KR20130066250A - Apparatus and method for control 6 axes robot manipulator with human-like arm configuration - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A device and a method for controlling a six shafts robot with a human joint structure are provided to inversely transform a homogeneous transformation matrix of each joint and a target matrix in a six shaft vertical multi-joint robot arm and to calculate the position value of each joint using an inverse trigonometric law based on the inversely transformed matrix and the target matrix. CONSTITUTION: A device for controlling a six shafts robot with a human joint structure comprises an inverse transformation unit and a position value calculating unit. The inverse transformation unit inversely transforms a target matrix of a robot arm and a homogeneous transformation matrix of each joint. The position value calculating unit calculates the position value of each joint using an inverse trigonometric law based on the homogeneous transformation matrix and the target matrix.

Description

인간형 관절 구성의 ６축 로봇 팔 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL ６ AXES ROBOT MANIPULATOR WITH HUMAN­LIKE ARM CONFIGURATION}AXES ROBOT MANIPULATOR WITH HUMAN®LIKE ARM CONFIGURATION}

본 발명의 실시예들은 인간형 관절 구성을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔의 제어를 위한 수식적 해를 도출함으로써 상기 로봇 팔의 제어하는 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a six-axis robotic arm control device and method for controlling a humanoid joint configuration of the robotic arm by deriving a mathematical solution for the control of a six-axis vertical multi-articulated robotic arm having a humanoid joint configuration.

현재 산업 전분야에 걸쳐 로봇 팔의 응용 범위가 증가하고 있다. 기존 6축 수직 다 관절 로봇 팔은 Roll-Pitch-Pitch-Roll-Pitch-Roll의 관절 구성으로 이루어져 있고, 이에 따라 여러 가지의 해석 방법(수식적 방법, 수치적 방법, 그래프 방법)이 적용 되여 활용되고 있다.The application range of robotic arms is increasing all over the industry. The existing 6-axis vertical multi-joint robot arm consists of the joint structure of Roll-Pitch-Pitch-Roll-Pitch-Roll, and accordingly various analysis methods (formal method, numerical method, graph method) are applied. It is becoming.

일 예로 한국공개특허공보 제10-2010-0077376호(공개일 2010년 07월 08일) "2축 관절 로봇의 관절각 산출 시스템"에는 역구기학 해석 시 보상 연산을 통해 2축 관절 로봇의 관절각을 산출함으로써 상기 2축 관절 로봇을 제어하는 것이 기재되어 있다.For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0077376 (published Jul. 08, 2010) includes the joint angle calculation system of a two-axis articulated robot. It is described to control the biaxial articulated robot by calculating.

그러나, 최근 로봇의 연구 방향은 기존 로봇의 응용 분야에 그치지 않고 다양한 분야와 영역으로 확장되고 있으며, 특히 인간형 로봇과 인간과 공조하는 분야 그리고 인간의 작업을 모방하는 분야로까지 발전하고 있다. 이러한 기술적 요구사항에 대하여 기존의 6축 수직 다 관절 로봇 팔이나 2축 관절 로봇은 작업 형태와 작업반경의 특성 상 위의 새로운 요구를 충족하기 어렵기 때문에 인간형 관절 구성(Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll)을 가지는 새로운 형태의 6축 수직 다 관절 로봇 팔이 적용되기 시작하였다.Recently, however, the research direction of robots has not only been applied to existing robots, but has also been expanded to various fields and areas. In particular, the robots have been developing into humanoid robots, co-operating with humans, and imitating human work. In response to these technical requirements, conventional 6-axis vertical multi-arm robots or 2-axis articulated robots are difficult to meet the new requirements above due to the nature of the work form and the working radius. A new type of 6-axis vertical multi-joint robotic arm with pitch roll has begun to be applied.

그러나, 인간형 관절 구성의 6축 수직 다 관절 로봇 팔은 역기구학적 해를 구하기 위한 기존의 수식적 방법이 적절하지 못해, 반복적 오차 수렴 방식으로 근사 해를 추정하는 방법만이 사용되고 있다. 그러나, 이는 반복적인 방법에 따른 연산적 부하 및 특이점에서의 연산 불능 등과 같은 단점으로 인하여 실시간 제어 및 정밀한 작업 등에는 부적합하다.However, the 6-axis vertical multi-joint robotic arm of the humanoid joint configuration is not suitable for the conventional mathematical method to obtain the inverse kinematic solution, and only the method of estimating the approximate solution by the iterative error convergence method is used. However, this is not suitable for real-time control and precise operation due to disadvantages such as computational load and inability to perform singularity according to an iterative method.

따라서, 기존의 역기구학 해석을 통한 수식적 방법을 보안 및 개선하여 인간형 관절 구성을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔을 제어하는 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a method of controlling a six-axis vertical multi-joint robotic arm having a human-like joint configuration by securing and improving a conventional method through an inverse kinematic analysis.

역기구학 해석을 통해 인간형 관절 구성(Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll)을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔을 제어할 수 있는 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔 제어 장치 및 방법이 제공된다.An inverse kinematic analysis provides a six-axis robotic arm control device and method for controlling a six-axis vertical multi-joint robotic arm with a roll-pitch-roll-pitch-pitch-roll. .

인간형 관절 구성의 로봇 팔을 제어하는 장치는 각 관절의 균질 변환 행렬(Homogeneous Transform Matrix)과 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환하는 역변환부 및 상기 역변환된 균질 변환 행렬 및 목표 행렬을 기초로 역 삼각법칙을 이용하여 상기 각 관절의 위치 값을 산출하는 위치 값 산출부를 포함할 수 있다.An apparatus for controlling a robotic arm of a humanoid joint configuration includes an inverse trigonal law based on a homogeneous transform matrix of each joint and an inverse transform unit for inverting the target matrix of the robot arm, and the inverse transformed homogeneous transformation matrix and the target matrix. It may include a position value calculation unit for calculating the position value of each joint using.

일측에 따르면, 상기 로봇 팔은 Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll의 관절 구성을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔일 수 있다.According to one side, the robot arm may be a six-axis vertical multi-joint robot arm having a joint configuration of Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll.

다른 측면에 따르면, 상기 역변환부는 DH(Denavit-Hartenberg) 좌표 표기법에 따라 상기 각 관절의 매개 변수를 설정하고 상기 설정된 매개 변수를 이용하여 상기 균질 변환 행렬을 설정한 후 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환할 수 있다.According to another aspect, the inverse transform unit sets the parameters of each joint according to DH (Denavit-Hartenberg) coordinate notation and sets the homogeneous transformation matrix using the set parameters, and then inversely transforms the target matrix of the robot arm. can do.

또 다른 측면에 따르면, 상기 위치 값 산출부는 상기 각 관절의 위치 값을 다음의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.According to another aspect, the position value calculation unit may calculate the position value of each joint using the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, T는 균질 변환 행렬, I는 상수항을 나타내고, n, s, a, p 각각은 로봇 팔 말단 위치의 x축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 y축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 z축 기준 자세 및 로봇 팔 말단 위치를 나타내며, x, y, z 각각은 좌표계에서의 X축 요소, Y축 요소 및 Z축 요소를 나타냄.Where T denotes a homogeneous transformation matrix, I denotes a constant term, and n, s, a, and p each represent the x-axis reference pose of the robot arm distal position, the y-axis reference pose of the robot arm distal position, and the z-axis of the robot arm distal position. Reference posture and robot arm distal position, each of x, y, z represent X-, Y-, and Z-axis elements in the coordinate system.

인간형 관절 구성의 로봇 팔을 제어하는 방법은 각 관절의 균질 변환 행렬(Homogeneous Transform Matrix)과 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환하는 단계, 상기 역변환된 균질 변환 행렬 및 목표 행렬을 기초로 역 삼각법칙을 이용하여 상기 각 관절의 위치 값을 산출하는 단계 및 상기 산출된 각 관절의 위치 값을 기초로 상기 로봇 팔을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The method of controlling the robotic arm of the humanoid joint configuration includes inversely transforming a homogeneous transform matrix of each joint and a target matrix of the robot arm, and applying an inverse trigonometric law based on the inverse transformed homogeneous transformation matrix and the target matrix. Calculating a position value of each joint using the control unit and controlling the robot arm based on the calculated position value of each joint.

6축 수직 다 관절 로봇 팔의 각 관절의 균질 변환 행렬과 목표 행렬을 역변환하고, 역변환된 균질 변환 행렬 및 목표 행렬을 기초로 역 삼각법칙을 이용하여 각 관절의 위치 값을 산출함으로써 인간형 관절 구성(Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll)을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔을 제어할 수 있다.Inverting the homogeneous transformation matrix and the target matrix of each joint of the 6-axis vertical multi-joint robot arm and calculating the position value of each joint using the inverse trigonometric law based on the inverse transformed homogeneous transformation matrix and the target matrix 6-axis vertical multi-joint robotic arm with roll-pitch-roll-pitch-pitch-roll.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔을 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔을 제어하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a block diagram showing a six-axis robot arm control device of a humanoid joint configuration in one embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary view showing a six-axis robot arm of a humanoid joint configuration in one embodiment of the present invention.
3 is a flow diagram illustrating a method for controlling a six-axis robotic arm in a humanoid joint configuration, in one embodiment of the invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔 제어 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a six-axis robot arm control device of a humanoid joint configuration in one embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 6축 로봇 팔 제어 장치는 인간형 관절 구성(Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll)의 6축 수직 다 관절 로봇 팔의 수식적 해를 직접 유도함으로써 로봇 팔을 제어할 수 있다. 이를 위하여 6축 로봇 팔 제어 장치(100)는 역변환부(110) 및 위치 값 산출부(120)를 포함한다.The 6-axis robot arm control apparatus according to the present invention can control the robot arm by directly inducing a mathematical solution of the 6-axis vertical multi-joint robot arm of the human-type joint configuration (Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll) . To this end, the six-axis robot arm control apparatus 100 includes an inverse transform unit 110 and a position value calculator 120.

역변환부(110)는 각 관절의 균질 변환 행렬(HTM: Homogeneous Transform Matrix)과 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환한다. 이를 위하여 역변환부(110)는 DH(Denavit-Hartenberg) 좌표 표기법에 따라 상기 각 관절과 링크의 매개 변수를 결정하고 상기 결정된 매개 변수를 이용하여 상기 균질 변환 행렬을 설정할 수 있다.The inverse transform unit 110 inverts the homogeneous transform matrix (HTM) of each joint and the target matrix of the robot arm. To this end, the inverse transform unit 110 may determine the parameters of each joint and link according to Denavit-Hartenberg (DH) coordinate notation and set the homogeneous transformation matrix using the determined parameters.

위치 값 산출부(120)는 역변환부(110)에서 역변환된 균질 변환 행렬 및 목표 행렬을 기초로 역 삼각법칙을 이용하여 각 관절의 위치 값을 산출한다.The position value calculator 120 calculates a position value of each joint using the inverse trigonometric law based on the homogeneous transformation matrix and the target matrix inversely transformed by the inverse transform unit 110.

일 예로, 역변환부(110)는 DH 좌표 표기법에 따른 각 관절의 HTM 행렬을 좌변에, 로봇 팔의 목표 TOOL 행렬을 우변에 위치시킬 수 있다.As an example, the inverse transform unit 110 may position the HTM matrix of each joint according to the DH coordinate notation on the left side and the target TOOL matrix of the robot arm on the right side.

기존의 방법은 좌변의 첫 번째 관절 행렬을 역 변환하여 우변으로 이동시키고, 좌변의 상수 항에 해당하는 우변의 항목으로 첫 번째 관절의 값을 유도할 수 있으나 인간형 관절 구성을 가지는 로봇 팔은 상수 항이 존재하지 않아 이러한 방법이 유효하지 않다.The conventional method inversely transforms the first joint matrix on the left side and moves it to the right side, and the value of the first joint can be derived from the item on the right side corresponding to the constant term on the left side. This method is not valid because it does not exist.

따라서 본 발명에 따른 6축 로봇 팔 제어 장치는 기존의 방법과는 달리 좌변과 우변의 모든 항을 역 변환하여 서로 바꿔준다. 그리고 우변의 첫 번째 관절의 역 변환을 통해 좌변으로 이동한다. 이와 같은 방법으로 계산하면 우변에 상수 항이 나타나므로 위치 값 산출부(120)는 이를 가지고 좌변의 첫 번째 관절의 위치 값을 유도할 수 있다. 그리고, 동일한 유도 방식을 반복하여 나머지 다섯 관절의 위치 값도 유도할 수 있다.Therefore, the six-axis robot arm control device according to the present invention, unlike the conventional method by inverting all the terms of the left side and the right side to replace each other. Then, it moves to the left side through the inverse transformation of the first joint on the right side. In this way, since a constant term appears on the right side, the position value calculator 120 may derive the position value of the first joint of the left side with the constant term. The same derivation method may be repeated to derive the position values of the remaining five joints.

이를 통해 본 발명에 따른 6축 로봇 팔 제어 장치는 인간형 관절 구성을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔의 역기구학 해를 수식적 방법으로 직접 구할 수 있게 된다. 따라서 본 발명은 기존의 반복적인 오차 수렴적인 방법과는 다르게, 한번의 연산으로 근사해가 아닌 정확한 위치 값을 유도할 수 있다.Through this, the six-axis robot arm control apparatus according to the present invention can directly obtain the inverse kinematics solution of the six-axis vertical multi-articulated robot arm having a humanoid joint configuration by a mathematical method. Therefore, the present invention can derive an accurate position value rather than an approximate solution in one operation, unlike the conventional iterative error convergent method.

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔을 나타내는 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔을 제어하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 2 is an exemplary view showing a six-axis robot arm of a humanoid joint configuration in one embodiment of the present invention, Figure 3 is a diagram for controlling a six-axis robot arm of a humanoid joint configuration in an embodiment of the present invention A flowchart illustrating the method.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 인간형 관절 구성을 가지는 6축 로봇 팔을 제어하는 방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a six-axis robot arm having a humanoid joint configuration according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

다음의 표 1은 DH 좌표 표기법에 따른 각 관절의 매개변수를 나타낸다.Table 1 below shows the parameters of each joint according to the DH coordinate notation.

II αalpha i-1i-1 aa ii -1-One dd ii θi(+Home)θ i (+ Home) 1One 00 00 00 θ1 θ 1 22 90°90 ° 00 00 θ2+90°θ 2 + 90 ° 33 90°90 ° 00 L1 L 1 θ3 θ 3 44 -90°-90 ° 00 00 θ4-90°θ 4 -90 ° 55 00 L2 L 2 00 θ5+90°θ 5 + 90 ° 66 90°90 ° 00 00 θ6 θ 6

본 발명에 따른 6축 로봇 팔 제어 장치는 도 2에 도시된 각 관절의 매개변수가 표 1과 같이 결정되면, 이에 따라 다음의 수학식 1과 같이 HTM을 설정한다(S310).
In the six-axis robot arm control apparatus according to the present invention, if the parameters of each joint shown in FIG. 2 are determined as shown in Table 1, HTM is set according to the following Equation 1 (S310).

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007

Figure pat00007

여기서,

Figure pat00008
를 정리하면 다음의 수학식 2와 같이
Figure pat00009
로 정리될 수 있다
Figure pat00010
.
here,
Figure pat00008
In summary, as in Equation 2 below
Figure pat00009
Can be cleaned up with
Figure pat00010
.

Figure pat00011
Figure pat00011

그리고, 다음의 수학식 3을 이용하여 각 관절의 위치값을 산출한다.
And the position value of each joint is computed using following formula (3).

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, T는 균질 변환 행렬, I는 상수항을 나타내고, n, s, a, p 각각은 로봇 팔 말단 위치의 x축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 y축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 z축 기준 자세 및 로봇 팔 말단 위치를 나타내며, x, y, z 각각은 좌표계에서의 X축 요소, Y축 요소 및 Z축 요소를 나타낸다.
Where T denotes a homogeneous transformation matrix, I denotes a constant term, and n, s, a, and p each represent the x-axis reference pose of the robot arm distal position, the y-axis reference pose of the robot arm distal position, and the z-axis of the robot arm distal position. The reference pose and the robot arm distal position are shown, and each of x, y, and z represents an X axis element, a Y axis element and a Z axis element in the coordinate system.

기존에는 상기 수학식 3을 다음의 수학식 4 및 수학식 5와 같은 과정을 통해 해를 구한다.
Conventionally, the solution is obtained through the same process as in Equation 4 and Equation 5 below.

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015

Figure pat00015

수학식 4의 좌변을 계산하여 정리하면 다음과 같다.The left side of Equation 4 is calculated and summarized as follows.

Figure pat00016

Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019

Figure pat00019

수학식 5의 좌변을 계산하여 정리하면 다음과 같다.The left side of Equation 5 is calculated and summarized as follows.

Figure pat00020

Figure pat00020

수학식 4 및 수학식 5를 통해 알 수 있는 것과 같이, 기존의 방법으로 계산할 경우 좌변에 상수 항이 없으므로 해를 구할 수 없다.As can be seen from Equation 4 and Equation 5, the solution cannot be obtained because there is no constant term on the left side when calculated by the conventional method.

따라서 본 발명에 따른 6축 로봇 팔 제어 방법은 수학식 3의 양변에 사용자 입력 행렬의 역 행렬

Figure pat00021
을 곱하여 다음의 수학식 6을 산출한다(S320).
Therefore, the six-axis robot arm control method according to the present invention inverse matrix of the user input matrix on both sides of the equation (3)
Figure pat00021
Multiplying to calculate the following equation (6) (S320).

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서, I는 상수항을 나타낸다.
Where I represents a constant term.

그리고, 수학식 7과 같이 수학식 6의 양변에 다시 전체 변환 행렬의 역 행렬을 곱한다.
Then, as shown in Equation 7, both sides of Equation 6 are again multiplied by the inverse matrix of the entire transformation matrix.

Figure pat00025
Figure pat00025

여기서, pxi = -nx*px - ny*py - nz*pz, pyi = -sx*px - sy*py - sz*pz, pzi = -ax*px - ay*py - az*pz 를 이용하여 수학식 7을 정리하면 다음의 수학식 8과 같다.
Where p xi = -n x * p x -n y * p y -n z * p z , p yi = -s x * p x -s y * p y -s z * p z , p zi =- Equation 7 is arranged using a x * p x -a y * p y -a z * p z as shown in Equation 8 below.

Figure pat00026
Figure pat00026

이와 같은 과정을 통해 수학식 1이 역변환되면, 수학식 9와 같이 다시 수학식 8의 양변에

Figure pat00027
행렬을 곱한다(S330).
When Equation 1 is inversely transformed through the above process, Equation 9 is again applied to both sides of Equation 8 as shown in Equation 9.
Figure pat00027
The matrix is multiplied (S330).

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029

Figure pat00029

수학식 9의 좌변을 정리하면,Summarizing the left side of equation (9),

Figure pat00030

Figure pat00030

수학식 9의 우변을 정리하면,Summarizing the right side of equation (9),

Figure pat00031

Figure pat00031

수학식 9의 우변의 3행 4열 요소가 상수 항이므로 이를 이용하면,

Figure pat00032
임을 알 수 있다.
Since the third row and four column elements on the right side of Equation 9 are constant terms,
Figure pat00032
.

따라서, 역 삼각법칙을 이용하면 다음의 수학식 10과 같이

Figure pat00033
을 구할 수 있다(S340).
Therefore, using the inverse trigonometric law,
Figure pat00033
It can be obtained (S340).

Figure pat00034
Figure pat00034

한편, 수학식 9의 양변의 4열 각각의 요소를 제곱하여 더하면On the other hand, if you square the elements of each of the four columns of both sides of the equation (9)

Figure pat00035
Figure pat00035

이것을 정리하면In summary

Figure pat00036
Figure pat00036

Figure pat00037
로 정리하면
Figure pat00037
If you organize

Figure pat00038
Figure pat00038

여기서

Figure pat00039
로 치환하면 다음의 수학식 11과 같이
Figure pat00040
을 구할 수 있다(S345).
here
Figure pat00039
If replaced with Equation 11
Figure pat00040
It can be obtained (S345).

Figure pat00041
Figure pat00041

또한,

Figure pat00042
를 구하기 위해 수학식 9의 양변에
Figure pat00043
를 곱하면 다음의 수학식 12와 같다(S350).
Also,
Figure pat00042
On both sides of equation (9) to find
Figure pat00043
Multiplying by Equation 12 is equal to (12).

Figure pat00044
Figure pat00044

Figure pat00045

Figure pat00045

수학식 12의 좌변을 정리하면,Summarizing the left side of Equation 12,

Figure pat00046
Figure pat00046

수학식 12의 우변을 정리하면,Summarizing the right side of Equation 12,

Figure pat00047
Figure pat00047

수학식 12의 양변의 1행 4열과 3행 4열을 정리하면 다음과 같다.The first row, four columns, and three rows and four columns of both sides of Equation 12 are summarized as follows.

Figure pat00048
Figure pat00048

여기서,

Figure pat00049
으로 정의하면
Figure pat00050
와
Figure pat00051
는 다음의 수학식 13과 같이 구할 수 있다(S360).
here,
Figure pat00049
If you define as
Figure pat00050
Wow
Figure pat00051
Can be obtained as in Equation 13 below (S360).

Figure pat00052
Figure pat00052

따라서,

Figure pat00053
는
Figure pat00054
를 이용하여 구할 수 있다.therefore,
Figure pat00053
The
Figure pat00054
. ≪ / RTI >

나머지 관절 값을 구하기 위해 수학식 12의 양변에

Figure pat00055
를 곱하면 다음의 수학식 14와 같다(S370).
In order to find the remaining joint value,
Figure pat00055
Multiplying by Equation 14 is equal to (S370).

Figure pat00056
Figure pat00056

Figure pat00057

Figure pat00057

수학식 14의 좌변을 정리하면,Summarizing the left side of Equation 14,

Figure pat00058
Figure pat00058

Figure pat00059
Figure pat00059

수학식 14의 우변을 정리하면,Summarizing the right side of Equation 14,

Figure pat00060
Figure pat00060

여기서, 수학식 14의 우변의 3행 3열의 요소가 상수 항임 이용하여 좌변의 3행 3열을

Figure pat00061
로 정리하면 다음과 같다(S380).Here, the three rows and three columns of the left side are formed by using the elements of the three rows and three columns of the right side of Equation 14 being constant terms.
Figure pat00061
If summarized as follows (S380).

Figure pat00062
Figure pat00062

따라서

Figure pat00063
는 다음의 수학식 15와 같다.
therefore
Figure pat00063
Is as shown in Equation 15 below.

Figure pat00064
Figure pat00064

여기서, 수학식 14의 좌변과 우변의 1행 3열과 2행 3열은 다음과 같다.Here, 1 row 3 columns and 2 rows 3 columns of the left and right sides of Equation 14 are as follows.

Figure pat00065
Figure pat00065

따라서 수학식 14의 좌변과 우변의 1행 3열과 2행 3열의 요소로

Figure pat00066
를 구하면 다음의 수학식 16과 같다(S382).
Therefore, as elements of 1 row 3 columns and 2 rows 3 columns of the left and right sides of Equation 14
Figure pat00066
Is obtained as shown in Equation 16 (S382).

Figure pat00067
Figure pat00067

또한, 수학식 14의 좌변과 우변의 3행 1열과 3행 2열은 다음과 같다.In addition, three rows, one column and three rows and two columns of the left and right sides of Equation 14 are as follows.

Figure pat00068
Figure pat00068

수학식 14의 좌변과 우변의 3행 1열과 3행 2열의 요소로

Figure pat00069
을 구하면 다음의 수학식 17과 같다(S384).
As elements of three rows, one column, and three rows and two columns on the left and right sides of Equation 14
Figure pat00069
To obtain the following equation (17) (S384).

Figure pat00070
Figure pat00070

따라서, 본 발명에 따른 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔 제어 방법은 이와 같은 과정을 통하여 기존의 역기구학 해석에 필요한 반복적 오차 수렴 방식과는 달리, 직접적인 해를 산출할 수 있기 때문에 로봇 팔의 실시간 제어 및 특이점 회피에 적합하다. 그러므로, 본 발명에 따른 인간형 관절 구성의 6축 로봇 팔 제어 방법은 동일한 연산 장치에서의 빠른 응답이 가능하며 보다 경제적인 제어기 구성이 가능하다.Therefore, the 6-axis robot arm control method of the human-type joint configuration according to the present invention, unlike the iterative error convergence method required for the inverse kinematic analysis through this process, because it can calculate the direct solution in real time control of the robot arm And singular point avoidance. Therefore, the 6-axis robot arm control method of the humanoid joint configuration according to the present invention can be a fast response in the same computing device and a more economical controller configuration.

본 발명에 따른 로봇 팔 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The robot arm control method according to the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (9)

인간형 관절 구성의 로봇 팔을 제어하는 장치에 있어서,
각 관절의 균질 변환 행렬(Homogeneous Transform Matrix)과 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환하는 역변환부; 및
상기 역변환된 균질 변환 행렬 및 목표 행렬을 기초로 역 삼각법칙을 이용하여 상기 각 관절의 위치 값을 산출하는 위치 값 산출부
를 포함하는 로봇 팔 제어 장치.In the apparatus for controlling the robotic arm of the humanoid joint configuration,
An inverse transform unit for inversely transforming a homogeneous transform matrix of each joint and a target matrix of the robot arm; And
A position value calculator for calculating a position value of each joint using an inverse trigonometric law based on the inverse transformed homogeneous transformation matrix and a target matrix
Robotic arm control device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 로봇 팔은,
Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll의 관절 구성을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔인 것을 특징으로 하는 로봇 팔 제어 장치.The method of claim 1,
The robot arm,
A robot arm control device, characterized in that it is a six-axis vertical multi-joint robotic arm having a joint structure of Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll. 제1항에 있어서,
상기 역변환부는,
DH(Denavit-Hartenberg) 좌표 표기법에 따라 상기 각 관절의 매개 변수를 결정하고 상기 결정된 매개 변수를 이용하여 상기 균질 변환 행렬을 설정한 후 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환하는 것을 특징으로 하는 로봇 팔 제어 장치.The method of claim 1,
The inverse transform unit,
Robot arm control, characterized in that the parameters of each joint is determined according to DH (Denavit-Hartenberg) coordinate notation, the homogeneous transformation matrix is set using the determined parameters, and then the target matrix of the robot arm is inversely transformed. Device. 제1항에 있어서,
상기 위치 값 산출부는,
상기 각 관절의 위치 값을 다음의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 6축 로봇 팔 제어 장치.
Figure pat00071

여기서, T는 균질 변환 행렬, I는 상수항을 나타내고, n, s, a, p 각각은 로봇 팔 말단 위치의 x축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 y축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 z축 기준 자세 및 로봇 팔 말단 위치를 나타내며, x, y, z 각각은 좌표계에서의 X축 요소, Y축 요소 및 Z축 요소를 나타냄.The method of claim 1,
The position value calculation unit,
6-axis robot arm control device, characterized in that for calculating the position value of each joint using the following equation.
Figure pat00071

Where T denotes a homogeneous transformation matrix, I denotes a constant term, and n, s, a, and p each represent the x-axis reference pose of the robot arm distal position, the y-axis reference pose of the robot arm distal position, and the z-axis of the robot arm distal position. Reference posture and robot arm distal position, each of x, y, z represent X-, Y-, and Z-axis elements in the coordinate system. 인간형 관절 구성의 로봇 팔을 제어하는 방법에 있어서,
각 관절의 균질 변환 행렬(Homogeneous Transform Matrix)과 상기 로봇 팔의 목표 행렬을 역변환하는 단계;
상기 역변환된 균질 변환 행렬 및 목표 행렬을 기초로 역 삼각법칙을 이용하여 상기 각 관절의 위치 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 각 관절의 위치 값을 기초로 상기 로봇 팔을 제어하는 단계
를 포함하는 로봇 팔 제어 방법.In the method of controlling the robotic arm of the humanoid joint configuration,
Inversely transforming a homogeneous transform matrix of each joint and a target matrix of the robotic arm;
Calculating a position value of each joint using an inverse trigonometric law based on the inverse transformed homogeneous transformation matrix and the target matrix; And
Controlling the robot arm based on the calculated position values of each joint;
Robot arm control method comprising a. 제5항에 있어서,
상기 로봇 팔은,
Roll-Pitch-Roll-Pitch-Pitch-Roll의 관절 구성을 가지는 6축 수직 다 관절 로봇 팔인 것을 특징으로 하는 로봇 팔 제어 방법.The method of claim 5,
The robot arm,
A robot arm control method comprising a six-axis vertical multi-joint robotic arm having a joint configuration of a roll-pitch-roll-pitch-pitch-roll. 제5항에 있어서,
DH(Denavit-Hartenberg) 좌표 표기법에 따라 상기 각 관절의 매개 변수를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 매개 변수를 이용하여 상기 균질 변환 행렬을 설정하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 팔 제어 방법.The method of claim 5,
Determining a parameter of each joint according to Denavit-Hartenberg (DH) coordinate notation; And
Setting the homogeneous transformation matrix using the determined parameters
Robot arm control method comprising a further. 제5항에 있어서,
상기 각 관절의 위치 값은 다음의 수학식을 통하여 산출되는 것을 특징으로 하는 6축 로봇 팔 제어 방법.
Figure pat00072

여기서, T는 균질 변환 행렬, I는 상수항을 나타내고, n, s, a, p 각각은 로봇 팔 말단 위치의 x축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 y축 기준 자세, 로봇 팔 말단 위치의 z축 기준 자세 및 로봇 팔 말단 위치를 나타내며, x, y, z 각각은 좌표계에서의 X축 요소, Y축 요소 및 Z축 요소를 나타냄.The method of claim 5,
The position value of each joint is calculated by the following equation.
Figure pat00072

Where T denotes a homogeneous transformation matrix, I denotes a constant term, and n, s, a, and p each represent the x-axis reference pose of the robot arm distal position, the y-axis reference pose of the robot arm distal position, and the z-axis of the robot arm distal position. Reference posture and robot arm distal position, each of x, y, z represent X-, Y-, and Z-axis elements in the coordinate system. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 기재에 따른 로봇 팔 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the robotic arm control method according to any one of claims 5 to 8.
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