KR880001647B1 - 로보트 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로보트 제어장치

제1도는 원통 좌표계로써 동작하는 공업용 로보트의 일예로서, 제1(a)도는 동 평면도. 제1(b)도는 동 측면도.

제2도는 메카니칼 핸드(mechanical hand)를 직선적으로 이동시키는 이유를 설명하는 설명도.

제3도는 본 발명의 개략을 설명하는 설명도.

제4도는 본 발명을 실현하기 위한 회로 블럭도.

본 발명은 회전축을 가지고 있는 원통 좌표계 로보트에 적용하는데 적합한 로보트 제어장치에 관한 것으로서, 특히 로보트의 아암을 진회시키는 회전축을 제어하면서 가동부를 시점으로부터 종점까지 이동시키는 경우에 있어서, 그 가공상부의 정점을 근사적으로 시점과 종점을 연결한 직선을 따라 이동시킬 수가 있는 로보트 제어장치에 관한 것이다.

인건비의 상승에 따른 생력화, 작업의 합리화 등의 요구에 의하여 공업용 로보트가 실용화되어 크게 그 효력을 발휘하고 있다. 특히, 다수의 공작기계가 설치되어 있는 기계 공장에 있어서는 각 공작기계에 대한 워어크(work)의 교환, 공구 교환등의 단순한 서비스를 공업용 로보트에 행하게 함으로서 큰 효과를 내고 있으며 그 수요는 매년 증대되고 있다.

제1도는, 원통 좌표계로써 동작하는 공업용 로보트의 일예로서 동도(a)는 평면도, 동도 (b)는 측면도이다. 도면중 1은 워어크 교환 등을 할때 이것을 파괴하는 메카니칼 핸드, 2는 회전(α축) 및 상하운동(β축)이 가능한 손목, 3은 신축(R축) 자재한 아암, 4는 축, 5는 축(4)에 대하여 상하(Z축) 이동 및 선회(θ축) 가능한 케이싱, 6은 프레밍, 7은 로보트 교시하는 교시 조작반, 8은 오퍼레이터 조작용의 조작반, 9는 교시 조작반(7)으로 부터의 지시에 의하 교시내용, 예를들면 동작위치(포인트), 동작속도, 서비스의 종별 등을 순차 기억함과 동시에 그 교시내용에 따라서 상기 메카니칼 핸드(1), 손목(2), 아암(3), 케이싱(5)의 동작을 제어하는 제어부이다.

그런데 이와같은 프레이백식 공업용 로보트로서는 미리 서비스 동작을 교시 조작반(7)에 의해 교시하고 그 교시내용(이하, 로보트 지령 데이타라 칭함)을 제어부(9)내의 메모리에 기억시켜 놓고 기계측으로 부터 서비스 요구가 있을때마다 일련의 로보트 지령 데이타를 순차 돌출하여 그 기계에 계속하여 반복 서비스한다.

이 로보트 지령 데이타는, 서비스할 포인트 정보, 동작속도, 포인트에 있어서의 핸드의 제어나 공작기계측과의 신호의 교환등을 지시하는 서비스 코우드 등으로써 되어 있다. 또 상기 교시는 일반적으로 (1) 로보트 지령 데이타를 격납할 메모리 어드레스의 설정, (2) 죠그(jog) 이송(수송 이송)에 의한 위치 결정, (3) 포인트의 위치 정보 및 속도 지령값의 설정, (4) 로보트 서비스 코우드의 설정의 순서로 행하며, 상기(1) 내지 (4)의 시퀸스를 반봅 행함으로써 공작기계에 대한 일련의 로보트 동작이 교시된다.

따라서 로보트 제어계, 기구부에 하등의 장해가 존재하지 아니하는 한, 그 로보트는 서비스 요구마다, 로보트 지령 데이타에 따라서 소정의 동작속도에 의한 위치 결정의 완료후, 올바른 워어크 교환, 칩제고, 공구 교환, 핸드 제어 등의 서비스를 차례 차례로 실행한다.

그런데, 이와같은 원통 좌표계 로보트에 있어서는 메카니칼 핸드상의 정점 H가 시점 P₁과 종점 P₂에 이동하도록 각각 교시하고 (제2(a)도), 재생 동작시에 각각의 축에 대하여 시점 P₁으로 부터 종점 P₂를 일구간으로 하여 직선 보간으로 하고 있으나 이 사이에 로보트의 동작중에 회전 운동이 존재하므로 그 정점 H의 궤적은 직선이 되지 않는다. 그러므로 종래는 정점 H는 궤적을 가급적 직선으로 근접시키기 위해 펄스 분배의 1주기마다 좌표 변환을 포함한 복잡한 연산을 하였으며, 수치 제어장치(이하 NC라 함) 또는 로보트 제어장치에 상당한 처리 능력을 갖는 컴퓨터를 내장할 필요가 있었다. 환언하며, 종래의 방법으로서는 통상의 마이크로 컴퓨터를 사용할 수가 없으므로 수치 제어장치 또는 로보트 제어장치의 대형화, 원가고를 초래하였다. 그리고 메카니칼 핸드 등 가동부상의 정점을 직선적으로 이동시키는 이유는 다음과 같다.

제2(b)도는 선반의 척(CHK)에 워어크 WK를 장착하는 경우에 대하여 메카니칼 핸드(1)상의 정점 H가 직선적으로 이동하지 않으면 안되는 이유를 설명하는 설명도로서 제1도와 동일 부분에는 동일부호로 표시되었다.

여기에서 로보트의 각 축을 이동 제어하여 척 CHK에 워어크 WK를 장착한다고 한다. 이 경우 메카니칼 핸드(1) 상의 정점 H가 직선 SL 에 따라서 이동한다면 워어크 WK는 원활하게 척 CHK에 감합하여 그 척에 장착되므로 장착 미스가 일어나지 않는다, 그러나 정점 H가 직선 SL에 ㄸ라서 이동하지 않는 경우에는 경사 방향에서 워어크 WK가 척 CHK에 진행하기 때문에 워어크를 척에 확실하게 정착할 수각 없다. 또 워어크를 척에서 탈각하는 경우에는 확실히 워어크를 파지할 수가 없으므로, 도중에서 그 워어크를 떨어뜨릴 경우가 생긴다. 이상의 워어크의 착탈에 한하지 않고 메카니칼 핸드 등 가동부상의 정점을 직선적으로 이동시킬 수가있다면 편리한 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 원통 좌표계 로보트와 같은 직선 보관을 실행하더라도 정점의 보간 경로가 직선으로 되지 않는 로보트에 있어서, 간단한 제어장치로써, 정점의 경로를 한없이 직선으로 근접시킬 수가 있는 로보트 제어장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 있어서는 공작기계나 회전축을 갖는 원통 좌표계 로보트와 같이 회전축을 포함한 복수의 동작축을 갖는 기계의 가공부를 시점으로 부터 종점까지 이동시키는 사이에 그 가동부상의 소정점을 직선적으로 이동시키는 수치 제어방식에 있어서, 상기 시점과 종점을 잇는 직선을 복수의 구간으로 분할하고, 각 분할점에 있어서의 각 축 위치 데이타를 발생함과 동시에 그 각 축 위치 데이타를 써서 상기 각 구간에 대하여 직선 보간을 행한다. 또 1개의 분할점 Qi까지 상기 가동부를 이동시키고 있는 사이에 다음의 분할점 Q(i+1)의 위치 데이타를 발생시킴과 동시에 상기 분할점 Q(i+1)의 위치 데이타 발생에 요하는 시간을 to로 할때 to<t 가 되는 시간 t를 정하여 Qi, Q(i+1)=v.t(단 v는 선속도)을 만족하도록 분할점 Q(i+1)을 결정한다.

이와 같이하여 본 발며에 의하면 상기 가동부를 시점으로 부터 종점까지 근사적으로 직선에 따라서 이동시킬 수가 있다. 이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 개략을 설명하는 설명도, 제4도는 본 발명을 실현하기 위한 회로 블럭도이다.

제3도에 있어서, Ps는 시점, Pe는 종점, v는 선속도로서, 선속도(v)는 교시할때에 설정된다.

그런데 본 발명에 있어서는, 가동부, 예를들면 메카니칼 핸드를 시점 Ps에서 종점 Pe까지 이동시키는 사이에 그 메카니칼 핸드상의 소정의 포인트를 직선적으로 이동시키기 위하여 시점 Ps와 종점 Pe를 연결한 직선 Ln을 복수의 구간으로 분할하고, 각 분할점 Q₁, Q₂, Q₃……에 있어서의 각 축 위치 데이타를 발생함과 동시에 그 각 축 데이타를 사용하여 상기 각 구간에 대하여 직선 보간을 행하여 상기 소정의 포인트를 근사적으로 직선 Ln에 따라 이동시키고 있다.

구체적으로는 1개의 분할점 Q(i-1)에서 분할점 Qi까지 직선보간에 의해 가동부를 이동시키는 사이에 다음의 분할점Q(i+1)을

Q₁, Q(i+1)=v.t(i=1,2………) (1)

을 만족하도록 결정하여 그 분할점Q(i+1)의 위치 데이타를 발생하고 있다. 그리고 t는 분할점Q(i+1)의 위치 데이타 발생에 요하는 시간을 to로 할때 to<t를 만족하는 일정 시간이다. 즉, v.t의 간격으로 시점 Ps에서 직선 Ln을 순차 분할하고, 이에 의해 분할점 Q₁, Q₂, Q₃…을 발생하여, Qi,Q(i+1) 사이를 직선 구간에 의해 이동시켜서, 상기 소정의 포인트를 직선적으로 직선 Ln에 따라서 이동시키고 있다.다음 제4도에 따라서 본 발명에 관한 수치 제어 방식을 상세히 설명한다.

도면에 있어서, 11은 데이타 메모리로서 가공 프로그램 데이타 예를들면 지령 위치를 포함하는 위치 결정데이타가 순차 기억되어 있다. 12a,12b,12c……앤드(AND)게이트로서, 어드레스선 A1에 도시하지 않은 어드레스 발생 수단으로 부터 어드레스가 발생할때마다 소정의 가공 프로그램 데이타 즉 지령위치를 출력한다. 그리고 지령위치는 각 축에 대하여 원점으로 부터 거리로서 주어지며 이후 Pe라 표기한다.

13은 OR게이트, 14a, 14b는 앤드 게이트로서 타이밍 신호 T₁의 발생에 의하여 열리어 지령 위치 백터 Pe 및 후술하는 시점 위치 벡터 Ps를 후단에 출력한다. 15는 각 구간 사이의 이동량 벡터△Q를 연산하는 연산 회로로서 이 이동량 벡터 △Q는

(2)

에 의해 구해진다. 16은 각 분할점 Qi(i=1,2……)의 위치 벡터 Qi를 다음의 식에 의해 연산하는 연산회로이다.

Qi=Q(i-1)+△(i=1,2,………………………Qo=Ps) (3)

17은 버퍼 레지스터로서 연산회로(16)에 의해 벡터 Qi를 격남한다. 18은 앤드게이트로서 버퍼 레지스터(17)에 분할점 Qi의 위치 벡터 Qi가 세트된 것을 나타내는버퍼풀 신호 T₄, 도시되지 않는 제어회로에서 발생하는 이동 허가 신호 T₂및 후술하는 펄스 분해 회로에서 발생하는 분배 완료 신호 T₃가 함께 "1"이 되었을때 개방되어 위치 벡터 Qi를 출력한다. 19는 목표 위치 레지스터로서 목표 벡터(각 축 성분)가 세트된다. 그리고 이 목표 위치 레지스터(19)에는 초기 시점 위치 벡터 Ps가 기억되어 있으며 이후 순차 제1의 분할점의 위치 벡터 Qi. 제2의 분할점의 위치 벡터 Q₂…가 기억된다. 20은 현재 위치 레지스터로서 가동부의 현재 위치 벡터(각 축 성분)을 기억하여 초기시에는 시점 위치 벡터 Ps가 기억된다. 21a, 21b는 앤드 게이트로서 각각 이동 허가 신호 T₂및 목표 위치 레지스터(19)에 목표 위치 벡터가 세트된 것을 나타내는 목표 위치 레지스터 신호 T₅가 함께 "1"이 되면 개방되어 현재 위치 벡터와 목표 위치 벡터를 후단에 출력한다. 23은 펄스 분배회로로써, 각 축 방향의 분배펄스 ZP, RP, θP, αP, P를 출력한다. 그리고 각 축 방향의 분배 펄스 ZP, RP, θP, αP, βP는 현재 위치 레지스터(20)에 입력되며 이드 분배펄스가 발생할때마다 이동 방향에 따라서 소정축 방향 현재 위치 성분이 카운트 업/다운 된다.

24Z는 축 방향의 가감속 회로로서, 분배 펄스열의 주파수를 가동시에 점중하고 (가속) 정지시에 점감(감속)한다. 25Z는 Z축 방향의 에러(error) 레지스터로서 예를들면 가역 카운트에 의해 구성되며 펄스 분배회로(23)에서 발생한 분배펄스 ZP의 수와 피이드 백 펄스 EP의 수의 차 Er을 기억한다. 26Z는 에러 레지스터(25Z)의 내용에 비례한 아나로그 전압을 발생하는 DA변환기, 27Z는 전류 증폭기, 28Z는 축 구동용의 직류 전동기, 29Z는 진류 전동기(28Z)가 소정량 회전할때마다 1개의 피이드 백 펄스 FP를 발생하는 펄스 코우더이다.

다음에 제3도를 참조하면서 제4도의 동작을 설명한다.

여기에서 메카니칼 핸드가 제3도의 포인트 Ps(시점)에 위치 결정되어 있으며 이 시점 Ps에서 포인트 Pe(종점)까지 그 핸드를 이동시켜서 이 사이에 핸드상의 장점을 직선 Ln에 따라서 이동시키는 것이다.

그런데 초기시에는 현재 위치 레지스터(20), 목표 위치 레지스터(19)의 각각에 시점 Ps의 위치 벡터(각 축성분)가 기억되어 있으며 또 연산회로(15)에는 선속도 v 및 시간 t가 각각 입력되어 있다.

이 상태에 있어서 어드레스선 A1에 지령 위치 벡터 Pe를 기억하는 어드레스가 발생하면 그 벡터 Pe는 앤드게이트(12b), OR게이트(13)를 통하여 앤드게이트(14b) 에 입력된다. 그리고 앤드게이트(14a)에는 현재 위치 벡터 Ps가 입력되어 있다. 벡터 Pe, Ps가 앤드게이트(14a,14b)에 입력된 상태에 있어서 타이밍 신호 T₁이 발생하면 벡터 Pe,Ps가 연산회로(15)에 입력된다. 연산회로(15)는 벡터 Pe, Ps 가 입력되면(2)식의 연산을 실행하여 각 구간의 이동량 벡터△를 구하여 연산회로(16)에 입력한다.

연산회로(16)에는 또 목표 위치 레지스터(19)에서 시점 Ps의 위치 벡터 Ps(=Qo)가 입력되어 있으므로 그 연산회로(16)는 (3)의 식의 연산을 실행하여 제1의 분할점 Q1의 위치 벡터 Qi을 구하여 버터 레지스터(17)에 세트한다. 그리고 버퍼풀 신호 T₄, 이동허가신호 T₂, 분배완료신호, T₃가 함께 "1"이 되면 위치 벡터 Q1은 목표 위치 레지스터(19)에 세트된다. 이에 의해 목표 위치 레지스터 풀신호 T₅가 "1"이 되며, 목표 위치(제1의 분할점) Q1의 위치 벡터 Q1과 현재 위치 벡터 Ps가 각각 앤드 게이트(21a, 21b)를 통하여 펄스분배회로(23)에 입력된다.

펄스분배회로(23)는 벡터 Ps와 Q1을 사용하여 각 축의 인크리멘탈값 △Z,△R,△θ,△α를 연산함과 함께 각축에 대응하여 설치된 도시하지 않은 펄스 보간기에 의하여 그 인크리멘탈 값을 사용하여 직선 보간 연산을 행하여 각 축 방향의 분배펄스 ZP,RP,θP,βP,αP를 발생한다. 그리고 이들 분배펄스 ZP, RP,………는 각 축에 대응하여 설치된 가감속 회로에 입력된다. 그리고 가감속 회로를 포함한 서어브 회로는 Z축에 대해서만 나타내고, 다른 축에 대해서는 생략한다. Z축의 가감속 회로(24Z)에 임력된 분배펄스 ZP의 주파수는 여기에서 가감속되어 에어 레지스터(25Z)에 입력된다. 에러 레지스터(25Z)는 분배펄스 ZP가 발생할때마다 그 내용을 카운터 업 하고 또 펄스 코우터(29Z)에서 피이드 백 펄스 FP가 발생할때마다 그 내용은 카운트 다운하여 항상 분배펄스 수와 피이드 백 펄스수의 편차 Er을 출력한다. 이어서 에러 레지스터(25Z)의내용 Er은 DA변환기(26Z)에 의해 DA변환되고, 증폭기(27Z)에 의하여 증폭되며, 직류 전동기(28Z)에 인가되어 그 전동기를 회전시킨다. 직류 전동기(28Z)가 소정량 회전하면 펄스 코우더(29Z)로 부터 1개의 파이드 백 펄스 EP가 발생하며, 그 피이드 백 펄스 FP는 전술한 바와 같이 에러 레지스터(25Z)에 입력되어 그 내용을 카운트 다운 한다.

정상 상태에 있어서는 에러 레지스터(25Z)의 내용은 서오보게의 느림에 의존하는 일정의 편차를 나타내며 그 정상 펼차치로써 상기 동작을 반복하여 교시된 동작 속도로써 전동기(28Z), 환언하면 로보트를 이동시킨다. 최종적으로, 이동량 벡터 △에 상당하는 펄스가 분배되면 펄스 분배회로(23)로 부터 펄스분배 완료 신호 T₃가 발생하여 분배 연산은 정지한다. 그리고 이후 에러 레지스터(25Z)에 남은 정상편차와 같은 수의 펄스가 출력되어 메카니칼 핸드는 제1분할점 Q1에 도달한다.

한편, 상기 제1분할점 Q1을 향하여 메카니칼 핸드가 이동하고 있는 사이에 연산회로(16)는 (3)식의 연산을 행하여 제2의 분할점 Q2의 위치 벡터를 구하여 이것을 바퍼 레지스터(17)에 세트한다.

그리고 제1의 분할점 Q1까지의 펄스 분배가 종료하여 펄스 분배 회로(23)에서 분배 완료 신호 T₃가 출력되면 위치 벡터 Q2는 목표 값 레지스터 (19)에 세트되며 이어서 현재 위치 벡터Q1가 함께 앤드 게이트(21a,21b)를 통하여 펄스 분배회로(23)에 입력된다. 이 결과 펄스 분배회로(23)는 전술과 같이 펄스분배연산을 실행한다. 이후 같은 방법에 의하여 메카니칼 핸드를 Ps→Q1→Q2→…… →Qn-1→Qn→Pe 로 이동시키면 핸드상의 정점은 근사적으로 직선 Ln에 따라서 움직이게 되는 것이다.

이상 본 발명에 의하면 회전축을 갖는 기계의 가동부를 회전운동에 따라서 시점에서 종점까지 이동시키는 경우는 그 가동부상의 정점을 직선에 한없이 근접시켜 이동시킬 수가 있으므로 워어크의 착탈을 미스하지 않고 정확하게 행할 수가 있다.

본 발명에 관한 장치를 실현하는 경우 대량의 하드 웨어를 필요로 하지 않으므로 본 발명을 사용한 NC는 염가로 구성할 수가 있다. 또한 복잡한 연산을 하는 일이 없으므로 마이크로 컴퓨터등을 사용할 수가 있다.

Claims (2)

1. 로보트 아암을 진회시키는 회전축을 포함하며, 직선보간을 실행하더라도 정점의 보간 경로가 직선으로 되지 않는 로보트의 제어장치에 있어서, 상기 정점의 시점과 종점을 잇는 직선을 복수의 구간으로 분할하여 분할점……Q(i-1), Qi, Q(i+1)……을 얻고, 각 구간의 이동량 벡터를 연산하는 연산수단과, 각 분할점에 있어서의 각 축 위치 데이터를 발생시키는 동시에, 이 각 축 위치 데이터를 사용하여 각 구간마다 이동량 벡터에 동등한 펄스를 회전축을 포함한 각축 구동수단에 분배하여 상기 각 구간에 관하여 직선 보간을 행하는 보간 수단과, 하나의 분할점 Qi까지 상기 정점을 이동시키고 있는 동안에, 다음의 분할점 Q(i+1)의 위치 데이터를 발생시키는 동시에, 상기 분할전 Q(i+1)의 위치 데이터 발생에 요하는 시간을 t₀로 할때 t₀<t인 시간을 정하고, Qi, Q(i+1)=v.t(단, v는 선속도)를 만족시키도록 분할점 Q(i+1)을 결정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 로보트 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 직선보간을 실행하더라도 정점의 보간 경로가 직선으로 되지 않는 로보트는 원통 좌표계 로보트인 것을 특징으로 하는 로보트 제어장치.

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