KR20100023846A - 탄성 로봇 구조를 위한 운동 제어기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a) 기준점이 지나가기로 되며 각 경우에 대해 공간 좌표에 의해 정의되는 다수의 경로 점들을 이용하여 로봇 경로가 설정되는 단계와, b) 상기 개별 경로 점들의 공간 좌표가 역 로봇 운동학에 따라 각 경로 점들에서 상기 개별 로봇 축의 위치를 재생산하는 대응하는 축 좌표로 변경되는 단계와, c) 상기 변환된 축 좌표에 따라 상기 개별 로봇 축을 위한 축 관련 제어기가 구동되는 단계와, d) 상기 해당 축 관련 제어기에 의해 상기 개별 로봇 축의 축 관련 구동 모터가 구동되는 단계와, e) 로봇의 탄성 및/또는 마찰 및/또는 관성을 고려하여 동적 로봇 모델에 따라 상기 로봇 경로 상의 상기 개별 경로 점들에 대한 경로 수정 값이 계산되는 단계와, f) 상기 개별 경로 점들의 미수정 축 좌표와 상기 경로 수정 값으로부터 상기 개별 경로 점들에 대한 수정 축 좌표가 계산되는 단계와, g) 수정 축 좌표에 따라 축 관련 제어기가 구동되는 단계를 포함하는 페인트 도장 로봇용 제어 방법에 관한 것이다.

Description

탄성 로봇 구조를 위한 운동 제어기 {MOVEMENT CONTROLLER FOR ELASTIC ROBOT STRUCTURES}
본 발명은 다축 로봇 특히, 페인트 도장 로봇을 위한 제어방법에 관한 것이다.
독일공개특허공보 DE 103 42 471 A1은 사전 결정된 로봇 경로를 따라 공구 중심점(TCP: Tool Centre Point)를 이동시키는 다축 페인트 도장 로봇을 위한 로봇 제어 시스템을 개시하고 있다. 이 로봇 제어 시스템은 페인트 도장 로봇의 위치 정확성을 개선하기 위하여 개별 로봇 축의 기계적 탄성을 고려하고 보상할 수 있다. 이 경우에, 페인트 도장 로봇의 개별 로봇 축은 하나의 축 제어기에 의해 구동되며, 중첩되어 축결합되는 부분에서 상대적으로 유연한 로봇 축의 제어기의 편차가 상대적으로 단단한 축의 제어기를 따른다는 점에서 페인트 도장 로봇의 기계적 탄성이 고려된다.
상기 로봇 제어 시스템의 효과가 입증되기는 하였으나, 특히 고기동 로봇 운동의 경우에 위치 정확성을 높이기 위하여 페인트 도장 로봇의 기계적 탄성을 더욱 잘 고려하고 보상하는 것이 요구된다.
미국공개특허공보 US 2004/0093119는 마찰 관련 로봇의 위치 에러를 수정하 는 로봇 제어 시스템을 개시하고 있으나, 사전 결정된 로봇 경로가 수정되지 않은 상태로 개별 로봇 축의 구동 제어가 이루어진다. 따라서, 로봇의 위치 정확성은 충분히 개선되지 않으며, 이는 특히 로봇의 고기동 시에 더욱 두드러진다.
관련된 선행문헌으로서, DE 10 2004 056 861 A1, "제어 알고리즘에 대한 2005 IEEE 컨퍼런스 회보"(2000년 8월 28일 - 31일, 1170 - 1175 페이지), "로봇 제어에 대한 IFAC 심포지움 회보"(1994년 9월 19일 - 21일, 485 - 490 페이지), DE 698 29 559 T2, "로봇 공학과 자동화에 대한 1992 IEEE 컨퍼런스 회보"(1992년 5월, 1429 -1435 페이지), "제어 시스템 기술에 대한 IEEE 보고서" Vol. 12, No. 6, 2004년 11월 904 - 919 페이지) 및 EP 1 173 801 B1이 있다. 그러나, 상기한 어떤 선행문헌도 로봇의 위치 정확성을 만족시키지 못한다.
그에 따라, 본 발명의 목적은 로봇의 위치 정확성을 개선하기 위하여 로봇의 탄성을 보상하는 다축 로봇을 위한 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위에 기재된 발명에 따른 제어방법에 의해 달성된다.
본 발명은 사전 결정된 로봇 경로에 따라 다축 로봇을 제어할 때, 경로 수정값 계산에 대한 일반적인 기술적 내용을 포함한다. 상기 경로 수정 값은 로봇의 탄성, 마찰 및/또는 관성을 고려함으로써, 그에 따라 수정된 로봇 경로를 갖는 로봇의 구동은 동적 위치 오차(예를 들면, 오버슈트, 로봇 축의 탄성 변형)를 보상한다.
본 발명에 따른 제어방법에서, 예를 들어 공구 중심점(TCP)과 같은 로봇의 기준점에 대하여, 로봇 경로가 상기 기준점이 지나기로 된 다수의 경로 점들에 의해 사전 결정된다. 상기 로봇 경로 상의 개별 경로 점들은 3개의 공간 방향 내에서 개별 경로 점들을 정의하는 공간 좌표에 의해 정의되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 3개의 좌표로 이루어진 좌표 세트 또는 위치 벡터가 각 경로 점을 위해 사전 결정될 수 있으며, 각 경로 점은 3차원 직교 좌표계(3-D Cartesian coordinate system) 내에서 각 경로 점의 위치를 나타낸다.
사전 결정된 로봇 경로의 개별 경로 점들의 공간 좌표는 역 로봇 운동학에 따른 종래의 방법에 의해 본 발명의 제어방법을 위하여 각 경로 점들에서 개별 로봇 축의 위치를 나타내는 대응하는 축 좌표로 변환된다. 공간 좌표의 역 로봇 운동학에 따른 대응하는 축 좌표로의 변환은 종래 기술로부터 알 수 있으므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다. 개별 경로 점들의 변환된 축 좌표는 축 좌표 시스템에서 위치 벡터의 형태로 간주된다.
개별 경로 점들의 변환된 축 좌표는 개별 로봇 축을 위한 축 관련 제어기를 구동하는데 이용되는데, 이는 예를 들면, 앞서 인용된 특허 DE 103 42 471 A1과 같은 종래의 기술로부터 알 수 있으며, 그 내용은 전체적으로 본 발명에 포함된다.
개별 로봇 축을 위한 축 관련 제어기는 기준점(예를 들면, 공구 중심점)이 사전 결정된 로봇 경로의 개별 경로 점들을 연속적으로 이동하도록 개별 로봇 축의 구동 모터를 구동한다.
앞서 설명된 종래의 방법에 더하여, 본원 발명에 따르면, 로봇 경로의 개별 경로 점들을 위한 경로 수정 값이 동적 로봇 모델에 따라 계산되며, 경로 수정 값은 로봇의 탄성, 마찰 및/또는 관성을 고려하고 동적 위치 오차를 보상하게 된다.
경로 수정 값은 사전 결정된 로봇 경로의 개별 경로 점들을 위한 수정된 축 좌표의 계산에 이용된다. 바람직하기로는, 수정된 축 좌표의 계산을 위하여 상기 경로 수정 값은 단순히 각 경로 점들의 미수정 축 좌표에 가산되어서 상쇄값(offset)을 형성하게 된다.
마지막으로, 개별 축 관련 제어기는 수정된 축 좌표에 의해 구동되어서 동적 위치 오차는 보상된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 동적 로봇 모델이 내력(internal force) 및 로봇의 움직이는 물체를 위한 토크 계산을 위해 구비되며, 그 계산은 강체 모델에 따라 실시간("온라인")으로 진행되는 것이 바람직하다.
이 경우에, 본 발명에 따른 제어방법은 동적 로봇 모델에 따라 개별 경로 점들의 미수정 축 좌표로부터 계산될 내부 토크를 제공하며, 내부 토크는 구동 모터와 해당 로봇 축의 내부 토크를 나타낸다. 예를 들면, 이와 같은 방법으로 계산된 내부 토크 값들은 아래에서 상세히 설명될 개별 로봇 축의 정적 마찰 요소, 점성 마찰 요소 및/또는 구동 트레인의 관성을 고려할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 경로 수정 값은 내부 토크와 알려진 외부 토크로부터 계산되며, 가장 단순한 경우에 개별 로봇 축을 0차의 탄성 토션 스프링으로 간주함으로써 개별 로봇 축의 탄성이 고려된다. 경로 수정 값이, 선형 상호관련성에 따라, 사전 결정된 토션 스프링 계수와 내부 토크와 외부 토크의 합인 전체 토크로부터 얻어진다.
본 발명을 위해, 내부 토크 값은 각 구동 모터의 회전 방향으로 작용하는 속력-독립적 마찰을 나타내며 예를 들어 경로 점들의 미수정 축 좌표의 부호(sign)와 사전 결정된 정적 마찰 상수로부터 계산될 수 있는 정적 마찰 항
Figure 112009074986445-PCT00001
을 포함할 수 있다. 여기서 정적 마찰 항
Figure 112009074986445-PCT00002
은 정적 마찰 상수
Figure 112009074986445-PCT00003
와 미수정 축 좌표
Figure 112009074986445-PCT00004
로부터 다음과 같은 공식에 따라 계산될 수 있으며, i는 각 로봇 축을 나타낸다.
Figure 112009074986445-PCT00005
또한, 동적 로봇 모델에서 계산된 내부 토크 값은 각 구동 모터의 회전 속도에 비례하여 작용하는 선형 항인 동적 마찰 항
Figure 112009074986445-PCT00006
을 포함한다. 예를 들면, 동적 마찰 항은 동적 마찰 상수
Figure 112009074986445-PCT00007
와 경로 점들의 미수정 축 좌표의 시간에 대한 1차 미분인
Figure 112009074986445-PCT00008
로부터 다음과 같은 공식에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112009074986445-PCT00009
마지막으로, 동적 로봇 모델에서 계산된 내부 토크 값은 각 로봇 축의 구동 트레인의 기계적 관성을 나타내고 각 구동 모터의 각 가속도에 비례하는 관성 항
Figure 112009074986445-PCT00010
를 포함하는 것이 바람직하다. 관성 항
Figure 112009074986445-PCT00011
은 경로 들점의 미수정 축 좌표의 시간에 대한 2차 미분인
Figure 112009074986445-PCT00012
와 관성 상수
Figure 112009074986445-PCT00013
로부터 다음과 같은 공식에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112009074986445-PCT00014
본 발명의 바람직한 실시예에서, 앞서 언급한 마찰 항에 대한 온도 종속이 고려된다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 제어방법에서 대기 온도가 측정되며, 모델 파라미터(예를 들면 정적 마찰 상수, 동적 마찰 상수 및 관성 상수)가, 측정된 온도의 함수로서 파라미터 메모리로부터 읽혀진다. 경로 수정 값은 현재 온도를 고려한 동적 로봇 모델의 모델 파라미터를 가지고 계산된다. 동적 로봇 모델의 모델 파라미터의 온도 조절은 로봇의 기계적 거동의 온도 종속성이 본 발명에 따른 제어방법에서 고려된다는 장점을 제공한다.
내부 파라미터
Figure 112009074986445-PCT00015
,
Figure 112009074986445-PCT00016
및
Figure 112009074986445-PCT00017
는 로봇 및 최적화용 특별 구동 프로그램에 의해 각 축에 대해 실험적으로 결정되는 것이 바람직하다. 이 구동 동안, 모터 토크 발생은 구동장치로부터 확인되고, 순전히 로봇의 물체로부터 기인하는 모터 토크는 동시에 계산된다. 내부 파라미터는 각 경우에 결과 토크 차이로부터 최소자승법을 이용하여 계산된다. 결정된 파라미터 세트는 각 축의 모터/기어 트레인의 현재 온도에 적용된다. 로봇의 작동 온도는 개별 단계들로 분리된다. 로봇은 구동에 따라 점차적으로 가열된다. 일단 각 단계에서 다음 단계에 이르면, 앞서서 언급된 확인 방법이
Figure 112009074986445-PCT00018
,
Figure 112009074986445-PCT00019
및
Figure 112009074986445-PCT00020
을 결정하기 위해 수행되고 관련된 온도가 동시에 저장된다. 이와 같은 방법에서, 관련된 파라미터의 세트가 각 온도 단계를 위해 각 축에 대해 획득된다. 다음 동작에서 현재 온도 값이 각 축에 대해 주기적으로 확인되며 관련된 파라미터 세트가 온라인으로 기록된다.
앞에서 설명된 동적 로봇 모델에 따른 내부 토크 값의 계산 이후에, 이미 위에서 언급되었듯이, 경로 수정 값이 내부 토크 값과 알려진 외부 토크 값으로부터 계산되며, 만일 개별 로봇 축의 기본 모델로서 0차 탄성 토션 스프링이 적용되는 경우라면, 이 계산은 가장 단순한 경우에 토크와 회전각 사이의 간단한 상호관계에 따라 이루어질 수 있다. 그러나, 바람직하기로는 경로 수정 값은 최적 모델링을 따르는 P 요소, PT1 요소 및/또는 PT2 요소에 의한 내부 토크 값으로부터 계산된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 경로 수정 값으로 수정된 개별 경로 점들의 축 좌표은 축 좌표를 부드럽게 하기 위하여 축 관련 제어기의 구동에 앞서 필터링된다. 필터링 동안 예를 들어 평균 또는 가중 평균이 형성될 수 있다. 추가적으로, 필터링은 상(phase)-리드(lead) 필터 또는 FIR(Finite Impulse Response) 필터에 의해 수행될 수 있다. 축 관련 제어기의 구동에 앞서 수정된 축 좌표를 필터링하기 위한 다른 가능한 필터 형태는 대역 여파기(bandpass filter) 또는 저역 통과 필터(low-pass filter)이다.
본 발명은 위에서 설명된 제어 방법으로 제한되는 것이 아니며, 하드웨어의 관점에서 상기 제어 방법을 수행하기에 적합하고 그에 따라 설치된 로봇 제어 시스템를 포함한다.
마지막으로, 또한 본 발명은 본 발명에의 제어방법에 따른 로봇 제어방법에 의해 구동되는 다축 로봇, 특히 페인트 도장 로봇을 포함한다.
본 발명의 또 다른 진전이 종속항에서 확인되거나 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 설명을 통해 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 다축 페인트 도장 로봇을 구동하기 위한 본 발명에 따른 로봇 제어 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 제어 방법을 순서도 형태로 도시한 것이다.
도 3은 내부 토크 값으로부터 경로 수정 값을 계산하기 위한 도 1의 로봇 제어 시스템의 연산 유닛을 도시한 것이다.
도 4는 내부 마찰을 축 좌표의 시간 미분 함수로서 계산하기 위한 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 측정 과정에서 동적 로봇 모델의 모델 파라미터를 결정하기 위한 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 구성의 다른 실시예로서, 모델 파라미터가 다른 방법으로 계산된다.
도 7은 도 5에 도시된 구성의 또 다른 실시예로서 로봇 축에 브레이크가 걸려 정지하여 동적 로봇 모델의 로봇 파라미터를 결정한다.
도 1은 다축 페인트 도장 로봇을 구동하기 위한 본 발명에 따른 로봇 제어 시스템의 단순화된 개략도이다.
여기서 개별 로봇 축은 구동 모터(1)에 의해 구동되며, 이는 앞서서 인용된 독일공개특허 DE 103 42 471 A1를 통해 알 수 있다.
개별 로봇 축에 구비된 구동 모터(1)은 사전 결정된 전류 값(
Figure 112009074986445-PCT00021
)에 따라 각 경우에 개별 로봇 축에 대한 축 제어기(2)에 의해 구동되며, 여기서 밑줄 친 값은 개별 로봇 축을 위한 각 경우에 대한 요소를 포함하는 벡터를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 로봇 제어 시스템은 경로 보간기(3)를 포함하는데, 경로 보간기(3)는 다수의 경로 점들이 통과하는 사전 결정된 로봇 경로를 입력 변수로서 받는다. 개별 경로 점들은 공구 중심점(TCP)이 지나가기로 된 점들로서, 각 경우에 3차원 위치 벡터로 정의되며, 위치 벡터의 개별 요소들은 3차원 직교 좌표에서 경로 점들의 공간 좌표를 나타낸다.
경로 보간기(3)는 사전 결정된 로봇 경로의 개별 경로 점들의 공간 좌표를 역 로봇 운동학에 따라 축 좌표로 변환한다. 축 좌표는 사전 결정된 로봇 경로의 각 경로 점들에서 페인트 도장 로봇의 개별 로봇 축의 위치를 나타낸다. 경로 보간기는 다차원의 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00022
)를 출력하며, 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00023
)의 차원 수는 로봇 축의 수와 동일하여, 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00024
)의 개별 요소(
Figure 112009074986445-PCT00025
)는 각 경로 점들에서 페인트 도 장 로봇의 개별 로봇 축들의 위치를 나타낸다.
위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00026
)는 제1 연산 유닛(4)으로 전달되며, 제1 연산 유닛(4)은 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00027
)의 시간에 대한 1차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00028
)와 시간에 대한 2차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00029
) 즉, 축 좌표 시스템에서의 속도 및 가속도를 계산한다.
또한, 로봇 제어 시스템은 소프트웨어로 설치된 동적 로봇 모델(5)을 포함하며, 동적 로봇 모델(5)은 축 관련 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00030
), 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00031
)의 시간에 대한 1차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00032
)및 시간에 대한 2차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00033
)으로부터 외부 토크(
Figure 112009074986445-PCT00034
)과 내부 토크(
Figure 112009074986445-PCT00035
)의 합인 토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00036
)을 계산한다. 내부 토크(
Figure 112009074986445-PCT00037
)는 개별 로봇 축에서의 마찰 및 관성을 고려하여 다음의 식에 의해 계산된다.
Figure 112009074986445-PCT00038
토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00039
)는 토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00040
)로부터 경로 수정 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00041
)를 계산하는 제2 연산 유닛(6)으로 전달된다. 토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00042
)는 아래에서 상세히 설명는 바와 같이 경로 수정을 위해 사용된다. 경로 수정 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00043
) 는 토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00044
)로부터 다음 공식에 의해 계산된다.
Figure 112009074986445-PCT00045
미수정 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00046
)와 경로 수정 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00047
)가 가산기(7)로 함께 전달된다. 가산기(7)는 로봇 제어 시스템에서 동적 경로 이탈을 보상하는 수정 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00048
)를 계산한다.
수정 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00049
)는 위치 벡터
Figure 112009074986445-PCT00050
를 필터링하는 필터(8)에 전달된다. 필터(8)는 위치 벡터
Figure 112009074986445-PCT00051
를 평활화 하여 평활화된 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00052
)를 출력한다. 수정되고 평활화된 위치벡터(
Figure 112009074986445-PCT00053
)의 개별 요소들은 개별 로봇 축에 대한 개별 축 제어기(2)로 전달된다.
도 2a 및 도 2b의 순서도는 위에서 설명한 로봇 제어 시스템의 작동 방법을 더욱 명확히 한다.
제1 단계(S1)에서, 다수의 경로 점들의 경로 곡선이 경로 보간기(3)를 위해 사전 결정된다. 경로 점들은 공구 중심점(TCP)이 연속적으로 지나가기로 된 점들이며, 사전 결정된 경로 곡선의 개별 경로 점들은 3차원 직교 좌표에 의해 정의된다.
제2 단계(S2)에서, 개별 경로 점들의 공간 좌표는 경로 보간기(3)에 의해 대 응하는 축 좌표(
Figure 112009074986445-PCT00054
)로 변환되며, 축 좌표는 각 경로 점들에서 개별 로봇 축의 위치를 나타낸다.
다음, 제3 단계(S3)에서, 제1 연산 유닛(4)는 축 좌표에서 위치 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00055
)의 시간에 대한 1차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00056
) 및 시간에 대한 2차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00057
)을 계산한다.
다음, 제 4 단계(S4)에서, 대기 온도(T)가 측정된다. 이는 동적 로봇 모델(5)이 후술하는 바와 같이 온도에 영향을 받기 때문이다.
제5 단계(S5)에서, 동적 로봇 모델(5)의 모델 파라미터들이 앞서 측정된 대기 온도(T)의 함수로서 파라미터 메모리로부터 읽혀진다. 모델 파라미터들은 정적 마찰 상수(
Figure 112009074986445-PCT00058
) 및 동적 마찰 상수(
Figure 112009074986445-PCT00059
) 및 관성 상수(
Figure 112009074986445-PCT00060
)이다.
제6 단계(S6)에서, 전체 토크(
Figure 112009074986445-PCT00061
)가 동적 로봇 모델(5)에서 로봇의 마찰과 관성을 고려하기 위해 내부 토크(
Figure 112009074986445-PCT00062
)와 외부 토크(
Figure 112009074986445-PCT00063
)의 합으로 계산된다.
제7 단계(S7)에서, 전체 토크(
Figure 112009074986445-PCT00064
)은 동적 로봇 모델에 따라 계산되고, 축 좌표에서 개별 경로 점들에 대한 로봇 축의 탄성에 따라 대응하는 경로 수정 값(
Figure 112009074986445-PCT00065
)으로 변환된다.
제8 단계(S8)에서, 가산기(7)가 경로 수정 값(
Figure 112009074986445-PCT00066
)을 미수정 축 좌표(
Figure 112009074986445-PCT00067
)에 더함으로써, 개별 경로 점들의 수정 축 좌표가 계산된다.
다음, 제9 단계(S9)에서, 수정 축 좌표는 평활화를 위해 필터(8)에 의해 필터링된다.
다음, 제10 단계(S10)에서, 개별 축 제어기(2)가 수정되고 필터링된 축 좌표(
Figure 112009074986445-PCT00068
)에 의해 구동된다.
마지막으로, 제11 단계(S11)에서, 개별 축에서 개별 구동 모터(1)가 축 제어기(2)에 의해 제어된다.
도 3은 도 1에 도시된 제2 연산 유닛(6)의 실시예를 보여준다. 제2 연산 유닛(6)은 토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00069
)로부터 경로 수정 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00070
)를 계산한다. 이 실시예에서, 제2 연산 유닛(6)은 P 요소(9), PT1 요소(10), PT2 요소(11) 및 가산기(12)를 구비한다. P 요소(9), PT1 요소(10) 및 PT2 요소(11)는 입력측에서 토크 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00071
)을 받으며 출력측에서 가산기(12)에 연결된다. 가산기(12)는 경로 수정 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00072
)를 계산하기 위하여 P 요소(9)의 출력 신호, PT1 요소(10)의 출력 신호 및 PT2 요소(11)의 출력 신호를 더한다.
P 요소는 종래 기술에 잘 알려져 있으며, 비례 전달 특성을 갖는다.
PT1 요소(10)도 종래 기술에 잘 알려져 있으며, 1차 지연의 비례 전달 특성 을 갖는다.
PT2 요소(11) 역시 종래 기술에 잘 알려져 있으녀, 2차 지연의 비례 전달 특성을 갖는다.
경로 수정 벡터(
Figure 112009074986445-PCT00073
)의 개별 요소(
Figure 112009074986445-PCT00074
)는 제2 연산 유닛(6)에 의해 다음 전달 함수에 따라 계산된다.
Figure 112009074986445-PCT00075
도 4는 축 좌표의 시간에 대한 1차 미분(
Figure 112009074986445-PCT00076
)의 함수인 내부 토크(
Figure 112009074986445-PCT00077
)을 계산하기 위한 그래프를 보여준다. 도 4로부터 마찰 토크(
Figure 112009074986445-PCT00078
)는 데드 존(dead zone)의 시작과 끝점 사이의 마찰 토크(
Figure 112009074986445-PCT00079
)의 값을 중간에 삽입함으로써 원점 주위의 데드 존에서 별도로 취급됨이 명백하다.
도 5는 앞서서 언급된 동적 로봇 모델의 모델 파라미터의 계산을 개략적으로 도시한 것이다. 예로서, 도면은 말단 장치(14)와 기어 연결부(15)를 구비하는 단일 로봇 축(13) 만을 보여준다.
기어 연결부(15)는 드라이브 모터에 의해 여기 유닛(16)을 통해 일시적으로, 주기적으로 또는 확률적으로 여기될 수 있다.
편차가 측정 유닛(17)에 의해 말단 장치(14)에서 측정되어서 제1 평가 유 닛(18)으로 전달된다. 제1 평가 유닛(18)은 로봇 축(13)의 기계적 전달 특성을 계산하기 위해 측정된 말단 장치의 편차에 대해 푸리에 해석(Fourier Analysis) 또는 상관관계 분석(correlation analysis)을 실시한다.
도 6의 도시는 도 5의 도시와 대부분 동일하며, 반복을 피하기 위해 도 5와 관련된 설명에 따라 동일한 도면부호가 사용된다.
도 6의 실시예의 특징은 측정 유닛(17)이 출력측에서 제2 평가 유닛(19)에 연결된다는 것이다. 제2 평가 유닛(17)은 측정된 편차를 품질 기준과 비교하고 그에 따라 수정 유닛(20)의 수정 명령문을 조절한다. 수정 유닛(20)은 번갈아 제2 평가 유닛(19)의 품질 기준에 영향을 미치는 계산 유닛(21)에 연결된다.
마지막으로, 도 5의 또 다른 실시예로서, 말단 장치(14)가 브레이크에 의해 정지되는 경우를 보여준다. 여기 유닛(16)은 축(13)의 스프링 상수(13)를 계산하기 위하여 계단식으로 전방으로 구동모터를 회전시키고 구동 모터에서 토크를 측정한다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
도면부호 목록 :
1 구동 모터 2 축 제어기
3 경로 보간기 4 제1 연산 유닛
5 로봇 모델 6 제2 연산 유닛
7 가산기 8 필터
9 P 요소 10 PT1 요소
11 PT2 요소 12 가산기
13 로봇 축 14 말단 장치
15 기어 연결부 16 여기 유닛
17 측정 유닛 18 제1 평가 유닛
19 제2 평가 유닛 20 수정 유닛
21 계산 모델

Claims (12)

  1. a) 각 경우에 대해 공간 좌표에 의해 정의되는 로봇의 기준점이 지나가기로 된 다수의 경로 점들을 거치는 로봇 경로를 사전 결정하는 단계(S1)와,
    b) 상기 개별 경로 점들을 역 로봇 운동학에 따라 각 경로 점에서 상기 개별 로봇 축의 위치를 나타내는 대응하는 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00080
    )로 변환하는 단계(S2)와,
    c) 상기 변환된 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00081
    )에 따라 상기 개별 로봇 축을 위한 축 관련 제어기(2)를 구동하는 단계(S10)와,
    d) 상기 해당 축 관련 제어기(2)에 의해 상기 개별 로봇 축의 축 관련 구동 모터(1)를 구동하는 단계(S11)를 포함하며,
    e) 로봇의 탄성 및/또는 마찰 및/또는 관성을 고려하여 동적 로봇 모델(5)에 따라 상기 로봇 경로 상의 상기 개별 경로 점들에 대한 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00082
    )을 계산하는 단계(S3-S7)와,
    f) 상기 개별 경로 점들의 미수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00083
    )와 상기 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00084
    )로부터 상기 개별 경로 점들에 대한 수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00085
    )를 계산하는 단계(S8)와,
    g) 상기 수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00086
    )에 따라 축 관련 제어기(2)를 구동하는 단계(S10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 로봇, 특히 페인트 도장 로봇을 위한 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    a) 상기 동적 로봇 모델(5)에 따라 상기 경로 점들의 상기 미수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00087
    )로부터 상기 구동 모터(1) 및 상기 관련된 로봇 축의 내부 토크를 나타내는 내부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00088
    ) 및/또는 외부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00089
    )을 계산하는 단계(S6)와,
    b) 상기 내부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00090
    )과 상기 외부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00091
    )으로부터 상기 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00092
    )을 계산하는 단계(S7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00093
    ,
    Figure 112009074986445-PCT00094
    )은
    a) 상기 경로 점들의 상기 미수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00095
    )의 부호와 정적 마찰 상수(
    Figure 112009074986445-PCT00096
    )로부터 계산되는 정적 마찰 항 및/또는
    b) 상기 경로 점들의 상기 미수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00097
    )의 시간에 대한 1차 미분(
    Figure 112009074986445-PCT00098
    )과 동적 마찰 상수(
    Figure 112009074986445-PCT00099
    )로부터 계산되는 동적 마찰 항 및/또는
    c) 상기 경로 점들의 상기 미수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00100
    )의 시간에 대한 2차 미분(
    Figure 112009074986445-PCT00101
    )과 관성 상수(
    Figure 112009074986445-PCT00102
    )로부터 계산되는 관성 항을
    구비하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    a) 대기 온도(T)를 측정하는 단계(S4)와,
    b) 상기 측정된 대기 온도(T)에 대응하는 상기 동적 로봇 모델의 모델 파라미터(
    Figure 112009074986445-PCT00103
    ,
    Figure 112009074986445-PCT00104
    ,
    Figure 112009074986445-PCT00105
    )를 파라미터 메모리로부터 읽는 단계(S5)와,
    c) 상기 읽어들인 상기 동적 로봇 모델의 모델 파라미터(
    Figure 112009074986445-PCT00106
    ,
    Figure 112009074986445-PCT00107
    ,
    Figure 112009074986445-PCT00108
    ) 에 따라 상기 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00109
    )를 계산하는 단계(S7)를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 온도 종속 모델 파라미터는
    a) 정적 마찰 상수(
    Figure 112009074986445-PCT00110
    ) 및/또는
    b) 동적 마찰 상수(
    Figure 112009074986445-PCT00111
    ) 및/또는
    c) 관성 상수(
    Figure 112009074986445-PCT00112
    )를
    구비하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00113
    )가 내부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00114
    ) 및/또는 외부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00115
    )으로부터
    a) P 요소(9) 및/또는
    b) PT1 요소(10) 및/또는
    c) PT2 요소(11)
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00116
    )가 상기 로봇 축의 탄성을 고려하여 상기 내부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00117
    ) 및/또는 외부 토크 값(
    Figure 112009074986445-PCT00118
    )로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 축 관련 제어기(2)를 구동하기에 앞서 평활화를 위하여 상기 경로 점들의 상기 수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00119
    )를 필터링하는 단계(S9)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00120
    )는
    a) 평균 필터
    b) 가중 평균을 결정하는 평균 필터
    c) 상-리드(lead) 필터
    d) FIR 필터,
    e) 대역 여파기 및/또는
    f) 저역 통과 필터(low-pass filter)에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 경로 수정 값(
    Figure 112009074986445-PCT00121
    )은 수정을 위해 상기 경로 점들의 미수정 축 좌표(
    Figure 112009074986445-PCT00122
    )에 더해지는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 청구항에 따른 제어방법을 수행하기 위해 설치된 로봇 제어 시스템.
  12. 제11항에 따른 로봇 제어 시스템을 구비하는 로봇, 특히 페인트 도장 로봇.
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