KR101501112B1

KR101501112B1 - 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법

Info

Publication number: KR101501112B1
Application number: KR20130121816A
Authority: KR
Inventors: 도현민; 최태용; 경진호; 박찬훈; 박동일
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-03-11

Abstract

본 발명은 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔과, 부품들이 얹어지는 작업대가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피하기 위한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 있어서, 상기 제1팔 및 제2팔의 모션시작위치를 판독하는 양팔 모션시작위치 판독 단계; 상기 제1팔 및 제2팔의 모션목표위치를 설정하는 양팔 모션목표위치 설정 단계; 상기 작업대를 작업시작위치에서 작업목표위치로 이동시키는 작업대 이동 단계; 상기 제1팔 및 제2팔의 상기 모션시작위치에서 모션목표위치까지의 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하여 상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계로 복귀하고 상기 간섭이 없는 것으로 판단되면 다음 단계를 진행하는 간섭 여부 판단 단계; 및 상기 제1팔 및 제2팔을 상기 모션목표위치로 고속으로 이동시키는 양팔 이동 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법{Interference avoidance method for Worktable and Dual-arms robot}

본 발명은 양팔로봇의 양팔과 작업대가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피하기 위한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 관한 것이다.

양팔 로봇은 복합한 조립 작업을 수행하기 위해 사람과 같은 유연성을 가지고 있는 제1팔 및 제2팔을 가지고 있어, 조립 작업에 필요한 운동을 효과적으로 수행할 수 있다.

이 때, 제1팔 및 제2팔의 움직임의 효율을 측정할 수 있는 조작성에 있어서, 조인트 공간 상의 단위 원은 자코비안 변환을 통해 일정범위내의 조작성 타원으로 사상될 수 있다.

이 때, 조작성 타원은 각각 일정 범위 내에서 달성 가능한 속도, 힘, 이동 가능한 운동을 의미한다.

이 때, 조작성 타원의 장축 및 단축의 길이는 제1팔 및 제2팔의 관절 각도를 변화시키면 바꿀 수 있다.

이러한 조작성 타원을 이용하면 양팔 로봇의 운동 방향과 최적 운동 방향이 일치하는 정도를 측정할 수 있는 작업 적합성 지수를 개발할 수 있다.

이러한 양팔로봇은 다양한 산업현장에서 주로 사용되고 있으며, 주로 자동차 및 전자제품의 용접, 조립, 절단 및 생산에 사용되고 있다.

그러나 산업현장에서 상기 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔이 이동하는 과정에서 작업대와의 간섭이 일어나면 상기 제1팔 및 제2팔이나 작업대가 절단되거나 파괴되는 문제점이 있다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법의 개발이 필요한 실정이다.

이와 관련된 기술로서, 본 출원인은 한국공개특허 제2009-0044130호의 양팔 로봇 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 양팔 로봇의 각각의 링크는 링크의 일측부터 타측까지 링크의 부피를 포함하도록 가상의 구를 적어도 하나 이상 중첩하고 연속적으로 배치하여 가상링크를 구축하는 단계와; 상기 각각의 링크의 이동궤적을 생성하여 링크의 운행을 수행하는 단계와; 상기 가상의 구의 중심거리를 체크하고, 서로 다른 가상링크의 가상의 구의 중심 간의 거리가 반경의 합보다 작으면 가상링크 간의 중첩으로 판단하고, 반경의 합보다 크면 안전모드로 판단하는 단계와; 상기 단계의 판단이 가상링크 간의 중첩으로 판단되면, 각각의 링크의 이동궤적을 무시하고 링크의 운행을 정지 또는 감속하여 새로운 궤적 생성을 대기하는 단계와; 상기 단계의 판단이 안전모드이면, 각각의 링크의 이동궤적을 수행하며 새로운 궤적을 생성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템의 충돌제어 방법을 제시한 바 있다.

한국공개특허 제2009-0044130호 (2009.05.07)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔과 작업대가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피할 수 있는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 상기 간섭 여부 판단 단계는 상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계로 복귀하여 상기 작업대를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭 여부 판단 단계는 상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 제1팔 및 제2팔을 상기 모션목표위치로 저속으로 이동시키며 상기 작업대 이동 단계로 복귀하여 상기 작업대를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 상기 양팔 이동 단계에서 상기 모션경로와 상기 작업시작위치의 간섭이 없는 것으로 판단되면 상기 작업대를 상기 작업시작위치로 귀환시키는 작업대 귀환 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 부품공급대가 상기 작업대와 연접되어 상기 작업대로 부품을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 상기 작업대가 상기 양팔로봇을 중심으로 원주방향을 따라 다수개 배열 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 양팔로봇은 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 의해 제어된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔이 모션시작위치에서 모션목표위치까지의 모션경로와 그 모션경로와 작업대의 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하여, 그 간섭이 있는 것으로 판단되면 작업대를 다시 이동시키고 그 간섭이 없는 것으로 판단되면 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔을 모션목표위치로 고속으로 이동시킴으로써, 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔과 작업대가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계는 간섭이 있는 것으로 판단되면 작업대 이동 단계로 복귀하여 작업대를 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시킴으로써, 상기 작업대 이동 단계가 반복되는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계는 간섭이 있는 것으로 판단되면 제1팔 및 제2팔을 모션목표위치로 저속으로 이동시키며 작업대 이동 단계로 복귀하여 작업대를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시킴으로써, 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔이 모션목표위치로 이동되는 것과 작업대가 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동되는 것을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 양팔 이동 단계에서 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔의 모션경로와 작업대의 작업시작위치의 간섭이 없으면 작업대를 다시 작업시작위치로 귀환시키는 작업대 귀환 단계;를 더 포함하여 구성됨으로써, 작업대와 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔이 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 방지하면서도 작업대를 다시 작업시작위치로 용이하게 원위치 시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 양팔로봇과 작업대의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법을 나타낸 순서도
도 3은 양팔로봇, 작업대, 부품공급대의 개략도
도 4는 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔의 동작 가능 공간의 한계 표시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 양팔로봇(100)의 양팔과 작업대(200)가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피하기 위한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 관한 것이다.

이 때, 상기 양팔로봇(100)과 작업대(200)에 대해 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 양팔로봇과 작업대의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 양팔로봇(100)은 지상에 고정되어 도 1에 표시된 방향표시인 Z축을 회전축으로 회전이 가능하되, 도 1에 표시된 방향표시인 X축 또는 Y축 방향으로 이동이 불가능하며, 다수의 제1관절(111)을 가진 제1팔(110) 및 다수의 제2관절(121)을 가진 제2팔(120)을 포함하여 구성된다.

상기 제1팔(110)은 상기 양팔로봇(100)의 일측에 힌지 결합되며, 일정 범위 내에서 X축, Y축, Z축 방향으로 자동이동이 가능하도록 구성된다. 이 때, 일정 범위는 구형태의 영역이 될 수 있다.

상기 제2팔(120)은 상기 양팔로봇(100)의 타측에 힌지 결합되며, 일정 범위 내에서 X축, Y축, Z축 방향으로 자동이동이 가능하도록 구성된다. 이 때, 일정 범위는 구형태의 영역이 될 수 있다.

상기 작업대(200)는 일면에 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 특정작업대(200)상인 부품(50)들이 얹어지는 구성으로, X축, Y축, Z축 방향으로 자동이동이 가능하도록 구성된다.

이 때, 상기 특정작업은 전자제품의 용접, 조립, 절단 및 생산작업이 될 수 있다.

또한, 상기 작업대(200)는 일면에 얹어진 부품(50)들이 용이하게 X축 또는 Y축방향으로 이동될 수 있도록 컨베이어 벨트로 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법을 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)과 상기 작업대(200)가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피하기 위한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 관한 것으로서, 양팔 모션시작위치 판독 단계(S10); 양팔 모션목표위치 설정 단계(S20); 작업대 이동 단계(S30); 간섭 여부 판단 단계(S40); 및 양팔 이동 단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 양팔 모션시작위치 판독 단계(S10)는 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모션시작위치를 판독한다.

이 때, 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모션시작위치는 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모든 부위를 판독하는 자기엔코더를 이용하여 있다.

상기 양팔 모션목표위치 설정 단계(S20)는 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모션목표위치를 설정하며, 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)이 모션시작위치에서 모션목표위치까지 이동되는 예상경로와 그 예상경로에 따른 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 예상모션동작도 설정할 수 있다.

여기에서, 상기 예상모션동작은 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)이 각각 펴지거나 굽혀지면서 모션목표위치로 도달하기 직전에 수행하는 모든 모션동작을 의미한다.

상기 작업대 이동 단계(S30)는 상기 작업대(200)를 작업시작위치에서 작업목표위치로 이동시킨다.

이 때, 상기 작업목표위치는 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)이 상기 작업대(200)의 일면에 얹어진 부품(50)에 도달할 수 있는 영역에 설정되는 것이 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 작업편의성을 위하여 바람직하다.

상기 간섭 여부 판단 단계(S40)는 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하여 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계(S30)로 복귀하여 상기 작업대(200)의 작업목표위치를 수정하고 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭이 없는 것으로 판단되면 다음 단계를 진행한다.

즉, 상기 간섭 여부 판단 단계(S40)는 상기 작업대(200)가 상기 작업목표위치로 이동되어 정지된 상태에서 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모션시작위치에서 모션목표위치까지의 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하는 것이다.

상기 양팔 이동 단계(S50)는 상기 간섭 여부 판단 단계(S40)에서 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭이 없는 것으로 판단되면 진행하는 단계로서, 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)을 상기 모션시작위치에서 상기 모션목표위치로 고속으로 이동시킨다.

이에 따라, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)이 모션시작위치에서 모션목표위치까지의 모션경로와 그 모션경로와 작업대(200)의 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하여, 그 간섭이 있는 것으로 판단되면 작업대(200)를 다시 이동시키고 그 간섭이 없는 것으로 판단되면 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)을 모션목표위치로 고속으로 이동시킴으로써, 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)과 작업대(200)가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계(S40)의 실시예에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계(S40)의 실시예 1은 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계(S30)로 복귀하여 상기 작업대(200)를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시킨다.

이에 대해 좀 더 상세하게 설명하자면, 본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계(S40)에서, 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭 여부가 있는 것으로 판단되면, 상기 작업대 이동 단계(S30)로 다시 복귀되어 상기 작업대(200)의 작업목표위치를 수정하게 된다.

그런데, 상기 작업대(200)의 수정된 작업목표위치와 상기 모션경로의 간섭이 다시 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계(S30)로 다시 복귀되어 상기 작업대(200)의 작업목표위치를 다시 수정하게 된다.

즉, 상기 작업대 이동 단계(S30)를 반복하는 것이다.

그러나 본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계(S40)의 실시예 1은 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭이 있는 것으로 판단되면 작업대 이동 단계(S30)로 복귀하여 작업대(200)를 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시킴으로써, 상기 작업대 이동 단계(S30)가 반복되는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 간섭 여부 판단 단계(S40)의 실시예 2는 상기 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)을 상기 모션목표위치로 저속으로 이동시키며 상기 작업대 이동 단계(S30)로 복귀하여 상기 작업대(200)를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시킨다.

한편, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 작업대 귀환 단계(S60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 작업대 귀환 단계(S60)는 상기 양팔 이동 단계(S50)에서 상기 모션경로와 상기 작업시작위치의 간섭이 없는 것으로 판단되면 상기 작업대(200)를 상기 작업시작위치로 귀환시킨다.

즉, 상기 작업대(200)를 상기 작업시작위치로 원위치시키는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 양팔 이동 단계(S50)에서 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모션경로와 작업대(200)의 작업시작위치의 간섭이 없으면 작업대(200)를 다시 작업시작위치로 귀환시키는 작업대 귀환 단계(S60);를 더 포함하여 구성됨으로써, 작업대(200)와 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)이 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 방지하면서도 작업대(200)를 다시 작업시작위치로 용이하게 원위치 시킬 수 있는 장점이 있다.

도 3은 양팔로봇, 작업대, 부품공급대의 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 상기 작업대(200)로 부품(50)이 용이하게 공급될 수 있도록 부품공급대(300)가 상기 작업대(200)와 연접되어 상기 작업대(200)로 부품(50)을 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 상기 작업대(200)가 상기 양팔로봇(100)을 중심으로 원주방향을 따라 다수개 배열 설치될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 상기 양팔로봇(100)의 제1팔(110) 및 제2팔(120)과 상기 작업대(200)가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피할 수 있으면서도 다양한 작업들을 최대한 좁은 공간에서 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔의 동작 가능 공간의 한계 표시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에서 이용되는 양팔로봇(100)은 상기 제1팔(110)의 동작 가능 공간(A)과 제2팔(120)의 동작 가능 공간(B)이 존재하며, 상기 제1팔(110)과 제2팔(120)의 동시 동작 가능 공간(AB)이 존재한다.

이 때, 본 발명에 따른 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은 상기 제1팔(110)과 제2팔(120)이 상기 동시 동작 가능 공간(AB)에서 각각 이동되면서 서로 충돌되는 것을 방지하기 위하여, 상기 양팔 모션목표위치 설정 단계(S20)와 상기 작업대 이동 단계(S30) 사이에 구성되는 양팔 모션목표위치 수정 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 양팔 모션목표위치 수정 단계는 상기 양팔 모션목표위치 설정 단계(S20)에서 설정된 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 모션목표위치가 상기 제1팔(110)과 제2팔(120)의 동시 동작 가능 공간(AB)으로 판단되면 상기 제1팔(110) 및 제2팔(120)의 충돌 여부를 판단하여 상기 충돌이 있는 것으로 판단되면 상기 양팔 모션목표위치 설정 단계(S20)로 다시 복귀하고 상기 충돌이 없는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계(S30)를 진행하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 양팔로봇은 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 의해 제어된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

50 : 부품
100 : 양팔로봇
110 : 제1팔 111 : 제1관절
120 : 제2팔 121 : 제2관절
200 : 작업대
300 : 부품공급대

Claims

양팔로봇의 제1팔 및 제2팔과, 부품들이 얹어지는 작업대가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피하기 위한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 있어서,
상기 제1팔 및 제2팔의 모션시작위치를 판독하는 양팔 모션시작위치 판독 단계;
상기 제1팔 및 제2팔의 모션목표위치를 설정하는 양팔 모션목표위치 설정 단계;
상기 작업대를 작업시작위치에서 작업목표위치로 이동시키는 작업대 이동 단계;
상기 제1팔 및 제2팔의 상기 모션시작위치에서 모션목표위치까지의 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하여 상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계로 복귀하고 상기 간섭이 없는 것으로 판단되면 다음 단계를 진행하는 간섭 여부 판단 단계; 및
상기 제1팔 및 제2팔을 상기 모션목표위치로 고속으로 이동시키는 양팔 이동 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법.
제1항에 있어서, 상기 간섭 여부 판단 단계는
상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계로 복귀하여 상기 작업대를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법.
제1항에 있어서, 상기 간섭 여부 판단 단계는
상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 제1팔 및 제2팔을 상기 모션목표위치로 저속으로 이동시키며 상기 작업대 이동 단계로 복귀하여 상기 작업대를 상기 모션경로와 간섭이 없는 특정 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법.
제1항에 있어서, 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은
상기 양팔 이동 단계에서 상기 모션경로와 상기 작업시작위치의 간섭이 없는 것으로 판단되면 상기 작업대를 상기 작업시작위치로 귀환시키는 작업대 귀환 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법.
제1항에 있어서, 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은
부품공급대가 상기 작업대와 연접되어 상기 작업대로 부품을 공급하는 것을 특징으로 하는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법.
제1항에 있어서, 상기 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법은
상기 작업대가 상기 양팔로봇을 중심으로 원주방향을 따라 다수개 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법.
제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법에 의해 제어되는 양팔로봇.