KR20060094894A - 로봇 궤적 제어 방법 및 장치와 로봇 궤적 제어 방법의프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

로봇 궤적 제어 방법 및 장치와 로봇 궤적 제어 방법의프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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KR20060094894A
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가츠지 이가라시
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 재교시(再敎示)에 의해 데이터를 생성하는 경우, 효율이 좋은 로봇 궤적 제어 방법, 장치 등을 실현하기 위한 것으로, 로봇(100) 외부의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여 로봇(100)이 갖는 단부 툴(end tool)(101)의 위치 및 자세를 산출하는 공정과, 로봇(100) 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 툴(101)의 위치 및 자세를, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 툴(101)의 위치 및 자세로 변환하는 공정을 궤도 제어 데이터 생성 수단(1D)이 갖는다.

Description

로봇 궤적 제어 방법 및 장치와 로봇 궤적 제어 방법의 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{ROBOT LOCUS CONTROL METHOD AND APPARATUS, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM STORING PROGRAM OF ROBOT LOCUS CONTROL METHOD}
도 1은 실시예 1의 로봇 궤적 제어 장치를 중심으로 한 구성도,
도 2는 로봇(100)과 각 좌표계의 관계를 나타내는 도면,
도 3은 본 실시예에서 이용하는 행렬을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 궤적 제어 수단 1A : 교시 신호 처리부
1B : 위치·자세 설정부 1C : 위치·자세 보간부
1D : 궤도 제어 데이터 생성부 1E : 관절 위치 연산부
1F : 신호 출력 처리부 2 : 데이터 기억 수단
3 : 입력 설정 수단 10 : 로봇 궤적 제어 장치
100 : 로봇 101 : 단부 툴(end tool)
200 : 외부 고정 툴 300 : 워크피스(workpiece)
본 발명은, 예컨대, 가공용 공구를 로봇 주변에 고정하여, 로봇(manipulator)에 가공 대상물을 파지(grip, sandwich)시키고, 로봇의 위치 및 자세를 제어해서 가공 대상물을 이동시켜 가공하기 위한 로봇 궤적 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 여러 가지 종류의 로봇이 이용되어, 물건을 가공하고 있다. 로봇의 가공 방법에 대해서도 여러 가지가 있고, 예컨대, 로봇의 단부에 장착한 단부 효과기(end effector)(이하, 단부 툴이라 함)에 가공 대상물(이하, 워크피스라 함)을 파지시켜, 로봇 외부에 고정한 공구(이하, 외부 고정 툴이라 함)에 대하여, 로봇에 의해 워크피스를 이동시켜 가공하는 방법도 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 통상, 로봇을 이용하여 워크피스를 가공하기 전에, 가공 시에 있어서의 로봇(워크피스)의 궤적을 제어하기 위해, 가공 작업 개시 위치, 종료 위치 등을 로봇 제어 장치에 교시(teaching)하여, 좌표 데이터 등을 생성하는 작업이 행해진다.
(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 공보 평2-82302호
종래부터, 교시(敎示)에 근거하여 좌표 데이터 등을 생성할 때, 기준으로 하는 좌표계로서, 예컨대, 로봇이 설치되어 있는 베이스부(플랫폼) 위의 점을 원점, XY 평면으로 하는 로봇 베이스 좌표계를 이용하고 있다. 교시에 의해 얻어진 데이터는 데이터가 로봇 베이스 좌표계와 밀접하게 관계하기 때문에, 그 위치에 설치되어 있는 그 로봇 고유의 데이터로서 정의된다. 따라서, 유지 보수에 의한 설치 편차, 로봇의 기체 변경 등의 때에는, 교시를 재차 실행하여, 많은 데이터를 재차 생성해서 고칠 필요가 있었다. 그 때문에, 유지 보수 등을 했을 때의 복구에 시간이 걸린다고 하는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은, 재차, 교시 작업을 하여 데이터를 생성하는 경우 등에 있어서, 그 시간을 될 수 있는 한 단축하는 등, 작업의 효율을 높일 수 있는 로봇 궤적 제어 방법, 장치 등을 실현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 로봇 궤적 제어 방법은, 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇 외의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여, 단부 효과기의 위치와 가공 대상물을 가공하는 고정 툴에 근거하여 설정한 외부 제어점과의 위치 관계를 산출하고, 또한 단부 효과기의 자세를 산출하는 공정과, 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세를, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 변환하는 공정을 갖는다.
본 발명에 의하면, 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇 외의 고정점에 로컬 좌표계를 설정하고, 단부 효과기와 외부 제어점의 위치 관계 등, 로봇의 동작에 관계하는, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 하여, 로봇 베이스 좌표계로의 변환을 연산에 의해 구할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 해도, 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 대하여 수정하는 것만으로도, 재교시의 시간을 삭감하고, 시간 단축 등, 복구 작업을 효율적으로 실행할 수 있다. 특히 가공 대상물을 로봇의 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 경우는, 교시작업이 많아, 가공 시에 로봇에 복잡한 동작을 하게 하는 일이 많으므로, 효과적으로 시간 단축 등을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로봇 궤적 제어 방법은, 로봇의 교시 작업에 의해 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 로봇의 단부 효과기 상에 설정한 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축(軸) 방향을, 로봇 외부의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 해서 교시 데이터를 생성하는 공정과, 교시 데이터에 근거하여, 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 로봇 외부의 외부 제어점의 위치에 관한 데이터를 생성하는 공정과, 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치에 관한 데이터에 근거하여, 동작 개시로부터 동작 종료에 이르는 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치 데이터를 보간하여 생성하고, 각 보간한 위치에 있어서의 단부 효과기의 자세 데이터를 로컬 좌표계를 기준으로 하여 생성하는 공정과, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치를 산출하고, 또한, 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계로부터, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터를 생성하는 공정을 갖는다.
본 발명에 의하면, 교시 작업에서 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하고, 교시 데이터에 근거하여 외부 제어점의 위치를 단부 툴 좌표계에서 산출하여 보간하고, 단부 효과기의 위치 및 자세를 로컬 좌표계, 그리고, 로컬 좌표계와 로봇 베이스 좌표계의 관계에 근거하여 연산하며, 로봇 베이스 좌표계로 나타내도록 하는 것에 의해, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 하여도, 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 대하여 수정하는 것만으로도, 재교시의 시간을 삭감하고, 시간 단축 등, 복구 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로봇 궤적 제어 장치는 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇 외의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여, 단부 효과기의 위치와 가공 대상물을 가공하는 고정 툴에 근거하여 설정한 외부 제어점의 위치 관계를 산출하고, 또한 단부 효과기의 자세를 산출하며, 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세를, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 변환하는 궤도 제어 데이터 생성 수단을 구비한다.
본 발명에 의하면, 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇 외부의 고정점에 로컬 좌표계를 설정하고, 단부 효과기와 외부 제어점의 위치 관계 등, 로봇의 동작에 관계하는, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 하여, 로봇 베이스 좌표계에의 변환을 궤도 제어 데이터 생성 수단의 연산에 의해 구할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 해도, 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 대하여 수정하는 것만으로도, 재교시의 시간을 삭감하고, 시간 단축 등, 복구 작업을 효율적으로 실행할 수 있다. 특히 가공 대상물을 로봇의 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 경우는, 교시 작업이 많아, 가공 시에 로봇에 복잡한 동작을 하게 하는 일이 많으므로, 효과적으로 시간 단축 등을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로봇 궤적 제어 장치는, 로봇의 교시 작업에 의해 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 로봇의 단부 효과기 상에 설정한 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 로봇 외부의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하는 교시 신호 처리 수단과, 교시 데이터에 근거하여, 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 로봇 외부의 외부 제어점의 위치에 관한 데이터를 생성하는 위치·자세 설정 수단과, 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치에 관한 데이터에 근거하여, 동작 개시로부터 동작 종료에 이르는 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치 데이터를 보간하여 생성하고, 각 보간한 위치에 있어서의 단부 효과기의 자세 데이터를 로컬 좌표계를 기준으로 하여 생성하는 보간 수단과, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치를 산출하며, 또한, 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계로부터, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터를 생성하는 궤도 제어 데이터 생성 수단을 구비한다.
본 발명에 의하면, 교시 신호 처리 수단이, 교시 작업에서 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로서 교시 데이터를 생성하고, 위치·자세 설정 수단이 교시 데이터에 근거하여 외부 제어점의 위치를 단부 툴 좌표계에서 산출하여, 보간 수단이 보간하고, 궤도 제어 데이터 생성 수단이 단부 효과기의 위치 및 자세를 로컬 좌표계, 그리고, 로컬 좌표계와 로봇 베이스 좌표계의 관계에 근거하여 로봇 베이스 좌표계로 나타내도록 했으므로, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 해도, 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 대하여 수정하는 것만으로도, 재교시의 시간을 삭감하고, 시간 단축 등, 복구 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로봇 궤적 제어 방법의 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는, 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇 외부의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여, 단부 효과기의 위치와 가공 대상물을 가공하는 고정 툴에 근거하여 설정한 외부 제어점의 위치 관계를 산출하고, 또한 단부 효과기의 자세를 산출하는 공정과, 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세를, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 변환하는 공정을 컴퓨터로 행하게 한다.
본 발명에 의하면, 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇 외부의 고정점에 로컬 좌표계를 설정하고, 단부 효과기와 외부 제어점의 위치 관계 등, 로봇의 동작에 관계하는, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 하여, 로봇 베이스 좌표계로의 변환을 컴퓨터 연산에 의해 구할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 해도, 재교시의 시간을 삭감하고, 시간 단축 등, 복구 작업을 효율적으로 실행할 수 있다. 특히 가공 대상물을 로봇의 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 경우는, 교시 작업이 많아, 가공 시에 로봇에 복잡한 동작을 하게 하는 일이 많으므로, 효과적으로 시간 단축 등을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 로봇 궤적 제어 방법의 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 로봇의 교시 작업에 의해 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 로봇의 단부 효과기 상에 설정한 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 로봇 외부의 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하는 공정과, 교시 데이터에 근거하여, 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 로봇 외부의 외부 제어점의 위치에 관한 데이터를 생성하는 공정과, 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치에 관한 데이 터에 근거하여, 동작 개시로부터 동작 종료에 이르는 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치 데이터를 보간하여 생성하고, 각 보간한 위치에 있어서의 단부 효과기의 자세 데이터를 로컬 좌표계를 기준으로 하여 생성하는 공정과, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터에 근거하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치를 산출하고, 또한, 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계로부터, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터를 생성하는 공정을 컴퓨터로 행하게 한다.
본 발명에 의하면, 교시 작업에서 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하고, 교시 데이터에 근거하여 외부 제어점의 위치를 단부 툴 좌표계로 산출하여 보간하며, 단부 효과기의 위치 및 자세를 로컬 좌표계, 그리고, 로컬 좌표계와 로봇 베이스 좌표계의 관계에 근거하여 연산하고, 로봇 베이스 좌표계로 나타내도록 하는 것에 의해, 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 해도, 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계의 관계에 대하여 수정하는 것만으로도, 재교시의 시간을 삭감하고, 시간 단축 등, 복구 작업을 효율적으로 실행할 수 있다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 궤적 제어 장치를 중심으로 하는 시 스템을 나타내는 도면이다. 본 실시예의 로봇 궤적 제어 장치(10)는 궤적 제어 수단(1), 데이터 기억 수단(2) 및 입력 설정 수단(3)으로 구성되어 있다. 로봇 궤적 제어 장치(10)는 구동 신호를 출력하여, 로봇(100)의 각 관절(축)의 위치 및 자세를 제어한다. 이에 따라, 로봇(100)의 단부 툴(101)에 파지 등 된 워크피스(300)의 위치 및 자세도 제어된다. 본 실시예는, 예컨대, 직방체의 워크피스(300)의 한 변(선분)을 가공하는 작업을 하는 것으로 한다. 그 때문에, 외부 고정 툴(200)의 가공점이 워크피스(300) 상의 가공 작업의 동작 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 직선으로 상대 이동하는 궤적으로 되도록, 로봇(100)의 위치 및 자세를 제어하는 처리를 행한다. 여기서, 외부 고정 툴(200)의 선단 부분을 가공점으로 하고, 가공점이 후술하는 연산에서 설정되는 외부 제어점으로 되는 것으로 한다.
궤적 제어 수단(1)은 교시 신호 처리부(1A), 위치·자세 설정부(1B), 위치·자세 보간부(1C), 궤도 제어 데이터 생성부(1D), 관절 위치 연산부(1E) 및 신호 출력 처리부(1F)로 구성된다. 교시 신호 처리부(1A)는 로봇(100)에 의한 교시 작업(교시점 설정 등)을 행하는 것에 의해 입력 설정 수단(3)으로부터 송신되는 교시 신호에 근거하는 데이터(이하, 교시 데이터라 함)를 생성한다. 그리고, 위치·자세 설정부(1B)는 교시 데이터에 근거하여 단부 툴(101)의 위치 및 자세에 관한 설정을 행한다. 본 실시예에서는, 동작 개시 및 종료에 있어서의, 단부 툴(101)로 설정한 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 외부 제어점의 위치에 관한 연산을 행하여, 개시 데이터 및 종료 데이터로서 설정한다. 또한, 위치·자세 보간부(1C)는 위치·자세 설정부(1B)의 연산으로 얻어진 개시 데이터 및 종료 데이터에 근거하여 보간 처리 를 행하고, 보간점에서의 단부 툴(101)의 위치 및 자세를 나타내는 보간 데이터를 생성한다. 궤도 제어 데이터 생성부(1D)는 개시 데이터 및 종료 데이터 및 보간 데이터에 근거하여 궤도 제어 데이터를 생성한다. 또한 관절 위치 연산부(1E)는 산출한 궤도 제어 데이터에 근거하여 로봇(100)이 구비하고 있는 각 관절(축)의 위치(관절각의 위치)를 데이터(이하, 관절 데이터라 함)로서 산출한다. 신호 출력 처리부(1F)는 관절 데이터를 포함하는 구동 신호를 로봇(100)에 출력하여, 로봇(100)을 구동시킨다.
여기서, 본 실시예에서는, 예컨대, CPU를 중심으로 하는 제어 처리 장치에 의해 궤적 제어 수단(1)을 실현하는 것으로 하고, 제어 처리 장치 각각의 부분이 행하는 처리를 실행하는 것으로 한다. 이 경우, 예컨대, 각 부분이 처리하는 수순이 프로그램으로서 데이터 기억 수단(2)에 기억되어 있다.
데이터 기억 수단(2)은 궤적 제어 수단(1)이 처리를 하기 위해 필요하게 되는 데이터가 기억되어 있다. 후술하는 바와 같이, 특히 위치·자세 설정부(1B), 위치·자세 보간부(1C) 및 궤도 제어 데이터 생성부(1D)에 의해, 교시 데이터에 근거하여 궤적 제어 데이터를 생성하기 위해 필요해지는, 로봇 베이스 기준 좌표계, 제 1 로컬 좌표계, 제 2 로컬 좌표계, 단부 툴 좌표계, 외부 제어점 좌표계에 관해 정의한 데이터 및 외부 제어점(외부 고정 툴(200))에 대한 데이터를 기억한다. 입력 설정 수단(3)은 로봇(100)의 교시 작업에 의한 교시 신호를 생성한다. 또한, 예컨대, 키보드 등의 데이터 입력 수단을 입력 설정 수단(3)으로서 이용하여, 수치 등의 데이터를 입력하여 교시 신호를 생성하여도 좋다.
로봇(100)에 대해서는, 예컨대, 6축 수직 다관절 로봇, 스칼라 로봇 등, 여러 가지 종류가 있지만, 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 외부 고정 툴(200)에 대해서도, 예컨대, 용접용 공구 등, 그 종류, 용도 등은 관계없다. 워크피스(300)에 대해서도 마찬가지이다.
도 2는 로봇(100)과 각 좌표계의 관계를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 궤적 제어 수단(1)의 처리에 대하여 설명하기 전에, 데이터 기억 수단(2)에 기억되어 있는 좌표계의 정의(설정)에 대하여 설명한다. 로봇 베이스 좌표계에 대해서는, 로봇(100)이 설치되어 있는 베이스부가 있는 위치(예컨대, 중심점)를 기준점(원점), 예컨대, 플랫폼을 XY 평면으로서 정의한다.
다음에 로컬 좌표계에 대하여 정의한다. 본 실시예에서는, 단부 툴 및 외부 제어점의 각각에 로컬 좌표계를 정의하지만, 통일된 로컬 좌표계를 정의하여도 좋다. 각 로컬 좌표계는 로봇 베이스 좌표계를 병진(평행 이동) 및/또는 회전하여 정의한, 로봇 외의 고정점을 원점으로 하는 임의의 좌표계이다. 고정점에 로컬 좌표계를 정의함으로써, 단부 툴과 외부 제어점의 위치 관계, 단부 툴, 외부 제어점의 위치, 자세 등, 로봇(100)의 동작에 관한 좌표 등의 데이터에 대하여, 로컬 좌표계를 기준으로 한 데이터를 생성할 수 있도록 하여 두면, 로봇(100)의 기종, 설치 조건 등에 의해 변경되는 로봇 베이스 좌표계에 의존하지 않아도 좋고, 동작에 관한 위치 관계를 확정할 수 있다. 예컨대, 유지 보수 후에 로봇(100)의 설치 편차 등이 있었다고 해도, 로컬 좌표계와 로봇 베이스 좌표계의 관계(후술하는 바와 같이, 동차 변환 행렬 등)를 수정하는 것만으로도, 시간을 단축하고, 효율이 좋은 복구 작업을 할 수 있다.
도 3은 본 실시예에서 이용하는 행렬을 개념적으로 나타낸 것이다. 제 1 로컬 좌표계는 외부 고정 툴(200)에 근거하여 설정하는 외부 제어점의 위치(외부 제어점 좌표계의 원점으로 함) 및 자세(외부 제어점 좌표계의 각 축 방향과 관련됨)를 데이터로서 설정하기 위해 이용한다(본 실시예에서는, 외부 고정 툴(200)은 고정되어 있으므로 외부 제어점 좌표계의 원점, 각 축 방향은 고정됨). 예컨대, 외부 고정 툴(200)의 설치 위치 주변에 위치하는 장치에 대하여 정의한 좌표계를 제 1 로컬 좌표계로 할 수 있다. 여기서, 본 실시예에서는, 제 1 로컬 좌표계를 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 정의했을 때의 동차 변환 행렬을 도 3(a)과 같이 OTL1(4×4 행렬)로 나타내는 것으로 한다. 또한, 이 동차 변환 행렬에 포함되는 회전 요소에 관한 행렬(여기서는 회전 행렬이라 함)을 도 3(b)와 같이 ORL1(3×3 행렬)로 나타낸다. 그리고, 제 1 로컬 좌표계에 있어서의 외부 제어점의 위치를 본 실시예에서는, L1PE로 나타낸다. 여기서, L1PE를 비롯하여, 본 실시예에서 위치를 나타내는 행렬(벡터)에 대하여, 회전 요소에 관한 행렬과의 연산을 행하는 경우는 도 3(c)와 같이 3×1 행렬로 하고, 동차 변환 행렬과의 연산을 하는 경우는 4행째에 "1"을 추가하여 4×1 행렬로 한다. 동차 변환 행렬과 회전 행렬 연산의 경우도 마찬가지로 조정해야 한다.
한편, 제 2 로컬 좌표계는 단부 툴(101)의 위치 및 자세를 설정하기 위해 이 용한다. 예컨대, 워크피스가 적재되는 트레이에 대하여 정의한 좌표계를 제 2 로컬 좌표계로 할 수 있다. 제 1 로컬 좌표계와 마찬가지로, 본 실시예에서는, 제 2 로컬 좌표계를 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 정의했을 때의 동차 변환 행렬을 OTL2(4×4 행렬)로 나타내는 것으로 한다. 또한, 이 동차 변환 행렬에 포함되는 회전 요소에 관한 행렬을 ORL2(3×3 행렬)로 나타낸다. 단부 툴 좌표계는 로봇(110)이 갖는 단부 툴(101) 상의 임의 위치(예컨대, 중심 위치)를 원점으로 하여 정의한 좌표계이다. 여기서 단부 툴 좌표계의 원점이 단부 툴(101)의 위치로 되어, 각 축 방향과 단부 툴(101)의 자세가 관련하고 있는 것으로 한다.
다음에 본 실시예의 궤적 제어 수단(1)의 처리에 대하여, 특히 위치·자세 설정부(1B), 위치 자세 보간부(1C) 및 궤도 제어 데이터 생성부(1D)에서의 처리를 중심으로 설명한다. 우선, 교시 신호 처리부(1A)는 로봇(100)에 교시하는 것에 의해 송신되는 교시 신호에 근거하여, 워크피스의 가공 개시 및 종료 위치 및 자세에 대하여 제 2 로컬 좌표계를 기준으로 정의하는 처리를 행한다. 이 때, 개시 위치, 자세를 나타내는 행렬을 각각 L2PS, L2RTS로 하고, 종료 위치, 자세를 나타내는 행렬(벡터)을 각각 L2PD, L2RTD로 한다.
위치·자세 설정부(1B)는 가공 개시 시 및 종료 시의 단부 툴 좌표계에 있어서의 외부 제어점의 위치를 산출한다. 개시 시의 단부 툴 좌표계에 있어서의 외부 제어점의 위치를 T(TS)PE라고 하면, T(TS)PE는 다음 식 (1) 및 (2)로 표시된다. 여기서, 단부 툴 좌표계의 축 방향은 가공 개시에 있어서의 단부 툴(101)의 자세에 의존한다. 또한, OPSE는 로봇 베이스 좌표계에 있어서의 가공 개시 위치로부터 외부 제어점을 향하는 벡터를 나타낸다. 또한, 예컨대, (ORL2)-1은 ORL2의 역행열인 것을 나타낸다.
Figure 112006013279620-PAT00001
마찬가지로 해서, 가공 종료 시의 단부 툴 좌표계에 있어서의 외부 제어점의 위치를 T(TD)PE라고 하면, T(TD)PE는 다음 식 (3) 및 (4)로 표시된다. 여기서, 단부 툴 좌표계의 축 방향은 가공 종료에 있어서의 단부 툴(101)의 자세에 의존한다. 또한, OPDE는 로봇 베이스 좌표계에 있어서의 가공 종료 위치로부터 외부 제어점을 향하는 벡터를 나타낸다.
Figure 112006013279620-PAT00002
그리고, 위치·자세 보간부(1C)에서는, 위치·자세 설정부(1B)가 산출한 가공 개시 시 및 종료 시의 단부 툴 좌표계에 있어서의 외부 제어점의 위치에 근거하여, 순차 연산을 행하여 보간 데이터를 생성한다. 보간 데이터를 생성하기 위한 연산 방법(알고리즘)에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 여기서, 산출된 임의 보간 데이터에 있어서, 단부 툴 좌표계에 있어서의 외부 제어점의 위치를 T(TC)PE로 한다. 그리고, 자세에 대하여 제 2 로컬 좌표계를 기준으로 L2RTC로 나타낸다. 이 때, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 툴(101)의 위치(단부 툴 좌표계의 원점)를 OPTC로 하고, 그 자세(단부 툴 좌표계의 축 방향)를 ORTC라고 하면, 궤도 제어 데이터로 되는 OPTC, ORTC는 각각 다음 식 (5) 및 (6)으로 표시된다. 궤도 제어 데이터 생성부(1D)는 식 (5) 및 (6)에 근거하여 궤도 제어 데이터를 생성한다. 또, 위치를 구하는 방법에 대하여, 최종적으로 그 위치(벡터)가 옳으면 식 (5)에 한정되는 것은 아니다. 또한, 식 (5)에 있어서는 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 OPTC의 산출을 하고 있지만, 식 (5)는 기준 좌표계를 단부 툴 좌표계로부터 로컬 좌표계로 변환하는 연산과 로컬 좌표계로부터 로봇 베이스 좌표계로 변환하는 연산이 포함되어 있다.
Figure 112006013279620-PAT00003
관절 위치 연산부(1E)는 궤도 제어 데이터에 근거하여 역운동학 계산(calculation of inverse kinematics)을 하여, 단부 툴(101)(워크피스(300))을 소망 위치 및 자세로 하기 위한 로봇(100)에 있는 각 관절(축)의 위치(관절각 위치)를 관절 데이터로서 산출한다. 이것을 다음 식 (7)로 나타낸다. 역운동학 계산이 란, 단부 툴(101)의 위치 및 자세로부터 관절 변위(회전, 병진(translatory operation))를 산출하기 위한 계산이다. 역운동학 계산에 근거하여 관절 데이터를 생성하는 방법은 축 개수 등, 로봇(100)의 종류 등에 의해 식(式) 등이 다르기 때문에, 여기서는 상세를 생략한다.
Figure 112006013279620-PAT00004
신호 출력 처리부(1F)는, 관절 데이터에 따라, 로봇(100)을 구동시키기 위한 구동 신호를 로봇(100)에 출력한다. 로봇(100)은 구동 신호에 근거하여 각 관절을 회전하여 구동한다.
이상과 같이 실시예 1에 의하면, 로봇(100) 외의 고정점에 제 1 및 제 2 로컬 좌표계를 설정하고, 워크피스(300)를 파지하는 단부 툴(101)의 위치 및 자세, 외부 제어점(워크피스(300)를 가공하는 외부 고정 툴(200))의 위치를 각각 제 1 및 제 2 로컬 좌표계로 설정하고, 교시 신호에 근거하여, 교시 신호 처리부(1A), 위치·자세 설정부(1B), 위치·자세 보간부(1C) 및 궤도 제어 데이터 생성부(1D)가 처리를 하여 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 툴(101)의 위치, 자세를 나타내는 궤도 제어 데이터를 생성하는 것에 의해, 로봇(100)의 동작에 관한, 단부 툴(101)의 위치 및 자세, 외부 제어점의 위치, 이들의 위치 관계가 로봇 베이스 좌표계에 직접 의존하지 않도록 할 수 있다. 그 때문에, 예컨대, 유지 보수에 의해 로봇의 위치 편차가 발생했다고 해도, 로봇(100)의 동작에 관한 단부 툴(101)과 외부 제어점의 관계는 변하지 않는다. 따라서, 복구 작업 시 등에 있어서는, 로봇 베이스 좌표계와 로컬 좌표계 사이의 위치 관계(동차 변환 행렬)를 변경하는 것만으로, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 툴(101)의 위치 및 자세를 도출해 낼 수 있다. 또한, 동작에 관한 위치 관계 등은 별도의 로봇에도 적용할 수 있으므로, 각 로봇 고유로 정의할 필요가 없고, 범용화를 도모할 수 있어, 교시 작업의 효율화를 도모할 수 있다. 이것은 복잡한 동작을 행하게 하기 위해 많은 교시를 행하는, 외부 고정 툴(200)에 대하여 로봇(100)이 워크피스(300)를 이동시켜 가공하는 경우에 특히 효과적이다.
(실시예 2)
상술한 실시예에서는, 로컬 좌표계로서 제 1 및 제 2 로컬 좌표계를 설정하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 통일된 로컬 좌표계를 설정할 수 있다. 이 경우, 식 (1)∼(4)에 있어서는, 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 하는 동차 변환 행렬 등을 이용하는 일없이, 로컬 좌표계를 기준으로 하여 T(TS)PE 및 T(TD)PE를 산출할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 단부 툴(101), 외부 제어점과 로봇 베이스 좌표계의 관계를 각각 제 1, 제 2 로컬 좌표계를 통해 나타내도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 단부 툴(101), 외부 제어점의 위치, 자세를, 다단의 로컬 좌표계를 변환하여 나타내도록 하여도 좋다.
(실시예 3)
상술한 실시예에서는, 직선 형상으로 가공하기 위한 궤적을 그리는 구동을 로봇(100)에 행하게 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 교시점을 증가시키는 것에 의해, 원호 궤도, 자유 곡선 궤도 등의 궤도를 배워, 보다 복잡한 궤적을 그리는 제어를 할 수 있다. 특히 본 발명은 교시점이 많을수록 복구 작업의 시간 단축 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 외부 고정 툴(200)이 고정되어 있으므로, 외부 제어점이 이동, 회전되지 않았지만, 본 발명은 외부 제어점이 이동, 회전하는 경우에도 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 재차, 교시 작업을 하여 데이터를 생성하는 경우 등에 있어서, 그 시간을 될 수 있는 한 단축하는 등의 작업 효율을 높일 수 있는 로봇 궤적 제어 방법 및 장치 등을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 가공 대상물을 단부 효과기(end effector)에 파지시켜 이동시키는 로봇의 외부 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여, 상기 단부 효과기의 위치와 상기 가공 대상물을 가공하는 고정 툴에 근거해서 설정한 외부 제어점과의 위치 관계를 산출하고, 또한 상기 단부 효과기의 자세를 산출하는 공정과,
    상기 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 상기 로컬 좌표계의 관계에 근거하여, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세를, 상기 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세로 변환하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 로봇 궤적 제어 방법.
  2. 로봇의 교시 작업에 의해 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 상기 로봇의 단부 효과기 상에 설정한 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 상기 로봇의 외부 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하는 공정과,
    상기 교시 데이터에 근거하여, 상기 동작 개시 및 상기 동작 종료에 있어서의 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 로봇 외부의 외부 제어점의 위치에 관한 데이터를 생성하는 공정과,
    상기 동작 개시 및 상기 동작 종료에 있어서의, 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치에 관한 데이터에 근거하여, 상기 동작 개시로부터 상기 동작 종료에 이르는 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치 데이터를 보간해서 생성하고, 각 보간한 위치에 있어서의 상기 단부 효과기의 자세 데이터를 상기 로컬 좌표계를 기준으로 하여 생성하는 공정과,
    상기 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터에 근거하여, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치를 산출하고, 또한, 상기 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 상기 로컬 좌표계의 관계로부터, 상기 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터를 생성하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 로봇 궤적 제어 방법.
  3. 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇의 외부 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여, 상기 단부 효과기의 위치와 상기 가공 대상물을 가공하는 고정 툴에 근거하여 설정한 외부 제어점과의 위치 관계를 산출하고, 또한, 상기 단부 효과기의 자세를 산출하며, 상기 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 상기 로컬 좌표계의 관계에 근거해서, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세를, 상기 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세로 변환하는 궤도 제어 데이터 생성 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 궤적 제어 장치.
  4. 로봇의 교시 작업에 의해 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 상기 로봇의 단부 효과기 상에 설정한 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 상기 로봇의 외부 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하는 교시 신호 처리 수단과,
    상기 교시 데이터에 근거하여, 상기 동작 개시 및 상기 동작 종료에 있어서의 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 로봇 외부의 외부 제어점의 위치에 관한 데이터를 생성하는 위치·자세 설정 수단과,
    상기 동작 개시 및 상기 동작 종료에 있어서의, 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치에 관한 데이터에 근거하여, 상기 동작 개시로부터 상기 동작 종료에 이르는 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치 데이터를 보간해서 생성하고, 각 보간한 위치에 있어서의 상기 단부 효과기의 자세 데이터를 상기 로컬 좌표계를 기준으로 하여 생성하는 보간 수단과,
    상기 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터에 근거하여, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치를 산출하고, 또한, 상기 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 상기 로컬 좌표계의 관계로부터, 상기 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터를 생성하는 궤도 제어 데이터 생성 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 궤적 제어 장치.
  5. 가공 대상물을 단부 효과기에 파지시켜 이동시키는 로봇의 외부 고정점에 근거하여 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 하여, 상기 단부 효과기의 위치와 상기 가공 대상물을 가공하는 고정 툴에 근거해서 설정한 외부 제어점과의 위치 관계를 산출하고, 또한 상기 단부 효과기의 자세를 산출하는 공정과,
    상기 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 상기 로컬 좌표계의 관계에 근거해서, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 한 단부 효과기의 위치 및 자세를, 상기 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세로 변환하는 공정
    을 컴퓨터에게 행하게 하는 것을 특징으로 하는 로봇 궤적 제어 방법의 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  6. 로봇의 교시 작업에 의해 얻어진 동작 개시 및 동작 종료에 있어서의, 상기 로봇의 단부 효과기 상에 설정한 단부 툴 좌표계의 위치 및 각 축 방향을, 상기 로봇의 외부 고정점에 근거해서 설정한 로컬 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세로 하여 교시 데이터를 생성하는 공정과,
    상기 교시 데이터에 근거하여, 상기 동작 개시 및 상기 동작 종료에 있어서의 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 로봇 외부의 외부 제어점의 위치에 관한 데이터를 생성하는 공정과,
    상기 동작 개시 및 상기 동작 종료에 있어서의, 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치에 관한 데이터에 근거해서, 상기 동작 개시로부터 상기 동작 종료에 이르는 상기 단부 툴 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치 데이터를 보간해서 생성하고, 각 보간한 위치에 있어서의 상기 단부 효과기의 자세 데이터를 상기 로컬 좌표계를 기준으로 하여 생성하는 공정과,
    상기 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터에 근거하여, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 한 상기 외부 제어점의 위치를 산출하고, 또한, 상기 로봇 상에 설정한 로봇 베이스 좌표계와 상기 로컬 좌표계의 관계로부터, 상기 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 한 상기 단부 효과기의 위치 및 자세 데이터를 생성하는 공정
    을 컴퓨터에게 행하게 하는 것을 특징으로 하는 로봇 궤적 제어 방법의 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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