KR101210145B1 - 로봇 원점이동장치의 센싱방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 원점이동장치의 센싱방법에 관한 것으로, 그 목적은 한 개의 레이저 측역센서를 구비하여 로봇 원점이동장치의 원점을 자동으로 찾아 원점이동장치의 신뢰성을 향상시키는 센싱방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 조선의 판넬조립 라인 등에서 종방향 스티프너(12, 13)와 횡방향 스티프너(10, 11)로 이루어진 크고 복잡한 작업부재를 용접로봇을 사용하여 용접시, 용접로봇을 탑재하여 정해진 용접위치까지 이동하여 용접토록 하는 로봇 원점이동장치의 위치와 자세를 센싱방법에 있어서, 한 개의 측역센서(20)를 구비한 로봇 원점이동장치의 센싱시스템을 구비한 후, 레이저 측역센서로 측정범위(21) 전영역에 대해서 스캔을 하여 검출된 작업부재의 최단거리 거리정보를 메모리에 격납하는 단계(F1); 이후 저장된 거리정보로부터 종방향 및 횡방향 스티프너를 직선으로 간주하여 Hough 변환을 통하여 종방향 스트프너의 직선 L1과 횡방향 스트프너의 직선 L2를 검출하는 단계(F2); 검출된 직선 L1과 L2로부터 원점이동장치의 자세값(x, y, φ)을 구하는 단계(F3); 상기 단계에 따라 얻어진 센서좌표계(C2)로부터 절대좌표계(C1)로 좌표 변환하는 단계(F4);로 이루어져 원점이동장치의 위치와 자세를 구하는 로봇 원점이동장치의 센싱방법을 발명의 특징으로 한다.

용접로봇, 매니퓰레이터, 레이저 측역센서, 원점이동장치, 조선

Description

로봇 원점이동장치의 센싱방법{Sensing Method of Robot-origin Transfer Unit}

본 발명은 로봇용 원점이동장치의 센싱방법에 관한 것으로, 자세하게는 레이저 측역센서를 이용하여 로봇 원점이동장치의 원점을 자동으로 찾도록 하는 센싱방법에 관한 것이다.

대부분 조선의 판넬조립 라인에서와 같이 작업부재는 주로 크고 복잡하기 때문에 용접 로봇을 블록 내부로 투입하여 자동화를 실현하기 위해서는 용접로봇의 원점을 정확하게 작업부재의 원점과 정확히 일치시켜야 하는 데, 기존에는 작업자에 의해 수동으로 로봇 원점을 맞추든가 선행 특허의 예에서 보는 것과 같은 방법으로 로봇원점을 맞추고 있다. 본 특허와 관련된 선행특허는 특 0446992호, 특 0695935호가 해당된다.

도 4는 기존의 원점이동장치의 센싱시스템을 나타내고 있는데, 원점이동장치(1) 상의 각 모서리 부분에 종방향 스티프너(12, 13)와 원점이동장치와의 거리(d1, d2, d3, d4)를 각각 구하기 위해 아날로그 변위센서(4, 5, 6, 7)가 부착되어 있으며, 전,후면에도 변위센서(8, 9)가 부착되어 있어서 횡방향 스티프너(10, 11)까지의 거리(d5, d6)를 각각 구할 수 있도록 구성되어 있다.

종래 원점이동장치의 센싱시스템은 다수개의 변위센서가 사용되어져야 하고, 아날로그 변위센서이기 때문에 외부 노이즈의 영향을 많이 받으며 장거리 신호 이송에 어려움이 있어 원점이동장치의 위치제어 정도가 좋지 않아 장비의 신뢰성이 저하되는 단점을 가지고 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 한 개의 레이저 측역센서를 구비하여 로봇 원점이동장치의 원점을 자동으로 찾아 원점이동장치의 신뢰성을 향상시키는 센싱방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 조선의 판넬조립 라인 등에서 종방향 스티프너와 횡방향 스티프너로 이루어진 크고 복잡한 작업부재를 용접로봇을 사용하여 용접시, 용접로봇을 탑재하여 정해진 용접위치까지 이동하여 용접토록 하는 로봇 원점이동장치의 위치와 자세를 센싱방법에 있어서,

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상기 레이저 측역센서를 포함하는 로봇 원점이동장치의 센싱시스템을 구비한 후, 레이저 측역센서로 측정범위 전영역에 대해서 스캔을 하여 검출된 작업부재의 최단거리 거리정보를 메모리에 격납하는 단계;

이후 저장된 거리정보로부터 종방향 및 횡방향 스티프너를 직선으로 간주하 여 Hough 변환을 통하여 직선 L1과 L2를 검출하는 단계;

검출된 직선 L1과 L2로부터 원점이동장치의 자세값을 구하는 단계;

상기 단계에 따라 얻어진 센서좌표계로부터 절대좌표계로 좌표 변환하는 단계;로 이루어져 원점이동장치의 위치와 자세를 구하는 것을 특징으로 하는 로봇 원점이동장치의 센싱방법을 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 로봇 원점이동장치의 원점을 산출하는데 있어, 기존의 4개의 변위센서를 이용하던 방식에서 1개의 레이저측역센서를 이용하여 정확하게 원점이동장치의 현재 위치와 자세를 검출할 수 있는 장점과 이로인해 비용도 절감되는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 사용된 작업부재의 실제 형상을 나타내고 있는데 도시된 바와 같이 종방향으로 길게 형성된 종방향 스티프너(12, 13; longitudinal stiffeners)가 일정 간격으로 놓여져 있고, 이것들을 가로지르는 횡방향 스티프너(10, 11; transverse stiffeners)가 서로 교차하여 있다. 종방향 스티프너와 횡방향 스티프너가 교차하는 것이 바로 용접로봇이 용접할 용접선(14)이 된다.

도 2는 도 1에서 제시된 작업부재를 용접하기 위해 작업공간에 설치된 원점이동장치(1)와 용접로봇(2)을 나타내고 있다. 용접장치(용접토치)가 설치되는 매니퓰레이터를 포함하는 용접로봇(2)은 원점이동장치(1) 위에 탑재되어 있는 형태로 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 원점이동장치(1)가 수행할 작업에 대한 구성도를 나타낸다. 원점이동장치(1)는 초기 Pi 위치에서 원점이동장치의 현재 자세(pose)를 찾아내고, 주어진 경로(3)를 따라 미리 정해진 Pf 위치까지 용접로봇(2)을 이동시키는 것을 임무로 한다. 왜냐하면, 용접로봇(2)이 용접하기 위해 갖는 모든 용접선의 정보는 점 Pf를 기준으로 만들어져 있기 때문이다.

도 5는 본 발명을 이루기 위한 수단으로써 레이저 측역센서(LRF, laser range finder, 20)를 사용하여 대상체를 측정하기 위한 원리를 보여준다.

레이저 측역센서(20)가 인식할 수 있는 측정범위(21) 내에 존재하는 대상물인 횡방향 스티프너(10) 및 종방향 스티프너(12, 13)가 있을 때, 레이저 측역센서(20)는 θ방향으로 증가하면서 최대 범위까지 레이저(22)를 발사하여 대상물을 검출한다. 이때, 대상물이 존재하면 이것에 대한 거리 L이 측정된다. 그래서 θ와 L로부터 센서좌표계에 대한 물체의 좌표를 구할 수 있다. 센서좌표계(C2)에 대한 XY 좌표는 다음 식에 의해서 구해지고, 한번 스캔이 완료되면, 측정범위(21) 내에서의 평면에 포함되어 있는 검출 물체에 대한 정보가 만들어진다.

x = L cos(θ)

y = L sin(θ)

이렇게 구해진 레이저 측역센서(20)에서 측정된 종방향 스티프너와 횡방향 스티프너까지의 거리 정보는 도 5에서 보는 것과 같이 각 점들의 조합으로 나타나며, 이 조합은 직선 형태를 가지고 있다. 이것은 기존에 알려진 일반화된 Hough 변환의 원리를 이용하면 센서좌표계(C2)에 대한 직선의 방정식을 구할 수 있다. 도 5에서와 같이 3면으로 구성되어 있을 경우에는 3개의 직선을 찾을 수 있다. 일단 이 직선의 방정식을 찾으면, 다음 수식에 의해서 센서좌표계의 원점과 이들 직선과의 최단거리를 구하면 절대좌표계(C1)에 대한 원점이동장치의 위치를 알 수 있다.

직선: ax + by + c = 0

점: P(x₁, y₁)

최단거리:

실제 점 P는 원점이므로 P(0, 0)을 입력하여 최단거리를 계산할 수 있고, 직선의 기울기는 원점이동장치가 상대적으로 기울어진 각(φ)을 나타내기 때문에 이 기울기 값을 산출하면 된다.여기서 레이저측역센서에 관한 작업의 주체는 원점이동장치가 한다.

도 6은 실제 원점이동장치에 센서가 부착된 하나의 예를 나타낸다. 레이저 측역센서(20)는 용접로봇(2)의 하부에 위치하는 선회동작을 하는 베이스 프레임의 전방부에 부착되어 있으며, 로봇 베이스축이 180도 회전 했을 때에는 동일하게 후방을 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 다관절로 이루어진 매니퓰레이터로 구성된 용접로봇(2)은 매니풀레이터 끝단부에 용접장치(용접토치)가 설치되어 있음을 알 수 있어 본 발명에 따라 능동적으로 주행하여 미리 정해진 위치 즉, 도 3에 도시된 지점(Pf)에 다다라 용접로봇이 용접할 용접선(14)를 용접하게 된다.

도 7은 원점이동장치의 원점을 검출하는 데 사용된 검출 알고리즘을 나타낸다.

먼저 레이저 측역센서가 전영역에 대해서 스캔을 하여 검출된 작업부재의 거리정보를 메모리(여기서 메모리는 로봇 원점이동장치에 있는 장치임)에 격납하는 단계(F1);

이후 저장된 거리정보로부터 종방향 및 횡방향 스티프너를 직선으로 간주하여 Hough 변환을 통하여 종방향 스트프너의 직선 L1과 횡방향 스트프너의 직선 L2를 검출하는 단계(F2);

검출된 직선 L1과 L2로부터 원점이동장치의 자세(x, y, φ)를 구하는 단계(F3);

센서좌표계(C2)로부터 절대좌표계(C1)로 좌표 변환하는 단계(F4);로 구분되어 진다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 관련된 작업부재의 실제 형상의 예이고,

도 2는 기존의 로봇 원점이동장치 실제도이고,

도 3은 로봇 원점이동장치의 작업 구성도이고,

도 4는 기존의 원점이동장치의 센싱시스템 및 방법도이고,

도 5는 본 발명에서 사용된 원점이동장치의 센싱시스템 개념도이고,

도 6은 본 발명에서의 센싱시스템이 부착된 모습이고,

도 7은 본 발명에서 사용된 특징점 검출 알고리즘 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 원점이동장치

(2) : 용접로봇

(3) : 경로

(12, 13) : 종방향 스티프너(longitudinal stiffeners)

(10, 11) : 횡방향 스티프너(transverse stiffeners)

(14) : 용접선

(20) : 레이저 측역센서

(21) : 스캔측정범위

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 조선의 판넬조립 라인 등에서 종방향 스티프너(12, 13)와 횡방향 스티프너(10, 11)로 이루어진 크고 복잡한 작업부재를 용접로봇을 사용하여 용접시, 용접로봇을 탑재하여 정해진 용접위치까지 이동하여 용접토록 하는 로봇 원점이동장치의 위치와 자세를 센싱하는 방법에 있어서,

   상기 작업부재가 설치된 작업공간 내에 위치한 로봇 원점이동장치의 상부에 탑재된 용접로봇의 하부 베이스 프레임 전방부에 한 개의 레이저 측역센서(20)를 설치하여, 이 레이저 측역센서가 도달하는 측정범위(21) 내에 존재하는 대상물인 횡방향 스티프너(10) 및 종방향 스티프너(12, 13)를 검출하여 로봇 원점이동장치의 위치와 자세를 센싱토록 하되, 상기 레이저 측역센서(20)는 용접로봇(2)의 용접로봇 베이스축이 180도 회전했을 때에는 동일하게 후방을 측정할 수 있도록 구성한 로봇 원점이동장치의 센싱시스템을 구비한 후, 레이저 측역센서로 측정범위(21) 전 영역에 대해서 스캔을 하여 검출된 작업부재의 최단거리 거리정보를 메모리에 격납하는 단계(F1);

   이후 저장된 거리정보로부터 종방향 및 횡방향 스티프너를 직선으로 간주하여 Hough 변환을 통하여 종방향 스트프너의 직선 L1과 횡방향 스트프너의 직선 L2를 검출하는 단계(F2);

   검출된 직선 L1과 L2로부터 원점이동장치의 자세값(x, y, φ)을 구하는 단계(F3);

   상기 단계에 따라 얻어진 센서좌표계(C2)로부터 절대좌표계(C1)로 좌표 변환하는 단계(F4);로 이루어져 원점이동장치의 위치와 자세를 구하는 것을 특징으로 하는 로봇 원점이동장치의 센싱방법.

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