KR20200077533A

KR20200077533A - 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법 및 제어 수단

Info

Publication number: KR20200077533A
Application number: KR1020207014079A
Authority: KR
Inventors: 만프레트 휘텐호퍼
Original assignee: 쿠카 도이칠란트 게엠베하
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-06-30
Also published as: CN111405966A; US11826912B2; DE102017010244A1; EP3703914A1; CN111405966B; WO2019086339A1; US20210178582A1

Abstract

적어도 하나의 로봇암 (1, 2) 을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법은 단계들을 갖는다: 로봇 배열체에 고정된 적어도 하나의 기준 (TCP) 의 먼저 미리 정해져 있는 다수의 카테시안 포즈들을 갖는 경로에 근거하여, 상기 로봇 배열체의 축 공간 안의 궤적을 일차적으로 검출하는 단계 (S10 - S30); 이 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 검출하는 단계 (S40 - S60); 그리고 이 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하는 단계 (S70).

Description

로봇 배열체를 제어하기 위한 방법 및 제어 수단

본 발명은 적어도 하나의 로봇암 (robot arm) 을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법 및 제어 수단, 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품, 그리고 상기 제어 수단을 갖는 로봇 배열체에 관한 것이다.

로봇들을 제어하기 위해, 예컨대 기준 (reference) 을 갖는 포즈들 (poses) 에의 수동 (manual) 접근 (“티칭”) 을 통해 그리고 이 포즈들의 저장을 통해, 우선 예컨대 TCP 와 같은, 로봇에 고정된 기준의 다수의 카테시안 포즈들 (Cartesian poses) 을 미리 정하는 것이 기업 내부의 실무로부터 알려져 있다.

그 후, 자동 작동에 있어서 경로 (path) 를 주행하기 위해 매번 우선, 이 포즈들을 갖는 카테시안 경로가 작업 프로그램에 근거하여 계획된다. 그 후, 이 경로는 주행시 각각 제어기의 보간 사이클 (interpolation cycle) 에서 스캔되고 (scanned), 이때 포함된 이산적 (discrete) 카테시안 경로점들은 상응하는 축좌표들로 변환되고, 그 후 상기 축좌표들은 로봇 드라이브들을 제어하기 위해 사용된다.

특히, 각각의, 특히 속도에 의존하는, 보간 사이클에서의 카테시안 경로의 이 가변적 (variable) 스캔으로 인해, 이때 많이 서로 다른 축좌표들이 발생할 수 있고, 따라서 로봇은 동일한 포즈들을 서로 달리 그리고 예측할 수 없게 주행한다.

이는 특히, 축좌표들이 보간 사이클에서 리던던시 (redundancy) 의 해결 (resolution) 하에 검출되는 리던던트 (redundant) 로봇들에서 분명해진다. 이 리던던시 해결은 이산화 (discretization) 에 많이 의존한다.

본 발명의 목적은 로봇 배열체의 제어를 개선하는 것이다.

이 목적은 청구항 1 항의 특징들을 갖는 방법을 통해 달성된다. 청구항들 8 항 내지 10 항은 여기에 기술된 방법을 실행하기 위한 제어 수단 또는 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 여기에 기술된 제어 수단을 갖는 로봇 배열체를 보호하에 둔다. 종속항들은 유리한 개선들에 관한 것이다.

본 발명의 실시에 따르면 로봇 배열체는 하나 또는 다수의 로봇암을 구비하며, 상기 로봇암은 또는 상기 로봇암들 중 하나 또는 다수는 일 실시에 있어서 각각 하나의 또는 그보다 많은, 특히 적어도 3개의, 일 실시에 있어서 적어도 6개의, 개선에 있어서 적어도 7개의, 축 또는 관절들, 특히 회전축들 또는 회전관절들을 구비하고, 상기 축들은 일 실시에 있어서 각각 하나의, 특히 전동식, 드라이브를 통해 움직일 수 있고 또는 조절될 수 있고 또는 움직여지고 또는 조절된다.

본 발명의 실시에 따르면 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법은 단계들을 가지며:

- 로봇 배열체에 고정된 하나 또는 다수의 기준의 먼저 미리 정해져 있는 다수의 카테시안 포즈들을 갖는 경로에 근거하여, 상기 로봇 배열체의 축 공간 (axis space) 안의 궤적 (trajectory) 을 검출하는, 특히 계산하는 그리고/또는 저장하는, 단계;

- 특히 주행 시간 동안 또는 상기 경로 주행 동안 그리고/또는 제어기의 보간 사이클에서, 이 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 검출하는 단계; 그리고

- 이 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하는 단계,

상기 궤적의 또는 제어값들의 이 검출은, 일차적으로 보다 높은 등급 또는 그와 같은 것을 암시해야 하지 않으면서, 상응하여 재차 검출이라 불리는 뒤따르는 검출과 구별하기 위해, 여기서 일반성의 제한 없이 일차적 검출이라고도 불린다.

상기 로봇 배열체에 고정된 상기 기준 또는 하나 또는 다수의 기준은 일 실시에 있어서 (각각) 상기 (상응하는) 로봇암의 TCP (“Tool Center Point”) 를 구비할 수 있다. 이를 통해, 일 실시에 있어서 상기 로봇 배열체의 작업 공정들이 유리하게 제어될 수 있다.

로봇 배열체에 고정된 기준의 카테시안 포즈는 일 실시에 있어서 상기 기준의 1차원, 2차원 또는 3차원 카테시안 위치 및/또는 배향을 구비하며, 상기 카테시안 포즈는 그것들을 특히 규정할 수 있고 그리고/또는 그것들에 의해 규정되어 있을 수 있다.

일 실시에 있어서, 카테시안 포즈들은 상기 로봇 배열체와의, 특히 수동, 접근을 통해 그리고 파라미터들의 저장을 통해 먼저 미리 정해지고 또는 미리 정해져 있다 (이른바 “티칭”). 추가적으로 또는 대안적으로, 특히 시뮬레이션의 도움으로, CAD 데이터 또는 그와 같은 것에 근거하여 (이른바 오프라인 프로그래밍), 카테시안 포즈들은 모델의 도움으로도 먼저 미리 정해질 수 있고 또는 미리 정해져 있을 수 있다.

상기 경로는 상기 미리 정해져 있는 카테시안 포즈들 중 하나 또는 다수를 구비할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 경로는 일 실시에 있어서 상기 미리 정해져 있는 카테시안 포즈들 중 하나 또는 다수로부터 간격을 둘 수 있고, 특히 특정한 포즈들을 평활화 또는 그와 같은 것을 할 수 있다.

상기 로봇 배열체의 상기 축 공간은 일 실시에 있어서 상기 로봇 배열체의, 특히 상기 로봇암의 또는 하나 또는 다수의, 특히 모든, 로봇암의 하나 또는 다수의, 일 실시에 있어서 모든, (가능한) 축좌표값 또는 관절좌표값, 특히 축위치 또는 관절위치, 특히 관절각도를 포함하며, 상기 축좌표값들은 여기서 통례적인 방식으로 q 로 표시되고, 상기 축 공간은 특히 이를 통해 규정될 수 있고 또는 펼쳐질 수 있다.

상기 축 공간 안의 궤적은 상기 축 공간의 다수의 점들 (points), 또는 상기 로봇 배열체의 상응하는 포즈들을 구비할 수 있고, 특히 보간할 수 있다. 일 실시에 있어서 상기 궤적은 파라미터화된 형태로, 바람직하게는 하나 또는 다수의 다항식, 스플라인 함수 또는 그와 같은 것에 근거하여, 검출되고 또는 보간된다: 경로 파라미터 s 를 갖는 q = q (s). 함수

는 일 실시에 있어서 상기 궤적의 (상기 로봇 배열체를 따라서) 속도 프로파일을 규정한다.

이를 통해, 일 실시에 있어서 상기 궤적의 스캐닝 (scanning) 이 개선될 수 있다.

일 실시에 있어서, 상기 로봇 배열체의 상기 축 공간 안의 상기 궤적이 검출되는 데에 근거가 되는 상기 경로의 상기 먼저 미리 정해져 있는 다수의 포즈들은 3개 이상에 달하고, 특히 시작점과 끝점 이외에도 하나 또는 다수의 먼저 미리 정해져 있는 중간점들이다.

이를 통해, 일 실시에 있어서 유리하게는 완전한 경로가 통째로 최적화될 수 있다. 상응하여, 상기 경로의 다수의 카테시안 포즈들은 일 실시에 있어서 이미 상기 로봇 배열체에 의한 상기 경로 주행(의 시작) 전에 미리 정해지고 또는 미리 정해져 있고, 개선에 있어서, 특히 비휘발성으로, 저장되고, 일 실시에 있어서 그것들은 상기 궤적을 검출하기 위해 상응하여, 특히 비휘발성, 저장 장치로부터 불러와진다.

상기 제어값들이 상기 축 공간 안의 상기 궤적에 근거하여 검출됨으로써 그리고 더 이상 도입부에서 설명된 기업 내부의 실무에 따른 것처럼 비로소 주행 시간에 카테시안 경로에 근거하여 검출되는 것이 아님으로써, 예컨대 리던던시의 해결에 있어서 또는 이산적 역방향 변환들 (backward transformations) 의 반복적 (iterative) 검출에 있어서 발생하는 그리고 이로써, 동일한 미리 정해져 있는 카테시안 포즈들에 근거하여 축 공간 안의 서로 다른 궤적들을 초래하는 변화가 유리하게 감소될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이를 통해 주행 시간 동안의 또는 경로 주행 동안의 계산 부담이 감소될 수 있다.

일 실시에 있어서 상기 방법은 단계들을 가지며:

- 특히 상기 경로의 동일한 스캐닝을 가지고 그리고/또는 상기 로봇 배열체의 동일한 시작 포즈를 가지고, 상기 일차적 검출에서와 동일한 방식으로 상기 동일한 궤적을 재차 검출하는 단계;

- 이 재차 검출된 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 재차 검출하는 단계; 그리고

- 이 재차 검출된 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하는 단계,

이 단계들은 일 실시에 있어서 한 번 또는 여러 번 반복된다.

그러므로, 일 실시에 있어서 상기 경로의 각각의 주행 전에 우선 상기 동일한 궤적이 동일한 방식으로 검출되고, 그 후 이 궤적은 상기 로봇 배열체를 제어하기 위해 사용된다.

이를 통해, 일 실시에 있어서 한편으로는, 동일한 미리 정해져 있는 카테시안 포즈들의 주행시, 특히 상기 축 공간 안의, 편차 그리고 동시에 저장 장치 공간 요구가 감소될 수 있다.

일 실시에 있어서, 이때 상기 제어값들은 상기 궤적의 시작으로부터 간격을 둔, 먼저 상기 궤적 위에서 접근되지 않는, 상기 궤적의 셋다운점 (set-down point) 으로부터 시작하여 재차 검출된다. 다른 말로 하자면, 이 동일한 궤적은 상기 일차적 검출에서와 동일한 방식으로 완전히 재차 검출되며, 하지만 그러면 단지 한 부분만 셋다운점으로부터 시작하여 상기 로봇 배열체를 제어하기 위해 사용되고 또는 주행되고, 이때 이 셋다운점은 먼저 다른 길 위에서 접근되고, 즉 상기 궤적 위에서 접근되지 않는다. 이러한 방식으로, 궤적을 완전히 통과할 필요없이, 상기 셋다운점부터 다시 상기 축 공간 안의 동일한 궤적이 실현될 수 있다.

일 실시에 있어서 제어값들의 상기 일차적 및/또는 상기 재차 검출은 (각각) 구비한다: 상기 일차적으로 또는 재차 검출된 궤적을 가변적으로 스캔하기.

스캔은 일 실시에 있어서, 특히 상응하는 이산적 파라미터값들 또는 변수값들을 갖는 함수의 평가를 통해, 이산적 값들의 검출을 포함한다.

이를 통해, 상기 동일한 궤적은 상황에 맞춰져 스캔될 수 있고 또는 주행될 수 있다. 특히, 상기 동일한 궤적은 일 실시에 있어서 보다 느린 속도들에 있어서는 보다 정교하게 스캔될 수 있고 또는 보다 높은 속도들에 있어서는 보다 대략적으로 스캔될 수 있다. 일 실시에 있어서 상기 궤적은 상기 제어값들을 검출하기 위해 상기 로봇 배열체의 드라이브 제어기의 (현재의) 보간 사이클에서 스캔되고, 여기서 보다 간략히 표현하기 위해 일반적으로 조절도 일반화하여 제어라 불린다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서 제어값들의 상기 일차적 및/또는 상기 재차 검출은 (각각) 구비한다: 일 실시에 있어서 센서의 도움으로 상기 먼저 미리 정해져 있는 포즈들을 갖는 경로에 대해 수정된, 경로의 상응하는 점으로부터의, 상기 궤적의 이 (각각의) 점에 상응하는 카테시안 포즈의 편차가 미리 정해져 있는 허용오차값을 넘을 경우, 특히 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시의 해결 하에 그리고/또는 상기 편차를 감소시키기 위해, 상기 일차적으로 또는 재차 검출된 궤적의 하나 또는 다수의 점을 제어값으로 수정하기.

상기 궤적은 일 실시에 있어서, 적어도 미리 정해져 있는 이산적 궤적점들 (trajectory points) 에서, 특히 보간점들 또는 지지점들에서, 상기 먼저 미리 정해져 있는 포즈들을 갖는 상기 경로의 상응하는 점으로부터의, 상기 궤적의 상기 각각의 점에 상응하는 카테시안 포즈의 편차가 미리 정해져 있는 허용오차값을 넘지 않는 식으로 검출된다.

그럼에도 불구하고, 제어값들의 검출시 원하지 않게 큰 편차들이 생길 수 있다. 이는 한편으로는 제어값들의 현재의 검출시 상기 궤적이 달리, 특히 보다 정밀하게, 스캔되고, 이 (다른, 특히 추가적인) 스캔점들에서 편차가 과도하게 크기 때문일 수 있다. 제어값들로의 궤적점들의 상응하는 수정을 통해 이를 저지할 수 있다.

다른 한편으로는, 특히 경로가 일 실시에 있어서 센서의 도움으로 변경되면, 현재 원하는 또는 목표-경로는 상기 먼저 미리 정해져 있는 포즈들에서 벗어날 수 있다. 이렇게, 예컨대 티칭된 목표-포즈들은 가공되어야 하는 작업물 또는 그와 같은 것의 감각적으로 파악된 편차들에 근거하여 변경될 수 있다. 그 후, 상기 궤적이 상기 먼저 미리 정해져 있는 또는 티칭된 목표-포즈들을 모사하기는 하나, 하지만 센서의 도움으로 변경된 목표-포즈들을, 또는 센서의 도움으로 변경된 이 포즈들을 갖는, 센서의 도움으로 수정된 경로를 모사하지는 않는다. 여기에서도, 제어값들로의 궤적점들의 상응하는 수정을 통해 저지할 수 있다.

일 실시에 있어서, 상기 궤적의 상기 일차적 또는 재차 검출은 구비한다: 포즈들에 근거하여 및/또는 상기 로봇 배열체를 위한 작업 프로그램에 근거하여 경로를 계획하기, 특히 최적화하기. 이 최적화는 특히, 예컨대 충돌 또는 그와 같은 것을 피하기 위한, 경로의 형상의 또는 형태의 최적화를 포함할 수 있고, 특히 그것일 수 있다.

상기 궤적의 검출(의 시작) 전에 상기 먼저 미리 정해져 있는 포즈들에 근거한 상기 (완전한) 경로의 계획, 특히 최적화를 통해, 포즈들은 일 실시에 있어서 특히 유리한, 전체적으로 최적화된 경로 위에서 주행될 수 있다. 상기 로봇 배열체를 위한, 특히 먼저 미리 정해져 있는, 일 실시에 있어서, 특히 비휘발성으로, 저장된 작업 프로그램에 근거한 상기 (완전한) 경로의 계획, 특히 최적화를 통해, 일 실시에 있어서 원하는 경로가 간단히, 신뢰성 있게 그리고/또는 적은 저장 장치 공간 요구를 갖고 미리 정해질 수 있다. 이렇게, 예컨대 명령 “LIN( x _i)”을 통해, 카테시안 공간 안의, 경우에 따라서는 더 멀리도 떨어져 있는, 포즈 x _i에의 선형 접근이 간단히, 신뢰성 있게 그리고/또는 적은 저장 장치 공간 요구를 갖고 미리 정해질 수 있다. 일반적으로, 일 실시에 있어서 경로는 상기 로봇 배열체를 위한 작업 프로그램에 근거하여 먼저 미리 정해지고 또는 미리 정해져 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서 궤적의 상기 일차적 또는 재차 검출은 구비한다: 이산적 경로점들에 근거하여, 특히 상기 경로의 상응하는 점으로부터의, 각각의 궤적점에 상응하는 카테시안 포즈의 편차의 귀납적 최소화 하에, 이산적 궤적점들, 특히 역방향 변환들의 검출, 특히 반복적 그리고/또는 증분적 (incremental) 검출.

비 리던던트 (non-redundant) 로봇 배열체들에 있어서, 카테시안 포즈(변경) 를 상응하는 축좌표(변경들)의 유한수로 맵핑하는 - 특이 (singular) 포즈들을 제외하고 - 역방향 변환 또는 역 (inverse) 자코비 행렬 J ¹이 존재하기는 한다: Δ q _i = J ^1.Δ x _i. 하지만 정방향 변환 (forward transformation)

이 일반적으로 해석적으로 계산될 수 있는 반면, 이는 역변환에서는 항상 그러한 것은 아니다. 상응하여 이것은 일 실시에 있어서, 특히 방정식 체계

의 반복적 풀기를 통해, 반복적으로 검출된다.

이산적 궤적점들의 반복적 또는 증분적 검출을 통해 유리하게, 특히 리던던시 해결에 있어서, 선형화 (linearization) 가 사용될 수 있다. 이산적 궤적점들의 증분적 검출은 일 실시에 있어서, 선행하는 궤적점들 및 (검출된) 증분들에 근거하여, 이산적 궤적점들의 검출을 포함한다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서 상기 궤적의 상기 일차적 또는 재차 검출은 구비한다: 상기 로봇 배열체의 동적 모델에 근거하여 상기 궤적의 (상기 로봇 배열체를 따라서) 속도 프로파일을 최적화하기. 그러므로, 일 실시에 있어서 우선 상기 궤적의 형태는 상기 경로에 근거하여 검출되고, 후속하여 속도 프로파일은 이 궤적을 따라서 상기 로봇 배열체의 동적 모델에 근거하여 최적화된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서 상기 궤적의 상기 일차적 또는 재차 검출은 구비한다: 이산적 궤적점들을 보간하기. 이미 설명한 바와 같이, 이산적 궤적점들을 보간하기는, 특히 파라미터화된 함수를 통해, 일 실시에 있어서 하나 또는 다수의 다항식, 스플라인 함수들 또는 그와 같은 것에 근거하여, 유리하게 상기 궤적의 스캐닝을 개선시킬 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서 상기 궤적의 상기 일차적 또는 재차 검출은 구비한다: 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시를 해결하기. 개선에 있어서, 상기 리던던시는 카테시안 공간 및/또는 축 공간 안에 미리 정해져 있는 품질 기준 (quality criterion), 특히 피해져야 하는 축영역들로부터의 간격 및/또는 원하는 카테시안 포즈들을 고려하여, 특히 영공간 투영을 통해, 해결된다.

상기 궤적의 검출시의 상기 리던던시의 해결을 통해, 일 실시에 있어서 한편으로는 유리하게 항상 적어도 본질적으로 상기 동일한 궤적이 검출될 수 있고, 추가적으로 상기 경로 주행 시간에 있어서 또는 주행에 있어서 계산 시간 요구가 감소될 수 있다.

상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시는 일 실시에 있어서 그 자체가 통례적인 방식으로, 상기 미리 정해져 있는 포즈들에 대해 상기 로봇 배열체의 축좌표들의 차원 초과수를 포함한다. 이는 특히 6차원의 미리 정해져 있는 포즈들에 있어서, 상기 로봇 배열체가 총 적어도 7개의 축을 갖는, 2개 또는 그보다 많은, 특히 협력하는, 로봇암을 구비함으로써 그리고/또는 적어도 하나의 로봇암이 적어도 7개의 축을 구비함으로써 발생하고, 이는 상응하여 본 발명의 유리한 적용들을 나타낸다. 마찬가지로, 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시는 예컨대 6축 로봇암들 및 미리 정해져 있는 카테시안 포즈들에서도 발생할 수 있고, 상기 카테시안 포즈들에 있어서 위치 및/또는 배향은 하나 또는 다수의 방향에서 미리 정해져 있지 않다.

본 발명의 실시에 따르면, 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 제어 수단은, 특히 하드웨어 기술적으로 그리고/또는 소프트웨어 기술적으로, 특히 프로그램 기술적으로, 여기에 기술된 방법을 실행하도록 셋업되고 그리고/또는 구비한다:

- 로봇 배열체에 고정된 하나 또는 다수의 기준의 먼저 미리 정해져 있는 다수의 카테시안 포즈들을 갖는 경로에 근거하여, 상기 로봇 배열체의 축 공간 안의 궤적을 일차적으로 검출하기 위한, 특히 계산하기 위한 그리고/또는 저장하기 위한 수단;

- 특히 상기 경로 주행 시간 동안 또는 주행 동안 그리고/또는 제어기의 보간 사이클에서, 이 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 일차적으로 검출하기 위한 수단; 및

- 이 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 수단.

일 실시에 있어서 상기 제어 수단은 또는 상기 제어 수단의 수단(들)은 구비한다:

- 동일한 방식으로 상기 동일한 궤적을 재차 검출하기 위한 수단;

- 이 재차 검출된 궤적에 근거하여, 특히 상기 궤적의 시작으로부터 간격을 둔, 먼저 상기 궤적 위에서 접근되지 않는, 상기 궤적의 셋다운점으로부터 시작하여, 상기 축 공간 안의 제어값들을 재차 검출하기 위한 수단; 및

- 이 재차 검출된 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 수단.

일 실시에 있어서, 상기 제어 수단은, 또는 제어값들을 일차적으로 그리고/또는 재차 검출하기 위한 상기 제어 수단의 수단은 구비한다:

- 상기 일차적으로 또는 재차 검출된 궤적을 가변적으로 스캔하기 위한 수단; 및/또는

- 상기, 특히 센서의 도움으로 수정된, 경로의 상응하는 점으로부터의, 상기 궤적의 이 점에 상응하는 카테시안 포즈의 편차가 미리 정해져 있는 허용오차값을 넘을 경우, 특히 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시의 해결 하에 그리고/또는 상기 편차를 감소시키기 위해, 상기 일차적으로 또는 재차 검출된 궤적의 적어도 하나의 점을 제어값으로 수정하기 위한 수단.

일 실시에 있어서, 상기 제어 수단은, 또는 상기 궤적을 일차적으로 그리고/또는 재차 검출하기 위한 상기 제어 수단의 수단은 구비한다:

- 포즈들에 근거하여 그리고/또는 상기 로봇 배열체를 위한 작업 프로그램에 근거하여 상기 경로를 계획하기 위한, 특히 최적화하기 위한 수단;

- 이산적 경로점들에 근거하여, 특히 상기 경로의 상응하는 점으로부터의, 상기 각각의 궤적점에 상응하는 카테시안 포즈의 편차의 귀납적 최소화 하에, 이산적 궤적점들, 특히 역방향 변환들을 검출하기 위한 수단;

- 이산적 궤적점들을 보간하기 위한 수단;

- 상기 로봇 배열체의 동적 모델에 근거하여 상기 궤적의 속도 프로파일을 최적화하기 위한 수단; 및/또는

- 특히 카테시안 공간 및/또는 축 공간 안에 미리 정해져 있는 품질 기준, 특히 피해져야 하는 축영역들로부터의 간격 및/또는 원하는 카테시안 포즈들을 고려하여, 특히 영공간 투영을 통해, 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시를 해결하기 위한 수단.

본 발명의 의미에서의 수단은 하드웨어 기술적으로 그리고/또는 소프트웨어 기술적으로 형성될 수 있고, 특히, 바람직하게는 저장 장치 시스템과 그리고/또는 버스 시스템과 데이터 연결된 또는 신호 연결된, 특히 디지털식의, 처리 유닛, 특히 마이크로 프로세서 유닛 (CPU) 및/또는 하나 또는 다수의 프로그램 또는 프로그램 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해 상기 CPU 는 저장 장치 시스템 안에 저장된 프로그램으로서 구현된 명령들을 처리하도록, 데이터 버스로부터의 입력신호들을 파악하도록 그리고/또는 데이터 버스에 출력신호들을 주도록 형성될 수 있다. 저장 장치 시스템은 하나 또는 다수의, 특히 여러 가지의, 저장 장치 매체, 특히 광학적, 자기적, 고체 매체 및/또는 다른 비휘발성 매체를 구비할 수 있다. 상기 프로그램은 여기에 기술된 방법을 구현하도록 또는 실행할 수 있도록 성질을 가질 수 있고, 따라서 상기 CPU 는 이러한 방법들의 단계들을 실행할 수 있고, 이로써 특히 상기 로봇 배열체를 제어할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 일 실시에 있어서 프로그램을 저장하기 위한 또는 그것에 저장된 프로그램을 갖는, 특히 비휘발성, 저장 장치 매체를 구비할 수 있고, 특히 그것일 수 있고, 이때 이 프로그램의 실행은 제어 수단 또는 제어기, 특히 컴퓨터로 하여금 여기에 기술된 방법을 또는 상기 방법의 단계들 중 하나 또는 다수를 실행하게 한다.

일 실시에 있어서, 상기 방법의 하나 또는 다수의, 특히 모든, 단계는 완전히 또는 부분적으로 자동화되어 실행되고, 특히 상기 제어 수단을 통해 또는 상기 제어 수단의 수단들을 통해 실행된다.

본 발명은 특히 유리하게는 리던던트 로봇들에서 이용될 수 있다. 마찬가지로 본 발명은 특히, 해석적으로 가역적이지 않은 정방향 변환 함수에 있어서, 카테시안 공간에서 축 공간으로의 역방향 변환의 검출시에도 사용될 수 있고, 특히 (특히 일정한 이산화를 갖는) 계획에서 또는 (특히 가변적 이산화를 갖는) 보간에서도 사용될 수 있다.

그 밖의 장점들과 특징들은 종속항들과 실시예들에 나타나 있다.

이를 위해, 부분적으로 도면에서 도식화되어 도시된다.

도 1 은 2개의 로봇암을 갖는, 그리고 본 발명의 실시에 따라 로봇 배열체를 제어하기 위한 제어 수단을 갖는 상기 로봇 배열체를 나타내고;
도 2 는 본 발명의 실시에 따라 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법을 나타낸다.

도 1 은 각각 7축인 2개의 로봇암 (1, 2) 을 갖는, 그리고 본 발명의 실시에 따라 로봇 배열체를 제어하기 위한 로봇 제어기 (5) 형태의 제어 수단을 갖는 상기 로봇 배열체를 예시적으로 나타내며, 상기 로봇 제어기는 하기에서 도 2 와 관련하여 설명되는 방법을 실행한다.

두 로봇암 (1, 2) 은 순전히 예시적으로 축좌표 q_1,1 또는 q_2,1 을 갖는 각각 하나의 리니어축, 및 6개의 회전축을 구비하며, 그것들 중 예시적으로 축좌표 또는 관절각도는 q_1,2, q_{1, 3}, q_1,7, q_2,2, q_{2, 3}및 q_2,7 이라 불린다.

이때, 또다시 순전히 예시적으로, 마스터 로봇 (1) 은 슬레이브 로봇 (2) 이 공구 (4) 를 통해 가공해야 하는 작업물 (3) 을 안내한다.

축좌표의 벡터는 통례적인 방식으로 q = [q_1,1,...q_2,7]^T 로 표시되고, 이때 그것의 치수는 실시예에서 순전히 예시적이다.

먼저 실행된 단계 (S5) 에서, 우선 상기 마스터 로봇에 의해 안내된 작업물 (3) 에 대해 상대적인 슬레이브 로봇 (2) 의 TCP 의 카테시안 포즈들 x _i이 티칭되고, 이 포즈들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 위한 작업 프로그램이 생성되고, 예컨대 프로그램 명령들 “카테시안 공간 안의 포즈 x _i 로부터 직선 위에서 포즈 x _i+1로 주행할 것” 또는 그와 같은 것을 가지고 생성된다. 이 또한 또다시 순전히 예시적이며, 마찬가지로 변화들에 있어서 예컨대 7축 또는 다축 로봇암의 TCP 의 3차원 위치 및 배향, 또는 다만 6축 로봇암의 TCP 의 3차원 위치만 티칭될 수 있다.

정방향 변환 VT 또는 자코비 행렬 J 은 해석적으로 결정될 수 있고, 선형 근사에 있어서 축좌표 증분 Δ q 을 포즈 증분 Δ x 으로 전환한다:

리던던시를 근거로 이 자코비 행렬 J 은 일가적으로 가역적이지 않다. 하지만, 영공간-맵핑

을 규정하는

을 갖는 우역원 J ^# 이 존재한다.

이것을 가지고 축좌표들은 그것들이 우선적으로 카테시안 경로 x (s) 에 가능한 한 잘 근접하고 추가적으로 부차적으로 또는 보다 적은 우선권 (priority) 을 갖고 원하는 축좌표 변경들 Δ q _opt 을 실현하는 식으로 증분적으로 결정될 수 있다:

이 리던던시 해결에 있어서, 원하는 축좌표 변경들은 한편으로는 축 공간 안에 미리 정해져 있는 품질 기준을 고려할 수 있고 또는 맵핑할 수 있고, 예컨대 피해져야 하는 축영역들로부터의 축좌표들의 간격을 극대화할 수 있다:

피해져야 하는 축영역들의 근처에서 (분명히) 증가하는 함수 w( q ) 의 스칼라 (scalar) 가중 (weighting) λ 을 갖는 그리고 알려져 있는 나블라 연산자 ∇ 를 갖는

마찬가지로, 리던던시 해결에 있어서 원하는 축좌표 변경들은 카테시안 공간 안에 미리 정해져 있는 품질 기준을 고려할 수 있고 또는 맵핑할 수 있고, 예컨대 증분적 형태로 작업물 (3) 의 원하는 카테시안 포즈들 x _opt 을 고려할 수 있다:

상기 방정식

에 삽입되어 이는

또는

위에서와 같이 규정된 우역원

을 갖는

을 초래한다.

작업 프로그램에 상응하여 상기 티칭된 포즈들 x _i 의 각각의 주행 전에 제어기 (5) 는 단계 (S10) 에서 상기 티칭된 포즈들 x _i 을 입력하고 (read in), 단계 (S20) 에서 이 포즈들에 근거하여 그리고 상기 작업 프로그램에 근거하여 카테시안 경로 x (s) 를 계획한다.

그 후, 제어기 (5) 는 단계 (S30) 에서 항상 동일한 방식으로 증분적으로 궤적 q (s) 의 점들 q _j 을 검출한다:

q _j+1 = q _j + Δ q _j,

여기서 증분 Δ q _j 은 예컨대 Δ q 를 위한 상기 방정식들 중 하나에 따라 검출되고, 카테시안 경로 x (s) 는 항상 똑같이 스캔되고, 상기 로봇 배열체의 동일한 출발 포즈 (start pose) 를 가지고 시작된다.

이때, 단계 (S30) 에서, 편차 Δ x _나머지 가 미리 정해져 있는 나머지 오류 한계에 미달할 때까지, 위에서

을 위해 기술된 방법이

(Rest=나머지)

에 적용됨으로써, 경로의 상응하는 점 x (s_j) 으로부터의, 상기 각각의 궤적점 q _j 에 상응하는 카테시안 포즈

(여기서 VT 는 정방향 변환 함수이다) 의 편차 Δ x _나머지 는 귀납적으로 최소화된다.

후속하여, 상기 증분적으로 검출된 궤적점들 q _j 은 단계 (S30) 에서, 저장되는 스플라인 함수들을 통해 보간된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 단계 (S30) 에서 상기 궤적을 따른 속도 프로파일

의 최적화가 수행될 수 있다.

단계 (S40) 에서, 이제 이 궤적 q (s) 은 주행 시간 동안 제어기의 보간 사이클에서 그리고 이로써 가변적으로 스캔되고 또는 상응하는 스플라인 함수들이 평가되고, 이렇게 로봇암들 (1, 2) 의 드라이브들을 위한 임시적인 제어값들이 검출된다.

단계 (S50) 에서, 상기 계획된 경로의 상응하는 점으로부터의, 상기 각각의 스캔된 궤적점에 또는 일시적인 제어값에 상응하는 카테시안 포즈의 편차가 검출되고, 단계 (S60) 에서, 상기 편차가 미리 정해져 있는 허용오차값을 넘을 경우 (S50: “Y”), 상기에서 이미 상기 경로의 스캐닝을 위해 또는 상기 궤적의 검출을 위해 기술된 바와 같이, 상기 스캔된 궤적점들 또는 임시적인 제어값들은 최종적인 제어값들로 수정된다. 이때 - 단계 (S30) 에서와 마찬가지로 - 추가적으로 상기 계획된 경로는 센서의 도움으로 수정될 수 있고 또는 수정되어 있을 수 있고, 예컨대 센서의 도움으로 파악된 작업물 (3) 의 편차들을 근거로 옮겨질 수 있고 또는 이와 같이 될 수 있고 혹은 옮겨져 있을 수 있고 또는 이와 같이 되어 있을 수 있다.

단계 (S70) 에서, 상기 궤적을 완전히 주행할 때까지 (S80:“Y”), 로봇암들 (1, 2) 의 드라이브들은 이 제어값들에 근거하여 제어된다.

상기 경로 또는 궤적을 재차 주행하기 위해, 상기에서 설명된 단계들 (S10 내지 S80) 이 반복된다. 이때, 필요시 단계 (S40) 도, 상기 궤적의 시작으로부터 간격을 둔, 먼저 상기 궤적 위에서 접근되지 않는, 셋다운점에서 시작할 수 있다.

일반적으로, 앞서 말한 예에서 명료해지는 바와 같이, 본 발명의 실시에 있어서, 미리 정해져 있는 동일한 카테시안 포즈들의 여러 번의 주행을 위한 자동 작동에 있어서 각각 주행 전에 카테시안 경로가 계획되고 (S20), 상기 카테시안 경로를 위해 리던던시 해결 하에 그리고 경우에 따라서는 편차의 귀납적 최소화 하에 축 공간 안의 궤적이 검출되고 (S30), 상기 궤적은 후속하여 주행 시간 동안 스캔되고 (S40), 이때 상기 스캔된 궤적점들은 경우에 따라서는 수정되고 (S60), 로봇암들 (1, 2) 은, 경우에 따라서는 수정된, 이 궤적점들 또는 제어값들에 근거하여 제어된다 (S80). 이때, 로봇 배열체에 고정된 기준은 슬레이브 로봇 (2) 의 TCP 이고, 상기 슬레이브 로봇의 카테시안 포즈들은 작업물 (3) 에 대해 상대적으로 먼저 미리 정해진다 (S5). 이는, 이미 언급한 바와 같이, 단지 예시적이며, 마찬가지로 예컨대 주변에 대해 또는 로봇암 베이스에 대해 상대적인 로봇암의 TCP 의 절대적 카테시안 포즈들도 티칭될 수 있다.

상기 설명에서 예시적인 실시들이 설명되었을지라도, 다수의 변화가 가능하다는 것에 주의하도록 한다. 또한, 상기 예시적인 실시들은 다만, 보호범위, 적용들 및 구성을 전혀 제한해서는 안 되는 예들이라는 것에 주의하도록 한다. 오히려, 상기 설명을 통해 적어도 하나의 예시적인 실시의 구현을 위한 실마리가 전문가에게 주어지고, 이때, 청구항들로부터 그리고 이 등가적 특징조합들로부터 발생하는 보호범위에서 벗어나지 않으면서, 다양한 변경들이, 특히 상기 기술된 구성 요소들의 기능 및 배열과 관련하여, 수행될 수 있다.

1 : 마스터 로봇
2 : 슬레이브 로봇
3 : 마스터 로봇에 의해 안내된 작업물
4 : 슬레이브 로봇에 의해 안내된 공구
5 : 로봇 제어기
TCP : Tool Center Point

Claims

적어도 하나의 로봇암 (1, 2) 을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
- 로봇 배열체에 고정된 적어도 하나의 기준 (TCP) 의 먼저 미리 정해져 있는 다수의 카테시안 포즈들 (Cartesian poses) 을 갖는 경로에 근거하여, 상기 로봇 배열체의 축 공간 안의 궤적을 일차적으로 검출하는 단계 (S10 - S30);
- 이러한 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 일차적으로 검출하는 단계 (S40 - S60); 그리고
- 이러한 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하는 단계 (S70) 를 갖는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
동일한 방식으로 상기 동일한 궤적을 재차 검출하는 단계 (S10 - S30);
이러한 재차 검출된 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 재차 검출하는 단계 (S40 - S60); 그리고
이러한 재차 검출된 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하는 단계 (S70) 를 특징으로 하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제어값들은 상기 궤적의 시작으로부터 간격을 둔, 먼저 상기 궤적 위에서 접근되지 않는, 상기 궤적의 셋다운점 (set-down point) 으로부터 시작하여 재차 검출되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
제어값들의 일차적 및/또는 재차 검출은:
- 일차적으로 또는 재차 검출된 궤적을 가변적으로 스캔하는 단계 (S40);
및/또는
- 특히 센서의 도움으로 수정된, 경로의 상응하는 점 (point) 으로부터의, 상기 궤적의 이러한 점에 상응하는 카테시안 포즈의 편차가 미리 정해져 있는 허용오차값을 넘을 경우, 특히 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시 (redundancy) 의 해결 (resolution) 하에 그리고/또는 상기 편차를 감소시키기 위해, 상기 일차적으로 또는 재차 검출된 궤적의 적어도 하나의 점을 제어값으로 수정하는 단계 (S60) 를 구비하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 궤적의 일차적 또는 재차 검출은:
- 포즈들에 근거하여 그리고/또는 상기 로봇 배열체를 위한 작업 프로그램에 근거하여 상기 경로를 계획하는, 특히 최적화하는 단계 (S20);
- 이산적 (discrete) 경로점들에 근거하여, 특히 상기 경로의 상응하는 점으로부터의, 각각의 궤적점 (trajectory point) 에 상응하는 카테시안 포즈의 편차의 귀납적 최소화 하에, 이산적 궤적점들, 특히 역방향 변환들을 검출하는 단계 (S30);
- 상기 로봇 배열체의 동적 모델에 근거하여 상기 궤적의 속도 프로파일을 최적화하는 단계 (S30);
- 이산적 궤적점들을 보간하는 단계 (S30); 및/또는
- 상기 경로와 관련된 상기 로봇 배열체의 리던던시를 해결하는 단계 (S30) 를 구비하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 리던던시는 카테시안 공간 및/또는 축 공간 안에 미리 정해져 있는 품질 기준 (quality criterion), 특히 피해져야 하는 축영역들로부터의 간격 및/또는 원하는 카테시안 포즈들을 고려하여, 특히 영공간 투영을 통해, 해결되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 배열체는 적어도 2개의 로봇암 (1, 2) 을 구비하며 그리고/또는 상기 적어도 하나의 로봇암은 적어도 7개의 축을 구비하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 방법.
적어도 하나의 로봇암 (1, 2) 을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 제어 수단 (5) 으로서,
상기 제어 수단은 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 셋업되고 그리고/또는:
- 로봇 배열체에 고정된 적어도 하나의 기준 (TCP) 의 먼저 미리 정해져 있는 다수의 카테시안 포즈들을 갖는 경로에 근거하여, 상기 로봇 배열체의 축 공간 안의 궤적을 일차적으로 검출하기 위한 (S10 - S30) 수단;
- 이러한 궤적에 근거하여 상기 축 공간 안의 제어값들을 일차적으로 검출하기 위한 (S40 - S60) 수단; 및
- 이러한 제어값들에 근거하여 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 (S70) 수단을 구비하는, 적어도 하나의 로봇암을 갖는 로봇 배열체를 제어하기 위한 제어 수단.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따라 상기 로봇 배열체를 제어하기 위한 제어 수단 및 적어도 하나의 로봇암을 갖는, 로봇 배열체.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체 상에 저장된 프로그램 코드를 갖는, 컴퓨터 프로그램 제품.