KR20080032111A - 복수개의 관절 요소와 암 형상을 결정하기 위한 수단을구비한 로봇 암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 암에 관한 것으로, 복수개의 관절 요소(12)와, 암이 팁 종동 이동을 위한 S자 곡선 모양으로 되도록 상기 관절 요소(12a, 12b, 12c)의 위치를 제어하는 제어 수단(6)을 포함한다. 상기 관절 요소의 적어도 일부의 상대 위치를 직접 측정하는 수단(2)은 이론적인 형상에서 이탈된 편차를 계산해서 교정값을 상기 암 제어 수단에 교정값을 적용하기 위하여 제공된다.

로봇 암, 팁 종동 이동, 사형 전진

Description

복수개의 관절 요소와 암 형상을 결정하기 위한 수단을 구비한 로봇 암{ROBOTIC ARM COMPRISING A PLURALITY OF ARTICULATED ELEMENTS AND MEAND FOR DETERMINING THE SHAPE OF THE ARM}

본 발명은 로봇 암에 관한 것으로, 특히 '팁 종동(Tip following)' 능력을 가진 로봇 암에 관한 것이다.

로봇 분야에서는 팁 종동 능력 즉, 암이 뱀과 같은 방식으로 자체 길이 방향으로 전진하는 능력을 가진 로봇 암을 개발하여 왔다. 그러한 암은 작업부하나 도구를 옮길 수 있고, 제트 엔진의 내부 부품과 같이 접근이 제한된 장치를 검사하는 데 사용될 수 있다.

일반적으로, 팁 종동 장치는 내시경의 형태로 의학 분야에 널리 사용되고, 기압계와 같은 산업에도 어느 정도 사용된다. 그러나, 이러한 팁 종동 장치는 작업 헤드나 검사 장치를 주어진 과제를 수행하게 될 적절한 위치까지 안내함에 있어서는 외부 환경에 의존하고 있다. 내시경의 주요부는 실질적으로 수동적이고 팁 종동 장치를 안에서 이동할 수 있게 하는 오리피스나 도관에 의해서는 오로지 안내만 이루어지고 있다는 사실에서 보면, 내시경은 보통 본체 오리피스에 의해 가이드되는 한편, 일정 크기의 제어가 내시경의 말단에서 실행된다.

로봇 암용 팁 종동 기술에 있어서의 주요 진보 기술은 본 출원인의 계류중 출원인 국제 특허 공보 제 WO 02/16995호에 설명되어 있다. 이 출원에 설명하고 청구하고 있는 로봇 암은 복수 개의 길이 방향 분절을 포함하여 구성되고, 상기 각 분절은 복수개의 수동 링크를 포함한다. 각 분절의 끝단은 와이어에 의해 가이드되고, 이에 따라 와이어의 길이를 변화시킴으로써 상기 암이 구부러질 수 있게 된다. 전형적인 암에서, 분절의 수를 4 내지 20개, 분절 각각은 10 내지 20개의 링크를 갖는 것이 가능하다. 각 분절에 대하여 콘트롤 와이어로 장력을 조절함으로써, 상기 암이 움직여 여러 가지 공간적 형상과 형태를 취할 수 있다. 콘트롤 와이어를 모터를 이용하여 스핀들에 권취함으로써 상기한 예를 실행할 수 있다. 예를 들면 상기 모터는 컴퓨터 제어 시스템에 의해 제어된다.

상기 암은 베이스에 장착되고, 목표물을 향하여 전진하며, 그 전진 중에 형상은 지속적으로 팁을 따라가며 변화한다. 이러한 암에 의하면, 링크들의 관절 연결은 콘트롤 와이어의 각각에 장력을 줌으로써 작용하는 압축 상태 하에서 유지되고, 각 관절은 딱딱한 상태가 된다. 이러한 사실은 암을 공간 결정성을 갖게 하여 결국 암의 공간적 위치를 더 크게 통제하는 결과가 된다. 링크의 딱딱함을 이용하는 각각의 링크는 로드를 전달하도록 설계되어, 이동이나 로드 변화나 모멘트의 변화가 상기 분절 내의 링크 중에서 배분되도록 하기보다는 하나의 분절 내에서 링크들을 제어하는 것이 가능하다. 본 출원인의 계류중인 출원인 국제 특허 공보 제 WO 02/100608호 또한 로봇 암에 관한 것으로, 여기서, 하나의 분절 내의 인접 링크들의 사이에서 관절을 구성하도록 두 부재에 결합되는 러버나 합성수지 층을 삽입함 으로써, 상기 러버 층이 구성물 사이에 고정 접촉면을 형성하는 동시에 탄력있는 전단 능력을 주어 조인트를 딱딱하게 한다.

정해진 경로로부터 변화나 이탈을 수용하기 위한 작은 룸이 있는 공간에서 미리 정해진 경로를 따르는 팁 종동 능력을 가진 암을 제공하기 위하여, 다른 암과 관련하여 하나의 암의 요소 또는 구성 성분 들을 정확한 위치와 형상을 알 필요가 있다. 마찰력이 없는 이상적인 분절에서 그리고, 유효하중, 중력, 마찰력 등와 같은 힘이 적용되지 않으면, 각 분절은 원호의 형상으로 되어 실질적으로 길이에 따른 일정한 곡률 반경을 갖는다. 또한, 와이어 드럼이나 캡스턴의 각변위를 측정함으로써 콘트롤 와이어의 길이를 정확히 측정할 수 있을 것이다.

그러나, 실제로, 외부 요인은 각 분절에 영향을 끼친다. 각 분절은 형상이 변화하여 정확한 원호를 형성하지 않게 된다. 또한, 상기 와이어는 암에 부과된 하중으로 변화하여 드럼에서 미끄러져 이탈되기도 한다. 이것은 암이 정해진 경로를 따르도록 제어하는 데 더 어렵게 하는 데, 그것은 암의 상태 변화가 작용하는 하중, 중량/마찰 배분 및 암 자체의 형상을 변화시켜 정해진 경로에서 적어도 부분적으로 이탈되도록 하기 때문이다. 반면, 원하는 경로에서 약간의 이탈은 어느 상황에서는 받아들일 수 있고, 그 이상의 이탈은 허용되지 않는다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 팁 종동 능력을 갖도록 한 복수개의 관절 요소와 암 형상을 결정하기 위한 수단을 구비한 로봇 암을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 분절 요소를 가진 적어도 하나의 분절과, 상기 분절의 콘트롤 요소에 작용함으로써 암의 위치를 콘트롤 하는 제어 수단과, 상기 제어 수단에 연결되고, 상기 암의 실제 형상을 결정하기 위하여 상기 암 내의 적어도 다른 하나의 요소에 대하여 상기 분절 내의 적어도 하나의 요소의 상대적 위치를 측정하도록 구비된 측정 수단을 포함하는 로봇 암을 제공한다.

상기 측정 수단은 실제 암 형상에 관련된 정보를 제공하여 미리 설정되거나 이론상 형상으로부터 외부 요인에 기인하여 변형된 암의 형상 변화량을 보상하도록 조절 제어하게 된다. 예를 들어, 상기 암은 상기 제어 수단과 상기 암의 실제 형상과 미리 결정된 형상과의 차이를 연산하는 측정 수단에 연결된 연산 수단과, 그 차이를 반영하여 상기 제어 수단에 교정값을 적용하는 수단을 포함한다.

바람직하게는, 상기 측정 수단은 인접 요소, 또는 각 분절의 끝단에 있는 요소들의 각 쌍의 상대 위치를 측정한다. 이와 같이 상기 실제 암의 정확한 형상이 도출되고, 교정값을 연산하는 것이 가능하다.

예를 들어, 암에 외부 마킹하여 위치를 관찰하고 측정함으로써 상대 위치를 측정할 수 있다. 다른 예로, 상기 측정 수단은 요소의 횡플레이트나 링크 들의 사이에 각도 관계를 측정하도록 구비된다.

두 몸체의 공간 관계를 설명하기 위하여, 6개의 독립된 기술어가 있어야 한다. 가장 단순한 형태에서 이들은 X, Y, Z, 알파, 베타, 감마로서 묘사된다. X, Y, Z와 알파, 베타, 감마는 보통 '위치'로 표시한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 더 정확한 암에 있어서, 상기 측정 수단은 요소들의 상대 위치를 측정할 수 있다.

예를 들어, 상기 측정 수단은 하나의 요소에 의해 운반되는 에너지 빔을 발생시키는 발생 수단과, 상기 에너지 빔을 감지하는 다른 요소에 의해 운반되는 일련의 에너지 감지 수단을 포함한다. 상기 일련의 에너지 감지 수단은 빔의 치수보다 더 큰 치수를 가지고 있어 다른 요소와 관련하여 한 요소를 이동시킴으로써 상기 어레이에 대하여 빔을 이동시키는 결과를 초래하며, 결국, 다른 요소에 대하여 하나의 요소의 위치를 표시하게 된다.

복수개의 빔과 일련의 에너지 감지 수단은 다른 요소와 관련된 한 요소의 공간에서 그 위치를 연산하도록 상기 요소 상의 다른 위치에 제공된다. 이론적으로 3세트가 6가지 정보를 제공하기에 충분하지만, 4가지 세트가 플레이트의 원하는 위치에서 마운팅되는 것을 발견되었다. 상기 빔과 어레이는 각각 두개의 측정 데이터를 제공한다. 이들 8개의 측정 데이터는 알고리즘 내에서 6개의 독립된 기술어를 추론하여 사용함으로써 형상 정보를 완성하게 된다. 상기 에너지 빔은 편리한 에너지 빔이 될 수 있고, 특히, 예를 들어 LED를 이용하여 발생되는 전자석 에너지 빛이 될 수 있다. 상기 일련의 감지 수단은 빔의 예상 이동 경로를 따라 연장되는 픽셀을 감지한다.

상기 빔의 형상은 슬릿을 통하여 빛을 표출시킴으로써 제어된다. 빛 발생 수단과 상기 슬릿이 분리되도록 제어함으로써 빔의 형상이 한계치 내에서 제어될 수 있는 것이다. 상기 일련의 에너지 감지 수단을 지나 잠재적인 이동 방향을 고려해 볼 때, 상기 빔이 발생되어 각 면에 흑점을 형성한다. 흑점은 적어도 상기 어레이의 세 픽셀을 커버하여 수용체 픽셀 어레이에 대하여 빔의 위치와 방향을 확실히 표시하도록 빛이 감지되는 것이 바람직하다. 이러한 방법으로, 상기 에너지원은 톡특한 강도의 빛 또는 에너지의 '커튼'을 생성시킨다.

다른 방법으로, 상기 측정 수단은 여러 위치에서 인접 요소간의 거리를 직접 측정한다. 만약 적어도 세 위치에 이루어진다면, 상기 요소의 횡플레이트의 상대 위치가 결정될 것이다. 예를 들어, 상기 측정 수단은 상기 요소들 간에 마운팅된 세 직선형 포텐쇼메터로 이루어진다. 포텐쇼메터들은 매우 작은 공간을 차지하여 빠르게 견본이 될 수 있다.

이러한 측정 수단은 감소된 자유도(6도 이하의 자유도)를 갖는 방식으로 요소 간 상대 운동이 가능한 로봇 암이나 팁 종동 장치에 적합하다. 이와 같이, 다른 요소에 대하여 하나의 요소의 공간 위치를 완전히 더 명확히 측정할 필요는 없다. 예를 들어, 이것은 비틀림 변위와 전단이 무시해도 좋을 만 하거나 효과적으로 감소하는 위치인 경우에 해당한다. 그러므로 요소 간에 비틀림이나 전단 운동이 약간 있거나 거의 없다.

요소의 횡플레이트의 기울기를 측정하는 또 다른 접근법은 요소에 가속도계를 장착하는 것이다. 세 개의 가속도계를 사용하는 것이 바람직하고, 요소의 각각의 회전축에 대하여 하나씩 설치한다.

각 분절 내에 적어도 약간 그리고 바람직하게는 모든 요소를 위하여 측정 수단을 설치함으로써 암에 대한 데이터에 관하여 각각의 요소의 상대 위치를 모니터링하는 것이 가능하다. 중량의 초과값이 최소이고, 각 측정 수단에 의해 전달된 신호가 암의 제어 수단과 결합된 컴퓨터에 전송되어 와이어의 장력이 미리 설정된 경로, 형상으로부터 요소들의 이탈을 교정하도록 조절하게 된다. 이번에는 이것은 암의 특성을 따르는 경로를 훨씬 더 크게 통제하는 것을 허용하고, 약간 또는 모든 요소에 대하여 콘트롤 와이어로 장력을 조절하도록 하여, 하중, 위치나 암의 말단에서 워크 헤드에 의해 발생된 작용력을 변화시키는 효과를 참작하게 된다.

여기서 상기 제어 수단은 콘트롤 와이어로 이루어지고, 각각의 콘트롤 와이어는 암의 인접단에 인접한 일정하거나 변화하는 직경을 가진 스핀들이나 캡스턴에 감겨진다. 각 분절의 끝단의 위치는 각 스핀들에 모터를 이용하는 와이어를 권취하거나 풀므로써 제어된다. 이러한 배치에서 장력으로 감겨진 와이어는 변화되어 모터에 있는 엔코더가 정확하게 와이어의 길이를 기록하게 된다. 이와 같이 측정 수단은 각 와이어의 길이를 정확하게 측정하여 요소의 위치를 와이어에 의해 제어되도록 하는 와이어 변위 측정 수단을 포함한다.

상기 와이어 변위 측정 수단은 와이어가 각도를 가지고 지나가도록 측정 롤러로 이루어진다. 또는 더욱 바람직하게는, 각 와이어의 일측에 위치된 한 쌍의 핀치 롤러이고, 상기 롤러 중 적어도 하나의 롤러의 각변위를 감지하는 센서를 가진다. 상기 핀치 롤러 접촉력은 와이어의 변위가 측정 롤러에 각변위를 발생시키게 하는 데 충분하다. 이와 같이 실제 와이어 변위를 측정함으로써 스핀들 모터 엔코더의 위치를 교정하는 데 사용된다.

그러나, 이것은 와이어의 장력이 일정하다고 생각되므로 연산될 수 있다. 와이어의 장력은 와이어의 탄성 때문에 와어어의 길이에 영향을 준다. 이와 같이 더 정확한 와이어 이동 측정 수단은 두 쌍의 핀치 롤러로 이루어진다. 상기 롤러로부터 구해진 상기 두 각변위 측정값은 두 와이어 변위와 와이어 장력을 연산하는 데 이용되어 보다 정확히 와이어의 길이를 결정하게 된다.

다른 예로, 상기 와이어 변위 측정 수단은 광학 또는 마그네틱 센서로 이루어진다. 예를 들어, 각 콘트롤 와이어는 광학 센서 주위에 있는 와이어를 따라 형성된 복수개의 마킹을 구비한다. 이와 같이 상기 콘트롤 와이어는 실제로 상기 광학 센서에 의해 감지된다. 상기 마킹은 상기 와이어의 외부 표면에 적용된다. 또는 와이어의 가닥 중의 하나는 나머지와 다른 색깔을 가진다. 이와 같이 다르게 함으로써 와이어 가닥의 통과를 감지하는 데 충분하여 와이어 자체의 이동을 감지하게 된다.

마그네틱 감지 수단은 적어도 하나 이상의 홀 센서로 이루어진다. 마그네틱 수단은 센서 근처의 콘트롤 와이어를 따라 형성된 공간에 마킹을 구비한다. 상기 마크네틱 마킹은 상기 콘트롤 와이어 내의 공간에 매설된 복수개의 마그네트로 이루어진다. 또한, 마그네틱 마킹은 와이어 조립체 내에서 가장 중요한 와이어의 자기화나, 마그네틱 스트립의 다른 형상을 가진 가장 중요한 와이어의 대치함으로써 이루어진다. 이에 의해서 상기 홀 센서는 센서와 관련하여 콘트롤 와이어의 증분 변위를 결정하게 된다.

상기한 바와 같이, 와이어 변위를 정확히 측정하기 위하여 광학 또는 마그네틱 수단으로 콘트롤 와이어 내의 변위와 신축성을 측정할 필요가 있지만, 변위만큼은 측정 와이어로 충분히 측정할 수 있다.

광학, 마그네틱 또는 가속도계 감지 수단의 잇점 중의 하나는 그러한 수단들이 물리적인 힘을 부과하지 못하거나 상기 와이어에 영향을 주지 않는다는 점이다.

상기 콘트롤 와이어의 변위를 측정하는 또 다른 방법으로서, 상기 암을 따르는 추가적인 측정 와이어, 즉, 상기 콘트롤 와이어에서 분리된 와이어를 제공하는 것이 가능하다. 이들 와이어의 변위는 상기에서 설명한 바와 같이 즉정된다. 이것은 와이어에 하중이 작용하지 않고, 와이어에 있는 장력은 변화하지 않는 잇점이 있다. 그러나, 그것은 더 큰 공간과 더 복잡한 구성이 요구되므로 더 큰 암에 가장 적합하다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 암의 개략도이다.

도 2는 도 1의 컨트롤 와이어의 위치를 보인 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.

도 3은 본 발명의 암의 실시예를 부분 절개한 사시도이다.

도 4는 도 3의 암의 일부를 도시한 분해도이다.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 암의 일부를 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 암을 도시한 사시도이다.

도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 암 조각을 도시한 개략도이다.

도 9는 암에 작용하는 힘을 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 암을 도시한 사시도이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 암을 도시한 사시도이다.

도 12는 도 11의 암의 일부를 도시한 확대도이다.

도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 암과 함께 사용하는 여러 가지 측정 수단을 도시한 도면이다.

도 16은 도 10의 암을 측정하는 수단을 도시한 도면이다.

도 17은 도 16의 측정 수단으로부터 얻은 정보를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예를 하기의 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 로봇 암(10)은 분절 조인트(14)에 의해 연결된 링크(12) 형상으로 된 복수의 요소로 이루어진다. 상기 로봇 암(10)은 인접단에 있는 베이스 플레이트(16)에 장착된다. 복수의 콘트롤 와이어(18)는 콘트롤러(6)로부터 상기 베이스 플레이트(16)와 링크(12)의 주위에 형성된 홀(38)을 통과하여 연장된다. 상기 콘트롤 와이어(18)는 도 2에 도시된 바와 같이 원주 방향으로 형성된 3개의 군을 구비하고 있다. 각각의 군은 개개의 링크(12a, 12b, 12c)에서 매듭지어지고, 암을 따라 이동하도록 링크에 결합된다. 여기서 콘트롤 와이어 군은 매듭지어진다. 이러한 링크는 콘트롤 링크로서 분절(20)의 끝단을 구분 짓는다. 상기 콘트롤 와이어(18)를 콘트롤러에 의해 이동시킴으로써, 각각의 콘트롤 링크(12a, 12b, 12c)의 위치를 제어하고, 결합된 분절(20)의 경우도 이와 같다.

측정 수단(2)은 예를 들어 각각의 분절에 있는 콘트롤 링크로부터 위치 데이터를 수집한다. 연산 수단(4)은 위치 데이터를 진행하기 위하여 구비되어 상기 암의 실제 측정 위치와 이론적 또는 미리 설정된 위치를 비교한다.

그리고, 이것은 상기 콘트롤러(6)에 연결되어 콘트롤 링크(12a, 12b, 12c)를 움직이게 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 각 링크(12)는 한 쌍의 아우터 디스크(22)로 이루어지고, 각 분절은 한 쌍의 인너 디스크(24)로 이루어진다. 상기 인너 디스크(24)는 아치형으로 볼록한 아우터 면(26)을 제공하도록 형성되고, 상기 아우터 디스크(22)의 각각은 아치형으로 오목한 인너 면(28)을 가지며, 상기 인너 디스크(24)에 매칭된다. 이들 대응하는 면(26, 28)은 표면의 각각에 결합된 얇은 고무나 천연고무 층(30)과 함께 결합된다. 상기 인너 및 아우터 디스크(22, 24)에는 전원, 정보 모선 또는 작업 헤드용 콘트롤 장치를 수용하여 암의 선단에 장착되도록 암의 중심부를 따라 형성된 도관(32)인 중심홀이 각각 구비된다.

또한, 도 5를 참조하면, 각 아우터 디스크(22)와 각 인너 디스크(24)에는 복수의 맞춤홀(34, 36)이 각각 포함된다. 이와 같이 하나의 아우터 디스크(22)와 하나의 인너 디스크(24)를 조립시 상기 맞춤홀(34, 36)에 위치하는 맞춤핀을 근접 시키고, 상기 암 조립체는 상기 콘트롤 와이어에 의한 텐션 하에서 함께 연동된다. 각 아우터 디스크는 상기 콘트롤 와이어(18)를 수용하는 복수의 홀(38)로 이루어진다.

분절의 끝단에 세 개의 콘트롤 와이어(18a, 18b, 18c)가 연결되고, 분절의 선단을 고정하는 링크의 아우터 디스크(22) 중 하나에 형성된 확장홈(40) 내로 고정된다(도 6 참조). 다수의 그러한 분절은 양단을 서로 연결하도록 적당한 길이의 암으로 제조되어 상기 홀(38)을 통과하는 복수의 콘트롤 와이어가 다른 분절로 연 결될 수 있다. 상기 콘트롤 와이어(18)는 상기 베이스 플레이트를 향하여 팽창되어 압축 로드 하에서 상기 링크 조립체를 함께 연결 유지하도록 한다.

도 7을 참조하면, 상기 와이어(18)는 상기 베이스 플레이트를 통과하여 각 캡스턴(42) 위에 감겨진다. 그러므로, 각 캡스턴(42)의 회전 운동은 컴퓨터 콘트롤 시스템(도시안됨)을 사용하여 암의 위치를 콘트롤하는 데 사용된다.

상기 콘트롤 원리는 도 8에서 설명한다. 상기 콘트롤 와이어의 운동에 의해서 분절의 끝단에 있는 링크의 횡플레이트(44)의 위치가 결정된다. 상기 인접단 링크(46)와 끝단 링크인 횡플레이트(44)와의 사이에 있는 수동적인 링크(46)들은 암이 분절 위로 아치 형상을 이루게 한다. 분절은 원 중에서 짧게 잘린 호가 된다. 그러나 실제로 중력과 유효하중은 암이 도 9에 도시된 바와 같이 이러한 형상에서 벗어나게 하는 원인이 된다.

도 10은 인접 링크의 상대 위치를 측정하여 효과의 정도를 결정하는 수단을 도시하고 있다. 도10의 조립체는 각각의 쌍을 이루는 인너 디스크(24)의 사이에 마운팅되어 그 인접한 주위에 LED(ight-emitting diode)(50)를 가진 마운팅 플레이트(18)를 포함한다. 이러한 조립체에서 상기 아우터 디스크(54, 56)는 그 외주면들 사이에 공간(57)을 갖도록 형성된다. 상기 LED(50)의 빛은 쌍을 이루는 아우터 디스크(54) 중 하나의 외주면에 형성된 슬롯(52)을 관통하여 비춰진다. 한 쌍 중 다른 아우터 디스크(56)는 상기 슬롯(52)과 일직선 상인 외주 내면에 있는 일련의 광센서(58)를 포함하고 있다. 상기 일련의 광센서(58)는 실질적으로 상기 디스크(56)에 접하도록 배치되어, 상기 슬롯(52)을 통하여 비춰지는 LED(50)의 빛이 하나의 링크가 다른 링크에 대하여 상대 운동시 상기 일련의 광센서(58) 위를 빠르게 지나가도록 한다. 만약 링크 조립체의 주변 공간에 이러한 네 요소를 배치한다면, 인접한 아우터 디스크의 위치를 결정하여 암의 정확한 형상을 결정하는 것이 가능하다.

도 16을 참조하면, 상기 배치에 대하여 더 자세히 보여주고 있다. LED(50)의 빔원은 상기 슬롯(52)과 인접한 디퓨져(51) 뒤에 마운팅된다. 상기 슬롯(52)은 상기 LED(50)의 빔원에서 멀어지는 방향으로 넓어진다. 그래프(53)는 한쪽 면에 흑점(65)을 가진 센서 어레이(58)의 수평면에 반영되어 수직 위치로 나타나는 빔강도를 나타낸다. 도 17에 도시된 바와 같이, 흑점들(55)이 적어도 상기 어레이(58)의 2와 1/2 픽셀(59)을 커버하도록 배치된다. 픽셀 값의 히스토그램(61)은 최적 라인(53)을 생성하는 데 사용될 수 있고, 상기 흑점들(55)의 가장 자리를 추정하는 데 사용될 수 있다. 이와 같이 흑점들의 중앙부는 상기 픽셀(59) 폭보다 더 선명함을 확인할 수 있다.

그러므로, 두 가지 정보는 빔 어레이로부터 도출될 수 있다.

인접 아우터 디스크의 상대적인 위치를 결정하는 또 한가지 방법은 도 11에 도시되어 있다. 이 예에서 포텐쇼메터는 상기 링크 들 사이에 제공된다. 포텐쇼메터 바디(69)는 인접한 링크인 아우터 디스크(62, 64) 사이에 걸쳐져 있다. 각 링크인 한 쌍의 링크(60, 62)의 사이에는 스프링(72)이 스무스한 반작용 면(68)으로 패드(70)를 밀착시키고 있다. 상기 패드(70)는 상기 포텐쇼메터 바디(69)의 끝단에서 패드(70)가 회전 가능하도록 볼 소켓(73)에 장착되어 있다. 이와 같이 상기 링크의 상대 운동은 포텐쇼메터에서 어느 정도 직선 운동이 가능하게 한다. 그러므로 각각 의 포텐쇼메터 기록계는 마운팅 포인트에서 인접 링크 들 사이의 거리를 나타낸다.

링크 조립체의 주위에 구비된 세 개의 포텐쇼메터는 인접 링크인 횡플레이트의 상대 각위치(즉, 다음 링크의 수평면 방위 및 거리)를 결정하는 데 충분한 정보를 제공할 것이다. 이와 같이, 상기 실제 암 형상은 이러한 배치 형식으로 결정될 수 있고, 여기서, 링크들 사이에는 비틀림과 전단 운동은 생기지 않는다.

이렇게 배치함으로써, 상기 포텐쇼메터가 밀봉되는 잇점이 있고, 상기 콘트롤 와이어는 부착물이 없이 윤활될 수 있다. 상기 포텐쇼메터는 또한 매우 작은 공간을 차지하고, 도10에 도시된 바와 같은 광학 센서보다 더 빠른 예가 될 수 있다.

암의 실제 형상을 측정하는 또 다른 방법은 콘트롤 와이어뿐만 아니라 링크 조립체의 주위를 통과하는 와이어를 따라가서, 그 와이어의 길이를 측정하는 것이다. 이와 같이 측정 와이어는 상기 베이스 플레이트에서 연장되어 측정되는 링크의 위치까지에서 마무리되거나, 링크 주위를 돌아 상기 베이스 플레이트로 다시 돌아온다. 상기 측정 와이어는 도13에 도시된 바와 같이 드럼(74)에 감기고, 상기 와이어(76)는 한 쌍의 핀치 롤러(78)를 통과한다. 상기 핀치 롤러(78) 중의 하나의 각 운동의 측정함으로써, 측정 와이어의 길이를 정확하게 지시할 수 있다. 이와 같이 링크에 대한 거리는 정확히 결정되고, 세 개의 측정 와이어(76)가 링크의 주위에 사용된다면, 링크의 횡플레이트의 각이 또한 결정될 수 있다.

측정 와이어의 길이를 결정하는 다른 방법은 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 와이어를 광학 마킹(80)하여 측정 와이어(76)에 인접한 광학 센서(82)를 위치시키는 것이다. 또한, 측정 와이어(76)의 길이를 측정하는 또 다른 방법은 그 내에 마그네트(84)를 매설하는 것이다. 측정 와이어에 인접하게 위치된 홀 센서(86)는 와이어의 이동을 측정하는 데 사용된다.

여기서, 콘트롤 와이어는 캡스턴에 감겨지고, 각 캡스턴은 공통으로 모터와 그 콘트롤을 위한 엔코더가 구비되어 있다. 그러나, 상기 캡스턴의 각운동에 의해 캡스턴에 감겨진 와이어의 감김량을 항상 정확히 측정하는 것은 아니다. 이것은 와이어의 탄성 때문이고, 드럼 등과 접촉시 발생하는 마찰 때문이다. 그러므로, 상기에서 설명한 바와 같은 와이어의 측정 기술은 각 캡스턴에 인접한 와이어의 이동 경로를 측정하는 데 사용된다. 이것은 각 콘트롤 와이어의 길이를 더 정확히 측정하는 것이고, 상기 암의 형상을 더 정확히 측정하는 것이다. 그러므로, 이들 와이어 측정 기술에서의 정보를 이용하여 캡스턴을 제어하는 것이 가능한 것이다.

Claims (20)

1. 복수의 분절 요소를 가진 적어도 하나의 분절과;

   상기 분절의 콘트롤 요소에 작용함으로써 암의 위치를 콘트롤 하는 제어 수단과;

   상기 제어 수단에 연결되고, 상기 암의 실제 형상을 결정하기 위하여 상기 암 내의 적어도 다른 하나의 요소에 대하여 상기 분절 내의 적어도 하나의 요소의 상대적 위치를 측정하도록 구비된 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단과 상기 암의 실제 형상과 미리 결정된 형상과의 차이를 연산하는 측정 수단에 연결된 연산 수단과;

   상기 차이를 반영하여 상기 제어 수단에 교정값을 적용하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 분절의 끝단에 각 쌍의 인접한 요소들의 상대 위치를 측정하도록 구비된 것을 특징으로 하는 로봇 암.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 요소의 횡플레이트들의 사이에 각도를 측정하도록 구비된 것을 특징으로 하는 로봇 암.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 요소의 상대 위치를 측정하도록 구비된 것을 특징으로 하는 로봇 암.
6. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 수단은 하나의 요소에 의해 운반되는 에너지 빔을 발생시키는 발생 수단과;

   상기 에너지 빔을 감지하는 다른 요소에 의해 운반되는 에너지 감지 수단인 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
7. 제6항에 있어서, 상기 에너지 빔은 전자석 에너지, 바람직하게는 빛이고, 상기 감지 수단은 상기 빔의 예상 이동 경로를 따라 비춰지는 센서의 연장 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 발생 수단과 감지 수단의 복수개의 공간 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 복수개의 공간 위치에서 근접한 요소들의 사이 거리를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
10. 제9항에 있어서, 상기 측정 수단은 그 주위 또는 주위에 근접한 곳에 있는 상기 요소들 사이에 마운팅된 복수개의 직선형 포텐쇼메터를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
11. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 결합된 제어 요소에 부착된 적어도 하나의 콘트롤 와이어를 포함하고;

    각각의 콘트롤 와이어는 와이어의 길이를 변화시키는 작동 수단을 가진 것을 특징으로 하는 로봇 암.
12. 제11항에 있어서, 상기 측정 수단은 각 콘트롤 와이어의 길이를 직접 측정하도록 구비된 와이어 변위 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
13. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 수단은 위치가 측정된 상기 요소 또는 각 요소와 결합된 측정 와이어들의 변위를 측정하도록 구비된 와이어 변위 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 와이어 변위 측정 수단은 각 와이어의 일측에 위치한 한 쌍의 핀치 롤러와;

    상기 롤러 중 적어도 하나의 각 변위를 감지하도록 구비된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 와이어 변위 측정 수단은 상기 와이어의 적어도 하나의 마킹 위치를 감지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
16. 제13항에 있어서, 상기 와이어 변위 측정 수단은 광학 또는 마그네틱 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
17. 복수의 분절 요소를 가진 적어도 하나의 분절을 포함하는 로봇 암을 작동시키는 방법에 있어서,

    제어 수단과 함께 상기 분절 또는 각 분절 내의 제어 요소의 위치를 제어하고;

    측정 요소와 함께 상기 암 내에서 적어도 다른 요소에 대하여 상기 분절 또는 각 분절 내의 적어도 하나의 요소의 상대 위치를 측정하며;

    미리 설정된 위치와 측정 수단에 의해 측정된 상대 위치와의 차이를 연산하며;

    상기 차이를 보상하여 상기 제어 수단에 적용하는 것을 특징으로 하는 로봇 암을 작동시키는 방법.
18. 암을 따라 순차적으로 구비된 복수의 길이 방향 분절들을 포함하고;

    상기 분절의 각각은 S자 곡선 경로 또는 형상을 이루는 다른 분절과 연관되어 이동할 수 있고, 각각의 분절은 복수의 링크를 포함하며, 각각의 링크는 그 이웃하는 링크와 연관되어 적어도 두 치수 만큼 상대 운동이 가능하며;

    암 형상이 외부 요인에 기인하여 이론상 암 형상으로 부터 변화한 것을 감지하는 감지 수단과;

    상기 제어 수단과 결합되고, 외부적인 요인에 기인한 암 형상의 변화에 대하여 보상하도록 상기 제어 수단에 적어도 일부 교정값을 적용 연산하는 교정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 장치.
19. 각각의 요소가 다른 하나의 요소와 연관되어 운동이 가능하도록 된 두 요소 간 상대 위치 결정 장치로서, 제1 요소에 의해 싣고 다니는 에너지 빔을 발생시키는 발생 수단과, 상기 에너지 빔을 감지하도록 구성된 제2 요소에 의해 싣고 다니는 일련의 에너지 감지 수단을 포함하는 두 요소간 상대 위치 결정 장치에 있어서,

    상기 일련의 에너지 감지 수단의 치수 크기는, 상기 제2 요소에 대해서 제1 요소를 이동시킴으로써 상기 일련의 에너지 감지 수단에 대하여 빔을 이동시키게 되어 상기 상대 위치의 정도를 표시하거나, 또는,

    상기 일련의 에너지 감지 수단에 대한 빔의 위치가 상기 요소 중의 어느 한 요소가 다른 요소에 대해 위치하는 위치를 표시하도록, 빔의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 두 요소가 상대 위치 결정 장치.
20. 각각의 분절이 와이어에 의해 제어되는 하나 또는 그 이상의 분절을 가진 로봇 암에 있어서,

    각 와이어의 장력 및/또는 이동은 감아 올려진 캡스턴에 의해 영향을 받고;

    각 와이어의 이동 제어는 상기 캡스턴의 직접적이고 독립적인 운동에 대한 각 와이어의 직선 이동을 감지하는 감지 수단에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇 암.

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