KR102024387B1

KR102024387B1 - 로봇암의 가능한 위치들을 결정하기 위한 방법

Info

Publication number: KR102024387B1
Application number: KR1020130053933A
Authority: KR
Inventors: 크리슈티안 쇼일러; 우베 이 침머만; 샤샹크 샤르마
Original assignee: 쿠카 레보라토리즈 게엠베하
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2019-09-23
Also published as: CN103419190A; US20130310982A1; CN103419190B; EP2664420B1; EP2664420A3; DE102012208094A1; KR20130127936A; US9144902B2; EP2664420A2

Abstract

본 발명은 로봇 (1, 31) 의 로봇암 (7) 의 가능한 위치들을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 로봇암 (7) 은 베이스 (9), 잇달아 배치되고 축들 (A1-A6) 과 관련하여 서로 상대적으로 움직일 수 있는 다수의 부재 (9-13), 및 부재들 (9-13) 을 움직이기 위한 드라이브들을 포함한다. 우선, 로봇암 (7) 에게, 또는 로봇암 (7) 에 고정된 엔드 이펙터에게 할당된 공구 중심 점 (8) 의 공간 안의 목표위치와 목표방위가 확정되며, 상기 공구 중심 점 에게는, 극좌표 (ρ1, ρ2) 를 가진 기준 좌표계 (K_기준) 가 할당되어 있다. 그 후, 로봇암 (7) 의 지오메트리에 근거하여, 공간 안의 그리고 기준 좌표계 (K_기준) 의 극좌표 (ρ1, ρ2) 안의 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들이 결정되며, 따라서 공구 중심 점 (8) 는 상기 확정된 목표위치와 목표방위를 차지할 수 있다.

Description

로봇암의 가능한 위치들을 결정하기 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING POSSIBLE POSITIONS OF A ROBOT ARM}

본 발명은 로봇암의 가능한 위치들을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

US 5,550,953 은 이동 로봇 (mobile robot), 및 상기 이동 로봇을 작동시키기 위한 방법을 공개하고 있다. 상기 이동 로봇은 서로 상대적으로 움직일 수 있는 다수의 부재를 가진 로봇암과, 캐리어 차량 (carrier vehicle) 을 포함하며, 상기 캐리어 차량에 상기 로봇암이 고정되어 있다. 상기 캐리어 차량을 이용해 상기 로봇암의 위치 그 자체가 변경될 수 있다.

본 발명의 목적은 로봇암의 가능한 위치들을 결정하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하기 위한 방법으로서, 이때 상기 로봇암은 베이스 (base), 잇달아 배치되고 축들과 관련하여 서로 상대적으로 움직일 수 있는 다수의 부재, 및 상기 부재들을 움직이기 위한 드라이브들 (drives) 을 포함하며,

- 상기 로봇암에게, 또는 상기 로봇암에 고정된 엔드 이펙터 (end effector) 에게 할당된 공구 중심 점 (Tool Center Point) 의 공간 안의 목표위치 (desired position) 와 목표방위 (desired orientation) 를 확정하는 방법단계로서, 상기 공구 중심 점에게는, 극좌표를 가진 기준 좌표계가 할당되어 있는 방법단계,

- 상기 로봇암의 지오메트리 (geometry) 에 근거하여, 공간 안의 그리고 상기 기준 좌표계의 극좌표 안의 상기 로봇암의 상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들을 결정하고, 따라서 공구 중심 점 는 상기 확정된 목표위치와 목표방위를 차지할 수 있는 방법단계 를 포함하는 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하기 위한 방법을 통해 달성된다.

본 발명에 따른 방법을 이용해, 예컨대 로봇암의 가능한 설치 장소들 또는 설치 위치들은 예컨대 로봇셀 (robot cell) 의 내부에서 찾아내질 수 있거나 또는 계획될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따르면 목표위치와 목표방위, 즉 로봇암의, 또는 로봇암에 고정된 엔드 이펙터의 공구 중심 점 의 목표자세 또는 목표포즈가 결정된다. 그 후, 평면 (2D) 안의 위치들을 위한 극좌표 안의 또는 공구 중심 점에게 할당된 기준 좌표계의 공간 (예컨대 3축 갠트리에 있어서) 안의 위치들을 위한 구면좌표 (spherical coordinates) 안의 상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들, 예컨대 상기 로봇암의 잠재적으로 가능한 설치 위치들이 결정된다.

상기 로봇암의 잠재적으로 가능한 위치들은 특히 구(球) 의 내부에 놓여 있으며, 상기 구의 중심은 목표위치 안의 공구 중심 점이다. 상기 극좌표는 바람직하게는 구면좌표이다.

공구 중심 점의 목표위치와 목표방위는 우선 고정된 글로벌 좌표계의 좌표 안에서 확정될 수 있다.

일반적으로, 상기 로봇암은 모든 잠재적으로 가능한 위치들에 배치될 수는 없다. 본 발명에 따른 방법의 실시형태에 따르면, 상기 방법은 추가적으로 다음과 같은 방법단계를 가진다:

상기 결정된 잠재적으로 가능한 위치들에 근거하여 그리고 상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 적어도 하나의 경계조건 (boundary condition) 에 근거하여, 상기 로봇암의 상기 베이스의 가능한 위치들을 결정하는 방법단계. 그러면, 상기 가능한 위치들은 예컨대 상기 잠재적으로 가능한 위치들을 기술하는 구의 내부와 적어도 하나의 제한하는 경계조건의 교차점 (intersection) 이다.

상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건은 예컨대 가능한 평면이며, 상기 평면에서 또는 상기 평면 위에서, 상기 로봇암의 상기 베이스에게는 고정되는 것이 가능하다. 상기 평면은 예컨대 로봇셀 (robot cell) 의 바닥이며, 상기 바닥 위에 로봇암은 그의 베이스와 함께 고정되어야 한다.

상기 로봇은 적어도 하나의 리니어축 (linear axis) 을 포함하며, 상기 리니어축을 이용해 상기 로봇암의 상기 베이스는 선형으로 움직여질 수 있다. 그러면, 상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건은 상기 리니어축의 확장 또는 상기 리니어축들의 확장들을 통해 발생한다. 그러므로, 예컨대 로봇셀 안에서의 예컨대 리니어축을 가진 로봇암의 설치도 개선되어 계획될 수 있다. 다수의 리니어축은 예컨대 이른바 갠트리 (gantry) 를 이용해 달성될 수 있으며, 상기 갠트리는 예컨대 천장에 고정되어 있다. 상기 갠트리에는 상기 로봇암이 그의 베이스를 이용해 고정되어 있다. 상기 갠트리를 이용해, 특히 상기 로봇암의 상기 베이스는 상기 천장을 따라서 2 개의 리니어축과 관련하여 이동될 수 있다. 추가적으로, 상기 갠트리는, 상기 로봇암이 그의 베이스와 함께 상기 천장에 대해 직각으로 정렬된 리니어축을 따라서 위아래로 움직여질 수 있도록 설계되어 있을 수 있다.

상기 로봇은 이동 로봇 (mobile robot) 으로서 형성되어 있을 수도 있으며, 상기 이동 로봇은 이동식 (mobile) 캐리어 장치 (carrier device) 를 구비하고, 상기 캐리어 장치는 상기 캐리어 장치를 움직이기 위한 드라이브들 (drives) 을 가지며, 상기 캐리어 장치에 로봇암은 그의 베이스와 함께 고정되어 있다. 그러면, 상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건은 상기 캐리어 장치의 가능한 위치 또는 자세를 나타낸다.

상기 이동식 캐리어 장치는 바람직하게는 휠 (wheel) 들을 가진 캐리어 차량 (carrier vehicle) 으로서 형성되어 있을 수 있으며, 이때 상기 이동식 캐리어 장치의 드라이브들은 상기 휠들을 움직이도록 셋업되어 있다. 본 발명에 따른 상기 이동 로봇은 인간과 비슷한 로봇으로서 설계되어 있을 수도 있으며, 상기 로봇의 상기 이동식 캐리어 장치는 로봇 다리들 (robot legs) 로서 설계되어 있다.

종래의 이동 로봇들에 있어서, 전체 시스템의 플랫폼 특유의 기구학적 여유자유도 (kinematic redundancy) 는 2D 평면 안의 글로벌 좌표계의 좌표를 가지고 풀어진다.

상기 캐리어 차량은 바람직하게는 전방향으로 (omnidirectionally) 움직일 수 있는 캐리어 차량 (홀로노믹 플랫폼 (holonomic platform)) 으로서 설계되어 있다. 그렇기 때문에, 바람직하게는 상기 캐리어 차량의 휠들은 전방향 휠 (omnidirectional wheel) 들로서 형성되어 있다. 전방향 휠의 일례는 전문가에게 알려져 있는 메카넘 휠 (mecanum wheel) 이다. 전방향 휠들에 근거하여, 본 발명에 따른 이동 로봇에게는 또는 그의 캐리어 차량에게는, 공간 안에서 자유로이 움직이는 것이 가능해져 있다. 즉, 상기 캐리어 차량은 앞으로, 뒤로 또는 옆으로 움직이거나 또는 커브를 돌 수 있을 뿐만 아니라, 예컨대 수직으로 정렬된 축 둘레로 회전할 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 그 밖의 변형에 따르면, 상기 방법은 추가적으로, 기준 좌표계의 극좌표에 근거하여, 고정된 글로벌 좌표계의 좌표 안의 상기 베이스의 잠재적으로 가능한 위치들의 결정 (determination) 을 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 장점들은 다음과 같을 수 있다:

영공간 해 (null space solution) 들을 통한 특정한 반복 (iteration) 이 주어질 수 있는데, 왜냐하면 여유자유도들을 위한 해 구간들은 되돌려질 수 있기 때문이다.

실행되어야 하는 과제의 고려시 로봇셀 안의 로봇암의 배치를 위한, 즉 공구 중심 점 의 목표자세를 위한 해 (solution) 가 찾아내질 수 있다. 이에 상응하여, 이동 로봇에서의 캐리어 차량 또는 이동식 캐리어 장치의 포지셔닝 (positioning) 도 찾아내질 수 있다.

경우에 따라서는, 리니어축 위치 또는 갠트리 위치는 역기구학 (inverse kinematics) 안에서 최소 및 최대 리니어축 위치로서, 리니어축/갠트리의 전체 값범위 대신에 표시될 수 있다.

로봇 시스템에 따른 여유자유도의 구간 경계들의 결정이 가능해질 수 있다.

여기서, 여유자유도는 국부적인 기준 시스템, 특히 공구 중심 점 좌표계 또는 일반적으로 과제 좌표계에 관련지어져 있다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 개략적인 도면들에 예시적으로 도시되어 있다.

도 1 은 리니어축을 이용해 움직일 수 있는 로봇암을 나타내며, 상기 로봇암에게 공구 중심 점 (Tool Center Point) 이 할당되어 있고,
도 2 는 공구 중심 점의 동일한 포즈 (pose) 를 위한 로봇암의 여러 가지 위치를 보이기 위한 도식,
도 3 은 캐리어 차량, 및 상기 캐리어 차량에 고정된 로봇암을 포함하는 이동 로봇,
도 4 는 전방향 휠,
도 5 는 캐리어 차량의 위치의 결정을 나타내는 도식이다.

도 1 은 로봇암 (robot arm, 7) 을 가진 로봇 (1) 을 나타낸다. 로봇암 (7) 은 본 실시예의 경우 잇달아 배치된, 그리고 관절들을 이용해 연결된 다수의 부재를 포함한다. 상기 부재들은 특히 베이스 (base, 9) 에 관한 것이며, 상기 베이스를 이용해 로봇암 (7) 은 차량 기본 바디 (vehicle basic body, 3) 에 고정되어 있다.

로봇암 (7) 은 그 밖의 부재로서 예컨대 베이스 (9) 에 대해 상대적으로, 특히 수직으로 뻗어 있는 축 (A1) 둘레로 회전 가능하게 설치된 캐로셀 (carrousel, 10) 을 구비한다. 로봇암 (7) 의 그 밖의 부재들은 본 실시예의 경우 로커암 (11), 캔틸레버 (12), 및 엔드 이펙터 또는 공구를 고정시키기 위해 예컨대 플랜지 (flange) 로서 설계된 고정 장치 (6) 를 가진 바람직하게는 다축인 로봇핸드 (robot hand, 13) 이다. 로커암 (11) 은 하부 단부에서, 예컨대 상세히 도시되어 있지 않은 로커암 베어링 헤드에서 캐로셀 (10) 위에, 바람직하게는 수평인 축 (A2) 둘레로 선회 가능하게 설치되어 있다. 로커암 (11) 의 상부 단부에는, 마찬가지로 바람직하게는 수평인 축 (A3) 둘레로 캔틸레버 (12) 가 선회 가능하게 설치되어 있다. 상기 캔틸레버는 단부쪽에, 예컨대 3개의 회전축 (축들 A4-A6) 을 가진 로봇핸드 (13) 를 받치고 있다. 로봇핸드 (13) 는 단지 2 개의 회전축만을 구비할 수도 있다.

이 이외에, 로봇암 (7) 은 로봇 (1) 의 제어 장치 (5) 와 연결된 드라이브들을 포함한다. 상기 드라이브들은 본 실시예의 경우 전기 드라이브들, 특히 조절된 전기 드라이브들이다. 도 1 에는, 이 전기 드라이브들의 전기 모터 (14) 들 중 단지 몇 개만 도시되어 있다.

본 실시예의 경우 로봇 (1) 은 예컨대 바닥에 배치된 세로방향 레일 (15) 을 포함하며, 상기 세로방향 레일 위에, 로봇암 (7) 은 그의 베이스 (9) 와 함께 수평으로 이중 화살표 (16) 의 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 그러므로, 세로방향 레일 (15) 은 리니어축 (linear axis) 을 나타내며, 상기 리니어축을 따라 로봇암 (7) 은, 특히 제어 장치 (5) 에 의해 제어되어 그리고 상세히 도시되어 있지 않은 그 밖의 드라이브를 이용해, 이중 화살표 (16) 의 방향으로 이동될 수 있다. 이 드라이브는 바람직하게는 전기 드라이브, 특히 조절된 전기 드라이브이다.

로봇 (1) 의 작동 중, 고정 장치 (6) 가, 또는 상기 고정 장치 (6) 에게 또는 상기 고정 장치 (6) 에 고정된 엔드 이펙터 (end effector) 에게 할당된 이른바 공구 중심 점 (Tool Center Point) (8) 이 미리 정해져 있는 목표위치 또는 목표포즈, 즉 공간 안의 목표위치와 목표방위를 차지하도록 제어 장치 (5) 는 상기 드라이브들을 제어한다. 이를 위해, 로봇암 (7) 은 세로방향 레일 (15) 을 따라, 제어 장치 (5) 에 의해 제어되어, 이 목표포즈에 상응하여 한 위치로 데려가지고, 로봇암 (7) 의 축들 (A1-A6) 은 상응하는 축위치들 또는 각위치들 (θ1-θ6) 로 데려가진다.

본 실시예의 경우, 로봇 (1) 은 여유자유도 로봇 (redundant robot) 이며, 즉 공구 중심 점 (8) 의 하나의 동일한 포즈 (pose) 를 위해, 로봇암 (7) 의 다수의 축위치 또는 각위치 (θ1-θ6) 와 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 의 다수의 위치가 잠재적으로 가능하다. 이는 도 2 에 도시되어 있다.

본 실시예의 경우, 공구 중심 점 (8) 에는 좌표계, 즉 기준 좌표계 (K_ref)가 할당되어 있으며, 상기 기준 좌표계는 도 2 에 도시되어 있다. 기준 좌표계 (K_ref) 는 특히 공구 중심 점 (8) 에 놓여 있다.

본 실시예의 경우 이제 이론적으로 로봇암 (7) 의 지오메트리 (geometry) 에 근거하여 로봇암 (7) 또는 그의 베이스 (9) 가 배치될 수 있는 영역이 결정되며, 따라서 공구 중심 점 (8) 은 목표포즈, 즉 목표위치와 목표방위로 정렬될 수 있다. 하지만, 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 이 위치들은 고정된 글로벌 좌표계 (world coordinate system, K_글로벌) 의 좌표 안에서 기술되어 있는 것이 아니라, 우선 기준 좌표계 (K_기준) 의 극좌표 (polar coordinates) 안에서 기술된다.

그러므로, 본 실시예의 경우, 상기 언급된 영역을 위해, 즉 잠재적으로 가능한 위치들을 위해 구 (球, 17) 의 내부가 발생하며, 상기 구의 중심은 공구 중심 점 (8) 의 목표포즈를 위한 기준 좌표계 (K_기준) 의 원점이다.

본 실시예의 경우, 로봇암 (7) 은 세로방향 레일 (15) 을 이용해 선형으로 움직여질 수 있다. 그렇기 때문에, 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 는 구 (17) 전체 의 내부에 배치될 수 있는 것이 아니라, 여유자유도 범위 (18) 의 내부에만 배치될 수 있고, 상기 여유자유도 범위의 길이는, 그를 따라서 로봇암 (7) 이 세로방향 레일 (15) 을 이용해 이동 가능한 거리에 상응한다. 세로방향 레일 (15) 에게 할당된 리니어축에 근거하여 (상기 리니어축과 관련하여 로봇암 (7) 은 그의 베이스 (9) 와 함께 이중 화살표 (16) 를 따라서 이동될 수 있다), 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들이 제한되어 있다. 그러므로, 세로방향 레일 (15) 은 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건을 야기시킨다.

예컨대 리니어축 또는 세로방향 레일 (15) 이 글로벌 좌표계 (K_글로벌) 의 x 성분의 방향으로 정렬되어 있으면, 즉 베이스 (9) 가 글로벌 좌표계 (K_글로벌) 의 x 성분의 방향으로 이동될 수 있으면, 최소 여유자유도값 (19) 과 최대 여유자유도값 (20) 을 가진 여유자유도값 범위 (18) 가 발생하며, 상기 최소 여유자유도값과 상기 최대 여유자유도값 사이에서 로봇암 (7) 이 이동될 수 있고, 그리고 축위치들 또는 각위치들 (θ1-θ6) 은 공구 중심 점 (8) 이 목표포즈를 차지할 수 있도록 조절될 수 있다.

로봇암 (7) 또는 그의 베이스 (9) 가 차지할 수 있는 여유자유도값들은 특히 리니어 레일 (15) 에게 할당된 리니어축과 구 (17) 의 교차를 통해 발생한다. 세로방향 레일 (15) 의 배치 (placing) 도 예컨대 바닥에서 구해지는 경우, 상기 바닥과 구 (17) 의 교차는 상기 바닥 상의 원의 면적 (circle area) 을 발생시킨다.

구 (17) 와의 교차 전에, 상기 구는 바람직하게는 글로벌 좌표계 (K_글로벌) 의 좌표로 환산된다.

본 실시예의 경우, 상기 로봇암은 6개의 축 (A1-A6) 을 구비한다. 이에 따르면, 공구 중심 점 (8) 위치에 도달하는 8개 까지의 여러 가지 가능성 (상황) 이 있다. 하지만 이것들은 연속적인, 관련 있는 영공간 (null space) 을 기술하지 않는다.

세로방향 레일 (15) 에게 할당된 상기 리니어축을 가지고, 전체 로봇 (1) 은 그 밖의 자유도, 즉 그 밖의 여유자유도를 얻으며, 상기 여유자유도를 가지고 영공간 운동이 가능해진다. 이로써, 추가적인 기구학적 여유자유도 (kinematic redundancy) 가 발생하며, 상기 여유자유도는 또한 연속적이고 관련이 있으며, 그리고 추가적으로 여유자유도값 범위 (18) (최소 여유자유도값 (19) 과 최대 여유자유도값 (20)) 에 제한되어 있다. 이때, 최소 여유자유도값 (19) 과 최대 여유자유도값 (20) 은 전체 리니어축의 유효한 경계들의 내부에 놓여 있다. 축경계들이 고려되지 않는 한, 전체 여유자유도값 범위 (18) 를 위해, 분석적으로 작성된 역기구학 (inverse kinematics) 이 존재한다.

예컨대 이른바 기중기 또는 갠트리 (gantry) 형태로 달성되는 다수의 리니어축이 제공되어 있을 수도 있다. 상기 갠트리는 예컨대 천장에 고정되어 있다. 상기 갠트리에는 로봇암 (7) 이 그의 베이스 (9) 를 이용해 고정되어 있다. 상기 갠트리를 이용해 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 는 상기 천장을 따라서 2 개의 리니어축과 관련하여 이동될 수 있다. 추가적으로, 상기 갠트리는, 로봇암 (7) 이 그의 베이스 (9) 와 함께 상기 천장에 대해 직각으로 정렬된 리니어축을 따라서 위아래로 움직여질 수 있도록 설계되어 있을 수 있다.

상기 기술된 방법은, 그 안에 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 가 설치될 수 있는 영역을 결정하기 위해 적용될 수 있으며, 따라서 공구 중심 점 (8) 은 목표포즈를 차지할 수 있다. 그러므로, 그 위에 베이스 (9) 가 설치될 수 있는 가능한 영역, 예컨대 바닥은 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건을 나타낸다.

도 3 은 그 밖의 로봇 (31) 을 나타낸다. 달리 기술되지 않는 한, 도 1 에 도시된 로봇 (1) 의 구성요소들과 본질적으로 설치 및 기능에 있어 동일한 도 3 에 도시된 로봇 (31) 의 구성요소들은 동일한 참조부호로 표시되어 있다.

도 3 에 도시된 로봇 (31) 은, 도 3 에 도시된 로봇 (31) 이 세로방향 레일 (15) 을 구비하지 않음으로써 도 1 에 도시된 로봇 (1) 과 본질적으로 구별된다. 이를 위해, 도 3 에 도시된 로봇 (31) 은 이동 로봇 (31) 으로서 설계되어 있으며, 상기 이동 로봇은 본 실시예의 경우 전방향으로 (omnidirectionally) 움직일 수 있는 캐리어 차량 (carrier vehicle, 2) 을 구비한다. 상기 캐리어 차량은 예컨대 차량 기본 바디 (3), 및 차량 기본 바디 (3) 에 회전 가능하게 배치된 다수의 휠 (wheel, 4) 을 포함하며, 상기 휠들은 특히 전방향 휠 (omnidirectional wheel) 들로서 형성되어 있다. 본 실시예의 경우, 캐리어 차량 (2) 은 4 개의 전방향 휠 (4) 을 구비한다. 상기 휠 (4) 들 중 적어도 하나, 바람직하게는 모든 휠 (4) 은 하나 또는 다수의 드라이브를 이용해 구동된다. 상세히 도시되어 있지 않은 상기 드라이브들은 바람직하게는 전기 드라이브들, 특히 조절된 전기 드라이브들이며, 그리고 예컨대 차량 기본 바디 (3) 안에 또는 상기 차량 기본 바디에 배치된 제어 장치 (5) 와 연결되어 있고, 상기 제어 장치는, 캐리어 차량 (2) 을 휠 (4) 들을 위한 드라이브들의 상응하는 제어를 통해 움직이도록 셋업되어 있다.

전방향 휠의 일례는 이른바 메카넘 휠 (mecanum wheel) 이다. 이동 로봇 (1) 또는 그의 캐리어 차량 (2) 의 전방향 휠로서 형성된 휠 (4) 은 도 4 에 정면도로 도시되어 있다.

전방향 또는 메카넘 휠로서 형성된 휠 (4) 은 본 실시예의 경우 서로 강성적으로 연결된 2 개의 휠디스크 (wheel disk, 21) 를 구비하며, 상기 휠디스크들 사이에는 다수의 롤링바디 (rolling body, 22) 가 그들의 세로축 (23) 과 관련하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 두 휠디스크 (21) 는 회전축 (24) 과 관련하여 회전 가능하게 설치되어 있을 수 있으며, 그리고 캐리어 차량 (2) 의 드라이브들 중 하나를 이용해, 두 휠디스크 (21) 가 회전축 (24) 과 관련하여 회전하도록 구동될 수 있다.

본 실시예의 경우, 롤링바디 (22) 들은 서로 균일하게 간격을 두고 있으며, 그리고 그들의 롤링면들 (rolling surfaces) 이 휠디스크 (21) 들의 둘레를 넘어 돌출하도록 휠디스크 (21) 들에 설치되어 있다. 이 이외에, 롤링바디 (22) 들은, 그들의 세로축 (23) 들이 회전축 (24) 과 함께 예컨대 45°의 각도 (

) 를 갖도록 휠디스크 (21) 들에 설치되어 있다.

전방향 휠 (4) 들에 근거하여, 이동 로봇 (31) 또는 그의 캐리어 차량 (2) 에게는, 공간 안에서 자유로이 움직이는 것이 가능해져 있다. 즉, 캐리어 차량 (2) 은 앞으로, 뒤로 또는 옆으로 움직이거나 또는 커브를 돌 수 있을 뿐만 아니라, 수직으로 정렬된 임의의 축 둘레로, 예컨대 로봇암의 축 (A1) 둘레로 회전할 수 있다.

이동 로봇 (31) 은 또한 로봇암 (7) 을 포함하며, 상기 로봇암은 특히 캐리어 차량 (2) 에 또는 그의 차량 기본 바디 (3) 에 고정되어 있다. 그러므로, 전방향 휠 (4) 들에 근거하여, 캐리어 차량 (2) 은 본 실시예의 경우 로봇암 (7) 을 위한 홀로노믹 플랫폼 (holonomic platform) 을 나타낸다. 캐리어 차량 (2) 은 로봇암 (7) 을 위한 비홀로노믹 플랫폼 (non-holonomic platform) 으로서 설계되어 있을 수도 있다. 그러므로, 캐리어 차량 (2) 은 이동식 캐리어 장치를 의미하며, 상기 캐리어 장치에 로봇암 (7) 이 고정되어 있다. 상기 이동 로봇이 예컨대 인간과 비슷한 또는 곤충과 비슷한 로봇으로서 형성되어 있으면, 예컨대 이 캐리어 장치는 다수의 로봇 다리들 (robot legs) 로서 형성되어 있을 수 있으며, 상기 로봇 다리들을 이용해 로봇이 움직일 수 있다.

이동 로봇 (31) 의 작동 중, 제어 장치 (5) 는, 고정 장치 (6) 또는 공구 중심 점 (8) 이 미리 정해져 있는 목표자세 또는 목표포즈, 즉 공간 안의 목표위치와 목표방위를 차지하도록 로봇암 (7) 및 휠 (4) 들의 드라이브들을 제어한다. 이를 위해, 캐리어 차량 (2) 은, 제어 장치 (5) 에 의해 제어되어, 이 목표포즈에 상응하여 한 위치로 데려가지며, 그리고 공간 안의 한 방위로 정렬되고, 그리고 로봇암 (7) 의 축들 (A1-A6) 은 상응하는 축위치들 또는 각위치들 (θ1-θ6) 로 데려가진다.

본 실시예의 경우, 그 내부에서 로봇암 (7) 이 그의 지오메트리 (geometry) 에 근거하여 이론적으로 설치될 수 있는, 따라서 공구 중심 점 (8) 이 목표포즈를 차지할 수 있는 영역으로서 구 (17) 의 내부가 발생하며, 상기 구의 중심은 공구 중심 점 (8) 의 목표포즈를 위한 기준 좌표계 (K_기준) 의 원점이다.

본 실시예의 경우, 로봇암 (7) 은 캐리어 차량 (2) 을 이용해 움직일 수 있다. 그렇기 때문에, 로봇암 (7) 의 베이스는 전체 구 (17) 의 내부에 배치될 수 있는 것이 아니라, 여유자유도값 범위의 내부에서만 배치될 수 있으며, 상기 여유자유도값 범위는 바닥 (그 위에서 캐리어 차량이 움직인다) 에 의해 결정되어 있는 평면과 구 (17) 의 교차를 통해 발생한다. 이를 통해, 가능한 여유자유도값 범위로서 상기 바닥 위의 원의 면적 (circle area) 이 발생한다.

이를 통해, 본 실시예의 경우 캐리어 차량 (2) 의 가능한 자세들은, 즉 공구 중심 점 (8) 가 그의 목표포즈를 차지하도록 캐리어 차량 (2) 이 차지할 수 있는 위치들과 방위들은 기준 좌표계 (K_기준) 의 극좌표 (ρ1, ρ2) 안에서 표현될 수도 있다.

그러므로, 캐리어 차량 (2) 의 가능한 위치들을 국부적인 기준 좌표계 (K_기준) 안의 극좌표 (ρ1, ρ2) 를 이용해 기술하는 3 튜플 (ρ1, ρ2, ρ3) 이 결정될 수 있다.

이때, 극좌표 (ρ1, ρ2) 는 2 차원 극좌표 안의 기준 좌표계 (K_기준) 과 관련된 위치를 기술하고, 그리고 추가적으로 캐리어 차량 (2) 의 회전 (ρ3) 을 기술한다.

즉, 극좌표 (ρ1) 는 기준 좌표계 (K_기준) 의 원점으로부터의 캐리어 차량 (2) 의 거리를 기술하며, 극좌표 (ρ2) 는 반경 (ρ1) 을 가진 거리원 (K) 상의 캐리어 차량 (2) 의 주행 방향을 기술하고, 회전 (ρ3) 은 기준 좌표계 (K_기준) 와 관련된 캐리어 차량 (2) 의 방위를 기술한다. 캐리어 차량 좌표계 (K_캐리어) 의 원점은 바람직하게는 로봇암 (7) 에게 할당된 좌표계의 원점 안에 놓여 있으며, 따라서 바람직하게는 캐리어 차량 (2) 의 회전축은 로봇암 (7) 의 축 (A1) (상기 축과 관련하여 캐로셀 (10) 은 베이스 (9) 에 대해 상대적으로 회전 가능하다) 과 서로 같다.

Claims

로봇 (1, 31) 의 로봇암 (7) 의 가능한 위치들을 제한하는 방법으로서,
상기 로봇암 (7) 은,
베이스 (9),
잇달아 배치되고 축들 (A1-A6) 과 관련하여 서로 상대적으로 움직일 수 있는 다수의 부재 (9-13), 및
상기 부재들 (9-13) 을 움직이기 위한 드라이브들을 포함하고,
상기 방법은,
- 상기 로봇암 (7) 의 공간, 또는 상기 로봇암 (7) 에게 또는 상기 로봇암 (7) 에 고정된 엔드 이펙터 (end effector) 에게 할당된 공구 중심 점 (8) 의 공간 안의 목표위치 (desired position) 와 목표방위 (desired orientation) 를 확정하는 단계로서, 상기 공구 중심 점 (8) 에는, 극좌표 (ρ1, ρ2, ρ3) 를 가진 기준 좌표계 (K_기준) 가 할당되는, 상기 확정하는 단계,
- 상기 로봇암 (7) 의 지오메트리 (geometry) 에 근거하여, 공간 안의 그리고 기준 좌표계 (K_기준) 의 극좌표 (ρ1, ρ2, ρ3) 안의 상기 로봇암 (7) 의 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 결정하고, 따라서 상기 공구 중심 점 (8) 이 확정된 상기 목표위치와 상기 목표방위를 차지할 수 있는 단계,
베이스 (9) 를 확정된 위치들 중 하나에 위치시키는 단계를 포함하고,
상기 로봇은 이동 로봇 (mobile robot, 31) 이고,
극좌표 (ρ1) 는 기준 좌표계 (K_기준) 의 원점으로부터의 상기 이동 로봇 (31) 의 거리를 정의하며, 극좌표 (ρ2) 는 반경이 ρ1 인 거리원 (K) 상의 이동 로봇 (31) 의 주행 방향을 정의하고, 극좌표 (ρ3) 은 기준 좌표계 (K_기준) 와 관련된 이동 로봇 (31) 의 방위를 정의하는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 1 항에 있어서,
고정된 글로벌 좌표계 (K_글로벌) 의 좌표 안에서 공구 중심 점 (8) 의 목표위치와 목표방위를 확정하는 단계를 더 구비하는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 잠재적으로 가능한 위치들은 구 (球, 17) 의 내부에 놓여 있으며, 상기 구의 중심은 목표위치 안의 공구 중심 점 (8) 인, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 1 항에 있어서,
- 결정된 상기 잠재적으로 가능한 위치들에 근거하여 그리고 상기 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 적어도 하나의 경계조건에 근거하여, 상기 로봇암 (7) 의 상기 베이스 (9) 의 가능한 위치들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 상기 적어도 하나의 경계조건은 평면이며, 상기 평면 상에 상기 로봇암의 상기 베이스 (9) 가 고정되는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 로봇 (1) 은 적어도 하나의 리니어축 (linear axis) 을 포함하며, 상기 리니어축을 이용해 상기 로봇암 (7) 의 상기 베이스 (9) 는 선형으로 움직여질 수 있고, 따라서 상기 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건은 상기 적어도 하나의 리니어축의 확장 또는 확장들 각각을 통해 결정되어 있는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 로봇은 이동식 (mobile) 캐리어 장치 (carrier device) 를 구비하고, 상기 캐리어 장치는 상기 캐리어 장치를 움직이기 위한 드라이브들 (drives) 을 가지며, 상기 캐리어 장치에 상기 로봇암 (7) 은 상기 베이스 (9) 와 함께 고정되어 있고, 그리고 상기 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 제한하는 경계조건은 상기 캐리어 장치의 가능한 위치 또는 자세를 나타내는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 이동식 캐리어 장치는 휠 (wheel, 4) 들을 가진 캐리어 차량 (2) 으로서 형성되어 있으며, 상기 이동식 캐리어 장치의 드라이브들은 상기 휠 (4) 들을 움직이도록 형성되어 있는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기준 좌표계 (K_기준) 의 극좌표 (ρ1, ρ2, ρ3) 에 근거하여, 상기 고정된 글로벌 좌표계 (K_글로벌) 의 좌표 안의 상기 베이스 (9) 의 잠재적으로 가능한 위치들을 결정 (determination) 하는 단계를 더 구비하는, 로봇의 로봇암의 가능한 위치들을 제한하는 방법.