KR20200038468A - 로봇을 구비한 취급 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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KR20200038468A
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시몬 예센
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

다수의 암을 갖는 로봇이 산업적 생산에 점점 더 많이 사용되고 있다. 본 발명은 로봇(2)으로서, 상기 로봇(2)은 다수의 운동학적 체인(4a, 4b)을 가지며, 각각의 운동학적 체인(4a, 4b)은 작업 공간 내에서 이동될 수 있고, 적어도 2개의 작업 공간은 중첩되며, 각각의 운동학적 체인(4a, 4b)은 작업 운동을 수행하도록 설계되는, 상기 로봇(2); 전체 운동을 수행하기 위해 운동학적 체인(4a, 4b)을 제어하는 제어 모듈로서, 전체 운동은 운동학적 체인(4a, 4b)의 작업 운동에 의해 제공될 수 있으며, 상기 제어 모듈은 작업 운동을 수행하기 위한 궤적 함수(q1, q2)에 기초하여 운동학적 체인을 제어하도록 설계되는, 상기 제어 모듈; 및 궤적 결정 모듈 및 재매개화 모듈로서, 상기 궤적 결정 모듈은 운동학적 체인(4a, 4b)의 각각의 작업 운동에 대해 궤적 함수(q1, q2)로서 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))을 결정하도록 설계되고, 상기 재매개화 모듈은 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))에 기초한 궤적 함수(q1, q2)를 재매개화하여 전체 운동에 충돌이 없게 하도록 설계되는, 상기 궤적 결정 모듈 및 재매개화 모듈를 포함하는 취급 장치(1)에 관한 것이다.

Description

로봇을 구비한 취급 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 로봇을 구비한 취급 장치, 로봇 제어 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
로봇을 구비한 취급 장치가 제안되는데, 로봇은 다수의 운동학적 체인을 포함하며, 각각의 운동학적 체인은 작업 공간에서 이동 가능하고, 적어도 2개의 작업 공간은 중첩되며, 각각의 운동학적 체인은 작업 운동을 수행하도록 설계되고, 상기 취급 장치는 또한 전체 운동을 수행하기 위해 운동학적 체인을 제어하는 제어 모듈을 포함하며, 전체 운동은 운동학적 체인의 작업 운동에 의해 제공될 수 있다. 또한, 로봇 제어 방법 및 컴퓨터 프로그램이 제안된다.
프로세스의 자동화, 특히 산업적 생산에서 로봇의 사용은 종래 기술에 알려져 있다.
가장 가까운 종래 기술을 형성하는 공보 DE 10 2013 014 287 A1은 다음 단계들을 포함하는 레이저 용접에 의해 정밀 기계 부품을 연결하는 방법을 개시한다: 제 1 로봇 암에 제공된 제 1 그리퍼를 사용하여 제 1 매거진 영역으로부터 제 1 부품을 그립핑하는 단계; 제 1 조립 위치에서 제 1 그리퍼로 제 1 부품을 그리고 제 2 그리퍼로 제 2 부품을 서로에 대해 그리고 레이저 장치에 대해 유지하기 위해 제 2 로봇 암 상에 제공된 제 2 그리퍼로 제 2 매거진 영역으로부터 제 2 부품을 그리핑하는 단계; 레이저 장치를 활성화하고, 제 1 조립 위치에서 제 1 용접 연결부에 의해 제 1 및 제 2 부품을 서로 연결하여 조립체를 형성하는 단계; 조립체를 제 1 그리퍼를 사용하여 저장 영역에 배치하는 단계.
본 발명의 과제는 종래 기술에 비해 개선된 로봇을 구비한 취급 장치, 로봇을 제어하는 방법, 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
청구항 제 1 항의 특징을 갖는 로봇을 구비한 취급 장치가 제안된다. 또한, 청구항 제 11 항의 특징을 갖는 로봇, 특히 취급 장치의 로봇을 제어하는 방법 및 청구항 제 12 항의 특징을 갖는 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 추가의 장점 및 효과는 종속 청구항들 및 다음 설명에 제시된다.
로봇을 구비한 취급 장치가 제안된다. 상기 취급 장치는 특히 산업적 자동화 기술의 장치이다. 취급 장치는 예를 들어 로봇 워크 스테이션, 제조 스테이션 및/또는 조립 스테이션이다. 로봇은 바람직하게는 조립 단계 및/또는 제조 단계를 수행하도록 설계된다. 특히, 로봇은 단일 암 로봇, 2 암 로봇 또는 다수 암 로봇이다. 또한, 로봇은 관절 로봇일 수 있다. 특히, 로봇은 다축 로봇으로서 설계된다. 특히, 취급 장치는 다수의 로봇을 포함할 수 있다.
로봇은 다수의 운동학적 체인을 포함한다. 특히, 로봇은 정확히 2개 또는 3개 이상의 운동학적 체인을 포함한다. 특히, 로봇은 6개 이상 및/또는 11개 이상의 운동학적 체인을 포함할 수 있다. 로봇은 운동학적 체인의 끝에 엔드 이펙터를 갖는 것이 바람직하다. 각각의 운동학적 체인은 작업 공간에서 이동할 수 있다. 특히, 엔드 이펙터는 작업 공간에서 이동할 수 있다. 작업 공간은 특히 3차원 공간이다. 바람직하게는, 작업 공간의 각각의 점은 운동학적 체인 및/또는 엔드 이펙터에 의해 달성될 수 있다. 적어도 2개의 작업 공간은 중첩된다. 중첩은 하나 및/또는 2개의 작업 공간을 완전히 포함할 수 있다.
운동학적 체인들은 작업 운동을 수행하도록 설계된다. 작업 운동은 예를 들어 생산 및/또는 조립 단계를 수행하는 역할을 한다. 작업 운동은 예를 들어 엔드 이펙터로 하나의 점 및/또는 하나의 좌표에 접근일 수 있다.
취급 장치 및/또는 로봇은 운동학적 체인을 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 특히, 제어 모듈은 운동학적 체인을 독립적으로 제어하도록 설계된다. 운동학적 체인의 제어는 특히 작업 운동을 수행하기 위한 것이다. 전체 운동은 운동학적 체인의 작업 운동들에 의해 제공될 수 있다. 특히, 전체 운동은 운동학적 체인의 작업 운동의 순차적 실행 및/또는 조합의 결과이다. 전체 운동은 운동학적 체인의 동기식 운동, 예를 들어 2 암 리프팅 또는 장치 없는 장착일 수 있다. 대안으로서, 전체 운동은 운동학적 체인의 비동기식 운동, 예를 들어 서로 다른 운동학적 체인으로 다른 공작물을 차례로 그립핑하는 것이다.
제어 모듈은 작업 운동을 수행하기 위한 궤적 함수에 기초하여 운동학적 체인을 제어하도록 설계된다. 궤적 함수는 특히 벡터 값 함수이다. 예를 들어, 운동학적 체인은 n 개의 가동 조인트를 포함하고, 관련 궤적 함수는 n 개의 엔트리를 갖는 벡터이며, 각각의 엔트리는 관련 조인트의 각 위치를 나타낸다. 궤적 함수는 각 위치 외에, 조인트의 조정 속도 및 조정 가속도를 포함할 수 있다. 제어 모듈은 운동학적 체인 및/또는 조인트를 위한 설정값 생성기로서 기능하기 위해 이산화된 형태로 설계되는 것이 바람직하다.
취급 장치는 궤적 결정 모듈 및 재매개화(reparametrization) 모듈을 포함한다. 특히, 궤적 결정 모듈 및 재매개화 모듈은 제어 모듈의 일부일 수 있다. 제어 모듈, 궤적 결정 모듈 및/또는 재매개화 모듈은 예를 들어 컴퓨터 유닛, 프로세서 또는 마이크로 칩이다.
궤적 결정 모듈은 로봇의 각각의 작업 운동 및/또는 운동학적 체인의 각각의 작동 운동에 대해 각각 하나의 최소 시간 궤적을 궤적 함수로서 결정하도록 설계된다. 특히, 궤적 결정 모듈은 로봇의 각각의 운동학적 체인에 대해 로봇의 다른 운동학적 체인과는 독립적으로 최소 시간 궤적을 결정하도록 설계된다.
재매개화 모듈은 최소 시간 궤적에 기초하여 궤적 함수를 재매개화하도록 설계된다. 특히, 재매개화된 궤적 함수는 운동학적 체인이 전체 운동에 충돌이 없도록 작업 운동을 수행하도록 설계된다. 제어 모듈은 바람직하게는 운동학적 체인을 재매개화된 궤적 함수에 기초하여 제어하도록 설계된다.
본 발명은 충돌없이 과제를 수행할 수 있는 로봇을 구비한 자동화된 취급 장치를 제공하는 것을 기반으로 한다. 종래 기술에 비한 장점은 예를 들어 더 높은 추상 레벨에서 상징적 계획의 사용이 가능하다는 것이다. 또한, 운동학적 체인의, 에러가 발생하기 쉽고 시간 소비적인 수동 조정이 생략될 수 있다. 제어 모듈을 사용하면, 로봇의 계획된 이동 및/또는 프로세스가 충돌없이 보장된다. 특히, 고유의 비동기 운동이 사전에 인위적으로 동기화될 필요가 없다는 장점이 있다.
본 발명의 가능한 실시 예에서, 운동학적 체인, 다수의 운동학적 체인 및/또는 모든 운동학적 체인은 각각 로봇 암 및/또는 조작기로서 설계된다. 로봇 암들은 기계 작업을 수행하도록 설계된다. 예를 들어, 용접, 절단 또는 다른 제조 공정과 같은 조작 과제가 로봇 암에 의해 수행될 수 있다. 특히, 로봇 암은 포지셔닝 과제 및/또는 측정 과제를 수행하도록 설계된다. 예를 들어, 로봇 암은 엔드 이펙터로서 그리퍼를 포함한다. 로봇 암은 바람직하게는 작업 운동을 수행하기 위한 다수의 회전축 및/또는 추력축을 포함한다.
최소 시간 궤적은 작업 운동을 수행하기 위해 최단 시간을 요구하는 궤적 함수인 것이 특히 바람직하다. 특히, 최소 시간 궤적은 주어긴 경로에 대해 로봇 및/또는 운동학적 체인의 키노다이나믹(kinodynamic) 제한을 고려하여, 전체적으로 작업 운동에 대한 최소 실행 지속 시간이 달성되도록 함수로 재매개화되는 궤적 함수이다.
선택적으로, 궤적 결정 모듈은 최소 시간 궤적을 운동학적 체인 및/또는 조인트들 중 하나의 유한 최대 가속도 및/또는 유한 최대 속도에 기초하여 결정하도록 설계된다. 특히, 운동학적 체인 및/또는 조인트의 유한 조정 속도 및/또는 유한 조정 가속도는 키노다이나믹 제한으로 이해된다.
본 발명의 하나의 가능한 실시 예에서, 재매개화 모듈은 글로벌 시간 곡선으로 전체 운동을 재매개화하도록 설계된다. 특히, 다수의 x 운동학적 체인을 갖는 로봇의 경우, 글로벌 시간 곡선은 x 차원 공간, 특히 Rx 내의 곡선이다. 글로벌 시간 곡선은 특히 포인트 튜플(point tuple)에 의해 표시될 수 있으며, 이 포인트 튜플의 각각의 엔트리는 운동학적 체인의 최소 시간 궤적 상의 하나의 시점에 상응한다. 포인트 튜플은 특히 서로 다른 최소 시간 궤적에서의 시점들 및/또는 위치들을 서로 할당한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시 예에서, 궤적 결정 모듈은 최소 시간 궤적을 각각 고유 시간에 의해 표시한다. 특히, 고유 시간은 시작 시점에서부터 종료 시점까지 연장되며, 상기 고유 시간은 운동학적 체인이 시작 시점과 종료 시점 사이에서 최소 시간 궤적 상의 어디에 배치되는지를 결정한다.
재매개화 모듈은 테스트 함수를 포함한다. 테스트 함수는 함수 인수로서 최소 시간 궤적을 갖는다. 테스트 함수는 함수 인수에 기초하여, 특히 "운동학적 체인의 충돌" 또는 "운동학적 체인의 충돌 없음"을 출력으로서 할당한다. 예를 들어, 운동학적 체인이 충돌하는 경우 테스트 함수는 값 a를 함수 값으로서 출력하고, 여기서 a는 예를 들어 1이다. 예를 들어, 운동학적 체인이 충돌하지 않으면 테스트 함수는 값 b를 함수 값으로서 출력하고, 여기서 b는 예를 들어 0이다. 재매개화 모듈은 부분 공간을 충돌 공간과 유효 공간으로 나누도록 설계된다. 부분 공간은 운동학적 체인의 고유 시간에 의해 형성된다. 예를 들어, 로봇은 x 개의 운동학적 체인을 가지며, 부분 공간은 x-차원 부분 공간이다. 재매개화 모듈은 특히 운동학적 체인의 충돌이 검출되었고 및/또는 테스트 함수가 값 a를 출력하는 경우, 부분 공간 내의 한 점을 충돌 공간에 할당하도록 설계된다.
또한, 재매개화 모듈은 특히 운동학적 체인의 충돌이 검출되지 않았고 및/또는 테스트 함수가 값 b를 출력하는 경우, 부분 공간 내의 한 점을 유효 공간에 할당하도록 설계된다. 재매개화 모듈은 바람직하게는 유효 공간 내의 곡선을 글로벌 시간 곡선으로서 결정하도록 설계된다. 특히, 글로벌 시간 곡선은 충돌 공간 내의 점을 갖지 않는다.
선택적으로, 전체 운동은 시작점에서 시작하여 종료점에서 끝난다. 시작점은 바람직하게는 작업 공간 내의 한 점이며, 부분 공간 내의 시작점에 시간 좌표가 할당될 수 있다. 부분 공간 내의 시작점의 시간 좌표는 특히 부분 공간 내의 운동학적 체인의 최소 시간 궤적의 제로점에 상응한다. 종료점은 바람직하게는 작업 공간 내의 한 점이며, 부분 공간 내의 종료점에 시간 좌표가 할당될 수 있다. 부분 공간 내의 종료점의 시간 좌표는 특히 부분 공간 내의 운동학적 체인의 최소 시간 궤적의 종료점에 상응한다. 재매개화 모듈은 시작점의 시간 좌표와 종료점의 시간 좌표 사이의 최단 연결을 글로벌 시간 곡선으로서 결정하도록 설계된다.
대안으로서 및/또는 추가로, 재매개화 모듈에 의해, 시작점의 시간 좌표와 종료점의 시간 좌표 사이의 가장 빠른 연결이 글로벌 시간 곡선으로서 결정된다.
제어 모듈은 로봇을 제어하기 위해 재매개화된 최소 시간 궤적을 역 운동학에 의해 변환하도록 설계되는 것이 특히 바람직하다. 특히, 로봇 또는 로봇 컨트롤러는 전적으로 역 운동학을 기반으로 한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시 예에서, 전체 운동은 적어도 2개의 운동학적 체인의 비동기 작업 운동을 포함한다. 예를 들어, 비동기 작업 운동은 2개의 서로 다른 로봇 암 및/또는 운동학적 체인을 사용하여 공작물을 순차적으로 그립핑하는 것이다.
본 발명의 다른 대상은 로봇을 제어하는 방법이다. 특히, 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 취급 장치로 로봇을 제어하는 방법이 형성된다. 이 방법에서는 로봇의 각각의 운동학적 체인에 대해 최소 시간 궤적이 결정된다. 최소 시간 궤적은 특히 운동학적 체인의 작업 운동을 나타내도록 설계된다. 이 방법에 따르면, 최소 시간 궤적에 기초한 궤적 함수는 운동학적 체인의 전체 운동에 충돌이 없도록 재매개화된다.
본 발명의 또 다른 대상은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 취급 장치에서 실행될 때 전술한 방법을 실시하기 위한 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램이다.
본 발명의 다른 특징, 장점 및 효과는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 다음의 설명 및 첨부된 도면에 제시된다.
도 1은 제 1 실시 예로서 취급 장치를 도시하고,
도 2는 부분 공간의 실시 예를 도시하며,
도 3은 충돌 공간과 유효 공간을 가진 부분 공간을 도시하고,
도 4는 글로벌 시간 곡선을 가진 부분 공간을 도시하며,
도 5는 글로벌 시간 곡선과 표시된 궤적 함수를 가진 부분 공간을 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예로서 로봇(2)을 구비한 취급 장치(1)를 도시한다. 취급 장치(1)는 생산 설비의 조립 스테이션이다. 로봇(2)은 공작물과 같은 물체(3)를 가공 및/또는 조립하도록 설계된다. 로봇(2)은 물체(3)를 그립핑, 운반 및 가공할 수 있다.
로봇(2)은 제 1 운동학적 체인(4a) 및 제 2 운동학적 체인(4b)을 포함한다. 제 1 및 제 2 운동학적 체인(4a, 4b)은 각각 로봇 암으로서 설계된다. 제 1 운동학적 체인(4a)은 다수의 조인트(5a)를 포함하고, 제 2 운동학적 체인(4b)은 다수의 조인트(5b)를 포함한다. 조인트들(5a 및 5b)의 각 위치가 변경될 수 있어서, 운동학적 체인들은 조인트(5a 및 5b)에 의해 작업 공간에서 각각 이동될 수 있다. 특히, 조인트들(5a 및 5b)은 이동을 위해 조정 속도 및 조정 가속도로 작동될 수 있으며, 조인트들(5a 및 5b)은 최대 속도 및 최대 가속도를 갖는다. 운동학적 체인(4a, 4b)의 자유 단부에는 각각 엔드 이펙터(6a, 6b)가 배치되고, 엔드 이펙터들(6a, 6b)은 각각 공작물(3)을 그립핑하기 위한 그리퍼로서 설계된다.
운동학적 체인들(4a, 4b)은 작업 공간에서 이동될 수 있다. 엔드 이펙터(6a)는 운동학적 체인(4a)에 의해 시작점에서부터 운동 경로 s1(t)를 따라 종료점으로 이동될 수 있다. 엔드 이펙터(6b)는 운동학적 체인(4b)에 의해 시작점에서부터 운동 경로 s2(t)를 따라 종료점으로 이동될 수 있다.
취급 장치(1)는 엔드 이펙터(6a 및 6b)로 경로 s1(t) 및 s2(t)를 따르기 위해 운동학적 체인(4a 및 4b)을 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 운동학적 체인(4a)은 궤적 함수(q1)에 기초하여 제어되고, 운동학적 체인(4b)은 궤적 함수(q2)에 기초하여 제어된다. 궤적 함수들(q1 및 q2)은 각각 운동학적 체인(4a, 4b)이 조인트(6a, 6b)를 갖는 것만큼 많은 엔트리를 갖는 벡터-값 함수이다. 예를 들어, 제 1 운동학적 체인(4a)은 3개의 조인트를 가지며, 관련 궤적 함수 q1는 예를 들어 q1(φ1, φ2, φ3)로 표시될 수 있고, 여기서 φ1, φ2, φ3은 각각 조인트의 각 위치이다. 또한, 궤적 함수는 조인트의 조정 속도 및 조정 가속도를 포함할 수 있으며, 예를 들어
Figure pct00001
로서 표시될 수 있다.
취급 장치(1)는 운동학적 체인(4a 및 4b)에 대한 각각 하나의 최소 시간 궤적(q1 및 q2)을 결정하는 궤적 결정 모듈을 포함한다. 최소 시간 궤적은 이동을 실행하는데 최단 시간을 요구하는 운동학적 체인(4a, 4b)의 운동을 발생시키는 궤적 함수이다. 최소 시간 궤적(q1)을 수행하기 위해 운동학적 체인(4a)은 시간(T1)을 요구한다. 최소 시간 궤적(q2)을 수행하기 위해 운동학적 체인(4a)은 시간(T2)을 요구한다. 최소 시간 궤적을 매개화하는 파라미터는 각각 고유 시간(τ1, τ2)이며, 그에 따라 최소 시간 궤적(q1)은 예를 들어 q1(φ1(τ1), φ2(τ1), φ3(τ1))= q1(τ1)이 되고, 최소 시간 궤적(q2)은 q2(τ2)이 된다.
취급 장치(1)는 재매개화 모듈을 포함하고, 재매개화 모듈은 운동학적 체인(4a 및 4b)의 전체 운동에 충돌이 없도록 글로벌 시간 곡선(tR)에 의해 최소 시간 궤적(q1 및 q2)을 재매개화한다. 제어 모듈은 특히 작업 운동을 수행하기 위해 운동학적 체인(4a 및 4b)을 재매개화된 최소 시간 궤적을 기초로 및/또는 재매개화된 최소 시간 궤적에 의해 제어하도록 설계된다. 제어 모듈은 궤적 함수로서 재매개화된 최소 시간 궤적을 사용한다. 다음 도면에는 재매개화 모듈이 어떻게 전체 파라미터에 충돌이 없도록 최소 시간 궤적을 재매개화하는지가 도시되어 있다.
도 2는 고유 시간(τ1 및 τ2)에 의해 형성된 부분 공간(7)을 도시한다. 이 도면의 부분 공간은 도 1의 취급 장치(1)의 부분 공간에 대한 예이다. 고유 시간(τ1 및 τ2)은 특히 부분 공간(7)의 정규 직교 기저(orthonormal basis)를 형성한다. 운동학적 체인(4a)의 고유 시간(τ1)은 횡축을 형성하고, 운동학적 체인(4b)의 고유 시간(τ2)은 종축을 형성한다. 횡축에는 최소 시간 궤적 q1(τ1)의 시간 경과가 그래픽으로 표시된다. 종축의 왼쪽에는 최소 시간 궤적 q2(τ2)의 시간 경과가 그래픽으로 표시된다. 또한, 부분 공간에는 시간 좌표(τs 및 τE)가 표시되고, 시간 좌표(τs)는 전체 운동이 시작되는 고유 시간에 상응하며, 시간 좌표(τE)는 전체 운동이 끝나는 고유 시간에 상응한다.
도 3은 도 2의 부분 공간(7)이 재매개화 모듈에 의해 유효 공간(8) 및 충돌 공간(9)으로 분할된 것을 도시한다. 이를 위해, 재매개화 모듈은 테스트 함수(c)를 포함한다. 테스트 함수(c)는 인수로서 최소 시간 궤적 q1(τ1) 및 q2(τ2)를 가지므로, c(q1(τ1), q2(τ2))가 된다. 테스트 함수(c)는 운동학적 체인(4a 및 4b)이 주어진 최소 시간 궤적 q1(τ1) 및 q2(τ2)에 대해 충돌을 갖는지의 여부를 테스트하도록 설계된다. 테스트 함수가, 주어진 최소 시간 궤적q1(τ1) 및 q2(τ2)에 대해 특정 시점(τ1, τ2)에서 충돌이 없다고 검출하는 경우, 부분 공간(7) 내의 관련 점(τ1, τ2)은 유효 공간(8)에 속하게 된다. 테스트 함수가, 주어진 최소 시간 궤적 q1(τ1) 및 q2(τ2)에 대해 특정 시점(τ1, τ2)에서 충돌이 있다고 검출하는 경우, 부분 공간(7) 내의 관련 점(τ1, τ2)은 충돌 공간(9)에 속하게 된다. 재매개화 모듈은 모든 시점(τ1, τ2)에 대해 충돌이 있는지 및/또는 충돌이 없는지에 대한 테스트를 수행하도록 설계된다.
도 4는 재매개화 모듈에 의해 결정된 글로벌 시간 곡선(tR)을 갖는 도 3의 부분 공간(7)을 도시한다. 글로벌 시간 곡선(tR)은 시작점의 시간 좌표와 종료점의 시간 좌표를 연결한다. 글로벌 시간 곡선(tR)이 유효 공간(8)에서만 연장되고 충돌 공간(9)을 통해 연장되지 않는다는 조건에서, 상기 글로벌 시간 곡선(tR)은 상기 두 점 사이의 최단 연결을 형성한다. 글로벌 시간 곡선(tR)은 tR = (τ1,R, τ2,R)형식의 매개화된 곡선으로 나타낼 수 있다.
도 5는 제어 모듈이 어떻게 충돌없는 전체 과제를 위해 글로벌 시간 곡선(tR)에 기초하여 운동학적 체인(4a, 4b)을 제어하는지를 도시한다. 운동학적 체인(4a 및 4a)은 최소 시간 궤적 q1(τ1) 및 q2(τ2)에 따라, τ1 및 τ2가 (τ1 τ2)= tR = (τ1,R, τ2,R)이 적용되는 조합으로만 제어되도록 제어된다.
1: 취급 장치
2: 로봇
4a, 4b: 운동학적 체인
7: 부분 공간
8: 유효 공간
9: 충돌 공간

Claims (13)

  1. 로봇(2)으로서, 상기 로봇(2)은 다수의 운동학적 체인(4a, 4b)을 가지며, 각각의 운동학적 체인(4a, 4b)은 작업 공간 내에서 이동될 수 있고, 적어도 2개의 작업 공간은 중첩되며,
    각각의 운동학적 체인(4a, 4b)은 작업 운동을 수행하도록 설계되는, 상기 로봇; 및
    전체 운동을 수행하기 위해 상기 운동학적 체인(4a, 4b)을 제어하는 제어 모듈로서, 상기 전체 운동은 상기 운동학적 체인(4a, 4b)의 작동 운동에 의해 제공될 수 있으며,
    상기 제어 모듈은 작업 운동을 수행하기 위해 궤적 함수(q1, q2)에 기초하여 상기 운동학적 체인을 제어하도록 설계되는, 상기 제어 모듈을 포함하는 취급 장치(1)에 있어서,
    궤적 결정 모듈 및 재매개화 모듈을 포함하고,
    상기 궤적 결정 모듈은 상기 운동학적 체인(4a, 4b)의 각각의 작업 운동에 대해 각각 하나의 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))을 궤적 함수(q1, q2)로서 결정하도록 설계되고,
    상기 재매개화 모듈은 상기 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))에 기초한 궤적 함수(q1, q2)를 재매개화하여 전체 운동에 충돌이 없게 하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 운동학적 체인(4a, 4b)은 각각 로봇 암인 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))은 상기 작업 운동을 수행하는데 최소 시간을 요구하는 궤적 함수(q1, q2)인 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 궤적 결정 모듈은 상기 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))을 유한 최대 가속도 및/또는 유한 최대 속도에 기초하여 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재매개화 모듈은 전체 운동을 글로벌 시간 곡선(tR)으로 재매개화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로봇(2)이 n 개의 운동학적 체인(4a, 4b)을 포함하고, 상기 글로벌 시간 곡선(tR)은 n 차원 공간 내의 곡선인 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 궤적 결정 모듈에 의해 상기 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))이 각각 고유 시간(τ1, τ2)에 의해 표시되며, 상기 재매개화 모듈은 상기 운동학적 체인의 충돌을 테스트하기 위한 테스트 함수(c(q1(τ1), q2(τ2))를 갖고, 상기 재매개화 모듈은 상기 고유 시간(τ1, τ2)에 의해 형성된 부분 공간(7)을 충돌 공간(9) 및 유효 공간(8)으로 분할하도록 설계되며, 상기 충돌 공간(9)은 상기 테스트 함수(c)가 상기 운동학적 체인(4a, 4b)의 충돌을 검출하는 상기 부분 공간(7) 내의 점들에 의해 한정되고, 상기 유효 공간(8)은 상기 테스트 함수가 상기 운동학적 체인(4a, 4b)의 충돌 없음을 검출하는 상기 부분 공간(7) 내의 점들에 의해 한정되며, 상기 재매개화 모듈은 상기 유효 공간(8) 내의 곡선을 글로벌 시간 곡선(tR)으로서 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전체 운동은 시작점에서 시작하여 종료점에서 끝나고, 상기 부분 공간(7) 내의 상기 시작점에 시간 좌표(τS)가 할당될 수 있으며 상기 종료점에 시간 좌표(τE)가 할당될 수 있고, 상기 재매개화 모듈은 상기 글로벌 시간 곡선(tR)을 상기 유효 공간(8) 내의 종료점과 시작점의 시간 좌표들 사이의 최단 연결로서 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전체 운동은 시작점에서 시작하여 종료점에서 끝나고, 상기 부분 공간(7) 내의 상기 시작점에 시간 좌표(τS)가 할당될 수 있으며 상기 종료점에 시간 좌표(τE)가 할당될 수 있고, 상기 재매개화 모듈은 상기 글로벌 시간 곡선(tR)을 상기 유효 공간(7) 내의 시작점과 종료점의 시간 좌표들 사이의 가장 빠른 연결로서 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 로봇(2)의 제어를 위해 재매개화된 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))을 역 운동학에 의해 변환하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전체 운동은 2개의 운동학적 체인(4a, 4b)의 비동기 작업 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 취급 장치(1).
  12. 특히 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 취급 장치로 로봇(2)을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 로봇(2)의 각각의 운동학적 체인(4a, 4b)에 대해 최소 시간 궤적(q1, q2)이 결정되고, 상기 최소 시간 궤적(q1(τ1), q2(τ2))에 기초한 궤적 함수(q1, q2)는 상기 운동학적 체인(4a, 4b)의 전체 운동에 충돌이 없도록 재매개화되는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
  13. 실행를 위한 프로그램 코드 수단을 구비한 컴퓨터 프로그램에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 취급 장치(1)에서 실행되면, 제 11 항에 따른 방법이 실시되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110370314B (zh) * 2019-06-11 2020-11-13 杭州亿恒科技有限公司 基于多激光跟踪仪的双臂机器人性能测量方法
US11945117B2 (en) 2021-03-10 2024-04-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Anticipating user and object poses through task-based extrapolation for robot-human collision avoidance
US11833691B2 (en) 2021-03-30 2023-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid robotic motion planning system using machine learning and parametric trajectories
CN114131657B (zh) * 2021-12-28 2024-01-23 芜湖藦卡机器人科技有限公司 一种工业机器人轨迹检测装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10235580A (ja) * 1997-02-26 1998-09-08 Seiko Seiki Co Ltd 位置・力目標軌道生成器
JP2015160253A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 キヤノン株式会社 軌道生成方法、ロボット装置、プログラム及び記録媒体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5150452A (en) * 1989-07-28 1992-09-22 Megamation Incorporated Method and apparatus for anti-collision and collision protection for multiple robot system
JP4228387B2 (ja) * 2001-10-25 2009-02-25 株式会社安川電機 複数ロボットの作業教示方法および作業教示装置
JP4159577B2 (ja) * 2005-12-13 2008-10-01 ファナック株式会社 複数のロボット間のインターロック自動設定装置及び自動設定方法
JP6039187B2 (ja) * 2012-02-03 2016-12-07 キヤノン株式会社 組立装置、把持ハンドおよび物品の組立方法
DE102013014287A1 (de) 2012-08-27 2014-03-20 OBE OHNMACHT & BAUMGäRTNER GMBH & CO. KG Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden feinmechanischer Bauteile
US9555545B2 (en) * 2014-05-21 2017-01-31 Bot & Dolly, Llc Systems and methods for time-based parallel robotic operation
DE102014222857A1 (de) * 2014-11-10 2016-05-12 Kuka Roboter Gmbh Flexibles taktzeitoptimiertes Teilen eines Arbeitsraums für Roboter
CN106503373B (zh) * 2016-11-04 2020-07-28 湘潭大学 一种基于b样条曲线的双机器人协调装配轨迹规划方法
CN106945020B (zh) * 2017-05-18 2019-10-22 哈尔滨工业大学 一种空间双机械臂系统运动协调控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10235580A (ja) * 1997-02-26 1998-09-08 Seiko Seiki Co Ltd 位置・力目標軌道生成器
JP2015160253A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 キヤノン株式会社 軌道生成方法、ロボット装置、プログラム及び記録媒体

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.A. Czarnecki, COLLISION FREE MOTION PLANNING TWO ROBOTS OPERATION IN A COMMON WORKSPACE, 1994 International Conference on Control, pp.1006~1011(1994.03.)* *
Zeungnam Bien 외 1명, A Minimum-Time Trajectory Planning Method for Two Robots, IEEE Transactions on Robotics and Automation, VOL.8, NO.3, pp.414~418(1992.06.)* *

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