KR100494232B1 - 로봇의 캘리브레이션 장치 및 방법 - Google Patents

로봇의 캘리브레이션 장치 및 방법 Download PDF

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KR100494232B1 KR10-1999-7006665A KR19997006665A KR100494232B1 KR 100494232 B1 KR100494232 B1 KR 100494232B1 KR 19997006665 A KR19997006665 A KR 19997006665A KR 100494232 B1 KR100494232 B1 KR 100494232B1
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모리타히로타카
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

직교 3축방향의 이동자유도를 갖는 가동부와, 상기 가동부의 변위를 각 자유도마다 검출하는 변위검출수단(212, 222, 232)과, 상기 가동부의 선단에 설치한 3축의 회전자유도를 갖는 유니버설 조인트(25)와, 유니버설 조인트(25)의 자유단에 설치한, 로봇의 손목 선단부(16)에 용이하게 결합할 수 있는 지그(26)로 캘리브레이션 장치(2)를 구성한다. 이 캘리브레이션 장치(2)로 손목 선단부(16)의 변위를 계측한다.
비교적 간단한 캘리브레이션 장치와, 이 장치를 이용하여 복잡한 조작 없고 자동화가 용이한 캘리브레이션 방법을 제공할 수 있다.

Description

로봇의 캘리브레이션 장치 및 방법{Device and method for calibrating robot}
본 발명은 로봇의 캘리브레이션 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 로봇의 제어점 위치를 일정하게 유지하여 로봇의 자세만을 변화시키는 명령을 로봇에게 내렸을 때에 생기는 제어점의 위치 어긋남 량을 측정함으로써 로봇의 캘리브레이션을 행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇, 특히 다관절형 로봇에서는, 제어장치 내부에 가지고 있는 로봇 파라미터, 즉 원점자세에서의 링크간 각도, 링크간 비틀림각, 링크간 거리, 링크 길이 등 로봇 아암의 기하학적 구성을 기술하는 수치와 실제 로봇의 수치 사이에 오차가 있기 때문에, 상기 제어장치가 인식하는 상기 로봇의 위치 및 자세와 상기 로봇의 실제 위치 및 자세 사이에 오차가 생긴다. 상기 제어장치가 인식하는 상기 로봇의 위치 및 자세를 상기 로봇의 실제 위치 및 자세와 비교하고 상기 제어장치가 가지는 로봇 파라미터에 보정을 더해 이 오차를 수정하는 것을 로봇의 캘리브레이션이라고 한다.
이 로봇의 캘리브레이션의 제1종래기술예로서, 일본특개평 6-274213호 공보에 개시된 방법이 있다. 이것은 다음과 같은 방법이다.
로봇 주위에 고정된 복수의 기준점을 마련하고 이 기준점마다 로봇의 손목부에 설치한 툴의 선단점이 이 기준점에 일치하는, 복수의 다른 자세를 지시하여 이 지시점을 등록한다. 이것을 반복하여 (기준점 수×자세 수)개의 지시점을 등록한다. 이들 지시점의 데이터를 이용하여 보정량을 산출한다.
그러나 이 제1종래기술에서는, 조작자가 툴의 선단을 확인하면서 지시박스의 키를 조작하고 로봇의 미소(微小)위치를 결정해야 하기 때문에 조작이 대단히 번잡하고 시간을 요하는 결점이 있었다.
이 결점을 해소하는 제2종래기술예가 일본특개평 5-261682호 공보에 제안되어 있다. 이것은 다음과 같은 방법이다.
6축의 동작자유도(自由度)를 가지고 각 자유도마다 변위검출기능을 가지는 캘리브레이션 장치를, 로봇으로부터의 상대위치 관계를 이미 알고 있거나 또는 정확히 측정할 수 있는 장소에 설치하고, 상기 캘리브레이션 장치의 선단부와 상기 로봇의 손목 선단부를 기계적으로 결합시켜, 상기 캘리브레이션 장치의 변위검출수단으로부터 얻어지는 위치 데이터, 자세 데이터로부터 로봇의 위치 데이터, 자세 데이터를 역산하여 로봇의 캘리브레이션을 행하는 방법이다.
그런데 이 제2종래기술에서도 다음과 같은 문제가 있었다.
(1) 상기 캘리브레이션 장치는 6자유도의 변위검출기능을 필요로 하기 때문에 복잡하고 비싸진다.
(2) 또한 상기 캘리브레이션 장치와 로봇 사이의 상대적 위치와 자세를 정확히 계측하기 어렵다.
도 1은, 본 발명의 실시예를 도시한 구성도이고,
도 2는, 본 발명의 실시예에 있어서 캘리브레이션 장치의 정면도이고,
도 3은, 본 발명의 실시예에 있어서 캘리브레이션 장치의 측면도이고,
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 유니버설 조인트의 정단면도이고,
도 5는, 본 발명의 실시예에 있어서 캘리브레이션 방법의 제1설명도이고,
도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 실시예에 있어서 캘리브레이션 방법의 제2설명도이고,
도 7은, 본 발명의 실시예에 있어서 캘리브레이션 방법의 제3설명도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 있어서 캘리브레이션 방법의 제4설명도이다.
그래서 본 발명은, 비교적 간단한 캘리브레이션 장치와, 복잡한 조작이 필요없는, 자동화가 용이한 캘리브레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제를 해결하기 위해서 본 발명은, 직교 3축방향의 이동자유도를 가지는 가동부와, 상기 가동부의 변위를 각 자유도마다 검출하는 변위검출수단과, 상기 가동부의 선단에 설치한 3축의 회전자유도를 가지는 유니버설 조인트와, 상기 유니버설 조인트의 자유단에 설치한, 상기 로봇의 손목 선단부에 용이하게 착탈할 수 있는 지그를 구비한 캘리브레이션 장치를 로봇 주위의 임의의 장소에 고정시켜, 상기 로봇의 손목 선단부를 상기 캘리브레이션 장치의 상기 지그에 고정시킨 다음, 상기 유니버설 조인트의 회전축의 중심점을 움직이지 않고 상기 로봇의 자세만을 바꾸는 명령을 상기 로봇에게 내려 상기 로봇을 동작시키고 이 때 발생하는 상기 캘리브레이션 장치의 가동부의 변위를 상기 변위계측수단으로 계측하여 이 계측치로부터 보정량을 산출한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 구성도이다.
도 1에 있어서, 1은 로봇으로서 캘리브레이션하는 대상이다. 11은 로봇(1)의 베이스이고, 12는 선회 헤드이다. 선회 헤드(12)는 베이스(11)에 수직축(S) 주위로 선회 가능하게 설치되어 있다. 13은 하부 아암으로서 선회 헤드(12)에 수평축(L) 주위로 요동 가능하게 설치되어 있다. 수평축(L)은 도면의 지면을 표면에서 이면으로 관통하는 축이다. 14a는 상부 아암의 고정부로서 하부 아암(13)에 수평축(U) 주위로 요동 가능하게 설치되어 있다. 수평축(U)은 도면의 지면을 표면에서 이면으로 관통하는 축이다. 14b는 상부 아암의 회전부로서 상부 아암의 고정부(14a)에 회전축(R) 주위로 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전축(R)은 상부 아암의 회전부(14b) 길이방향으로 연장된 축으로서 수평축(U)에 직교한다. 15는 손목부로서 상부 아암의 회전부(14b)에 요동축(B) 주위로 요동 가능하게 설치되어 있다. 요동축(B)은 도면의 지면을 표면에서 이면으로 관통하는 축으로서 회전축(R)에 직교한다. 16은 손목 선단부로서 손목부(15)에 회전축(T) 주위로 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전축(T)은 회전축(B)에 직교한다.
2는 캘리브레이션 장치이다. 로봇(1)과 캘리브레이션 장치(2)는 설치장소에 함께 고정되어 있다. 이 때 로봇(1)의 좌표계(1a)와 캘리브레이션 장치(2)의 좌표계(2a) 방향이 일치하도록 로봇(1)과 캘리브레이션 장치(2)의 방향을 맞추어 놓았다. 단, 좌표계(1a)와 좌표계(2a)의 원점은 달라도 상관없다.
캘리브레이션 장치(2)는 유니버설 조인트(25)를 구비하며, 로봇(1)의 손목 선단부(16)와 캘리브레이션 장치(2)는 유니버설 조인트(25)를 통해 기계적으로 결합되어 있다.
3은 연산수단으로서 신호선(4)을 통해 캘리브레이션 장치(2)와 전기적으로 결합되어 있다. 연산수단(3)은, 예컨대 개인용 컴퓨터에 소정 프로그램을 탑재한 것이다.
5는 로봇(1)의 제어장치로서 신호선(6)을 통해 연산수단(3)과 전기적으로 결합되어 있다. 또한 상기 제어장치(5)는 급전 케이블(7)를 통해 로봇(1)과 전기적으로 결합되어 있다.
다음에 캘리브레이션 장치(2)의 상세한 구조를 설명한다.
도 2는, 캘리브레이션 장치(2)의 정면도이고, 도 3은 상기 캘리브레이션 장치(2)의 측면도이다.
도면에 있어서, 21은 고정대로서 고정대(21)에는 제1직선안내 레일(211)과 제1변위검출수단(212)이 설치되어 있다. 제1직선안내 레일(211)은 캘리브레이션 장치(2)의 전후방향(이하 X축으로 한다)을 향하고 있다.
22는 제1슬라이딩대로서 상기 제1직선안내 레일(211)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 즉 제1슬라이딩대(22)는 X축 방향의 이동자유도를 갖는다. 또한 제1슬라이딩대(22)의 이동은 상기 제1변위검출수단(212)에 의해 정밀하게 계측된다. 또한 제1슬라이딩대(22)에는 제2직선안내 레일(221)과 제2변위검출수단(222)이 설치되어 있다. 제2직선안내 레일(221)은 캘리브레이션 장치(2)의 좌우방향(이하 Y축으로 한다)을 향하고 있다.
23은 제2슬라이딩대로서 상기 제2직선안내 레일(221)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 즉 제2슬라이딩대(23)는 Y축 방향의 이동자유도를 갖는다. 또한 제2슬라이딩대(23)의 이동은 상기 제2변위검출수단(222)에 의해 정밀하게 계측된다. 또한 제2슬라이딩대(23)에는 제3직선안내 레일(231)과 제3변위검출수단(232)이 설치되어 있다. 제3직선안내 레일(231)은 캘리브레이션 장치(2)의 상하방향(이하 Z축으로 한다)을 향하고 있다.
24는 제3슬라이딩대로서 상기 제3직선안내 레일(231)에 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 즉 제3슬라이딩대(24)는 Z축 방향의 이동자유도를 갖는다. 또한 제3슬라이딩대(24)의 이동은 상기 제3변위검출수단(232)에 의해 정밀하게 계측된다.
이렇게 하여 제3슬라이딩대(24)는 고정대(21)에 대해 직교 3축, 즉 X, Y, Z의 각 축방향으로 자유롭게 움직이며 그 이동량은 제1, 제2 및 제3변위검출수단(212, 222, 232)에 의해 각 축마다 독립적으로 정밀히 계측된다.
또한 제1, 제2 및 제3변위검출수단(212, 222, 232)은 거리변화를 정밀히 측정할 수 있으며 그 측정결과를 연산장치(3)가 처리할 수 있는 형태의 신호로 출력할 수 있는 것이면 된다. 이러한 변위검출수단에는, 예컨대 레이저광을 사용하는 것, 전자기적 수단에 의한 것 등이 있다.
25는 유니버설 조인트로서 그 일단은 제3슬라이딩대(24)에 고정되고 타단(자유단)은 직교 3축 주위로 자유롭게 회동한다. 251은 기준점으로서 유니버설 조인트의 3회동축의 교점이다. 요컨대 기준점(251)은, 유니버설 조인트(25)의 자유단을 어떻게 회동시키더라도 위치가 변하지 않는 중심점이다.
26은 지그로서 그 일단은 유니버설 조인트(25)의 자유단에 볼트(252)로 체결되며 타단은 로봇(1)의 손목 선단부(16)에 결합될 수 있는 구조를 갖는다. 지그(26)는 볼트(252)의 착탈에 의해 유니버설 조인트(25)와 용이하게 결합 및 분리할 수 있다.
나아가 유니버설 조인트(25)는 일반적으로 알려진 구조의 유니버설 조인트이지만 다음와 같이 구성해도 상관없다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 유니버설 조인트의 단면도이다.
도면에 있어서, 25는 유니버설 조인트이고, 오목부(253)와 구부(球部)(254)로 이루어진다. 오목부(253)는 중앙부에 정밀하게 가공된 원뿔대 모양의 구멍을 마련하고 그 저부에 자석(255)을 조립한 철물로서, 캘리브레이션 장치의 슬라이딩대(미도시)에 고정되어 있다. 구부(254)는 자성금속으로 이루어진 정밀한 구체(256)와 조인트부(257)로 구성된다. 구체(256)는 오목부(253)의 구멍을 막도록 배치되며 자석(255)의 자력에 의해 지지된다. 조인트부(257)는 캘리브레이션 장치의 지그(미도시)에 연결된다.
구부(254)는 자석(255)에 의해 오목부(253)의 원뿔대 모양의 구멍에 지지되어 있기 때문에 비교적 작은 외력에 대해서는 구체(256)의 중심을 일정한 위치에 유지시켜 3축 방향으로 자유롭게 회동한다. 즉 일반적인 유니버설 조인트와 동일한 동작을 한다.
구부(254)에 자석(255)에 의한 자력보다 큰 외력을 가하면 구부(254)와 오목부(253)의 결합이 해제된다. 이 때문에 로봇과 캘리브레이션 장치의 기계적인 결합과 분리가 용이해진다.
다음에 본 발명의 캘리브레이션 장치에 의한 캘리브레이션 방법의 제1실시예를 설명한다. 여기서는 6축의 수직 다관절 로봇에 대해, 원점자세에서의 링크각도를 보정대상으로 하는 경우, 즉 원점오차 벡터 ΔΘ를 구하는 경우를 들지만 다른 파라미터에 대해 보정하는 경우에도 원리와 순서는 동일하다.
(1) 캘리브레이션 장치(2)를 로봇(1)의 동작범위 내의 임의의 장소에 고정시킨다. 이 때 캘리브레이션 장치(2)의 좌표계(2a)가 로봇(1)의 좌표계(1a)와 일치하는 방향으로 캘리브레이션 장치(2)의 자세를 조정한다.
(2) 볼트(252)를 빼어 지그(26)와 유니버설 조인트(25)의 결합을 해제시키고 지그(26)를 로봇(1)의 손목 선단부(16)에 결합한다.
(3) 로봇(1)을 지시조작에 의해 자세를 변화시키고 로봇(1)의 손목 선단부(16)에 결합된 지그(26)를 유니버설 조인트(25)의 위치로 옮겨 지그(26)와 유니버설 조인트(25)을 다시 결합한다. 이렇게 하여 로봇(1)과 캘리브레이션 장치(2)가 결합된다.
(4) 변위검출수단(212, 222, 232)에 의해 얻어지는 캘리브레이션 장치의 좌표치(X1, Y1, Z1)를 연산수단(3)에 기억시킨다.
(5) 유니버설 조인트(25)의 3회동축의 교점, 즉 기준점(251)을 움직이지 않고 로봇(1)의 자세만을 변화시키는 명령을 로봇(1)에 내려 로봇(1)의 자세를 바꾼다. 로봇(1)의 손목 선단부(16)와 기준점(251)의 위치관계는, 지그(26)와 유니버설 조인트(25)의 기계적 치수를 계측함으로써 미리 충분히 고정밀도로 결정할 수 있기 때문에 이 값을 사용하면 상기의 명령은 용이하다.
(6) 이 때 변위검출수단(212, 222, 232)에 의해 얻어지는 캘리브레이션 장치의 좌표치(X2, Y2, Z2)를 연산수단(3)에 기억시킨다.
다음에 이상의 작업으로 얻어진 좌표치를 이용하여 로봇 파라미터의 보정치를 결정하는 계산순서를 설명한다.
로봇(1)의 제어장치(5) 내부의 제어연산에 사용하고 있는 로봇 파라미터가 실제 로봇(1)의 로봇 파라미터와 일치하면, (X1, Y1, Z1)와 (X2, Y2, Z2)는 같은 값을 나타내겠지만, 로봇 파라미터의 오차에 의해 원래 움직이지 않는 기준점(251)이 움직이기 때문에 차가 발생한다.
로봇(1)의 좌표계에 의한 기준점(251)의 편차 ΔX, ΔY, ΔZ는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
이제 로봇 파라미터에 오차가 없는 경우의 캘리브레이션 장치(2)가 도시하는 좌표치를 (X0, Y0, Z0)으로 가정하여, 1회째의 계측에 의한 좌표치(X1, Y1, Z1)와 (X0, Y0, Z0)의 차와 원점오차 벡터 ΔΘ의 사이에는 6축 로봇의 경우 일반적으로 다음 관계가 성립된다.
상기 식의 좌변 (3,6)행렬은 야코비안 행렬이라고 불리고, 로봇의 직교좌표 (x, y, z)와 링크간 각도 (θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6)의 미소변위 관계를 나타낸 것으로서, 여분의 자유도가 없는 일반 산업용 로봇에서는 일의적으로 도출할 수 있다. 이 행렬을 J1로 놓으면 상기 식은 다음과 같이 된다.
마찬가지로, 로봇(1)의 자세를 바꾸어 계측한 캘리브레이션 장치(2)의 좌표치(X2, Y2, Z2)에 관해서도 다음 식이 성립된다.
수학식 4에서 수학식 3을 빼면 다음 식을 얻을 수 있다.
따라서 원점오차 벡터 ΔΘ는 다음 식으로 얻어진다.
이렇게 하여 캘리브레이션 장치(2)로 측정된 좌표치로부터, 원점자세에서의 링크 각도의 보정량이 결정된다.
또한 로봇(1)의 자세에 따라서는 동일 기준점에 대한 계측만으로는 수학식 3, 수학식 4의 요소로 이루어진 각 방정식이 독립되지 않는 경우가 있지만, 그 경우에는 캘리브레이션 장치(2)의 동작범위에서 기준점(251)의 위치를 바꾸어 마찬가지의 다자세를 측정하여 독립적인 관계식을 도출할 수 있다.
이상의 계산을 연산수단(3)의 내부에서 행하여 원점오차 벡터 ΔΘ의 계산 결과를 신호선(6)을 통해 제어장치(5)로 보내고 로봇(1)의 원점자세에 있어서 링크간 각도를 보정하여 캘리브레이션을 완료한다.
또한 해의 신뢰성을 높이기 위해 동일 기준점에서의 자세를 다수 취하여 측정을 반복하거나 또는 기준점을 이동시켜 측정과 연산을 반복하여 복수의 해를 구하여 평균처리해도 상관없다.
다음에 본 발명의 캘리브레이션 장치에 의한 캘리브레이션 방법의 제2실시예를 설명한다.
(1) 로봇(1)을 캘리브레이션 장치(2)에 결합시켜 캘리브레이션 장치(2)의 좌표치를 계측한다(첫번째 계측).
(2) 기준점(251)이 움직이지 않도록 하고 로봇(1)의 자세를 바꾸는 명령을 내려 로봇을 움직이고 그 때의 캘리브레이션 장치(2)의 좌표치를 계측한다(두번째 계측).
(3) 첫번째 계측의 좌표치와 두번째 좌표치의 차만큼 기준점(251)을 움직이는 명령을 로봇(1)에 내려 움직이게 한다.
(4) 캘리브레이션 장치(2)의 좌표치를 계측하여, 그 측정치와 첫번째 측정치의 차만큼 기준점(251)을 움직이는 명령을 로봇(1)에 내려 움직이게 한다. 이 조작을 캘리브레이션 장치(2)의 측정치와 첫번째 측정치의 차가 소정 수준이 될 때까지 반복한다.
이상의 순서로, 동일한 기준점에 대하여 다른 자세를 취했을 때의 로봇의 각 축의 링크간 각도를 얻을 수 있다. 이 조작을, 복수의 기준점의 복수의 자세에 대해 실시하여 링크간 각도의 데이터를 모아 일본특개평 6-274213호 공보에 도시한 방법으로 보정량을 산출한다.
다음에 본 발명의 캘리브레이션 장치에 의한 캘리브레이션 방법의 제3실시예를 설명한다. 이 제3실시예에 있어서는, 요동축(B)에서 회전축(R), 수평축(U), 수평축(L) 순서대로 로봇의 각 축을 하나씩 개별적으로 캘리브레이션하는 방법을 나타낸다. 회전축(T) 및 수직축(S)는 원점을 임의로 결정할 수 있기 때문에 설명을 생략한다.
도 5는 요동축(B)의 캘리브레이션 방법을 도시한 설명도이다. 여기서 회전축(T)이 회전축(R)과 평행해지는 요동축(B)의 각도를 요동축(B)의 원점으로 하고, 손목부(15)를 요동축(B)주위에 상기 원점으로부터 90°만큼 회전시킨 자세를 시작자세로 하여 손목 선단부(16)를 지그(26)를 통해 캘리브레이션 장치(미도시)에 연결한다. 다음으로 로봇(1)에, 기준점(251)을 움직이지 않고 상부 아암의 회전부(14b)를 회전축(R)주위로 180°만큼 회전시켜 손목부(15)를 요동축(B)주위로 반대로 90°까지, 요컨대 시작자세에서의 명령이 ＋90°이면 -90°까지 회전하도록 명령하여 종료자세를 취하게 한다. 이 때, 시작자세에 있어서 기준점(251)과 종료자세에 있어서 기준점(251')의 차, 요컨대 기준점(251)의 변위는 요동축(B)의 원점이 옳으면 0일 것이다. 또한 상부 아암부의 회전부(14b)의 회전축(R)주위의 회전은 시작자세를 기준으로 180°회전이므로 회전축(R)의 원점의 위치는 기준점(251)의 변위와는 관계없다. 캘리브레이션 장치(2)에서 얻어진 기준점(251)의 X축 방향의 변위 ΔX와 요동축(B)의 원점오차ΔB의 관계는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
따라서 ΔB는 다음 식으로부터 얻을 수 있다.
여기서 lB는 요동축(B)에서 기준점(251)까지의 거리이며 사전에 계측된 알고 있는 값이다.
도 6a 및 도 6b는 회전축(R)의 캘리브레이션 방법을 도시한 설명도로서, 도 6a는 평면도이고 도6b는 정면도이다. 여기서 요동축(B)이 수평이 되는 회전축(R)의 각도를 회전축(R)의 원점으로 하며, 상부 아암의 회전부(14b)를 R축 주위로 90˚만큼 회전시키고 손목부(15)를 B축 주위로 소정 각도 회전시켜 지그(26)를 Y축에 평행하게 한 자세를 시작자세로 하고, 손목 선단부(16)를 지그(26)를 통해 캘리브레이션 장치(미도시)에 연결한다. 다음으로 로봇(1)에, 기준점(251)을 움직이지 않고 선회 헤드(미도시)를 선회시키고, 수평축(L), 수평축(U)은 그대로 움직이지 않고 상부 아암의 회전부(14b)를 회전축(R)주위에 반대로 90°까지, 요컨대 시작자세에서의 명령이 ＋90°이면, -90°까지 회전하도록 명령하여 종료자세를 취하게 한다. 상기 종료자세는 상기 시작자세에 대해 로봇좌표의 XZ평면을 기준으로 하는 거울상의 관계가 된다. 이 때 시작자세에 있어서 기준점(251)과 종료자세에 있어서 기준점(251')의 차, 요컨대 기준점(251)의 변위는 회전축(R)의 원점이 옳으면 0일 것이다. 캘리브레이션 장치(2)에서 얻어진 기준점(251)의 Z축 방향의 변위 ΔZ와, 회전축(R)의 원점오차 ΔR의 관계는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
따라서 ΔB는 다음 식으로부터 얻을 수 있다.
여기서 수직축(S)의 원점의 위치는 기준점(251)의 변위와는 관계없다.
도 7은 수평축(U)의 캘리브레이션 방법을 도시한 설명도이다. 여기서 회전축(R)이 수평이 되는 수평축(U)의 각도를 수평축(U)의 원점으로 하며, 상부 아암의 고정부(14a)를 수평축(U)주위로 상기 원점으로부터 θU만큼 회전시키고, 손목부(15)를 B축 주위로 θB만큼 회전시킨 자세를 시작자세로 하여 손목 선단부(16)를 지그(26)를 통해 캘리브레이션 장치(미도시)에 연결한다. 다음으로 로봇(1)에, 상부 아암의 고정부(14a)를 수평축(U)주위로 상기 원점으로부터 -θU만큼 회전시키고 상부 아암의 회전부(14b)를 회전축(R)주위로 180°만큼 회전시키며 수직축(S), 수평축(L), 요동축(B)은 그대로 움직이지 않게 명령하여 종료자세를 취하게 한다. 상기 종료자세인, 상부 아암의 고정부(14)에서 선단측 부분의 자세는 수평축(U)을 포함한 수평면을 기준으로 상기 시작자세와 거울상의 관계가 되므로 시작자세에 있어서 기준점(251)과 종료자세에 있어서 기준점(251')의 차, 요컨대 기준점(251) 변위의 X축 방향의 성분은 수평축(U)의 원점이 옳으면 0일 것이다. 캘리브레이션 장치(2)에서 얻어진 기준점(251)의 X축 방향의 변위 ΔX와, 수평축(U)의 원점오차 ΔU의 관계는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
따라서 ΔU는 다음 식으로부터 얻을 수 있다.
단, lU는 수평축(U)에서 요동축(B)까지의 거리로서 사전에 계측된 알고 있는 값이고, 이다.
도 8은 수평축(L)의 캘리브레이션 방법을 도시한 설명도이다. 여기서 하부 아암(13)이 수직이 되는 수평축(L)의 각도를 수평축(L)의 원점으로 하며, 하부 아암(13)을 수평축(L)주위로 상기 원점으로부터 θL만큼 회전시키고 손목부(15)를 B축 주위로 θB만큼 회전시킨 자세를 시작자세로 하고, 손목 선단부(16)를 지그(26)를 통해 캘리브레이션 장치(미도시)에 연결한다. 다음으로 로봇(1)에게, 하부 아암(13)을 수평축(L)주위로 상기 원점으로부터 -θL만큼 회전시키고 손목부(15)를 B축 주위로 시계방향으로 회전시켜 시작자세에 대하여 손목부(15)가 좌우대칭인 자세를 취하도록 한다. 수직축(S), 수평축(U), 회전축(R), 회전축(T)은 그대로 움직이지 않도록 명령하여 종료자세를 취하게 한다. 하부 아암(13)은 수직자세에 대하여 전후로 같은 각도만큼 기울어지기 때문에 시작자세에 있어서 기준점(251)과 종료자세에 있어서 기준점(251')의 차인 Z축 방향의 성분, 즉 기준점(251)의 Z축 방향의 변위는 수평축(L)의 원점이 옳으면 0일 것이다. 캘리브레이션 장치(2)에서 얻어진 기준점(251)의 Z축 방향의 변위 ΔZ와 수평축(L)의 원점오차 ΔL의 관계는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
따라서 ΔL은 다음 식으로부터 얻을 수 있다.
단, lL은 수평축(L)에서 수평축(U)까지의 거리로서 사전에 계측된 알고 있는 값이다.
어느 축에 대해 상기 캘리브레이션을 행하고 그 결과에 따라 상기 축의 원점을 수정하여 다시 캘리브레이션을 한다. 이것을 원점의 오차가 소정 수준보다 작아질 때까지 반복하면 캘리브레이션의 정밀도는 더욱 향상된다.
또한 연산수단에 이 캘리브레이션의 순서를, 로봇(1)의 동작 프로그램의 선택 기능을 포함하여 프로그래밍하면 로봇(1)과 캘리브레이션 장치(2)의 결합, 분리 이외의 작업을 무인화, 자동화할 수 있다는 것은 말할 나위도 없다. 이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 캘리브레이션 장치의 측정 대상이 3자유도뿐이기 때문에 캘리브레이션 장치의 구조가 비교적 간단하고 가격이 저렴하다.
(2) 로봇과 캘리브레이션 장치간의 위치관계를 계측할 필요가 없기 때문에 캘리브레이션 장치의 설치가 용이하다.
(3) 로봇과 캘리브레이션 장치의 결합 및 해제 이외의 작업을 자동화하는 것이 용이하다.
(4) 캘리브레이션 조작에 있어서, 로봇이 동작하는 범위가 작기 때문에 캘리브레이션 장치의 동작스트로크가 작아도 된다. 따라서 캘리브레이션 장치는 콤팩트하고 휴대성이 우수하다. 따라서 예컨대, 가동중의 로봇이 작업 중에 원점이 어긋난 경우에도, 캘리브레이션 장치를 현장에 반입하여 로봇을 현장에 설치한 채로 캘리브레이션을 실행할 수 있다.
본 발명은, 다관절 로봇의 캘리브레이션 장치 및 방법에 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 고정대와, 상기 고정대에 직선상으로 슬라이딩 가능하게 설치한 제1슬라이딩대와, 상기 고정대에 대한 상기 제1슬라이딩대의 이동량을 계측하는 제1변위검출수단과, 상기 제1슬라이딩대에 제1슬라이딩대의 슬라이딩 방향에 직교하는 직선상으로 슬라이딩 가능하게 설치한 제2슬라이딩대와, 상기 제1슬라이딩대에 대한 상기 제2슬라이딩대의 이동량을 계측하는 제2변위검출수단과, 상기 제2슬라이딩대에 제1 및 제2슬라이딩대의 슬라이딩 방향에 직교하는 직선상으로 슬라이딩 가능하게 설치한 제3슬라이딩대와, 상기 제2슬라이딩대에 대한 상기 제3슬라이딩대의 이동량을 계측하는 제3변위검출수단과, 한쪽 단을 상기 제3슬라이딩대에 고정시키고 타단을 로봇의 손목부 선단에 고정시킨 유니버설 조인트로서, 상기 한쪽 단에는 원뿔대 모양의 오목부와 상기 오목부의 저부에 조립한 자석을 구비하고 상기 타단에는 상기 오목부와 착탈 가능하게 끼워맞추는 구부를 구비한 유니버설 조인트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇의 캘리브레이션 장치.
  2. 로봇의 손목부 선단을 제1항에 기재된 로봇의 캘리브레이션 장치의 상기 유니버설 조인트에 결합시키고, 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치를 일정하게 유지한 채로 캘리브레이션의 대상축 이외의 축을 움직이지 않게 하거나 캘리브레이션의 대상축 이외의 축을 당초의 각도에 대하여 축대칭이 되는 위치까지 움직이도록 하여, 상기 로봇의 자세만을 변화시키는 명령을 상기 로봇에게 내려 동작시키고, 로봇 파라미터의 오차에 의해 발생하는 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치의 이동량을 계측하고 이 이동량을 비교연산하여 로봇 파라미터를 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 캘리브레이션방법.
  3. 삭제
  4. 로봇의 손목부 선단을 제1항에 기재된 로봇의 캘리브레이션 장치의 상기 유니버설 조인트에 결합시키고, 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치를 일정하게 유지한 채, 상기 로봇의 당초 자세에 대해 거울상의 관계가 되는 자세를 상기 로봇에게 취하게 하는 명령을 상기 로봇에게 내려 동작시키고, 로봇 파라미터의 오차에 의해 발생하는 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치의 이동량을 계측하고, 이 이동량을 비교연산하여 로봇 파라미터를 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 캘리브레이션 방법.
  5. 로봇의 손목부 선단을 제1항에 기재된 로봇의 캘리브레이션 장치의 상기 유니버설 조인트에 결합시키고, 캘리브레이션의 대상축을 당초 위치에서 상기 대상축을 포함하는 평면에 대해 대칭이 되는 위치까지 회전시키고, 그 이외의 축을 움직이지 않게 하는 명령을 상기 로봇에게 내려 동작시키고, 로봇 파라미터의 오차에 의해 발생하는 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치의 이동량을 상기 평면에 투영한 벡터의 상기 대상축에 직교하는 성분을 계측하고, 상기 성분을 비교연산하여 로봇 파라미터를 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 캘리브레이션 방법.
  6. 로봇의 손목부 선단을 제1항에 기재된 로봇의 캘리브레이션 장치의 상기 유니버설 조인트에 결합시키고, 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치를 일정하게 유지한 채로 상기 로봇의 자세만을 변화시키는 명령을 상기 로봇에게 내려 동작시키고, 로봇 파라미터의 오차에 의해 발생하는 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치의 이동량을 계측하여 이 이동량으로 상기 로봇의 위치명령을 수정하여 다시 상기 로봇를 동작시키고, 상기 유니버설 조인트의 회동축의 중심점 위치의 이동량이 충분히 작아질 때까지 이 이동량의 계측과 위치명령의 수정을 반복하고, 상기 이동량이 충분히 작아졌을 때의 로봇의 각 관절의 각도 명령값과 최초의 각도 명령값을 비교 연산하여 로봇 파라미터를 보정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 캘리브레이션 방법.
  7. 로봇의 손목부 선단을 제1항에 기재된 로봇의 캘리브레이션 장치의 상기 유니버설 조인트에 결합시키고, 상기 캘리브레이션 장치와 연산수단을 신호선으로 결합시키고, 상기 연산수단을 상기 로봇의 제어장치에 신호선으로 결합시키고, 상기 연산수단에 탑재된 프로그램에 따라 상기 로봇의 캘리브레이션을, 상기 로봇의 선단 위치의 오차가 소정값보다 작아질 때까지 자동적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 로봇의 캘리브레이션 방법.
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