, characterized in that it comprises ;;
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정 두께를 가지는 장방형의 크기로 형성된 지그몸체의 상면에는 반원통면을 가지는 반원통홈(21)과, 반원추면을 가지는 반원추홈이 연결되게 형성되어 있으며, 이들 반원통홈(21)과 반원추홈의 중심선부에는 종축선이 연이어 형성되어 상기 반원통홈(21)과 상면이 만나는 한쌍의 연부와 종축선은 3개의 평행선을 이루고, 상기 반원추홈과 상면이 만나는 한쌍의 연부는 종축선에 의하여 양분되도록 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정용 측정지그가 제공된다.In addition, the upper surface of the jig body formed in a rectangular size having a predetermined thickness in order to achieve the object of the present invention is formed to be connected to a
상기 지그몸체의 상면에는 반원통홈(21)과 반원추홈에 외접하는 장방형을 이루는 외곽선들이 형성되어 있으며, 상기 반원통홈(21)과 반원추홈의 경계선상에는 기준선이 폭방향으로 형성된다.The upper surface of the jig body is formed with a rectangular outline forming a
이하, 본 발명에 의한 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정방법 및 그 장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.Hereinafter, the position and attitude correction method and the device of the sensor attached to the industrial robot according to the present invention will be described in detail according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에서 사용되는 선형 레이저 비젼 센서의 특성을 보인 설명도이고, 도 2a는 본 발명에서 사용되는 측정지그의 사시도, 도 2b는 본 발명에서 사용되는 측정지그의 평면도, 도 2c는 도 2b의 A-A선 단면도, 도 3는 로봇과 센서의 좌표계 선도, 도 4은 본 발명에 의하여 센서의 병진 운동 값인 trans(S)를 구하는 과정을 설명한 선도이다.Figure 1 is an explanatory view showing the characteristics of the linear laser vision sensor used in the present invention, Figure 2a is a perspective view of the measuring jig used in the present invention, Figure 2b is a plan view of the measuring jig used in the present invention, Figure 2c is a view of Figure 2b AA line sectional drawing, FIG. 3 is a coordinate system diagram of a robot and a sensor, FIG. 4 is a diagram explaining the process of obtaining trans (S) which is a translational motion value of a sensor by this invention.
먼저, 본 발명에서 채용하고 있는 선형 레이저 비젼 센서(10)는 하나의 레이저 라인상에서 3차원 정보 값을 얻어 낼 수 있는 센서로서, 도 1에 도시한 바와 같이 레이저 윈도우(11)와 CCD 윈도우(12)를 가지는 것으로 레이저 윈도우(11)에서 발사된 레이저 빔이 피측정물에 조사된 후 반사된 빔이 CCD 윈도우(12)로 수광되면서 피측정물을 검출하게 되는 것이다. 도 1에서 보는 바와 같이 선형 레이저 비젼 센서(10)는 임의의 측정폭(width of measurement)(W)와 측정깊이(depth of measurement)(D)를 가지는 측정필드(field of measurement)(F)를 가지며, 피측정물과의 사이에는 소정 거리만큼의 스탠드-오프(stand-off)(S)를 가지도록 위치하게 되는 것이다. 도 1에서 P는 레이저 플레인(laser plane)이다.First, the linear
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정용 측정지그를 보인 것으로, 상기 측정지그(20)는 소정 두께(예컨대 4cm)를 가지는 장방형(20×50cm)의 크기로 형성되며, 상면에는 소정 직경(예컨대 6cm)의 반원통면으로서 소정 길이(예컨대 6cm)를 가지는 반원통홈(21)(21)과, 밑면의 직경이 상기 반원통홈(21)(21)과 동일하고 소정 높이(예컨대 40cm)를 가지는 반원추면을 가지는 반원추홈(22)이 연결되게 형성되어 있으며, 이들 반원통홈(21)(21)과 반원추홈(22)의 중심선부에는 종축선(23)(24)이 연이어 형성되어 상기 반원통홈(21)과 상면이 만나는 한쌍의 연부(21a)와 종축선(23)은 3개의 평행선을 이루고, 상기 반원추홈(22)과 상면이 만나는 한쌍의 연부(22a)는 종축선(24)에 의하여 양분되도록 구성된다.2a to 2c shows a measurement jig for position and attitude correction of the sensor attached to the industrial robot according to the present invention, the
또 상기 측정지그(20)의 상면에는 반원통홈(21)과 반원추홈(22)에 외접하는 장방형을 이루는 외곽선(25)(26)(27)들이 형성되어 있으며, 상기 반원통홈(21)과 반원추홈(22)의 경계선상에는 기준선(28)이 폭방향으로 형성되어 있다.In addition, the upper surface of the
상기 종축선(23)(24)과 외곽선(25)(26)(27) 및 기준선(28)들은 깊이와 폭이 1mm정도인 홈으로 형성하는 것이 바람직하다.The
이하, 본 발명에 의한 산업용 로봇에 부착된 센서의 위치 및 자세 보정의 원리를 설명한다.Hereinafter, the principle of the position and attitude correction of the sensor attached to the industrial robot according to the present invention.
상기한 바와 같은 선형 레이저 비젼 센서(10)를 로봇의 끝단(통상 6축)에 장착하였을 때 끝단의 좌표계를 알고 있는 로봇과 센서(10)는 강성(剛性;rigid)적으로 부착되어 있다고 가정하면, 구하고자 하는 로봇 끝단과 센서(10)의 상대적이 좌표계는 회전 변환 행렬 Rot과 병진 변환 행렬 trans로 나타낼 수 있다.When the linear
회전 변환 행렬 Rot은 3*3 행렬이고, 병진 변환 행렬 trans은 3*1 행렬이다.The rotation transformation matrix Rot is a 3 * 3 matrix and the translation transformation matrix trans is a 3 * 1 matrix.
도 3에 도시한 바와 같이 초기의 로봇의 위치에서 로봇 끝단의 좌표계를 H1이라고 하고 이때의 센서의 위치를 S1이라고 한다. 또한 로봇을 움직인 후의 위치에서 로봇 끝단의 좌표계를 H2라고 하고 이때의 센서(10)의 위치를 S2라고 한다. 로봇을 움직였을 때 로봇의 처음 위치에서 로봇 끝단의 좌표계와 로봇의 나중 위치에서 로봇 끝단의 좌표계의 상대적인 회전 변환 행렬을 Rot(R), 병진 변환 행렬을 trans(R)이라고 하고, 로봇의 처음 위치에서 센서의 좌표계와 로봇의 나중 위치에서 센서의 좌표계의 상대적인 회전 변환 행렬을 Rot(S), 병진 변환 행렬을 trans(S)라 한다.As shown in FIG. 3, the coordinate system of the robot end at the initial position of the robot is called H 1 , and the position of the sensor at this time is called S 1 . In addition, the coordinate system of the robot end at the position after moving the robot is called H 2 and the position of the
그리고 로봇의 처음 위치에서 선형 레이저 비젼 센서(10)를 이용하여 측정한 좌표값을 S1좌표계를 기준으로
마찬가지로, 움직인 후의 로봇의 좌표계 H2에서는 다음의 수학식 2가 성립된다.Similarly, the following equation (2) holds in the coordinate system H 2 of the robot after the movement.
상기 수학식 2를 수학식 1에 대입하여 정리하면 다음 수학식 3과 같다.When Equation 2 is substituted by
이 수학식 3을 정리하면 다음 수학식 4와 같다.This Equation 3 is summarized as Equation 4 below.
이 수학식 4은 센서 좌표계 S1에서 본 다음 수학식 5와 동치이다.Equation 4 is equivalent to Equation 5 as seen from the sensor coordinate system S 1 .
따라서 수학식 4와 수학식 5의 관계식에 의하여 다음 수학식 6이 성립된다.Therefore, the following equation (6) is established by the relational expressions of equations (4) and (5).
이 수학식 6에 의하여 구하고자 하는 로봇과 센서의 상대적인 변환 관계를 구한다. 즉, 처음 로봇의 위치에서 회전 운동이 없는 병진 운동만 주면 수학식 6의 두 번째 관계식은 다음 수학식 7과 같이 간략하게 되고 이 수학식 7에 의하여 회전 병환 행렬 Rot를 구한다.The relative conversion relationship between the robot and the sensor to be obtained is calculated by this equation (6). That is, if only the translational motion without rotational motion is given at the position of the first robot, the second relational expression of Equation 6 is simplified as in Equation 7 below and the rotational translation matrix Rot is obtained by Equation 7.
그리고 구한 회전 변환 행렬 Rot를 이용하여 병진 변환 행렬 trans은 수학식 6의 두 번째 관계식의 변형인 수학식 8에 의하여 구한다.Using the rotation transformation matrix Rot obtained, the translation transformation matrix trans is obtained by Equation 8, which is a variation of the second relational expression of Equation 6.
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이하, 본 발명에서 병진 변환 행렬 trans과 회전 변환 행렬 Rot를 구하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of obtaining a translation transformation matrix trans and a rotation transformation matrix Rot in the present invention will be described.
통상적으로 선형 레이저 비젼 센서는 로봇을 움직임에 따라 측정하는 측정점이 변하므로 센서의 상대적인 병진 운동값인 trans(S)를 구할 수 없다.In general, since a linear laser vision sensor changes a measurement point for measuring a robot as it moves, it is impossible to obtain a trans (S) value, which is a relative translational motion of the sensor.
따라서 본 발명에서는 상술한 바와 같은 측정지그를 사용하여 센서의 상대적인 병진 운동값 trans(S)를 구할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, the relative translational motion value trans (S) of the sensor can be obtained using the measuring jig as described above.
센서의 상대적인 병진 운동값 trans(S)를 구하기 위하여 먼저, 선형 레이저 비젼 센서(10)의 레이저 라인을 측정지그(20)의 기준선(28)에 맞춘다.In order to obtain the relative translational motion value trans (S) of the sensor, the laser line of the linear
이와 같이 한 번 레이저 라인을 맞춘 상태에서 로봇이 회전 운동 없이 병진 운동만 할 경우에는 레이저 라인은 항상 측정지그(20)의 종축선(23)(24)에 대하여 수직인 상태로 움직이게 된다.As described above, when the robot makes only the translational movement without rotating the laser line, the laser line always moves in a state perpendicular to the
이때, 레이저 라인을 측정지그(20)의 종축선(23)(24)에 수직으로 맞추더라도 측정지그(20)의 표면에 대한 레이저 라인의 입사각은 측정지그(20)의 평면에 대하여 직각이 아닐 수도 있으므로 우선 도 4에 도시한 바와 같이 theta값을 구한다.At this time, even if the laser line is aligned perpendicular to the
이 theta값을 구함에 있어서는 측정지그(20)위에 가공된 면의 치수는 이미 알고 있으므로 처음 로봇의 위치에서 측정한 측정점을 이용하여 측정지그(20)의 종축선(23)과 반원통홈(21)의 양측연부(21a)의 어느 한점들에 의하여 이루어지는 삼각형의 면적을 구하고, 이 면적은 theta의 코사인(cosine)값에 의하여 측정지그(20)의 수직인 면으로 정사형한 값과 같으므로 이미 알고 있는 측정지그(20)의 기준 면적과 측정 면적의 비에 의해 theta값을 구할 수 있다.In obtaining the theta value, since the dimensions of the surface machined on the measuring
도 4에 도시한 바와 같이 처음 센서의 측정한 점 P1의 좌표를 (0,y1,z1)이라 하고, 로봇을 움직인 후 센서(10)로 측정한 점 P2의 좌표를 (0,y2,z2)라 하면 측정지그(20)를 이용하여 P2와 P1의 상대적인 거리값을 측정한다.As shown in FIG. 4, the coordinate of the first measured point P 1 of the sensor is referred to as (0, y 1 , z 1 ), and the coordinate of the point P 2 measured by the
로봇의 움직임을 측정지그(20)의 종축선(23)(24)에 평행하게 움직이도록 고정하였으므로 P1과 P2의 거리값은 삼각형의 비례관계에 의하여 구할 수 있다.Since the movement of the robot is fixed to move parallel to the
이렇게하여 구한 P1과 P2의 거리값을 L1이라 하면 처음의 센서 좌표계에 대한 P1과 P2의 벡터값은 x축으로 L3, z축으로 L2이다.Thus when P 1 as determined with a distance value of P 2 L 1 vector value of P 1 and P 2 of the first coordinate system of the sensor is L 2 to L 3, z axis in the x-axis.
y축에 대한 값은 로봇이 측정지그(20)의 종축선과 평행하게 움직이므로 처음 좌표계에서 측정한 y1과 같은 값을 가진다.The value for the y-axis has the same value as y 1 measured in the initial coordinate system because the robot moves in parallel with the longitudinal axis of the measuring
L3는
또한 처음 센서 좌표계에 대하여 P2에서 나중의 센서 좌표계까지의 벡터는 처음 센서 좌표계와 나중 센서 좌표계의 회전 변화량이 없으므로 x축에 대한 값은 '0', y축에 대한 값은 y1-y2, z축에 대한 값은 -z2이다. 즉 처음 센서 좌표계에 대한 벡터 P2에서 A2까지의 값은 (0,y1-Y2,-z2)이다. 따라서 원하는 상대적인 센서의 병진 운동 값인 trans(S)는 A1과 P1벡터, P1과 P2벡터, P2와 A2벡터에 의하여 구할 수 있다.Also, for the first sensor coordinate system, since the vector from P 2 to the later sensor coordinate system does not change the rotation of the first sensor coordinate system and the later sensor coordinate system, the value for the x-axis is '0' and the value for the y-axis is y 1 -y 2 The value for the z-axis is -z 2 . That is, the values of the vectors P 2 to A 2 for the first sensor coordinate system are (0, y 1 -Y 2 , -z 2 ). Therefore, trans (S), which is the translational motion value of the desired relative sensor, can be obtained from A 1 and P 1 vectors, P 1 and P 2 vectors, and P 2 and A 2 vectors.
다음, 로봇에 병진 운동만 주어 측정지그(20)의 반원추홈(22)을 측정한다. 이렇게 병진 운동에 의한 반원추홈(22)을 측정하여 위에서 기술한 방법으로 측정지그(20)를 이용하여 센서의 상대 좌표계를 구한다.Next, only the translational motion is given to the robot to measure the
이러한 과정을 반원추홈(22)의 서로 다른 위치에 대하여 3회 반복 수행하여 각각 센서의 병진 운동값 trans(S)를 구한다.This process is repeated three times for different positions of the
이때, 로봇의 병진 운동값은 로봇 좌표계에서 이미 알고 있는 것이므로 상기 수학식 7에 의하여 로봇과 센서의 회전 운동 행렬을 구한다.At this time, since the translational motion value of the robot is known in the robot coordinate system, the rotational motion matrix of the robot and the sensor is obtained by Equation 7 above.
다음 로봇과 센서의 회전 운동 행렬을 이용하여 상기 수학식 8에 의하여 로봇과 센서의 병진 운동 행렬을 구함으로써 센서의 위치와 자세를 변환시킬 수 있게 되는 것이다.Next, the position and attitude of the sensor can be changed by obtaining a translational motion matrix of the robot and the sensor according to Equation 8 using the rotational motion matrix of the robot and the sensor.
이 과정에서는 로봇에 병진 운동과 회전 운동을 동시에 주면서 1회만 움직여 반원추홈(22)을 측정하는 것에 의하여 센서의 상대적인 병진 운동값을 얻는다.In this process, the relative translational motion value of the sensor is obtained by measuring the
이때는 두 번째 센서의 좌표계는 첫 번째 좌표계에 대하여 회전 운동을 가지고 틀어지므로 수학식 6의 첫 번째 관계식을 가지고 두 번째 센서 좌표계를 첫 번째 좌표계와 동일하게 회전시킨다.In this case, since the coordinate system of the second sensor is distorted with a rotational motion with respect to the first coordinate system, the second sensor coordinate system is rotated in the same manner as the first coordinate system with the first relation of Equation 6.
이렇게 두 번째 센서 좌표계를 회전시키면 반원추홈(22)의 측정점으로 센서의 상대적인 병진 운동값 trans를 계산할 수 있다.When the second sensor coordinate system is rotated in this way, the relative translational motion value trans of the sensor can be calculated as the measuring point of the
즉, 이 센서의 병진 운동값과 로봇의 상대적인 병진 운동값, 로봇의 상대적인 회전 운동값 및 이미 구한 로봇과 센서간의 회전 운동값을 이용하여 상기 수학식 8에 의하여 로봇과 센서의 상대적인 병진 운동을 구할 수 있게 된다.That is, the relative translational motion of the robot and the sensor can be obtained by using Equation 8 using the translational motion value of the sensor and the relative translational motion value of the robot, the relative rotational motion value of the robot, and the rotational motion value between the robot and the sensor. It becomes possible.
이상과 같이 본 발명에 의하면 선형 레이저 비젼 센서의 3차원 좌표값을 이용하여 로봇을 사용하는 데 필요한 정보를 얻어 내려고 할 때, 로봇의 끝단의 좌표계와 센서의 좌표계의 상대적인 변환 관계를 알아내는 데 있어서 로봇을 4번만 움직이며 선형 레이저 비젼 센서를 이용하여 측정지그의 좌표점을 측정하고 측정 좌표점을 이용하여 좌표계를 변환하는 것에 의하여 로봇 끝단의 좌표계와 선형 레이저 비젼 센서의 좌표계의 상대적인 변환 관계를 알아낼 수 있어 종래의 방법에서의 문제점을 모두 해결할 수 있을 뿐만 아니라 조작의 간편성과 정확성이 보장되는 것이다. 이러한 본 발명은 선형 레이저 비젼 센서를 로봇에 부착하여 이용하는 자동화 공정에서 매우 편리하고 유용한 방법이다.As described above, according to the present invention, when trying to obtain the information necessary to use the robot by using the three-dimensional coordinate value of the linear laser vision sensor, in finding out the relative transformation relationship between the coordinate system of the end of the robot and the coordinate system of the sensor By moving the robot only 4 times and measuring the coordinate point of the measuring jig using the linear laser vision sensor and converting the coordinate system using the measured coordinate point, the relative transformation relationship between the coordinate system of the robot tip and the coordinate system of the linear laser vision sensor can be found. It is possible to solve all the problems in the conventional method as well as to ensure the simplicity and accuracy of the operation. This invention is a very convenient and useful method in an automated process using a linear laser vision sensor attached to a robot.
Claims (3)
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