KR19980054432A - 월드좌표계에 대한 산업용 로봇좌표계의 정의 장치 및 그 방법 - Google Patents

월드좌표계에 대한 산업용 로봇좌표계의 정의 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR19980054432A
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황지현
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이종수
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Abstract

본 발명은 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치 및 방법에 관한 것으로, 공작기계에는 월드좌표계가 설정됨과 아울러 복수개의 거리측정 센서가 설치된 월드좌표계 프레임을 장착하고, 로봇베이스에 로봇좌표계가 설정되는 산업용 로봇의 로봇선단부에는 툴좌표계가 설정된 툴좌표계 프레임을 장착하고, 산업용 로봇을 작동시켜 그 로봇선단부에 장착되어 툴좌표계가 설정되어 있는 툴좌표계 프레임을 공작기계에 장착되어 월드좌표계가 설정된 월드좌표계 프레임에 접근시키는 단계와, 상기 월드좌표계 프레임에 설치된 거리측정 센서에 의하여 상기 툴좌표계의 위치와 자세값을 월드좌표계에 대하여 계산하는 단계와, 상기 거리 측정값에 의하여 월드좌표계에 대한 툴좌표계의 방향여현값 및 위치값을 계산하는 단계와, 이 툴좌표계의 방향여현값과 위치값을 이용하여 월드좌표계에 대한 로봇베이스에 설정된 로봇좌표계를 계산하여 정의함으로써 셀 단위로 설정되어 있는 로컬좌표계인 로봇좌표계를 군단위로 설정되어 있는 월드좌표계에 대하여 정의함으로써 셀 단위 작업과 군 단위 작업을 수행할 수 있게 되는 것이다.

Description

월드좌표계에 대한 산업용 로봇좌표계의 정의 장치 및 그 방법
제 1 도는 종래 공작기계와 산업용 로봇의 설치 상태를 보인 사시도.
제 2 도는 종래 기술에서의 산업용 로봇 베이스에 설정된 로봇좌표계를 보인 사시도.
제 3 도는 본 발명에 의한 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치가 적용된 공작기계와 산업용 로봇의 설치상태를 보인 사시도.
제 4 도는 본 발명의 월드좌표계 프레임과 툴좌표계 프레임을 보인 부분 확대 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 공작기계20 : 산업용 로봇
30 : 월드좌표계 프레임40 : 툴좌표계 프레임
S1 ~ S6 : 거리측정 센서
본 발명은 월드 좌표계에 대한 산업용 로봇좌표계의 정의 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 FA(Factory Automation)분야에서 각 작업을 수행하는 기계장치류들은 각각 셀(Cell)단위로만 작업하거나 또는 셀 단위들의 작업을 2~3 그룹(Group ; 군)으로 묶어 서로 관련된 작업들을 군단위로 작업하는 경우도 있으며, 일련된 작업공정을 전체 시스템(System)화하여 작업하는 경우도 있다.
이러한 모든 셀 및 군단위 작업공정의 운용을 위해서는 각 셀과 셀 단위 공정은 물론 군단위 작업공정에서도 각기 작업을 위한 셀 자체의 기준위치가 필요하며, 나아가서 상관되는 시스템 및 전체 시스템과의 관련작업이 반드시 필요하다.
제 1 도는 종래 기술에서 각 셀은 CNC 공작기계(1)와, 로봇(2)으로 구성되는데 이들은 각기 셀단위 작업이 가능하며, 서로 협조작업을 위해 로봇(2) 작업 반경 내부에 l이라는 거리를 두고 설치된다.
이 상태에서 제 2 도에 도시한 바와 같이 로봇(2)의 선단에 의해 공작물(3)을 CNC 공작기계(1) 내부로 핸들링(Handling)하여 공작기계 공작물을 장착, 작업을 수행한다.
이때 공작물(3)의 핸들링 작업을 로봇(2)을 교시작업반(Teach-Pnadent)을 이용하여 매 작업 스텝(Step)마다 교시(Teach)작업을 행하여 운용되므로 로봇(2)과 공작기계(1)간의 정의된 좌표계에 따라 작업을 수행하는 것이 아니라 단지 로봇(2) 자체의 로봇좌표계만에 의존한 교시작업만 수행하게 되는 것이다.
그러나 종래 기술에서는 상술한 바와 같이 교시작업이 로봇좌표계만에 의존하고 있기 때문에 수치제어(NC)에 의한 수치제어방식의 작업은 불가능하며, 차(次) 상위 레벨의 고정도를 요구하는 협조작업 역시 불가능하다.
만약, 수치제어방식의 작업을 하려면 CNC 공작기계(1)와 로봇(2)의 설치위치를 요구되는 정밀도 이상이 되도록 기계적으로 상대 조정하여야 하는데 이 역시 많은 문제점을 갖고 있으며, 그 한계가 있게 되는 것이었다.
본 발명의 목적은 셀 단위로 설정되어 있는 로컬좌표계인 로봇좌표계를 군단위로 설정되어 있는 월드좌표계에 대하여 정의함으로써 셀 단위 작업과 군 단위 작업을 수행할 수 있도록 한 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 로봇좌표계에 의한 교시작업은 물론 수치제어방식 작업을 정밀도 저하 및 수치제어 불가능 문제가 없이 수행할 수 있도록 월드 좌표계에 대한 로봇좌표계의 상대 위치를 고정도(高精度)로 결정할 수 있도록 한 월드 좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 방법을 제공하려는 것이다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 공작기계에는 월드좌표계가 설정됨과 아울러 복수개의 거리측정 센서가 설치된 월드좌표계 프레임을 장착하고, 로봇베이스에 로봇좌표계가 설정되는 산업용 로봇의 로봇선단부에는 툴좌표계가 설정된 툴좌표계 프레임을 장착하여서 됨을 특징으로 하는 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치 및, 산업용 로봇을 작동시켜 그 로봇선단부에 장착되어 툴좌표계가 설정되어 있는 툴좌표계 프레임을 공작기계에 장착되어 월드좌표계가 설정된 월드좌표계 프레임에 접근시키는 단계와, 상기 월드좌표계 프레임에 설치된 거리측정 센서에 의하여 상기 툴좌표계의 위치와 자세값을 월드좌표계에 대하여 계산하는 단계와, 상기 거리 측정값에 의하여 월드좌표계에 대한 툴좌표계의 방향여현값 및 위치값을 계산하는 단계와, 이 툴좌표계의 방향여현값과 위치값을 이용하여 월드좌표계에 대한 로봇베이스에 설정된 로봇좌표계를 계산하여 정의함을 특징으로 하는 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 의한 월드 좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 방법을 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.
제 3 도는 본 발명에 의한 월드 좌표계에 대한 산업용 로봇좌표계의 정의 장치를 보인 사시도로서, 10은 CNC 공작기계이고 20은 산업용 로봇이다.
상기 공작기계(10)는 반드시 CNC 공작기계로만 국한되는 것은 아니며, 일반적인 공작기계류라면 어떠한 것이라고 적용될 수 있는 것이다.
상기 산업용 로봇(20)은 공작기계(10)의 전방에 설치되는 로봇베이스(21)와, 복수개의 관절들(22)와, 엔드 에펙터(End Effector)라고 하는 로봇선단부(23)으로 구성된다.
상기 공작기계(10)의 임의 위치에는 월드좌표계 프레임(30)이 장착되고, 산업용 로봇(20)의 로봇선단부(23)에는 툴좌표계 프레임(40)이 장착된다.
상기 월드좌표계 프레임(30)과 툴좌표계 프레임(40)은 각각 제 4 도에 도시한 바와 같이 x-y면(31)(41)과 x-z면(32)(42) 및 y-z면(33)(43)으로 구성된다.
상기 월드좌표계 프레임(30)의 각 면(31, 32, 33)에는 거리측정 센서(S1~S6)가 설치되며, 툴좌표계 프레임(40)은 상기 각 면(41, 42, 43)에 의한 입방체로 형성된다.
또한 상기 산업용 로봇(20)의 로봇베이스(21)측에는 로봇동작의 기준이 되는 로봇좌표계(xR, yR, zR)가 설정되며, 상기 월드좌표계 프레임(30)에는 월드좌표계(xW, yW, zW)가 설정되고, 툴좌표계 프레임(40)에는 툴좌표계(xT, yT, zT)가 설정된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치에 의하여 공작기계(10)에 설정된 월드좌표계에 대하여 산업용 로봇(20)의 로봇좌표계를 정의함에 있어서는, 로봇(20)을 구동하여 공작기계(10)에 장착된 월드좌표계 프레임(30) 근처의 임의 위치에 로봇선단부(23)에 장착된 툴좌표계 프레임(40)을 서로 대향시킨다.
이때 로봇베이스(21)에 설정된 로봇좌표계는 정의되지 않은 임의의 위치에 고정되어 있는 상태이다.
툴좌표계 프레임(40)와 월드좌표계 프레임(30)의 대향이 완료되면, 월드좌표계 프레임(30)에 장착되어 있는 6개의 거리측정 센서(S1~S6)를 이용하여 툴좌표계 프레임(40)상에 설정된 툴좌표계(xT, yT, zT)의 위치와 자세(Orientation)값을 월드좌표계(xW, yW, zW)에 대하여 계산한다.
이때 월드좌표계(xW, yW, zW)상의 임의의 위치에 있는 툴좌표계(xT, yT, zT)는 거리측정 센서(S1~S6)에서 측정된 거리 데이타값을 이용하여 월드좌표계(xW, yW, zW)에 대한 툴좌표계(xT, yT, zT)의 방향여현(Direction Cosine)값 및 위치값을 계산하게 된다.
월드좌표계(xW, yW, zW)에 대한 툴좌표계(xT, yT, zT)의 위치 및 자세가 결정되면, 이를 이용하여 월드좌표계(xW, yW, zW)에 대한 로봇좌표계(xR, yR, zR)를 계산하여 정의할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 공작기계측에는 월드좌표계가 설정된 월드좌표계 프레임을, 로봇선단부에는 툴좌표계가 설정되는 툴좌표계 프레임을 가각 장착하고, 로봇을 작동시켜 툴좌표계 프레임을 월드좌표계 프레임에 접근시킨 상태에서 월드좌표계 프레임에 설치된 거리측정 센서들에 의하여 측정된 툴좌표계 프레임의 거리 측정 데이타를 이용하여 툴좌표계를 계산하여 정의한 다음, 이를 이용하여 로봇베이스에 설정되어 있는 로봇좌표계를 계산하여 정의함으로써 셀단위 작업은 물론 군 단위 작업을 정확히 수행할 수 있게 되는 것이다.

Claims (3)

  1. 공작기계에는 월드좌표계가 설정됨과 아울러 복수개의 거리측정 센서가 설치된 월드좌표계 프레임을 장착하고, 로봇베이스에 로봇좌표계가 설정되는 산업용 로봇의 로봇선단부에는 툴좌표계가 설정된 툴좌표계 프레임을 장착하여서 됨을 특징으로 하는 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 월드좌표계 프레임은 x-y면, x-z면, y-z면을 가지는 상자형으로 형성되고, 툴좌표계 프레임은 x-y면, x-z면, y-z면을 가지는 입방체로 형성됨을 특징으로 하는 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 장치.
  3. 산업용 로봇을 작동시켜 그 로봇선단부에 장착되어 툴좌표계가 설정되어 있는 툴좌표계 프레임을 공작기계에 장착되어 월드좌표계가 설정된 월드좌표계 프레임에 접근시키는 단계와, 상기 월드좌표계 프레임에 설치된 거리측정 센서에 의하여 상기 툴좌표계의 위치와 자세값을 월드좌표계에 대하여 계산하는 단계와, 상기 거리 측정값에 의하여 월드좌표계에 대한 툴좌표계의 방향여현값 및 위치값을 계산하는 단계와, 이 툴좌표계의 방향여현값과 위치값을 이용하여 월드좌표계에 대한 로봇베이스에 설정된 로봇좌표계를 계산하여 정의함을 특징으로 하는 월드좌표계에 대한 로봇좌표계의 정의 방법.
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