KR102384648B1 - 터치를 이용한 로봇의 캘리브레이션 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 수행과 관련하여 터치 입력에 따른 적어도 하나의 지점을 표시할 수 있는 화면을 표시하는 터치 패널 장치 및 상기 터치 패널 장치에 터치하여 상기 적어도 하나의 지점을 입력하는 터치 수단과, 상기 터치 수단을 고정하는 엔드 이펙터, 상기 적어도 하나의 지점이 표시된 화면을 촬영할 수 있는 카메라를 포함하는 로봇 장치를 포함할 수 있다. 본 발명은 상기 엔드 이펙터의 끝 값에 해당하는 로봇 좌표계 값 및 상기 적어도 하나의 지점이 표시된 화면 촬영에 따른 이미지를 통해 획득한 카메라 좌표계 값의 차이를 기반으로 상기 로봇 장치의 캘리브레이션 동작을 수행하도록 설정된 로봇 캘리브레이션 시스템을 개시한다.

Description

터치를 이용한 로봇의 캘리브레이션 시스템 및 방법{System and Method for calibration of robot using a touch}

본 발명은 로봇의 캘리브레이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔드 이팩터의 터치를 활용하는 로봇의 캘리브레이션에 관한 것이다.

머신비전이나 인공지능을 활용한 로봇 작업에 있어서, 카메라와 로봇 간 또는 깊이 센서와 로봇 사이의 캘리브레이션 성능이 매우 중요하다. 상기 캘리브레이션은 좌표계 원점의 위치와 방향을 로봇의 그것과 일치시키는 것을 의미할 수 있다. 상술한 로봇의 캘리브레이션에 이용되는 좌표계는 로봇 좌표계와 카메라 좌표계를 들 수 있다. 상기 로봇 좌표계는 보통 로봇팔의 받침대를 기준으로, 변화하는 관절 각도에 따라 로봇팔 끝의 엔드 이팩터의 위치(TCP, Tool Center Point)와 방향을 표현할 때 사용될 수 있다. 상기 카메라 좌표계는 카메라나 센서의 측정값을 표현할 쓰는 좌표계로서, 보통 카메라의 초점을 원점으로 하고, 카메라의 초점을 기준으로 물체가 떨어진 정도를 기반으로 캘리브레이션할 수 있다. 캘리브레이션이 완벽하다면, 센서를 통해 얻어진 정보를 바탕으로 로봇의 작업계획을 수행할 때 정확한 위치와 방향으로 작업을 할 수 있다.

한편, 종래 카메라 좌표계-로봇 좌표계 캘리브레이션 방법들은 캘리브레이션 플레이트를 로봇팔의 TCP에 부착한 후 천장 카메라 또는 로봇팔 외부에 배치된 카메라로 캘리브레이션 플레이트의 위치를 측정 한 후, 현재의 로봇 TCP 값(캘리브레이션 플레이트 기준점)과 비교하는 방법, 캘리브레이션 플레이트를 엔드 이팩터로부터 일정 거리 이격된 수직한 위치에 배치하고 로봇 팔에 배치된 카메라를 이용하여 촬영을 수행한 후, 카메라 좌표계와 로봇 좌표계를 캘리브레이션 하는 방법 등을 제공하고 있다. 그런데, 이러한 종래 카메라 좌표계-로봇 좌표계 캘리브레이션 방법들은 좌표계의 차이 외에 별도의 오차 원인이 없다는 가정을 가지고 있다. 이에 따라, 로봇 팔 관절의 엔코더 분해능의 정확도가 기준치보다 낮거나, 반복된 작업 과정에서 로봇 팔이 틀어지거나 관절 모듈이 손상되는 경우, 엔코더 신호에 노이즈가 발생하는 경우 또는 엔드 이펙터(그리퍼, 석션, 마그네틱)의 기구가 캘리브레이션을 위해 입력된 정보와 다른 경우 등에는 좌표계와 관계없이 오차가 발생할 수 있다. 특히, 엔드 이팩터가 석션인 경우, 탭(나사산)을 조이는 과정에서 오차가 발생할 수 있다.

본 발명은 카메라 좌표계와 로봇 좌표계를 캘리브레이션하면서, 두 좌표계의 차이뿐만 아니라 그 외의 오차까지 포함하여 캘리브레이션할 수 있는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 로봇 캘리브레이션 시스템은 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 수행과 관련하여 터치 입력에 따른 적어도 하나의 지점을 표시할 수 있는 화면을 표시하는 터치 패널 장치, 상기 터치 패널 장치에 터치하여 상기 적어도 하나의 지점을 입력하는 터치 수단과, 상기 터치 수단을 고정하는 엔드 이펙터, 상기 적어도 하나의 지점이 표시된 화면을 촬영할 수 있는 카메라를 포함하는 로봇 장치를 포함할 수 있다. 상기 로봇 장치는 상기 엔드 이펙터의 끝 값에 해당하는 로봇 좌표계 값 및 상기 적어도 하나의 지점이 표시된 화면 촬영에 따른 이미지를 통해 획득한 카메라 좌표계 값의 차이를 기반으로 상기 로봇 장치의 캘리브레이션 동작을 수행하도록 설정될 수 있다.

여기서, 상기 로봇 장치는 상기 터치 수단에 연결된 스프링 타입 리니어 엔코더를 더 포함하고, 상기 터치 동작 중 상기 스프링 타입 리니어 엔코더의 스프링 압축량을 감산하여 상기 로봇 좌표계 값을 산출하도록 설정될 수 있다.

한편, 상기 카메라는 상기 엔드 이펙터가 배치된 로봇 팔에 배치된 카메라 및 상기 터치 패널 장치의 화면을 촬영할 수 있는 위치에 고정된 천장 카메라 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

추가로, 상기 로봇 장치는 상기 터치 패널 장치와 엔드 이펙터 사이의 이격 거리를 조절하는 높이 조절 장치를 더 포함하고, 상기 높이 조절 장치를 통해 높이가 조절된 터치 패널 장치를 기반으로 상기 캘리브레이션 동작을 재수행하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 터치 패널 장치는 상기 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 이전에 캘리브레이션 패턴을 표시하고, 상기 로봇 장치는 상기 캘리브레이션 패턴에 대한 이미지 촬영을 수행하고, 촬영된 캘리브레이션 패턴을 기반으로 1차 캘리브레이션 동작을 수행한 후, 상기 터치 기반의 캘리브레이션 동작을 수행하도록 설정될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 로봇 캘리브레이션 방법은, 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작과 관련하여 터치 패널 장치에 지정된 화면을 출력하는 단계, 로봇 장치의 엔드 이펙터에 배치된 터치 수단을 이용하여 상기 터치 패널 장치에 터치하여 적어도 하나의 터치 지점을 입력하는 단계, 상기 적어도 하나의 지점이 입력된 화면을 촬영하는 단계, 상기 엔드 이펙터의 끝 값에 해당하는 로봇 좌표계 값 및 상기 화면을 촬영한 이미지를 통해 획득한 카메라 좌표계 값을 산출하는 단계, 상기 카메라 좌표계 값과 상기 로봇 좌표계 값의 차이를 기반으로 상기 로봇 장치의 캘리브레이션 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 산출하는 단계는 상기 터치 수단에 연결된 스프링 타입 리니어 엔코더의 스프링 압축량을 감산하여 상기 로봇 좌표계 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

추가로, 상기 방법은 상기 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 이전에 상기 터치 패널 장치에 캘리브레이션 패턴을 표시하는 단계, 상기 로봇 장치가 상기 캘리브레이션 패턴에 대한 이미지 촬영을 수행하고, 촬영된 캘리브레이션 패턴을 기반으로 1차 캘리브레이션 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템 및 방법은 머신비전 또는 인공지능을 활용한 로봇 팔 시스템에서 정밀한 작업 수행이 가능하도록 지원할 수 있다.

또한, 본 발명의 시스템 및 방법은 작업 중 오차가 허용치 이상일 때 보정을 하거나, 공정 재배치 중에도 간단하게 캘리브레이션을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 구성 중 로봇 장치 구성의 한 예를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 운용에 따른 터치 포인트들의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 운용에 따른 캘리브레이션 패턴의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템의 보강 운용을 위한 추가 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 구성 중 로봇 장치 구성의 한 예를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템(10)은 작업대(11), 터치에 따른 흔적(또는 점)이 남는 터치 지점 표시 수단 예컨대, 터치 패널 장치(100)(또는, 터치 흔적이 남는 종이나, 특정 재질의 판넬) 및 로봇 장치(200)를 포함하며, 도 2를 참조하면, 상기 로봇의 캘리브레이션 시스템(10)은 작업대(11), 터치 패널 장치(100)와 로봇 장치(200)와 더불어 제어 장치(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 장치(300)는 도 1에서와 같이 로봇 장치(200)에 포함된 구성으로 마련되거나 또는 도 2에 나타낸 바와 같이 별도의 구성으로 마련된 후, 로봇 장치(200)와 통신을 통하여 로봇 장치(200) 제어와 관련한 제어 신호 및 정보를 제공할 수 있다.

상기 작업대(11)는 상기 패턴 구조물(100)이 놓이며, 상기 로봇 장치(200)의 적어도 일부가 놓이거나 또는 인접되게 배치되는 기구를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 작업대(11)는 상기 로봇 장치(200)의 작업을 수행하는 장소의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 상기 작업대(11)는 지정된 물건을 이송하는 이송 장치의 일부를 포함할 수 있다. 상기 작업대(11)에 작업물에 놓이면 상기 로봇 장치(200)는 상기 작업물에 대하여 지정된 작업(예: 작업물의 파지 및 이송, 작업물의 용접, 작업물의 볼트 또는 너트 작업, 작업물에 다른 부품을 조립하는 작업 등)을 수행할 수 있다. 상기 작업대(11) 일측에는 상기 터치 패널 장치(100)가 놓이는 얼라인 마크가 배치될 수 있다. 상기 얼라인 마크는 상기 작업대(11) 일측에 인쇄되거나 또는 음각될 수 있다. 상기 얼라인 마크의 적어도 일부는 상기 작업대(11)에 위치하는 작업물의 중심부와 얼라인 되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 터치 패널 장치(100)는 상기 작업대(11)의 일측(예: 얼라인 마크가 형성된 장소)에 배치되어 상기 로봇 장치(200)의 캘리브레이션에 이용되는 장치로서, 예컨대, 로봇 장치(200)의 터치에 따른 포인트를 표시할 수 있는 적어도 하나의 어플리케이션을 저장할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 터치 패널 장치(100)는 터치 패널, 터치에 따른 포인트를 표시할 수 있는 디스플레이, 상기 터치 패널 및 상기 디스플레이 운용을 제어하는 프로세서, 상기 적어도 하나의 어플리케이션을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 터치 패널 장치(100)는 상기 로봇 장치(200) 또는 제어 장치(300)와 통신할 수 있는 통신 회로 또는 통신 인터페이스를 더 포함할 수 있다.

상기 터치 패널 장치(100)는 상기 로봇 장치(200)의 캘리브레이션 작업을 수행하는 작업자의 입력에 대응하여 터치 포인트 수신과 관련한 어플리케이션을 실행할 수 있다. 또는, 상기 터치 패널 장치(100)는 제어 장치(300)와 통신 채널을 형성하고, 제어 장치(300)의 제어에 대응하여 상기 어플리케이션을 실행할 수도 있다. 상기 터치 패널 장치(100)는 터치 포인트 수신에 따른 화면을 지정된 시간 동안 디스플레이에 출력하거나, 또는, 상기 로봇 장치(200)의 터치에 따른 터치 포인트들의 정보를 상기 로봇 장치(200) 또는 상기 제어 장치(300)에 전달할 수 있다. 상기 터치 패널 장치(100)는 카메라 좌표계-로봇 좌표계 캘리브레이션을 위한 캘리브레이션 패턴(또는 이미지)을 출력할 수도 있다.

상기 로봇 장치(200)는 상기 작업대(11)에 놓이는 작업물에 대한 지정된 작업을 수행할 수 있다. 상기 로봇 장치(200)는 작업물에 대한 지정된 작업을 오차 없이 수행하기 위하여 주기적으로 또는 특정 조건에 따라 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 상기 로봇 장치(200)는 운동 모듈(250), 동력 장치(240), 카메라(230), 프로세서(210), 통신 회로(220), 메모리(270), 스프링 타입 리니어 엔코더(261) 및 터치 수단 예컨대, 터치 펜(263)을 포함할 수 있다.

상기 운동 모듈(250)은 로봇 장치(200)의 끝단에 배치된 엔드 이팩터의 위치를 변경할 수 있도록 마련될 수 있다. 예컨대, 상기 운동 모듈(250)은 받침대, 적어도 하나의 관절, 복수개의 암 및 엔드 이팩터를 포함할 수 있다. 상기 운동 모듈(250)의 구성은 로봇 장치(200)의 작업 목적에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 관절의 수, 암의 개수 및 엔드 이팩터의 종류는 작업 목적에 따라 변경될 수 있다.

상기 동력 장치(240)는 상기 운동 모듈(250)의 운동을 위한 동력을 생성하고, 생성된 동력을 프로세서(210) 제어에 따라 운동 모듈(250)에 전달할 수 있다. 예컨대, 동력 장치(240)는 적어도 하나의 모터 또는 적어도 하나의 유압 장치를 포함하여 동력을 생성하고, 생성된 동력을 운동 모듈(250)에 전달할 수 있는 동력 전달 수단을 포함할 수 있다. 상기 동력 장치(240)의 동력 생성 및 동력 전달의 정도는 프로세서(210)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 동력 장치(240)는 운동 모듈(250)에 포함된 관절의 회전 동작 또는 직선 동작을 위한 동력을 생성 및 전달할 수 있다.

상기 카메라(230)는 상기 운동 모듈(250)의 일측에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 카메라(230)는 운동 모듈(250)의 엔드 이펙터가 조립되는 암 또는 엔드 이펙터가 조립되는 암과 연결된 관절에 배치될 수 있다. 상기 카메라(230)는 유선 또는 무선 방식으로 프로세서(210)에 연결되고, 프로세서(210) 제어에 따라 캘리브레이션과 관련한 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 프로세서(210)에 전달할 수 있다. 또는, 상기 카메라(230)는 제어 장치(300)와 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 연결되고, 제어 장치(300)의 제어에 따라 캘리브레이션과 관련한 영상을 촬영 및 전달할 수도 있다. 상기 카메라(230)는 터치 패널 장치(100)가 작업대(11)에 배치된 상태에서, 운동 모듈(250)에 의해 터치 패널 장치(100)와 지정된 이격 거리에 배치될 수 있다. 상기 카메라(230)는 지정된 이격 거리에 배치된 상태에서, 프로세서(210) 제어 또는 제어 장치(300) 제어에 대응하여 터치 패널 장치(100)의 디스플레이에 출력된 화면을 촬영 및 전송할 수 있다. 다른 예로서, 로봇의 캘리브레이션 시스템(10)은 로봇 장치(200)와 물리적으로 이격된 위치에 배치된 외부 카메라를 더 포함할 수도 있다. 상기 외부 카메라는 터치 패널 장치(100)의 화면을 촬영하고, 촬영된 영상을 로봇 장치(200)의 프로세서(210) 또는 제어 장치(300)에 전달할 수 있다.

상기 통신 회로(220)는 로봇 장치(200)의 통신 채널을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 통신 회로(220)는 제어 장치(300)와 통신 채널을 형성하고, 제어 장치(300)로부터 작업 동작과 관련한 정보, 캘리브레이션과 관련한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 통신 회로(220)는 프로세서(210) 제어에 대응하여 카메라(230)가 획득한 영상을 제어 장치(300)에 전달할 수도 있다. 상기 통신 회로(220)는 카메라(230) 및 제어 장치(300)와 연결되는 유선 통신 인터페이스 및 무선 통신 인터페이스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 메모리(270)는 로봇 장치(200) 운용과 관련한 적어도 하나의 프로그램 및 작업 운용과 관련한 작업 정보, 캘리브레이션 처리와 관련한 정보 등을 저장할 수 있다. 상기 메모리(270)는 카메라(230)가 획득한 촬영 이미지(예: 터치 패널 장치(100)의 화면 이미지)를 임시로 저장할 수 있다. 메모리(270)에 저장된 촬영 이미지는 캘리브레이션 수행에 이용되거나, 제어 장치(300)에 전달될 수 있다.

상기 스프링 타입 리니어 엔코더(261)는 운동 모듈(250)의 일측 끝단 예컨대, 엔드 이펙터의 끝단과 터치 펜 사이에 배치될 수 있다. 상기 스프링 타입 리니어 엔코더(261)는 터치 펜이 터치 패널 장치(100)의 특정 지점을 터치하는 동안 압축될 수 있으며, 압축량 또는 압축 거리를 정밀하게 측정하여 프로세서(210)에 전달할 수 있다. 상기 스프링 타입 리니어 엔코더(261)는 스프링 동작에 따라 높이 방향(또는 수직 방향)으로 오차가 발생하더라도 터치 패널 장치(100)를 보호할 수 있다.

상기 터치 펜(263)은 스프링 타입 리니어 엔코더(261)에 결합되며, 운동 모듈(250)의 끝단부에 배치될 수 있다. 터치 펜(263)은 캘리브레이션 동작 동안 터치 패널 장치(100)의 디스플레이를 터치 하는데 이용될 수 있다. 이와 관련하여, 터치 펜(263)은 터치 패널 장치(100)의 터치 패널 방식과 호응할 수 있는 형태로 마련될 수 있다. 예컨대, 상기 터치 펜(263)은 스프링 타입 리니어 엔코더(261)와 결합되는 바디와, 상기 터치 패널 장치(100)와 접촉되어 터치 패널 장치(100)의 특정 지점에 대한 포인트를 남기는 터치 펜 촉을 포함할 수 있다.

상기 프로세서(210)는 로봇 장치(200) 운용과 관련한 정보의 처리 및 각 구성들(예: 운동 모듈(250), 동력 장치(240))의 동작 제어를 통한 작업을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 캘리브레이션 작업을 로봇 장치(200)가 독자적으로 수행하도록 구성되는 경우, 프로세서(210)는 운동 모듈(250)과 동력 장치(240)의 운용을 제어하면서, 주기적으로, 필요에 따라, 또는 관리자 입력에 따라 캘리브레이션과 관련한 카메라(230) 운용을 수행할 수 있다. 상기 프로세서(210)는 동력 장치(240)와 운동 모듈(250)을 제어하여 엔드 이펙터에 배치된 터치 펜(263)이 터치 패널 장치(100)의 일 지점을 터치하도록 제어할 수 있다. 상기 프로세서(210)는 캘리브레이션 작업과 관련하여 보다 정밀한 캘리브레이션을 위해 복수의 터치 펜(263) 운용을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 작업대(11)의 중심 지점에 해당하는 위치 또는 터치 패널 장치(100)의 중심에 해당하는 지점을 터치하도록 제어하고, 이후 중심 지점으로부터 일정 거리 이내에 위치한 지점들을 터치하도록 제어할 수 있다. 이 동작에서, 프로세서(210)는 스프링 타입 리니어 엔코더(261)로부터 스프링의 압축량 또는 스프링 압축에 따른 압축 거리 정보를 수집할 수 있다.

터치 패널 장치(100)에서의 터치 동작이 완료된 이후, 프로세서(210)는 카메라(230)를 이용하여 터치 패널 장치(100)의 화면을 촬영하고, 촬영된 이미지를 카메라 좌표계로서 저장할 수 있다. 상기 프로세서(210)는 엔드 이펙터에 연결된 스프링 타입 리니어 엔코더(261)의 스프링 압축 거리를 이용하여, 엔드 이펙터의 끝점의 위치(예: TCP)를 확인하고, 이를 기반으로 로봇 좌표계 정보를 수집할 수 있다. 상기 프로세서(210)는 상기 카메라 좌표계와 로봇 좌표계의 비교를 통하여, 로봇 장치(200)의 작업 오차를 추정하고, 이를 보정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 캘리브레이션 작업의 연산을 제어 장치(300)가 수행하도록 설계된 경우, 상기 프로세서(210)는 카메라 좌표계 및 로봇 좌표계에 관한 정보를 제어 장치(300)에 전달하는 역할을 수행하고, 제어 장치(300)로부터 수신되는 캘리브레이션 정보를 기반으로 로봇 장치(200)의 작업 오차 보정을 수행할 수 있다. 한편, 상기 프로세서(210)는 터치 패널 장치(100)에 종래 캘리브레이션 플레이트에 대응하는 캘리브레이션 패턴 출력을 요청하고, 외부 카메라를 이용하여, 상기 터치 패널 장치(100)에 출력된 캘리브레이션 패턴을 촬영한 이미지를 획득할 수 있다. 상기 프로세서(210)는 캘리브레이션 패턴을 촬영한 이미지 및 엔드 이펙터의 위치를 기반으로 카메라 좌표계-로봇 좌표계 오차를 계산한 후, 해당 오차를 보정할 수 있다.

상기 프로세서(210)는 로봇 장치(200)의 수직 방향 오차를 스프링 타입 리니어 엔코더(261)로 측정함으로써, 터치 패널 장치(100)에 찍힌 점들은 동일 수평면에 배치되는 것으로 데이터 처리할 수 있다. 상기 프로세서(210)는 로봇 좌표계 값을, 엔드 이펙터 끝의 위치(로봇 좌표계 초기 값에 해당하는 위치)로부터, 터치 했을 때 스프링 타입 리니어 엔코더가 눌린 정보를 뺀 값으로 결정할 수 있다. 이 동작에서, 상기 프로세서(210)는 로봇의 정기구학을 통해 얻어진 TCP에 엔드 이펙터 크기를 더함으로써, 엔드 이펙터 끝 값을 계산할 수 있다. 상기 카메라 좌표계 값은 카메라(230)에서 측정한 터치 패널 장치(100)의 디스플레이(160)에 표시된 점들의 위치 값이 될 수 있다.

상기 제어 장치(300)는 상기 로봇 캘리브레이션 시스템(10)에서 로봇 장치(200)가 캘리브레이션과 관련한 연산을 처리하도록 마련되는 경우, 로봇 장치(200) 내에 마련될 수 있다. 또는, 상기 제어 장치(300)는 로봇 장치(200)의 프로세서(210) 및 메모리(270) 구성으로 구현될 수도 있다. 다른 예로서, 상기 제어 장치(300)는 로봇 장치(200)의 통신 회로(220)와 통신할 수 있는 통신 인터페이스를 포함하고, 로봇 장치(200)로부터 캘리브레이션과 관련한 제어 신호를 로봇 장치(200)에 전달할 수 있다. 상기 제어 장치(300)는 로봇 장치(200)의 캘리브레이션 관련 동작(예: 터치 패널 장치(100)의 특정 지점들을 터치 하는 동작) 수행 이후, 터치 패널 장치(100)의 화면을 촬영한 카메라 좌표계 정보 및 엔드 이펙터의 위치에 해당하는 로봇 좌표계 정보를 수신할 수 있다. 상기 제어 장치(300)는 수신된 터치 패널 장치(100)의 화면 이미지 기반의 카메라 좌표계 정보와 로봇 좌표계 정보와의 차이를 비교하고, 이를 기반으로 보정 값을 산출한 후, 로봇 장치(200)에 전달할 수 있다. 한편, 상기 제어 장치(300)는 상기 터치 패널 장치(100)를 이용한 캘리브레이션 동작 이전에, 터치 패널 장치(100)에 캘리브레이션 패턴을 표시하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제어 장치(300)는 터치 패널 장치(100)와 통신하여, 상기 캘리브레이션 패턴을 디스플레이에 표시하도록 제어할 수 있다.

상기 제어 장치(300)는 상기 터치 패널 장치(100)에 표시된 캘리브레이션 패턴을 외부 카메라로 촬영한 정보를 수집하고, 수집된 정보와 엔드 이펙터의 위치 정보를 기반으로 로봇 장치(200)의 오차 보정을 수행하도록 제어할 수 있다. 이후, 제어 장치(300)는 터치 패널 장치(100)의 디스플레이 화면에 터치 펜 접촉에 따른 점들이 표시될 수 있는 어플리케이션 실행을 터치 패널 장치(100)에 요청하고, 터치 펜 접촉에 따른 적어도 하나의 점들을 촬영한 이미지 및 엔드 이펙터의 위치 정보를 기반으로 로봇 장치(200)의 오차 보정을 재수행하도록 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제어 장치(300)는 캘리브레이션 패턴 촬영 이미지 및 엔드 이펙터 위치 기반 오차 보정과, 터치 지점들 촬영 이미지 및 엔드 이펙터의 위치 기반 오차 보정을 필요에 따라, 선택적으로 운용(두 오차 보정을 모두 수행하거나 필요에 따라 어느 하나의 오차 보정만을 운용)하도록 제어할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 운용에 따른 터치 포인트들의 한 예를 나타낸 도면이다.

도 3a를 참조하면, 로봇 장치(200)가 정상 상태 또는 캘리브레이션이 정상적으로 적용된 경우, 301 상태에서와 같이, 로봇 장치(200)의 운동 모듈(250)에 부착된 터치 펜(263)이 터치 패널 장치(100)를 터치하는 경우, 도시된 바와 같이, 균일하게 배치된 정상 터치 지점들(169)을 터치할 수 있다.

한편, 로봇 장치(200)가 다양한 이유로 인하여, 카메라와의 오차가 발생한 경우에, 303 상태에서와 같이, 로봇 장치(200)의 운동 모듈(250)에 부착된 터치 펜(263)이 터치 패널 장치(100)를 터치하는 경우, 불균일하게 배치된 비정상 터치 지점들(168)이 표시될 수 있다. 상기 다양한 이유는 예컨대, 로봇팔 관절 엔코더의 분해능이 충분하지 않은 경우, 반복된 충격으로 로봇팔이 틀어지거나 관절모듈이 손상되는 경우, 로봇 장치의 엔코더 신호에 노이즈가 발생하는 경우, 로봇 장치의 TCP까지 캘리브레이션이 완벽하더라도 엔드 이펙터(그리퍼, 석션, 마그네틱)의 기구가 도면과 다른 경우(예컨대, 석션의 경우 탭(나사산)에 조이는 구조이기 때문에 오차가 발생할 수 있음), 스프링 등 실시간으로 측정하기 어려운 기계요소가 로봇 장치에 포함된 경우를 포함할 수 있다.

로봇 장치(200)는 301 상태에서 설명한 정상 터치 지점들(169)과 303 상태에서 설명한 비정상 터치 지점들(168)이 함께 표시된 305 상태에서의 터치 패널 장치(100)의 결과를 기반으로, 오차를 산출하고, 상기 오차를 보정하여 로봇 장치(200)의 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 상술한 캘리브레이션 수행과 관련하여, 터치 패널 장치(100)는 캘리브레이션 작업을 수행하는 관리자의 입력 신호에 따라, 터치 펜(263) 터치에 따른 비정상 터치 지점들(168)을 표시할 수 있는 어플리케이션을 실행하고, 상기 어플리케이션 실행에 따른 화면을 디스플레이(160)에 출력할 수 있다.

다른 예로서, 상기 터치 패널 장치(100)는 로봇 장치(200)(또는 제어 장치(300))와 통신 채널을 형성하고, 로봇 장치(200)(또는 제어 장치(300))로부터 터치 펜(263) 접촉에 따른 지점들(168)을 표시할 수 있는 어플리케이션 실행 요청을 수신할 수 있다. 상기 터치 패널 장치(100)는 로봇 장치(200)(또는 제어 장치(300))로부터 어플리케이션 실행 요청에 따라, 어플리케이션을 실행하고, 해당 화면을 디스플레이(160)에 출력할 수 있다.

도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템 운용에 따른 캘리브레이션 패턴의 한 예를 나타낸 도면이다.

도 3b를 참조하면, 상기 터치 패널 장치(100)는 캘리브레이션 패턴(167)을 디스플레이(160)에 출력할 수 있다. 예컨대, 터치 패널 장치(100)는 관리자의 입력 신호, 로봇 장치(200) 또는 제어 장치(300)로부터 제어 신호에 대응하여, 캘리브레이션 패턴(167) 출력과 관련한 어플리케이션을 실행하고, 해당 어플리케이션 실행에 따라 캘리브레이션 패턴(167)을 디스플레이(160)에 출력할 수 있다. 또는, 터치 패널 장치(100)는 캘리브레이션 패턴(167)에 해당하는 이미지를 메모리에 저장하고, 입력 신호 또는 제어 신호에 대응하여 상기 캘리브레이션 패턴(167)을 디스플레이(160)에 출력할 수 있다. 상기 터치 패널 장치(100)의 디스플레이(160)에 캘리브레이션 패턴(167)이 출력되면, 본 발명의 로봇 장치(200)는 로봇 장치(200)에 배치된 카메라(230) 또는 엔드 이펙터에 배치된 카메라를 이용하여 상기 캘리브레이션 패턴(167)에 대응하는 이미지를 수집하고, 이를 기반으로 카메라 좌표계-로봇 좌표계 간의 오차 보정을 1차로 수행한 후, 앞서 도 3a에서 설명한 터치 지점들 간의 오차를 기반으로 한 오차 보정을 2차로 수행함으로써, 보다 신뢰성 높은 로봇 장치(200)의 캘리브레이션을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 시스템의 보강 운용을 위한 추가 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 캘리브레이션 시스템(10)은 401 상태에서와 같이, 작업대(11)에 터치 패널 장치(100)를 배치하고, 로봇 장치(200)의 터치 동작에 따른 터치 지점들에 대한 이미지를 획득한 후, 이를 기반으로 카메라 좌표계-로봇 좌표계 간의 오차 보정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 캘리브레이션 시스템(10)은 물리적으로 동일한 지점을 두 가지 방법으로 측정하는 방식이 될 수 있다. 상기 캘리브레이션 시스템(10)은 한 수평면(x-y plane, 터치 패널 장치(100)의 디스플레이(160)가 로봇 장치(200)의 엔드 이펙터에 수직하게 배치된 면)에서 다양한 위치에서의 터치 동작 및 터치 지점들의 촬영을 기반으로 하는 측정들을 수행할 수 있다.

또한, 캘리브레이션 시스템(10)은 터치 패널 장치(100)의 수직 방향(예: 작업대(11)의 상부면에서 로봇 장치(200)의 엔드 이펙터로 향하는 가장 짧은 거리에서의 방향) 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 장치(110)를 더 포함하고, 터치 패널 장치(100)의 높이를 다양하게 해서 캘리브레이션 결과가 한쪽에 쏠리는(local minima, 또는 over fitting) 것을 방지할 수 있다. 상기 높이 조절 장치(110)는 작업대(11)의 상부면으로부터의 터치 패널 장치(100) 높이를 조절할 수 있는 다양한 구조물을 포함할 수 있다. 한 예로서, 높이 조절 장치(110)는 터치 패널 장치(100)를 상하로 이동시킬 수 있는 프레스를 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇의 캘리브레이션 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 로봇 캘리브레이션 방법에 있어서, 501 단계에서, 터치 패널 장치(100)는 터치 펜(263) 입력에 따른 점들을 표시할 수 있는 화면을 디스플레이(160)에 표시할 수 있다. 상기 501 단계에서, 상기 터치 펜(263)은 터치를 통해 점을 남길 수 있는 마커 또는 펜으로 대체될 수 있다. 이 경우, 상기 터치 패널 장치(100)는 상기 마커 또는 펜 접촉에 따라 흔적이 남는 종이, 플라스틱 판넬, 또는 금속 판넬 등으로 대체될 수 있다.

503 단계에서, 로봇 장치(200)는 엔드 이펙터에 장착된 터치 펜(263)을 이용하여 터치 동작을 수행할 수 있다. 상기 로봇 장치(200)에서 터치 펜(263)과 엔드 이펙터 사이에는, 터치 패널 장치(100)의 보호 목적 및 엔드 이펙터의 수직 동작에 따른 오차 보정을 위하여 스프링 타입 리니어 엔코더(261)가 배치될 수 있다.

505 단계에서, 로봇 장치(200)의 프로세서(210) 또는 제어 장치(300)는 터치 동작 중 스프링 타입 리니어 엔코더(261)의 스프링 압축량을 고려한 로봇 좌표계 값 산출 및 터치 동작에 따라 터치된 지점들을 촬영한 이미지를 기반으로 카메라 좌표계 값을 산출할 수 있다. 상기 터치 지점들에 대한 이미지 촬영은 엔드 이펙터가 결합된 로봇 팔에 배치된 카메라(230) 또는 지정된 위치에 고정된 카메라(예: 천장 카메라)를 이용하여 수행될 수 있다.

507 단계에서, 로봇 장치(200)의 프로세서(210) 또는 제어 장치(300)는 카메라 좌표계 ?? 로봇 좌표계의 오차 비교를 기반으로 보정을 수행할 수 있다. 이러한 본 발명의 캘리브레이션 방법은 로봇 팔 기구학 캘리브레이션, 카메라 또는 센서 장착 위치 캘리브레이션, 카메라 내부-외부 캘리브레이션(intrinsic parameter ?? extrinsic parameter calibration), 또는 Hand-Eye calibration 처럼 캘리브레이션을 수행하고 있는 대상정보 외에는 오차가 없다는 가정을 하지 않는 방법이다. 즉, 본 발명의 캘리브레이션 방법은 머신비전이나 인공지능을 활용한 로봇팔의 작업에서, 실제 작업을 위한 전체 시스템을 단일 솔루션으로 캘리브레이션할 수 있도록 지원한다. 이를 위하여, 본 발명의 캘리브레이션 방법은 로봇팔 엔드 이펙터에 리니어 엔코더 스프링 타입과 터치펜을 배치하고, 터치 패널 장치를 포함하는 구성을 기반으로 수행될 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10: 로봇 캘리브레이션 시스템
100: 터치 패널 장치
200: 로봇 장치
210: 프로세서
220: 통신 회로
230: 카메라
240: 동력 장치
250: 운동 모듈
261: 스프링 타입 리니어 엔코더
263: 터치 펜
270: 메모리
300: 제어 장치

Claims (8)

1. 로봇 캘리브레이션 시스템에 있어서,
   터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 수행과 관련하여 터치 입력에 따른 적어도 하나의 지점을 표시할 수 있는 화면을 표시하는 터치 패널 장치;
   상기 터치 패널 장치에 터치하여 상기 적어도 하나의 지점을 입력하는 터치 수단과, 상기 터치 수단을 고정하는 엔드 이펙터, 상기 적어도 하나의 지점이 표시된 화면을 촬영할 수 있는 카메라를 포함하는 로봇 장치;를 포함하고,
   상기 로봇 장치는,
   상기 엔드 이펙터의 끝 값에 해당하는 로봇 좌표계 값 및 상기 적어도 하나의 지점이 표시된 화면 촬영에 따른 이미지를 통해 획득한 카메라 좌표계 값의 차이를 기반으로 상기 로봇 장치의 캘리브레이션 동작을 수행하도록 설정되며,
   상기 로봇 장치는,
   상기 터치 수단에 연결된 스프링 타입 리니어 엔코더를 더 포함하고, 상기 터치 동작 중 상기 스프링 타입 리니어 엔코더의 스프링 압축량을 감산하여 상기 로봇 좌표계 값을 산출하도록 설정된 로봇 캘리브레이션 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 카메라는
   상기 엔드 이펙터가 배치된 로봇 팔에 배치된 카메라;
   상기 터치 패널 장치의 화면을 촬영할 수 있는 위치에 고정된 천장 카메라; 중 적어도 하나를 포함하는 로봇 캘리브레이션 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 로봇 장치는
   상기 터치 패널 장치와 엔드 이펙터 사이의 이격 거리를 조절하는 높이 조절 장치;를 더 포함하고,
   상기 높이 조절 장치를 통해 높이가 조절된 터치 패널 장치를 기반으로 상기 캘리브레이션 동작을 재수행하도록 설정된 로봇 캘리브레이션 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 터치 패널 장치는 상기 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 이전에 캘리브레이션 패턴을 표시하고,
   상기 로봇 장치는 상기 캘리브레이션 패턴에 대한 이미지 촬영을 수행하고, 촬영된 캘리브레이션 패턴을 기반으로 1차 캘리브레이션 동작을 수행한 후, 상기 터치 기반의 캘리브레이션 동작을 수행하도록 설정된 로봇 캘리브레이션 시스템.
6. 로봇 캘리브레이션 방법에 있어서,
   터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작과 관련하여 터치 패널 장치에 지정된 화면을 출력하는 단계;
   로봇 장치의 엔드 이펙터에 배치된 터치 수단을 이용하여 상기 터치 패널 장치에 터치하여 적어도 하나의 터치 지점을 입력하는 단계;
   상기 적어도 하나의 지점이 입력된 화면을 촬영하는 단계;
   상기 엔드 이펙터의 끝 값에 해당하는 로봇 좌표계 값 및 상기 화면을 촬영한 이미지를 통해 획득한 카메라 좌표계 값을 산출하는 단계;
   상기 카메라 좌표계 값과 상기 로봇 좌표계 값의 차이를 기반으로 상기 로봇 장치의 캘리브레이션 동작을 수행하는 단계;를 포함하고,
   상기 산출하는 단계는,
   상기 터치 수단에 연결된 스프링 타입 리니어 엔코더의 스프링 압축량을 감산하여 상기 로봇 좌표계 값을 산출하는 단계;를 포함하는 로봇 캘리브레이션 방법.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,
   상기 터치를 이용한 로봇 캘리브레이션 동작 이전에 상기 터치 패널 장치에 캘리브레이션 패턴을 표시하는 단계;
   상기 로봇 장치가 상기 캘리브레이션 패턴에 대한 이미지 촬영을 수행하고, 촬영된 캘리브레이션 패턴을 기반으로 1차 캘리브레이션 동작을 수행하는 단계;를 더 포함하는 로봇 캘리브레이션 방법.

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