KR19980033850A - 로보트의 추적 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로보트의 추적 제어 방법에 관한 것으로, 특히 작업물의 위치 및 속도에 따른 추적 목표점을 계산하여 그 작업물을 추적하면서 작업물과 로보트의 위치 및 속도의 오차가 허용 범위 내에 없으면 다시 추적 목표점을 산출하여 작업물을 추적하도록 함으로써 이송되는 작업물을 정지시킴이 없이 추적하여 작업을 수행하도록 창안한 것이다. 이러한 본 발명의 작업물의 위치와 속도를 계산하여 추적 목표점을 계산하고 로보트를 그 추적 목표점으로 이동시키는 제1 단계와, 상기에서 추적 목표점으로 이동시키면서 작업물의 위치 및 속도를 구하여 로보트의 위치 및 속도와의 오차가 허용 범위 내에 있는지 판단하는 제2 단계와, 상기에서 오차가 허용 범위내에 없으면 로보트를 정지시킴이 없이 상기 제1 단계부터 반복 수행하는 제3 단계와, 상기에서 오차가 허용범위 내에 있으면 추적 동작을 종료하는 제4 단계를 수행한다.
Description
본 발명은 로보트에 관한 것으로 특히, 작업물을 정지시킴이 없이 최대 속도로 추적할 수 있도록 한 로보트의 추적 제어 방법에 관한 것이다.
현재 생산 자동화에서 로보트가 차지하는 역할은 매우 크다. 특히, 작업물은 이동시키는 이송 장치와 로보트가 조합되어 작업을 수행하는 경우가 많아졌다.
일반적으로 생산 자동화에서는 이송 장치로 작업물을 작업 위치로 이동시킨 후 작업물이 정지되어 있는 상태에서 로보트가 작업을 수행한다.
로보트의 동작은 CP(;Continuous Path)와 PTP(;Point to Point) 동작이 있다.
도 5와 같이 동작 시작 위치(10)에 로보트가 있고 동작 종료 위치(11)로 그 로보트를 이동시키고자 한다면 직선(12)를 따라 그 로보트를 이동시킬 수도 있고, 원호(13)를 따라 그 로보트를 이동시킬 수도 있다.
이렇게 로보트가 정해진 궤적을 따라 이동하도록 하는 동작이 'CP' 동작이다.
이러한 CP 동작은 도 7과 같이 정해진 궤적을 따라 선속도를 변화시키면서 이동한다. 반면, 동작 시작 위치(10)에서 동작 종료 위치(11)로 로보트를 이동시킬 때 그 로보트가 이동하는 궤적에 무관하게 각 축의 이동량만을 각 축별로 이동시킬 수 있다.
이렇게 로보트가 이동 궤적에 무관하게 각 축의 이동량을 각 축별로 이동하도록 하는 동작이 'PTP' 작이다.
이러한 PTP 동작은 도 6과 같이 각 축별로 각속도를 변화시키면서 이동한다.
따라서, 'PTP' 동작이 'CP' 동작보다 빠르다.
도 1은 종래의 로보트를 이용한 생산 자동화 시스템의 구성도로서 이에 도시된 바와 같이, 작업물(104)을 이송시키는 이송 장치(105)와, 상기 작업물(104)의 조립, 가공등을 수행하는 말단 효과 장치(102)와, 이 말단 효과 장치(102)를 작업 영역 내의 공간에 존재하는 상기 작업물(104)의 위치로 이동시키는 로보트(101)와, 이 로보트(101)의 동작을 제어하는 로보트 제어기(103)로 구성된다.
상기 로보트(101)는 다관절 로보트인 경우 2개 이상의 자유도를 갖는 직교,수평 다관절, 수직 다관절의 로보트가 있다.
상기 이송 장치(105)는 컨베이어와 같은 시스템이다.
이와 같은 종래 기술의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
종래 기술에서의 추적 동작은 도 4의 신호 흐름과 동일한 과정으로 이루어진다.
먼저, 도 2와 같이 로보트(101)의 말단 효과 장치(102)는 작업물(104)의 이동 궤적(6) 선상에 미리 위치하여 정지한 상태로 있다가 상기 작업물(104)이 이송 장치(105)에 의해 작업 영역내로 들어오면 상기 로보트(101)는 그 작업물(104)을 추적한다. 이때, 작업물(104)의 위치에 대한 데이타는 센서를 통하여 실시간으로 로보트 제어기(103)에 입력된다. 만일, 센서가 엔코더라면 엔코더의 값이 로보트 제어기(103)에 입력된다.
따라서, 로보트 제어기(103)는 작업물(104)이 기준 위치(8)에 있을 때의 엔코더 값을 기억해두고, 현재의 엔코더 값을 입력받으면 그 차이로부터 상기 작업물(104)의 현재 위치(9)를 계산하며, 그 위치 변화를 이용하여 상기 작업물(104)의 이송 속도를 계산하게 된다.
상기에서 작업물(104) 이동 궤적(6)은 이송 장치(105)의 진행 궤적과 동일하므로 그 작업물(104)의 이동 궤적(6)은 상기 이송 장치(105)에 의해 미리 알 수 있으며, 로보트(101)는 상기 작업물(104)를 추적하므로 그 로보트(101) 의 추적 궤적(7)은 상기 작업물(104)의 이동 궤적(6)과 같다.
이에 따라, 로보트 제어기(103)는 작업물(104)의 위치와 속도 및 이동 궤적(6)을 알고 있으므로 정해진 이동 궤적을 따라 움직이는 CP 동작을 하도록 로보트(101)을 제어하여 도 3과 같이 선속도를 변화시키면서 작업물(104)을 추적하게 된다.
즉, 로보트 제어기(103)에서 추적 시작시에 작업물(104)의 현재 위치와 속도로부터 생성한 도 3과 같은 선속도 프로파일에 따라 로보트(101)는 작업물(104)을 추적한다.
도 3에서 'S' 영역의 면적은 다음의 식과 같다.
여기서, A(s):'s' 영역의 면적, Po:작업물의 위치, PR:로보트의 위치, Vo(t):작업물의 이동 속도이다.
이에 따라, 추적 시작에서부터 't1'의 시간이 경과한 후 추적이 완료되어 로보트(101)와 작업물(104)의 위치 및 속도가 동기되며, 이 후 로보트(101)는 작업물(104)에 대해 목적하던 작업을 수행하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 기술은 로보트의 추적 궤적을 미리 알고 있고 그 추적 궤적을 따라 선속도를 변화시키면서 추적 동작을 수행하기 때문에 추적을 시작하기 전에 로보트의 말단 효과 장치가 항상 작업물의 이동 궤적 선상에 있어야 하므로 로보트의 추적 궤적을 실시간에 계산하지 못하는 단점이 있다.
또한, 로보트의 말단 효과 장치가 추적 시작 전에 임의의 위치와 속도를 가지고 있다면 추적 궤적을 생성하지 못하여 작업물을 추적하지 못하므로 추적을 시작하기 전에 로보트의 말단 효과 장치를 작업물의 이동 궤적 선상으로 이동시키는 추가 동작을 필요로 하는 단점이 있다.
그리고, 로보트가 CP 동작으로 작업물을 추적하기 때문에 그 로보트는 최대 관절 속도로 움직일 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 종래 기술의 단점을 개선하기 위하여 작업물의 위치 및 속도를 따른 추적 목표점을 계산하여 그 작업물을 추적하면서 작업물과 로보트의 위치 및 속도의 오차가 허용 범위 내에 없으면 다시 추적 목표점을 산출하여 작업물을 추적하도록 함으로써 이송되는 작업물을 정지시킴 없이 추적하여 작업을 수행하도록 창안한 로보트의 추적 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 작업물의 위치와 속도를 계산하여 추적 목표점을 계산하고 로보트를 그 추적 목표점으로 이동시키는 단계와, 상기에서 추적 목표점으로 이동시키면서 작업물의 위치 및 속도를 구하여 로보트의 위치 및 속도와의 오차가 허용 범위 내에 있는 판단하는 단계와, 상기에서 오차가 허용 범위 내에 없으면 로보트를 정지시킴이 없이 상기 초기 단계부터 반복 수행하는 단계와, 상기에서 오차가 허용 범위 내에 있으면 추적 동작을 종료하는 단계를 수행한다.
도 1은 일반적인 로보트를 이용한 생산 자동화 시스템의 구성도.
도 2는 종래 기술에서 로보트의 추적 궤적을 보인 예시도.
도 3은 도 2에서 CP 추적에 의한 선속도 프로파일의 파형도.
도 4는 종래의 CP 추적을 위한 신호 흐름도.
도 5는 CP와 PTP 동작을 보인 예시도.
도 6은 PTP 동작에 의한 각속도 프로파일의 파형도.
도 7은 CP 동작에 의한 선속도 프로파일의 파형도.
도 8은 본 발명에서의 로보트 추적을 보인 예시도.
도 9는 본 발명에서 PTP 동작을 위한 신호 흐름도.
도 10은 도 9에서의 로보트 추적을 보인 예시도.
도 11은 본 발명에서 CP 동작을 위한 신호 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
101:로보트102:말단 효과 장치
103:로보트 제어기104:작업물
105:이송 장치
본 발명의 실시예는 도 1의 종래 기술의 구성도와 동일하며, 로보트의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 구현이 다르다.
본 발명에서는 도 8과 같이 로보트(101)의 말단 효과 장치(102)가 작업 영역 내의 임의의 위치에 있을 때 작업물(104)이 이송 장치(105)에 의해 작업 영역 내로 들어오면 상기 로보트(101)가 그 작업물(104)의 추적을 시작한다.
이때, 작업물(104)의 위치와 속도는 센서의 입력에 의해 로보트 제어기(103)에서 항상 알 수 있다.
먼저, PTP 동작으로 작업물(104)를 추적하는 경우 도 9의 신호 흐름과 동일한 과정을 통해 도 10과 같은 동작을 수행하여 로보트 제어기(103)는 센서의 입력으로부터 작업물(104)의 위치와 속도를 계산하고, 1차 추적 목표점(15)을 계산하여 로보트(101)를 제어함에 의해 상기 작업물(104)의 추적 동작을 시작한다.
이때, 로보트(101)가 1차 추적 목표점(15)에 도달하기 전에 작업물(104)의 위치 및 속도와 로보트(101)의 위치 및 속도를 비교하여 오차를 계산하고 만일, 오차가 허용 범위 내에 있지 않으면 위치와 속도의 오차를 이용하여 다음 추적 목표점(16)을 계산한다.
이에 따라, 이동중인 로보트(101)가 목표점을 변경하여 다음 추적 목표점(16)으로 정지함이 없이 PTP 동작으로 계속 작업물(104)의 추적을 수행하게 된다.
상기에서 작업물(104)의 현재 위치 및 속도, 1차 추적 목표점, 다음 추적 목표점 그리고 위치 및 속도의 오차는 아래와 같은 식으로 구할 수 있다.
즉, 작업물(104)의 현재 위치 및 속도는 아래의 식과 같이 구하게 된다.
그리고, 1차 추적 목표점 및 다음 추적 목표점은 아래의 식과 같이 구하게 된다.
또한, 로보트(101)와 작업물(104)의 위치 및 속도의 오차는 아래의 식으로 구하게 된다.
여기서, S1:센서 입력, P:위치 벡터, V:속도 벡터, E:오차 벡터, O:작업물, R:로보트, T:목표이다.
즉, 로보트 제어기(103)는 작업물(104)의 위치 및 속도와 로보트(101)의 위치 및 속도와의 오차가 허용 범위 내로 작아질 때까지 위치와 속도의 오차를 이용하여 다음 추적 목표점(16)을 실시간으로 계산하고, 추적 목표점을 변경하여 다음 추적 목표점(16)으로 로보트(101)를 정지함이 없이 PTP 동작으로 계속 추적을 수행한다.
이 후, 위치 및 속도의 오차가 허용 범위 내로 작아짐에 의해 로보트(101)의 추적이 종료되면 로보트(101)의 말단 효과 장치(102)와 작업물(104)의 위치 및 속도가 동기되며, 로보트 제어기(103)의 제어에 의해 상기 로보트(101)는 상기 작업물(104)에 대한 목적된 작업을 수행하게 된다.
예를 들어, 현재 위치를 p0, 로보트(101)가 현재 위치(p0)로 가장 빠르게 이동하는데 소요되는 시간을 t1, 다음 위치를 p1, 현재 위치(p0)에서 다음 위치(p1)로 PTP 동작으로 이동하는데 소용되는 시간을 t2라고 한다면 상기의 시간(t1)은 아래의 식과 같이 구할 수 있다.
t1=FPTP-profile(p0)
이때, 작업물(104)이 현재 위치(p0)에서 t1 시간동안 이동하여 존재할 위치(p1), 즉, 1차 추적 목표점(15)은 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.
그리고, 로보트(101)가 현재 위치(p0)에서 다음 위치(p1)으로 이동하는데 소요되는 시간(t1)을 아래의 식과 같이 계산하게 된다.
t2=FPTP-profile(p1)
이에 따라, 로보트 제어기(103)는 최대 시간(t1, t2)동안 1차 추적 목표점(15) 인 위치(p1)로 로보트(101)가 PTP 동작으로 이동하도록 추적 동작을 생성한다.
이때, 로보트 제어기(103)는 로보트(101)의 현재 위치(PR)에 위치 오차에 대한 보상량(KP(P0-PR)), 속도 오차에 대한 보상량(KV(V0-VR)), 그리고 작업물(104)이 샘플시간(0~t1) 동안에 이동하는 위치량을 더하여 다음 추적 목표점(16)을 계산한 후 목표점을 변경하여 PTP 동작으로 계속 추적하도록 추적 동작을 생성한다.
상기에서 다음 추적 목표점(16)인 위치(PT)는 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 방법으로 로보트(101)의 추적 궤적(7')을 실시간으로 계산하여 작업물(104)을 추적하게 되면 추적 시작전에 로보트(101)의 말단 효과 장치(102)가 작업물(104)의 이동 궤적(6) 선상에 없어도 되고, 로보트(101)가 정지해 있지 않고 동작 중이어도 작업물(104)을 추적할 수 있다.
또한, 로보트(101)가 PTP 동작으로 추적을 하게 함으로써 관절의 최대 속도로 추적 동작을 할 수 있다.
결과적으로 로보트(101)의 불필요한 동작을 제거할 수 있고, 로보트(101)를 정지시키지 않아도 되며, 로보트(101)의 말단 효과 장치(102)가 임의의 위치에 있어도 작업물(104)의 추적이 가능함은 물론 빠른 속도로 추적을 할 수 있게 되어 작업 시간이 종래보다 단축된다.
본 발명의 다른 실시예로서 이동중인 작업물(104)을 로보트(101)가 추적할 때 도 11의 신호 흐름과 동일한 과정을 수행하여 그 로보트(101)의 추적 궤적을 실시간으로 계산함으로써 상기 로보트(101)가 상기 작업물(104)을 CP 동작으로 추적할 수 있다.
즉, CP 동작으로 작업물(104)를 추적하는 경우 로보트 제어기(103)는 센서의 입력으로부터 작업물(104)의 위치와 속도를 계산하고 1차 추적 목표점을 계산하여 로보트(101)를 CP 동작으로 제어함에 의해 상기 작업물(104)의 추적 동작을 시작한다.
이때, 로보트 제어기(103)는 로보트(101)가 1차 추적 목표점에 도달하기 전에 작업물(104)의 위치 및 속도와 로보트(101)의 위치 및 속도를 비교하여 오차를 계산하고 만일, 오차가 허용 범위 내에 있지 않으면 위치와 속도의 오차를 이용하여 다음 추적 목표점을 계산한다.
이에 따라, 1차 추적 목표점에 도달하면 로보트 제어기(103)는 로보트(101)를 정지시킴이 없이 다음 추적 목표점으로 CP 동작을 계속 수행시킴에 의해 계속 작업물(104)의 추적을 수행하게 된다.
즉, 로보트 제어기(103)는 작업물(104)의 위치 및 속도와 로보트(101)의 위치 및 속도와의 오차가 허용 범위 내로 작아질 때까지 위치와 속도의 오차를 이용하여 다음 추적 목표점을 실시간으로 계산하고, 추적 목표점을 변경하여 다음 추적 목표점으로 로보트(101)를 정지시킴이 없이 CP 동작으로 계속 추적을 수행시키게 된다.
이 후, 위치 및 속도의 오차가 허용 범위 내로 작아짐에 의해 로보트(101)의 추적이 종료되면 로보트(101)의 말단 효과 장치(102)와 작업물(104)의 위치 및 속도가 동기된다.
이에 따라, 로보트 제어기(103)는 로보트(101)을 제어하여 작업물(104)에 대해 목적하는 작업을 수행시키게 된다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 이동중인 작업물을 로보트가 추적할 때 추적 궤적을 실시간에 계산하여 추적 동작을 수행하게 함으로써 로보트가 추적을 시작하기 전에 로보트에 부착된 말단 효과 장치가 작업물의 이동 궤적 선상에 있지 않아도 되며 또한, 로보트가 추적 동작시 정지함이 없이 계속 작업물을 추적하도록 함으로써 최대 속도로 작업물을 추적할 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 작업물의 위치와 속도를 계산하여 추적 목표점을 계산하는 제1 단계와, 상기에서 계산한 추적 목표점으로 로보트를 PTP 동작으로 이동시키면서 작업물의 위치와 속도를 구하는 제2 단계와, 상기에서 작업물의 우치 및 속도와 로보트의 위치 및 속도와의 오차가 허용 범위 내에 있는지 판단하는 제3 단계와, 상기에서 오차가 허용 범위 내에 없으면 상기 작업물의 위치 및 속도를 이용하여 다음 추적 목표점을 계산하고 상기 제2 단계부터 반복 수행하는 제4 단계와, 싱기에서 오차가 허용 범위 내에 있으면 추적 동작을 종료하는 제5 단계를 수행함을 특징으로 하는 로보트의 추적 제어 방법.
- 제1항에 있어서, 추적 목표점의 계산은 아래의 식과 같이 로보트의 현재 위치(PR)에 위치 오차에 대한 보상량(KP(P0-PR)), 속도 오차에 대한 보상량(Kv(V0-VR)), 그리고 작업물(104)이 샘플 시간(0~t1) 동안에 이동하는 위치량을 더하여 구하는 것을 특징으로 하는 로보트의 추적 제어 방법.여기서, PT:다음 위치, PR:현재 위치, P0:이전 위치, VO(t):작업물의 이동 속도, KP:위치에 대한 보상값, KV:속도에 대한 보상값, t1:현 위치(PO)로 로보트가 이동하는데 소요되는 시간이다.
- 작업물의 위치와 속도를 계산하여 추적 목표점을 계산하는 제1 단계와, 상기에서 계산한 추적 목표점으로 로보트를 CP 동작으로 이동시키면서 작업물의 위치와 속도를 구하는 제2 단계와, 상기에서 작업물의 위치 및 속도와 로보트의 위치 및 속도와의 오차가 허용 범위 내에 있는지 판단하는 제3 단계와, 상기에서 오차가 허용 범위 내에 없으면 상기 작업물의 위치 및 속도를 이용하여 다음 추적 목표점을 계산하고 이전 추적 목표점에 도달하였는지 판단하는 제4 단계와, 상기에서 이전 추적 목표점에 도달하면 상기 제2 단계로부터 반복 수행하는 제5 단계와, 상기에서 오차가 허용 범위 내에 있으면 추적 동작을 종료하는 제6 단계를 수행함을 특징으로 하는 로보트의 추적 제어 방법.
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|---|---|---|---|---|
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