KR20040035357A

KR20040035357A - 다축 로봇의 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040035357A
Application number: KR1020020064477A
Authority: KR
Inventors: 조현중
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-04-29

Abstract

본 발명은 다축 로봇의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 하드웨어와 소프트웨어의 제어 계통을 단위 구성 요소들로 객체화하여 기능의 추가 또는 변경 시의 유연성을 높이고 응용 범위를 넓히는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치는 다축 로봇의 각각의 구성 요소를 객체화하고, 각각의 구성 요소에서 일어나는 이벤트와 그 이벤트에 대응하는 액션을 정의하여 다축 로봇을 제어한다.

Description

다축 로봇의 제어 장치 및 방법{CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR MULTI-AXIS ROBOT}

본 발명은 로봇 제어 장치에 관한 것으로, 특히 다수의 축을 가진 로봇을 제어하기 위한 다축 로봇 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 크게 가정용 로봇과 산업용 로봇으로 구분할 수 있다. 가정용 로봇은 가정 내에서 환자나 어린이를 돌보거나, 요리 및 청소 등을 돕는 용도로 이용된다. 산업용 로봇은 주로 생산 현장에서 제품 생산에 이용된다. 산업용 로봇은 동일한 내용의 작업을 연속하여 반복 수행할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 산업용 로봇은 이동 가능한 이동 로봇과 한 곳에 고정 설치되는 로봇 암(robot arm) 형태의 로봇으로 구분할 수 있다. 로봇 암은 다축 로봇이라고도 하며 수직 다축 로봇에 대별되는 수평 다축 로봇이 널리 사용되고 있다. 수평 다축 로봇은 수직 다축 로봇에 비해 구성 요소가 적어 제작하기 쉽고, 소형 경량의 부품을 조립하거나 옮기는 작업에 많이 이용된다.

다축 로봇의 제어 과정은 다음과 같다. 먼저 다축 제어 시스템은 상위 제어 시스템으로부터 동작 명령을 받아 해당 명령에 따른 모션 보간을 실시하고 프로파일을 생성하여 주기적으로 목표 위치를 계산한다. 상위 제어 시스템으로부터 받는 동작 명령은 최종 목표 위치와 속도와 같이 동작에 필요한 변수들이다. 모션 보간은 로봇 모션의 기하학적 궤도를 결정하는 것이고, 프로파일 생성은 로봇 모션의 동적 상태와 속도, 가속도 등을 계산하는 것이다. 이와 같은 과정을 통해 로봇이 모션을 취할 때 외란 등에 의해 목표 궤도에서 벗어날 수 있는데, 이 때 발생하는 에러를 보상하기 위한 필터링도 필요하다.

이와 같은 종래의 다축 로봇 제어 시스템은 그 제어 계통이 하나로 통합되어 있기 때문에 여러 종류의 다축 로봇을 제어하는데 필요한 유연성이 떨어지고, 응용 범위도 제한적이다. 뿐만 아니라 이와 같은 제어 계통을 운용하는데 필요한 소프트웨어 역시 하나로 통합되어 있기 때문에 기능의 추가나 변경 시 많은 시간이 필요하고, 제어 알고리즘의 일관성이 결여되어 개발자가 바뀌거나 운영 체제(OperatingSystem) 등이 변경되면 자원의 재사용이 곤란하거나 불가능하게 된다.

본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치는 하드웨어와 소프트웨어의 제어 계통을 단위 구성 요소들로 객체화하여 기능의 추가 또는 변경 시의 유연성을 높이고 응용 범위를 넓히는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치를 나타낸 블록도.

도 2는 도 1에 나타낸 로봇 제어 장치의 단위 축 제어 계통을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치의 실시예를 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102, 302 : 메인 제어 시스템

104, 304 : 4축 제어 시스템

106, 306 : 단위 축 제어 계통

108, 308 : 모터

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치는 다축 로봇의 각각의 구성 요소를 객체화하고, 각각의 구성 요소에서 일어나는 이벤트와 그 이벤트에 대응하는 액션을 정의하여 다축 로봇을 제어한다.

본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치를 나타낸 블록도로서, 4축 제어 시스템을 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 메인 제어 시스템(102)의 하위에 4축 제어 시스템(104)이 연결되고, 이 4축 제어 시스템(104)에는 네 개의 단위 축 제어 계통(106)들이 연결된다. 각각의 단위 축 제어 계통(106)마다 다축 로봇의 축 가운데 하나를 구동하기 위한 모터(108)가 구비되며, 이 모터(108)를 구동하기 위한 모터 구동부(110)가 모터(108)와 4축 제어 시스템(104) 사이에 연결된다. 도면에는 나타내지 않았으나 4축 제어 시스템(104) 내부에는 이벤트 버퍼가 마련되어 있어 각 객체에서 일어난 이벤트가 이 이벤트 버퍼에 저장된다.

모터 구동부(110)는 4축 제어 시스템(104)으로부터 제어 명령을 받아모터(108)를 제어하고, 인코더를 통해 모터(108)의 속도를 검출하여 그 속도 정보를 4축 제어 시스템(104)에 제공하며, 또 모터(108)의 회전량을 통해 로봇의 이동 거리 및 그에 따른 로봇의 위치 정보를 획득하여 4축 제어 시스템(104)에 제공한다.

4축 제어 시스템(104)에는 센서(116)와 스위치(114) 등의 보조 장치(112)들이 사용자에 의해 추가적으로 설치되어 운용된다. 센서(116)는 로봇의 제어에 필요한 조건들을 검출하기 위한 것이고, 스위치(114)는 로봇의 제어와 관련된 기타 장치들을 제어하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 4축 제어 시스템(104)에서 운용되는 제어용 프로그램은 각각의 단위 축 제어 계통(106)을 제어하기 위해 객체 지향형 프로그래밍 방식으로 구현된다. 즉, 도 1의 메인 제어 시스템(102)과 4축 제어 시스템(104), 각각의 단위 축 제어 계통(106), 보조 장치(센서와 스위치 등)를 하나의 객체로 구분하고, 각각의 객체에서 이루어지는 작업 내용과 작업 결과를 다음의 표와 같이 액션과 이벤트로 각각 정의한다.

	모션유닛(로봇)	사용자 입력(센서 등)	사용자 출력(스위치 등)	축(모터)
액션	StartResumeStopEStopModifyRecord Pos.		OnOff
이벤트	DoneAt Velocity	RisingFalling		HomeLimit(L, R)In Pos.Match Pos.

모션 유닛, 즉 로봇에서 이루어지는 액션으로는 Start와 Resume, Stop, EStop, Modify, Record Pos. 등이 있다. Start는 모션의 시작이고, Resume은 모션 수행 도중 정지하였다가 다시 모션을 재개하는 것이다. Stop과 EStop은 모션을 중지하는 것인데, 이 가운데 EStop은 긴급 상황 발생시(Emergency)에 이루어지는 모션의 중지이다. Modify는 하나의 모션을 진행하다가 다른 모션으로 전환하는 것이고, Record Pos.는 위치를 기록하는 것이다. 사용자 출력(스위치 등)에서 이루어지는 액션은 On과 Off가 있다.

이벤트는 다음과 같다. 먼저 로봇에서 발생하는 이벤트로는 Done과 At Velocity가 있는데, Done은 목적지에 도달한 것이고, At Velocity는 목표 속도에 도달한 상태이다. 사용자 입력(센서 등)에서 발생하는 이벤트로는 Rising과 Falling이 있는데 센서 등으로부터 발생하는 신호 레벨의 전환 등을 들 수 있다. 예를 들면 Rising은 센서로부터 발생하는 전압이 0V에서 5V로 상승하는 경우이고, 반대로 Falling은 5V에서 0V로 떨어지는 경우이다.

축(모터)에서 발생하는 이벤트로는 Home과 Limit(L, R), In Pos., Match Pos.를 들 수 있다. Home은 단위 축이 목표 이동 거리의 중간 위치에 도달한 것이고, Limit은 이동 거리의 양 단에 도달한 경우로서 L은 좌측, R은 우측의 최종 위치에 도달한 경우이다. In Pos.과 Match Pos.은 모두 목표 위치에 도달한 경우에 발생하는 이벤트인데, In Pos.은 모터 구동부(110)에서 직접 검출하여 4축 제어 시스템(104)에 제공하고, Match Pos.는 4축 제어 시스템(104)에서 인코더 신호를 통해 소프트웨어적으로 판단한다. 이처럼, 로봇 제어 시스템의 모션과 관련된 내용이 액션과 이벤트로 객체화됨으로써 기능의 추가나 변경이 용이하고 제어 알고리즘이 일관성을 갖게 되어 개발자가 바뀌거나 운영 체제가 변경되더라도 자원의 재사용이 가능하다.

본 발명에 따른 단위 축 제어 계통(106)의 상세 구조를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 도 1에 나타낸 로봇 제어 장치의 단위 축 제어 계통을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 모터 구동부(110)는 4축 제어 시스템(104)으로부터 제어 명령(C)을 전달받아 이에 부합하도록 모터(108)를 제어한다. 또 인코더(미도시)를 통해 모터(108)의 회전 속도를 검출하여 그 속도 정보(E)를 4축 제어 시스템(104)에 제공한다. 이 밖에도 모터(108)의 회전 속도 및 이동 시간 등을 통해 로봇의 이동 거리 및 그에 따른 로봇의 위치 정보(H, L, R, I)를 획득하여 4축 제어 시스템(104)에 제공한다. 위치 정보(H, L, R, I)는 각각 위의 표에 나타낸 Home과 Left, Right, In Pos.이다.

도 3은 본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치의 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 4축 제어 시스템(304)에 의해 네 개의 단위 축 제어 계통(306, 308)이 제어되는데, 이 가운데 단위 축 제어 계통(306)을 통해 3축 로봇을 제어하도록 하고, 단위 축 제어 계통(308)을 통해 1축 로봇을 제어하도록 한다. 본 발명에 따라 객체화된 제어 프로그램을 운용하는 4축 제어 시스템(304)은 각각의 단위 축의 모션을 액션과 이벤트로 객체화하여 제어하기 때문에 3축 로봇을 제어하는 단위 축 제어 계통(306)과 1축 로봇을 제어하는 단위 축 제어 계통(308)을 독립적으로 제어할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나 4축 제어 시스템의 경우3축과 1축 뿐만 아니라 2축+2축의 조합도 가능하며, 5축 이상의 제어 시스템의 경우에도 필요한 수의 단위 축 제어 계통만을 따로 묶어서 제어하는 것이 충분히 가능하다.

본 발명에 따른 다축 로봇 제어 장치는 하드웨어와 소프트웨어의 제어 계통을 단위 구성 요소들로 객체화하여 기능의 추가 또는 변경 시에 높은 유연성과 매우 넓은 응용 범위를 제공한다.

Claims

다축 로봇의 제어 장치에 있어서,

상기 다축 로봇의 각각의 구성 요소를 객체화하고, 상기 각각의 구성 요소에서 일어나는 이벤트와 상기 이벤트에 대응하는 액션을 정의하여 상기 다축 로봇을 제어하는 다축 로봇 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구성 요소 각각에서 상기 이벤트가 발생하면 상기 이벤트에 대응하는 액션을 수행하도록 상기 구성 요소를 제어하는 다축 로봇 제어 장치.
다축 로봇의 제어 방법에 있어서,

상기 다축 로봇의 각각의 구성 요소를 객체화하고, 상기 각각의 구성 요소에서 일어나는 이벤트와 상기 이벤트에 대응하는 액션을 정의하여 상기 다축 로봇을 제어하는 다축 로봇 제어 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 각각의 구성 요소에서 상기 이벤트가 발생하면 상기 이벤트에 대응하는 액션을 수행하도록 상기 구성 요소를 제어하는 다축 로봇 제어 방법.