KR102015664B1 - 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR102015664B1 KR1020130018163A KR20130018163A KR102015664B1 KR 102015664 B1 KR102015664 B1 KR 102015664B1 KR 1020130018163 A KR1020130018163 A KR 1020130018163A KR 20130018163 A KR20130018163 A KR 20130018163A KR 102015664 B1 KR102015664 B1 KR 102015664B1
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쿠카 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 매니퓰레이터, 특히 로봇을 갖고 적어도 2개의 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 를 가진 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법에 관한 것이며, 이때 상기 매니퓰레이터는 모터와 브레이크를 구비하는 적어도 하나의 구동수단을 구비하고, 상기 방법은 단계들을 갖는다:
(S10) 한 매니퓰레이터 포즈를 향해 나아가는 단계;
(S20) 적어도 하나의 구동수단을 정지시키는 단계;
(S30) 이 구동수단의 적어도 하나의 브레이크를 폐쇄시키는 단계;
(S40) 상기 구동수단의 에너지 공급을 감소시키는 단계;
(S50) 상기 구동수단의 에너지 공급을 높이는 단계;
(S60) 상기 폐쇄된 브레이크를 개방시키는 단계;
(S70) 그 밖의 매니퓰레이터 포즈를 향해 나아가는 단계.

Description

매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR EXECUTING A MANIPULATOR PROCESS}
본 발명은 매니퓰레이터 공정을 실행 또는 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 이때 매니퓰레이터는 모터와 브레이크를 가진 적어도 하나의 구동수단 (drive means) 을 구비한다.
매니퓰레이터들, 특히 산업용으로 이용되는 로봇들은 일반적으로 궤적 (trajectory) 들을 구비하며, 상기 궤적들에 있어서 운동 단계들과 정지 단계들이 서로 교대한다. 상기 운동 단계들 동안 매니퓰레이터는 경로 상에서 주행한다. 상기 정지 단계들 동안, 매니퓰레이터는 예컨대 용접점이 배치되는 동안 또는 요구되어야 하는 작업물을 기다리는 동안 한 포즈 (pose) 에 머무른다. 상기 정지 단계 후 다시 운동 단계가 뒤따르고, 상기 운동 단계는 다시 정지 단계에 의해 교대된다. 다른 예들은 산업용 로봇들에 의해 이렇게 자동적으로 처리되는 니스칠 공정 및 오더피킹 (order picking) 공정이다.
상기 정지 단계 동안 매니퓰레이터는 그의 드라이브를 통해 능동적으로 유지되며, 따라서 정지력을 가하기 위한 그리고 브레이크들을 열어 놓기 위한 에너지가 소멸된다.
이 에너지 수요 (energy demand) 는 매니퓰레이터 또는 매니퓰레이터들의 작동 동안의 상승된 에너지 소비를 요구하며, 그리고 오늘날의 매니퓰레이터 배열체들의 본질적인 효율손상을 의미한다.
특히 EP 0 914 911 B1 에 제안되는 바와 같이, 효율을 개선시키기 위한 전형적인 조치는 산업용 로봇들에서의 무게 보상이다. 이러한 무게 보상은 여러 가지 로봇 포즈들 (robot poses) 에 있어서 잠재적 에너지들의 차이들의 감소를 초래하며, 따라서 바람직하게는 로봇의 기본축에 있어서, 동일한 운동들에 있어서 보다 적은 에너지를 소모하기 위해 보다 약한 드라이브들과 브레이크들이 필요해진다.
DE 103 940 302 T5 는 스톱부와 운동부 사이의 거리에 따라 로봇 브레이크들을 폐쇄 및 개방시키기 위한 제어를 공개하고 있다.
EP 1 974 870 A1 은 산업용 로봇을 위한 브레이크의 제어를 공개하고 있으며, 이때 상기 브레이크는 폐쇄 및 개방시키기 위한 스위치를 갖추고 있고, 상기 스위치는 다른 브레이크들과 상관없이 상기 브레이크의 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 매니퓰레이터 공정을 개선시키는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 가진 방법을 통해 달성된다. 청구항 제 12 항은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치를 보호하에 두며, 청구항 제 13 항은 본 발명에 따른 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 보호하에 두고, 청구항 제 14 항은 이러한 컴퓨터 프로그램을 가진 컴퓨터 프로그램 제품, 특히 저장 매체를 보호하에 둔다. 종속항들은 바람직한 개선형태들에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 2개 이상의 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 를 포함하는 매니퓰레이터 공정은 하나 또는 다수의 매니퓰레이터, 특히 산업용 로봇에 의해 실행된다. 매니퓰레이터는 바람직하게는 다수의 자유도에 있어서, 특히 4, 6 또는 7 자유도에 있어서 움직일 수 있고, 이때 자유도는 특히 상기 매니퓰레이터의 축을 통해 실현된다. 상기 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의 축은 각각 하나 또는 다수의 구동수단을 갖추고 있으며, 상기 구동수단들은 하나 또는 다수의 모터와 하나 또는 다수의 브레이크, 특히 적어도 하나의 주차 브레이크, 즉 에너지 없이 폐쇄되어 있는 브레이크를 구비한다.
운동 단계 동안 한 매니퓰레이터 포즈를 향해 나아간다. 본 발명의 의미에서의 매니퓰레이터 공정은 특히 매니퓰레이터 또는 매니퓰레이터들의 운동 시퀀스 (sequence of motions), 이하“궤적 (trajectory)”이라 불리움, 특히 그의 묘사를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 매니퓰레이터 공정은, 특히 공구를 제어하기 위해, 상기 운동 시퀀스를 통신하기 위해 및/또는 (재)계획하기 위해 명령들, 조절 및/또는 인터페이스들을 구비할 수 있다. 상기 궤적은 특히 매니퓰레이터 제어기 안에, 특히 함수적 및/또는 표로 나타낸 형태로 표현되어 있을 수 있다. 매니퓰레이터 포즈는 특히 조작자에 의해 미리 프로그래밍되고 및/또는 명령될 수 있으며, 외부에서 미리 정해지고 및/또는 매니퓰레이터 공정 동안 발생되어 있을 수 있다. 매니퓰레이터 포즈는 특히 매니퓰레이터의 위치 (position) 및/또는 방위 (orientation) 를 포함할 수 있다. 매니퓰레이터 포즈는 바람직하게는 매니퓰레이터의 특히 데카르트 (Cartesian) 작업공간 안의 또는 매니퓰레이터의 관절 공간 안의 좌표를 통해 기술되어 있거나 또는 사원수 (quaternions) 로서 표현되어 있다. 바람직하게는, 상기 궤적은 도달되어야 하는 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 까지, 특히 부분적으로, 미리 정해져 있다. 특히, 그것으로부터 인터폴레이터 (interpolator) 를 통해, 연속적인 또는 이산적인 목표-경로가 특히 함수적 및/또는 표로 나타낸 형태로 실현될 수 있다.
상기 운동 단계의 끝에, 하나 또는 다수의 구동수단, 바람직하게는 상기 전체 매니퓰레이터는 정지되며, 따라서 상기 정지된 구동수단들에 의해 정의된 축들이 더 이상 운동을 실행하지 않는다. 정지시키기는 바람직하게는 모터들을 통해 및/또는 상응하는 구동수단의 하나 또는 다수의 폐쇄된 브레이크들을 통해 수행된다. 상기 정지시키기 후 또는 정지 상태에서, 상응하는 축을 위한 정지력은, 하나 또는 다수의 브레이크가 이 정지력을 또는 이 정지력의 적어도 일부를 떠맡을 때까지 단지 모터들을 통해서만 가해진다. 보다 간결하게 표현하기 위해, 본 경우 (회전)모멘트, 즉 역평행 우력은 일반적으로 힘이라 불리운다.
본 발명에 따르면, 상기 정지시키기 또는 정지 후 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의, 특히 모든 구동수단의 하나 또는 다수의, 특히 모든 브레이크가 폐쇄된다. 마찬가지로, 하나의 다른 구동수단 또는 다른 구동수단들의 하나 또는 다수의 브레이크가 아직 개방되어 있는 동안, 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의 구동수단의 하나 또는 다수의 브레이크가 폐쇄되어 있을 수 있다. 폐쇄된 브레이크 또는 폐쇄된 브레이크들에 있어서, 상기 구동수단의 상응하는 축을 정지시키기에 필요한 및/또는 충분한 정지력은 부분적으로 또는 완전히 브레이크(들)을 통해 가해진다. 상응하여, 하나 또는 다수의 구동수단의 하나 또는 다수의 브레이크를 폐쇄시킨 후, 이 구동수단의 에너지 공급은 부분적으로 또는 완전히 감소된다. 바람직하게는, 하나 또는 다수의 모터에게 에너지를 공급하는, 정지력을 가하기 위한 전류는 부분적으로 또는 완전히 감소된다.
정지 단계의 끝에, 적어도 하나의 구동수단의 에너지 공급 (energy supply) 이 다시 높아지며, 특히 지금까지는 상기 구동수단의 브레이크 또는 브레이크들을 통해 발생된 정지력이 하나 또는 다수의 모터를 통해 가해질 수 있도록, 그리고 바람직하게는 상기 구동수단들을 통해 작동된 축들이 경로 및/또는 목표 사전 설정에 상응하여 이동될 수 있도록 높아진다.
상기 에너지 공급의 이러한 상승 후, 상기 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의, 특히 모든 구동수단의 하나 또는 다수의, 특히 모든 브레이크가 개방되며, 따라서 상기 매니퓰레이터는 축들에 있어서 다시 움직일 수 있다.
그 후, 그 밖의 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 를 향해, 특히 목표 경로 상에서, 나아간다. 바람직한 실시에서, 다른 구동수단의 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안, 상기 매니퓰레이터의 적어도 하나의 구동수단이 움직여진다.
본 발명의 의미에서의 구동수단은 하나 또는 다수의 모터와 하나 또는 다수의 브레이크를 구비한다. 바람직하게는, 구동수단은 특히 자유도 만큼 매니퓰레이터축의 운동 및/또는 감속을 가능하게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구동수단은 커버를 구비할 수 있고, 상기 커버는 모터(들) 과 브레이크(들) 을 적어도 부분적으로 둘러싸며, 그리고 주변과 경계짓는다. 특히 바람직하게는, 하나 또는 다수의 구동수단이 매니퓰레이터 안에 적어도 부분적으로 통합되어 있다. 모터에 의해 제공된 토크를 변속 또는 감속시키기 위해, 구동수단은 추가적으로 또는 대안적으로 기어 (gear) 를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 구동수단은 구동측에 및/또는 아웃풋측에 하나 또는 다수의 센서, 특히 하나 또는 다수의 위치센서, 운동센서 및/또는 힘센서를 구비한다.
본 발명의 의미에서의 모터는 특히 전기모터 (electric motor) 일 수 있다. 전기모터는 특히 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키도록 셋업되어 있을 수 있다. 전기모터는 바람직하게는 직류 및/또는 교류를 갖고 작동되며, 이때 상기 교류는 특히 특정 주파수 및/또는 특정 진폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 전기모터는 브러시리스 직류모터, 동기식 기계 또는 비동기식 기계로서 설계되어 있다. 특히, 모터는 전자적 정류 (electronic commutation) 를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 모터는 변환기 및/또는 PWM 증폭기를 갖추고 있다.
본 발명의 의미에서의 브레이크는 바람직하게는 정지 토크를 또는 매니퓰레이터축을 정지 상태에 유지시키기 위한 정지력의 일부를 가하기 위해 사용된다. 위에서 설명된 바와 같이, 본 경우 특히 (회전)모멘트도 일반적으로 힘이라고 불리운다.
바람직하게는, 브레이크를 통해 하나 또는 다수의 매니퓰레이터축을 정지 상태에 유지시킴으로써, 상기 구동수단의 상응하는 모터 또는 모터들을 통해 이 매니퓰레이터축들을 유지시키는 것보다 보다 적은 에너지가 필요해진다. 이로 인해, 정지가 이러한 브레이크에 의해 야기되고, 모터에 의해 야기되는 것이 아니거나 또는 오로지 모터만에 의해 야기되는 것이 아니면 효율 개선이 발생한다. 추가적으로, 브레이크는 매니퓰레이터축의 속도를 제동하도록 셋업되어 있을 수 있다. 브레이크는 바람직하게는 안전 브레이크 (safety brake) 로서 설계되어 있다. 안전 브레이크는 에너지 공급이 한계값 아래로 떨어지면 폐쇄되고, 그리고 특히 그 밖의 에너지 공급 없이, 상응하는 정지력을 가한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 브레이크를 폐쇄시키기 위해, 상기 브레이크로의 에너지 공급이 완전히 중단된다. 이러한 브레이크를 통해, 매니퓰레이터가 하나 또는 다수의 브레이크를 통해 유지되면 (모터에 의해 유지되는 것이 아니라), 정지 상태에서 그 밖의 효율 개선이 발생한다. 브레이크는 특히 스프링 압력 브레이크, 웨지 브레이크, 와류 브레이크, 전동식 브레이크, (영구)자석 브레이크, 마그네틱 파우더 브레이크 및/또는 공압식 브레이크로서 설계되어 있을 수 있다.
본 발명의 의미에서의 에너지 공급 (energy supply) 은 하나 또는 다수의 매니퓰레이터의 하나 또는 다수의, 특히 모든 구동수단에게 특히 전기 에너지를 공급한다. 에너지 공급은 특히 공공 에너지망 및/또는 자율적 에너지망으로부터 제공될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에너지 공급은 적어도 하나의 배터리 배열체 및/또는 대안적인 에너지 저장 장치 (energy storage device), 특히 기계적 에너지 저장 장치로부터 제공될 수 있다. 바람직하게는, 하나 또는 다수의 매니퓰레이터의 다수의 구동수단, 특히 모든 구동수단은 에너지 공급부와 연결되어 있다. 특히 바람직하게는, 에너지 공급부는 중간회로 (intermediate circuit) 를 구비하며, 상기 중간회로는 중간회로 전압을 통하여 모터들, 브레이크들 및/또는 하나 또는 다수의 구동수단의, 특히 하나 또는 다수의 매니퓰레이터의 그 밖의 구성요소들을 위한 에너지를 제공한다. 바람직하게는, 상기 에너지 공급부는 제어기와 연결되어 있다. 상기 에너지 공급부는 하나 또는 다수의 구동수단으로의, 특히 이 구동수단들의 하나 또는 다수의 모터로의 및/또는 하나 또는 다수의 브레이크로의 에너지 공급을 감소시키도록 및/또는 높이도록 셋업되어 있다. 바람직하게는, 상기 에너지 공급부를 통해, 하나 또는 다수의 구동수단을 작동시키기 위한, 특히 바람직하게는 하나 또는 다수의 매니퓰레이터를 특히 추가적인 주변 장치, 예컨대 제어기, 안전셀 (safety cell), 공구, 조명 및/또는 통신 장치들과 함께 작동시키기 위한 에너지가 충분히 제공된다.
바람직한 실시에서, 위에서 설명된 단계들은 한 번 또는 여러 번 반복되며, 따라서 상기 매니퓰레이터는 2개 이상의 정지단계를 갖고 궤적을 지나가고, 상기 정지단계들 동안 하나 또는 다수의 브레이크가 폐쇄된다. 이로 인해, 특히, 에너지 절약을 위한 여러 가지 특징의 정지단계들을 이용한다는 장점이 발생할 수 있다.
바람직한 실시에서, 상기 브레이크는 다수의 기준 중 적어도 하나에 근거하여 폐쇄 및/또는 개방된다. 제 1 양상에 따르면, 상기 브레이크는 상태 기준 (state criterion) 에 근거하여 폐쇄 및/또는 개방된다. 본 발명의 의미에서의 상태는 매니퓰레이터 또는 외부 장치의 물리적 상태일 수 있고 및/또는 다수의 이러한 상태들의 조합일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상태는 특히 매니퓰레이터 및/또는 외부 장치의 특징들의 컨피규레이션 (configuration) 에 의해 특징지어져 있다. 바람직하게는, 상태는 특히 매니퓰레이터 및/또는 외부 장치를 작동시키는데 쓰이는 그리고 특히 작업 진행의 상태를 기술하는 상태 도표 및/또는 진행 제어의 컨피규레이션을 통해 결정되어 있을 수 있다. 특히, 상태는 매니퓰레이터의 상태, 매니퓰레이터 제어기의 상태, 매니퓰레이터 공정의 상태, 매니퓰레이터의 공구의 상태, 안내 제어기의 상태 및/또는 매니퓰레이터와 상호 작용하는 상기 매니퓰레이터의 주변으로부터의 장치의 상태일 수 있다. 상태 기준을 통해, 브레이크가 매니퓰레이터의 또는 그의 환경의 특별한 컨피규레이션의 발생시 폐쇄 및/또는 개방될 수 있다는 장점이 발생한다.
이 실시의 제 2 양상에 따르면, 상기 브레이크는 신호 기준 (signal criterion) 에 근거하여 폐쇄 및/또는 개방된다. 본 발명의 의미에서의 신호는 특히, 상기 신호가 바람직하게는 미리 만들어진 약속을 통해 또는 규정을 통해 얻는 특정한 의미를 가진 표시일 수 있다. 특히, 신호를 통해 정보가 통신될 수 있다. 이러한 정보는 바람직하게는 매니퓰레이터에 관한, 특히 그의 구성요소들에 관한 및/또는 외부 장치들에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 정보는 가공 방법의 데이터를 포함할 수 있다. 특히 바람직하게는, 신호는 매니퓰레이터 제어기 및/또는 외부 제어기의 정보를 운반한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 신호는 하나 또는 다수의 조작자의 명령들, 특히 제동 명령에 관한 및/또는 그의 상태에 관한 정보들을 포함한다. 바람직하게는, 신호는 사람들 및/또는 물체들이 매니퓰레이터 또는 매니퓰레이터들의 위험 영역 안에 머무르고 있다는 정보를 포함한다. 특히, 신호는 매니퓰레이터의 근처에 있는 조작자의 주의에 관한 정보를 포함할 수 있고, 그리고 예컨대 상기 조작자의 부주의시 상응하는 정지 (stop) 명령을 통신할 수 있다. 특히, 신호는 매니퓰레이터 제어기의 신호, 매니퓰레이터 공정의 신호, 공구 제어기의 신호, 안내 제어기의 신호, 및 매니퓰레이터와 상호 작용하는 상기 매니퓰레이터의 주변으로부터의 장치의 신호일 수 있다. 신호 기준을 통해 특히, 브레이크가 간단히 해석 가능한 정보를 통해 제어될 수 있다는 장점이 발생하며, 이때 이 간단한 정보는 특히 보다 복잡한 정보의 묘사를 표현할 수 있다.
이 실시의 제 3 양상에 따르면, 상기 브레이크는 시간 기준 (time criterion) 에 근거하여 폐쇄 및/또는 개방된다. 본 발명의 의미에서의 시간은 절대적 시간 또는 상대적 시간일 수 있다. 바람직하게는, 시간은 매니퓰레이터 또는 외부 장치의 공정의 공정 시간이다. 추가적으로 또는 대안적으로 시간은 정지 시간, 특히 바람직하게는 매니퓰레이터 및/또는 외부 장치의 하나 또는 다수의 구동수단을 정지시키기부터 경과되어 있는 정지 시간일 수 있다. 바람직하게는, 시간은 휴식 시간이다. 휴식 시간은 바람직하게는 2개의 운동단계 사이의, 매니퓰레이터 및/또는 외부 장치의 정지 단계의 기간을 표현한다. 휴식 시간은 특히 브레이크의 폐쇄와 브레이크의 개방 사이의 기간을 표현할 수 있다. 시간 기준을 통해 바람직하게는, 폐쇄-개방 명령을 하나의 유일한 정보, 특히 정지 단계의 기간을 통해 전달하는 가능성이 제공된다.
바람직한 실시에 따르면, 하나 또는 다수의 구동수단의 브레이크(들)을 폐쇄시키기 위해 및/또는 개방시키기 위해 2개 이상의 기준이 평가된다. 상기 평가는 특히 병행하여 및/또는 연결되어, 특히 연속적으로 실행될 수 있다. 2개 이상의 기준의 병행적 평가를 통해, 바람직하게는 브레이크 작동의 신뢰성이 높아질 수 있다. 2개 이상의 기준의 연속적 평가를 통해, 바람직하게는 브레이크의 폐쇄 및/또는 개방은 보다 정확히 조절될 수 있다. 병행적 평가는 특히 기준들의“OR 결합”을 통해 구현되어 있을 수 있고, 연속적 평가는 기준들의“AND 결합”을 통해 구현되어 있을 수 있다.
바람직한 실시에 따르면, 상기 브레이크를 폐쇄 및/또는 개방시키기 위해 평가되는 적어도 하나의 기준은 매니퓰레이터 공정 동안 변경된다. 바람직하게는, 상기 기준의 상기 변경은 학습과정 (learning process) 을 통해 제어되며, 상기 학습과정은 특히 매니퓰레이터 제어기 안에서 및/또는 외부 장치에서 실행된다. 특히 바람직하게는, 기계적인 (mechanical) 학습과정의 결과로서 시간, 특히 휴식 시간이 발생한다. 특히, 상기 학습과정은 하나 또는 다수의 매니퓰레이터 공정을 관찰할 수 있고, 그리고 상기 관찰된 매니퓰레이터 공정들에 근거하여 미래의 휴식 시간의 길이를 추정할 수 있다. 상기 기준의 상기 변경은 특히 새로이 존재하는 학습결과를 통해 사건 제어되어 (event-controlled) 있을 수 있고, 및/또는 주기적 및/또는 연속적일 수 있다. 특히, 매니퓰레이터 공정 동안의 기준의 변경을 통해, 특히 미리 정지단계들의 기간을 알고 있을 필요없이 궤적 내부에서의 리던던트 (redundant) 정보, 예컨대 유사한, 특히 동일한 정지단계들이 효율을 개선시키기 위해 이용될 수 있다는 장점이 발생할 수 있다.
바람직한 실시에서, 안전 장치는 안전 기술로 브레이크들의 개방 및/또는 폐쇄를 감시 및/또는 제어한다. 이를 위해, 예컨대 규격들 IEC 61508 또는 EN ISO 13849 에 명시되어 있는 바와 같이, 하나 또는 다수의 브레이크의 제어의 아키텍처 (architecture), 바람직하게는 안전 무결성 기준 (safety integrity level) 이면 충분하다. 안전한 브레이크 제어는 특히 하나 또는 다수의 축, 바람직하게는 전체 매니퓰레이터의 안전한 작동정지라는 장점을 제공한다. 안전한 작동정지는 특정한 매니퓰레이터 공정들을 위해 필요할 수 있으며, 특히 매니퓰레이터 공정들이 하나 또는 다수의 사람과의 상호 작용을 가질 경우 필요할 수 있다.
그 밖의 장점들 및 특징들은 종속항들 및 실시예들에 나타나 있다.
부분적으로 개략화되어 있음:
도 1 은 본 발명의 실시에 따른 매니퓰레이터 공정의 예시적인 궤적의 속도 및 전력수요 (power demand) 의 시간적 진행을 나타내며,
도 2 는 본 발명의 실시에 따른 매니퓰레이터를 제어하기 위한 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 1 은 산업용 로봇을 통해 실행되는 매니퓰레이터 공정의 궤적의 단면을 나타내며, 이때 속도가 시간에 걸쳐 나타나 있고, 또한 2개의 시간 기준에 따른 2개의 여러 가지 전력곡선 (power curve, P 및 P') 이 나타나 있다. 시점 t=1 까지 상기 로봇의 축 (3) 은 양의 (positive), 일정한 속도
Figure 112013015398677-pat00001
> 0 를 갖고 이동한다. 시점 t1 에서 정지 (stop) 가 명령되고, 그리고 축 (3) 의 속도는 선형적으로
Figure 112013015398677-pat00002
=0 까지 감소한다. 시점 t2 부터 상기 로봇의 축 (3) 은 정지 상태에 있다.
제 1 시간기준은 브레이크들과 모터를 활성화시킬 것인가 및/또는 비활성화시킬 것인가를 결정하기 위해 정지 시간 th 을 이용한다. 전력곡선은 점선으로 도시되어 있다. 상기 정지 시간 th 이 경과한 후, 상기 로봇의 안전 브레이크 (safety brake) 는 시점 t3 에서 전류 없이 스위칭되고, 그리고 걸린다. 이로 인해, 시점 t3 에서 축 (3) 의 전력소비 (power consumption, P') 는 상기 브레이크를 개방시키기 위해 필요한 전력 (P') 만큼 감소한다. 상기 브레이크를 폐쇄시킨 후, 모터도 전류 없이 스위칭된다. 이로써, 상기 로봇의 축 (3) 의 전체 구동유닛 (drive unit) 은 무전류 (currentless) 상태에 있다. 상기 모터를 위한 전력 공급을 활성화시킬 때까지 에너지가 도입되지 않는다. 시점 t6 에서 브레이크들이 개방되고, 이는 전력수요 (power demand, P') 의 상응하는 상승을 초래하며, 그리고 정지 토크가 t>t6 와 t<t7 동안 다시 모터에 의해 가해진다. 새로운 운동단계는 시점 t7 에서 시작하며, 상기 시점부터 축 (3) 의 속도는 다시 선형적으로 증가한다.
제 2 시간기준은 브레이크들과 모터를 활성화시킬 것인가 및/또는 비활성화시킬 것인가를 결정하기 위한 휴식시간 tp 을 이용한다. 전력곡선은 파선으로 도시되어 있다. 축 (3) 의 브레이크의 폐쇄는 산업용 로봇의 전체 휴식시간 tp 와 동기화된다. 상기 브레이크는 시점 t2 에서 폐쇄되며, 그리고 시점 t7 에서야 비로소 다시 개방된다. 그 후, 브레이크들의 작동상의 폐쇄를 검사한 후 모터로의 전력공급도 중단된다. 에너지 공급이 다시 활성화될 때까지 축 (3) 은 상기 브레이크에 의해서만 유지된다. 상기 모터의 에너지 공급은 시점 t6 에서 다시 활성화된다.
상기 도시되어 있는 시간기준들은 바람직하게는 다른 기준들, 예컨대 신호기준 (signal criterion) 들 및/또는 상태기준 (state criterion) 들과 조합되어 있다. 도시되어 있지 않는 바람직한 실시에서, 브레이크들을 폐쇄시킬 것인가 및/또는 개방시킬 것인가의 결정은 하나 또는 다수의 신호기준 및/또는 하나 또는 다수의 상태기준에 의해 좌우된다. 특히, 신호기준들 및/또는 상태기준들은 서로 조합되어 있을 수 있다.
도 2 는 매니퓰레이터 공정의 효율을 개선시키기 위한 매개변수화된 브레이크 제어를 가진 매니퓰레이터 공정의 흐름도를 나타낸다. 처음에 매니퓰레이터는 축 (3) 의 변위가 영 (zero) 에 달하는 (
Figure 112013015398677-pat00003
= 0) 그리고 속도도 영 (zero) 인 (
Figure 112013015398677-pat00004
=
Figure 112013015398677-pat00005
) 위치에 있다. 그 후, 우선 휴식의 매개변수화는 출발시점 tp_start 및 상기 휴식의 기간 tp 를 통해 수행된다. 이 이외에, 운동 속도
Figure 112013015398677-pat00006
가 판독된다. 그 후, 로봇의 축 (3) 은 함수 mov() 를 통해 움직여진다. 신호 사건 (인터럽트) 에 대해, 제동 과정은, 축 (3) 이 시점 tp_start 에서 정지하도록 함수 stopp() 를 통해 명령된다. 상기 로봇의 속도가
Figure 112013015398677-pat00007
= 0 에 달하고 그리고 시간 tp_start 가 초과되어 있으면, 브레이크들이 걸린다. 상기 브레이크들을 폐쇄시킨 후, pow(off) 를 통해 에너지 공급이 중단된다. 상기 휴식 기간이 경과한 후, 우선 에너지 공급이 다시 활성화되고, 그 후 브레이크들이 개방된다. 그 후, 파라미터들의 활성화 및 다음 운동단계가 수행된다.
t : 시간
t1 - t7 : 절대적 시점
th : 정지 시간
tp : 휴식 시간
Figure 112013015398677-pat00008
: 매니퓰레이터의 축 (3) 의 위치
Figure 112013015398677-pat00009
: 축 (3) 의 속도
P : 제 1 시간기준에서의 축 (3) 의 전력소비
P' : 제 2 시간기준에서의 축 (3) 의 전력소비

Claims (14)

  1. 모터와 브레이크를 구비하는 적어도 하나의 구동수단 (drive means) 을 구비하는 매니퓰레이터를 통해, 적어도 2개의 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 를 구비하는 매니퓰레이터 공정 (manipulator process) 을 실행하기 위한 방법으로서,
    (S10) 한 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 를 향해 나아가는 단계;
    (S20) 적어도 하나의 구동수단을 정지시키는 단계;
    (S30) 이 구동수단의 적어도 하나의 브레이크를 폐쇄시키는 단계;
    (S40) 상기 구동수단의 에너지 공급 (energy supply) 을 감소시키는 단계;
    (S50) 상기 구동수단의 에너지 공급을 높이는 단계;
    (S60) 상기 폐쇄된 브레이크를 개방시키는 단계;
    (S70) 그 밖의 매니퓰레이터 포즈 (manipulator pose) 를 향해 나아가는 단계를 포함하는, 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계들 (S20) - (S70) 은 반복되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크는 다음과 같은 기준들:
    - 시간 기준 (time criterion);
    - 신호 기준 (signal criterion);
    - 상태 기준 (state criterion),
    중 적어도 하나에 근거하여 폐쇄 및/또는 개방되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 브레이크는 상기 기준들 중 적어도 2개에 근거하여 폐쇄 및/또는 개방되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    시간 기준은 다음과 같은 시간들:
    - 절대적 시간;
    - 공정 시간;
    - 상기 정지시키기 (S20) 부터의 정지 시간;
    - 상기 정지시키기 (S20) 와 상기 브레이크의 개방 (S60) 사이의 휴식 시간,
    중 적어도 하나에 근거하여 미리 정해져 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    신호 기준은 다음과 같은 신호들:
    - 매니퓰레이터 제어기의 신호;
    - 매니퓰레이터 공정의 신호;
    - 공구 제어기의 신호;
    - 안내 제어기의 신호;
    - 매니퓰레이터와 상호 작용하는 상기 매니퓰레이터의 주변으로부터의 장치의 신호,
    중 적어도 하나에 근거하여 미리 정해져 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상태 기준은 다음과 같은 상태들:
    - 매니퓰레이터의 상태;
    - 매니퓰레이터 제어기의 상태;
    - 매니퓰레이터 공정의 상태;
    - 매니퓰레이터의 공구의 상태;
    - 안내 제어기의 상태;
    - 매니퓰레이터와 상호 작용하는 상기 매니퓰레이터의 주변으로부터의 장치의 상태,
    중 적어도 하나에 근거하여 미리 정해져 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 기준은 상기 매니퓰레이터 공정 동안 변경되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크가 폐쇄되어 있는 동안 상기 매니퓰레이터의 적어도 하나의 그 밖의 구동수단이 움직이는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크는 상기 브레이크로의 에너지 공급이 한계값 아래로 떨어질 때 폐쇄되고,
    적어도 하나의 브레이크를 폐쇄시키기 위해, 상기 브레이크로의 에너지 공급이 감소되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    안전 장치 (safety device) 는 상기 브레이크들의 개방 및 폐쇄를 감시하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 공정을 실행하기 위한 방법.
  12. 매니퓰레이터를 제어하기 위한 장치로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하도록 셋업되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터를 제어하기 위한 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  14. 삭제
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