KR100774077B1 - 다관절 로봇 및 그 제어 장치 - Google Patents

Abstract

1대의 로봇에 2개 이상의 핸드를 탑재하고, 일부의 축을 공유함으로써, 축 수를 삭감하여, 로봇을 경량화하여, 제작 비용을 저감하고, 작업 효율의 향상을 도모할 수 있는 다관절 로봇 및 그 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 일부의 축(제1 축, 제2 축)을 공유하고, 축(제1 축, 제2 축)에 독립하여 접속된 다수의 축(4A 축, 4B 축)의 끝에 각각 핸드를 부착하는 것이 가능한 1대로 다수의 핸드를 구비한 다관절 로봇에, 지정된 핸드를 CP 제어하고, 지정되지 않은 핸드를 PTP 제어로 전환하는 제어 장치를 구비한다.

Description

다관절 로봇 및 그 제어 장치{MULTI-JOINT ROBOT AND CONTROL DEVICE THEREOF}

본 발명은, 1대로 다수의 툴(tool)을 장비(裝備)하는 다관절 로봇 및 그 제어 장치에 관한 것이다.

통상의 다관절 로봇은, 툴을 하나만 가지고 있는 것이 보통이다. 도 7은, 종래의 핸들링 로봇의 일반적인 축 구성을 도시하는 개략도이다. 3차원상의 위치와, 1평면 내에서의 툴의 자세를 임의로 결정하기 위해서는, 이와 같이 제1 축∼제4축의 최저 4축을 필요로 한다. 이 로봇은, 1개의 툴을 제4축에 탑재할 수 있다.

도 8은, 반입 스테이션, 가공 스테이션, 반출 스테이션, 핸들링 로봇으로 이루어지는 워크 가공 시스템의 개략도이다. 반입 스테이션(1)에는 미가공 워크가 반입된다. 가공 스테이션(2)은 투입된 워크에 대해 가공을 행한다. 반출 스테이션(3)은 가공이 끝난 워크를 반출한다. 핸들링 로봇(4)의 툴(5)은, 각 스테이션 사이에서 워크를 핸들링하여 주고받는 역할을 한다.

도 9는, 도 8의 워크 가공 시스템에 있어서, 도 7과 같은 1대의 로봇이 하나의 툴을 갖고 있는 경우의, 1사이클에서의 로봇의 동작예의 설명도이다. 이 경우, 우선, ① 가공 스테이션(2)으로부터 가공이 끝난 워크(6)를 취출하고, ② 반출 스 테이션(3)에 가공이 끝난 워크(6)를 반출하고 나서, ③ 반입 스테이션(1)으로부터 미가공 워크(7)를 취출하고, ④ 이를 가공 스테이션(2)에 투입한다는, 사이클로 실현하게 된다.

종래의 다관절 로봇은, 툴을 하나만 가지고 있는 것이 보통이지만, 1대의 로봇에 2개 이상의 툴을 탑재하여 독립하여 제어시키면, 작업 효율이 향상된다.

그러나, 1대의 로봇으로 2개의 툴의 위치와 1평면 내의 자세를 각각 제어하고자 하면, 단순히 생각하면 4축 ×2 = 계 8축이 필요해진다. 그러나 그러면, 로봇이 크고 무거워지고, 제작 비용도 높아진다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 1대의 로봇에 2개 이상의 툴을 탑재하고, 일부의 축을 공유함으로써, 축 수를 삭감하여, 로봇을 경량화하여, 제작 비용을 저감하고, 작업 효율의 향상을 도모할 수 있는 다관절 로봇 및 그 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 다관절 로봇은, 일부의 축을 공유하고, 상기 축에 독립하여 접속된 다수의 축의 끝에 각각 툴을 부착할 수 있는 1대로 다수의 툴을 구비한 다관절 로봇으로서, 지정된 툴을 위치 제어 또는 위치 및 자세 제어하면서 보간 제어하고, 지정되지 않은 툴을 목표 위치의 축 각도로 지령을 균등하게 내보내 제어하는 제어 장치를 구비하는 것이다.

또한, 본 발명의 상기 다관절 로봇의 제어 장치는, 상기 다관절 로봇의 제어 장치로서, 각 축의 각도에 상당하는 정보를 목표 위치로서 취득하는 수단과, 다수 의 툴 중 하나를, 위치 제어 또는 위치 및 자세 제어하면서의 보간 제어의 대상으로서 선택하는 수단과, 상기 선택된 툴의 순차 이동해야 할 통과점을 상기 보간 제어로 결정하는 수단과, 상기 결정된 통과점에 상기 선택된 툴의 제어점을 이동시키기 위한 각 축 위치를 역변환 연산에 의해서 결정하는 수단과, 상기 선택된 툴의 제어점 이동에 관계하지 않는 축에 대해서는, 목표 위치의 축 각도로 지령을 균등하게 내보내 제어하는 수단을 갖는 것이다.

또한, 상기 다관절 로봇의 제어 장치에, 상기 선택된 툴의 제어점 이동에 관계하지 않는 축에 대해서는, 동작 지령을 생성하지 않도록 하는 수단을 구비하는 것이다.

도 1은 본 발명의 핸들링 로봇의 축 구성의 일례를 도시하는 도면,

도 2는 본 발명의 2개의 툴을 장비한 핸들링 로봇의 1사이클에서의 동작을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 로봇의 제어를 실시하기 위한 시스템의 일 실시예를 도시하는 블록도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 보간 제어 방법 처리의 선독 처리에 관한 플로우 챠트의 일례,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 보간 제어 방법 처리의 커런트(current) 처리에 관한 플로우 챠트의 일례,

도 6은 로봇이 2개의 툴을 탑재하고 있는 경우의, 도 8의 워크 가공 시스템 에서의, 1사이클에서의 로봇의 동작예,

도 7은 종래의 핸들링 로봇의 일반적인 축 구성을 도시하는 개략도,

도 8은, 반입 스테이션, 가공 스테이션, 반출 스테이션, 핸들링 로봇으로 이루어지는 워크 가공 시스템의 일례를 도시하는 개략도,

도 9는 도 8의 워크 가공 시스템에서의 도 7에 도시하는 로봇의 1사이클에서의 동작예의 설명도이다.

도 1은, 본 발명의 1대로 2개의 툴을 장비할 수 있는 다관절 로봇의 축 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시하는 종래의 로봇을 2대 준비하면, 축 수는 4 ×2의 8축이 되지만, 도 1에 도시하는 본 발명의 다관절 로봇에서는, 이와 같이 제1 축과 제2 축을 공유함으로써, 전체를 6축으로 구성할 수 있다. 툴을 장비하는 플랜지를, 각각 제1 플랜지, 제2 플랜지로 한다. 3A 축 및 3B 축은 도 7에 도시하는 종래의 로봇의 제3 축에, 4A 축 및 4B 축은 제4 축에 각각 상당한다.

제1 플랜지측은, 제1 축, 제2 축, 3A 축 및 4A 축으로 이루어지고, 도 7에 도시하는 종래의 4축 로봇에 의해서 등가로 제어되는 것으로 생각할 수 있고, 제2 플랜지측도, 마찬가지로, 제1 축, 제2 축, 3B 축 및 4B 축에 의해 제어되는 것으로 생각하는 것이 가능하다. 이와 같이 도 1에 도시하는 로봇을 사용함으로써, 1대에 2개의 툴을 가지게 한 로봇에 의한 핸들링 시스템을 구축할 수 있다.

도 2는, 도 8의 워크 가공 시스템에 있어서, 도 1과 같은 1대의 로봇에 2개의 툴을 가지게 하고, 각각을 독립으로 제어할 수 있는 경우의, 1사이클에서의 로 봇의 동작을 도시하는 도면으로, 도 8과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 2에 있어서, 한쪽 툴(8)에 미가공 워크(7)를 파지한 상태에서, 가공 스테이션(2)을 향해, ① 가공이 끝난 워크(6)를 다른쪽 툴(9)로 취출하고 나서, ② 계속해서 미가공 워크(7)를 한쪽 툴(8)로 가공 스테이션(2)에 투입하고, ③ 반출 스테이션(3)에 가공이 끝난 워크(6)를 반출한다는, 사이클을 실현할 수 있다. ④ 다음 사이클에서 한쪽 툴(8)로 미가공 워크(7)를 파지하고, ①의 동작으로 되돌아간다.

도 2의 본 발명의 시스템에서는, 도 9의 종래의 시스템이 ④의 단계부터 워크의 가공이 행해지는데 비해, ②의 단계부터 워크의 가공을 개시할 수 있고, 워크 가공 중에 가공이 끝난 워크의 반출과 다음 워크의 반입 준비를 행할 수 있으므로, 사이클 타임을 단축할 수 있다.

그런데, 이러한 핸들링 시스템에 있어서, 워크의 정확한 반입/반출을 위해서는, 직선 보간 등의, 툴의 위치·자세를 제어하는, 소위 CP 제어가 필요해진다. 그런데, 도 1과 같이 축을 구성한 경우, 제1 축과 제2 축을 공유하고 있으므로, 2개의 툴의 양쪽을 동시에 CP 제어하는 것은 불가능하다. 따라서, 이러한 로봇의 보간 제어를 로봇의 각 축을 목표 각도로 균등하게 내보낸다는, 소위 PTP 제어로 동작시키는 경우, 로봇과 스테이션의 설치 위치가 제약된다.

그래서, 본 발명은, 다수의 툴을 제어하는 로봇에 있어서, 선택한 툴만을 CP 제어의 대상으로 하므로, 보간 제어가 필요한 작업을 행하는 측의 툴을 상황에 따 라 선택함으로써, 최소한의 축 구성의 로봇으로, 다수의 툴을 유효하게 활용할 수 있다.

예를 들면, 상기와 같은, 워크의 반입/반출을 반복하는 시스템에 있어서, 도 1의 로봇에 2개의 툴을 갖게 하고, 워크를 스테이션에 반입 또는 반출하는 쪽의 툴로 CP 제어를 행하도록 제어를 전환함으로써, 6축의 로봇으로, 4축 로봇 ×2대와 동등한 작업을 실현할 수 있다.

이하에, 본 발명의 제어의 일 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.

도 3은, 본 발명의 로봇의 제어를 실시하기 위한 시스템의 일실시예를 도시하는 블록도이다. 도 3에서, 11은 교시부, 12는 교시 데이터 격납 에어리어, 13은 파라미터 격납 에어리어, 14는 보간 연산부, 15는 구동부이다.

교시 데이터 격납 에어리어(12)에 격납되어 있는 교시 데이터의 일례를 하기에 표시한다.

START

MOVJ C000

MOVL C001FRG = 1 TOOL = 3

MOVL C002FRG = 1 TOOL = 3

MOVJ C003

MOVL C004FRG = 2 TOOL = 4

MOVL C005FRG = 2 TOOL = 4

MOVJ C006

END

여기서, MOVJ 란, PTP 제어로 목표점으로 동작하는 것을 나타내는 이동 명령이고, MOVL이란, CP 제어로 목표점으로 동작하는 것을 나타내는 이동 명령이다. C000∼C006은, 각 이동 명령에서의 목표점에서의 각 축 각도 정보를 나타내는 인덱스이고, 이것에 의해서 각 이동 명령의 목표점의 각 축 각도를 얻을 수 있다. FRG로 지정된 번호는, 보간 제어의 대상으로 하는 플랜지 번호를 표시하고 있다. TOOL로 지정된 번호는, 툴 파일 번호를 표시하고, 플랜지로부터 각 툴 제어점까지의 위치와, 툴 좌표의 자세를 표시한 툴 파일에의 인덱스로 되어 있다.

다른 예로서, FRG의 지정은 교시 데이터에 대해 행하지 않고, TOOL로 지정된 툴 파일 번호에, 각 플랜지 번호를 관련시킨다는 방법도 있다.

도 4 및 도 5는, 도 3에 도시하는 보간 연산부(14)에서의 본 발명의 보간 제어 방법의 처리에 관한 플로우 챠트의 일례를 도시하는 것으로, 101∼106, 201∼207의 수치는 단계 번호를 나타낸다.

처리는 크게 2개의 처리로 나뉘어져 있다. 도 4에 도시한 「선독(先讀) 처리」와 도 5에 도시한 「커런트(current) 처리」이다.

선독 처리는, 실제로 로봇을 동작시키는 것보다 먼저 처리되고, 이동에 필요한 정보를, 도시되지 않은 내부 격납 에어리어에 격납해 둔다.

커런트 처리는, 실제로 로봇을 보간 제어하면서 동작시키기 위한 지령을 생성하는 처리로, 연산 주기마다 처리된다.

<선독 처리>

단계 101 : 교시 데이터 격납 에어리어(12)로부터 이동 명령 정보를 읽어내고, 필요한 이동 시간이나 가감속 시간을 구해 둔다. 이동 시간은, 가감속을 행하지 않는 경우의 연산 주기의 횟수로서 구하고, 분할수 N에 셋트한다.

단계 102 : 이동 명령이 MOVJ 인지의 여부를 판정하고, MOVJ 이면, 처리를 종료한다. 그렇지 않으면(MOVL 등의 보간 명령), 단계 103으로, 처리를 이행한다.

단계 103 : 보간 제어의 대상으로 하는 플랜지를 확인한다. 선택되는 플랜지는, 교시 데이터 격납 에어리어(12)에 격납되어 있는 교시 데이터로부터 읽어낸다.

단계 104 : 단계 103에서 선택된 제어 대상 플랜지가, 제1 플랜지이면, 단계 105로 실행을 옮긴다. 제2 플랜지이면, 단계 106으로 실행을 옮긴다.

단계 105 : 제3 축으로서, 3A 축을, 제4 축으로서, 4A 축을 대응시키고, 3B 축, 4B 축은, 각각 f1 축, f2 축(균등하게 내보내는 제어 축)으로서 대응시키고, 제어 플랜지 번호 = 1로 하여, 종료한다.

단계 106 : 제3 축으로서, 3B 축을, 제4 축으로서, 4B 축을 대응시키고, 3A 축, 4A 축은, 각각 f1 축, f2 축으로서 대응시키고, 제어 플랜지 번호 = 2로 하여, 종료한다.

<커런트 처리>

단계 201 : 보간 패스 상의 진행도를 표시하는 파라미터(K)를 0클리어한다.

단계 202 : K를 갱신한다. 이 K의 갱신 방법에 의해, 속도나 가속도가 제어된다. 예를 들면, 1씩 증가하는 경우, 지령 속도에서의 등속 운동이 된다. K를, 0.2, 0.4, 0.6, …로 증가시키면, 등가속도 운동이 된다.

단계 203 : 이동 명령이 MOVJ 인지의 여부를 판정하고, MOVJ 이면, 단계 204로, 그렇지 않으면(MOVL 등의 보간 명령), 단계 205로 처리를 이행한다.

단계 204 : θ=θs+ K/N(θe-θs)의, θ에 대응하는 축 각도로 전체 축을 동작시킨다. 여기서, θs : 시점에서의 축 각도, θe : 종점에서의 축 각도이다. 그 후, 단계 207로 이행한다.

단계 205 : P= Ps+K/N(Pe-Ps)의, P(금회 연산 주기에서의 목표 위치)에 대응하는 직교 위치를 구하고, 그 위치에 대해, 제어 플랜지 번호의 나타내는 플랜지의 제어점이 P에 오는, 제1 축∼제4축의 각 축 각도를, 역변환하여 구한다. 여기서, Ps : 시점 위치, Pe : 종점 위치이다. 그 후, 단계 206으로 이행한다.

단계 206 : θ=θs+K/N(θe-θs)의, θ에 대응하는 축 각도로 f1축, f2축을 동작시킨다. 그 후, 단계 207로 이행한다.

단계 207 : 이동 시간 : N과, K를 비교한다. N> K이면, 단계 S202로 점프한다. N≤K이면, 종료한다.

이렇게 하여, 선택되는 플랜지에 따라, 보간 제어의 대상으로 하는 축을 치환함으로써, 제1 플랜지, 제2 플랜지 중 어느 것에 대해, 보간 제어를 행할 수 있다.

도 6은, 이 처리를 이용하여 도 1의 로봇을 제어한 경우의, 로봇의 동작의 모양을 도시하는 것이다.

여기서는, 워크를 똑바르게 가공 스테이션에 투입하기 위해서, 제1 플랜지측 에 대해서 직선 보간 제어가 필요하다.

교시 데이터 「MOVL C001FRG=1」은, 인덱스 C001에 표시된 각 축 각도를 목표 자세로 하고, 제1 플랜지측(FRG= 1)을 보간 제어 대상으로 하여, 직선 보간(MOVL)시키는 것을 나타내고 있다. 이 경우, 제 1축, 제 2축, 3A 축, 4A 축의 계 4축으로, 제1 플랜지측을 직선 보간 제어하고, 지정되지 않은 제2 플랜지측의 3B 축, 4B 축은, 목표 각도에의 PTP 제어를 행한다.

이렇게 함으로써, 도 1과 같은 로봇을 사용하여, 워크를 취출하거나 투입하거나 하는 측의 플랜지에 대해 CP 제어를 행함으로써, 워크를 정확히 반송할 수 있으므로, 4축 로봇×2대분과 동등한 작업을, 6축 로봇에 의해서 행하게 하는 것이 가능해진다.

여기서는, 이 발명을 어느 정도 상세히 그 가장 바람직한 실시 양태에 대해서 설명하였지만, 그 바람직한 실시 양태의 설명은, 구성의 상세한 부분에 대한 변형, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 정신에 반하지 않는 한에서의 다양한 변형, 혹은 이들을 조합시킨 것으로 변경할 수 있는 것은 명백하다.

예를 들면, 여기서는, 2개의 플랜지를 가지는 로봇을 나타냈는데, 축을 더 추가하여 3개 이상의 플랜지를 탑재한 로봇의 경우라도, 그 중의 하나의 플랜지를 선택하여 CP 제어하고, 그 이외는 PTP 제어함으로써, 동일한 효과가 얻어진다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다수의 툴을 제어하는 1대의 로봇을 사용하여, 임의의 툴을 CP 제어할 수 있다. 따라서, 1대의 로봇으로, 다수의 로봇을 동시에 사용하는 것과 동일한 효과가 얻어지므로, 사이클 타임을 단축할 수 있고, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 1대의 로봇에 2개 이상의 툴을 탑재하고, 일부의 축을 공유함으로써, 축 수를 삭감하여 최소한의 축 구성으로 로봇을 구축하면 되므로, 로봇을 소형화, 경량화할 수 있고, 보다 저비용의 시스템을 구축할 수 있다.

본 발명은, 1대로 다수의 툴을 장비하는 다관절 로봇 및 그 제어 장치로서 유용하다.

Claims (3)

1. 일부의 축을 공유하고, 상기 축에 독립하여 접속된 복수의 축의 끝에 각각 툴(tool)을 부착하는 것이 가능한, 1대로 복수의 툴을 구비한 다관절 로봇으로서,

   지정된 툴을 위치 제어 또는 위치 및 자세 제어하면서 보간 제어하고, 지정되지 않은 툴을 목표 위치의 축 각도로 지령을 균등하게 내보내 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
2. 제1항의 다관절 로봇의 제어 장치에 있어서,

   각 축의 각도에 상당하는 정보를 목표 위치로서 취득하는 수단과,

   복수의 툴 중 하나를, 위치 제어 또는 위치 및 자세 제어하면서의 보간 제어의 대상으로서 선택하는 수단과,

   상기 선택된 툴의 순차 이동해야 할 통과점을 상기 보간 제어로 결정하는 수단과,

   상기 결정된 통과점에 상기 선택된 툴의 제어점을 이동시키기 위한 각 축 위치를 역변환 연산에 의해서 결정하는 수단과,

   상기 선택된 툴의 제어점 이동에 관계하지 않는 축에 대해서는, 목표 위치의 축 각도로 지령을 균등하게 내보내 제어하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 제어 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 선택된 툴의 제어점 이동에 관계하지 않는 축에 대해서는, 동작 지령을 생성하지 않도록 하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇의 제어 장치.

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