KR100311663B1 - 여유축을이용하여물체의외형을추적하는장치및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경로를 사전에 프로그래밍 하지 않고서 적어도 2 개의 자유도(자유도중 적어도 하나는 리던던트 축에 의해서 만들어짐)를 이용하여 물체상의 궤적을 추적하기 위한 장치 및 방법을 제공하려는 것이다. 위치 조정기상에 위치된 가공물에 접착제나 밀봉제를 용접 또는 도포하기 위해서 로보트가 사용될수 있다. 위치 조정기는 로보트의 가동단부가 가공물상의 시임을 추적함에 따라서 상기 로보트의 기저부에 대하여 움직일수 있다. 센서는 가공물 좌표계에서 시임의 궤적을 나타내고, 컴퓨터 프로세서에서 좌표계를 배열한다. 그래서, 좌표계는 로보트의 가동단부가 시임을 추적하도록 프로세서로 부터 추론될수 있다. 가공물은 정적인 상태를 유지할수 있고, 로보트 기저부는 이동되거나 또는 정적인 상태를 유지할수 있다. 가공물은 이동될수 있고, 가공물과 로보트 기저부 모두가 이동할수 있다. 리던던트 축의 숫자는 6 이상 의 각각의 자유도에 대하여 독립적으로 한정된 하나의 매개변수가 존재하는한 이용될수 있다. 사전의 시임 추적장치는 1 이상의 자유도를 가지지 않는다. 자유도들중 하나는 리던던트 축에 의해서 만들어지고, 예전의 장치들은 가공물에 대하여 로보트 기저부를 자동적으로 이동시키지 않는다.

Description

여유축을 이용하여 물체의 외형을 추적하는 장치 및 방법
로봇식의 시임 추적은 널리 공지되어 있으며, 그리고 추적 또는 추종 되는 시임 또는 외형은 로봇의 단부나 공구에 부착된 센서를 이용하여 식별 된다. 상기 센서는 시임 또는 외형이 위치되는 피공작물의 표면을 상기 공구보다 약간 앞서서 모니터링한다. 상기 로봇의 단부는 시임 또는 외형을 따라 이동되는 한편, 표면에 대한 공구의 바람직한 자세를 유지한다. 종래의 아아크 용접 시스템은 종종 용접하고자 하는 시임을 따라 일일이 온라인으로 프로그래밍된다. 이것은 매우 많은 시간을 소모하는 절차가 될 수 있고 피공작물의 진동(jigging) 또는 부정확한 위치 선정 또는 열악한 접합 준비로 인해 수용불가능한 용접을 초래할 수 있다. 종래 시스템의 정확성은 용접하고자 하는 부품의 치수(dimension)의 정확성을 향상시키고, 이들 부품 이 안내될 수 있는 견실도(consistency)를 향상시킴에 의해 개선되거나 또는 대안적으로, 양쪽 치수의 부분 대 부분의 변화를 보상하고, 그리고 시임의 준비 및 위치의 온라인 감지를 이용한 고정(fixturing)을 시도함에 의해 개선 될 수 있다. 저 용적 제조시 또는 용접의 품질이 극히 중요한 응용분야에서, 시임 감지를 사용하는 것은 감지된 접합부 크기 및 위치에 반응하여 제어가능한 용접 매개변수를 조정할 수 있으므로 보다 양호한 접근 방법이다.
종래의 로봇 아아크-용접 시스템에 있어서, 시임 추적 센서는 용접하고자 하는 시임의 위치를 판단하기 위해 용접 토오치보다 앞쪽에 위치된다.이것은 통상적으로 추적되는 표면의 형태에 기초하여 공칭(nominal) 토치 궤도를 예비 프로그래밍하는 것을 필요로 한다. 또한, 센서는 접합 크기를 측정하는데 사용되어, 설비 및 접합부 형성에 있어서 변화를 보상하도록 토오치 이동 속도 및 오프셋이 조정될 수도 있도록 한다. 이것은 이와 같은 매개변수들이, 데이터를 수집하는 것과 그 위치에서 시임을 용접하는 것 사이의 시간 지연에 걸쳐 변경될 수 있도록 하는 방법으로 시임이 맵핑(mapping)될 것을 필요로 한다.
정치된 피공작물 상에서의 외형 또는 시임을 추적할 때, 시임 추적기에 의해 감지되는 바와같은 시임 상의 임의의 지점의 위치는, 절대 좌표(즉,로봇의 베이스에 대해 고정된 좌표 프레임)로 나타내어질 수 있다. 이것이 가능한 이유는, 단부 지점의 위치가 (로봇의 전향 운동을 통해) 절대 좌표로서 주어져 있고, 시임 추적기 좌표 프레임의 위치가 단부 지점에 대해서 알려져 있으며, 그리고 상기 시임 외형의 위치가 상기 시임 추적기 좌표 프레임에서 정의되기 때문이다. 피공작물이 정치되어 있으므로, 상기 피공작툴에 부착된 좌표 프레임내에서 감지된 시임 위치를 나타내는 것이 동등하게 유효할 것이다. 상기 피공작물 프레임은 T로 나타내어지는, 고정 변환(fixedtransformation)에 의해 절대 좌표 프레임과 연관되어 있다.
미야케(Miyake) 등에 의한 유럽 특허출원 제 0 381 185 A2호에는 하나의 지점이 하나의 좌표계로부터 다른 좌표계로 이동될 수 있는 수학적 기법을 기술하고 있다. 상기 출원에는 여유축을 구성할 수 있는 로봇 및 주변 장치의 사용을 기술하고 있다. 그러나 상기 시스템은 작업 요소 및 작업 대상물 사이의 경로 사전-프로그래밍(path preprogramming)을 필요로 한다.
나아가, "용접용 로봇를 위한 실시간 시임 추적 및 토오치 제어(Real-Time Seam Tracking and Torch Control For a Welding Robot)"를 발명의 명칭으로 하여 디. 엘. 스트라우스(D.L. Strauss)에 의해 1991년 캐나다,온타리오, 워터루에 소재한 워터루 대학에서 공표된 논문에 기술된, 사전-프로그래밍 없이 용접 로봇의 실시간 시임 추적을 위한 시스템을 사용하는 것이 공지되어 있다.
종래의 시임 추적 시스템은 시간 소모가 매우 많고 고가인 경로 사전-프로그래밍을 필요로 한다는 단점이 있다. 만약 피공작물이 로봇의 베이스에 대해 운동할 것이 요구되지 않는다면, 종래의 시스템은 현재의 실시에서 합리적으로 사용될 수 있다. 만약 피공작물이 로봇 베이스에 대해 연속적으로 운동할 것이 요구된다면, 피공작물 위치 조정기(positioner)가 사용되고; 표면 속도에 대한 상대적인 단부 지점의 제어를 제공하기 위해, 요구되는 좌표화된 모션에 대응하여 로봇과 위치 조정기 모두에 대하여 매우 많은 수의 정확하게 연속된 위치가 사전에 프로그래밍되어야 한다.
본 발명은 경로-프로그래밍 없이 실시간으로 대상물상의 외형(feature)을 추적하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 용접 또는 밀봉제 또는 접착제의 도포에 사용되는 하나 이상의 운동학적 여유축을 포함 하는 시임 추적 장치(seam tracking system)에 관한 것이다.
제 1도는 시임 상의 추적 위치에서의 종래 기술의 토오치 및 센서의 개략적 측면도이다.
제 2도는 종래 기술의 시임 추적 장치의 개략적 평면도이다.
제 3도는 토오치가 시임을 추적하는 종래 기술의 추적 장치의 개략적 사시도이다.
제 4도는 정치되어 있는 피공작물에 인접한 로봇상에 설치된 토오치가 갖춰진 종래 기술의 장치의 부분 사시도이다.
제 5도는 본 발명에 따라 대상물상에서의 외형을 추적하는 장치의 부분 개략도이다.
제 6도는 제 5도에 도시된 대상물의 사시도이다.
제 7도는 다른 피공작물의 사시도이다.
제 8도는 단일축 위치 조정기를 사용한 본 발명에 따른 장치의 개략적 측면도이다.
제 9도는 제 8도에 도시된 장치를 사용하는데 필요한 다양한 단계들을 규정한 블복 선도이다.
제 10도는 피공작물이 운동함에 따라 피공작물에 대한 토오치의 자세를 나타내는 개략도이다.
제 11도는 이동 가능한 프레임 상에 설치된 원통형 대상물의 개략적 측면도이다.
제 12도는 상기 프레임이 제거된 제 11도의 대상물의 정면도이다.
제 13도는 상기 프레임이 제거된 제 11도의 상기 대상물의 단부도이다.
제 14도는 적어도 2개의 축 피공작물 위치 조정기를 사용하여 외형을 추적하기 위한 장치의 개략도이다.
본 발명의 목적은 추적되는 시임에 관해 로봇의 단부 지점의 상대적
인 위치 및 자세의 실시간의 제어를 제공하면서 로봇이 시임을 추적하는 시
스템을 제공하는 것이다. 이 로봇은 피공작물의 표면에 대한 어떠한 설명이
없더라도, 피공작물의 표면상에서 시임을 추적하는 것이 가능하다. 상기 피
공작물 표면은 시임 추적이 수행되는 동안 움직이고, 상기 로봇은 알려지지
않은 피공작물의 표면상에서의 시임을 동적으로 추적하는 한편 피공작물 표면의 자세 기준(orientation criteria)을 수용한다.
본 발명에 의하면 경로를 사전게 프로그래밍할 필요성이 없으며, 그리고 본 시스템은 피공작물의 움직임으로부터 기인하는 운동학적 여유축(kinematically redundant axis)의 완전히 좌표화된 모션을 자동적으로 제공하도록 사용될 수 있다. 경로를 사전에 프로그래밍하지 않고서도 실시간으로 목적물상의 외형을 추적하는 시스템은 가동 단부 및 베이스가 갖춰진 조작기을 사용한다. 상기 가동 단부는 상기 베이스에 대해서 운동가능하다. 센서가 상기 가동 단부에 인접하게 설치되는데, 상기 센서는 상기 단부에 인접한 외형을 모니터링하도록 배향된다. 상기 시스템은 적어도 2 자유도를 가지며, 이중 적어도 하나의 자유도는 여유축에 의해 생성된다. 상기 시스템을 위한 제어수단이 제공되는데, 상기 제어수단은 상기 센서로부터의 정보를 수용하고, 상기 정보를 처리하고, 그리고 처리된 정보를 상기 조작기로 전송 하여, 이에 따라 상기 단부가 상기 외형을 추적하도록 한다.
사전-프로그래밍 없이 실시간으로 대상물 상의 외형을 추적하는 방법은 가동 단부 및 베이스와 조작기를 갖춘 시스템을 이용한다. 상기 대상물에 대하여 상기 조작기 베이스를 이동시키기 위한 수단이 제공된다. 센서가 상기 단부에 인접하게 설치되고, 상시 센서는 상기 단부에 인접한 상기 외형을 모니터링하도록 배향된다. 상기 시스템은 적어도 2 자유도를 가지며, 적어도 하나의 자유도는 여유축에 의해 생성된다. 또한, 상기 시스템을 위한 제어 수단이 제공되며, 상기 방법은 상기 단부가 상기 대상물 상의 상기 외형을 추종함에 따라 상기 대상물의 표면이 상기 단부의 영역 내에서 실질적으로 수평 위치로 유지되도록, 상기 제어 수단이 대상물을 구동하여 이동시 키는 단계를 포함하여 이루어진다.
제 1도에는 로봇(도시되지 않았음) 아암(8)의 단부(4)상에서 상기 단부에 인접하게 설치된 센서(12)를 갖춘, 가동 단부(4)를 포함하는 종래기술의 용접 토오치(2)의 개략적 측면도를 도시하고 있다. 토오치(4)와 센서(12)는 시임(10)을 추적하는 것을 알 수 있다.
본 발명을 수행하는데 사용되는 센서는 CCD 어레이 카메라(CCD array camera) (512×512 화소) 및 구조화된 레이저 광원으로 이루어진다. 레이저 비임(6)은 원통형 렌즈를 통해 분산되어 피공작물의 표면상으로 하나의 라인을 발사한다. 레이저와 동일한 하우징내에 설치된 카메라는 발사된 레이저 광의 평면에 대해 약 20˚의 각도로 피공작물의 표면을 관측한다. 상기 카메라 렌즈의 정면에 위치된 협폭(narrow band)광학 필터는 레이저의 파장을 제외한 모든 파장을 필터링한다. 결과적인 이미지는 시임이 위치하는 피공작물 표면의 프로파일에 대한 비스듬한 시야를 제공한다.
하드웨어 예비처리장치 보오드(hardware preprocessor board)는 시임 추적 카메라와 데이터 분석을 위해 사용되는 PC-AT 간의 인터페이스로서 작용한다. 각 영상필드(video field)는 필드내에서 240 스캔 라인에 대응하는 240값의 에레이(array of 240 values)로 압축된다. 각 어레이 값은 이미지에서의 대응하는 스캔 라인상에 레이저 라인의 중심을 가장 잘 계산하는 화소 위치를 나타낸다. 레이저 라인을 검출하는데 있어서 스패터(Spatter) 및 아아크 연기의 작용에 대한 노이즈 차단을 제공하기 위해 연속적인 화소의 강도 유한 임펄스 응답(FIR) 필터를 이용하여 조율가능한 강도 프로파일로 매칭된다. 상기 이미지의 각 스캔 라인의 강도 프로파일은 스캔 라인을 따라 위치된 각 화소에서 레이저 스트라이프의 소정의 강도 프로파일과 비교된다. 2개의 프로파일이 최적으로 매칭되는 위치는 레이저 라인의 위치로 반환된다. 이에 따라 상기 센서 데이타는 피공작물 표면 및 수직 평면 사이의 교차 곡선의 구획을 따라 센서 대 표면 거리측정을 나타낸다.
예비처리된 이미지 데이타는 피공작물의 표면 프로파일에 대한 세부적인 설명을 나타낸다. 이 데이타의 분석 목적은 이미지 내에서 시임의 위치를 추출하는 것이다. (추적하고자 하는 시임과 같은) 피공작물의 표면 외형은 데이타의 연속성의 변화로서 나타난다. 이들 변화의 크기는 표면 구배의 변화의 정도를 반영한다. 통상적으로 마주치는 대다수의 시임 형태는 예비처리된 이미지 데이타의 제 1 및 제 2 도함수를 사용하여 용이하게 구분 되어질 수 있음이 밝혀졌다. 예를들어 V-홈은 제 1 도함수의 제로 교차점 및 제 2 도항수의 비-제로 값을 검색함으로써 검출할 수 있고; 이들 2가지 기준이 충족되는 어레이 인덱스가 시임의 위치에 대응된다.
어레이 값의 세트의 임의의 지점에서 도함수를 수득하기 위해서는, n개의 지점의 윈도우가 도함수가 요구되는 지점에 관해 대칭적으로 취해진다. 상기 윈도우내의 상기 지점들에 가장 잘 부합되는 직선의 기울기가 계산되어, 윈도우의 중앙에서 도함수에 대한 근사치로서 사용된다. 어레이 내의 각 지점(최초 및 최종 n/2 지점 제외)에서의 도함수는, 윈도우를 상기 어레이 값에 따라 단계적으로 이동시킴에 의해 계산될 수 있다. 제 2 도함수는 상기 제 1 도함수를 데이터로 이용하여 유사한 양상으로 계산된다. 상기 제 1및 제 2 도함수에 사용되는 윈도우 크기는 각각 32 및 8 데이타 지점이다. 순환 방정식은 상기 도함수를 계산하는 알고리즘을 극히 효율적으로 만든다.
추가의 기준이 포함되어 비논리적인 데이타로 인한 에러를 감소시킬수 있다. 상기 시임은 연속적인 것으로 여겨지므로, 상기 시임의 위치는 현재의 이전 위치에 가까워야 한다. 계산된 시임의 위치가 마지막 몇몇 시임 위치에 관해 특정 윈도우 내에 있지 않으면, 상기 데이타는 퇴폐되고 그리고 이에 따라 폐기되며 그리고 가장 최근의 믿을 수 있는 데이타를 토대로 한 계산치에 의해 대체되어야 한다.
상기 시임의 위치는 화소 좌표로부터 실제 공간 크기로 변형되어야 한다. 계속해서 이들은 공구 프레임 좌표로 전환될 수 있는데, 이것은 카메라 프레임의 원점이 로봇의 공구 프레임에 관해 고정되기 때문이다.
상기 시임(10)은 상기 카메라가 보여주는 필드 내에서 항상 유지되도록 위치되어야 한다. 이에 따라 상기 토오치의 자세는 시임(10)이 위치되는 피공작물의 곡률에 따라 변경될 것이다. 일반적으로, 카메라가 토오치에 더 가깝게 배치될수록, 피공작물의 외형이 토오치 자세의 제어에 미치는 영향이 적어진다. 그러나 상기 카메라와 토오치 사이의 간격이 좁아질수록, 카메라 영역에서 더 많은 아아크광, 스패터 및 연기를 접하게 되어 레이저 광(6) (및 상기 시임)의 탐색상의 신뢰성을 감소시킨다. 따라서, 토오치와 카메라의 거리는 데이터의 완결성과 자세의 제어 간의 조정(trade-off) 문제이다. 토오치 대 카메라 거리는 시임 내의 코너 또는 곡선의 둘레로 토오치 궤적을 계획할 때에도 고려되어야 한다. 만약 로봇 제어기가, 감지된 시임 위치를 단순히 카메라가 비춰지는 필드의 중앙에 유지하고 그리고 가동 단부(4)의 모션을 상기 감지된 시임 위치로 인도하고자 시도한다면, 시임이 직선이 아닐경우 토오치 궤적은 시임을 정확하게 따르지 않을 것이다. 카메라가 비춰지는 필드 내에서 시임 유지하고 또한 이미 감지된 시임을 따라 토오치를 안내하는 제어 전략이 요구된다.
제 2도에는 시임(10)을 교차하는 레이저 라인(14)의 종래 기술이 도시되어 있다. 카메라(도시되지 않았음)는 시야 필드(16)를 갖는다. 시임(10)을 따른 일련의 설정점(18)은 시임 추적기(도시되지 않았음)가 시임을 따라 이동함에 따라 이미 생성된 지점이다. 시임을 따라 생성된 최종 설정점은 지점(20)에 도시되어 있다. 카메라는 레이저 라인(14)이 시임(10)을 교차하는 지점(21)을 검출한다. 지점(20)과 지점(21)을 연결한 직선(19)이 계산된다. 지점(20)과 지점(21) 사이의 거리에서 고정 길이(L)를 차감함에 의해 증분 변위(incremental displacement)를 알 수 있다. 상기 증분 변위는 설정점 거리에 의해 나누어져서 라인(19)을 따라 위치될 새로운 설정점(22)의 갯수를 제공한다. 각 이미지 필드는 분석함에 따라 생성되는 새로운 설정점(22)의 개수는 카메라의 이동 거리에 의존하고, 상기 이동 거리는 또한 토오치의 속도 및 피공작물의 형태에 의존한다. 이것은, 감지된 시임 위치내의 작은 횡방향 변화가 설정점이 연속적으로 생성됨에 따라 라인(19)의 방향을 그다지 변화시키지 않으므로, 효과상 연속적인 설정점(18)의 방향의 변화율에 대한 저주파 통과 필터(lowpass filter)로서 작용한다. 설정점은 카메라의 필드 속도(60Hz)에서 생성되므로, 이러한 근사방법에 의해 작은 오류가 도입된다.
로봇의 단부 지점이 좇는 경로는 공구에 선행하는 시임 추적기에 의해 식별되는 설정점의 연속에 의해 규정된다. 이러한 연속적인 설정점은 현재 로봇 단부 지점의 위치와 시임의 현재 감지된 위치 사이의 시임을 규정 하는 행렬(queue)로서 저장된다. 시임 추적 감지기 데이타를 각각 평가할때, 생성되어 있는 새로운 설정점(22)의 갯수는 상기 행렬의 앞에 부가된다.
제 3도에 도시된 종래 기술과 바와같이, 카메라(도시되지 않았음)의 시야 필드(16)는 중앙(24)을 갖는다. 중앙(24)은 거리 J와 K만큼 시임(10)으로부터 옵셋된다. 토오치(2)는 카메라를 따르고, 토오치와 카메라 사이의 거리는 일정하며, R로 지적된다. 상기 설정점의 연속은 D1, D2, D3‥‥ Dn으로 표시된다. 연속적인 설정점 사이의 간격은 D mm이고, 그리고 이것은 단위 벡터 길이로 칭한다. 이들 설정점은 하나의 행렬에 위치되고, 이 행렬의 길이는 시임 추적 센서와 토오치(2) 사이의 시임의 길이에 대응된다. 상기 설정점 사이의 간격은 행렬의 길이와 시임이 맵핑되는 정확도를 결정한다. 설정점 사이의 간격이 감소되면, 토치로부터 카메라로의 경로를 나타내는 필요한 설정점의 갯수가 증가된다. 간격이 증가되면, 곡선이 추적될 수 있는 정확성이 감소된다.
로봇의 단부지점은 이 단부 지점과 시임 추적 센서(카메라)를 분리하는 거리의 오직 하나의 단편(fraction)을 각각의 점진적인 단부 지점 모션으로 이동한다. 로봇 단부 지점의 다음 번의 점진적 모션은, 행렬의 뒤에서부터 다수의 단위 벡터를 제거하고 로봇 제어기의 다음 궤도의 계획 사이클(Planner cycle)에서 이 모션을 수행함으로써 계획된다. 로봇 제어기의 궤도 계획 사이클 비율은 일정하고, 이것은 통상적으로 25Hz이다. 시임을 따른 단부 지점 속도는 각각의 궤도 계획 사이클 내의 행렬로부터 제거되는 단위 벡터의 수에 의해서 제어된다. 단부 지점이 이동하게 되는 궤도를 형성하는 단위 벡터의 수는 미소하며, 예를들어, 만일 단부 지점이 다음 궤도 계획 사이클에서 3.6 단위 벡터를 이동할 것이 요구되는 경우에는 나머지 0.4 단위 벡터가 행렬의 후단에 보유된다.
다음의 궤도 계획 사이클에서 단부 지점이 이동하게 되는, 시임을 따른 위치를 계산한 후에, 이 시임에 대한 필요한 토오치의 고립상태(stand-off), 옵셋(off-set) 및 자세가 시임의 위치에 대한 변환으로서 가산된다. 이러한 시도의 중요한 특징은 시임 추적 프로그램으로 하여금 시임을 따른 토오치의 속도와 위치의 실시간 제어를 제공할 수 있게 한다는 것이다.
시임 추적센서는 현재의 단부 지점 위치에 대한 피공작물의 표면각과 시임의 좌표를 제공하므로, 설정점의 행렬은 로봇의 단부 지점 위치를 제어하는데 필요한 6개의 변수중에서 4개만을 제공한다. 나머지 2개의 변수는 추적되는 시임이 시임 추적 카메라의 시야 필드 내에서 유지되는 것을 보장할 목적으로 사용된다.
제 4도에는 베이스(28), 아암(30) 및 가동 단부(32)를 갖춘 종래기술의 로봇(26)의 개략도가 도시되어 있다. 가동 단부(32)에는 용접 토오치(2)가 부착되어 있다. 피공작물(34)은 프레임(36)상의 고정된 위치에 유지되어 있다. 제 4도에는 시임 추적기가 도시되어 있지 않지만, 토오치(2)로부터 고정 거리만큼 이격되는 방식으로 가동 단부(32)에 시임 추적기가 부착된다. 시임 추적 및 또오치 제어에는 6 자유도가 가능하다. 토오치 팁의 공간위치(X,Y,Z)를 나타내는데 3 자유도가 필요하고, 토오치의 자세(경사 및 기울기)를 정의하는데 2 자유도가 더 필요하며, 그리고 6번째(회전) 자유도는 토오치의 둘레에 시임 추적 카메라를 위치시키는데 필요하다. 이것은 공간 내의한 지점을 설명하기 위한 6개의 모든 변수가 정의되도록 하고, 또한 대부분의 산업 로봇의 축의 갯수에 대응한다.
제 5도에는, 본 발명에 따른 물체의 형상을 추적하기 위한 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 베이스(28)와 가동 단부(32)를 가진 로봇(26)을 갖추고 있다. 이 로봇은 선(39)을 통해서 로봇 제어기(38)에 연결되어 있다. 가동 단부(32)는 서로 고정되어 있는 헤드(40) 및 시임 추적센서(12)를 지지한다. 헤드(40)는 용접 토오치, 절삭 토오치, 봉합제 분배기, 스프레이 건, 접착제 분배기, 레이저 전달헤드, 또는 실제적으로 대상물에 대해 조작되도록 의도된 다른 모든 공구 또는 분배기일 수 있다. 물론, 절삭 토오치는 산소 연료 방식 및 플라즈마 방식일 수 있다. 시임 추적 센서는 구조화된 빛의 방식으로 이루어져 피공작물상의 기하학적 외형이 감지될 수 있거나, 또는 패시브 방식(passive type)으로 이루어져 피공작물에 가해지는 가시 라인 또는 표식이 감지될 수 있다. 이러한 장치는 또한, 헤드에 의해서 제공되는 용접, 접착제 또는 봉합제 도포의 질에 관한 데이타를 제공하기 위한 프로세스 모니터링 센서를 포함하고 있다. 그리고, 이러한 장치는 광학, 패시브 광학, 음파탐지 또는 다른 적절한 감지기술로 구성될 수 있다. 헤드(40)는 연결된 선(42)을 통해서 전원(도시되지 않음)에 연결되어 있다. 예를들면, 헤드가 용접 토오치일 경우에, 이 토오치는 용접 전원에 연결된다. 프로세스 제어 컴퓨터(도시되지 않음)는 측정되는 시임의 치수와 프로세스 모니터링 센서로부터의 피드백에 근거하여 용접 프로세스를 제어하기 위해서 전력공급 변수들을 설정한다. 전선(44)은 프로세스 제어 컴퓨터(도시되지 않음)를 시임 추적 컴퓨터(46)에 연결시킨다. 전선(48)은 시임 추적 컴퓨터(46)를 로봇 제어기(38)에 연결시킨다. 전선(50)은 시임 추적 컴퓨터(46)와 시임 추적센서(12) 사이에 연장되어 있다. 대상물 또는 피공작물(52)은 프레임(54)내에 유지되어 있다. 이 프레임(54)은 단일축을 중심으로 피공작물을 회전시키는 단일축 위치 조정기이다. 전선(56)은 단일축 위치 조정기(54)와 시임 추적 컴퓨터(46) 사이에 연장되어 있다. 이 단일축 위치 조정기(54)는 시임 추적 컴퓨터(46)에 의한 소프트웨어의 제어하에서 서보 모터(64)에 의해서 구동된다. 단일축 위치 조정기의 축상에 장착된 인코더(encoder)(도시되지 않음)는 실제의 피공작물의 회전을 측정한다. 이 위치 조정기의 축은 수평 이고 피공작물의 중심 근방을 관통한다. 이러한 구성은 로봇을 피공작물의 전체둘레에 접근 가능하게 한다. 이러한 위치 조정기 또는 프레임(54)은 하나의 회전축을 가지고 있는 것으로 도시되어 있지만, 하나 이상의 회전축을 갖는 위치 조정기가 사용될 수도 있다. 예를들면, 위치 조정기는 3개 이상의 회전축을 가질 수 있다.
제 5도에 사용된 로봇은 6 자유도 분절 아암(Reis Vl5)이다. PC-AT 컴퓨터(46)는 시임 추적 소프트웨어를 실행시키고 병렬 인터페이스 버스(48)를 통해서 로봇 제어기(38)와 직접 소통된다. 단일축 위치 조정기(54)는 시판되는 모션 제어 인터페이스 카드(도시되지 않음)를 통해서 시임 추적 컴퓨터(46)에 의해 직접 제어된다. 따라서, 이러한 7개의 축을 가진 장치는 운동학상으로 1개의 여유축(redundant axis)을 가지고 있다.
제 6도에 피공작물(52)이 상세히 도시되어 있다. 여기서, 피공작물은 시임(10), 회전축(58), 오목부(60) 및 볼록부(62)를 가지고 있는 것을 알 수 있다. 토오치가 오목부(60)를 지날때 피공작물(52)의 회전방향이 역전되어야 하기 때문에, 본 발명의 기술력을 증명하기 위해서 이러한 형상의 피공작물이 선택되었다. 리드-쓰루 프로그래밍(lead-through programming)에 의해서는 이러한 좌표 모션을 수행하기가 어렵다.
본 발명은 단부 지점과 시임 사이의 (실시간 명령이 가능한) 상대 속도를 유지하는 한편, 단부 지점(66)의 아래에서 일정한 표면 자세를 유지할 목적으로 사용될 수 있다. 시임 추적시 이용되는 좌표 프레임은 피공작물에 대해서 정의되고, 따라서 위치 조정기와 함께 회전한다. 이러한 접근법에 의해 성취되는 잇점은, 피공작물과 토오치 사이의 상대속도를 특별히 계산할 필요가 없다는 것이다. 단부 지점(66)은 단순히 피공작물에 대해서 명령된 이동속도로 이동한다. 좌표 시스템의 이동으로 인해서 피공작물의 모션은 자동적으로 고려되어진다. 결과적인 로봇의 모션은 피공작물의 모션과 추적으로 인한 모션을 반영한다. 피공작물이 이동하기 때문에, 이 피공작물은 로봇의 베이스(28)에 대해서 이동한다고 할 수 있다.
로봇 제어기(38)는 기존의 제어 처리장치 보드를 대신하는 2개의 브이엠이-버스 모토롤라 68020 처리장치 보드(VME-bus Motorola 68020 processor board)에 의해서 개조되었다. 이것은 로봇으로 하여금 RCCL(로봇 제어 "C" 라이브러리; Robot Control "C" Library) 하에서 작동될 수 있게 한다. RCCL은 사용자 코드에 컴파일되고 직접 링크된 라이브러리 모듈이다. 이것은 로봇의 모든 내부 변수에 대한 접근을 제공하고, 또한 헤드(40)의 단부 지점(66) 위치의 실시간 제어가 수행될 수 있게 한다. 로봇이 운동 하는 동안, 이러한 운동의 목표위치는 시임 추적 컴퓨터(46)에 의해서 수정 될 수 있다. 이러한 변화는 수정된 목표위치에 의해서 헤드의 위치가 연속적으로 조절될 수 있도록 자동으로 추적된다. 많은 표준 산업 로봇 제어기는, 그 소프트웨어가 본 발명에 의해서 요구되는 제어의 형태를 수용할 수 없거나, 또는 제어기 자체의 구조로 인해서 본 발명에 이용될 수 없다. 제 5도에 도시된 장치는 단일축 위치 조정기의 한가지 바람직한 실시예이지만 첨부된 특허청구의 범위내에서 본 발명을 수행하기 위해서 다른 많은 장치 배열이 이루어질 수 있다. 본 발명은 특정의 설비에 제한되지 않으며 다양한 설비가 본 발명을 수행하기에 적합할 것이다.
제 7도에는 외형(70)과 용접 풀(weld pool)이 상부면(74)에 위치된 피공작물(68)이 도시되어 있다. 피공작물은 2축 위치 조정기(도시되지 않음)상에 지지되어 있다. 가상 수직선(C)이 용접 풀의 중심을 통해서 제 1 평면의 접선(D)에 대하여 θ1의 각으로, 제 2 평면의 접선(E)에 대하여 θ2의 각으로 연장되어 있다. 접선(D,E)은 상호 직교한다. 피공작물(68)의 이동은, 용접풀(72) 구역내의 상부면(74)이 항상 거의 수평으로 유지되도록, 각(θ1, θ2)을 이용하여 이러한 피공작물의 움직임을 발생시키기 위한 피공작물 위치 조정기의 축(도시되지 않음)의 필요한 모션을 정의함으로써 조절된다. 피공작물의 한 구역을 비수평 위치로 유지하는 것이 바람직한 경우의 다른 사용 예들도 존재한다.
시임 추적 과정 중에 피공작물이 이동되는 경우, 적어도 하나의 추가의 자유도가 시스템에 도입된다. 추적되는 요소가 로봇의 작업영역보다 큰 경우에는 피공작물을 이동시키는 것이 바람직하거나 또는 필요할 수 있다. 또한, 피공작물의 이동은, 사용되는 로봇이 소형이고 보다 저렴한 비용이 가능하게 한다. 또한, 차량의 제작과 같은 응용 분야에서, 피공작물(또는 로봇베이스)의 이동은 전체의 피공작물에 접근하기 위한 적절한 방법이 될 수 있다. 아아크 용접 공정은 용접 풀의 자세에 크게 의존한다. 피공작물의 자세를 조절함으로써 공정의 제어가 매우 단순화된다. 하나의 여유축을 사용(총 7 자유도를 제공함)하면 하나의 자세각이 설정될 수 있다. 원통형 또는 축선방향으로 대칭인 요소의 경우에는, 상기와 같이 하나의 여유축을 사용함으로써 소망하는 용접 자세를 제어하기에 충분하다. 그러나 보다 복잡한 부품의 경우에는 그 이상의 자유도가 요구된다.
제 8도에서, 로봇(76)은 시임 추적 센서(12)에 인접한 가동 단부(32)에 장착된 토오치(2)를 갖추고 있다. 또한, 이 로봇은 베이스(28)와, 정의된 베이스 좌표 프레임(77)을 갖춘다. 베이스 좌표 프레임(77)은 변환(TB)을 이용하여 절대 기준 프레임(71) 내에서 정의된다. 피공작물(52)은 단일축 위치 조정기(제 8도에 도시되지 않음)에 설치된다. 피공작물 좌표 프레임(75)은 피공작물(52)에 고정되어서 피공작물과 함께 회전한다. 제 9도에 도시된 블록선도는 제 8도에 도시된 추적용 장치가 작동되는 방식을 도시하고 있다.
시임 추적중에 피공작물이 이동하면, 이것은 사실상 절대 기준 프레임(71)에 피공작물 좌표 프레임(75)을 연관시키는 변환(T)이 더이상 상수가 아니라는 것을 의미한다. 이것은 시임의 경로를 피공작물 좌표 프레임(75)내에서 정의하는 증분 단위 벡터를 저장함으로써 처리된다. 변환 작업의 순서가 제 9도에 도시되어 있다. 변환(T1)은 피공작물(52)에 부착되어 함께 회전하는 프레임(75)에서 현재의 단부 지점 위치를 정의한다. 변환(T2)은 절대 기준 프레임(71)에 관련한 피공작물 프레임(75)의 현재 위치를 정의한다. 시임의 위치는 카메라(시임 추적 센서)의 좌표에서 한쌍의 좌표(카메라 프레임 에서 시임의 외형의 x 및 y 위치)로 식별된다. 이것은 카메라 및 단부 지점 (또는 토오치)에 관한 변환에 의해서 공구 프레임(73) 좌표로 변환된다. 이것은 임계 단계에서, 현재의 피공작물 위치 조정기의 축(들)과 현재의 공구 프레임 (단부 지점 위치) 사이의 상호관계를 정의하는 변환을 이용하여 피공 작물의 좌표로 전환된다. 피공작물 좌표 프레임(75)에서 피공작물의 표면에 대한 증분벡터가 저장(행렬화)된다. 피공작물이 회전하는 경우에는, 벡터의 행렬이 피공작물 프레임(75)에 대해서 정의되기 때문에 여전히 유효하다.이들 벡터를 역변환(T2, TB)에 의해 변환함으로써 벡터 행렬이 다시 한번 베이스 프레임의 좌표로 표시되고, 따라서 로봇에 의해서 추적될 수 있다. 이것은 제 9도에서 후반의 4개의 블록에 도시되어 있다. 순수 효과(net effect)로서, 피공작물이 이동하는 것과 피공작물이 단순히 시임 추적기에 의해서 형성되는 전술한 증분 변위를 추종한다는 것을 로봇이 인식하지 못하는 것 처럼 된다. 이것은 이러한 방식의 단부 지점 제어의 핵심이다.
로봇 시임 추적장치에서 운동학적 여유축을 포함하는 주요 이득은 시임을 단순히 추적하는 것 이외의 기준이 병합될 수 있다는 것이다. 전술한 피공작물의 표면 자세 및 단부 지점 위치의 기준과 더불어, 시임 추적 센서 에 의해 제공되는 데이타만을 기초로 하고, 피공작물에 관한 전술한 어떠한 설명도 없이 이러한 운동학적 여유축을 적절하게 제어하는 방법에 대한 질문이 본 기술의 핵심이다. 이 해결책은 로봇의 단부 지점이 시임을 추적하는 동안, 이 로봇의 단부 지점의 자세(또는 위치)로부터 필요한 피공작물의 운동을 유도해 내는 것이다. 이것은 다음의 보기를 이용하여 가장 쉽게 설명된다: 즉, 용접 풀이 수평위치로 유지되고 용접 토오치가 피공작물의 표면에 수직을 이룬다는 필요 조건하에, 피공작물을, 원주방향 용접이 이루어 지는 실린더로 가정한다. 피공작물 위치 조정기의 축은 실린더의 대칭축을 통과한다. 로봇 제어기는 피공작물이 자신의 축을 중심으로 회전할 수 있다 는 것을 "인식하지 못한다". 용접 토오치를 피공작물의 상단 위로 수직으로 한채 원주 방향 시임을 추적하기 시작하면, 시임 추적기는 토오치가 피공작물에 대해서 전방으로 이동되어야 할지를 결정한다. 이러한 모션은 계획대로 시작되지만, 용접이 수평면 상에 위치되어야 하는(즉, 토오치가 수직이어 야 하는) 조건은 더 이상 유효하지 않다. 피공작물 위치축에 직각인 수직 평면상에 공구 벡터(토오치 축)를 투영함으로써 이러한 에러가 발생한다. 이러한 에러가 감소되도록 즉 용접 지점이 실린더상의 현재의 상단쪽으로 후퇴되도록 실린더를 회전시킴으로써, 실린더의 회전을 제어하는 장치에 의해서 토오치의 (이러한 에러에 의해서 형성되는 바와같은) 오정렬(misalignment)이 이용된다. 따라서, 시임 추적기에 의해서 생성되는 증분 변위는 (이동하는) 피공작물의 표면 변위에 의해서 감소된다. 이로 인한 순수 효과로서, 원주방향 용접의 전 과정 동안 토오치가 거의 수직으로 유지되고, 토오치가 실린더의 상단 위로 위치된 채로 유지될 것이다. 로봇 제어기는 시임 추적기에 의해서 제공된 변위 행렬에 반응하여, 피공작물의 회전을 인지하지 못하는데; 이것은 단지 행렬의 증분 벡터를 따른다. 여유축 제어기는 시임을 추적하는 로봇에 의해서 발생되는 토오치 자세의 에러에 단순히 반응하며, 이것은 토오치의 공간위치를 설명하는 다른 변수를 전혀 인지하지 못한다(그리고 이러한 변수와 관련이 없다).
언급된 바와같은 토오치의 수정을 위한 단계의 순서가 제 10도에 도시되어 있다. 이동하는 피공작물을 추적하는 동안, 시임에 대한 토오치의 고립 상태, 오프셋, 경사 및 자세가 동력학적으로 명시된다는 것; 즉, 필요 한 경우, 이동하는 피공작물 상의 시임이 추적되는 동안에 토오치와 시임 사이의 공간 관계가 연속적으로 변경될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 또한, 상기의 보기에서 용접 과정이 시작되기 전에 피공작물의 곡률을 알 필요가 없다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 상기 원통형의 피공작물이 타원형의 횡단면을 가진 피공작물로 대체되는 경우에, (토오치가 피공작물의 이동에 반응해서 수직으로 이동함에 불구하고) 시임 추적 및 여유축의 제어가 마찬 가지로 용이하게 수행될 수 있다. 이러한 점은 용접 과정을 개시하기 전에 피공작물의 표면 형상을 미리 알 필요가 없기 때문에 본 발명의 중요한 관점이다. 이것은 통상의 로봇 프로그램 기술에 대해 얻어지는 중대한 잇점이다.
이제, 제 11, 12 및 13도에 도시된 원통형 피공작물(77)의 축의 필요한 모션 및 이러한 축의 배열을 고려하기로 한자. 실린더의 둘레로 원주방 향의 용접이 가해지고, 평편한 위치에서 용접이 이루어져야 한다는 전술한 제약이 다시 반복된다. 피공작물은 X-X축을 중심으로 회전해야 할 것이고, 이 X-X축은 Y-Y축에 대해 위치되어야 할 것이라는 점을 분명히 인식해야 한다. 앞서와 같이, 피공작물의 형상은 미리 알려져 있지 않고, 이것은 타원형의 횡단면이 될 수 있다. 적절한 개시위치가 설정되어 있다고 가정하여(즉, 토오치 아래의 피공작물 표면을 수평으로 한 채 시임 위로 토오치가 배치되는 위치) 필요한 피공작물의 축의 회전을 유도하기 위해서 앞서 사용된 것과 동일한 시도가 이루어질 수 있다. 시임 추적이 개시되고 단부가 앞서의 보기에서 처럼 전방으로 이동한다고 가정한다. 제어되는 피공작물의 축이 2개 존재하기 때문에, 2개의 "에러" 기준이 정의될 필요가 있다. 이것은 공구 벡터를 2개의 평면상에 투영함으로써 이루어질 수 있는데, 그 중 하나는 Y-Y축과 수직인 평면이고, 다른 하나는 Y-Y축을 포함하는 평면이다. 표준 역오일러 운동 이론(standard inverse Euler kinematics)을 사용하여, 이러한 에러를 줄이니 위한 X-X축과 Y-Y축에 대하여 필요한 회전을 구한다.
만약, 제 11도, 12도 및 13도에 도시된 실린더가 달걀형상의 피공작물에 의해서 대체되면, 피공작물 위치 조정기로 하여금 토오크를 받고있는 표면을 임의의 원하는 각도로 유지시킬 수 있도록 하는 제 3의 축이 요구된다. 위치 조정기 축을 제어하기 위한 에러 각도는 앞서와 마찬가지로 위치 조정기 축을 포함하는 평면 및 위치 조정기 축에 대하여 수직인 평면 위로 토오치 벡터를 투영함으로써 얻어진다.
상기한 예들은 "지상(lag)" 제어 접근이라고 호칭할 수 있는 것들을 설명한다. 또한, "진상(lead)" 접근은, 운동이 일어나는 경우에 발생될 에러들을 먼저 계산한 다음, 이러한 에러가 발생하지 않도록 피공작물 축을 제어 함으로써 이용될 수 있다. 병진운동 피공작물 축 또한 상기한 바와 같은 제어 구상에 통합될 수 있다. 그러나, 이들 축은 피공작물의 표면 자세에는 영향을 미치지 못하고, 단지 절대좌표에서 피공작물의 위치에만 영향을 미친다. 그럼에도 불구하고, 자세 및/또는 위치 제어를 위해 임의의 피공작물 축을 구동한다는 일반적인 개념은 상기한 기법과 더불어 다루어질 수 있다.
또한, 이동 중인 피공작물 표면상에서 이루어지는 이와 같은 동적 추적 기술은 피공작물 표면의 모션이 토오치의 자세나 위치로부터 유도되지 않는 적용분야도 포함한다는 점을 인식하여야 할 것이다. 피공작물의 모션은 조작자(또는 사전-프로그래밍)에 의해서 제어되어야 하고, 이러한 기술은 피공작물 상의 시임이 동적으로 추적될 수 있게 한다.
여유축의 잇점은 명백하지만, 여유축의 추가는 종래의 리드-쓰루(lead-through) 프로그래밍에 있어서 상당한 문제점을 발생시킨다. 용접될시임상의 각각의 지점은 먼저 요구되는 자세로 배치되고, 그런 다음에 로봇은 시임 위쪽의 대응위치를 알게된다. 불행하게도, 이것은 단지 상기 대응 위치에서의 매치(match)만을 보장한다. 이들 사이의 이동 동안에, 토오치와 피공작물 간의 상대적인 위치는 연속적인 지점들이 시임을 따라서 그리고 절대 공간 내에서 서로 근접하지 않는 한 상당히 변할 것이다. 더욱이, 토오치 속도는 피공작물에 대해 절대적이 아니라 상대적으로 측정되기 때문에, 온-라인 제어 또는 토오치 속도 제어는 극히 어렵다. 시임을 따르는 대응 위치들 사이의 거리가 매우 짧은 간격으로 동등하게 이격되어 있지 않으면,시임 위로의 상대적인 이동속도는 정확하게 제어되지 못한다.
이러한 문제점들을 해소하기 위해서는 피공작물 위치 조정기의 제어바 로봇 및 시임 추적장치와 통합되어야 한다. 공간 내의 임의의 지점에서의 위치 및 자세를 정의하는데 필요한 자유도 중 6번째 이상의 자유도에 대해서는 모두 제어 매개변수가 정의되어야 한다. 제어 매개변수들은 피공작물 자세의 제어가 달성되는 경우에, 로봇 단부 지점의 위치를 나타내는 것과는 독립적으로 정의되어야 한다. 제어 매개변수들은 여러가지 방식으로 정의된다. 예를들면, 7번째 자유도에 대한 제어 매개변수는 용접 토오치 아래의 피공작물 표면의 절대적인 기울기로서 정의될 수 있다. 만약, 토오치를 시임에 대하여 일정한 각도로 유지시키는 것이 요구되는 경우, 이 기준은 공간에서 일정한 토오치 각도를 유지달 수 있도록 재공식화될 수 있다. 이것은 로봇 공구 프레임의 접근벡터(approach vector)를 수직 평면상에 투영함으로써 계산될 수 있을 것이다. 그 다음, 이 각도와 원하는 토오치 각도 사이의 차이가 7번째 축을 제어하도록 명령신호를 제공한다.
제 14도는 외형을 추적하는 장치의 여유축 제어에서 발생하는 변환들 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다. 여기에서는 2개의 축 위치 조정기 또는 6개에 달하는 축 위치 조정기와 관련된 변환을 보여준다. 위치 조정기가 6개의 축을 갖는 위치 조정기인 경우, 제 2의 로봇이 위치 조정기로서 사용될 수 있다 시임 추적용 로봇은 베이스 프레임(80)을 갖는다. 변환 T6은 로봇 단부의 손목 관절 중심(85)(위치 및 자세)을 정의한다. 변환 T센서은 손목 관절 중심(85)에 대하여 시임 추적 센서 필드에서 시임(78)의 위치를 정의한다. 변환T공구는 관절 중심(85)에 대하여 공구(84)의 단부 지점을 정의한다. 그러므로, 시임 추적용 센서 좌표 프레임(도시되지 않음)에서 감지된 시임 위치(86)는 시임 추적용 로봇 베이스 프레임(80)에서 T6·T센서7로 표현될 수 있을 것이다. 변환 TRBPB은 시임 추적용 로봇 베이스 프레임(80)과 피공작물 위치 조정기 베이스 프레임(82) 사이의 관계를 정의한다. TPBW는 위치 조정기 베이스 프레임(82)으로부터 피공작물 좌표 프레임(83)으로의 변환을 정의한다. 변환 TWPS은 피공작물 좌표 프레임(83)에서 공구 지점(84)에서의 시임 위치를 정의한다. TPBW는 위치 조정기가 소유한 여유축의 갯수에 의존한다. TPBW는 6축 피공작물 위치 조정용 로봇의 T6변환을 나타내거나, 표준 2축 피공작물 위치 조정기 또는 3축, 4축 또는 5축 피공작물 위치 조정기를 나타낼 수 있다. 위치 조정기를 제어하기 위해서(2축 위치 조정기의 경우), 2개의 축을 제어하는데 이용될 2개의 매개변수를 제공하는 기준이 설정되어야 한다. 이러한 기준들은 전체의 장치에 대하여 다소 이득을 주도록 선택된다. TPBW에 의해 정의되는 축의 갯수는 오직 충분한 기준의 유용성(availability of criteria)에 의해서만 제한된다.
본 발명은 또한 용접 이외의 다른 분야에서 사용될 수 있다. 또한,본 장치는 피공작물이 정적인 상태를 유지하고 로봇 베이스가 이동하는 경우에도 사용될 수 있다. 예를들면, 만약 본 장치가 도로의 균열을 밀봉시키는데 사용되는 경우, 피공작물은 정지된 상태를 유지할 것이다. 장치는 또한 로봇 베이스와 피공작물이 움직이는 장소에서도 사용될 수 있다.
상기의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 해당 기술분야의 전문가는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함을 쉽게 이해할 수 있을 것이다

Claims (17)

  1. 경로를 사전에 프로그래밍하지 않고서 대상물(52) 상의 외형(10)을 추적하기 위한 장치로서,
    (a) 베이스(28) 및 상기 베이스에 대하여 움직일 수 있는 가동단부(32)를 갖춘 조작기(26)와,
    (b) 상기 가동단부(32)에 인접하게 장착되어 있고 상기 가동단부 근처에서 상기 외형(10)을 모니터링하도록 배향된 센서(12)와,
    (c) 상기 장치가 적어도 2 자유도를 가지며, 상기 자유도중 적어도 하나는 여유축에 의해서 생성되며,
    (d) 상기 센서로부터 정보를 수용하고, 상기 여유축을 제어하도록 상기 정보를 처리하고, 처리된 정보를 상기 조작기로 전달하며, 이로써 상기 가동단부가 상기 외형을 경로 사전-프로그래밍 없이 실시간으로 추적하도록 하는 제어수단(38, 46)을 포함하여 이루어지는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 대상물에 대하여 상기 베이스를 이동시키는 수단을 포함하는 장치,
  3. 제 2항에 있어서, 상기 이동 수단은 상기 대상물을 지지하는 가동 프레임(54)인 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 가동 프레임은 상기 대상물을 상기 베이스에 대하여 회전시킬 수 있는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 가동 프레임은 상기 대상물을 하나 이상의 평면상에서 회전시킬 수 있는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 장치가 6 자유도를 갖는 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 센서가 카메라인 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 조작기가 로봇인 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 자유도가 7이고, 상기 가동단부는 상기 가동단부가 팁을 가지며, 3 자유도는 상기 가동단부의 상기 팁을 위한 것이고, 2 자유도는 상기 가동단부의 자세를 위한 것이고, 1 자유도는 상기 가동단부 주위로 상기 센서를 위치시키기 위한 것이며, 1 자유도는 상기 대상물에 대하여 상기 베이스를 이동시키는 수단을 위한 것인 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제어수단은 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(46)이고, 상기 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서는 상기 베이스, 상기 조작기 및 상기 가동단부에 대하여 상기 대상물의 위치를 제어하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 6 자유도 이상인 자유도 각각에 대하여 독립적으로 정의된 제어 매개변수가 존재하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 가동단부는, 용접 토오치, 절단 토오치, 봉합제 분배기, 스프레이 건, 접착제 분배기 및 레이저 전달헤드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 헤드(40)를 지지하며, 상기 프레임은 상기 대상물의 표면이 상기 헤드의 영역에서 항상 수평을 유지하도록 상기 대상물을 위치시키는 장치.
  13. 제 1항, 2항 또는 3항에 있어서, 여유축에 의해서 생성되는 자유도의 수는 2 내지 6개이고, 6 이상의 자유도 각각에 대하여 독립적으로 정의된 하나의 제어 매개변수가 존재하는 장치.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 대상물이 정치되어 있고, 상기 로봇의 베이스가 상기 대상물에 대하여 이동하는 장치.
  15. 베이스(28) 및 가동단부(32)를 갖춘 조작기(26)와, 상기 조작기 베이스를 대상물(52)에 대하여 이동시키는 수단과, 상기 가동단부에 인접하게 장착되어 있고 상기 가동단부 근처에서 상기 대상물의 외형을 모니터링하도록 배향된 센서(12)와, 그리고 제어수단(38,46)을 포함하고, 적어도 2 자유도를 가지며, 상기 자유도 중 적어도 하나는 여유축에 의해서 생성되는 장치를 사용하여, 경로를 사전에 프로그래밍하지 않고서 대상물의 외형을 추적하기 위한 방법으로서,
    상기 센서로부터 정보를 수용하도록 상기 제어수단을 구동시키는 단계와, 상기 여유축을 제어하도록 상기 정보를 처리하는 단계와, 처리된 정보를 상기 조작기로 전송하는 단계와, 그리고 경로를 사전에 프로그래밍함 없이 상기 가동단부로 하여금 실시간으로 상기 외형을 추적하도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 가동단부가 상기 대상물의 외형을 추종함에 따라서 상기 가동단부의 영역에서 상기 대상물을 수평위치로 유지시키도록 상기 대상물을 움직이는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 대상물의 좌표계에서 감지된 외형의 궤적을 나타내는 단계, 상기 제어수단에서 상기 좌표계를 적절히 행렬화 단계, 상기 제어수단으로부터 상기 좌표계를 추출하는 단계 및 상기 가동단부가 상기 외형을 추종하게 하는 단계를 포함하는 방법
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