KR101246073B1 - 로봇 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101246073B1
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송세환
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Abstract

로봇 제어 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 로봇 자세 제어 방법은 텔레스코픽(telescopic) 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 단계와, 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 단계와, 슬라이딩 축 이동량 및 로봇 제어 변수 목표값과 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함한다.

Description

로봇 제어 장치 및 방법{ROBOT CONTROLLING APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 로봇 매니퓰레이터(manipulator)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇 매니퓰레이터의 위치 및 자세를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 조선소 등에서 대형 선박을 건조할 경우에는 선체를 블록 형태로 나누어서 개별적으로 제작하고, 제작을 마친 블록들을 순서대로 조립하게 된다. 선체 블록은 용접, 도장 등 다양한 공정들을 통해 제작되며, 이러한 공정들은 노동 집약적인 작업으로서 자동화가 지속적으로 요구되어 왔고, 이러한 요구에 의해 다양한 로봇 매니퓰레이터가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 로봇 매니퓰레이터에는 용접, 도장 등 소정의 작업을 수행하기 위한 엔드 이펙터가 탈거 가능하게 장착되며, 엔드 이펙터와 피작업물 사이의 거리를 줄이기 위하여 길이 조절이 가능한 텔레스코픽 암(telescopic arm)이 사용될 수 있다.
이와 같이 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터를 이용하여 용접, 도장 등의 작업을 수행할 때에는, 로봇 본체를 슬라이딩(sliding) 이동 경로를 따라 희망하는 작업 장소로 이동시키며, 이후에는 슬라이딩 이동 경로에 대응하는 슬라이딩 축은 고정시킨 상태에서 본체의 회전 구동, 텔레스코픽 암의 직선 구동, 텔레스코픽 암의 회전 구동, 엔드 이펙터의 회전 구동 등을 통해 요망하는 작업을 수행한다.
여기서, 로봇 매니퓰레이터가 한 장소에서 용접, 도장 등의 작업을 수행할 수 있는 작업 영역은 본체의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암의 최대 직선 길이, 엔드 이펙터의 최대 회전 각도 등에 의해 결정된다.
도 1은 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터의 종래 기술에 따른 작업 영역의 범위를 좌표계로 나타낸 그래프이다.
도 1에서 Z 방향의 작업 범위(LZ)는 텔레스코픽 암의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암의 최대 직선 길이, 엔드 이펙터의 최대 회전 각도 등에 의해 결정되며, Y 방향의 작업 범위(LY)는 본체의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암의 최대 직선 길이, 엔드 이펙터의 최대 회전 각도 등에 의해 결정된다.
아울러, 로봇 매니퓰레이터가 한 장소에서 수행할 수 있는 단위 작업 영역 이외의 영역에 대한 추가 작업이 요구될 때에는 로봇 매니퓰레이터를 다른 장소로 이동시켜야 하며, 그 이동 회수는 전체적인 작업 효율에 지대한 영향을 주기 때문에 작업 효율의 증대를 위해서는 단위 작업 영역을 넓혀서 로봇 매니퓰레이터의 이동이 최대한 적게 발생되도록 하여야 한다.
한편, 단위 작업 영역을 넓히기 위하여 본체의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암의 최대 회전 각도 및 최대 직선 길이, 엔드 이펙터의 최대 회전 각도 등을 증대시키는 방안을 모색할 수 있다.
그러나, 각종 최대 회전 각도 및 최대 직선 길이를 증대시키는 것은 매커니즘적인 한계에 봉착하며, 특히 텔레스코픽 암의 최대 직선 길이를 증대시키는 것은 로봇 매니퓰레이터의 대형화를 초래할 수 있어서 협소한 장소에서는 작업을 수행할 수 없는 등의 부작용을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 텔레스코픽 축을 가지는 다축 로봇의 위치 및 자세를 제어함에 있어서 단위 작업 영역을 최대화 하고자 한다.
또한, 로봇 매니퓰레이터의 구동을 위한 좌표 연산의 부담 증가를 최소화 하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 텔레스코픽 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 상기 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 역기구학 해석부와, 상기 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 궤환부와, 상기 슬라이딩 축 이동량 및 상기 로봇 제어 변수 목표값과 상기 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 상기 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 생성부를 포함하는 로봇 제어 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 역기구학 해석부는, 상기 목표 위치 좌표를 입력 받고, 상기 로봇의 슬라이딩 축을 중심으로 하여 상기 목표 위치 좌표의 대칭 위치 좌표를 산출하며, 상기 텔레스코픽 축을 제외하고 상기 슬라이딩 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 대칭 위치 좌표에 대한 작업을 위한 상기 슬라이딩 축 이동량을 계산하고, 상기 슬라이딩 축을 제외하고 상기 텔레스코픽 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 목표 위치 좌표에 대한 작업을 위한 로봇 제어 변수 목표값을 도출할 수 있다.
또한, 상기 역기구학 해석부는, 상기 텔레스코픽 축의 직선 길이를 최단 거리로 고정한 상태로 상기 다축 역기구학 해석을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 텔레스코픽 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 상기 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 단계와, 상기 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 단계와, 상기 슬라이딩 축 이동량 및 상기 로봇 제어 변수 목표값과 상기 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 상기 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 로봇 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 목표 위치 좌표를 입력 받는 단계와, 상기 로봇의 슬라이딩 축을 중심으로 하여 상기 목표 위치 좌표의 대칭 위치 좌표를 산출하는 단계와, 상기 텔레스코픽 축을 제외하고 상기 슬라이딩 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 대칭 위치 좌표에 대한 작업을 위한 상기 슬라이딩 축 이동량을 획득하는 단계와, 상기 슬라이딩 축을 제외하고 상기 텔레스코픽 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 목표 위치 좌표에 대한 작업을 위한 로봇 제어 변수 목표값을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 텔레스코픽 축의 직선 길이를 최단 거리로 고정한 상태로 상기 슬라이딩 축 이동량을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 텔레스코픽 축을 가지는 다축 로봇의 위치 및 자세를 제어함에 있어서 단위 작업 영역을 최대화 하면서도 로봇 매니퓰레이터의 구동을 위한 좌표 연산의 부담 증가를 최소화 할 수 있다.
도 1은 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터의 종래 기술에 따른 작업 영역의 범위를 좌표계로 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 장치 및 방법을 적용할 수 있는 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치를 적용할 수 있는 로봇 위치 제어 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치에 의한 로봇 제어 방법의 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 로봇 매니퓰레이터의 목표 위치 좌표를 포함하는 직각 좌표계의 일 예를 보인 것이다.
도 6은 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터의 본 발명의 실시예에 따른 작업 영역의 범위를 좌표계로 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 장치 및 방법을 적용할 수 있는 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터의 예시도이다.
도 2에 나타낸 실시예에 의한 로봇 매니퓰레이터(100)는, 본체(110), 직동 관절 및 회전 관절을 포함하여 본체(110)에 대해 직선 및/또는 회전 구동이 가능한 텔레스코픽 암(120), 텔레스코픽 암(120)을 구동시키는 암 구동부(130), 본체(110)의 슬라이딩 이동을 안내하는 가이드 레일(10)을 따라 이동하는 가이드 롤러(140), 본체(110)를 슬라이딩 이동 및/또는 회전 구동시키는 본체 구동부(150), 텔레스코픽 암(120)의 종단에 탈거 가능하게 장착되어 용접, 도장 등 소정의 작업을 수행하는 엔드 이펙터(160), 엔드 이펙터(160)를 회전 구동시키는 이펙터 구동부(도시 생략됨) 등을 포함할 수 있다.
가이드 레일(10)은 본체(110) 및 본체 구동부(150)를 하측에서 지지하는 형태로 설치될 수 있으며, 측방향으로 돌출되는 가이드 돌기(11)와 이에 평행하게 연장되는 랙(13)을 포함할 수 있다. 가이드 롤러(140)는 지면과 수직하게 형성된 회전축을 중심으로 회전되도록 설치될 수 있으며, 가이드 롤러(140)는 본체(110)가 가이드 레일(10)의 진행 방향을 따라 이동될 수 있도록 가이드 레일(10)에 밀착되어 회전될 수 있다.
본체 구동부(150)의 하측에는 랙(13)과 연동할 수 있는 피니언(170)이 설치될 수 있으며, 피니언(170)이 본체 구동부(150)에 의해 회전됨으로써 로봇 매니퓰레이터(100)가 가이드 레일(10)을 따라서 슬라이딩 이동될 수 있다.
전술한 바와 같은 실시예의 구조를 가지는 로봇 매니퓰레이터(100)를 이용하여 용접, 도장 등의 작업을 수행할 때에는, 본체 구동부(150)가 피니언(170)을 회전시켜 랙(13)과의 상호 작용에 의하여 로봇 매니퓰레이터(100)을 가이드 레일(10)을 따라 슬라이딩 이동시켜서 희망하는 작업 장소로 이동시키며, 이후에는 가이드 레일(10)에 의한 슬라이딩 이동 경로에 대응하는 슬라이딩 축은 고정시킨 상태에서 본체(110)의 회전 구동, 텔레스코픽 암(120)의 직선 구동, 텔레스코픽 암(120)의 회전 구동, 엔드 이펙터(160)의 회전 구동 등을 통해 요망하는 작업을 수행한다.
여기서, 로봇 매니퓰레이터(100)가 한 장소에서 용접, 도장 등의 작업을 수행할 수 있는 작업 영역은 본체(110)의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암(120)의 최대 회전 각도, 텔레스코픽 암(120)의 최대 직선 길이, 엔드 이펙터(160)의 최대 회전 각도 등에 의해 결정된다.
아울러, 로봇이 한 장소에서 수행할 수 있는 단위 작업 영역 이외의 영역에 대한 추가 작업이 요구될 때에는 로봇 매니퓰레이터(100)를 다른 장소로 이동시켜야 하며, 그 이동 회수는 전체적인 작업 효율에 지대한 영향을 주기 때문에 작업 효율의 증대를 위해서는 단위 작업 영역을 넓혀서 로봇 매니퓰레이터(100)의 이동이 최대한 적게 발생되도록 하여야 한다.
본 발명의 실시예에서는 텔레스코픽 축을 가지는 다축 로봇 매니퓰레이터의 자세 및 위치를 제어함에 있어서 로봇 매니퓰레이터의 슬라이딩 축을 포함시킴으로써 단위 작업 영역을 최대화 한다. 또한, 로봇 매니퓰레이터의 슬라이딩 축을 포함시키면서도 로봇 매니퓰레이터의 구동을 위한 좌표 연산의 부담 증가를 최소화 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치를 적용할 수 있는 로봇 위치 제어 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면 실시예에 따른 로봇 위치 제어 시스템은, 직교 좌표 경로 계획기(200), 로봇 제어 장치(300), 구동 장치(400), 측정 장치(500) 등을 포함할 수 있다. 로봇 제어 장치(300)는 역기구학 해석부(310), 궤환부(320), 제어 신호 생성부(330) 등을 포함할 수 있다.
직교 좌표 경로 계획기(200)는 로봇 매니퓰레이터(100)의 기능을 수행하기 위해 엔드 이펙터가 이동되어야 할 목표 경로에 대한 목표 위치 좌표 정보를 제공하는 장치이다. 로봇 매니퓰레이터(100)의 엔드 이펙터 경로 정보는 구현될 기능에 대응하여 미리 설계될 수 있다. 직교 좌표 경로 계획기(200)에서 제공되는 목표 위치 좌표 정보는 직교 좌표계 상에서 표현될 수 있으며, 목표 위치 좌표 정보는 역기구학을 통해 로봇 제어 장치(300)의 제어 변수로 변환될 수 있다.
도 3에서 직교 좌표 경로 계획기(200)는 로봇 제어 장치(300)와는 별개의 구성으로 표현되어 있으나, 경우에 따라서는 직교 좌표 경로 계획기(200)가 로봇 자세 제어 장치(300)의 일부분으로 병합될 수 있다.
로봇 제어 장치(300)는 로봇 매니퓰레이터(100)의 위치 및 자세를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 장치이다. 이러한 로봇 제어 장치(300)는 직교 좌표 경로 계획기(200)로부터의 정보와 측정 장치(500)로부터의 측정 정보(신호)에 기초하여 로봇 제어 신호를 생성할 수 있다. 로봇 제어 장치(300)에서 생성된 로봇 제어 신호는 구동 장치(400)로 전달되어 로봇 매니퓰레이터(100)의 위치 및/또는 자세를 변화시킨다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치(300)는 역기구학 해석부(310), 궤환부(320), 제어 신호 생성부(330) 등을 포함할 수 있다.
역기구학 해석부(310)는 역기구학 모델을 수치해석적으로 해석하여 로봇 매니퓰레이터(100)의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 도출하여 제어 신호 생성부(330)에게 제공한다. 즉, 로봇 매니퓰레이터(100)의 역기구학의 해를 구하는 것으로, 로봇 매니퓰레이터(100)에 장착된 엔드 이펙터의 위치 정보로부터 그 위치 정보에 상응하는 로봇 제어 변수 목표값을 구할 수 있다. 예컨대, 역기구학 해석부(310)는 POE(Product-Of-Exponentials) 기반의 역기구학 모델 또는 D-H 파라미터 기구학 모델을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 역기구학 해석부(310)는 직교 좌표 경로 계획기(200)로부터 목표 위치 좌표가 제공되면 로봇 매니퓰레이터(100)의 슬라이딩 축을 중심으로 하여 목표 위치 좌표의 대칭 위치 좌표를 산출하며, 로봇 매니퓰레이터(100)의 텔레스코픽 축을 제외하고 슬라이딩 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 대칭 위치 좌표로 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 슬라이딩 축 이동량을 계산하고, 로봇 매니퓰레이터(100)의 슬라이딩 축을 제외하고 텔레스코픽 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 목표 위치 좌표로 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 로봇 제어 변수 목표값을 도출할 수 있다.
궤환부(320)는 측정 장치(500)로부터 로봇 매니퓰레이터(100)의 자세 측정 정보와 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받아서 제어 신호 생성부(330)에게 제공할 수 있다.
제어 신호 생성부(330)는 역기구학 해석부(310)에 의해 도출된 슬라이딩 축 이동량 및 로봇 제어 변수 목표값과 궤환부(320)로부터 제공되는 로봇 매니퓰레이터(100)의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 로봇 매니퓰레이터(100)의 자세 및/또는 위치 제어를 위한 로봇 제어 신호를 생성한다. 로봇 제어 신호에는 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수목표값이 포함되며, 생성된 로봇 제어 신호는 구동 장치(400)에게 제공될 수 있다. 예컨대, 제어 신호 생성부(330)는 PID(Proportional Integral Derivative) 제어 기법에 기초하여 구동 장치(400)에게 전달할 로봇 제어 신호를 생성할 수 있다.
구동 장치(400)는 로봇 제어 장치(300)로부터 제공되는 로봇 제어 신호에 의거하여 로봇 매니퓰레이터(100)를 실질적으로 구동시켜서 위치 및/또는 자세를 변경시킬 수 있다. 앞서 도 2를 참조하여 설명한 암 구동부(도 2의 도면부호 130), 본체 구동부(도 2의 도면부호 150), 이펙터 구동부(도 2에 도시 생략됨) 등을 포함하며, 모터, 실린더 등의 구성요소를 포함할 수 있다. 구동 장치(400)의 구현은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 더 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 의하면 구동 장치(400)는 로봇 제어 장치(300)로부터 제공되는 로봇 제어 신호에 포함된 슬라이딩 축 이동량에 의거하여 본체 구동부(도 2의 도면부호 150)를 구동시켜 역기구학 해석부(310)에 의해 도출된 슬라이딩 축 이동량 만큼 로봇 매니퓰레이터(100)를 슬라이딩 축을 따라 이동시키면서 로봇 제어 신호에 포함된 로봇 제어 변수값에 의거하여 암 구동부(도 2의 도면부호 130)와 본체 구동부(도 2의 도면부호 150) 및 이펙터 구동부(도 2에 도시 생략됨)를 구동시켜 직교 좌표 경로 계획기(200)에서 제공된 목표 위치 좌표로 로봇 매니퓰레이터(100)의 엔드 이펙터를 이동시킨다.
측정 장치(500)는 머신 비젼, 가변 저항 및 스트레인 게이지 등의 다양한 센서를 이용하여 로봇 매니퓰레이터(100)의 조인트 회전 각도, 링크 또는 암의 변위 등과 같은 자세 측정 정보를 로봇 제어 장치(300)에게 궤환 신호로써 제공할 수 있으며, 로봇 매니퓰레이터(100)의 변위 측정 정보를 로봇 제어 장치(300)에게 궤환 신호로써 제공할 수 있다. 앞서 설명한 구동 장치(400)와 마찬가지로 측정 장치(500)의 구현은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 더 구체적인 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치에 의한 로봇 제어 방법의 실시예를 나타낸 흐름도이다.
이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 방법은, 텔레스코픽 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 단계(S601 내지 S607)와, 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 단계(S609)와, 슬라이딩 축 이동량 및 로봇 제어 변수 목표값과 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계(S611) 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치에 의한 로봇 제어 과정을 시계열적으로 살펴보기로 한다. 여기서, 추가로 참조하는 도 5는 로봇 매니퓰레이터의 목표 위치 좌표를 포함하는 직각 좌표계의 일 예를 보인 것이다.
먼저, 좌표계에서 X축은 슬라이딩 축이 될 수 있다.
직교 좌표 경로 계획기(200)는 로봇 제어 장치(300)에게 로봇 매니퓰레이터(100)의 기능 수행을 위한 엔드 이펙터(160)의 목표 위치 좌표(xt,yt,zt,αt,βt,γt) 정보를 제공할 수 있다(S601).
로봇 제어 장치(300)의 역기구학 해석부(310)는 로봇 매니퓰레이터(100)의 슬라이딩 축을 중심으로 하여 목표 위치 좌표(xt,yt,zt,αt,βt,γt)의 대칭 위치 좌표(xvt,yvt,zt,0,βt,0)를 산출하며(S603), 로봇 매니퓰레이터(100)의 텔레스코픽 축을 제외하고 슬라이딩 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여, 슬라이딩 축에 대하여 대칭인 대칭 위치 좌표(xvt,yvt,zt,0,βt,0)로 엔드 이펙터(160)를 이동시키기 위한 슬라이딩 축 이동량(Δx)을 계산하고(S605), 로봇 매니퓰레이터(100)의 슬라이딩 축을 제외하고 텔레스코픽 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 목표 위치 좌표(xt,yt,zt,αt,βt,γt)로 엔드 이펙터(160)를 이동시키기 위한 로봇 제어 변수 목표값을 도출한다(S607). 여기서, 텔레스코픽 암(120)의 직선 길이는 구동 장치(400)에 의해 최단 거리로 고정된 상태일 수 있다. 예컨대, 텔레스코픽 축의 직선 길이를 최단 거리로 고정한 상태로 다축 역기구학 해석을 수행하여 슬라이딩 축 이동량(Δx)을 계산 또는 획득할 수 있다. 그리고, 역기구학 해석부(310)는 도출된 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 제어 신호 생성부(330)에게 제공한다.
한편, 측정 장치(500)는 로봇 매니퓰레이터(100)의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 로봇 제어 장치(300)에게 궤환 신호로써 제공하며, 로봇 제어 장치(300)의 궤환부(320)는 측정 장치(500)로부터 로봇 매니퓰레이터(100)의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받아서 제어 신호 생성부(330)에게 제공한다(S609).
로봇 제어 장치(300)의 제어 신호 생성부(330)는 역기구학 해석부(310)에 의해 도출된 슬라이딩 축 이동량 및 로봇 제어 변수 목표값과 궤환부(320)로부터 제공되는 로봇 매니퓰레이터(100)의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 슬라이딩 축 이동량(Δx)과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하며, 생성된 로봇 제어 신호를 구동 장치(400)에게 제공한다(S611).
그러면, 구동 장치(400)는 로봇 제어 장치(300)로부터 제공되는 로봇 제어 신호에 포함된 슬라이딩 축 이동량(Δx)에 의거하여 본체 구동부(150)를 구동시켜 역기구학 해석부(310)에 의해 도출된 슬라이딩 축 이동량(Δx) 만큼 로봇 매니퓰레이터(100)를 슬라이딩 축을 따라 이동시키면서 로봇 제어 신호에 포함된 로봇 제어 변수값에 의거하여 암 구동부(130)와 본체 구동부(150) 및 이펙터 구동부(도시 생략됨)를 구동시켜 직교 좌표 경로 계획기(200)에서 제공된 목표 위치 좌표(xt,yt,zt,αt,βt,γt)로 로봇 매니퓰레이터(100)의 엔드 이펙터(160)를 이동시킨다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 텔레스코픽 축을 가지는 다축 로봇의 위치 및 자세를 제어함에 있어서 로봇 매니퓰레이터의 슬라이딩 축을 포함시킴으로써 단위 작업 영역을 최대화 하면서도 로봇 매니퓰레이터의 구동을 위한 좌표 연산의 부담 증가를 최소화 한다.
도 6은 텔레스코픽 암이 사용된 로봇 매니퓰레이터의 본 발명의 실시예에 따른 작업 영역의 범위를 좌표계로 나타낸 그래프이다.
종래 기술에 따른 작업 영역의 범위를 나타낸 도 1과 본 발명의 실시예에 따른 작업 영역의 범위를 나타낸 도 6을 비교하여 보면, Z 방향의 작업 범위가 LZ에서 LZ'로 확대되었음을 알 수 있다.
100 : 로봇 매니퓰레이터 200 : 직교 좌표 경로 계획기
300 : 로봇 제어 장치 310 : 역기구학 해석부
320 : 궤환부 330 : 제어 신호 생성부
400 : 구동 장치 500 : 측정 장치

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 텔레스코픽(telescopic) 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 상기 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 역기구학 해석부와,
    상기 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 궤환부와,
    상기 슬라이딩 축 이동량 및 상기 로봇 제어 변수 목표값과 상기 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 상기 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 생성부를 포함하며,
    상기 역기구학 해석부는, 상기 목표 위치 좌표를 입력 받고, 상기 로봇의 슬라이딩 축을 중심으로 하여 상기 목표 위치 좌표의 대칭 위치 좌표를 산출하며, 상기 텔레스코픽 축을 제외하고 상기 슬라이딩 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 대칭 위치 좌표에 대한 작업을 위한 상기 슬라이딩 축 이동량을 계산하고, 상기 슬라이딩 축을 제외하고 상기 텔레스코픽 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 목표 위치 좌표에 대한 작업을 위한 로봇 제어 변수 목표값을 도출하는
    로봇 제어 장치.
  3. 텔레스코픽(telescopic) 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 상기 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 역기구학 해석부와,
    상기 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 궤환부와,
    상기 슬라이딩 축 이동량 및 상기 로봇 제어 변수 목표값과 상기 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 상기 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 생성부를 포함하며,
    상기 역기구학 해석부는, 상기 텔레스코픽 축의 직선 길이를 최단 거리로 고정한 상태로 상기 다축 역기구학 해석을 수행하는
    로봇 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 텔레스코픽(telescopic) 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 상기 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 단계와,
    상기 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 단계와,
    상기 슬라이딩 축 이동량 및 상기 로봇 제어 변수 목표값과 상기 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 상기 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 획득하는 단계는, 상기 목표 위치 좌표를 입력 받는 단계와,
    상기 로봇의 슬라이딩 축을 중심으로 하여 상기 목표 위치 좌표의 대칭 위치 좌표를 산출하는 단계와,
    상기 텔레스코픽 축을 제외하고 상기 슬라이딩 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 대칭 위치 좌표에 대한 작업을 위한 상기 슬라이딩 축 이동량을 획득하는 단계와,
    상기 슬라이딩 축을 제외하고 상기 텔레스코픽 축을 포함한 다축 역기구학 해석을 통하여 상기 목표 위치 좌표에 대한 작업을 위한 로봇 제어 변수 목표값을 도출하는 단계를 포함하는
    로봇 제어 방법.
  6. 텔레스코픽(telescopic) 축이 포함된 다축을 가지는 로봇을 목표 위치 좌표로 제어하기 위한 상기 로봇의 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수 목표값을 다축 역기구학 해석을 통하여 획득하는 단계와,
    상기 로봇의 자세 측정 정보 및 변위 측정 정보를 궤환 신호로써 입력 받는 단계와,
    상기 슬라이딩 축 이동량 및 상기 로봇 제어 변수 목표값과 상기 궤환 신호를 고려한 다축 기구학 모델 수치해석을 통하여 상기 슬라이딩 축 이동량과 로봇 제어 변수값을 포함하는 로봇 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 텔레스코픽 축의 직선 길이를 최단 거리로 고정한 상태로 상기 슬라이딩 축 이동량을 획득하는
    로봇 제어 방법.
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