KR20090032279A - 로봇의 진동 감쇄 방법 - Google Patents

Abstract

특정 방향에 대하여 가속 운동, 등속 운동 및 감속 운동의 속도 프로파일로 목적물을 이송하는 로봇 시스템의 진동 감쇄 방법에서, 목적물을 이송할 때 가속 운동하는 시간인 가속 시간보다 감속 운동하는 시간인 감속 시간을 길게 제어한다. 따라서, 로봇의 진동이 감소한다.

Description

로봇의 진동 감쇄 방법{METHOD OF REDUCING VIBRATION OF A ROBOT}

본 발명은 로봇의 진동 감쇄 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 반도체 기판과 같은 목적물을 로봇을 이용하여 이송할 때 발생하는 진동을 감쇄시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 로봇은 웨이퍼, 반도체 기판, 유리 기판과 같은 목적물을 삼차원 공간에서 현재 위치에서 목표 위치로 이동시키기 위한 장치이다.

근래에는 생산 효율을 증대하기 위하여 상기 산업용 로봇은 좀더 빠른 속도 로 상기 목적물을 목표 위치로 이동할 것이 요구되고 있다.

도 1은 일반적인 로봇 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 로봇 시스템은 로봇의 전체 동작을 제어하는 주 제어기(1), 상기 주 제어기(1)로부터의 속도 지령 프로파일에 기초하여 서브 드라이브(5)를 제어하고 동시에 로봇의 위치를 피드백 제어하는 위치 제어기(3), 상기 위치 제어기(3)로부터 지령을 받아 서브 모터(7)를 구동하는 서브 드라이버(5), 이송 유닛(9)에 장착되어 실제로 로봇을 구동시키는 서브 모터(7) 및 서브 유닛(7)과 연결되어 목적물을 이송하며 로봇을 구비하는 이송 유닛(9)을 포함한다.

통상적으로 로봇 시스템은 속도를 증가시키는 가속 운동을 하는 가속 시간 및 속도를 감소시키는 감속 운동을 하는 감속 시간을 동일하게 한 로봇의 속도 프로파일을 가진다. 상기 가속 시간 및 감속 시간들을 동일하게 할 경우 로봇 속도의 증가로 진동이 발생할 수 있다. 특히, 로봇 시스템이 일초 이내의 비교적 짧은 이동시간을 가질 경우 진동이 많이 발생한다. 나아가 감속 시간동안 가속 시간보다 상대적으로 높은 진동이 발생하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 로봇이 목적물을 이송할 경우 로봇에 발생하는 진동을 감쇄시키기 위한 로봇의 진동 감쇄 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 특정 방향에 대하여 가속 운동, 등속 운동 및 감속 운동의 속도 프로파일로 목적물을 이송하는 로봇 시스템의 진동 감쇄 방법은 상기 목적물을 이송할 때, 상기 가속 운동하는 시간인 가속 시간보다 상기 감속 운동하는 시간인 감속 시간을 길게 제어한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가속 시간(t₁)에 대한 상기 감속 시간(t₂)의 비(χ)가 하기 식1을 만족한다.

식 1

이러한 본 발명의 로봇의 진동 감쇄 방법에 따르면, 감속 시간을 가속 시간 보다 길게 함으로써 모터의 진동이 감쇄될 수 있다. 따라서 로봇의 진동이 감소하여 전체적인 로봇 시스템의 진동이 감소한다. 또한 전체적인 로봇이 안정 상태로 걸리는 시간인 수렴 시간이 감소하여 후속 공정을 상대적으로 빨리 진행할 수 있음 으로써 로봇 시스템의 효율이 개선된다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 진동 감쇄 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미 와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 Y방향으로 로봇의 속도 프로파일에 대한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 초기 위치에서 목표 위치로 대상물을 이동할 때 로봇 장치는 목적물을 3차원 공간에서 목표 위치로 이송한다. 로봇 장치는 특정 방향에 있어서 목적물을 이송시킬 때 가속 시간(t1)동안 최대 속도 (Vmax)로 가속된다. 이후 로봇 장치는 등속 운동 시간(tf)동안 일정한 속도(Vmax)로 이동한다. 이후 로봇 장치는 감속 시간(t2)동안 감속되어 정지한다. 이 때 로봇 장치는 이동 시간(T)는 하기의 수학식 1에 의하여 구하여 진다.

수학식 1

여기서, t1은 가속 시간, tf는 등속 시간 및 t2는 감속 시간을 각각 나타낸다. 이때 가속 시간에 대한 감속 시간의 비를 가속 시간에 대한 감속 시간의 비로 하면,

수학식 2

여기서 χ가 최대가 되기 위한 조건 tf=0 일 때, 최대값 χ를 구하면,

수학식 3

따라서, 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ의 범위를 구하면,

수학식 4

이다.

한편, 이동 거리(S)를 구하면,

수학식 5

이때의 Vmax를 구하면,수학식 5에서

수학식 6

도 2에 도시된 바와 같이 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1인 경 우(CASE 1)와 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1.2인 경우 (CASE 2) 및 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1.4인 경우(CASE 3)에 대하여 각각의 속도 프로파일이 도시되어 있다. CASE 1 내지 CASE 3의 경우 후술하는 도 3 내지 도 5에 각각의 진동 프로파일을 나타내고 있다.

도 3은 가속 시간에 대한 감속 시간의 비가 1.0 일 경우 모터의 진동을 나타내는 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 가속 시간에 대한 감속 시간의 비가 1.2 일 경우 모터의 진동을 나타내는 그래프이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 가속 시간에 대한 감속 시간의 비가 1.4 일 경우 모터의 진동을 나타내는 그래프이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 측정 프로그램 및 피측정물은 다음과 같다. 모터 드라이버 단에서 지령 펄스 및 엔코더 피드백 신호를 그래프로 표시하는 소프트 웨어인 일본국 파나소닉모터사(PANASONIC MOTOR CO.)의 파나텀 프로그램(PANATERM PROGRAM)을 사용하여 측정하였다. 상기 파나텀 프로그램은 하드웨어에 입력된 펄스 데이터를 직관적으로 표현하였다. 로봇 시스템에 대한 진동은 여러 가지 원인에 의하여 기인하지만, 모터 자체의 진동이 가장 큰 원인이 되므로 피측정물은 로봇 시스템 전체에 대한 진동이 아니라 모터 자체에 대한 진동을 측정하였다.

또한, 측정 방법에 대하여 이하 상세히 설명하기로 한다.

로봇 시스템이 삼차원 공간 내에서 목적물을 이동시킬 때, 특정 방향의 속도를 측정하였다. 로봇 시스템의 속도 프로파일에 대한 에러 펄스(error pulse)값을 측정하였다. 이때, 에러 펄스값은 모터에 달린 엔코더의 회전에 따른 피드백 신호 와 지령 펄스 간의 차이를 펄스값으로 전환한 수치이다. 또한, 속도 프로파일중 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ만 변경하여 에러 펄스값을 측정하였다. 최대 속도 Vmax는 모두 일정하고 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ만을 변경하여 CASE 1 내지 CASE 3에 대한 각각의 진동 정도를 측정하였다.

먼저 도 3을 참조하면, 점선(…)은 지령 펄스를 나타낸다. 실선(―)은 에러 펄스을 나타낸다. 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1 인 CASE 1에 대한 속도 프로파일을 갖는 로봇 시스템이 목적물을 이송한 경우 에러 펄스값이 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 모터 구동이 완료된 시점인 초기시간에서 약 1초 경과한 후 30 펄스 정도 오버슈터(overshoot)가 발생하였다. 상기 오버슈터는 모터 자체의 진동으로 볼 수 있다. 결과적으로 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1 인 CASE 1인 경우 상대적으로 많은 진동이 발생함이 밝혀졌다.

도 4를 참조하면, 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1.2 인 CASE 2에 대한 속도 프로파일을 갖는 로봇 시스템이 목적물을 이송한 경우 에러 펄스값이 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 모터 구동이 완료된 시점인 초기시간에서 약 1초 경과한 후 5펄스 정도 오버슈터(overshoot)가 발생하였다. 결과적으로 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1 인 CASE 1인 경우와 비교할 때 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1.2 인 경우 상대적으로 진동이 낮은 것으로 측정되었다. 또한, 정지하는 시간인 수렴 시간도 CASE 1의 경우보다 작으므로 수렴 속도도 빨라짐 을 알 수 있었다.

도 5를 참조하면, 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1.4 인 CASE 3에 대한 속도 프로파일을 갖는 로봇 시스템이 목적물을 이송한 경우 에러 펄스값이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 모터 구동이 완료된 시점인 초기시간에서 약 1초 경과한 후 5펄스 정도 오버슈터(overshoot)가 발생하였다. 결과적으로 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1 인 CASE 1인 경우와 비교할 때 가속 시간에 대한 감속 시간의 비 χ가 1:1.4 인 경우 상대적으로 진동이 낮은 것으로 측정되었다. 또한, 정지하는 시간인 수렴 시간도 CASE 1과 CASE 2의 경우보다 작으므로 수렴 속도도 빨라짐을 알 수 있었다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이와 같은 로봇의 진동 감쇄 방법에 따르면, 가속 시간에 대한 감속 시간의 비를 1보다 크게 하여 상대적으로 감속 시간을 길게 함으로써 로봇 시스템의 진동을 감소시킬 수 있다. 특히, 로봇의 진동 감쇄 방법은 로봇의 이송 시간이 짧은 공정에 적용이 필요하다. 예를 들면, 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 처리하는 반도체 제조 공정에 적용될 수 있다. 뿐만 아니라 반도체 패키지를 제조하는 공정 또한 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 로봇 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 2는 로봇의 속도 프로파일을 도시한 그래프이다.

도 3은 가속 시간에 대한 감속 시간의 비가 1:1 일 경우 모터의 진동을 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 가속 시간에 대한 감속 시간의 비가 1:1.2 일 경우 모터의 진동을 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 가속 시간에 대한 감속 시간의 비가 1:1.4 일 경우 모터의 진동을 나타내는 그래프이다.

Claims (2)

1. 특정 방향에 대하여 가속 운동, 등속 운동 및 감속 운동의 속도 프로파일로 목적물을 이송하는 로봇 시스템의 진동 감쇄 방법에서,

   상기 목적물을 이송할 때, 상기 가속 운동하는 시간인 가속 시간보다 상기 감속 운동하는 시간인 감속 시간을 길게 제어하는 단계를 포함하는 로봇의 진동 감쇄 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가속 시간(t₁)에 대한 상기 감속 시간(t₂)의 비(χ)가 식 1을 만족하는 범위 내인 것을 특징으로 하는 로봇의 진동 감쇄 방법.

   식 1

   

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