KR880000538B1 - 로보트 제어 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로보트 제어 장치

제1도는 본 발명의 대상이 되는 원통 좌표계 로보트의 평면도 및 측면도.

제2도는 본 발명 로보트 제어 장치의 실시예 블록도.

본 발명은 선회형의 아암(arm)을 갖는 공업용 로보트를 제어하는 로보트 제어장치에 관한 것으로, 특히 선회시에 로보트의 아암에 무리한힘이 가해지지 않는 로보트 제어 장치에 관한 것이다.

인건비의 상승에 따른 생력화, 작업의 합리화 등의 요구에 의하여 공업용 로보트가 실용화되어 크게 그 효력을 발휘하고 있다. 특히 다수의 공작 기계가 설치되어 있는 기계공장에 있어서는 각 공작 기계에 대한 공작물의 교환, 공구 교환 등의 단순한 서어비스를 공업용 로보트로 하여금 행하게 함으로써 현저한 효과를 올리고 있으며 그 수요는 매년 중대하고 있다. 제 1 도는 이와 같은 공업용 로보트 중 원통 좌표계 로보트의 일예로서, 동도(a)는 평면도, 동도(b)는 측면도이다. 도면에 나타낸 참고부호 1은 공작물 교환 등의 시에 이들을 파지하는 메카니칼 핸드이고, 2는 회전(α축) 및 상하 진동(β축)이 가능한 손목이며, 3은 신축(R축) 자재한 아암이며, 4는 축 PL에 대하여 상하 이동(Z축) 및 선회(θ축) 가능한 케이싱이고, 5는 프레임(frame)이며, 6은 로보트 동작을 교시하는 교시 조작반이며, 7은 조작용의 조작 패널이며, 8은 교시조작반(6)으로 부터의 지시에 의한 교시 내용, 예를 들면 동작 위치(포인트), 동작속도, 서어비스의 종별 등을 순차 기억함과 동시에 그 교시내용에 따라서 상기 메카니칼 핸드(1), 손목(2), 아암(3), 케이싱(4)의 동작을 제어하는 제어부이다.

이와 같은 플레이백식 공업용 로보트로서는 미리 서어비스 동작을 교시 조작반(6)에서 교시하고 그 교시 내용(이하로보트 지령 데이타라 칭함)을 제어부(8)내의 메모리에 기억시켜 두고, 기계측으로 부터 서어비스 요구가 있을 때마다 일련의 로보트 지령 데이타를 축차 읽어내서 그 기계에 반복하여 서어비스한다.

그런데 로보트가 아암을 신장하면 선회축(θ축)의 관성이 커진다. 이 때문에 예를 들면 아암을 다 신장한 상태에서 그 아암을 고속으로 선회시키면 선회축 구동부 및 기타 부분에 무리한 힘이 가해져서 로보트의 손상의 원인이 된다. 특히 사양서 등에 기개되어 있는 최고 속도는 아암이 긴축된 상태에 있어서의 최고 속도이지만 아암을 신장하고 상당한 부하를 파지한 상태에 있어서 그 아암을 최고 속도로 선회시키고자 하면 보다 큰 무리한 힘이 가해진다. 그리고 로보트의 손상의 구체예로서는, θ축 기동정지시에 있어서의 선회축 구동부내의 감속기등의 마모를 들 수 있다.

그러므로 종래는 아암 및 기타 부분의 구동부에 무리한 힘이 가해지지 않도록 하기 위하여 아암을 신장한 상태로 선회축을 움직일때는 느린 속도 지령을 교시하는 등의 수단을 강구하였다.

그러나 교시시에 속도 지령이 적당한 값을 일일이 찾아내는 것이 번잡하며, 또 θ축과 R축이 동시에 동작하는 경우에 적당한 속도 지령을 선택하는 것이 곤란하므로 대응할 수가 없다. 따라서 본 발명은 제어가 간단하고 또한 로보트 아암의 길이에 따라서 정해지는 허용 선회 속도로써 아암을 선회시킬 수 있으며, 나아가 아암 및 기타 구동부에 무리한 힘이 가해지는 일이 없는 로보트 제어 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서는 길이 방향으로 신축 가능한 아암을 선회 구동부에 의하여 선회축을 중심으로 선회시키는 공업용 로보트를 동작 젱하기 위하여, 주어진 위치 및 속도의 교시 지령에 의하여 선회 구동부의 구동신호를 출력시키는 로보트 제어 장치에 입력된 아암의 길이에 따른 허용 선회 속도를 연산하고, 그 입력된 교시속도와 연산한 허용 선회 속도를 비교하여 그 비교된 두 속도 중 작은 쪽의 속도를 지령 속도로 하여 출력하는 선회 속도 판정부를 형성하고, 그 선회속도 판정부의 지령 속도를 구동 회로에 입력하여 그 구동신회를 얻도록 구성하고 있다.

즉, 선회 구동부의 동작 속도는 아암의 길이에 따라서 연산된 허용 선회 속도 이상이 되는 일은 없으므로 서회 구동부 및 기타 부분에 선회시에 무리한 힘이 가해지는 일이 없고, 로보트의 손상이 생길 우려도 없으며, 또 아암의 길이에 따라서 허용 선회 속도가 결정되기 때문에 선회 속도가 필요 이상으로 작아지는 일이 없다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 상세히 설명한다.

제 2 도는 본 발명의 실시예 블록도이다. 도면에 나타낸 참고 부호101은 펄스 분배 회로로서, 로보트의 위치의 교시지령 PTD 및 속도 지령 Fc에 의하여 공지의 펄프 분배 연산을 실행하여 그 속도 지령 Fc에 따른 주파수의 분배 펄스 Ps를 발생한다. 참고부호 102는 분배 펄스열 Ps의 펄스 속도를 그 펄스열의 발생시에 직선적으로 가속하며 또 그 펄스열의 종료시에 직선적으로 감속하여 펄스열 Pi을 발생하는 공지의 가감속 회로이고, 103은 로보트의 선회축 구동용의 직류 모우터이며, 104는 직류 모우터(103)가 소정량 회전할 때마다 1개의 피이드 백 펄스 FP를 발생하는 펄스 코우더이고, 105는 어레 레지스터로서 예를 들면 가역 카운터에 의하여 구성되며, 가감속 회로(102)로 부터 발생한 입력 펄스 Pi의 수와 피이드 백 펄스 FP의 차 Er을 연산하여 기억한다. 예를 들면 아암이 +θ축 방향으로 이동하고 있다고 하면, 입력 펄스 Pi가 발생할때 마다 그 내용을 카운트 업(count up)하며, 또 피이드 백 펄스 FP가 발생할때 마다 그 내용을 카운트 다운(count down)하여 입력 펄스수와 피이드 백 펄스수의 차 Er을 기억한다. 참고 부호 106은 에러 레이스터(105)의 내용에 비례한 애널로그 전압을 발생하는 DA변화기이고, 107은 속도 제어회로이고, 108은 연산회로이다. 이 연산회로(108)는 아암 길이가 Ra 일때의 허용 선회 속도 Ft

Ft=(Rmax²+k)·Fo/(Ra²+k) (1)

의 연산을 행한다. 여기서 Rmax는 아암을 신장했을때의, 환언하면, 최장의 아암 길이이고, k는 정수이며, Fo는 최장의 아암 길이에 있어서의 최장 허용 선회 속도이다. 최장 허용 선회 속도 Fo은 가감속 회로 및 서어보계의 시정수의 합계 To와 아암을 다 신장했을 때의 선회축 둘레의 관성 Jmax와 감속기의 최대강도 Co로 부터 구해지며 일반적으로 다음 식이 성립된다.

이(2)식의 좌변은 아암을 다 신장했을 때의 감속기에 가해지는 힘이며, 따라서 이 힘을 최대 강도 Co와 같게 함으로써 (2)식이 성립하여, 그 (2)식으로 부터 최장 허용 선회 속도 Fo은

Fo=Co·To/Jmax 로 된다.

또, 정수 k은

에 의하여 구해진다, 그리고 (4)식 중 Rmin은 아암을 긴축했을 때의 환언하면 최소의 아암 기이, Jmin은 아암을 긴축했을 때의 선회축 둘레의 관성이다.

일반적으로 선회축 둘레의 관성은 아암 길이의 제곱에 비례하므로 (4)식 좌변의 분자, 분모는 각각 아암 길이가 최대, 최소시의 관성이 된다. 따라서, 최대, 최소의 관성 Jmax, Jmin및 최대, 최소의 아암 길이 Rmax, Rmin을 실측하면 (4)식으로 부터 k가 구해진다.

참고 부호 109는 교시된 선회 속도 Fin과 (1)식으로 부터 구해지는 속도 Ft와의 대소관계를 비교하는 비교기로서 Fin＜Ft 일때 선 ℓ에 "1"을 출력한다. 참고부호 110은 펄스 발생기로서, Fin과 Ft 중 낮은 쪽의 속도에 따른 주파수를 갖는 펄스열 Fc을 발생한다.

즉 Fc는,

Fc=min {Fin, Ft} (5) 로 나타낸다. 따라서 교시 속도 Fin이 허용 선회 속도 Ft 이하일때는 그 교시속도 Fin의 펄스열이 펄스 분배기(101)에 입력되며, 또 교시속도 Fin이 허용 선회 속도 Ft 이상일때 그 허용 선회 속도 Ft의 펄스열이 펄스 분배기(101)에 입력된다. 연산 회로(108)와 비교기(109) 및 펄스 발생기(110)로써 선회 속도 판정부 SJC를 구성한다. 그리고 참고 부호 111은 도시하지 않은 R축 모우터가 소정량 회전할때 마다 발생하는 피이드 백 펄스 FPr을 그 이동 방향에 따라서 카운트 업 또는 카운트 다운 하여 상시 R축 방향의 아암 위치(아암 길이 Ra)를 기억하는 R축 현재 위치 레지스터이다.

다음에 제 2 도의 동작을 설명한다.

연산회로(108)는 상시(1)식의 연산을 실행하여 현재의 아암 길이 Ra에 있어서의 허용 선회 속도 Ft을 연산하고 있다. 따라서 선회 방향의 위치의 교시 데이타 PTD 및 교시속도 Fin이 도시하지 않은 로브트 제어장치의 메모리로 부터 출력되면 비교기(109)는 허용 선회 속도 Ft와 교시속도 Fin의 대소를 비교한다.

이때

Fin ＜ Ft (6) 이면 선 ℓ 에 "1"이 출력되며, 펄스 발생기(110)는 메모리로 부터의 교시 속도 Fin에 따른 주파수의 펄스열을 발생한다. 이 결과 펄스 분배기(110)는 전기 위치의 교시 데이타 PTD에 의하여 펄스 분배 연산을 개시하며, 교시 속도 Fin에 따른 주파수의 분배 펄스 Ps를 출력한다. 가감속 회로(102)는 이 분배 펄스열이 입력되면 그 분배 펄스열의 기동시에 주파수가 영으로 부터 Fin까지 직선적으로 변화하도록, 또 정지시 Fin으로 부터 영까지 직선적으로 변화하도록 펄스열 Pi을 출력한다. 에러 레지스터(105)는 그 펄스열Pi의 펄스가 인가될 때 마다 가산되어 그 내용 (차 Er)은 커져 간다. 한편 차 Er이 발생하면 DA변환기(106) 및 속도 제어회로(107)를 통하여 직류 모우터(103)는 회전을 시작한다. 직류 모우터(103)가 소정량 회전할 때 마다 펄스 코우더(104)로 부터 1개의 피이드 백 펄스 FP가 발생한다. 이 피이드 백 펄스 FP는 에러 레지스터(105)에 인가되어 그 내용을 감산한다.

이 결과 에러 레지스터(105)의 내용 Er은 기동시에 지수 함수적으로 상승하며 정상상태에 있어서는 일정치로 되며 정지시에는 지수 함수적으로 감소한다. 또 직류 모우터(103)의 회전 속도로 지수 함수적으로 가감속된다.

그런데 (6)식이 만족하고 있을때 아암이 선회하면서 신장하고 있다고 하면(1)식에 나타낸 허용 선회 속도 Ft는 점차로 감소되며, 어떤 아암 길이를 넘으면

Fin

Ft (7) 이 된다. 그리고 이 (7)식에 나타낸 대소관계는 비교기(109)에 의하여 검출되며, 이후 펄스 발생기(110)로 부터는 (1)식에 나타낸 허용 선회 속도 Ft에 따른 주파수의 펄스열이 발생한다. 이 결과 직류 모우터의 회전 속도는 아암이 신장함에 따라서 이 후 점차로 감소하게 된다. 환언하면 허용 선회 속도 이상으로 아암은 선회하는 일이 없다.

한편, (7)식이 만족되고 있을때 아암이 선회하면서 긴축하고 있을 때는 (1)식에 나타낸 허용 선회 속도 Ft는 점차로 증대하여 어떤 아암 같이 이하로 되면

Fin ＜ Ft 이 된다. 이 결과 이 후 아암은 지령 속도로 선회 하게 된다. 환언하면 교시속도가 허용 선회 속도 보다 작을 때는 아암은 그 교시속도로 선회하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 아암의 선회 속도는 소정의 아암 길이에 따라서 정해지는 허용 선회 속도 이상이 되는 일이 없으며, 따라서 아암 및 그외의 구동부에 무리한 힘이 가해지는 일이 없다. 또한 본 발명에 의하면 간단한 구성으로써 상기 제어가 달성된다.

Claims (4)

1. 길이 방향으로 신축 가능한 아암을 선회 구동부에 의하여 선회축을 중심으로 선회시키는 공업용 로보트를 동작 제어하기 위하여 주어진 위치 및 속도의 교시 지령에 의하여 그 선회 구동부의 구동 신호를 출력시키는 로보트 제어 장치에 있어서, 입력된 아암의 길이에 따른 허용 선회 속도를 연산하고 그 입력된 교시 속도와 그 연산한 허용 선회 속도를 비교하여 그 비교된 두 속도 중 작은 쪽의 속도를 지령 속도로 하여 출력하는 선회 구동 판정부와, 그 선회 속도 판정부의 지령 속도와 그 입력된 교시 위치로 부터 그 구동 신호를 출력하는 구동 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 로보트 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 전기 선회 속도 판정부는 상기 아암의 신축에 따라서 길이 방향의 아암 위치를 기억하는 레지스터로 부터 사아기 아암의 길이가 입력됨을 특징으로 하는 로보트 제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 지령속도와 교시 위치로 부터 분배 펄스 열을 출력하는 펄스 분배기와 상기 펄스 분배기의 분배 펄스열로 부터 구동 신호를 출력하는 구동 신호 출력 회로를 포함함을 특징으로 하는 로보트 제어 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선회 속도 판정부는 상기 아암의 길이와 상기 아암의 최장 길이와 그 최장의 아암 길이에 있어서의 허용 선회 속도에 의하여 상기 지령 속도를 연산함을 특징으로 하는 로보트 제어 장치.

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