KR100664483B1 - Robot having Selective Compliance Assembly Robot Arm: SCARA Robot - Google Patents
Robot having Selective Compliance Assembly Robot Arm: SCARA Robot Download PDFInfo
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Abstract
선택적으로 명령에 따르는 조립 로봇 아암(Selective Compliance Assembly Robot Arm: SCARA)을 갖는 로봇 (이하 "스카라 로봇"이라 함)은 로봇 몸체와, 상기 로봇 몸체에 수직방향으로 이동 가능한 기대(基臺)와, 제 1 아암이 수평면에서 회전 이동할 수 있도록 상기 기대에 일단부가 연결된 제 1 아암과, 제 2 아암이 수평면에서 회전 이동할 수 있도록 상기 제 1 아암의 대향 단부에 일단부가 연결된 제 2 아암 및, 상기 제 2 아암의 자유단부에 회전 가능하게 장착된 R축을 포함하고, 스텝핑 모터(12,22,32 및 42)는 상기 제 1 아암과 제 2 아암, R축과 기대를 각각 이동시키기 위하여 설치되며, 상기 스텝핑 모터의 스텝핑 펄스를 계산하기 위하여 엔코더가 설치된다. 이렇게 계산된 펄스는 CPU1으로 피드백 됨으로써, 상기 CPU1은 에러가 계산된 펄스수와 요구되는 펄스수 사이에서 검출될 때 에러를 교정할 수 있고, 상기 에러가 검출될 때, 스텝핑 모터는 정지될 수 있고 에러는 표시된다. A robot having an optional Compliance Assembly Robot Arm (SCARA) (hereinafter referred to as a "scar robot") includes a robot body, a base movable in a direction perpendicular to the robot body, A first arm having one end connected to the base so that the first arm can rotate in the horizontal plane, a second arm having one end connected to the opposite end of the first arm so that the second arm can rotate in the horizontal plane, and the second arm An R axis rotatably mounted to the free end of the arm, and stepping motors 12, 22, 32, and 42 are installed to move the first arm, the second arm, the R axis, and the base, respectively; An encoder is installed to calculate the stepping pulse of the motor. The pulse thus calculated is fed back to CPU1 so that the CPU1 can correct the error when an error is detected between the calculated number of pulses and the required number of pulses, and when the error is detected, the stepping motor can be stopped. The error is displayed.
Description
도 1은 본 발명 스카라 로봇의 사시도.1 is a perspective view of the present invention Scara robot.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 블록 다이아그램.2 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 작동을 나타내는 흐름도.3 is a flow chart showing operation of the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 블록 다이아그램.4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 작동을 나타내는 흐름도.5 is a flowchart showing operation of the second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 블록 다이아그램.Fig. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예의 작동을 나타내는 흐름도이다.7 is a flowchart showing the operation of the third embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
5: 에러 검출장치 6:정지장치5: error detection device 6: stop device
7: 표시 장치 8:확인장치7: Display device 8: Confirmation device
10,20,30,40: 스텝핑 모터 12,22,32,42: 스텝핑 모터10,20,30,40:
50: 제 1 아암 51: 제 2 아암50: first arm 51: second arm
52: R축 53: 기대52: R axis 53: expectation
본 발명은 스카라 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a scara robot.
스카라 로봇(선택적으로 명령에 따르는 조립 로봇 아암을 갖는 로봇)은 일반적으로 수평한 면에서 이동될 수 있는 다중 조인트 아암을 가지는 로봇으로 알려져 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 스카라 로봇은 로봇의 기대에 관절식으로 연결된 일단부를 가지는 제 1 아암과, 상기 제 1 아암의 대향단부에 관절식으로 연결된 일단부를 가지는 제 2 아암과, R축을 작동하기 위하여 회전 가능하게 작동될 수 있도록 자유단부에 회전 가능하게 장착된 R축을 가진다. 상기 3개의 관절식 축에 부가하여, 상기 기대는 로봇 아암에 수직으로 이동될 수 있으며, 상기 로봇은 일반적으로 3 또는 4축으로 구성된 것이 보통이다. 종래의 스카라 로봇은 구동원인 서보모터에 의하여 작동하는 것이 일반적이다.Scara robots (robots with optionally assembled robotic arms upon command) are generally known as robots having multiple joint arms that can be moved in a horizontal plane. In more detail, the SCARA robot includes a first arm having one end articulated to the base of the robot, a second arm articulated at the opposite end of the first arm, and an R axis to operate. And an R-axis rotatably mounted at the free end to be rotatable. In addition to the three articulated axes, the base can be moved perpendicular to the robot arm, which is typically configured with three or four axes. Conventional SCARA robots are generally operated by a servo motor as a driving source.
상기 서보모터는 일반적으로 크기가 크고, 따라서 상기 제어장치 또한 크게 되는 것이 요구된다. 따라서, 상기 스카라 로봇은 매우 큰 전력을 소모하게 되는 상당히 큰 부피로 된다. 또한, 상기 서보모터는 상기 로봇의 아암 쪽에 수직으로 장착된다. 따라서, 상기 스카라 로봇은 크고 무거운 서보모터를 지지하기에 충분하게 견고하고 튼튼하게 구성되어야만 하고, 상기 서보모터에 전력을 공급하기 위 하여 큰 크기의 제어장치가 요구된다. 이러한 점은 스카라 로봇이 부피가 크기 때문이다. The servomotor is generally large in size, and therefore the control device is also required to be large. Thus, the Scara robot has a fairly large volume that consumes very large power. The servomotor is also mounted vertically to the arm side of the robot. Thus, the SCARA robot must be robust and robust enough to support a large and heavy servomotor, and a large size control device is required to supply power to the servomotor. This is because the Scara robot is bulky.
상기 서보모터를 대신하여, 스텝핑 모터가 스카라 로봇의 크기를 감소시키기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 위치적인 확실한 작용이 제공되지 않는다면, 각 이동 단계에서 상기 스텝핑 모터의 스텝핑 양을 제어하기 위하여, 즉, 기준 위치를 기초로 하여 상기 스텝핑 모터의 이동량을 제어하기 위하여 제어 루틴의 제 1 단계에서 초기 세트로 항상 복귀하는 것이 요구된다. In place of the servomotor, a stepping motor can be used to reduce the size of the Scara robot. However, if a positional firm action is not provided, in the first step of the control routine to control the stepping amount of the stepping motor in each moving step, that is, to control the moving amount of the stepping motor based on a reference position. It is always required to return to the initial set.
또한, 상기 AC 서보모터에 의하여 구동되는 스카라 로봇은 실행 영역 내에서 발생할 수 있는 몇몇 장애물 또는 사람 각각의 소정의 실행 영역 내에서 자동적으로 작동하도록 설계된다. 이러한 점은 물건을 손상시키거나 사람을 해치게 만들 것이다. 따라서, "접근금지"의 표시를 하는 것이 자주 요구된다.In addition, the SCARA robot driven by the AC servomotor is designed to automatically operate within a predetermined execution region of each person or some obstacle that may occur within the execution region. This will damage things or hurt people. Therefore, it is often required to mark "no access".
본 발명은 종래 기술의 결점 및 단점을 제거하기 위하여 제공되는 것으로, 기계적으로 콤팩트하고 작은 크기의 스카라 로봇을 제공하는 것이 본 발명의 주목적이다.The present invention is provided to eliminate the drawbacks and disadvantages of the prior art, and it is a main object of the present invention to provide a mechanically compact and small sized Scara robot.
본 발명의 다른 목적은 로봇의 기본적인 요소를 구동하기 위한 스텝핑 모터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a stepping motor for driving the basic elements of the robot.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 스텝핑 모터의 이동량을 검출하기 위한 센서를 구비함으로써, 각 이동단계에서 상기 스텝핑 모터의 제어 루틴의 제 1 단계에서 초기 세트로 복귀할 필요가 없으므로, 상기 로봇의 기본적인 요소의 정확한 운동을 보장하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a sensor for detecting the movement amount of the stepping motor, so that it is not necessary to return to the initial set in the first step of the control routine of the stepping motor in each movement step, thus the basic elements of the robot Is to ensure the correct movement.
본 발명의 또 다른 목적은, 요구되는 이동량과, 상기 스텝핑 모터의 실질적인 이동량을 비교하여서 에러를 교정하고, 따라서 로봇의 기본적인 요소의 정확한 운동을 보장하는 것이다. Another object of the present invention is to correct the error by comparing the required amount of movement with the actual amount of movement of the stepping motor, thus ensuring the correct movement of the basic elements of the robot.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 에러가 스텝핑 모터의 스텝핑 운동에서 검출된다면 상기 스텝핑 모터를 정지시키는 것이다. Another object of the invention is to stop the stepping motor if the error is detected in the stepping motion of the stepping motor.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 스텝핑 모터의 스텝핑 운동에서 검출되는 에러를 표시하는 것이다.Another object of the present invention is to display an error detected in the stepping motion of the stepping motor.
본 발명의 또 다른 목적은, 로봇의 기본적인 요소가 소정의 실행 영역 내에서 작동되는지를 확인하기 위하여 감소된 힘(power)에서 상기 스텝핑 모터를 구동하기 위한 수단을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a means for driving the stepping motor at reduced power to ascertain whether the basic elements of the robot are operated within a given area of execution.
상술된 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 스카라 로봇은 로봇 몸체와, 상기 로봇 몸체에 설치되는 기대와, 제 1 아암이 수평면에서 회전 가능하게 이동할 수 있도록 상기 기대에 작동 가능하게 연결되는 일단부를 가지는 제 1 아암과, 제 2 아암이 수평면에서 회전 가능하게 이동할 수 있도록 제 1 아암의 대향 단부에 작동 가능하게 연결된 일단부를 가지는 제 2 아암 및, 상기 제 2 아암의 자유 단부에 회전 가능하게 장착되는 R축을 구비하고, 상기 스카라 로봇은 기본적으로 상기 제 1 아암을 이동하기 위하여 상기 기대에 설치된 제 1 스텝핑 모터와, 상기 제 2 아암을 이동하기 위하여 기대에 설치된 제 2 스텝핑 모터 및, 상기 스텝핑 모터의 스텝핑 양을 검출하기 위한 센서 수단과 , 상기 센서 수단으로부터의 신호에 반응하여 작동되는 수단을 포함함으로써, 상기 제 1 및 제 2 아암 각각의 위치를 검출하게 된다.In order to realize the above object of the present invention, a Scara robot has a robot body, a base installed on the robot body, and one end operatively connected to the base such that the first arm can move rotatably in a horizontal plane. A second arm having a first arm and one end operatively connected to an opposite end of the first arm so that the second arm can rotatably move in a horizontal plane, and R rotatably mounted to a free end of the second arm And a shaft, the scalar robot basically comprises a first stepping motor mounted on the base to move the first arm, a second stepping motor mounted on the base to move the second arm, and stepping of the stepping motor. Sensor means for detecting a quantity and means actuated in response to a signal from said sensor means; Thus, the position of each of the first and second arms is detected.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 설명한다. 도 1에서, 로봇은 로봇 몸체(60)와, 기대가 로봇 몸체에 수직으로 이동될 수 있도록 로봇 몸체에 설치되는 기대(53)를 가진다. 제 1 아암(50)은 제 1 아암(50)이 수평면의 기대에서 회전 가능하게 이동될 수 있도록 상기 기대(53)에 작동 가능하게 연결되는 일단부를 가진다. 제 2 아암(51)은 제 2 아암(51)이 수평면의 제 1 아암에서 회전 가능하게 이동할 수 있도록 상기 제 1 아암(50)의 대향 단부에 작동 가능하게 연결된 일단부를 가진다. R축은 상기 제 2 아암(51)의 자유단부에 회전 가능하게 장착된다. 상기 R축은 실질적으로 작업하도록 회전 가능하게 작동된다. 가요성의 케이싱(61)은 상기 로봇의 결선부를 수용하기 위하여 상기 로봇 몸체(60)와 기대(53)사이에서 연장된다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, the robot has a
스텝핑 모터(42)는 상기 기대(53)를 로봇 몸체(60)의 수직으로 이동하기 위하여 상기 로봇 몸체(60)에 설치된다. 다른 스텝핑 모터(12)는 상기 기대(53)에 설치되고, 감소 장치(15)를 통하여 제 1 아암(50)에 작동 가능하게 연결됨으로써, 상기 스텝핑 모터(12)는 기대(53)의 수평면에서 상기 제 1 아암을 회전 가능하게 이동하기 위하여 구동된다. A
다른 스텝핑 모터(22)는 상기 기대(53)에 설치되고, 전달 벨트를 포함하는 전달 장치를 통하여 제 2 아암(51)에 작동 가능하게 연결됨으로써, 상기 스텝핑 모터(22)는 제 1 아암(50)의 수평면에서 제 2 아암(22)을 회전 가능하게 이동하기 위하여 구동된다. 다른 스텝핑 모터(32)는 상기 기대(53)에 설치되고, 전달 벨트를 포함하는 전달 장치를 통하여 상기 R축(52)에 작동 가능하게 연결됨으로써, 상기 스텝핑 모터(32)는 상기 R축(52)을 회전하기 위하여 구동된다.Another stepping
상술된 바와 같은 기계적인 구성으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 로봇은 상술된 바와 같이 제 1 아암(50)을 이동하기 위하여 구동 메카니즘(10)과, 상술된 바와 같이 상기 제 2 아암(51)을 이동하기 위한 다른 구동 메카니즘(20)과, 상술된 바와 같이 상기 R축(52)을 회전하기 위한 다른 구동 메카니즘(30) 및, 상술된 바와 같이 상기 기대(53)를 이동하기 위한 다른 구동 메카니즘(40)을 포함하는 로봇의 기본적인 요소의 작동을 제어하기 위하여, 램(RAM)2,램(RAM)3 및/또는 메모리 카드(4)로부터의 신호 또는 명령에 반응하도록 작동되는 CPU1를 구비한다. 상기 구동 메카니즘(10)은 스텝핑 모터(12)를 구동하기 위하여 CPU1으로부터의 명령에 반응하여 작동되는 구동 모터 제어 장치(11)를 포함함으로써, 상기 제 1 아암(50)을 소정의 거리로 이동시킨다. 상기 스텝핑 모터(12)의 스텝핑 운동은 엔코더(13)에 의하여 검출되고, CPU1으로 피드백 된다. 초기 세트의 센서(14)는 상기 스텝핑 모터(12)가 초기 위치로 세트되는지를 검출하기 위하여 설치된다.With the mechanical arrangement as described above, as shown in FIG. 2, the robot has a
다른 구동 메카니즘(20,30 및 40)은 모두 서로에 대하여 다른 도면 부호로 표시되어 있을지라도, 그 곳 내에 포함되는 구성품에 대하여 구동 메카니즘(10)과 동일한 것이다. The
도 3을 참고로 하여 작동을 설명한다. The operation will be described with reference to FIG.
전력이 공급될 때, 상기 스텝핑 모터는 초기화된다(단계 S1). 작업자는 이동점을 위한 정보를 입력하고(단계 S2), 시작을 하기 위한 지시를 부여한다(단계 S3). 상기 CPU1은 스텝핑 모터(12,22,32 및 42)각각에 명령을 부여하기 위하여 스텝핑 모터의 스텝핑 양을 계산하도록 지시를 시작하는 것에 반응하여 작동된다. 상기 스텝핑 모터(12,22,32 및 42)는 상기 CPU1으로부터의 명령에 따라서 구동된다(단계 S5). 상기 엔코더(3,23,33, 및 43)는 스텝핑 모터(12,22,32 및 42)의 스텝핑 펄스를 각각 계산하기 위하여 시작되며(단계 S6), 상기 계산값을 CPU1으로 피드백 한다(단계 S6). 상기 CUP1은 스텝핑 펄스의 소정의 수와 실질적인 펄스의 수를 비교한다(단계 S7). 상기 비교된 수가 서로 동일하지 않다면, 에러는 교정되고(단계 S8), 상기 스텝핑 모터는 교정된 값으로 구동된다(단계 S5). 한편, 비교된 수가 서로 동일하다면, 다음의 이동점이 지시된다(단계 S9). 단계 S4로부터 단계 S9로의 작동은 상기 스텝핑 모터가 마지막 목표점에 도달할 때까지 반복된다(단계 S10).When power is supplied, the stepping motor is initialized (step S1). The operator inputs the information for the moving point (step S2) and gives an instruction for starting (step S3). The CPU1 is operated in response to initiating an instruction to calculate the stepping amount of the stepping motor to give commands to the stepping
그러므로 본 발명에 따라서, 상기 스텝핑 모터의 스텝핑 운동 동안에, 에러가 발견되면 상기 스텝핑 모터를 정상적으로 구동하기 위하여 교정되기 때문에, 높은 정밀도의 로봇 제어가 가능하다. 또한, 상기 제 1 단계(S1)는 에러가 검출될 때마다 상기 에러를 교정하기 위하여 복귀될 필요가 없다. Therefore, according to the present invention, during the stepping motion of the stepping motor, if an error is found, it is corrected to drive the stepping motor normally, so that high precision robot control is possible. In addition, the first step S1 need not be returned to correct the error each time an error is detected.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하고, 에러 검출장치(5)와, 정 지 장치(6) 및 표시 장치(7)는 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 부가로 제공된다. 상기 에러 검출장치(5)는 스텝핑 펄스의 요구되는 수와 실질적인 스텝핑 펄스의 수를 비교하기 위하여 설계된다. 상기 비교된 수가 서로 동일하지 않다면, 상기 에러 검출장치(5)는 에러 신호를 CPU1으로 부여하고, 그 다음 스텝핑 모터(12,22,32 및 42)를 정지시키기 위하여 정지 장치(6)를 작동하도록 한다. 동시에, 상기 표시 장치(7)는 광학 또는 음성 인식 수단에 의하여 에러를 표시하기 위하여 작동된다. 상기 제 2 실시예의 다른 작동은 제 1 실시예의 것과 동일하다.4 and 5 show a second embodiment of the present invention, wherein the
본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 몇 개의 장애물이 로봇의 소정의 실행 영역 내에서 발생된다면, 상기 로봇의 기본적인 요소는 스텝핑 모터의 스텝핑 운동에서 에러를 발생시킴으로써, 로봇이 작동을 연속적으로 하지 않고 상기 스텝핑 모터를 정지시키고, 동시에 에러를 표시한다.According to the second embodiment of the present invention, if several obstacles are generated within a predetermined execution region of the robot, the basic element of the robot generates an error in the stepping motion of the stepping motor, so that the robot does not continuously operate. The stepping motor is stopped and an error is displayed at the same time.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예를 도시하고, 확인 장치(8)가 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 부가로 설치된다. 상기 제 3 실시예에서, 상기 확인 장치(8)는 안전한 확인 모드에서 로봇을 작동시키기 위하여 설치된다. 이러한 경우에, 작업자는 단계 S43에서 정보를 입력함으로써, 상기 구동 모터(12,22,32 및 42)는 소정의 영역에서 감소된 힘(power)으로 구동될 것이다. 이 감소된 힘으로 모터가 감소된 토크와 감소된 속도로 구동된다. 다른 작동은 본 발명의 제 2 실시예와 동일하다. 상기 로봇을 실질적으로 작동하기 전에 안전한 확인 모드에서 상기 로봇이 작동됨으로써, 작업자는 로봇이 정상적으로 작동하여 안전이 보장되는지를 알 수 있다.FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention, wherein a
이상 설명한 바와 같이 본 발명 스카라 로봇은 장애물이나 사람이 가동범위 내에 있을 때 위험을 억제할 수 있고, 이 때에 오동작을 방지할 수 있으며, 실제 운전작업 전에 안전하게 동작이 가능한지 또는 불가능한지를 인식할 수 있으며 장애물이 있는 경우 그 장애물에 대한 적절한 처리를 할 수 있게 된다.
As described above, the present invention SCARA robot can suppress the danger when an obstacle or a person is within the operating range, can prevent malfunctions at this time, can recognize whether it can be safely operated or impossible before the actual driving operation and obstacles If so, appropriate obstacles can be handled.
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