KR20110123942A - Robot calibration method using digital leveler - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 로봇 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 특히 로봇 관절의 정확한 원점을 등록하기 위한 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for calibrating a robot, and more particularly, to a method for calibrating a vertical articulated robot using a digital level meter for registering an accurate origin of a robot joint.
각종 산업현장에 배치되어 자동조절에 의해 조작이나 이동 등의 일을 수행하는 로봇은 팔의 움직임에 따라 직교좌표 로봇, 원통좌표 로봇, 극좌표 로봇, 다관절 로봇으로 분류된다. 이 중 다관절 로봇은 인간의 팔에 관절이 있듯이 로봇의 어깨·팔꿈치·손목에 해당하는 부분이 회전할 수 있는 것이다. 각각의 관절의 움직임을 제어하면 곡면을 따라 팔을 움직이거나, 작업대상물의 뒤쪽·아래쪽에도 팔을 움직여서 작업할 수가 있게 된다. Robots that are arranged at various industrial sites and perform operations or movements by automatic adjustment are classified into rectangular coordinate robots, cylindrical coordinate robots, polar coordinate robots, and articulated robots according to arm movements. Of these, articulated robots can rotate parts corresponding to the robot's shoulders, elbows, and wrists, just as a human arm has joints. By controlling the movement of each joint, you can work by moving your arms along the surface, or by moving your arms behind and below the workpiece.
6자유도 수직 다관절 로봇은 도 1의 동력전달 구조 및 축 구성도에 나타낸 바와 같이, 1축에서 6축에 이르는 축(1AXIS∼6AXIS)의 구성에 있어 2축과 3축이 동일한 축선상에 존재하여 2축과 3축을 각각 회전 구동한다. 5축과 6축은 로봇의 손목축이다. As shown in the power transmission structure and shaft configuration diagram of FIG. 1, the six degree of freedom vertical articulated robot is located on the same axis in which the two axes and the three axes are arranged in the configuration of the axes 1AXIS to 6AXIS ranging from one axis to six axes. It exists and drives two axes and three axes respectively. The 5th and 6th axes are the wrist axis of the robot.
2축(2AXIS)의 회전은 2축 구동모터(11)의 회전운동에 의해 2축 구동모터(11) 축에 연결된 감속기를 거쳐 2축 링크를 회전 운동시키고, 2축 링크의 다른 끝단에 연결된 3축 링크가 움직이게 된다. Rotation of the 2 axis 2AXIS rotates the 2 axis link through the reducer connected to the 2
3축(3AXIS)의 회전은 3축 구동모터(12)의 회전운동에 의해 3축 구동모터(12) 축에 연결된 감속기를 거쳐 3축과 평행한 보조링크를 회전 운동시키고, 그 끝단에 2축과 평행한 보조링크가 힌지점으로 연결되어 있어 2축과 평행하게 움직이게 된다. 3축과 평행한 보조링크는 그 끝단이 3축 링크의 회전중심으로부터 소정의 거리가 떨어진 곳에 연결되어 2축 링크와 연결된 힌지점을 기준으로 회전 운동하게 된다. Rotation of three axes (AXAXIS) rotates the auxiliary link parallel to the three axes through the reduction gear connected to the three axes drive motor 12 axis by the rotary motion of the three axes drive motor 12, and two axes at the end Auxiliary link parallel to is connected to hinge point and moves parallel to 2 axes. Auxiliary link parallel to the three axis is connected to the end is a predetermined distance away from the center of rotation of the three-axis link is to rotate relative to the hinge point connected to the two-axis link.
도 2에 도시한 6자유도 수직 다관절 로봇의 좌표계에 따른 파라메터는 다음의 표 1과 같다. Parameters according to the coordinate system of the six degree of freedom vertical articulated robot shown in FIG. 2 are shown in Table 1 below.
6자유도 수직 다관절 로봇의 베이스 프레임으로부터 Tool로의 트랜스폼 매트릭스는 아래와 같다. The transform matrix from the base frame of the 6 DOF vertical articulated robot to the tool is shown below.
여기에서, From here,
이다. to be.
여기에서, 이다. From here, to be.
6자유도 수직 다관절 로봇의 경우, 2,3축이 parallel 메커니즘으로 되어 있어 구동축 3축의 각도 는 와 같다. 즉, In the case of a six degree of freedom vertical articulated robot, two and three axes are parallel mechanisms, so Is Same as In other words,
이다. to be.
로봇 끝단의 자세는 통상적으로 roll, pitch, yaw로 표현하는데, 상기한 트랜스폼 매트릭스 (1)과 아래의 관계를 갖는다. The posture of the robot tip is typically expressed in roll, pitch, and yaw, and has the following relationship with the transform matrix (1).
한편, 본 명세서에서 로봇의 캘리브레이션이란 로봇 각 관절의 절대적인 원점을 찾아 등록하는 작업을 의미하며, 다르게는 마스터링이라 불리우기도 한다. 종래 6자유도 수직 다관절 로봇의 캘리브레이션 방법을 살펴보면, 축별로 정확한 구멍을 가공하여 캘리브레이션 지그를 가동된 구멍에 삽입하여 맞춘 후에 로봇 관절의 원점을 찾았다. 즉, 로봇 베이스의 정확한 위치에 구멍을 가공하고, 로봇 끝에 축을 장착하여 가공된 구멍에 캘리브레이션 지그를 삽입하였다. 이 때, 그 위치는 유일한 위치가 되므로 그 위치에서 로봇의 관절각이 얼마인지를 파악할 수가 있게 된다. 따라서, 로봇 관절각을 그 값으로 세팅하면 원점 등록이 이루어진다. Meanwhile, in the present specification, the calibration of a robot refers to a task of finding and registering an absolute origin of each joint of the robot, and may also be called mastering. Looking at the calibration method of the conventional 6-degree of freedom vertical articulated robot, the robot joint origin was found after processing the correct hole for each axis and inserting the calibration jig into the movable hole. That is, the hole was machined at the exact position of the robot base, and the calibration jig was inserted into the machined hole by attaching a shaft to the robot end. At this time, since the position becomes a unique position, it is possible to determine how much the joint angle of the robot is at that position. Therefore, when the robot joint angle is set to that value, origin registration is performed.
그렇지만, 상술한 바와 같이, 작업자가 수동으로 직접 원점을 찾기 위해서는 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 작업자의 숙련도에 따라 원점의 보정 정밀도가 상이한 문제점이 있다. However, as described above, it takes a lot of time for the operator to manually find the origin manually, there is a problem that the correction accuracy of the origin is different according to the skill of the operator.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로봇 관절의 원점을 자동으로 정확하게 찾아 등록하기 위한 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a calibration method for a vertical articulated robot using a digital horizontal system for automatically finding and registering an origin of a robot joint automatically and accurately.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법은, 로봇의 각 관절을 이미 정해진 자세로 움직여가면서 디지털 수평계로 각 자세에서의 각도를 측정한 후, 측정된 각도를 이용하여 로봇의 각 관절의 원점을 검출하여, 그 위치를 로봇의 각 관절의 원점으로 등록하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a calibration method of a vertical articulated robot using a digital horizontal system according to the present invention is to measure the angle at each posture with a digital level while moving each joint of the robot to a predetermined position, and then measure the angle. The origin of each joint of the robot is detected using the obtained angle, and the position thereof is registered as the origin of each joint of the robot.
여기에서, 상기 디지털 수평계는 전후좌우의 각도를 측정할 수 있는 2D 디지털 수평계인 것이 바람직하다. Here, the digital level is preferably a 2D digital level that can measure the angle of the front, rear, left and right.
또한, 상기 로봇은 6자유도 수직 다관절 로봇이고, 로봇의 관절 중 3~6축의 원점을 등록하는 것이 바람직하다. In addition, the robot is a six degree of freedom vertical articulated robot, it is preferable to register the origin of the three to six axes of the robot joint.
또한, 상기 원점 등록 방법은, 로봇의 모든 축을 원점으로 추정된 점에 위치시키는 과정과; 4축을 ±90°로 회전시켜 로봇 베이스 좌표계의 y방향을 기준으로 정의된 기울기인 pitch를 측정한 후, 3축 오차를 보정하여 3축 원점을 등록하는 과정과; 4축을 0°로 회전시켜 pitch를 측정한 후, 5축 오차를 보정하여 5축 원점을 등록하는 과정과; 5축을 90°로 회전시켜 로봇 베이스 좌표계의 x방향을 기준으로 정의된 기울기인 roll를 측정한 후, 4축 오차를 보정하여 4축 원점을 등록하는 과정과; 5축을 0°로 회전시켜 roll를 측정한 후, 6축 오차를 보정하여 6축 원점을 등록하는 과정을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. In addition, the origin registration method includes the steps of placing all axes of the robot at the point estimated as the origin; Measuring the pitch, which is a tilt defined based on the y direction of the robot base coordinate system by rotating the 4 axes by ± 90 °, and correcting the 3-axis error to register the 3-axis origin; Measuring the pitch by rotating the 4 axes to 0 °, and then correcting the 5 axis errors to register the 5 axis origins; Measuring a roll, which is an inclination defined based on the x direction of the robot base coordinate system by rotating the 5 axes by 90 °, and then registering the 4 axis origin by correcting the 4 axis error; After measuring the roll by rotating the five axes to 0 °, it is preferable that the six-axis error is corrected and the six-axis origin is registered.
또한, 상기 3축 원점을 등록하는 과정은, 4축을 90°로 회전시킨 후 pitch β+ 90를 측정하는 단계와; 4축을 -90°로 회전시킨 후 pitch β-90를 측정하는 단계와; pitch β+ 90와 pitch β-90의 합 을 계산하는 단계와; 를 만큼 회전시켜 그 상태를 3축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the process of registering the three-axis origin, the step of measuring the pitch β + 90 after rotating the four axes to 90 °; Measuring pitch β- 90 after rotating the four axes to −90 °; Sum of pitch β + 90 and pitch β -90 Calculating a; To It is preferable to include the step of rotating as much as to register the state as the origin of the three axes.
또한, 상기 5축 원점을 등록하는 과정은, 4축을 0°로 회전시킨 후 pitch β0를 측정하는 단계와; θ5 을 pitch β0만큼 회전시켜 그 상태를 5축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the process of registering the five-axis origin, the step of measuring the pitch β 0 after rotating the four axes to 0 °; It is preferable to include the step of rotating θ 5 by pitch β 0 and registering the state as the origin of five axes.
또한, 상기 4축 원점을 등록하는 과정은, 5축을 90°로 회전시킨 후 roll γ90을 측정하는 단계와; θ4을 roll γ90만큼 회전시켜 그 상태를 4축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the process of registering the four-axis origin, measuring the roll γ 90 after rotating the five axes to 90 °; It is preferable to include rotating the θ 4 by roll γ 90 and registering the state as the origin of four axes.
또한, 상기 6축 원점을 등록하는 과정은, 5축을 0°로 회전시킨 후 roll γ0을 측정하는 단계와; θ6을 roll γ0만큼 회전시켜 그 상태를 6축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the process of registering the six-axis origin, measuring the roll γ 0 after rotating the five axes to 0 °; and rotating the θ 6 by roll γ 0 to register the state as the origin of the six axes.
본 발명에 따르면, 디지털 수평계를 이용하여 로봇 관절의 각 축의 원점을 자동으로 찾아 등록함으로써 작업 시간이 적게 소요될 뿐만 아니라 원점의 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. According to the present invention, by automatically finding and registering the origin of each axis of the robot joint using a digital level, it takes the advantage of not only less work time but also improve the precision of the origin.
도 1은 6자유도 수직 다관절 로봇의 동력전달 구조 및 축 구성도.
도 2는 6자유도 수직 다관절 로봇의 좌표계를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 로봇 캘리브레이션을 실시하기 위한 장치 구성도.
도 4는 도 3의 디지털 수평계의 설치 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 도 5에서의 3축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 도 5에서의 5축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 도 5에서의 4축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 도 5에서의 6축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도. 1 is a power transmission structure and axis configuration diagram of a six degree of freedom vertical articulated robot.
2 is a conceptual diagram illustrating a coordinate system of a six degree of freedom vertical articulated robot.
Figure 3 is a block diagram of a device for performing a robot calibration using a digital level in accordance with the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating the installation of the digital horizontal system of FIG. 3.
5 is a flow chart illustrating a calibration method of a vertical articulated robot using a digital horizontal system according to the present invention.
6 is a flowchart for explaining a process of registering a three-axis origin in FIG.
7 is a flowchart for explaining a process of registering a 5-axis origin in FIG.
8 is a flowchart for explaining a process of registering a 4-axis origin in FIG.
9 is a flowchart for explaining a process of registering a six-axis origin in FIG.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 로봇 캘리브레이션을 실시하기 위한 장치 구성은 캘리브레이션 대상인 로봇(110), 로봇(110)의 자세를 측정하기 위해, 지그(120)에 의해 로봇(110)의 말단부에 설치되는 디지털 수평기(130) 및 디지털 수평기(130)가 측정한 출력 신호를 수신할 수 있도록 통신 케이블(140)을 통해 연결되며, 로봇의 동작을 제어하는 로봇 제어기(150)로 이루어진다. 여기에서, 디지털 수평기(130)와 로봇 제어기(150)는 시리얼 통신(예컨대, RS232C)으로 데이터를 송수신할 수 있다. As shown in FIG. 3, the device configuration for calibrating a robot using a digital level according to the present invention is a
본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법은, 상술한 장치 구성을 통해, 로봇(110)의 각 관절을 이미 정해진 자세로 움직여가면서 디지털 수평계(130)로 각 자세에서의 각도를 측정한 후, 측정된 각도를 이용하여 로봇(110)의 각 관절의 원점을 검출하여, 그 위치를 로봇(110)의 각 관절의 원점으로 등록하는 것이다. In the calibration method of a vertical articulated robot using a digital horizontal system according to the present invention, the angle of each posture is determined by the digital
이 때, 상기 디지털 수평계(130)는 전후좌우의 각도를 측정할 수 있는 2D 디지털 수평계일 수 있다. 그리고, 상기 로봇(110)은 6자유도 수직 다관절 로봇으로서, 로봇(110)의 관절 중 3~6축의 원점을 등록할 수 있다. In this case, the
도 5는 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도, 6은 도 5에서의 3축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도, 도 7은 도 5에서의 5축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도, 도 8은 도 5에서의 4축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도, 도 9는 도 5에서의 6축 원점을 등록하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a calibration method of a vertical articulated robot using a digital horizontal system according to the present invention, 6 is a flowchart illustrating a process of registering a three-axis origin in FIG. 5, and FIG. Flow chart for explaining the process of registering the 5-axis origin, Figure 8 is a flow chart for explaining the process of registering the 4-axis origin in Figure 5, Figure 9 illustrates the process of registering the 6-axis origin in Figure 5 Flowchart for
먼저, 용어에 대하여 정의하자면 는 i번째 로봇 관절의 움직인 각도, 는 , 는 , roll은 로봇 베이스 좌표계의 x방향을 기준으로 정의된 기울기, pitch는 로봇 베이스 좌표계의 y방향을 기준으로 정의된 기울기를 의미한다. First, let's define the term Is the angle of movement of the i-th robot joint, Is , Is , roll is the slope defined based on the x direction of the robot base coordinate system, and pitch is the slope defined based on the y direction of the robot base coordinate system.
도 5~9를 참조하여 원점을 등록하는 방법을 살펴보면, 먼저 로봇의 모든 축을 원점으로 추정된 점에 위치시킨다(S110). 이어서, 4축을 ±90°로 회전시켜 로봇 베이스 좌표계의 y방향을 기준으로 정의된 기울기인 pitch를 측정한 후, 3축 오차를 보정하여 3축 원점을 등록한다(S120). 구체적으로, 3점 원점을 등록하는 과정(S120)을 살펴보면, 4축을 90°로 회전시킨 후 pitch β+ 90를 측정하고, 4축을 -90°로 회전시킨 후 pitch β-90를 측정한다(S121),(S122). 그리고, pitch β+ 90와 pitch β-90의 합 ()을 계산한다(S123). 마지막으로, 를 만큼 회전()시킨 후, 그 상태를 3축의 원점으로 등록한다(S124). Looking at the method of registering the origin with reference to Figures 5-9, first place all axes of the robot at the point estimated as the origin (S110). Subsequently, after the four axes are rotated by ± 90 °, the pitch, which is a slope defined based on the y direction of the robot base coordinate system, is measured, and the three axes are corrected to register the three axes of origin (S120). Specifically, looking at the process of registering the three-point origin (S120), the pitch β + 90 is measured after rotating the 4 axis to 90 °, the pitch β -90 is measured after rotating the 4 axis to -90 ° (S121) ), (S122). And the sum of pitch β + 90 and pitch β -90 ( ) Is calculated (S123). Finally, To Rotate by After that, the state is registered as the origin of three axes (S124).
계속해서, 4축을 0°로 회전시켜 pitch를 측정한 후, 5축 오차를 보정하여 5축 원점을 등록한다(S130). 구체적으로, 상기 5축 원점을 등록하는 과정(S130)을 살펴보면, 4축을 0°로 회전시킨 후 pitch β0를 측정한다(S131). 그리고, θ5을 pitch β0만큼 회전(θ5=β0)시킨 후, 그 상태를 5축의 원점으로 등록한다(S132). Subsequently, after measuring the pitch by rotating the 4 axes to 0 °, the 5 axis error is corrected to register the 5 axis origin (S130). Specifically, referring to the process of registering the 5-axis origin (S130), the pitch β 0 is measured after rotating the 4 axes to 0 ° (S131). Then, after rotating θ 5 by pitch β 0 (θ 5 = β 0 ), the state is registered as the origin of five axes (S132).
계속해서, 5축을 90°로 회전시켜 로봇 베이스 좌표계의 x방향을 기준으로 정의된 기울기인 roll를 측정한 후, 4축 오차를 보정하여 4축 원점을 등록한다(S140). 구체적으로, 상기 4축 원점을 등록하는 과정(S140)을 살펴보면, 5축을 90°로 회전시킨 후 roll γ90을 측정한다(S141). 그리고, θ4를 roll γ90만큼 회전시킨 후, 그 상태를 4축의 원점으로 등록한다(S142). Subsequently, after measuring the roll, which is a tilt defined based on the x direction of the robot base coordinate system by rotating the 5 axes at 90 °, the 4 axis error is corrected to register the 4 axis origin (S140). Specifically, looking at the process of registering the four-axis origin (S140), after rotating the five axes to 90 ° to measure the roll γ 90 (S141). Then, after rotating θ 4 by roll γ 90 , the state is registered as the origin of four axes (S142).
마지막으로, 5축을 0°로 회전시켜 roll를 측정한 후, 6축 오차를 보정하여 6축 원점을 등록한다(S150). 구체적으로, 상기 6축 원점을 등록하는 과정(S150)을 살펴보면, 5축을 0°로 회전시킨 후 roll γ0을 측정한다(S151). 그리고, θ6을 roll γ0만큼 회전시킨 후, 그 상태를 6축의 원점으로 등록한다(S152). Finally, after measuring the roll by rotating the five axes to 0 °, the six-axis error is corrected to register the six-axis origin (S150). Specifically, looking at the process of registering the six-axis origin (S150), after rotating the five axes to 0 ° to measure the roll γ 0 (S151). Then, after rotating θ 6 by roll γ 0 , the state is registered as the origin of six axes (S152).
이와 같이, 로봇의 모든 축을 원점으로 추정된 점에 위치시킨 후에, 3축, 5축, 4축, 6축의 순서대로 원점을 등록하는 것이다.
In this way, after positioning all axes of the robot at the point estimated as the origin, the origin is registered in the order of three axes, five axes, four axes, and six axes.
이제, 좀 더 구체적으로 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법을 각 과정별로 설명하기로 한다. Now, more specifically, the calibration method of the vertical articulated robot using the digital horizontal system according to the present invention will be described for each process.
<초기 세팅><Initial setting>
눈으로 관측하여 모든 관절을 원점에 위치시킨다. 이때, 캘리브레이션이 수행되기 전이므로 관절이 정확한 원점에 위치하지 않을 것이므로, 오차가 존재하는데 그 오차를 로 정의하자. 눈으로 관찰하더라도 는 비교적 작은 값을 가지므로 다음의 관계를 얻을 수 있다. Observe with your eyes and place all joints at their origin. At this time, since before the calibration is performed, the joint will not be located at the exact origin, and an error exists. Let's define Even if you observe with your own eyes Since has a relatively small value, the following relationship can be obtained.
<3축 캘리브레이션><3-axis calibration>
4축을 +90°, -90°로 움직인 후 pitch를 측정하여, 그 값을 β+ 90와 β-90로 정의한다. 물론 4축이 아직 캘리브레이션 되지 않았으므로, 정확히 +/-90°에 위치시키지는 못하므로, 실제 4축은 로 갈 것이다. 여기에서 는 위에서 설명한 바와 같이 4축의 원점 오차를 의미한다. 4 axes + 90 °, After moving to -90 °, measure the pitch and define the values as β + 90 and β -90 . Of course, since the 4 axis is not calibrated yet, it is not exactly positioned at +/- 90 ° , so the actual 4 axis Will go to From here As described above, it means the origin error of 4 axes.
수학식 2와 5를 이용하여 pitch와 각 joint의 관계로부터 3축의 각도를 보정하는데, 우선 아래의 근사화를 이용한다. Equations 2 and 5 are used to correct the angles of the three axes from the relationship between the pitch and each joint. First, the following approximation is used.
우선 수학식 5를 다시 쓰면 아래와 같다. First, rewrite Equation 5 as follows.
인 경우, 수학식 2로부터 를 계산하면 아래와 같다. If, from equation (2) The calculation is as follows.
여기에서, 수학식 8과 9를 적용하면 Here, applying equations 8 and 9
가 된다. 여기에서, 이므로, 으로 할 수 있다. Becomes From here, Because of, You can do
마찬가지 방법으로 αZ를 계산하면, By calculating α Z in the same way,
이제, 수학식 5에 수학식 11을 대입하되, 이므로 atan2()로 표현할 필요없이 tan-1()로 표현할 수 있다. Now,
일 때, 위와 마찬가지의 방법을 적용하면, If you apply the same method as above,
이다.to be.
β+ 90와 β-90를 측정한 후, 수학식 12, 13을 이용하여 을 추정할 수 있다. 즉, 두 수학식을 더하면 가 소거되므로 다음의 결과를 얻는다. After measuring β + 90 and β -90 , using Equations 12 and 13 Can be estimated. In other words, if you add two equations Is eliminated, and the following results are obtained.
즉, 현재 으로 추정한 위치가 실제로는 인 위치인 것이다. 그러므로, 를 만큼 회전()시켜, 그 상태를 의 원점으로 등록한다.That is The location estimated by It is the position that is. therefore, To Rotate by ) The state Register to the origin of.
<5축 캘리브레이션><5-axis calibration>
앞 과정에서 3축의 캘리브레이션이 완료되었으므로, 으로 간주한다. 에 위치시키면, pitch와 그 관련 수학식은 다음과 같다. Since the calibration of the three axes was completed in the previous procedure, To be considered. When placed at, the pitch and related equations are as follows.
따라서, therefore,
가 된다. Becomes
그러므로 θ4를 0°로 이동하여(아직 보정전이므로 θ4=δ4로 이동함), pitch +β0를 측정한다. θ5=δ5=β0로 이동시킨 후 원점으로 등록한다.Therefore, the pitch + β 0 is measured by moving θ 4 to 0 ° (since θ 4 = δ 4 since it is not corrected yet). Move to θ 5 = δ 5 = β 0 and register as origin.
<4축과 6축의 캘리브레이션>4-axis and 6-axis calibration
앞의 결과에 따라 으로 간주 할 수 있게 되었다. 으로 세팅하였을 때, rotation vector를 고찰하겠다. 수학식 2는 아래와 같이 된다. According to the previous result Could be considered. When set to, we will consider the rotation vector. Equation 2 is as follows.
따라서, 수학식 5~7은Therefore, Equations 5-7
가 되어, 이것은 직관적으로 생각할 수 있는 결과와 같다. roll(γ)은 4,6축이 더해진 형태이므로 이 상태로는 4,6축을 독립적으로 측정할 수 없다. This is equivalent to an intuitively conceivable result. Since roll (γ) is a form with 4 and 6 axes added, it is not possible to measure 4 and 6 axes independently in this state.
4축을 보정하기 위해, 직관적인 방법으로 θ5=90°로 회전시키면 지그의 roll은 θ4에 의해서만 결정된다는 사실을 이용한다. 즉, θ5=90°인 상태의 jig 좌표계와 base frame을 일치시키고, 이때의 jig좌표계를 {8}로 정의한 후 를 구하면 아래와 같다. θ5=90°일 때 {8}이 {0}과 일치하므로 θ5=0°일 때 {8}은 {T}To calibrate the four axes, take advantage of the fact that if you rotate θ 5 = 90 ° in an intuitive way, the jig roll is only determined by θ 4 . That is, the jig coordinate system and the base frame in the state where θ 5 = 90 ° are matched, and the jig coordinate system at this time is defined as {8}. Is obtained as follows. {8} matches {0} when θ 5 = 90 °, so {8} equals {T} when θ 5 = 0 °
로부터 pitch 방향으로 90°회전한 상태가 된다.90 ° is rotated in the pitch direction.
따라서, 이 때 roll은 아래와 같이 된다. Therefore, the roll is as follows.
즉, roll의 값이 바로 4축의 오차가 되므로, 수평계로 roll을 측정하여 θ4를 보정할 수 있다. θ4를 보정한 후 θ5=0°로 한 뒤, roll을 측정하여 6축을 보정한다. In other words, since the value of roll becomes the error of 4 axes, it is possible to correct θ 4 by measuring the roll with a horizontal gauge. After correcting θ 4 , set θ 5 = 0 ° and measure roll to calibrate 6 axes.
한편, 본 발명에 따른 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다. 즉, 6자유도 수직 다관절 로봇 뿐만 아니라 다른 로봇에도 동일한 방법으로 적용 가능하다.On the other hand, although the calibration method of a vertical articulated robot using a digital horizontal system according to the present invention has been described according to a limited embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, and having ordinary knowledge in connection with the present invention. Many alternatives, modifications and variations can be made without departing from the scope of the disclosure. That is, six degrees of freedom can be applied to other robots as well as vertical articulated robots in the same way.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110 : 로봇 120 : 지그
130 : 수평계 140 : 통신 케이블
150 : 로봇 제어기110: robot 120: jig
130: level 140: communication cable
150: robot controller
Claims (8)
상기 디지털 수평계는 전후좌우의 각도를 측정할 수 있는 2D 디지털 수평계인 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The method according to claim 1,
The digital level meter is a calibration method of a vertical articulated robot using a digital level meter, characterized in that the 2D digital level which can measure the angle of the front, rear, left and right.
상기 로봇은 6자유도 수직 다관절 로봇이고, 로봇의 관절 중 3~6축의 원점을 등록하는 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The method according to claim 2,
The robot is a six degree of freedom vertical articulated robot, and the calibration method of the vertical articulated robot using a digital level, characterized in that to register the origin of the three to six axes of the robot joint.
로봇의 모든 축을 원점으로 추정된 점에 위치시키는 과정과;
4축을 ±90°로 회전시켜 로봇 베이스 좌표계의 y방향을 기준으로 정의된 기울기인 pitch를 측정한 후, 3축 오차를 보정하여 3축 원점을 등록하는 과정과;
4축을 0°로 회전시켜 pitch를 측정한 후, 5축 오차를 보정하여 5축 원점을 등록하는 과정과;
5축을 90°로 회전시켜 로봇 베이스 좌표계의 x방향을 기준으로 정의된 기울기인 roll를 측정한 후, 4축 오차를 보정하여 4축 원점을 등록하는 과정과;
5축을 0°로 회전시켜 roll를 측정한 후, 6축 오차를 보정하여 6축 원점을 등록하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The origin registration method according to claim 3,
Positioning all axes of the robot at a point estimated from the origin;
Measuring the pitch, which is a tilt defined based on the y direction of the robot base coordinate system by rotating the 4 axes by ± 90 °, and correcting the 3-axis error to register the 3-axis origin;
Measuring the pitch by rotating the 4 axes to 0 °, and then correcting the 5 axis errors to register the 5 axis origins;
Measuring a roll, which is an inclination defined based on the x direction of the robot base coordinate system by rotating the 5 axes by 90 °, and then registering the 4 axis origin by correcting the 4 axis error;
A method of calibrating a vertical articulated robot using a digital leveling system comprising a step of registering a six-axis origin by calibrating six-axis errors after measuring a roll by rotating five axes to 0 °.
4축을 90°로 회전시킨 후 pitch β+ 90를 측정하는 단계와;
4축을 -90°로 회전시킨 후 pitch β-90를 측정하는 단계와;
pitch β+ 90와 pitch β-90의 합 을 계산하는 단계와;
을 만큼 회전시켜 그 상태를 3축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The process of claim 4, wherein the registration of the three-axis origin is performed.
Measuring pitch β + 90 after rotating the four axes at 90 °;
Measuring pitch β- 90 after rotating the four axes to −90 °;
Sum of pitch β + 90 and pitch β -90 Calculating a;
of And rotating as much as possible and registering the state as an origin of three axes.
4축을 0°로 회전시킨 후 pitch β0를 측정하는 단계와;
θ5을 pitch β0만큼 회전시켜 그 상태를 5축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The process of claim 4, wherein the registering of the 5-axis origin is performed.
Measuring pitch β 0 after rotating the 4 axes to 0 °;
and rotating the θ 5 by pitch β 0 and registering the state as an origin of five axes.
5축을 90°로 회전시킨 후 roll γ90을 측정하는 단계와;
θ4을 roll γ90만큼 회전시켜 그 상태를 4축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The process of claim 4, wherein the registering of the 4-axis origin is performed.
Measuring roll γ 90 after rotating the five axes at 90 °;
and rotating the θ 4 by a roll γ 90 to register the state as an origin of four axes.
5축을 0°로 회전시킨 후 roll γ0을 측정하는 단계와;
θ6을 roll γ0만큼 회전시켜 그 상태를 6축의 원점으로 등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 수평계를 이용한 수직다관절 로봇의 캘리브레이션 방법. The process of registering the six-axis origin of claim 4,
Measuring roll γ 0 after rotating the 5-axis at 0 °;
and rotating the θ 6 by roll γ 0 to register the state as the origin of the six axes.
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---|---|---|---|
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KR101437633B1 (en) * | 2012-11-26 | 2014-09-04 | (주)에스디시스템 | Guidance Apparatus For Positive Direction Installation |
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