KR100644169B1 - 로봇의 기구학 파라메터 추정 장치 및 방법 - Google Patents

로봇의 기구학 파라메터 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 로봇의 기구학적 파라메터 측정하는 장치는, 로봇의 직교 좌표계와 일치한 직교 좌표계를 갖는 판넬과, 로봇의 말단부에 장착되어 로봇의 Z축 좌표값을 측정하는 측정 수단과, 로봇의 위치에 대응되는 판넬에서 판독된 직교 좌표값 및 Z축값을 제공받아 위치간 제 1 상대 위치값을 산출하는 제 1 계산부와, 제어 신호를 초기화된 추정 기구학 파라메터에 적용하여 위치간 제 2 상대 위치값을 산출하는 제 2 계산부와, 제 1, 2 상대 위치값의 차를 이용하여 상대 위치 오차값을 산출하는 에러값 산출부와, 상대 위치 오차값과 기 설정된 기준값간의 비교에 의거하여 추정 기구학 파라메터를 산출한 후 제 2 계산부에 제공하여 제 2 상대 위치값을 업 데이트시키거나 제 2 상대 위치값을 산출하기 위해 사용된 추정 기구학 파라메터를 최종 추정 파라메터로 설정하는 마이컴을 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 로봇의 기준 좌표를 기준으로 한 절대 위치 측정이 아닌 측정 판넬에 대하여 로봇의 두점을 교시한 후 두점 사이의 상대적인 위치 오차만을 사용하여 추정 파라메터를 측정하기 때문에 복잡한 좌표계의 서술이나 좌표 변화등이 필요하지 않아 측정하기가 매우 쉽고 기구학 파라메터의 추정 또한 간단하게 수행할 수 있다.

Description

로봇의 기구학 파라메터 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING KINEMATIC PARAMETER IN A ROBOT}
도 1은 본 발명에 따른 로봇의 기구학적인 파라메터를 추정하기 위한 장치를 도시한 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 로봇의 기구학적인 파라메터 추정 장치에서 단말기의 내부 구조를 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명에서 이용되는 제 1 상대 위치값을 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 로봇의 기구학적인 파라메터 추정 장치의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 측정 판넬 200 : 로봇
200a : 말단부 300 : 측정 센서
400: 로봇 제어부 500 : 단말기
본 발명은 로봇의 기구학 파라메터 측정에 관한 것으로, 특히 로봇의 상대 위치를 이용하여 로봇의 기구학 파라메터를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
로봇은 기존의 단순 반복 작업에서 보다 정밀하고 복잡한 작업에 점차 많이 응용되고 있다. 로봇의 온라인 프로그래밍(On-Line Programming)이 실제 작업 대상물과 실제 로봇을 이용하여 교시(Teaching by doing)함으로써 프로그램을 수행하는 반면, 오프라인 프로그래밍(Off-Line Programming) 방법은 컴퓨터 상에 모델링된 작업 대상물과 로봇을 이용하여 효율적 프로그램을 수행하는 것이다.
온라인 프로그래밍 방법은 일반적으로 시간과 노력이 매우 많이 들뿐만 아니라 다른 로봇이나 작업 대상물과의 충돌, 최적 경로 해석 불가 등으로 비효율적 로봇 프로그램이 되기 쉬운 반면에, 오프라인 프로그래밍 방법에서는 정밀하게 모델링된 로봇 시스템과 작업 대상물의 정확한 형상 정보만 있으면 다수의 로봇을 위한 작업 프로그램들을 효율적으로 작성할 수 있을 뿐만 아니라 각종 해석을 수행할 수 있기 때문에 작업 시 로봇의 오동작 및 충돌 등을 사전에 예방할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이러한 장점이 실제 상황에서 적용되려면 로봇 시스템 및 작업 대상물에 대한 정확한 모델 파라메터 및 형상 정보가 필요하게 된다.
이와 같이, 로봇 시스템 및 작업 대상물에 대한 정확한 수학적 모델 파라메터의 값을 알아내는 일련의 과정이 켈리브레이션이며, 이들 모델 파라메터 값들은 오프라인 프로그램밍을 위한 컴퓨터 상의 로봇 및 작업 대상물 시스템 모델, 기구학적 관계를 구축하는데 이용되어진다. 즉 오프라인 프로그래밍 응용에서의 로봇 절대 위치 정밀도 향상을 위한 제반 과정이 켈리브레이션이라 할 수 있다.
켈리브레이션은 다음과 같은 과정으로 이루어져 있다. 첫 번째로는 켈리브레이션을 위한 로봇 기구 모델링 및 모델 파라메터의 오차가 로봇 절대 위치 오차에 미치는 영향을 나타내는 오차 전파 모델을 세우는 것이고, 두 번째로는 로봇의 여러 위치에서 로봇 손끝 위치를 측정하며, 세 번째로는 적절한 추정 알고리즘에 상기 측정값들을 적용하여 정확한 모델 파라메터를 추정하는 것이다.
이와 같이 로봇의 기구학 모델 파라메터를 추정하는 종래 방법은 CCD 스테레오 비젼을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법, 기계적인 연계성을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법 및 3축 가동부를 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법이 있다.
먼저, CCD 스테레오 비젼을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 로봇의 기구학적 모델로 D-H(Denavit-Hartenberg) 모델을 사용하고 로봇의 각각의 관절을 독립적으로 움직이면서 두 대의 CCD 카메라를 사용하는 스테레오 비젼을 통하여 로봇의 기구학 파라메터를 추출한다.
그러나, 이와 같은 CCD 스테레오 비젼을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 D-H 모델을 적용하기 때문에 컨시큐티브(Consecutive) 타입 로봇에서는 잔류 오차가 발생되는 문제점이 있고, 각 파라메터를 독립적으로 추정하기 때문에 소요시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한 CCD 스테레오 비젼을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 CCD 스테레오 비젼을 이용하기 때문에 현장 적용성이 떨어지는 문제점이 있다. 즉 CCD 스테레오 비젼을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 CCD 스테레오 비젼을 설치 및 이용할 수 있는 충분한 공간이 필요하기 때문에 협소한 공간에서 적용 불가능한 문제점이 있다.
두 번째 방법인 기계적인 연계성을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 D-H 모델을 적용하며, 로봇의 첨단부의 한 점을 고정 지면상의 한 점과 일정 길이를 갖는 연결봉을 사용하여 회전 가능하게 연결시켜 구동기 길이의 역기구학을 통해 계산된 값과 측정된 값의 차이를 오차로 정의하거나 순기구학적 해석을 통해 일정길이를 갖는 연결봉의 길이를 계산하고 계산된 길이들 사이를 오차로 정의하여 켈리브레이션을 수행한다.
그러나, 이와 같은 기계적인 연계성을 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 D-H 모델을 기반으로 하기 때문에 컨시큐티브(Consecutive) 타입 로봇에서는 잔류 오차가 발생되는 문제점이 있고, 위치 측정 장비가 기계적인 연결에 의존, 즉 접촉식 방식이기 때문에 마찰 발생에 의한 오차가 발생되는 문제점이 있다.
세 번째로 3축 가동부를 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 D-H 모델을 적용하며, 직교 3축 방향의 이동 자유도를 갖는 가동부 및 변위 검출기를 통해여 로봇의 끝단부 위치를 측정하여 로봇의 기구학적인 파라메터를 추정한다.
그러나, 이와 같은 3축 가동부를 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 D-H 모델을 이용하기 때문에 컨시큐티브(Consecutive) 타입 로봇에서는 잔류 오차가 발생되는 문제점이 있고, 각 파라메터를 독립적으로 추정하기 때문에 파라메터 추정 시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한, 이와 같은 3축 가동부를 이용한 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법은 3축 가동부를 이용하여 파라메터를 추정하기 때문에 현장 적용성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로봇의 툴 끝단에 부착된 측정 센서와 기준 판넬을 이용하여 로봇의 상대 위치를 측정하고, 측정된 상대 위치를 이용하여 로봇의 기구학 파라메터를 추정함으로써, 협소한 공간에서도 캘리브레이션을 쉽고 빠르게 수행할 수 있는 로봇의 기구학 파라메터 추정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 로봇을 이동시키기 위한 제어신호에 의거하여 어느 한 위치에서 다른 위치로 이동되는 로봇의 기구학적 파라메터 측정하는 장치로서, 상기 로봇의 직교 좌표계와 일치한 직교 좌표계를 갖는 판넬과, 상기 로봇의 말단부에 장착되어 상기 로봇의 Z축 좌표값을 측정하는 측정 수단과, 상기 로봇의 위치에 대응되는 상기 판넬에서 판독된 직교 좌표값 및 Z축값을 제공받아 상기 위치간 제 1 상대 위치값을 산출하는 제 1 계산부와, 상기 제어 신호를 초기화된 추정 기구학 파라메터에 적용하여 상기 위치간 제 2 상대 위치값을 산출하는 제 2 계산부와, 상기 제 1, 2 상대 위치값의 차를 이용하여 상대 위치 오차값을 산출하는 에러값 산출부와, 상기 상대 위치 오차값과 기 설정된 기준값간의 비교에 의거하여 추정 기구학 파라메터를 산출한 후 상기 제 2 계산부에 제공하여 상기 제 2 상대 위치값을 업 데이트시키거나 상기 제 2 상대 위치값을 산출하기 위해 사용된 추정 기구학 파라메터를 최종 추정 파라메터로 설정하는 마이컴을 포 함한다.
또한, 본 발명은, 로봇의 기구학적 파라메터 측정하는 방법으로서, 상기 로봇을 서로 다른 지점으로 이동시키기 위한 제어 신호를 발생시키는 단계와, 상기 제어 신호에 의거하여 상기 로봇의 직교 좌표계값과 Z축 좌표값을 측정하는 단계와, 상기 측정된 직교 좌표값 및 Z축값을 제공받아 제 1 상대 위치값을 산출하는 단계와, 상기 제어 신호를 초기화된 추정 기구학 파라메터에 적용하여 제 2 상대 위치값을 산출하는 단계와, 상기 제 1, 2 상대 위치값의 차를 이용하여 상대 위치 오차값을 산출하는 단계와, 상기 상대 위치 오차값과 기 설정된 기준값간을 비교하는 단계와, 상기 비교 결과에 의거하여 추정 기구학 파라메터를 재산출하여 상기 제 2 상대 위치값을 업 데이트시키거나 상기 제 2 상대 위치값을 산출하기 위해 사용된 추정 기구학 파라메터를 최종 추정 파라메터로 설정하는 단계를 포함한다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇의 기구학적인 파라메터를 추정하기 위한 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 로봇의 기구학적인 파라메터 추정 장치에서 단말기의 내부 구조를 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명에서 이용되는 제 1 상대 위치값을 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇의 기구학적인 파라메터를 추정하기 위한 상대 위치 측정 장치는 로봇(200)의 직교 좌표값을 파악하기 위하여 적당한 단위 눈금을 갖는 격자가 형성되어 있는 측정 판넬(100), 로봇(200)의 말단부(200a)에 부착되어 측정 판넬(100)에 레이저 빔을 조사하는 측정 센서(300), 로봇 제어부(400)를 제어하여 로봇(200)의 움직임을 제어하는 단말기(500)를 포함한다. 여기서, 측정 판넬(100)은 로봇(200)의 직교 좌표계와 일치한 직교 좌표계를 갖도록 하여야 하는데, 그 방법의 일 예로서 측정 판넬(100)의 격자 구분성을 로봇(200)의 X,Y 방향이 되도록 로봇(200)을 움직이면서 측정 판넬(100)을 조정한다.
또한 로봇(200)의 기구학적인 파라메터를 추종하기 위하여 로봇 말단부(200a)의 상대 위치를 측정하는 방법으로서, 본 발명에서는 로봇 말단부(200a)에 레이저 거리 측정 센서(300)를 부착하여 측정 판넬(100)에 레이저빔을 조사하며, 이때 측정 센서(300)에서 독출된 값은 로봇 말단부(200a)와 측정 판넬(100) 사이의 거리이기 때문에 로봇 말단부(200a)의 Z 좌표가 되고, 측정 판넬(100)에 격자가 생성되어 있기 때문에 레이저 빔 조사 지점의 X,Y좌표도 쉽게 얻을 수 있다. 측정 판넬(100)의 격자 판독은 CCD 촬영 소자를 이용할 수 있다.
단말기(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 발생부(510), 제 1 계산부(520), 제 2 계산부(530), 에러값 산출부(540), 마이컴(550), 저장부(560) 및 키 입력부(570)를 포함한다.
키 입력부(570)는 로봇(200)에 따른 관절 자유도 개수(N)를 입력하기 위한 수단으로, 사용자가 키 입력부(570)를 조작하여 관절 자유도 개수(N)를 입력함에 따라 이에 대응되는 신호를 마이컴(560)에 제공한다. 마이컴(560)은 관절 자유도 개수(N)를 입력받아 이를 아래의 수학식1에 적용하여 로봇(200)의 위치 측정 횟수 를 산출하고, 산출된 측정 횟수에 의거하여 신호 발생부(510)를 제어한다.
K ≥ N × 5/3
위의 수학식1에서 5는 하나의 관절에 포함되는 파라메터 개수이며, 3으로 나누는 것은 위치 요소가 3방향(X, Y, Z)으로 되어 있기 때문이다. 예를 들어, 6 자유도(N=6)를 갖는 로봇에 대해서 로봇 측정 횟수는 K가 10이상이 되기 때문에 최소한 10회 이상의 위치 측정이 필요하다. 즉, 마이컴(560)은 신호 발생부(510)를 두개의 신호를 한쌍으로 하여 최소 10쌍의 신호를 발생되도록 제어하며, 이때 신호 발생부(510)에서 발생되는 한쌍의 신호는 서로 다른 값을 갖는다.
신호 발생부(510)는 이와 같이 마이컴(560)의 제어하에 신호를 발생하여 제 2 계산부(530)와 로봇 제어부(400)에 제공하며, 이때 신호는 관절의 회전값인 θ이다.
로봇 제어부(400)는 신호 발생부(510)에서 제공된 신호에 의거하여 로봇(200)의 관절을 움직여 어느 한 위치에서 다른 위치로 이동시킨다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 로봇 제어부(400)는 신호, 즉 관절의 회전값(θ)에 의거하여 로봇(200)의 관절을 회전시켜 제 1 위치(P1)에서 제 2 위치(P2)로 로봇(200)을 이동시킨다.
제 1 위치(P1)에서 로봇(200)의 말단부(200a)에 설치된 측정 센서(300)는 판넬(100)에 레이저 광을 조사하며, 이때 측정 센서(300)에서 독출된 값, 즉 Z축값을 판독하고, 측정 판넬(100)에 격자가 생성되어 있기 때문에 레이저 빔 조사 지점을 CCD 촬영 소자로 판독함으로써 제 1 위치(P1)에 대응되는 XY축 좌표값(X,Y)을 얻을 수 있으며, 이러한 제 1 위치(P1)에 대응되는 XYZ좌표값은 제 1 계산부(520)에 제공된다. 이와 같은 방식으로 제 2 위치(P2)에 해당되는 좌표값을 생성하여 제 1 계산부(520)에 제공한다.
제 1 계산부(520)는 제 1, 2 위치의 좌표값을 토대로 제 1 위치값(
Figure 112004038186587-pat00001
)와 제 2 위치값(
Figure 112004038186587-pat00002
)을 계산하여 제 1, 2 위치값(
Figure 112004038186587-pat00003
)간의 차인 제 1 상대 위치값을 산출하며, 서로 다른 K쌍의 신호를 입력시켜 이와 같은 과정을 반복하여 K개 제 1 상대 위치값을 산출한 후 K 개의 제 1 상대 위치값에 대한 평균값을 산출한다. 산출된 제 1 상대 위치값의 평균값은 에러값 산출부(540)에 제공한다.
제 2 계산부(530)는 아래의 수학식 2와 같이 수정된 기구학 D-H 모델이 저장되어 있으며, 신호 발생부(510)에서 제공되는 신호, 즉 관절의 회전값을 아래의 수학식 2의 ②에 적용하여 각 신호에 대응하여 각각의 위치값(
Figure 112004038186587-pat00004
)을 산출한 후 이를 이용하여 제 2 상대 위치값을 산출하여 에러값 산출부(540)에 제공한다.
Figure 112004038186587-pat00005
여기서,
Figure 112006038944389-pat00006
이고, θ는 신호 발생부(510)에서 발생된 관절의 회전값이고, d, a, α, β는 수정된 기구학 D-H 모델의 파라메터 요소들이다.
여기서, A는 로봇에서 두 관절간에 회전/병진 행렬이고, B는 수학식2-③의 “linear approximation"에 정의되어 있는 값이고, T는 N 개의 관절간 회전/병진 행렬이고, C는 cosine이며, S는 sine이고, θ는 관절의 회전값을 의미하며,αi는 Xi를 중심으로 Zi를 Zi+1 방향으로 회전시킨 값이고, βi는 two consecutive coordinate frame의 Y축 회전 값이고, di는 Zi를 따라서 Xi-1을 Xi 방향으로 이동시킨 값이고, ai는 Xi를 따라서 Zi를 Zi 방향으로 이동시킨 값이다.
제 1, 2 계산부(520, 530)에서 계산된 위치값들(
Figure 112006038944389-pat00007
)의 관계는 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있다. 이때,
Figure 112006038944389-pat00008
는 각 위치에 대한 오차값이다.
삭제
Figure 112004038186587-pat00009
에러값 산출부(540)는 위의 수학식 3을 아래와 같은 수학식4로 전개하여 상 대 위치 오차값을 산출한다.
Figure 112004038186587-pat00010
이때,
Figure 112004038186587-pat00011
는 상대 위치 오차값이고,
Figure 112004038186587-pat00012
는 제 1 계산부(520)에서 계산된 제 1 상대 위치값이고,
Figure 112004038186587-pat00013
는 제 2 계산부(530)에서 계산된 제 2 상대 위치값이다.
여기서,
Figure 112004038186587-pat00014
는 각 아래의 수학식 5에 의해서 표현된다.
Figure 112004038186587-pat00015
여기서,
Figure 112006038944389-pat00016
는 첫 번째 위치값이고,
Figure 112006038944389-pat00017
는 두 번째 위치값이고, M은 "Mr= Ti-1 × Bri × iTN(r= θ, d, a, α, β)"에 의해서 정의된다.
에러값 산출부(540)는 산출된 상대 위치 오차값(
Figure 112004038186587-pat00018
)을 마이컴(550)에 제공한다. 마이컴(550)은 에러값 산출부(540)에서 제공된 상대 위치 오차값(
Figure 112004038186587-pat00019
)과 기 설정된 기준값을 비교하고, 비교 결과 상대 위치 오차값(
Figure 112004038186587-pat00020
)이 기 설정된 기준값 보다 작은 경우에 기 설정된 추정 기구학 파라메터를 저장부 (560)에 저장시키고, 그렇지 않은 경우 아래의 수학식 6과 같은 리그레션 모델(regression model)과 수학식 7과 같은 최소 자승법을 이용하여 추정 기구학 파라메터를 상기 수학식 2에 적용하여 새로운 제 2 상대 위치값을 산출한다.
Figure 112006038944389-pat00034
Figure 112006038944389-pat00035
이때, 수학식 6, 7의 Y, Φ,
Figure 112004038186587-pat00023
는 아래의 수학식 8로 표현된다.
Figure 112004038186587-pat00024
추정된 기구학 파라메터 값(
Figure 112004038186587-pat00025
)은 아래의 수학식 9로 표현된다.
Figure 112004038186587-pat00026
상기의 추정된 기구학 파라메터 값(
Figure 112004038186587-pat00027
)은 상대 위치 오차값이 기 설정된 기준값보다 큰 경우에 마이컴(550)은 추정된 기구학 파라메터 값(
Figure 112004038186587-pat00028
)을 제 2 계산부(530)에 제공하며, 이에 따라 제 2 계산부(530)는 추정된 기구학 파라메터 값 (
Figure 112004038186587-pat00029
)을 수학식 2에 적용시켜 새로운 제 2 상대 위치값을 산출한다.
상기와 같은 구성을 갖는 로봇의 기구학적 파라메터 추정 장치의 동작 과정은 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 로봇의 기구학적 파라메터 추정 장치의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 마이컴(550)은 로봇(200)의 타입을 입력받아 수정된 D-H 모델을 구한 후 키 입력부(570)로부터 기구학적 파라메터를 설정할 로봇(200)의 관절 자유도 개수를 입력받아 로봇(200)의 위치 측정 회수(K)를 결정한다(S400, S402).
그런 후, 마이컴(550)은 제 2 계산부(530)에 설정된 추정 파라메터 값(d, a, α, β)을 모두 초기화시키고(S404), 신호 발생부(510)를 제어하여 위치 측정 회수(K)에 맞는 신호쌍들을 생성시킨다(S406). 이때 신호 발생부(510)는 위치 측정 회수(K)에 맞는 신호쌍 중 어느 하나를 시작으로 순차적으로 제 2 계산부(530) 및 로봇 제어부(400)에 출력한다.
첫 번째 신호쌍에 응답한 로봇 제어부(400)는 신호쌍에 의거하여 로봇(200)의 관절을 움직여 로봇(200)을 제 1 위치(P1)에서 제 2 위치(P2)로 이동시키고, 이에 따라 제 1 계산부(520)는 측정 센서(300)와 측정 판넬(100)로부터 제 1, 2 위치(P1, P2)에 대응되는 좌표값을 전송받은 후 이들간의 차이값, 즉 제 1 상대 위치값을 산출하여 에러값 산출부(540)에 제공한다(S408). 이와 더불어 신호 발생부(510)에서 발생된 신호쌍은 제 2 계산부(530)에 입력되고, 제 2 계산부(530)는 상 기 수학식 2의 ②에 신호쌍, 즉 두개의 관절값(θ)과 초기화된 추정 파라메터를 적용하여 제 2 상대 위치값을 산출하여 에러값 산출부(540)에 제공한다(S410).
에러값 산출부(540)는 제 1, 2 계산부(520, 530)에서 제공된 제 1, 2 상대 위치값을 이용하여 상대 위치 오차값을 산출한다(S412).
이때 마이컴(550)은 제 1 상대 위치값이 에러값 산출부(540)에 제공되는 회수를 카운트한다. 즉, 마이컴(550)은 제 1 상대 위치값이 에러값 산출부(540)에 제공되는 회수가 K를 넘어가는지를 판단한다(S414).
단계 S414의 판단 결과, 제 1, 2 상대 위치값이 에러값 산출부(540)에 제공되는 회수가 K를 넘어가지 않은 경우 마이컴(550)은 단계 S406으로 돌아가 신호 발생부(510)를 제어하여 계속해서 다른 신호쌍을 발생시키고, 그렇지 않을 경우 마이컴(550)은 에러값 산출부(540)를 제어하여 K개의 제 1, 2 상대 위치값에 따른 상대 위치 오차값에 대한 평균값을 산출한 후 상대 위치 오차값에 대한 평균값을 제공받는다(S416).
마이컴(550)은 상대 위치 오차값에 대한 평균값과 기 설정된 기준값을 비교한다(S418).
단계 S418의 비교 결과, 상대 위치 오차값에 대한 평균값이 기 설정된 기준값을 초과하지 않은 경우 마이컴(550)은 제 2 계산부(530)에서 제 2 상대 위치값을 산출하기 위한 추정 파라메터, 즉 초기화된 추정 파라메터를 최종 기구학적 파라메터로 하여 저장부(560)에 저장시킨다(S422).
단계 S418의 비교 결과, 상대 위치 오차값에 대한 평균값이 기 설정된 기준 값을 초과한 경우 마이컴(550)은 수학식 5, 6, 7, 8 및 9를 이용하여 추정 기구학 파라메터를 생성(S420)한 후 이를 제 2 계산부(530)에 제공하며, 제 2 계산부(530)는 제 2 상대 위치값을 다시 산출하여 에러값 산출부(540)에 제공한다. 이에 따라 에러값 산출부(540)는 제 2 계산부(530)에서 제공된 제 2 상대 위치값을 토대로 상대 위치 오차값을 다시 산출하여 마이컴(550)에 제공한다.
단계 S418과 같이 마이컴(550)은 상대 위치 오차값과 기 설정된 기준값을 비교한 후, 비교 결과에 의거하여 재설정된 추정 기구학 파라메터를 최종 기구학적 파라메터로하여 저장부(560)에 저장시키거나 다른 추정 기구학 파라메터를 재생성하여 제 2 계산부(530)에 제공한다.
마이컴(550)은 상대 위치 오차값이 로봇(200) 사양의 오차 범위, 즉 기 설정된 기준값 범위 내에 존재할 때까지 이와 같은 과정을 반복적으로 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 로봇의 기준 좌표를 기준으로 한 절대 위치 측정이 아닌 측정 판넬에 대하여 로봇의 두 점을 교시한 후 두 점 사이의 상대적인 위치 오차만을 사용하여 추정 파라메터를 측정하기 때문에 복잡한 좌표계의 서술이나 좌표 변화등이 필요하지 않아 측정하기가 매우 쉽고 기구학 파라메터의 추정 또한 간단하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 각축의 파라메터를 각각 개별적으로 추정하는 방법과 달리 상대 위치 오차값 정보만을 이용하여 모든 축의 기구학 파라메터를 동시에 추출할 수 있어 파라메터 추정 시간이 줄어드는 효과가 있다.
본 발명은 일반적인 D-H 모델 기법이 아닌 회전각 성분까지 들어간 수정된 D-H 모델을 이용하여 기구학 파라메터를 추정하기 때문에 로봇의 기구학 자체의 오차 성분을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 로봇을 이동시키기 위한 제어신호에 의거하여 어느 한 위치에서 다른 위치로 이동되는 로봇의 기구학적 파라메터 측정하는 장치로서,
    상기 로봇의 직교 좌표계와 일치한 직교 좌표계를 갖는 판넬과,
    상기 로봇의 말단부에 장착되어 상기 로봇의 Z축 좌표값을 측정하는 측정 수단과,
    상기 로봇의 위치에 대응되는 상기 판넬에서 판독된 직교 좌표값 및 Z축값을 제공받아 상기 위치간 제 1 상대 위치값을 산출하는 제 1 계산부와,
    상기 제어 신호를 초기화된 추정 기구학 파라메터에 적용하여 상기 위치간 제 2 상대 위치값을 산출하는 제 2 계산부와,
    상기 제 1, 2 상대 위치값의 차를 이용하여 상대 위치 오차값을 산출하는 에러값 산출부와,
    상기 상대 위치 오차값과 기 설정된 기준값간의 비교에 의거하여 추정 기구학 파라메터를 산출한 후 상기 제 2 계산부에 제공하여 상기 제 2 상대 위치값을 업 데이트시키거나 상기 제 2 상대 위치값을 산출하기 위해 사용된 추정 기구학 파라메터를 최종 추정 파라메터로 설정하는 마이컴
    을 포함하는 로봇의 기구학 파라메터 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 수단은, 상기 로봇의 이동전과 후에 각각 상기 판넬에 레이저 빔을 조사한 후 상기 판넬에서 반사된 반사빔을 수광하여 상기 로봇의 이동전과 후의 Z축 좌표값을 산출하는 센서인 것을 특징으로 하는 로봇의 기구학 파라메터 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판넬에는, 상기 로봇의 직교 좌표값을 파악하기 위한 일정 간격으로 격자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 기구학 파라메터 추정 장치.
  4. 로봇의 기구학적 파라메터 측정하는 방법으로서,
    상기 로봇을 서로 다른 지점으로 이동시키기 위한 제어 신호를 발생시키는 단계와,
    상기 제어 신호에 의거하여 상기 로봇의 직교 좌표계값과 Z축 좌표값을 측정하는 단계와,
    상기 측정된 직교 좌표값 및 Z축값을 제공받아 제 1 상대 위치값을 산출하는 단계와,
    상기 제어 신호를 초기화된 추정 기구학 파라메터에 적용하여 제 2 상대 위치값을 산출하는 단계와,
    상기 제 1, 2 상대 위치값의 차를 이용하여 상대 위치 오차값을 산출하는 단계와,
    상기 상대 위치 오차값과 기 설정된 기준값간을 비교하는 단계와,
    상기 비교 결과에 의거하여 추정 기구학 파라메터를 재산출하여 상기 제 2 상대 위치값을 업 데이트시키거나 상기 제 2 상대 위치값을 산출하기 위해 사용된 추정 기구학 파라메터를 최종 추정 파라메터로 설정하는 단계
    를 포함하는 로봇의 기구학 파라메터 추정 방법.
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