KR101826577B1 - The tool calibration method using robot's wrist axes movements - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부 센서를 이용하되 로봇 베이스와 센서 베이스 사이의 좌표 변환 관계식 없이 로봇의 손목 두 축만을 구동하여 툴 보정을 하게 됨으로써 별도의 추가 장치 없이 정확하게 툴 보정(Calibration)을 할 수 있도록 한 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 로봇의 손목 두 축(J5,J6)을 회전하며, 센서(S)로 팁(Tip)의 위치를 측정하여 팁의 이동 거리를 계산(D2)하고, 두 축(J5,J6)의 회전 각도로부터 로봇의 축(J4,J5,J6)이 한 점에서 만나는 손목 중심 위치 또는 손목 축 중심 위치에 대한 팁의 위치를 계산하며 이 결과로부터 팁의 이동 거리를 계산(D1)한 후, 상기 D1-D2를 최소화하는 플렌지(Flange) 좌표계에 대한 팁의 위치를 계산하여 툴을 보정하게 됨을 특징으로 한다.The present invention uses an external sensor and performs tool correction by driving only two wrist axes of a robot without a coordinate conversion relation between the robot base and the sensor base, thereby enabling accurate calibration of the tool without additional devices And a tool correction method using the wrist axis motion.
To this end, the present invention rotates the two wrist axes J5 and J6 of the robot, calculates the tip travel distance by measuring the position of the tip with the sensor S (D2), and calculates the two axes J5 and J6 ) Of the tip relative to the wrist center position or wrist axis center position at which the axes J4, J5, and J6 of the robot meet at one point and calculate the tip travel distance from this result (D1) , And calculates a position of a tip with respect to a flange coordinate system that minimizes the D1-D2, thereby correcting the tool.
Description
본 발명은 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 센서를 이용하되 로봇 베이스와 센서 베이스 사이의 좌표 변환 관계식 없이 로봇의 손목 두 축만을 구동하여 툴 보정을 하게 됨으로써 별도의 추가 장치 없이 정확하게 툴 보정(Calibration)을 할 수 있도록 한 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tool correction method using a wrist axis motion of a robot, more specifically, by using only an external sensor, a tool correction is performed by driving only two wrist axes of a robot without a coordinate conversion relation between the robot base and the sensor base And more particularly, to a tool correction method using a wrist axis motion of a robot that can accurately perform tool calibration without a separate additional apparatus.
산업용 로봇은 자동화에 따른 생산성 향상 및 정밀작업의 수단으로 널리 사용되며, 이러한 산업용 로봇은 다수의 링크와 각 링크를 연결하는 관절로 이루어져 미리 설정된 작업 범위 내를 이동하며 용접, 조립 등의 필요한 작업을 수행하게 된다.Industrial robots are widely used as a means of improving productivity and precision work by automation. These industrial robots are made up of joints connecting multiple links and each link, moving within a preset work range, and performing necessary operations such as welding and assembly .
이러한 로봇의 작업을 위하여 작업 장치가 장착된 링크의 끝단이 해당 작업위치에 이동되는 단계를 거쳐야 한다.In order to operate the robot, the end of the link equipped with the work device must be moved to the work position.
이때, 로봇의 움직임은 관절에 장착되는 모터 등의 전기적 장치 또는 유압 장치를 사용하여 이루어지며, 이러한 장치로 특정위치를 찾아가는 과정 중 사용자가 의도하는 위치에 끝단이 놓이기 위해서는 각 링크의 길이, 휨에 대한 치수와 더불어 각 관절의 실제 회동 각도가 중요하다.At this time, the movement of the robot is performed by using an electric device such as a motor mounted on the joint or a hydraulic device. In order to place the end at a position intended by the user during the process of searching for a specific position with the device, The actual angle of rotation of each joint is important as well as the size of the joint.
로봇의 제어에 있어 사용자가 의도한 위치와 실제 링크가 놓이는 위치의 오차가 발생하는데, 이러한 오차는 각 링크에 대한 동적 오차(dynamic error), 링크 무게로 인한 처짐, 기계 구조상 발생되는 백래쉬(backlash) 현상, 관절부의 컴플라이언스(compliance) 등 다양한 원인에 의한다.In the control of the robot, there is an error between the position intended by the user and the position where the actual link is placed. This error is caused by a dynamic error for each link, deflection due to link weight, backlash caused by the mechanical structure, Development, and compliance of joints.
이러한 링크 위치의 오차를 바로 잡기 위하여 캘리브레이션(Calibration) 기술이 발전하였으며, 이는 로봇의 링크의 위치 및 방위의 오차와 로봇이 가지는 기계적 특성 간의 관계를 살펴 기구학적 파라미터의 오차를 검출하여, 이를 로봇의 제어 프로그램에 반영하는 것이다.In order to correct the error of the link position, a calibration technique has been developed. The error between the position and orientation of the link of the robot and the mechanical characteristic of the robot is detected, and the error of the kinematic parameter is detected. It is reflected in the control program.
로봇의 캘리브레이션(Calibration)은 사용 모델에 따라 로봇 링크 파라미터에 근거한 기구학적 캘리브레이션과 관절 관성, 링크 강성, 조립 공차, 백 래쉬, 커플링 오차, 마찰력 등의 비기구학적 파라미터(non-kinematic parameter)를 포함하는 캘리브레이션으로 나누어 고려될 수 있다.The calibration of the robot depends on the kinematic calibration based on the robot link parameters and the non-kinematic parameters such as joint inertia, link stiffness, assembly tolerance, backlash, coupling error, Can be considered divided into calibrations included.
기구학적 캘리브레이션 방법은 측정 도구 또는 구속조건에 따라 다양한 방법이 제시되고 있으나, 비기구학적 캘리브레이션 방법에 대하여서는 관련 논문에서도 비기구학적 캘리브레이션의 필요성 또는 파라미터가 전체 로봇 위치 오차에 대한 영향 등을 기술하는 정도에 그쳐 구체적인 해결 방법을 제시하지 못하고 있다.In the kinematic calibration method, various methods are suggested according to the measurement tool or the constraint condition. However, in the related paper, the necessity of non-kinematic calibration or the influence of the parameter on the entire robot position error is described in the non-kinematic calibration method It is not enough to provide a concrete solution.
캘리브레이션 작업을 수행하기 위해서는 로봇의 여러 자세에서의 툴 끝단(Tool Center Point,TCP)의 위치 및 방향의 측정이 필요하다.In order to carry out the calibration work, it is necessary to measure the position and direction of the tool center point (TCP) in various poses of the robot.
이러한 측정작업을 빠르고 정밀하게 하기 위해서는 아래와 같은 조건을 가지고 있어야 한다.To make these measurements fast and precise, you should have the following conditions.
첫째 캘리브레이션을 위해 필요한 최대한의 정보들을 측정할 수 있을 것, 둘째 측정 과정이 간단하고 표준화될 수 있을 것, 셋째 현장 상황이 변화하더라도 항상 측정이 가능하며 측정 오차가 최소화될 것, 넷째 측정 보조장치가 간단하고 조작이 편리할 것 등이다.First, it should be able to measure the maximum amount of information necessary for calibration. Second, the measurement process should be simple and can be standardized. Third, measurement can be always performed even if the field situation changes and the measurement error is minimized. Simple and easy to operate.
기존의 로봇 캘리브레이션의 경우 대부분 로봇에 부착된 툴의 TCP(Tool Center Point)를 단순한 지그에 교시(Teaching)하여 여기서 얻어진 데이터를 이용하여 로봇의 TCP의 위치만을 알아내는 방법을 사용하여 왔으며, 최근에는 레이저 트래커(Laser Tracker)와 같은 3차원 레이저 측정장비를 이용하여 로봇에 설치된 툴 TCP의 위치를 측정하는 방법을 사용하여 로봇의 캘리브레이션 작업을 수행해 오고 있다.In the case of conventional robot calibration, most of the tools have been taught the tool center point (TCP) of a tool attached to the robot to a simple jig and have used the data obtained here to find out only the position of the robot's TCP. We have been performing the calibration of the robot using the method of measuring the position of the tool TCP installed on the robot by using the 3D laser measuring equipment such as the laser tracker.
그러나, 기존의 레이저 측정장비를 이용한 측정 방법을 이용하여 툴 캘리브레이션을 수행할 경우 툴의 위치만을 캘리브레이션 할 수 있었으며, 방향은 교정할 수 없었다.However, when performing the tool calibration using the conventional laser measurement method, only the position of the tool could be calibrated, and the direction could not be corrected.
여기서 툴의 방향이라는 것은 엄밀하게는 툴의 작업방향을 의미하는 것으로서, TCP를 지나는 툴의 중심축 또는 이에 나란한 축을 의미한다.Here, the direction of the tool means strictly the working direction of the tool, which means the central axis of the tool or the axis parallel to the tool passing through the TCP.
바꿔 말해, 툴의 용도에 따른 기능이 수행되는 방향으로서, 직선형인 용접건의 경우 용접봉이 장착된 일단으로부터 용접면을 향한 타단으로의 방향을 의미하며, 페인팅 건의 경우 노즐이 향한 방향 또는 복수의 노즐이 구비되어 있을 경우 각 노즐의 평균적인 방향을 의미한다.In other words, in the case of a straight welding gun, the direction from the one end of the welding rod to the other end toward the welding surface means the direction in which the function according to the purpose of the tool is performed. In the case of the painting gun, And means an average direction of each nozzle when equipped.
툴의 방향 캘리브레이션을 위해서는 툴 상의 3점 이상의 위치에 대한 정밀 측정이 필요한데, 이와 같은 측정은 매우 복잡하고 고가인 지그가 요할 뿐만 아니라 측정시간이 과도하게 소요되고 측정성도 현저히 떨어진다.In order to calibrate the direction of the tool, it is necessary to make precise measurement of more than three points on the tool. Such a measurement requires not only a very complicated and expensive jig but also an excessive measuring time and a poor measurement capability.
따라서 툴의 방향 캘리브레이션은 하지 않는 것이 상례였다.Therefore, it was common practice not to calibrate the direction of the tool.
이러한 로봇 툴 보정은 로봇의 툴 끝단(Tool Center Point,TCP)을 공간상의 특정한 한 점에 고정시키고 로봇의 자세를 사용자가 수동으로 다양하게 바꿔가며 로봇 기구값(링크 길이, 축 각도 등) 보정과 툴 보정을 하는 기술이 있다.This robot tool calibration fixes the tool center point (TCP) of the robot at a specific point in the space and manually adjusts the posture of the robot to compensate the robot mechanism value (link length, axis angle, etc.) There is a technique of tool compensation.
이때, 로봇 툴의 끝이 동일점을 유지하도록 로봇이 동작하거나 이를 위한 고정지그가 필요하다.At this time, the robot operates so that the end of the robot tool maintains the same point, or a fixing jig for the robot is required.
그리고, 외부 위치 측정기로 로봇의 툴 끝단 위치를 측정하여 축 보정 및 툴 보정을 하는 기술이 있다.In addition, there is a technique of performing axis correction and tool correction by measuring the tool end position of the robot using an external position measuring device.
그러나, 상기의 외부 위치 측정기를 이용하는 경우 외부 위치 측정기와 로봇의 정확한 위치 관계에 관한 정보가 필요하다.However, when the external position measuring device is used, information on the precise positional relationship between the external position measuring device and the robot is required.
도 1은 종래에 따른 툴 보정 시스템의 구성도이며, 도 2는 종래의 툴 보정 순서도를 도시한 것이다.FIG. 1 is a block diagram of a conventional tool correction system, and FIG. 2 is a flowchart of a conventional tool correction process.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 툴 보정은 로봇의 모든 축(J1,J2,J3,J4,J5,J6)을 움직이며, 측정기로 센서 베이스에 대한 팁(Tip)의 위치를 측정하여 로봇-센서 좌표 변환식으로부터 로봇 좌표에 대한 팁의 위치를 계산하고(X1), 로봇의 모든 축(J1,J2,J3,J4,J5,J6)의 회전 각도로부터 로봇 베이스에 대한 팁의 위치를 계산하며(X2), 상기 X1-X2를 최소화하는 플렌지(Flange)에 대한 팁의 위치를 계산하여 툴 보정을 하게 된다.As shown in Figs. 1 and 2, the conventional tool compensation moves all the axes J1, J2, J3, J4, J5, and J6 of the robot and moves the position of the tip with respect to the sensor base (X1), the position of the tip with respect to the robot base is calculated from the rotation angle of all the axes of the robot (J1, J2, J3, J4, J5, J6) (X2), and the position of the tip with respect to the flange that minimizes X1-X2 is calculated to perform the tool correction.
이와 같이, 종래의 툴 보정은 로봇의 모든 축(J1,J2,J3,J4,J5,J6)을 움직여 툴 끝단을 공간상의 여러 점에 위치시킨 후 이를 위치 측정기로 측정하며, 로봇의 설계값으로부터 계산되는 툴 끝단의 위치와 위치 측정기의 측정값의 차이를 최소화하는 로봇 기구값(링크 길이, 축 각도 등) 보정과 툴 보정값을 계산하여 로봇의 툴 보정을 하게 된다.In this way, the conventional tool compensation moves all axes (J1, J2, J3, J4, J5, and J6) of the robot to positions of the tool tip at various points in the space and measures the position with a position measuring device. The robot tool value (link length, axis angle, etc.), which minimizes the difference between the position of the calculated tool tip and the measured value of the position measurer, is calibrated and the robot tool is calibrated by calculating the tool compensation value.
그러나, 상기한 종래에 따른 로봇의 툴 보정 방법은 로봇의 모든 축(6자유도 로봇의 경우 6개의 축,J1,J2,J3,J4,J5,J6)을 움직일 필요가 있어 로봇 각 축의 오차가 누적되어 툴 보정의 정확성이 떨어지게 되는 문제점이 있으며, 또한 지그와 같은 별도의 추가 장치가 필요하게 되어 설치 비용이 과다하게 소요됨은 물론 작업의 복잡성 및 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다However, in the conventional method of correcting the tool of a robot, it is necessary to move all the axes of the robot (six axes in the case of a 6-DOF robot, J1, J2, J3, J4, J5 and J6) There is a problem that the accuracy of tool correction is cumulatively accumulated, and a separate additional device such as a jig is required, which leads to an increase in installation cost and complexity and efficiency of the work
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 로봇의 손목 두 축(J5,J6)만을 구동하며 외부 위치 측정기로 측정한 팁(Tip)의 위치와 두 축(J5,J6)의 회전 각도로부터 툴의 이동 거리를 계산하여 툴 보정을 하게 됨으로써 로봇 베이스와 센서 베이스 사이의 좌표 변환 관계식 없이 정확한 툴 보정이 가능하게 되어 제품의 성능 및 작업의 편리성을 극대화할 수 있도록 한 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for driving a robot, J6), it is possible to correct the tool without the coordinate transformation relation between the robot base and the sensor base, so as to maximize the performance and work convenience of the product And a tool correction method using the movement of the wrist axis of the robot.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 로봇의 손목 두 축(J5,J6)을 회전하며, 센서로 팁(Tip)의 위치를 측정하여 팁의 이동 거리를 계산(D2)하고, 두 축(J5,J6)의 회전 각도로부터 손목의 축(J4,5,6)이 한 점에서 만나는 손목 중심 위치 또는 손목 축 중심 위치에 대한 팁의 위치를 계산하며 이 결과로부터 팁의 이동 거리를 계산(D1)한 후, 상기 D1-D2를 최소화하는 플렌지(Flange) 좌표계에 대한 팁의 위치를 계산하여 툴 보정을 하게 됨을 특징으로 하는 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법을 제공함에 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a tip movement distance (D2) by measuring a position of a tip with a sensor by rotating two wrist axes J5 and J6 of a robot, (J1, J6) from the rotation angle of the wrist (J4, 5, 6) at the point of wrist center position or wrist axis center position, And a tool correction is performed by calculating a position of a tip with respect to a flange coordinate system that minimizes the D1-D2. The present invention provides a tool correction method using a wrist axis motion of a robot.
이와 같이 본 발명은 로봇의 손목 부위의 두 축만을 움직이므로 축의 오차로 인한 툴 보정 결과에 영향을 받지 않게 되어 정확한 툴 보정이 가능하게 됨에 따라 제품성 및 작업의 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.As described above, since the present invention moves only two axes of the wrist portion of the robot, it is not influenced by the tool correction result due to the error of the axis, and correct tool correction is possible, thereby maximizing the productivity and the work efficiency .
또한, 본 발명은 적용 예로 로봇을 이용한 수술 시 수술 환경에서 사용되는 광학식 위치 측정기를 이용하여 지그와 같은 별도의 추가 장치 없이 수술장 내에서 툴 보정이 가능하게 됨으로써 설치 비용을 절감할 수 있으며 작업의 편리성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can reduce the installation cost by enabling tool correction in a surgical field without using a separate additional device such as a jig using an optical position measuring device used in an operation environment during a surgical operation using a robot, It is possible to maximize the convenience.
도 1은 종래에 따른 로봇 툴 보정 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 종래에 따른 로봇 툴 보정을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 로봇 툴 보정 시스템을 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 로봇 툴 보정을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 툴 보정시 사용되는 뉴튼랩슨법에 대한 계산순서도.FIG. 1 is a block diagram showing a conventional robot tool correction system.
2 is a flowchart illustrating a conventional robot tool calibration;
3 is a block diagram showing a robot tool correction system according to the present invention.
4 is a flow chart illustrating robotic tool calibration according to the present invention.
5 is a calculation flowchart for the Newton-Raphson method used in tool compensation according to the present invention;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 로봇 툴 보정 시스템을 도시한 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 로봇 툴 보정을 도시한 순서도이다.FIG. 3 is a block diagram showing a robot tool correction system according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing a robot tool correction according to the present invention.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 다관절 로봇의 툴을 보정하는 방법에 있어서, 로봇의 제1 축, 제2 축, 제3 축 및 제1 손목 축(J1,J2,J3,J4)은 기준값으로 고정한 상태에서 제2 손목 축, 제3 손목 축(J5,J6)을 사용자가 미리 지정한 각도로 움직이며, 센서(S)로 팁(Tip)의 위치를 측정하여 팁의 이동 거리를 계산(D2)하고, 로봇의 제2 손목 축, 제3 손목 축(J5,J6) 회전 각도로부터 로봇의 제1 손목 축 내지 제3 손목 축(J4,J5,J6)이 한 점에서 만나는 손목 중심 위치 또는 손목 축 중심 위치에 대한 팁의 위치를 계산하며, 상기 로봇의 제1 손목 축 내지 제3 손목 축(J4,J5,J6)이 한 점에서 만나는 손목 중심 위치 또는 손목 축 중심 위치에 대한 팁(Tip)의 위치 계산의 결과로부터 팁의 이동 거리를 계산(D1)하고, 상기 D1-D2를 최소화하는 플렌지(Flange) 좌표계에 대한 팁의 위치를 계산하여 로봇의 툴 보정을 하게 된다.3 to 4, the present invention relates to a method of correcting a tool of a jointed-arm robot, wherein a first axis, a second axis, a third axis and a first wrist axis J1, J2, J3 J4 move the second wrist axis and third wrist axis J5 and J6 at an angle predetermined by the user while fixing the reference value and move the tip by measuring the position of the tip with the sensor S, And the first wrist axis to the third wrist axis J4, J5, and J6 of the robot meet at a point from the rotational angle of the second wrist axis and the third wrist axis J5 and J6 of the robot, Calculating a position of a tip with respect to a wrist center position or a center position of the wrist axis and calculating a position of the tip relative to a wrist center position or a wrist axis center position where the first wrist axis (J4, J5, J6) (D1) is calculated from the result of the position calculation of the tip for the tip (D1), and the position of the tip for the flange coordinate system And the calculation tool is the correction of the robot.
상기의 로봇 툴 보정 과정에서 입력(Input)시 Psensor(Xsensor, Ysensor, Zsensor)는 센서(S)에서 측정한 팁(Tip)의 위치를 나타내며, θ5는 J5의 회전각도, θ6은 J6의 회전각도를 나타내고, L은 손목 축 중심위치로부터 플렌지(Flange)까지 로봇 링크 길이를 나타낸 것이다.In the robot tool calibration process, P sensor (X sensor , Y sensor , Z sensor ) at the time of input indicates the position of the tip measured by the sensor S, θ5 is the rotation angle of J5, J6, and L is the robot link length from the wrist axis center position to the flange.
또한, 출력(Output)시 Ptool(Xtool, Ytool, Ztool)은 로봇 플렌지 좌표계에 대한 팁(Tip)의 위치를 나타낸 것이다.In the output, P tool (X tool , Y tool , Z tool ) shows the position of the tip with respect to the robot flange coordinate system.
상기의 센서(S)에서 측정한 팁(Tip)의 이동거리(D2)와 손목 축 중심위치에 대한 팁(Tip)의 이동거리(D1)의 차이를 계산하는 수식은 수학식 1과 같다.The formula for calculating the difference between the moving distance D2 of the tip Tip measured by the sensor S and the moving distance D1 of the tip with respect to the center position of the wrist axis is shown in
(수학식 1)(1)
P1 , wrist=R1Ptool,P2 , wrist=R2Ptool ………………………(1)P 1 , wrist = R 1 P tool , P 2 , wrist = R 2 P tool ... ... ... ... ... ... ... ... ... (One)
D1 2=(P2 , wrist-P1 , wrist)T(P2 , wrist-P1 , wrist) ……………(2)D 1 2 = (P 2 , wrist -P 1 , wrist ) T (P 2 , wrist -P 1 , wrist ) ... ... ... ... (2)
D2 2=(P2 , sensor-P1 , sensor)T(P2 , sensor-P1 , sensor) …………(3)D 2 2 = (P 2 , sensor -P 1 , sensor ) T (P 2 , sensor -P 1 , sensor ) ... ... ... (3)
f(Ptool)=f(xtool,ytool,ztool)=D1 2-D2 2 ………………(4)f (P tool ) = f (x tool , y tool , z tool ) = D 1 2 -D 2 2 ... ... ... ... ... ... (4)
Ptool : 툴의 보정값,(xtool,ytool,ztool)P tool : Correction value of the tool , (x tool , y tool , z tool )
P1 , wrist,P2 , wrist : 손목 축을 움직였을 때 팁(Tip)의 위치P 1 , wrist , P 2 , wrist : Position of tip when wrist axis is moved
P1,sensor,P2 , sensor : 센서에서 측정한 팁(Tip)의 위치P 1 , sensor , P 2 , sensor : Position of the tip measured by the sensor
R1,R2: 손목 축(J5,J6)의 회전 각도(θ5,θ6)에서 계산되는 회전 행렬R 1 , R 2 : rotation matrix calculated from the rotation angles (? 5,? 6) of the wrist axis (J5, J6)
D1 : 손목 축 회전 각도에서 계산되는 팁의 이동 거리D 1 : The travel distance of the tip calculated from the wrist axis rotation angle
D2 : 센서에서 측정한 점으로부터 계산되는 팁의 이동 거리D 2 : Travel distance of the tip calculated from the point measured by the sensor
f : 이동 거리 제곱의 차이, D1 2-D2 2,최소화해야 하는 함수f: Difference of squared distance of travel, D 1 2 -D 2 2 , function to be minimized
상기와 같은 (1)~(4)를 통해 세워진 수식(4)를 최소화하는 Ptool을 다양한 수학적 방법으로 계산할 수 있는데 그 중 하나가 뉴튼랩슨법이다.The P tool minimizing the equation (4) established by (1) - (4) above can be calculated by various mathematical methods, one of which is the Newton-Raphson method.
뉴튼랩슨법에 대한 수학식은 아래 수학식 2와 같다.The equation for the Newton-Raphson method is shown in Equation 2 below.
(수학식 2)(2)
상기와 같은 수학식의 뉴튼랩슨법의 개요는,The outline of the Newton-Raphson method of the above-
이다.to be.
또한, 상기의 수학식 2에 대한 순서도는 첨부된 도면 도 5에 도시된 바와 같다.Also, the flowchart of Equation (2) is as shown in FIG.
이와 같이 본 발명에 따른 로봇의 툴 보정(Calibration)은 기존 툴 보정 기술과 달리 외부 측정기와 로봇 베이스 사이의 좌표 변환 관계식을 사용하지 않고 로봇의 손목 부위의 제2 손목 축 및 제3 손목 축(J5,J6)만을 구동하여도 정확한 툴 보정을 이룰 수 있게 된다.As described above, the tool calibration of the robot according to the present invention is different from the existing tool calibration technique in that the coordinate conversion relation between the external measuring instrument and the robot base is not used and the second wrist axis and the third wrist axis J5 , J6), it is possible to achieve accurate tool correction.
또한, 기존 툴 보정 방법은 로봇의 전 축(J1,J2,J3,J4,J5,J6)을 움직일 필요가 있어 로봇 각 축의 오차가 누적되어 툴 보정 결과에 영향이 큰 반면, 본 발명에 따른 툴 보정 방법은 로봇 손목 부위의 제2 손목 축 및 제3 손목 축(J5,J6)만을 움직이므로 축의 오차로 인한 툴 보정 결과에 영향을 받지 않게 된다.Since the conventional tool correction method needs to move all the axes J1, J2, J3, J4, J5, and J6 of the robot, the error of each axis of the robot is accumulated, Since the correction method moves only the second wrist axis and the third wrist axis (J5, J6) of the robot wrist region, it is not influenced by the tool correction result due to the axis error.
이와 함께, 본 발명에 따른 툴 보정 방법은 적용 예로 로봇을 이용한 수술 시 수술 환경에서 사용되는 광학식 위치 측정기를 이용하여 지그와 같은 별도의 추가 장치 없이 수술장 내에서 툴 보정이 가능하게 되어 툴 보정을 편리하고 용이하게 수행할 수 있게 된다.In addition, the tool correction method according to the present invention can apply a tool correction in a surgical field without using a separate additional device such as a jig using an optical position measuring device used in an operation environment during operation using a robot, So that it can be conveniently and easily performed.
따라서, 상기 로봇의 툴 보정을 함에 있어 로봇의 제2 손목 축 및 제3 손목 축(J5,J6)만의 움직임을 이용하여 센서 베이스와 손목 축 중심에 대한 팁의 위치를 측정 및 계산하고 팁의 거리를 계산하며(D1-D2), 상기 D1-D2를 최소화하는 플렌지(Flange) 좌표계에 대한 팁의 위치를 뉴튼랩슨법으로 계산하게 됨으로써 오차 없이 정확하게 보정할 수 있게 된다.Therefore, in the tool correction of the robot, the position of the tip with respect to the center of the sensor base and the wrist axis is measured and calculated using only the motion of the second wrist axis and the third wrist axis J5 and J6 of the robot, (D1-D2), and the position of the tip with respect to the flange coordinate system for minimizing the D1-D2 is calculated by the Newton-Raphson method, so that it can be accurately corrected without error.
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.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.
J1,J2,J3,J4,J5,J6 : 축
S : 센서J1, J2, J3, J4, J5, J6: Axis
S: Sensor
Claims (2)
상기 제2 손목 축 및 제3 손목 축(J5,J6)을 사용자가 미리 지정한 각도로 움직이며,
센서(S)로 상기 팁(Tip)의 위치를 측정하여 팁의 이동 거리를 계산(D2)하고,
상기 제2 손목 축 및 제3 손목 축(J5,J6) 회전 각도로부터 상기 제1 내지 제3 손목 축(J4,J5,J6)이 한 점에서 만나는 손목 중심 위치 또는 손목 축 중심 위치에 대한 팁의 위치를 계산하며,
상기 제1 내지 제3 손목 축(J4,J5,J6)이 한 점에서 만나는 손목 중심 위치 또는 손목 축 중심 위치에 대한 상기 팁의 위치 계산의 결과로부터 팁의 이동 거리를 계산(D1)하고,
상기 D1과 상기 D2의 이동거리 차이(D1-D2)를 최소화하는 플렌지(Flange) 좌표계에 대한 상기 팁의 위치를 계산하여 로봇의 툴 보정을 하게 됨을 특징으로 하는 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법.A method of tool correction of a joint articulated robot in which a tip is disposed on a wrist portion of a robot having a first wrist axis (J4), a second wrist axis (J5), and a third wrist axis (J6)
The second wrist axis and the third wrist axis J5, J6 at an angle predetermined by the user,
The position of the tip is measured by the sensor S to calculate the travel distance of the tip (D2)
The first to third wrist axes J4, J5, and J6 are located at the center of the wrist or the center of the wrist axis where the first to third wrist axes J4, J5, and J6 meet at a point from the rotation angle of the second wrist axis and the third wrist axis Calculate the position,
(D1) a travel distance of the tip from the result of the position calculation of the tip with respect to the wrist center position or the wrist axis center position where the first to third wrist axes J4, J5, and J6 meet at one point,
And calculating a position of the tip with respect to a flange coordinate system that minimizes a movement distance difference (D1-D2) between the D1 and the D2, thereby performing a tool correction of the robot. Way.
상기 제1 내지 제3 손목 축(J4,J5,J6)에 연결되도록 순차 배치되는 제1 축(J1), 제2 축(J2) 및 제3 축(J3)을 구비하되, 상기 제2 손목 축 및 제3 손목 축(J5,J6)은 회전하고 상기 제1 내지 제3 축과 상기 제1 손목 축(J1,J2,J3,J4)은 기준값으로 고정한 상태에서 툴 보정을 하게 됨을 특징으로 하는 로봇의 손목 축 움직임을 이용한 툴 보정 방법.The method according to claim 1,
A first axis J1, a second axis J2 and a third axis J3 sequentially arranged to be connected to the first to third wrist axes J4, J5 and J6, And the third wrist axes J5 and J6 are rotated and the first to third axes and the first wrist axes J1, J2, J3 and J4 are fixed as reference values. A tool correction method using the wrist axis movement of a tool.
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