KR101477481B1 - 위치 결정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다수의 자유도를 가지며 베이스(11) 상에 장착되고 손목 메커니즘을 가지는 로봇 아암(10)의 단부와 같은 가동성 요소의 위치는 로봇의 베이스 주위의 다수의 베이스 타겟(32, 74), 손목 메커니즘(15)의 베이스(14) 주위에 다수의 아암 타겟(42, 74)들, 및 베이스 타겟들 중 적어도 일부와 아암 타겟들 중 적어도 일부의 상대 위치를 결정하도록 가동성 요소와 함께 움직이는 광학 수단(90)을 설치하는 것에 의하여 결정된다. 광학 수단은 레이저 추적기 또는 카메라 시스템(90)일 수 잇으며, 이것은 손목 메커니즘(15)이 연결되는 로봇 아암의 부분(13) 상에 장착될 수 있다. 이러한 것은 기존의 로봇(10)이 고정된 외부 기준 프레임에 대한 절대 위치 정확성을 달성하는 것을 가능하게 한다.

로봇, 레이저 추적기, 카메라 시스템, 손목 메커니즘, 위치 측정

Description

위치 결정 장치 및 방법{DETERMINING POSITIONS}

본 발명은 로봇, 특히 다수의 자유도를 가지는 로봇에 관한 것이고, 로봇이 가동성 디바이스에 적용할지라도 로봇의 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

로봇들은 산업에서 폭넓게 사용되고 있다. 전형적으로, 로봇은 예를 들어 6 자유도를 가지며, 로봇은 2개의 직교축들을 중심으로 회전할 수 있도록 한 쪽 단부에서 베이스에 지지되는 상부 아암; 상부 아암의 다른 쪽 단부로 선회되고 상부 아암에 대해 회전 가능하고, 또한 그 자체의 종방향 축을 중심으로 회전 가능한 하부 아암; 및 2개의 직교 회전축을 구비한 짐벌형 손목 메커니즘(gimbaled wrist mechanism)으로 이루어질 수 있다. 이러한 다수의 회전축들은 단지 실례를 들어 주어지며, 다른 로봇들은 다른 자유도를 가지며, 예를 들어 하나의 아암 부품은 망원경식으로 신축가능할(telescopic) 수 있다. 모든 자유도에서의 움직임들은 각각의 모터, 전형적으로 서보 모터에 의해 초래된다. 로봇들은 필요한 위치로 아암의 단부를 움직이도록 프로그램될 수 있으며, 상기 위치는 각각의 아암 요소의 움직임, 예를 들어 각각의 회전축을 중심으로 하는 각회전(angular rotation)에 의해 결정된다. 이러한 움직임들은 모터의 회전수로부터 결정될 수 있거나, 또는 엔코더를 사용하여 측정될 수 있다. 현존하는 로봇의 문제는 그 작업 환경 내에서의 로봇의 프로그램된 위치와 실제 또는 절대 위치가 다르다는 것이다. 프로그램된 위치는 로봇의 각각의 조인트의 각 위치(angular position)에 의해 정의된다. 도 1에 도시된 6 자유도 로봇에 대해, 자유도는 각각의 프로그램된 위치에 대한 6개의 값들에 대응한다. 로봇 제어기는 그런 다음 각각의 조인트의 명령된 위치를 달성하도록 모든 6개의 서보 모터들을 조정한다. 그러므로, 로봇은 항상 그 프로그램된 위치로 가지만, 정확하게 이러한 것은 외부에 대해 프로그램된 위치에서 수행되며, 축의 절대 설정은 변할 수 있다.

이러한 변화는 아래와 같이 다양한 인자들로부터 발생한다:

a) 관절 아암 요소(articulating arm element)들의 길이에 영향을 주는 주위의 온도;

b) 관절 아암 요소 길이를 따라서 고르지 않은 열분배에 의해, 로봇의 듀티 사이클에 의존하고 관절 아암 요소를 팽창시킬 뿐만 아니라 상기 관절 아암 요소들을 왜곡하는 경향이 있는, 서보 모터로부터의 열분산으로부터 발생하는 온도 구배;

c) 로봇의 단부에 인가되는 상이한 하중들이 상이한 편향(deflection)을 산출하도록, 로봇의 강성(stiffness)의 부족.

상기의 모든 이유 때문에, 로봇의 프로그램된 위치 및 실제 또는 "절대" 위치는 하루 중의 상이한 때에 다르게 된다. 일부 적용예의 경우에, 위치에서의 결과적인 변동은 중요한 것이 아니지만, 다른 적용예의 경우에는 절대 위치가 결정되는 것이 필요하다.

공지된 기술은 주위의 셀(cell)에 대한 로봇의 실제 위치를 결정하도록 레이저 추적기(laser tracker) 또는 고정밀 카메라를 사용하는 것이다. 이러한 방법들 모두는 로봇의 절대 위치를 결정하도록 로봇 및 셀 상에 배치된 타겟을 사용한다. 이러한 방법의 문제는 로봇의 단부가 레이저 추적기 또는 카메라의 직접적인 시야로부터 숨겨질 수 있음에 따라서 그 동작 사이클의 부분 동안 로봇의 단부가 보이지 않을 수 있다는 것이다. 이러한 문제에 대응하도록, 로봇은 그 사이클의 보이는 부분에서 및 그 사이클의 보이지 않는 부분에 걸쳐서 절대 위치에 대해 "교정" 또는 "보정"될 수 있으며, 위치 에러는 복잡한 수학적 모델링을 사용하여 평가된다. 이러한 평가는 모델에서 만들어진 추정치로 인하여 부정확성을 이끈다.

본 발명에 따라서, 다수의 제 1 타겟들이 기준 프레임 내에서 가동할 수 있는 가동성 요소에 대해 고정되며, 다수의 베이스 요소들이 상기 기준 프레임에 대해 고정된 상대 위치에 제공되는, 상기 가동성 요소의 위치를 결정하기 위한 장치로서, 상기 가동성 요소와 함께 가동할 수 있는 수단을 포함하는 측정 시스템을 포함하고, 상기 측정 시스템은 상기 베이스 요소들 중 적어도 일부에 대한 상기 가동성 요소의 상대 위치를 결정하고 상기 가동성 요소의 위치에 대한 상기 제 1 타겟들 중 적어도 일부의 상대 위치를 결정하기 위한 수단을 포함하는 위치 결정 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 측정 시스템은 광학 측정 시스템이다. 상기 측정 시스템의 가동성 수단은 상기 가동성 요소에 연결될 수 있거나, 또는 별도로 지지되지만 상기 가동성 요소의 부근 내에서 유지될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 로봇 아암의 단부 위치를 결정하기 위한 장치가 제공되며, 로봇 아암은 다수의 자유도를 가지며 베이스 상에 장착되고, 회전 지지 요소를 구비한 손목 메커니즘을 구비하며, 상기 장치는 로봇의 베이스 주위에 있는 다수의 베이스 요소, 상기 회전 지지 요소 주위에 있는 다수의 아암 타겟들, 및 상기 로봇 아암에 또는 로봇 아암에 인접하여 장착되는 위치 선정 수단을 포함하며, 상기 위치 선정 수단은, 상기 위치 선정 수단에 대한 상기 베이스 요소들 중 적어도 일부의 상대 위치와 상기 위치 선정 수단에 대한 상기 아암 타겟들 중 적어도 일부의 상대 위치가 결정되는 것을 가능하게 한다.

그러므로, 상기 아암 타겟(고정되지 않은)의 위치들은 상기 베이스 요소(고정된)에 대하여 측정될 수 있으며, 이러한 측정 자체를 위한 위치 선정 수단은 아암과 함께 움직인다. 위치 선정 수단은 예를 들어 초음파 시스템 또는 적외선 시스템으로 대체될 수 있을지라도 바람직하게 광학 시스템이다.

이러한 장치는 기존의 로봇이 절대 위치 정확성을 달성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 장치는 어떠한 형태의 관절 로봇에도 설치될 수 있다. 이러한 것은 수학적 또는 다른 모델링을 요구하기 보다는 그 전체 궤적을 따라서 그리고 실제의 작업 조건 하에서 로봇 아암의 절대 위치가 측정되는 것을 가능하게 한다. 로봇의 손목 메커니즘을 지지하는 회전축 주위에 아암 타겟의 어레이를 부착하는 것에 의하여, 6-축 로봇은 2개의 로봇으로 즉, 4-축 로봇과, 4-축 로봇의 단부에 부착된 2-축 로봇으로 효과적으로 분리된다(손목 메커니즘이 2개의 축을 제공하는 것을 가정하여). 아암 타겟은 이러한 2-축 로봇의 베이스에 부착된다. 이러한 것은 적어도 이러한 2-축 로봇의 베이스가 예를 들어 레이저 추적기 또는 사진측량(photogrammetry) 카메라 시스템의 적절한 배치에 의해 항상 보일 수 있음으로써 직접적인 시야의 주요 문제를 극복한다.

베이스 또는 가동성 요소(로봇 아암)와 관련된 타겟 또는 요소들은 사용되는 측정 시스템에 의존한다. 예를 들어, 역반사경(retro-reflector)은 레이저 추적기와 조합하여 사용되고; 사진측량 타겟 또는 LED는 카메라 기반 시스템과 결합되거나; 또는 측정 시스템은 에미터와 반사기 사이의 신호, 예를 들어 광 펄스의 비행시간(time-of-flight)으로부터 거리를 측정할 수 있다.

또한, 용어 "손목 메커니즘"은 많은 수의 자유도를 제공하는 보다 복잡한 메커니즘을 포함할 수 있는 것을 인식하여야 한다. 예를 들어, 손목 메커니즘은 대신에 고정확성 열보상 경량 측정(highly accurate thermally-compensated light-weight measurement) 또는 용접 로봇으로 대체될 수 있으며, 측정 또는 용접 로봇은 회전 지지 요소에 견고하게 연결된다. 회전 지지 요소는 손목 메커니즘의 베이스로서, 또는 A4축을 중심으로 손목 메커니즘(또는 메커니즘이 이에 연결될지라도)을 회전시킬 수 있게 함으로써 A4 회전 요소로서 지칭될 수 있다. 장치는 손목 메커니즘의 베이스의 절대 위치가 항상 실제의 작업 조건 하에서 높은 정확성으로 결정되는 것을 가능하게 한다. 로봇 아암의 단부 또는 공구의 위치가 추론될 수 있으며, 상술한 인자들로부터 발생하는 변수들이 특히 작은 스케일이기 때문에, 계산, 교정 또는 측정될 수 있다. 그러므로, "손목 메커니즘"은 몇 개의 자유도를 제공할 수 있으며; 실제 이것은 예를 들어 6-축 로봇 아암일 수 있다.

광학 수단은 로봇 아암에 고정된 레이저 추적기 또는 사진측량 카메라를 포함할 수 있거나, 또는 이러한 광학 수단은 로봇 아암에 인접하여 광학 수단을 유지하는 것을 보장하도록 배열된 또 다른 아암 메커니즘에 의해 운반될 수 있다. 이러한 배열은 사각지대(blind spot)를 가질 수 있지만, 절대 위치 정확성이 이러한 사각지대에서 요구되지 않으면, 이러한 결함은 적당하지 않거나, 또는 광학 수단의 위치는 이러한 사각지대를 피하도록 조정될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 베이스 요소들은 베이스 타겟들이며; 이러한 경우에, 광학 수단은 레이저 추적기를 포함할 수 있다. 광학 수단은 대신에 하나 이상의 카메라들을 포함할 수 있다. 그래서, 또 다른 실시예에서, 광학 수단은 아암 타겟을 보는 적어도 하나의 카메라와, 베이스 타겟을 보는 적어도 하나의 카메라를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 베이스 요소들은 베이스 카메라를 포함하고, 이러한 경우에, 광학 수단은 적어도 하나의 타겟과, 아암 타겟을 보는 적어도 하나의 카메라를 포함한다. 각각의 실시예에서, 광학 수단은 바람직하게 손목 메커니즘의 베이스가 부착되는 아암 요소 상에, 또는 로봇 아암의 이러한 부분에 인접하여 광학 수단을 유지하는 것을 보장하도록 배열된 또 다른 아암 메커니즘에 장착된다. 이러한 위치에 광학 수단을 장착하는 것은 사각지대가 없도록 아암 타겟들 중 적어도 일부와 베이스 요소들 중 적어도 일부가 항상 보이는 것을 보장한다.

추가의 양태에서, 본 발명은 또한 이러한 장치를 사용하여 가동성 요소 또는 로봇 아암의 단부의 위치를 결정하기 위한 방법을 제공한다.

베이스 타겟은 바람직하게 역반사경을 포함하고, 베이스 타겟은 바람직하게 지지 구조물, 바람직하게 낮은 열팽창성의 지지 구조물에 장착된다. 유사하게, 아암 타겟은 바람직하게 역반사경을 포함하고; 바람직하게 아암 타겟들은 손목 메커니즘에 부착된 지지 구조물, 바람직하게 낮은 열팽창성의 지지 구조물에 장착된다. 각각의 경우에, 타겟들은 구형 역반사경을 포함할 수 있다. 이러한 역반사경은 레이저 추적기와 함께 사용하는데 적합하다.

레이저 추적기가 매우 정확한 위치 정보를 제공할 수 있지만, 상이한 위치의 측정치를 매우 신속하게 취할 수 없으며; 카메라 수단이 실질적으로 실시간으로 연속하여 많은 상이한 위치의 관측을 취할 수 있지만, 유용한 위치 정보를 제공하도록 교정되어야만 한다는 것을 인식할 것이다. 카메라 수단은 바람직하게 적어도 4개의 카메라를 포함하며; 2개의 카메라는 베이스 타겟들 중 적어도 일부의 입체 이미지를 제공하도록 배열되고, 2개의 카메라는 아암 타겟들 중 적어도 일부의 입체 이미지를 제공하도록 배열된다. 장치가 레이저 추적기와 카메라 수단 모두를 사용하는 경우에, 모든 아암 타겟들의 상대 위치가 정확하게 알려지는 한, 레이저 추적기에 의해 관측된 아암 타겟들은 카메라 수단에 의해 관측된 아암 타겟들과 다를 수 있으며; 동일한 것이 베이스 타겟들에 적용된다.

본 발명은 단지 실례를 들어 첨부된 도면을 참조하여 추가적이고 보다 특별하게 기술된다.

도 1은 자유도를 도시한 종래의 로봇의 사시도.

도 2는 레이저 추적기를 도시한 도면.

도 3은 베이스 타겟을 통합하는 본 발명의 베이스 링을 도시한 도면.

도 4는 아암 타겟을 통합하는 본 발명의 아암 링을 도시한 도면.

도 5는 도 4의 아암 링이 장착되는 아암 단부를 통한 단면도.

도 6은 본 발명의 장치를 구비한 로봇 아암을 도시한 도면.

도 7은 도 6의 로봇 아암에 대한 변형을 도시한 도면.

도 8은 도 6의 로봇 아암에 대한 또 다른 변형을 도시한 도면.

도 1을 참조하여, 본 발명과 관련된 관절형 로봇(10)의 기본적인 부품들은 베이스(11), 제 1 관절 아암(12), 제 2 관절 아암(13), 회전 가능한 아암 단부(14), 및 전형적으로 그 단부(16)에 공구 또는 프로브(도시되지 않음)를 가지는 손목 메커니즘(15)이다. 제 1 아암(12)은 수직축(A1)과 수평축(A2)을 중심으로 회전할 수 있으며; 제 2 아암은 제 1 아암(12)에 대해 수평축(A3)을 중심으로 상대 회전할 수 있으며; 조인트(17)는 제 2 아암(13)의 종방향 축을 중심으로 하는 아암 단부(14)의 회전(A4)을 제공하며; 손목 메커니즘(15)은 2개의 직교축(A5, A6)을 중심으로 하는 단부(16)의 회전을 제공한다. 이러한 로봇(10)은 공지되었다. 작업장 또는 셀에서, 하나 이상의 이러한 로봇들이 설치될 수 있다.

지금 참조하는 도 2, 도 3, 및 도 4는 도 1에 도시된 것과 같은 로봇이 절대 정확성(absolute accuracy)을 달성하는 것을 가능하게 하는 본 발명의 장치의 부품들을 도시한다. 이러한 장치(18)는 본질적으로 3개의 물품들로 즉, 도 2에 도시된 레이저 추적기(20); 구형 역반사경 타겟(32)을 포함하여 도 3에 도시된 베이스 링(30); 및 구형 역반사경 타겟(42)을 포함하여 도 4에 도시된 A4축 아암 링(40)으로 이루어진다.

도 2를 참조하여, 레이저 추적기(20)는 레이저 빔(24)을 발산하는 레이저 헤드(22)를 통합한다. 레이저 헤드(22)는, 고지 축(27, elevation axis)을 중심으로 회전할 수 있도록 프레임(23)에 지지되는 한편, 프레임(23)은 방위각 축(26, azimuth axis)을 중심으로 회전할 수 있도록 베이스 유닛(25)에 지지된다. 그러므로, 레이저 헤드(22)는 레이저 빔(24)을 임의의 필요한 방향으로 보내도록 회전될 수 있다. 레이저 헤드(22)는 레이저 빔이 적절한 타겟에 의해 복귀되면 반사된 레이저 빔(24)을 검출하고, 헤드(22)와 타겟 중심 사이의 거리는 레이저 간섭 측정(laser interferometry)을 사용하여 매우 정확하게 측정된다. 그러므로, 레이저 추적기(20)는 타겟의 위치(레이저 추적기(20)에 대해 상대적인)가 구형 좌표 시스템에서 정확하고 효과적으로 결정되는 것을 가능하게 한다. 타겟들은 다양한 형상을 가질 수 있지만, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 배열은 볼록 구형 타겟(32, 42)들을 사용한다.

도 3을 참조하여, 베이스 링(30)은 구형 역반사경 타겟(32)들이 부착되는 공간 프레임(34)으로 이루어진다. 공간 프레임(34)은 예를 들어 NILO 36™ 또는 INVAR™ 강과 같은 매우 낮은 열팽창계수 물질로 만들어져서, 타겟(32)들 사이의 위치 관계가 온도 변화에 영향을 받지 않으며, 그 구조가 견고함을 보장한다. 베이스 링(30)은 로봇(10)의 베이스(11)를 에워싸도록 바람직하게 로봇 셀(robot cell)의 플로어에 장착된다. 타겟(32)들은 공간 프레임(34)에 영구적으로 고정될 수 있지만, 이 예에서, 타겟(32)들은 타겟(32)들이 자기적으로 부착되는 원뿔형 컵(33)에 제거 가능하게 위치한다. 이 예에서, 베이스 링(30)은 3개의 하향 돌출 레그(36, leg)들에 의해 지지되며, 레그의 하부면은 원뿔형 오목부를 한정하고, 플로어에 영구적으로 고정될 수 있는 볼-돌출형(ball-nosed) 지지 로드(38) 상에 놓인다. 그러므로, 베이스 링(30)은 제거될 수 있으며, 장착 지점(36, 38)들은 링(30)에서 어떠한 기계적인 응력을 유발하지 않는다. 이 실시예에서, 베이스 링(30)은 셀 플로어에 부착되지만 천장 또는 벽 장착 링 및 로봇 베이스가 대안적인 배열일 수 있는 것으로서 기술된다. 베이스 링은 심지어 로봇 베이스 자체에 부착될 수 있다. 어떠한 경우에도, 부착 방법은 다음의 2개의 필요 조건을 충족시켜야만 한다:

1. 베이스 링(30)이 부착되는 표면은 셀에 대하여 열적 또는 기계적으로 움직이지 않아야만 하고;

2. 부착은, 부착된 링을 변형시키고 타겟(32)들 사이의 위치 관계를 변화시키는 기계적인 응력을 링(30)에서 유발하지 않아야 한다.

베이스 링(30)은 고정되거나 또는 그 지지 로드(38)들로부터 분리 가능할 수 있다. 분리 가능하면, 지지 로드(38)는 자석일 수 있어서, 베이스 링(30)의 레그(36)들과 지지 로드(38) 사이에는 항상 확실한 위치 설정이 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, A4축 아암 링(40, 특히 도 4 참조)은 구형 역반사경 타겟(42)들이 부착되는 공간 프레임(44, 이 예에서 중공 링)으로 이루어진다. 공간 프레임(44)은 NILO 36™ 또는 INVAR™ 강과 같은 매우 낮은 열팽창계수를 가지는 물질로 만들어져서, 타겟(42)들 사이의 위치 관계가 온도 변화에 의해 영향받지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같이, A4축 링(40)은 로봇(10)의 아암 단부(14)를 에워싸고, 링을 변형시키고 부착된 타겟(42)들 사이의 위치 관계를 변화시키는 어떠한 기계적인 응력도 A4축 링(40)에서 유발하지 않는 방식으로 아암 단부(14)에 부착된다. 이 예에서, A4축 링(40)은 아암 단부(14) 상의 대응하는 암나사부 내로 나사 결합되는 나사부를 한 쪽 단부에서 구비한 3개의 볼 돌출형 핀(45)들을 사용하여 아암 단부(14)에 부착된다. 각각의 핀(45)의 외측 단부는 공간 프레임(44)을 통해 방사상 튜브(46)에 위치하고, 핀(45)들의 지름은 튜브(46)의 지름보다 약간 작다. 설치 동안, 핀(45)들은 튜브(46)를 통해 삽입되고, 아암 단부(14)의 몸통 내로 나사 결합된다. 핀(45)들의 볼 단부는 최소의 틈새로 또는 틈새 없이 튜브(46)의 벽과 결합한다(도 5에 도시된 바와 같이).

이 예에서, 8개의 타겟(42)들이 공간 프레임(44) 주위에 부착된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 타겟(42)은 공간 프레임(44)에 고정된 원뿔형 컵(48)에 위치한다. 컵(48)들은 타겟(42)들이 적소에서 견고하고 확실하게 유지되지만 필요하면 제거될 수 있도록 자석 물질로 만들어진다.

장치는 하나 이상의 로봇들이 있는 셀에서 사용될 수 있다. 셀 내에서 절대 위치의 축들을 정의하도록, 셀의 플로어에 적어도 3개의 비공선상의(non-collinear) 위치들에서 타겟(예를 들어 타겟 역반사경(32)들과 같은)을 초기에 설치하여서, 절대 X-Y 평면을 정의하고; Z-축은 이러한 평면에 직교할 수 있으며; 원점(origin)은 타겟들 중 하나에(또는 평면 내의 임의의 필요한 위치에) 있을 수 있 으며; X 및 Y-축들은 예를 들어 컴퍼스 방향(compass direction)들에 의해 이 평면 내에서 임의의 필요한 방식으로 정의될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 링(30)은 상기(또는 각각의) 로봇(10)의 베이스(11) 주위에 설치된다. 레이저 추적기(20) 또는 레이저 경위의(theodolite)와 같은 등가의 측량 디바이스에 의해, 플로어의 평면(X-Y 평면)은 플로어 상의 타겟들의 위치로부터 결정될 수 있으며; 베이스 링(30)에서의 각각의 타겟(32)의 위치는 XYZ 축들에 관계하여 결정될 수 있다. 하나 이상의 로봇(10)이 있으면, 베이스 링(30)은 각각의 로봇(10)의 베이스 주위에 영구적으로 설치될 수 있거나, 또는 대안적으로 단지 3개의 지지부(38)들이 각각의 로봇(10) 주위에 설치될 수 있으며, 단일 베이스 링(30)은 하나의 로봇(10) 주위로부터 다른 로봇 주위로 운반될 수 있다. 어떠한 경우에도, 각각의 베이스 링(30) 위치에서의 타겟(32)들의 정확한 위치 선정은 셀의 절대 좌표 시스템에 관계하여 결정된다.

레이저 추적기(20)는 그런 다음 로봇(10)의 제 2 관절 아암(13) 상에 장착된다. 로봇 아암의 위치가 결정될 때, 레이저 추적기(20)는 보이는 베이스 링(30) 상의 타겟(32)들에서 먼저 보이고 그런 다음 보이는 A4축 링(40) 상의 타겟(42)들에서 보이도록 프로그램된다. 그러므로, 로봇(10) 상의 A4축 링(40)의 위치와, 이미 절대 좌표 시스템에서 그 위치가 공지된 각각의 베이스 링(30) 사이의 연결이 만들어진다.

실제로, 로봇(10)을 위한 컴퓨터 제어가 초기에 기술된 변화원을 무시하고, 로봇 아암이 있는 곳을 알고 있어서, 레이저 추적기(20)가 컴퓨터 제어에 링크될 수 있으며, 레이저 추적기(20)가 무작위로 타겟(32, 42)들을 탐색하기 보다는, 오히려 타겟들이 있어야 하는 곳으로 지향될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 실제로, 레이저 추적기(20)는 타겟(32 또는 42)들의 중심으로 향하는 정확한 방향을 찾도록 단지 간단한 탐색만을 요구한다.

이러한 절차가, 언제나 실제의 작업 조건 하에서, 유효하게 로봇(10)의 나머지 부품들, 즉 2개의 회전축을 구비한 손목 메커니즘(15)의 베이스인 A4축 아암 링(40)의 절대 위치를 가장 정확하게 측정하는 것을 가능하게 한다는 것을 인식할 것이다. 단부(16)의 위치 또는 로봇(10)에 부착되는 공구의 위치가 지금 결정된다. 이러한 손목 메커니즘(15)의 길이가 로봇(10)의 전체 길이의 작은 비율이기 때문에 상당히 감소된 스케일에서, 여전히 동일한 열팽창 문제가 있다. 이러한 것은 6-축 로봇의 직교 문제보다는 해결하는데 훨씬 쉬운 문제이다. 보다 작은 크기 때문에, 주위 온도에 기인하는 열 변화는 심지어 어떠한 보상도 전혀 없이 훨씬 감소된다.

두 번째로, 로봇(10)의 이 부분에는 전형적으로 모터가 없어서, 모터로 인한 열 영향이 존재하지 않으며; 심지어 모터가 존재하는 경우에도, 동력이 로봇 아암에 있는 다른 모터들보다 훨씬 작으며, 그러므로 열 분산은 훨씬 줄어든 문제이다. 끝으로, 강성의 부족으로부터의 문제는 긴 아암들이 구부러지지 않고 단지 2개의 조인트만이 구부러짐으로써 손목 메커니즘(15)이 로봇(10)과 비교하여 매우 강성임에 따라서 실질적으로 제거되고; 어떠한 경우에도, 손목 메커니즘이 하중 적용 지점에 근접한다.

A4축 아암 링(40) 상의 타겟(42)들에 대한 단부(16)의 상대 위치는 여전히 셀에 있지만 그 실제의 작업 위치 외측에 있는 로봇(10) 또는 라인을 벗어난(off-line) 배치 로봇으로 결정될 수 있다. 이러한 것은 요구되는 정확성에 따라서 다양한 다른 방식으로 달성될 수 있다.

제 1 해법에서, 예를 들어, 로봇(10)이 측정 적용을 위해 의도되면, 손목 메커니즘(15)과 아암 단부(14)는 NILO 36™ 또는 INVAR™ 강과 같은 낮은 열팽창 물질로 만들어질 수 있어서, 열 영향은 무시될 수 있다. 초기 셋업 동안, A4축은 고정 유지된다. 단부(16, 또는 아암에 부착된 물품의)의 중요한 기하학적 특징부의 위치는 손목 축(A5, A6)의 다수의 위치에 대해 A4축 아암 링(40) 상에서 타겟(42)에 관하여 측정된다(각 축에 대해 매 10°로 표현한다). 측정은 타겟(42)들과 단부(16) 상에 위치된 타겟들 모두를 볼 수 있는 위치에 셋업된 레이저 추적기(20)에 의해 만들어진다. 이어서, 손목 축(A5, A6)들의 임의의 중간 위치들에 대하여, 단부(16)의 위치는 손목 축(A5, A6)과 관련된 각도 위치 엔코더로부터의 정보를 사용하여 셋업 동안 얻어진 값들 사이의 내삽법(interpolation)에 의해 얻어질 수 있다. 엔코더의 해상도가 높으면 높을수록, 단부(16)의 위치를 결정할 수 있는 정확성이 높게 된다. 이러한 방법은 특히 측정 적용에 적합하다.

두 번째 절차에서, 아암 단부(14)와 손목 메커니즘(15)으로 이루어진 2-축 로봇이 열적으로 안정한 물질로 만들어질 수 없으면, 상술한 절차는 3도의 단계로 16℃로부터 32℃로 변하는 온도로 주위 챔버(environmental chamber)에서의 오프라인(off-line)에서 반복될 수 있다. 이러한 방법은 온도 교정으로 지칭될 수 있다. 필요하면, 이러한 교정은 또한 일정 범위의 다른 하중들을 사용하여 수행될 수 있다.

세 번째 및 바람직한 절차에서, 아암 타겟(42)에 대한 단부(16)의 상대 위치는 로봇 사이클 동안 온라인에서 볼 수 있다. 이를 위해, 제 2(외부) 레이저 추적기(20a)는 셀에 있는 고정 위치에 배열된다(도 6 참조). 다수의 역반사경 또는 사진측량 타겟들은 단부(16) 상의 또는 주위의 중요한 위치들(이러한 위치들은 물품의 위치가 측정되면, 선택사양으로서 로봇(10)에 의해 운반된 물품상에 있을 수 있다)에 배치된다. 본 출원인은, 로봇(10)이 초기에 그 작업 위치에 있고; 그 위치가 결정되는 하중을 로봇이 운반하며; 하중이 작업 위치에서 적어도 부분적으로 숨겨진 것을 가정하게 된다. 제 1 단계에서, 절대 기준 프레임(absolute frame of reference)에 대해 보이는 타겟(42)들의 상대 위치들은 상술한 바와 같이 결정되고; A4, A5 및 A6 축들의 정확한 위치가 기록된다(엔코더 또는 제어 시스템으로부터).

제 2 단계로서, 로봇(10)은 그런 다음 고정 레이저 추적기(20a)를 마주하도록 단부(16)(동일 하중을 갖는)를 움직이고; 이러한 것은 작업 영역에 인접한 교정 영역에 있을 수 있다. A4축과 손목 축(A5, A6)의 배향은 작업 위치에 있을 때 축들이 가져야만 하였던 위치를 가지도록 배열된다. 고정 레이저 추적기(20a)는 A4축과 손목 축(A5, A6)들이 어떻게 관절 운동할지라도, 단부(16)에 부착된 타겟들이 항상 보이는 것을 보장하도록 설치된다.

이러한 외부 레이저 추적기(20a)는 베이스 링(30) 상의 타겟(32, 또는 플로어 상의 알려진 위치에 있는 타겟들)들을 보고 그런 다음 단부(16) 상의 타겟들을 보도록 프로그램된다. 동시에, 아암(13) 상의 레이저 추적기(20)는 A4축 아암 링(40) 상의 타겟(42)들과 베이스 링(30) 상의 타겟(32)들을 보도록 프로그램된다. 두 레이저 추적기(20, 20a)들이 동일한 절대 좌표 시스템에 관계하기 때문에, 단부(16)에 부착된 타겟들의 위치는 절대 기준 프레임에서 측정되고, 또한 아암 링(40) 상의 타겟(42)들의 위치도 절대 기준 프레임에서 측정되며; 그러므로, 단부(16)에 부착된 타겟들과 타겟(42)들 사이의 상대 위치는 A4축과 2개의 손목 축(A5, A6)들의 이러한 특정 구성 때문에 용이하게 계산될 수 있다. 제 1 단계에서 알려진 타겟(42)들의 절대 위치들과 이러한 상대 위치들을 조합하는 것에 의하여, 로봇(10)이 작업 위치에 있을 때 단부(16)에 부착된 타겟들의 절대 위치는 용이하게 계산될 수 있다.

이러한 "셀에 있지만 작업 위치로부터 벗어난" 교정이 완성된 후에, 로봇은 그 작업 위치를 계속 유지하여 필요한 업무를 수행한다. 비록 이러한 절차가 단부(16)에 부착된 타겟들에 관계하여 기술되었을지라도, 이러한 것은 하중 상의 임의의 중요한 위치들에 부착된 타겟들에 동일하게 적용할 수 있다.

이러한 절차가 다수의 주위 온도에서 반복될 수 있어서, 상기 상대 위치들은 이러한 온도에 대해 교정되고, 이러한 경우에, 제 2 레이저 추적기(20a)는 이후에 요구되지 않는다. 대안적으로, 상기 절차는 단부(16, 또는 단부에 의해 지지되는 물품)의 정확한 위치가 확인되는 모든 경우에 수행될 수 있다.

상기의 기술이 단지 실례를 들어 제공되고, 본 발명의 장치 및 방법이 다양한 방식으로 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 몇 개의 다른 로봇들이 동작하는 작업 환경 또는 셀에서, 전용 레이저 추적기(20)가 각각의 로봇(10)에 (상술한 바와 같이) 설치될 수 있다. 대안으로서, 단일의 이러한 레이저 추적기(20)가 제공될 수 있으며, 이러한 것은 상이한 로봇(10)들 사이에서 순환된다. 이러한 방식으로, 레이저 추적기(20)의 비용은 상이한 로봇들 사이에서 공유되어서, 그 비용은 설치 시에 결정 인자가 아니다. 하나의 로봇의 절대 위치가 결정되면, 레이저 추적기(20)는 하나의 로봇으로부터 다른 로봇으로 자동으로 보내질 수 있다. 셀에 있는 로봇의 수에 따라서, 사이클 시간은 대략 1시간 안팎의 시간일 수 있다. 상기 조건(및 열 영향으로 인한 관련 위치 변화)들은 통상 1시간 이내에 많이 변하는 것으로 인식되지 않는다. 로봇의 셀에서의 이러한 데이터 수집 사이클은 예를 들어 일주일로 연장될 수 있으며, 레이저 추적기는 수동 또는 자동으로 다른 셀로 보내질 수 있다.

본 발명의 절대 위치선정 장치(18)가 새로운 로봇의 통합 특징으로서 설계되거나, 또는 현재의 관절형 로봇에 개보수(retrofit)될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 것은 그 실제의 작업 조건 하에서 및 측정에 의한 그 전체 포락면(envelope) 위에서 로봇의 셀 내의 모든 로봇의 절대 위치를 결정하고, 로봇의 절대 위치를 평가하는 수학적 모델링이 요구되지 않는다. 장치(18)는 그 성능(하중 용량(payload capacity), 포락면 범위, 속도 및 정확성)의 어떠한 저하도 없이 로봇의 절대 위치를 결정한다. 이는 이러한 것을 셀에 있는 모든 로봇들에 대해 이루어지고 셋업되도록 할 수 있어서, 모든 로봇들은 셀에 있는 동일한 절대 기준 프레임에 관계된다.

추가의 대안에 있어서, 타겟들(역반사경 또는 사진측량 타겟 중 어느 하나)은 임의의 링 또는 프레임없이 A4축 아암(아암 단부(14))에 또는 로봇(10)의 베이스(11)에 직접 부착되며, 실제로 베이스 타겟들은 로봇 베이스 자체와 동일한 표면(예를 들어 플로어) 상에 장착될 수 있다. 일부 적용에 대하여, 이러한 것은 만족스럽게 정확한 시스템을 제공할 수 있다. 열적으로 안정한 물질로 만들어진 베이스(11) 주위에 공간 프레임(34)의 사용으로부터 발생하는 이점에도 불구하고, 각각의 로봇에 대한 절대 국부적 기준 시스템을 제공하도록 셀에 대해 고정된 위치에 타겟(32)들이 남아 있는 것을 보장한다. 아암 타겟(42)을 지지하는 공간 프레임(44)의 준비는 이러한 타겟(42)들의 정확한 위치가 베이스 링(30) 상의 타겟(32)에 관계하여 레이저 추적기(20)에 의해 측정되기 때문에 전체적인 정확성에 대해 덜 중요한 것이다.

아암 타겟들과 베이스 타겟들이, 상이한 형태의 역반사경, 예를 들어 중공의 구형체에 수용된 역반사경(3개의 상호 직교 미러들로 만들어진 입방체 모서리(cube corner)로 만들어진)을 포함하는 구형으로 장착된 역반사경을 포함할 수 있다는 것을 또한 인식할 것이다. 대안적인 형태의 타겟들은 상이한 지름 및 광학 특성을 가지는 2개의 반구체들로 만들어진 "고양이 눈(cat's eye)"으로서 상업적으로 공지된 구형 역반사경; 또는 PLX Inc(미국에 있는)에 의해 제조된 것과 같은 구조 지지된(hard mounted) 중공의 역반사경일 수 있다. 어떤 형태의 타겟이 사용되더라도, 타겟들은 타겟들의 상대 위치가 종래의 측정 설비로 용이하게 측정될 수 있는 방식으로 장착된다.

상술한 절차는 로봇 아암(10)의 위치가 동작 동안 따르는 궤적을 따라서 정확하게 측정되는 것을 가능하게 한다. 그러나, 레이저 추적기(20)들을 측정시에 느리며; 로봇 아암(10)은 각각의 상이한 위치에서 수초 동안 정지할 수 있어서, 레이저 추적기(20)는 그 측정치를 취할 수 있다. 레이저 추적기(20)는 또한 비교적 비싼 물품이다. 그러므로, 교정 스테이지 동안 레이저 추적기(20)를 사용하고, 이어서 고속 사진측량 카메라와 같은 카메라를 사용하고, 정상적인 동작 동안 아암 위치를 측정하는 것이 바람직할 수 있으며, 카메라들은 적절하게 교정되었다. 카메라들이 실질적으로 동시에 몇 개의 물품을 볼 수 있으며, 입체적 정보가 한 쌍의 카메라를 사용하여 얻어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.

도 7을 참조하여, 이것은 도 6에 도시된 절대 위치선정 장치(18)의 변경예68)를 도시하며, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 지시된다. 도 6에서와 같이, 베이스 링(30)은 로봇(10)의 베이스(11)를 에워싸도록 장착되며, A4축 아암 링(40)은 로봇(10)의 아암 단부(14)를 에워싸고 이에 부착되며; 베이스 링(30)과 아암 링(40)은 각각 몇 개의 구형 역반사경 타겟(32 또는 42)을 지지한다. 이 장치(68)에서, 베이스 링(30)은 또한 그 주위의 고정 위치에 있는 몇 개의 사진측량 카메라(72)를 지지하는 한편, 아암 링(40)은 또한 정확히 원통형인 외주를 구비한 원형의 평탄 상부 헤드를 구비한 핀으로 각각 이루어진 몇 개의 사진측량 타겟(74)들을 지지하며, 타겟들은 모두 공지된 위치에서 아암 링(40)에 고정된다. 베이스 링(30) 상의 타겟(32)들과 카메라(72)의 상대 위치들은 종래의 측정 설비로 측정될 수 있다.

도 6에서와 같이, 레이저 추적기(20)는 로봇(10)의 제 2 관절 아암(13) 상에 장착될 수 있다. 부가하여, 대체로 L-자 형상의 광학 프레임(76)은 제 2 관절 아암(13)에 견고하게 고정되고, 이러한 프레임은 3개의 사진측량 카메라(78, L-자 형상의 각 단부에 하나씩 및 모서리에 이웃하여 하나)들을 지지한다. 광학 프레임(76)은 또한 사진측량 타겟(82, 타겟(74)들과 동일한)들의 원주방향 링을 지지하는 강성의 원형 플레이트(80)를 포함한다. 광학 프레임(76)은 NILO 36™ 또는 INVAR™ 강과 같은 매우 낮은 열팽창계수를 가지는 물질로 만들어져서, 카메라(78)와 타겟(82) 사이의 위치 관계는 온도 변화에 의해 영향받지 않는다.

도 8을 참조하여, 이것은 도 6의 장치(18)와 도 7의 장치(68)에 대한 대안인 변경된 장치(88)를 도시하며, 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 지시된다. 도 6 및 도 7에서와 같이, 베이스 링(30)은 로봇(10)의 베이스(11)를 에워싸도록 장착되고, A4축 아암 링(40)은 로봇(10)의 아암 단부(14)를 에워싸고 이에 부착된다. 베이스 링(30)과 아암 링(40)은 각각 몇 개의 구형 역반사경 타겟(32 또는 42)들을 지지하며; 이 장치(88)에서, 이것들은 또한 다수의 원형 사진측량 타겟(74)들을 각각 지지한다. 베이스 링(30) 상에서의 타겟(32)들과 타겟(74)들의 상대 위치와 아암 링(40) 상에서의 타겟(42)들과 타겟(74)들의 상대 위치는 종래의 설비를 사용하여 각각 측정될 수 있으며, 변하지 않는다.

레이저 추적기가 정상 동작 동안 사용되지 않고 도시되지 않았을지라도, 레이저 추적기(20)는 로봇(10)의 제 2 관절 아암(13) 상에 장착될 수 있다. 사진측량 카메라 유닛(90)은 제 2 관절 아암(13) 상에 장착된다. 사진측량 카메라 유닛(90)은 원통형 베이스 유닛(92)과, 베이스 유닛(92)에 고정되고 그 길이 방향을 중심으로 회전 가능한 요크(93)로 이루어진다. 베이스 유닛(92)은 A4축 아암 링(40) 상의 사진측량 타겟(74)들을 보도록 삼각형의 모서리들에 배열된 3개의 사진측량 카메라(94)를 가지며, 유사하게 요크(93)는 베이스 링(30) 상의 사진측량 타겟(74)들을 보도록 삼각형의 모서리들에 배열된 3개의 사진측량 카메라(96)들을 가진다. 카메라(94)들은 베이스 유닛(92)에 대하여 적절한 배향으로 록킹되는 한편, 카메라(96)들은 요크(93)에 대하여 적절한 배향으로 록킹된다. 베이스 유닛(92)은 요크(93)를 회전시키는 모터와, 이러한 회전을 측정하는 각도 엔코더를 포함하며; 사용시에, 모터는 카메라(96)들이 베이스 링(30)을 볼 수 있는 것을 보장하도록 로봇(10)의 움직임에 따라서 요크(93)를 회전시키도록 사용될 수 있다.

고속 사진측량 카메라(94, 96)들이 3개의 입체 쌍들을 제공함으로써(각각의 경우에), 직접 교정 또는 Tsais 교정 알고리즘과 같은 종래의 기술을 사용하여, 카메라(94, 96)들이 모듈로서 교정될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 카메라(94)들과 카메라(96)들은, 그 상대 위치가 정확하게 알려진 정확히 조각된(engraved) 패턴의 기하학적 형상을 구비한 표준 교정 플레이트를 사용하여 교정될 수 있으며, 적어도 3개의 역반사경들이 표준 교정 플레이트에 부착된다. 교정 공정 동안, 플레이트는 카메라(94)의 시야 내의 다양한 위치들에(카메라가 교정되는 것을 가능하게 하도록), 그런 다음 카메라(96)들의 시야에 있는 위치들에 배치되며, 각각의 경우에, 플레이트의 공간적 위치는, 교정 기준 프레임(calibration frame of reference)에서 역반사경의 위치들을, 그러므로 조각된 패턴의 위치들을 결정하도록 별도로 장착된 고정 레이저 추적기(20a)에 의해 결정된다. 교정 기준 프레임은 카메라 유닛(90)의 모든 카메라(94, 96)들에 대해 동일하다. 카메라(96)들의 교정은 베이스 유닛(92)에 대한 요크(93)의 많은 상이한 상대 배향(각도 엔코더에 의해 결정되는 바와 같이)에서, 예를 들어 1°내지 10°사이의 각도만큼 다른 동일하게 이격된 배향에서 수행된다. 이어지는 동작에서, 카메라(96)에 의해 보이는 바와 같은 베이스 링(30) 상에서의 타겟(74)들의 이미지는 교정 기준 프레임이 절대 기준 프레임에 관계되는 것을 가능하게 한다.

상술한 오프라인 교정에 대한 대안으로서, 카메라(94, 96)들은 사용에 앞서 로봇(10)에 설치될 때 교정될 수 있다. 이 경우에, 로봇(10)은 필요한 작업 궤적을 따라서 한 지점으로부터 다른 지점으로 움직이며, 타겟(42)들의 위치는 초기에 기술된 바와 같이 가동성 레이저 추적기(20)에 의해 베이스 링(30)에 관계하여 결정된다. 아암 링(40) 상에서의 사진측량 타겟(74)들의 위치는 절대 기준 프레임에서 결과적으로 알려진다. 각각의 로봇 위치에서, 요크(93) 상의 카메라(96)들은 베이스 링(30) 상의 타겟(74)들의 이미지로부터 교정될 수 있다. 유사하게, 아암 링(40) 상의 타겟(74)들의 좌표는 베이스 유닛(92) 상의 카메라(94)들이 교정되는 것을 가능하게 한다. 로봇(10)은 또 다른 위치로 움직이고, 요크(93)는 필요하면 재조정되고, 상기 공정은 반복된다. 이러한 경우에, 교정 좌표 시스템은 절대 좌표 시스템이다. 이러한 교정 절차는 교정 및 정상 동작 시에 동일한 타겟(74)들이 사용되는 이점을 가진다. 사용시에, 적절한 교정은 교정이 수행된 위치들 사이의 내삽법에 의해 추론될 수 있다.

장치(88)에 관하여 상술한 바와 같은 교정 절차는 카메라(72)와 카메라(78)들을 교정하도록 장치(68)에 필요한 변경을 가하여 적용할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 원형 플레이트(80) 상의 사진측량 타겟(82)들은 이 경우에 베이스 링(30) 상의 카메라(72)들을 교정하도록 사용된다. 타겟(82)들의 절대 위치는 정지 레이저 추적기(20a)에 의해 결정되고, 정지 레이저 추적기는 차례로 베이스 링(30) 상에 배치된 타겟(82)들을 찾아내고, 그런 다음 광학 프레임(76) 또는 원형 플레이트(80) 상에 배치된 적어도 3개의 역반사경 타겟(도시되지 않음)들을 찾아낸다. 사진측량 타겟(82)들에 대한 이러한 역반사경 타겟들의 상대 위치는 광학 프레임(76)이 구축되는 방식에 의해 알려져 있다.

정상적인 동작시에, 로봇(10) 상의 레이저 추적기(20)는 A4축 아암 링(40)의 위치들이 절대 기준 프레임에서 결정되는 것을 카메라(94, 96)들이 가능하게 하기 때문에 요구되지 않는다. 예를 들어, 카메라(96)들의 교정이 회전 동안 매 5°마다 요크(93)의 배향에서 수행되었으면, 요크(93)가 이러한 값을 통과할 때마다(엔코더에 의해 모니터됨으로써), 카메라(96)들로부터의 이미지가 획득될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 대안적으로, 측정치는 교정이 수행된 배향들 사이에서 변조하도록 엔코더로부터의 데이터를 사용하여 임의의 배향으로 있는 이미지들로부터 취해질 수 있다. 그러므로, 카메라(94, 96)들은 로봇(10)이 움직임으로써 A4축 아암 링(40)의 위치가 연속적이고 실시간으로 결정되는 것을 가능하게 한다. 이렇게 얻어진 정보를 검사하는 것이 필요하거나, 또는 특히 로봇(10)이 움직이지 않는 동안 매우 정확한 위치 정보가 필요하면, 레이저 추적기(20)는 A4축 아암 링(40)의 위치를 결정하도록 장치(18)에 관하여 기술된 바와 같이 사용될 수 있다.

장치(18, 68, 88)들이 단지 실례를 들어 도시되고, 이것들이 다양한 방식으로 변경되며 본 발명의 범위 내에 있는 것을 인식할 것이다. 특히, 각각의 경우에서 손목 메커니즘은 작고 경량의 독자적인 로봇 아암으로 대체될 수 있으며, 독자적인 로봇 아암은 회전 지지 요소에 견고하게 연결된다. 실제로, 회전 지지 요소는 독자적인 로봇 아암의 부분을 형성할 수 있다. 메인 로봇(10)은 독자적인 로봇 아암이 큰 공간을 통해 움직이고 임의의 필요한 위치에서 유지되는 것을 가능하게 한다. 이러한 임의의 위치에서, 독자적인 로봇 아암은 그런 다음 메인 로봇(10)에 관계없이 동작할 수 있으며; 임의의 필요한 위치에서, 독자적인 로봇 아암의 베이스의 정확한 위치는 도 6에서와 같이 레이저 추적기(20), 또는 도 8에 관하여 기술된 바와 같은 카메라 시스템을 사용하여 절대 기준 프레임에서 정확하게 측정될 수 있다.

이전에 기술된 바와 같이, A4축 아암 링(40) 상의 타겟(42)들에 대한 단부(16, 예를 들어 공구 또는 센서의)의 상대 위치를 결정하는 교정은 외부 레이저 추적기(20a)를 이용할 수 있다. 대안적으로, 이러한 교정은 또한, 절대 기준 프레임에 대하여 적절하게 교정되고 단부(16)를 보일 수 있도록 외부에 장착된 카메라 시스템(카메라(94)에 대한 등가물)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 교정 카메라 장치는 셀 내의 고정 위치에 배열될 수 있어서, 이따금, 단부(16)는 공구 또는 엔드 이펙터(end effector)가 움직이거나 변형되었는지를 검사하도록 이 위치 가까이에 올 수 있다.

추가의 변형에 있어서, 적어도 하나의 입체 쌍으로 이루어진 카메라 시스템 (예를 들어 카메라(94)의 등가물)은 로봇 아암의 단부(16) 상에 장착되고 아암 링(40)의 위치에 기반한 기준 프레임에 대하여 교정될 수 있다. 이러한 교정은 엔드 이펙터(즉, 아암 링(40)과 단부(16) 사이의 다양한 회전축/관절의)의 다수의 다른 배향을 위해 수행된다. 이러한 것은 그런 다음 이러한 카메라 시스템이 물품을 보도록 로봇에 의해 움직일 수 있음으로써 비접촉 측정 로봇을 위한 시설을 제공하며, 이 물품의 정확한 위치 선정은 그런 다음 교정 데이터와 엔드 이펙터의 각각의 관절에서의 엔코더 위치를 사용하여 절대 기준 프레임에서 용이하게 결정될 수 있다.

Claims (17)

1. 기준 프레임 내에서 가동할 수 있는 로봇 아암의 단부의 위치를 결정하기 위한 장치로서, 상기 로봇 아암은 다수의 자유도를 가지며 베이스 상에 장착되고, 회전 지지 요소를 구비한 손목 메커니즘을 포함하는, 위치 결정 장치에 있어서,

   상기 위치 결정 장치는 상기 로봇 아암의 손목 메커니즘에 대하여 고정된 다수의 제 1 타겟들, 및 상기 기준 프레임에 대해 고정된 위치들에 있는 다수의 베이스 요소들을 포함하고, 또한 상기 로봇 아암에 의해 이동할 수 있는 가동 광학 수단을 포함하는 광학 측정 시스템을 포함하고,

   상기 베이스 요소들은 로봇의 베이스 주위에 있으며, 상기 제 1 타겟들은 상기 손목 메커니즘의 회전 지지 요소 주위에서 아암 타겟들로서 배열되고, 상기 가동 광학 수단은 상기 로봇 아암 상에 또는 로봇 아암에 인접하여 장착되고, 상기 광학 측정 시스템은 상기 가동 광학 수단에 대한 상기 베이스 요소들 중 적어도 일부의 위치들과 상기 가동 광학 수단에 대한 상기 아암 타겟들 중 적어도 일부의 위치들을 결정할 수 있게 하는 수단을 포함하는, 위치 결정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가동 광학 수단은 레이저 추적기를 포함하는 위치 결정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 요소들은 베이스 타겟들인, 위치 결정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 요소들은 베이스 카메라들을 포함하고, 상기 가동 광학 수단은 적어도 하나의 타겟과, 상기 아암 타겟들을 보기 위한 적어도 하나의 카메라를 포함하는 위치 결정 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 베이스 요소들은 역반사경들을 포함하는 위치 결정 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 요소들은 낮은 열팽창성 물질의 베이스 요소 지지 구조물에 장착되는, 위치 결정 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 베이스 요소 지지 구조물은 3개의 이격된 지지 요소들 상에 놓이도록 배열되는, 위치 결정 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 베이스 요소들은 상기 베이스 요소 지지 구조물로부터 용이하게 제거될 수 있고 상기 베이스 요소 지지 구조물 상에서 교체될 수 있는, 위치 결정 장치.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 타겟들은 역반사경들을 포함하는 위치 결정 장치.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 타겟들은, 상기 손목 메커니즘을 에워싸며 상기 손목 메커니즘에 장착되는 낮은 열팽창성 물질의 아암 타겟 지지 구조물 상에 장착되는, 위치 결정 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 가동 광학 수단은 아암 요소에 장착되고, 상기 손목 메커니즘의 회전 지지 요소는 상기 아암 요소에 부착되는, 위치 결정 장치.
12. 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 11 항중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 로봇 아암의 단부의 위치를 결정하기 위한 방법.
13. 제 12 항에 따른 다수의 로봇 아암들의 단부의 위치를 반복적으로 결정하기 위한 방법으로서,

    상기 아암 타겟들 또는 베이스 타겟들 또는 가동 광학 수단은 다른 로봇 아암들 사이에서 주기적으로 교환되는, 방법.
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