KR20170137403A - 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇 - Google Patents

양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇 Download PDF

Info

Publication number
KR20170137403A
KR20170137403A KR1020160069513A KR20160069513A KR20170137403A KR 20170137403 A KR20170137403 A KR 20170137403A KR 1020160069513 A KR1020160069513 A KR 1020160069513A KR 20160069513 A KR20160069513 A KR 20160069513A KR 20170137403 A KR20170137403 A KR 20170137403A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
arm
robot
arms
total
workability
Prior art date
Application number
KR1020160069513A
Other languages
English (en)
Inventor
이동혁
배지훈
박재한
박상덕
백문홍
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020160069513A priority Critical patent/KR20170137403A/ko
Publication of KR20170137403A publication Critical patent/KR20170137403A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

본 발명은 양팔형 로봇의 작업성 분석방법에 관한 것으로서, 로봇 팔의 관절 움직임의 범위가 제한적인 유압구동식 양팔형 로봇에서 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도와 양팔의 간격을 선정하고, 로봇 팔의 관절배치와 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 작업성을 서로 비교할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, (a) 양팔의 전체 작업공간의 부피(Vtotal)를 연산하는 단계(S10), (b) 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피(Vcommon)를 연산하는 단계(S20), (c) 상기 S10 단계에서 구한 Vtotal 및 상기 S20 단계에서 구한 Vcommon 에 의해 PTCWA를 연산하는 단계(S30), (d) 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA에 의해 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도 및 양팔의 간격을 선정하는 단계(S40), (e) 로봇 팔의 유효길이 L을 연산하는 단계(S50), (f) 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA 및 상기 S50 단계에서 구한 로봇 팔의 유효길이 L에 의해, 성능 인덱스 Q를 연산하는 단계(S60), (g) 상기 S60 단계에서 구한 성능 인덱스 Q에 의해, 관절배치와 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 성능을 서로 비교하는 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇{Workability Analysis Method of Two Arm Robot and Robot Having Two Arms Using the Same}
본 발명은 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 로봇 팔의 관절 움직임 범위가 제한적인 유압구동식 양팔형 로봇에서 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도와 양팔의 간격을 선정할 수 있고, 로봇 팔의 관절 배치 및 각 링크의 길이가 다른 로봇 간의 작업성을 서로 비교할 수 있도록 한 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 로봇(Robot)이란 사람과 유사한 모습과 기능을 가진 기계, 또는 스스로 작업하는 능력을 가진 기계를 말한다.
상기한 로봇은, 그 용도에 따라 산업용 로봇, 서비스용 로봇, 특수목적용 로봇으로 구분할 수 있으며, 그동안 인간이 해오던 많은 일들을 대체해 나가고 있다.
산업용 로봇은, 각종 산업 현장에서 인간을 대신하여 주로 제품의 조립이나 검사 등의 업무를 수행한다.
상기 산업용 로봇은, 주로 힘이나 정밀도를 요하는 작업에 사용되고 있으며, 특히 자동차 조립, 전자제품 조립, 자동운반 등에 널리 사용되고 있다.
서비스용 로봇은, 가정에서 가사를 돕기 위해 사용되거나, 육체적 장애를 가진 사람들을 돌보는 일에도 사용된다.
상기 서비스용 로봇은, 청소, 환자보조, 장난감, 교육실습 등과 같이 인간 생활에 다양한 서비스를 제공하고 있으며, 그 예로는 로봇 청소기, 애완용 로봇, 간병 로봇 등이 있다.
특수목적용 로봇은, 인간을 대신하여 위험한 작업을 수행하는 로봇으로서, 재난 현장에서 인명을 구조하는 데 사용되거나, 우주, 심해, 원자로 등에서 극한 작업을 수행한다.
상기 특수목적용 로봇은, 원자력 공장에서 방사성 물질을 취급하거나, 유독 화학 물질을 취급할 때, 폭발물을 수색하거나 폭탄의 뇌관 제거 시 많이 사용되고 있다.
또한 특수목적용 로봇은 우주 공간에서의 작업에 특히 유용하여 지구를 돌고 있는 인공위성을 수리하는데 사용되기도 한다.
또한, 로봇은 그 조작방법에 따라, 인간이 직접 조작하는 수동조작형 로봇(Manual Manipulator Robot), 미리 설정된 순서에 따라 행동하는 시퀀스 로봇(Sequence Robot), 인간의 행동을 그대로 따라 하는 플레이백 로봇(Playback Robot), 프로그램을 수시로 변경할 수 있는 수치제어 로봇(Numerically Controlled Robot), 학습능력과 판단력을 지니고 있는 지능형 로봇(Intelligent Robot) 등으로 분류할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 양팔 작업기를 장착한 특수목적용 로봇(이하 간단히 '양팔형 로봇"이라 한다)에서 양팔의 장착 위치 및 관절 구성에 따른 작업성을 분석하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
각종 재난현장에서 사용되는 양팔형 로봇은 큰 힘을 요구하는 특성상 유압 구동방식을 채택하게 되는데, 상기 유압구동식 로봇은 관절 움직임의 범위가 최대 110도 정도로 매우 제한적이다.
이에 따라 유압구동식 양팔형 로봇에서는, 관절의 초기 배치구조가 양팔의 전체 성능에 큰 영향을 미치게 된다.
그런데 상기한 유압구동식 양팔형 로봇에서, 양팔 사이의 간격이나 각도 등 양팔의 구체적인 배치구조에 대한 기준이 마련되어 있지 않다.
즉, 각종 재난현장에서 사용될 유압구동식 양팔형 로봇을 제조할 때, 팔의 초기각도 및 양팔의 간격을 어떻게 선정해야 하는 지에 대한 근거가 없다는 문제점이 지적되고 있다.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술을 검색한 결과 아래의 특허문헌이 검색되었다.
특허문헌 1은, "고마찰 로봇 매니퓰레이터 제어 시스템"에 관한 것으로서, 관절 및 관절에 장착된 모터를 구비하는 로봇 매니퓰레이터; 상기 로봇 매니퓰레이터에 대해 원하는 토크 명령 또는 각도 명령 값을 입력시키는 사용자 명령 입력부; 상기 토크 명령 또는 각도 명령 값을 상기 로봇 매니퓰레이터가 추종할 수 있도록 시간지연제어와 정지 마찰 피드포워드 보상 제어를 통해 상기 로봇 매니퓰레이터의 모터의 구동을 제어하는 모터 제어기; 상기 로봇 매니퓰레이터의 관절에 부착되어, 관절에서 발생하는 토크 변화를 측정하여, 상기 모터 제어기로 전달하는 토크 센서; 및 상기 로봇 매니퓰레이터의 관절의 각도와 모터의 위치값을 측정하여, 상기 모터 제어기로 전달하는 토크 센서; 및 상기 로봇 매니퓰레이터의 관절의 각도와 모터의 위치값을 측정하여, 상기 모터 제어기로 전달하는 엔코더를 포함하여 구성되어 있다.
특허문헌 2는, "로봇그리퍼 및 그 제어방법"에 관한 것으로서, 로봇 양팔의 단부에 각가 마련되고 파지시 중량물의 상면과 하면에 각각 접촉되며 일정 반지름을 갖는 구면으로 형성된 상부접촉부 및 하부접촉부; 상기 상부접촉부와 하부접촉부 각각에 마련되어 중량물의 파지시 상부접촉부 또는 하부접촉부로 가해지는 수직방향 또는 수평방향의 가압력을 측정하는 센서부; 및 중량물의 파지시 양팔 단부의 수직방향 및 수평방향 이격거리와 각각의 센서부에서 측정된 수직방향 및 수평방향의 가압력 성분들과 중량물의 높이를 이용하여 중량물의 무게중심 좌표를 구하는 제어부;를 포함하고 있다.
특허문헌 3은 "양팔로봇을 이용한 공정 구성방법"에 관한 것으로서, 양팔 간의 충돌 회피를 위하여 양팔의 위치를 설정하고, 이를 근거로 부품공급라인을 배치시킨 후, 양팔 간의 기구학 관계와 공정환경을 고려하여 부품을 위치시켜야 할 지점을 찾고, 적재함의 초기위치를 설정하는 양팔로봇을 이용한 공정 구성 방법에 대해 기재하고 있다.
특허문헌 4는, "양팔 로봇 암의 자세 제어방법"에 관한 것으로서, 로봇 암의 선단에 장착된 그립부를 이용하여, 워크피스를 파지한 상태로 홀에 삽입하기 위한 것으로, 상기 홀과 워크피스의 접촉점에서 발생하는 반발력을 감지하는 단계와, 상기 감지된 반발력을 기초로 삽입자세의 오차를 추정하는 단계와, 상기 추정된 오차를 보상하여 자세를 교정하는 단계를 포함하고 있다.
특허문헌 5는, "양팔로봇과 작업대의 간섭회피방법"에 관한 것으로서, 양팔로봇의 제1팔 및 제2팔과, 부품들이 얹어지는 작업대가 각각 이동되면서 서로 간섭되는 것을 회피하기 위한 양팔로봇와 작업대의 간섭회피방법에 있어서, 상기 제1팔 및 제2팔의 모션시작위치를 판독하는 양팔 모션위치시작 판독 단계; 상기 제1팔 및 제2팔의 모션시작위치를 설정하는 양팔 모션목표위치 설정 단계; 상기 작업대를 작업시작위치에서 작업목표위치로 이동시키는 작업대 이동 단계; 상기 제1팔 및 제2팔의 상기 모션시작위치에서 모션목표위치까지의 모션경로와 상기 작업목표위치의 간섭 여부를 판단하여 상기 간섭이 있는 것으로 판단되면 상기 작업대 이동 단계로 복귀하고 상기 간섭이 없는 것으로 판단되면 다음 단계를 진행하는 간섭 여부 판단 단계; 및 상기 제1팔 및 제2팔을 상기 모션목표위치로 고속으로 이동시키는 양팔 이동 단계;를 포함하고 있다.
KR 10-1369286 B1 KR 10-1360450 B1 KR 10-2015-0050801 A KR 10-2014-0148211 A KR 10-1501112 B1
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로봇 팔의 관절 움직임의 범위가 제한되는 유압구동식 양팔형 로봇에서, 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도 및 양팔의 간격을 선정하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 작업공간 분석방법을 기반으로 하여 로봇 팔의 작업성을 최대화할 수 있는 작업성 분석방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 로봇 팔의 관절 배치나 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 작업성을 서로 비교하여 최적의 작업성을 갖는 양팔구조를 선정할 수 있도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유압구동식 양팔형 로봇에서 로봇 팔의 작업성을 분석하기 위한 방법에 있어서, (a) 양팔의 전체 작업공간의 부피(Vtotal)를 연산하는 단계(S10), (b) 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피(Vcommon)를 연산하는 단계(S20), (c) 상기 S10 단계에서 구한 Vtotal 및 상기 S20 단계에서 구한 Vcommon 에 의해 PTCWA를 연산하는 단계(S30), (d) 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA에 의해 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도 및 양팔의 간격을 선정하는 단계(S40), (e) 로봇 팔의 유효길이 L을 연산하는 단계(S50), (f) 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA 및 상기 S50 단계에서 구한 로봇 팔의 유효길이 L에 의해, 성능 인덱스 Q를 연산하는 단계(S60), (g) 상기 S60 단계에서 구한 성능 인덱스 Q에 의해, 관절배치와 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 성능을 서로 비교하는 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S30 단계에서, PTCWA는 아래의 [식 1]에 의해 구하는 것을 특징으로 한다.
[식 1] PTCWA = Vtotal × Vcommon
상기 [식 1]에서, Vtotal 은 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace)의 부피를 의미하고, Vcommon 은 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)의 부피를 의미하며, PTCWA(Product of Total and Common Workspace Area)는 양팔의 전체 작업공간 부피와 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피의 곱을 의미한다.
또한 상기 [식 1]을 이용하여 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도(θ) 및 양팔 간의 간격(d)을 선정하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S60 단계에서, 성능 인덱스 Q는 아래의 [식 2]에 의해 구하는 것을 특징으로 한다.
[식 2] Q = (Vtotal × Vcommon)/ L6
상기 [식 2]에서, Vtotal 은 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace)의 부피를 의미하고, Vcommon 은 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)의 부피를 의미하며, L은 팔의 유효길이, Q는 성능 인덱스(Performance Index)를 의미한다.
또한 상기 [식 2]에서 팔의 유효길이 L은, 로봇 팔의 각 관절을 직선으로 연결하는 가상의 링크를 설정한 후, 상기 가상의 링크 길이를 모두 합하여 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 로봇 팔 관절의 움직임이 제한적인 유압구동식 양팔형 로봇에서, 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도와 양팔의 간격을 선정할 수 있는 효과가 있다.
또한 작업공간 분석방법을 기반으로 하여 로봇 팔의 작업성을 최대화할 수 있는 양팔형 로봇을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 로봇 팔의 관절 배치와 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 작업성을 서로 비교하여 최적의 작업성을 갖는 양팔 구조를 선정할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는, 유압구동식 양팔형 로봇에서 팔의 장착위치 및 관절 구성에 따른 작업성을 분석하는 과정을 나타낸 도면.
도 2a는 상반신형 양팔형 로봇에서 로봇 팔의 일례를 나타낸 사시도.
도 2b 및 도 2c는, 본 발명에 따라 최적의 작업성을 갖는 로봇 팔의 초기각도 양팔 간의 간격을 선정하는 과정을 나타낸 도면.
도 3은, 본 발명에 따른 작업공간 분석에 의해 로봇 팔의 초기각도 및 양팔 간의 간격과 작업성의 관계를 분석한 도면.
도 4는, 7자유도 및 8자유도를 갖는 양팔형 로봇에서 전체 작업공간 및 작업공간이 겹치는 영역을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 양팔형 로봇의 작업성 분석방법을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 재난현장 등에서 사용되는 유압구동식 양팔형 로봇에서, 양팔이 어떻게 배치되어야 최적의 작업성능을 발휘할 수 있는 지에 대한 기준을 제시하기 위한 것이다.
도 2a는 양팔형 로봇에서 로봇 팔 배치구조의 일례를 도시한 것이고, 도 2b는 7자유도를 갖는 2개의 로봇 팔을 좌표 상에 기구적으로 단순화한 것이다.
상기 도 2b는 로봇 팔이 운동학적으로 제로 포즈(Kinematic Zero Pose), 즉 모든 관절의 각도가 0인 자세를 보여주고 있는데, 실제 로봇 팔의 움직임은 각 관절의 좌표계와 설계된 동작범위 내에서 이루어지게 된다.
도 2c는 로봇 팔을 양팔 구조로 배치할 때 이를 결정하는 두 가지 파라미터 θ와 d를 나타낸 것으로, θ는 상부에서 보았을 때의 로봇 팔의 초기 각도, d는 양팔 사이의 간격(m)을 의미한다.
만일 로봇 팔의 관절이 360도로 회전할 수 있다면 상기 θ를 선정하는 과정이 불필요할 것이다.
그러나 재난현장에 사용될 양팔형 로봇은, 큰 힘을 필요로 하기 때문에 유압 구동 방식을 채택하여야 한다.
그런데 유압구동식 로봇에 사용되는 유압 액츄에이터는, 일반적으로 최대 110도 정도의 작동 범위를 갖고 있다.
이에 따라 유압구동식 양팔형 로봇에서 양팔을 원활하게 동작시키기 위해서는, 로봇 팔의 초기각도(θ)의 선정이 중요하며, 특히 팔의 초기각도(θ)와 양팔 간의 간격(d)을 적절히 선정하는 것이 중요하다.
본 발명은 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도(θ)와 양팔 간의 간격(d)를 선정하기 위한 것으로, 로봇 팔의 작업성은 아래의 [식 1]로 나타낼 수 있다.
[식 1] PTCWA = Vtotal × Vcommon
상기 [식 1]에서 Vtotal 은 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace)의 부피를 의미하고, Vcommon 은 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)의 부피를 의미하며, PTCWA는 Product of Total and Common Workspace Area로서 양팔의 전체 작업공간 부피와 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피의 곱을 의미한다.
상기 전체 작업공간(Total Workspace)은 한팔의 작업능력과 관련이 있고, 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)은 양팔의 작업 능력과 관련이 있다.
상기 [식 1]은, 양팔형 로봇의 총 작업범위(Vtotal:각 로봇 팔의 작업범위의 합)및 공통 작업범위(Vcommon: 각 로봇 팔이 공통적으로 도달할 수 있는 작업범위)에 각각 비례하는 PTCWA라는 량을 기준으로 하여, 이를 최대화할 수 있는 팔의 초기각도(θ)와 양팔 간의 간격(d)를 선정하는 데 이용될 수 있다.
즉, 상기 [식 1]에 의해, 양팔의 작업 능력 및 한팔의 작업 능력이 밸런스를 이루는 양팔의 최적 배치구조를 선정할 수가 있다.
도 3은 동일한 로봇 팔을 사용하여 팔의 초기각도(θ)와 양팔 간의 간격(d)값을 변경하면서 그 성능을 관찰한 것이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 양팔 간의 간격(d)이 좁을수록 작업공간이 넓어지게 되어 작업성능이 향상되고, 양팔 간의 간격(d)가 약 2.6m 이상이 되면 작업성능이 급격히 저하되는 것으로 나타났다.
또한 팔의 초기 각도(θ)는 약 3 ~ 7도 범위일 때 작업성이 가장 높고, 초기각도(θ)가 마이너스가 되면(즉 팔을 바깥쪽을 향하게 배치할수록) 작업성능이 급격히 저하되는 것으로 나타났다.
그런데 양팔 간의 간격이 너무 좁아지면 로봇의 무게 균형을 맞추기가 어려워지므로, 도 3의 결과를 그대로 적용하는 것은 바람직하지 않다.
이러한 점을 고려하여, 도 3에서 최초의 PTCWA 최대점(Optimal Point, 왼쪽 화살표)를 선택하지 않고, 오른쪽 화살표 부분을 선택하는 것이 바람직하다.
즉, 도 3의 오른쪽 화살표와 같이, 팔의 초기각도(θ)를 약 5도, 양팔 간의 간격(d)을 2.4m로 하게 되면, 작업성능이 최초의 최대점(도 3에서 왼쪽 화살표)과 별 차이가 없으면서도 양팔 사이의 간격이 충분히 벌어져 로봇의 중심을 잡기가 유리해진다.
따라서 이 경우에는, 팔의 초기각도(θ)를 5도, 양팔 간의 간격(d)을 2.4m로 하는 것이, 작업성이 크게 저하되지 않으면서도 양팔의 밸런스를 잡기가 유리한 최적의 작업성을 갖는 것으로 평가할 수 있다.
그런데 상기한 [식 1]의 PTCWA는, 전체 작업공간의 부피(m3)와 작업공간이 겹치는 영역의 부피((m3)의 곱, 즉 m6의 형태로 표현된다.
즉 상기 [식 1]에 따른 PTCWA는 무차원량이 아니므로, 로봇 팔이 서로 다른 관절구조를 갖거나 링크의 길이가 다른 경우에는, 로봇 팔의 작업성능을 직접 비교하기가 어렵게 된다.
이 경우에는, 아래의 [식 2]를 이용하여 서로 다른 구조를 갖는 로봇 팔의 작업성능을 서로 비교할 수 있다.
[식 2] Q = (Vtotal × Vcommon)/ L6
여기서, Vtotal 은 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace)의 부피를 의미하고, Vcommon 은 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)의 부피를 의미하며, L은 팔의 유효길이, Q는 성능 인덱스(Performance Index)를 의미한다.
상기 [식 2]는, 전체 작업공간의 부피의 곱과 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피의 곱, 즉 m6의 형태로 표현되는 PTCWA에 L6 를 도입함으로써, 수식 자체를 무차원화한 것이다.
상기 [식 2]에 의하면, 로봇 팔의 관절 배치가 다르거나 링크의 길이가 서로 다른 양팔형 로봇의 작업성능을 스칼라값으로 직접 비교할 수가 있게 된다.
상기 [식 2]에서 유효길이 L은, 로봇 팔의 첫 번째 관절부터 최종 End-Effector까지의 길이를 의미한다.
그런데 각 관절을 연결하는 링크가 여러 개인 로봇 팔의 경우에는, 상기 링크가 직선이 아닌 경우도 있다.
이 경우 상기 [식 2]에서 L을 실제 링크 길이의 합으로 계산하게 되면, 기구적으로 중요한 부분을 누락시킬 우려가 있다.
로봇 팔의 운동학적(Kinematic) 성능은, 각 관절 간의 상대적 배치위치에 의해 좌우되며, 관절 간의 링크 구조 자체는 그다지 영향을 미치지 않기 때문이다.
따라서 상기 유효길이 L의 결정시, 실제 링크 길이의 합을 사용하지 않고, 로봇 팔의 관절을 직선으로 연결하는 가상의 링크를 설정하고, 상기 가상의 직선 링크 길이의 합을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가상의 직선 링크는 도 2b 및 도 2c에 도시되어 있다.
도 4는, 7자유도 및 8자유도를 갖는 양팔형 로봇에서 그 성능을 분석한 그래프로서, a는 P7 모델에서의 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace), b는 T7 모델에서의 양팔의 전체 작업공간, c는 B8 모델에서의 양팔의 전체 작업공간, d는 P7 모델에서의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace), e는 T7 모델에서의 작업공간이 겹치는 영역, f는 B8 모델에서의 작업공간이 겹치는 영역을 나타낸 것이다.
아래의 [표 1]은 각 모델에서의 양팔의 전체 작업공간의 부피(Vtotal), 각팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피(Vcommon), 링크의 유효길이(L) 및 성능 인덱스(Q)를 나타낸 것이다.
각 모델의 분석 결과

모델
Vtotal (㎥)
Vcommon (㎥)
L(m)
Q
P7 0.9734 0.1219 0.7912 0.4837
T7 0.6012 0.2045 0.7912 0.5012
B8 1.2911 0.4684 0.8655 1.4387
이하 도 5를 참조하여 본 발명에 따라 양팔형 로봇의 작업성을 분석하는 과정을 설명한다.
먼저, 양팔형 로봇에서 양팔의 전체 작업공간의 부피(Vtotal)를 연산하고(S10), 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피(Vcommon)를 연산(S20)한다,
이어서 상기 S10 단계에서 구한 Vtotal 및 상기 S20 단계에서 구한 Vcommon 를 곱하여 PTCWA를 연산한다(S30).
그리고 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA에 의해 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도 및 양팔의 간격을 선정한다(S40).
그리고 로봇 팔의 각 관절을 직선으로 연결하는 가상의 링크를 설정한 후 이 가상의 링크 길이를 모두 합하여 로봇 팔의 유효길이 L을 연산한다(S50).
이어서 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA 및 상기 S50 단계에서 구한 로봇 팔의 유효길이 L에 의해, 성능 인덱스 Q를 연산한다(S60).
이어서 상기 S60 단계에서 구한 성능 인덱스 Q에 의해, 관절배치와 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 성능을 서로 비교하여, 최적의 작업성을 갖는 로봇 팔의 배치구조를 결정한다(S70).
재난현장에 사용되는 양팔형 로봇은 큰 힘을 필요로 하기 때문에 유압 구동방식을 채택하여야 한다.
그런데 유압구동식 양팔형 로봇은, 로봇 팔의 관절 움직임의 범위가 제한적이기 때문에 팔을 초기에 어떻게 배치하느냐 하는 것이 작업성에 큰 영향을 미치게 된다.
본 발명의 [식 1]에 의하면, 유압구동식 양팔형 로봇의 설계시 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도 및 양팔 간의 간격을 선정할 수가 있다.
또한 본 발명의 [식 2]에 의하면, 로봇 팔의 관절 구조 및 링크의 길이가 다른 양팔형 로봇의 작업성을 서로 비교하여 최적의 작업성을 갖는 양팔형 로봇을 설계할 수가 있게 된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되지 아니한다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능하다는 것을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 유압구동식 양팔형 로봇에서 로봇 팔의 작업성을 분석하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 양팔의 전체 작업공간의 부피(Vtotal)를 연산하는 단계(S10),
    (b) 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피(Vcommon)를 연산하는 단계(S20),
    (c) 상기 S10 단계에서 구한 Vtotal 및 상기 S20 단계에서 구한 Vcommon 에 의해 PTCWA를 연산하는 단계(S30),
    (d) 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA에 의해 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도 및 양팔의 간격을 선정하는 단계(S40),
    (e) 로봇 팔의 유효길이 L을 연산하는 단계(S50),
    (f) 상기 S30 단계에서 구한 PTCWA 및 상기 S50 단계에서 구한 로봇 팔의 유효길이 L에 의해, 성능 인덱스 Q를 연산하는 단계(S60),
    (g) 상기 S60 단계에서 구한 성능 인덱스 Q에 의해, 관절배치와 링크 길이가 다른 양팔형 로봇의 성능을 서로 비교하는 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압구동식 양팔형 로봇의 작업성 분석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 S30 단계에서, PTCWA는 아래의 [식 1]에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 유압구동식 양팔형 로봇의 작업성 분석 방법.
    [식 1] PTCWA = Vtotal × Vcommon
    (여기서, Vtotal 은 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace)의 부피를 의미하고, Vcommon 은 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)의 부피를 의미하며, PTCWA(Product of Total and Common Workspace Area)는 양팔의 전체 작업공간 부피와 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역의 부피의 곱을 의미한다).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 [식 1]을 이용하여 최적의 작업성을 갖는 팔의 초기각도(θ) 및 양팔 간의 간격(d)을 선정하는 것을 특징으로 하는 유압구동식 양팔형 로봇의 작업성 분석 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 S60 단계에서, 성능 인덱스 Q는 아래의 [식 2]에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 유압구동식 양팔형 로봇의 작업성 분석 방법.
    [식 2] Q = (Vtotal × Vcommon)/ L6
    (여기서, Vtotal 은 양팔의 전체 작업공간(Total Workspace)의 부피를 의미하고, Vcommon 은 각 팔의 작업공간이 겹치는 영역(Common Workspace)의 부피를 의미하며, L은 팔의 유효길이, Q는 성능 인덱스(Performance Index)를 의미한다).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 [식 2]에서 팔의 유효길이 L은, 로봇 팔의 각 관절을 직선으로 연결하는 가상의 링크를 설정한 후, 상기 가상의 링크 길이를 모두 합하여 결정하는 것을 특징으로 하는 유압구동식 양팔형 로봇의 작업성 분석 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 로봇 팔의 최적의 작업성을 분석하고, 이를 이용하여 선정한 로봇 팔 배치구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유압구동식 양팔형 로봇.









KR1020160069513A 2016-06-03 2016-06-03 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇 KR20170137403A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160069513A KR20170137403A (ko) 2016-06-03 2016-06-03 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160069513A KR20170137403A (ko) 2016-06-03 2016-06-03 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170137403A true KR20170137403A (ko) 2017-12-13

Family

ID=60944382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160069513A KR20170137403A (ko) 2016-06-03 2016-06-03 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170137403A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110434824A (zh) * 2019-07-23 2019-11-12 大连大华中天科技有限公司 一种冗余双臂协作机器人
CN117001675A (zh) * 2023-09-28 2023-11-07 江苏云幕智造科技有限公司 一种双臂协作操控非合作目标避障轨迹规划方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110434824A (zh) * 2019-07-23 2019-11-12 大连大华中天科技有限公司 一种冗余双臂协作机器人
CN117001675A (zh) * 2023-09-28 2023-11-07 江苏云幕智造科技有限公司 一种双臂协作操控非合作目标避障轨迹规划方法
CN117001675B (zh) * 2023-09-28 2024-05-31 江苏云幕智造科技有限公司 一种双臂协作操控非合作目标避障轨迹规划方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI673150B (zh) 機器人教示方法及機器臂控制裝置
Iqbal et al. Modeling and analysis of a 6 DOF robotic arm manipulator
KR101479233B1 (ko) 로봇 및 그 협조작업 제어방법
US10864632B2 (en) Direct teaching method of robot
Thomas et al. Human‐robot collaboration–new applications in industrial robotics
Yu et al. Development of a upper-limb exoskeleton robot for refractory construction
McCloy Robotics: an introduction
JP2008183716A (ja) 把握型ハンド
Focchi et al. Torque-control based compliant actuation of a quadruped robot
KR20180099623A (ko) 로봇 팔 및 로봇 손목
Shikari et al. Triple scissor extender robot arm: a solution to the last one foot problem of manipulation
KR20200038468A (ko) 로봇을 구비한 취급 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램
KR20170137403A (ko) 양팔형 로봇의 작업성 분석방법 및 이를 이용하여 선정된 로봇 팔을 구비하는 양팔형 로봇
Long et al. Robotic arm simulation by using matlab and robotics toolbox for industry application
Suhaimin et al. Analysis of point-to-point robotic arm control using pid controller
Pol et al. LabVIEW based four DoF robotic ARM
KR101382666B1 (ko) 병렬형 머니퓰레이터
Baboria et al. Literature review on design and simulation of industrial robotic arm using CAD/CAM software
Lee et al. Design of a ceiling glass installation robot
Fateh et al. On the transforming of control space by manipulator Jacobian
Cao et al. Novel humanoid dual-arm grinding robot
Rajput Robotics and Industrial Automation
Dede et al. A macro-micro mechanism design for laser cutting process
Singh et al. An experimental approach to improving the joint stiffness of industrial robots through dexterous posture identification
KR101297071B1 (ko) 중공 모터를 이용한 다관절 매니퓰레이터

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E601 Decision to refuse application