KR20050012323A - 6축 수직다관절 로봇의 용접경로 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 6축 수직다관절 로봇의 용접경로 생성을 위한 알고리즘에 관한 것으로 베지에르 스플라인(Bezier Spline)을 이용하여 직선위빙운동과 삼각위빙운동의 운동궤적을 생성한다.

본 발명에 의하면 생성되는 용접궤적을 실제 용접경로를 벗어나거나 용접물에 파고들지 않으며 궤적생성을 위한 계산량이 적어 로봇의 고속화와 유연한 동작을 구현할 수 있다.

Description

6축 수직다관절 로봇의 용접경로 생성방법{Generation of welding trajectory of a 6-axis articulated robot}

본 발명은 6축 수직다관절 로봇의 용접시 위빙동작(Weaving Motion)을 위한 알고리즘에 관한 것으로 보다 상세하게는 직선위빙(Simple Weaving)과 삼각위빙(Triangular Weaving)을 위한 베지에르 스플라인(Bezier Spline)을 이용한 새로운 알고리즘을 제안하는 것에 관한 것이다.

일반적인 로봇용접시스템은 위빙동작을 위한 알고리즘을 사용한다.

위빙동작을 위한 알고리즘은 직선위빙운동과 삼각위빙운동을 위한 알고리즘으로 구성되며 곡선의 부드러운 정도를 조정하여 용접경로를 제어한다.

종래 위빙동작을 제어하기 위한 알고리즘에는 켓뮬 롬 커브(Catmull-Rom-Cur ve)를 이용한 알고리즘이 제안된바 있었다.

상기 알고리즘은 직선운동에서 곡선의 부드러운 정도를 나타내는 C라는 상수를 통해 곡선의 부드러운 정도를 조절할 수는 있지만, 한구간의 곡선을 얻기 위해서는 4개의 조정점을 이용한 2번의 계산이 필요하였으며, 또한 삼각위빙운동에서도 C라는 상수를 통해 곡선의 부드러운 정도를 조정하였으나 부드러운 정도를 나타내는 상수 C=0인 경우에는 완전한 삼각형 용접궤적을 나타내지만 나머지구간에서는 용접궤적이 실제 용접경로를 벗어나 용접하고자 하는 물체에 파고드는 단점이 있었으며 상수 C가 증가 할수록 실제 용접경로에서 많이 벗어나는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 직선위빙운동시 곡선의 부드러운 정도를 조정할 수 있고 4개의 조정점을 이용한 1번의 계산으로 한구간의 곡선을 얻을 수 있게하며, 삼각위빙운동에서는 삼각형 꼭지점 부근에서 곡선의 부드러운 정도를 조정하여 용접궤적이 실제용접 경로를 벗어나거나 용접물에 파고들지 않게 하는 알고리즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명 직선위빙운동을 나타내는 알고리즘의 개념도이며,

도 2는 본 발명 삼각위빙운동을 나타내는 알고리즘의 개념도이며

도 3은 본 발명 직선위빙운동의 플로우챠트이고,

도 4는 본 발명 삼각위빙운동의 플로우챠트이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 직선위빙운동을 나타내는 알고리즘의 개념도이고,

도 2는 본 발명 삼각위빙운동을 나타내는 알고리즘의 개념도이며,

도 3은 본 발명 직선위빙운동의 플로우챠트이고,

도 4는 본 발명 삼각위빙운동의 플로우챠트이다.

직선위빙운동 알고리즘은 시점(V₁(x₁, y₁, z₁)), 종점(V_n+1(x_n+1, y_n+1, z_n+1)), 참조점(Ref(x_R, y_R, z_R)), 진폭(d), 부드러운상수(q), 위빙횟수(n)은 사용자가 입력하는 값이다.

도 1에서와 같이 먼저 시점과 종점을 연결한의 단위 벡터인를 구한다.

를 이용하여 시점과 종점을 n등분하는 점 V_i(i=1,2,3…n+1)를 구한다.

V_i, V_i+1을 이용하여 V_i, V_i+1의 중점 M_i(i=1,2,3 … n)를 구하고, M_i와 ±q을 이용하여 P_i(i=1,2,3 … 2n)를 구한다.

또한, H좌표를 이용하여에 수직이면서 참조점을 지나는 단위벡터를 구한 후, d, P_i를 이용하여 k_i(i=1,2,3…2n)를 구한다.

시점과 종점을 n(n은 정수)등분한 첫번째 구간의 베지에르 스플라인 조정점들은 (V₁, k₂, k₃, V₂)로 이루어진다.

두번째 구간의 베지에르 스플라인 조정점들은 (V₂, k₃, k₄, V₃)로 이루어지며, 위빙방향은 앞구간의 위빙방향과 반대가 된다.

이렇게 반복하여 n번째 구간까지 구한 베지에르 스플라인을 연결하여 직선위빙운동을 완성한다.

삼각위빙운동 알고리즘은 a₁, b₁, c₁, d, c(smooth 상수), step은 사용자가 입력하는 값이다.

…………(1)

식 (1)과 같이 먼저 c₁, d를 연결한 벡터의 단위벡터를 구하고 식 (1)의 단위벡터를 이용하여 (a₁, a₂, … a_n), (b₁, b₂, … b_n), (c₁, c₂, … c_n)을 구한다.

…………(2)

…………(3)

…………(4)

…………(5)

그리고 식 (2), 식(4)에서 구한 단위벡터와 베지에르 스플라인의 부드러운 정도에 따라 (b₁, b₂, … b_n)으로 부터 식 (3), 식 (5)를 이용하여 (k₁₁, k₁₂, … k_1n), (k₂₁, k₂₂, … k_2n)을 구한다.

여기서 구한 점들은 모두 베지에르 스플라인의 조정점들이 된다.

첫번째 구간의 베지에르 스플라인 조정점들은 (a₁, k₁₁, k₂₁, c₂)가 된다.

첫번째 곡선과 두번째 곡선은 c₁과 a₂를 이용한 직선으로 연결된다.

이렇게 n번째 구간까지 반복하여 삼각운동을 완성한다.

이상에서 설명한 본 발명 알고리즘의 실시예를 설명한다.

얇은 모재의 용접시 사용되고 직선을 따라 용접방향과 직교하는 형태로 진동하는 직선위빙운동의 궤적생성은 시점, 종점, 참조점, 위빙횟수, 진폭, 위빙의 부드러움정도를 입력하는 단계, 단위벡터 u, V_i(위빙횟수에 의한 점들), M_i(각 위빙의 중점들), 단위벡터 e, 교차점 H, P_i(부드러운 정도에 따른 점들), k_i(진폭에 따른 점들)의 값을 계산하는 단계, 조정점 V_i{V₁, V₂, V₃… V_(n+1)}, 조정점 k_i{k₁, k₂, k₃… V_(2n)}의 데이터를 출력하는 단계, 출력된 데이터를 이용하여 각 구간의 조정점들을 4점씩 묶음 {V₁, k₁, k₂, V₂}, {V₂, k₃, k₄, V₃}, {V₃, k₅, k₆, V₄}, {V_n, k_(2n-1), k_(2n), V_(n+1)} 하는 단계, 각 구간의 조정점들을 이용하여 각 구간의 곡선을 그리고그 곡선들을 연결하는 단계로 구성되며,

두꺼운 모재의 용접(통상 두께가 20 ㎜이상 일 경우)시 사용되고, 모재에 면취부를 주어 면취부를 용접을 통해 메우는 삼각위빙운동의 궤적생성은 초기입력점들 a₁, b₁, c₁, d 및 삼각용접횟수(n), 곡선의 부드러운 정도(c)를 입력하는 단계, 벡터 u와 조정점 a_i, b_i, c_i및 벡터 u_k1, u_k2그리고 조정점 k_1i, k_2i를 계산하는 단계, 조정점 a_i, k_1i, k_2i, c_i를 출력하는 단계, 출력된 데이터를 이용하여 각 구간의 조정점들을 4점씩 묶음하는 단계, 각 구간의 조정점들을 이용하여 각 구간의 곡선을 완성하는 단계, 구간 구간의 곡선들을 직선으로 연결하는 단계, 삼각위빙궤적을 완성하는 단계로 구성된다.

이와 같이 본 발명은 계획되는 용접궤적과의 정확도나 계산량면에서 종래의 알고리즘에 비하여 우수하다.

즉 정확하면서도 계산량이 적어 작업시간을 줄일 수 있어 고속화 및 유연한 로봇동작을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 용접로봇의 용접경로를 생성하는 알고리즘에 있어서, 직선위빙운동의 궤적생성은 시점, 종점, 참조점, 위빙횟수, 진폭, 위빙의 부드러움정도를 입력하는 단계; 단위벡터 u, 위빙횟수에 의한 점들(V_i), 각 위빙의 중점들(M_i), 단위벡터 e, 교차점 H, 부드러운 정도에 따른 점들(P_i), 진폭에 따른 점들(k_i)의 값을 계산하는 단계; 조정점 V_i, 조정점 k_i의 데이터를 출력하는 단계; 출력된 데이터를 이용하여 각 구간의 조정점들을 4점씩 묶음하는 단계; 각 구간의 조정점들을 이용하여 각 구간의 곡선을 그리고 그 곡선들을 연결하는 단계로 구성되며,

   삼각위빙운동의 궤적생성은 초기입력점들 a₁, b₁, c₁, d 및 삼각용접횟수(n), 곡선의 부드러운 정도(c)를 입력하는 단계; 벡터 u와 조정점 a_i, b_i, c_i및 벡터 u_k1, u_k2그리고 조정점 k_1i, k_2i를 계산하는 단계; 조정점 a_i, k_1i, k_2i, c_i를 출력하는 단계; 출력된 데이터를 이용하여 각 구간의 조정점들을 4점씩 묶음하는 단계; 각 구간의 조정점들을 이용하여 각 구간의 곡선을 완성하는 단계; 구간 구간의 곡선들을 직선으로 연결하는 단계; 삼각위빙궤적을 완성하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 6축 수직다관절 로봇의 용접경로 생성방법.