KR900004056Y1 - 로보트 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로보트 제어장치

제1도는 종래의 통상적인 로보트 제어장치의 기본 구성을 나타내는 개통도.

제2도 및 제3도는 제1도에 보인 장치의 동작을 설명하기 위한 신호파형도.

제4도는 본 고안에 의한 로보트 제어장치의 일실시예의 구성을 나타내는 개통도.

제5도는 제4도에 보인 장치에 설비된 관수발생기 11의 회로구성의 일예를 나타내는 회로도.

제6도는 제4도에 보인 장치의 동작을 설명하기 위한 신호파형도.

제7도는 제4도에 보인 장치에 제공된 관수발생기 11의 회로구성의 다른 예를 나타내는 회로도.

제8도는 제4도에 보인 장치의 리미터 12의 회로도의 일예를 나타내는 회로도.

본 고안은 비상정지시에 로보트팔을 완만하게 정지시킬 수 있는 기능을 갖는 로보트 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 작동유니트를 구동시키는 모터의 속도검출을 위한 속도검출기와 작동유니트의 위치를 검출하기 위한 위치검출기가 로버트내에 설비되어 있다. 로보트제어장치를 구성하는 위치제어 유니트를 예정된 이동값과 위치검출값간의 편차를 근거로 하여 기준속도를 발생시킨다.

따라서 속도제어 유니트는 이 기준속도와 속도편차값간의 편차를 근거로 하여 기준토오크를 발생시킨다.

로보트를 작동시키기 위한 모터는 최종적으로 발생되는 기준토오크를 근거로 전류제어를 받는다.

로보트내에 비정상 조건이 발생할 경우에, 비상정지를 행할 필요가 있다. 이 경우에, 기준속도가 강제로 0이 되도록 하기 위한 지령이 발생된다. 그러나, 그러한 단계적 변동이 기준속도에서 발생할 때 기준토오크 또한 급격히 변동한다. 결과적으로, 로보트의 작동 유니트가 완전히 정지될 때까지 변동이 발생한다.

특히, 최근 수년동안 로보트들이 대형화됨에 따라 강도가 낮은 로보트들이 사용되는 경향이 있다. 이러한 환경들하에서, 그러한 작동 유니트의 변동은 작업을 망치거나 또는 작동유니트가 파괴되는 문제를 야기시킨다.

그러한 변동은 기준속도가 0으로 부드럽게 변동되도록 프로그램을 작성함으로서 변동될 수 있지만 안정성이 손상되기 때문에 프로그램을 사용하여 비정상 조건들의 발생에 대한 대책을 취하는 것은 좋지않다. 따라서, 안전하게 비상정지를 수행하기 위해 기준속도를 강제로 0이 되게하는 것은 필연적이다. 이러한 이유때문에 비상정지시에 로보트 작동유니트의 변동은 기술상 심각한 문제가 되어왔다.

상술한 점을 고려하여, 본 고안의 목적은 비상정지시에 로보트를 안전하게 부드럽게 정지시킬 수 있는 로보트 제어장치를 제공하는데 있다.

상기 목적은 로보트의 작동유니트의 위치를 검출하기 위한 위치검출기 10, 위치검출기 10의 검출값과 예정된 이동값간의 편차를 근거하여 기준속도를 발생시키기 위한 위치제어 유니트 3, 작동유니트를 구동시키기 위한 모터의 속도를 검출하기 위한 속도검출기 9, 속도검출기 9의 편차값과 기준속도간의 편차를 기준으로 하여 기준토오크를 발생시키기 위한 속도제어 유니트 4, 그리고 기준토오크를 근거로 모터에 유도된 전류를 제어하기 위한 전류제어 유니트 5를 포함하는 로보트 제어장치에 있어서, 로보트가 비상정지시킬 수 있는 지령이 수신될 때 그 시점으로부터 그의 관수값에서 절대적으로 증가하는 관수 F를 발생시키기 위한 관수발생기 11, 그 관수 F를 근거하여 기준 토오크의 크기를 제한하기 위한 리미터 12, 그리고 리미터 12가 지령을 수신할때만 동작되도록 하기위한 스위치 13의 설비를 포함하는 로봇 제어장치를 제공함으로서 달성된다.

우선, 종래의 로보트 제어장치의 구성은 본 발명의 것과의 비교를 위해 제1도에 나타낸다.

이 도면을 참조하면, 메모리 유니트 1내에 기억된 교시위치 데이타와 작업순서 데이타는 연산유니트 2에 의해 부호화된다.

따라서, 로보트의 각 축들의 이동값들이 연산된 다음 위치 제어 유니트 3으로 보내진다.

위치제어 유니트 3은 연산 유니트 2에서 연산된 이동값을 기준으로 하는 위치편차와 모터 8의 이동값을 검출하기 위한 검출기 10으로부터의 귀환량에 비례하는 기준속도를 출력시킨다.

속도제어 유니트 4는 기준속도와 모터의 9의 회전수간의 차에 비례하는 전압을 기준 토오크로서 모터 8의 회전수를 검출하기 위한 검출기 9로부터의 귀환량과 위칭제어 유니트 3으로부터의 기준속도를 기준으로 하는 전류제어 유니트 5에 출력시킨다.

만일 부하변동과 같은 장애가 발생할 경우, 모터 8의 회전수가 낮아지도록 검출기 9로부터의 귀환량이 또한 낮아진다. 결과적으로, 기준토오크가 증가되어 모터 8은 그의 속도가 결국 초기속도로 복귀되도록 가속되는 원인이 된다. 대조적으로, 모터의 회전수가 증가할 때 검출기 9로부터의 귀환량도 또한 증가한다. 결과적으로, 기준토오크가 감속하므로 결국, 모터 8은 그의 속도를 초기 속도로 복귀하도록 감속되는 원인이 된다.

전류제어 유니트 5는 속도제어 유니트 4로부터 주어진 기준 토오크로부터 모터 8을 통해 흐르는 원인이 되는 전류와 모터전류를 검출하기 위한 검출기 7로부터 주어진 귀환량을 연산한 다음 유니트 5는 결국 연산된 전류를 기준전류로서 전력증폭기 유니트 6으로 출력시킨다. 이 기준전류는 모터 8의 최대허용 전류를 초과하지 않는 값으로 제한된다.

전력증폭기 유니트 6은 모터 8을 통해 기준전류에 비례하는 전류가 흐르게 된다. 따라서 모터 8은 기준속도에 대응하는 속도를 연산유니트 2에서 연산된 이동량만큼 회전한다.

이동이 완료될 때, 연산 유니트 2는 동일절차에 의해 모터 8의 회전을 제어하도록 다음번에 집행될 교시위치 데이타를 판독한다.

이제 견고성이 낮은 로보트를 최종 형상의 로보트 제어장치로서 제어한다고 가정한다. 이때 기준속도가 제2a도에 보인 바와같은 계단식으로 변동되는 원인이 될 경우, 기준토오크는 다음과 같이 나타낸다.

기준토오크 = K.(기준속도-검출기 9의 귀환량)

여기서 K는 비례상수를 나타낸다.

기준 토오크는 제2b도에 보인 바와같이 우선 출력포화 조건상태에 있다. 그 다음 모터 8의 속도가 증가함에 따라, 기준토오크는 낮아진다. 따라서, 기준속도에서 모터 8을 회전시키기에 충분한 기준토오크가 발생되면 그에 의해 모터 8의 회전이동이 안정된다.

감속시에, 출력포화 조건이 또한 동일방식으로 일단 계속된다. 그 다음, 모터 8의 속도가 감소됨으로서 기준토오크 역시 0레벨의 방향으로 변동한다.

기준속도가 상술한 바와같이 계단식으로 변동할 때 최대허용전류가 모터 8내에 흐르므로, 최대 토오크에서 모터 8을 가속 또는 감속시키도록 시도를 행할 수 있다. 따라서, 모터 8의 속도는 제2c도에 보인 바와같이 급작스럽게 변동되므로, 로로트팔 상에 충격을 가할 수 있다. 결과적으로, 로보트팔은 제2d도에 보인 바와같이 변동한다. 위치 설정시간이 지연되거나, 작업이 망쳐지거나 또는 허용치이상의 부하가 변동으로 인해 로보트에 걸리게 되어 결국 로버트가 파괴될 가능성이 야기된다.

이러한 이유때문에, 로보트팔이 위치제어 유니트 3내의 최대완만 가속 및 감속 패턴들에 의해 작동되도록 연산에 의해 기준속도를 만드는 일반적인 방법이 사용되고 있다.

완만한 기준속도는 예를 들어 제3a도에 보인 바와같이 주어져서 제3b도에 보인 바와같이 기준속도가 이등변 사각형이 되도록 미분화시킴으로서 가속패턴이 얻어질 수 있으므로 로보트의 변동을 방지한다.

비록 상술한 종래 기술은 정상 운전조건에서 어떠한 문제를 야기시키지 않지만 어떤 비정상 조건의 발생때문에 비상정지를 시행하는 시도가 행해질 때 문제가 발생한다.

즉, 제3a도에 보인 바와같이 감속곡선이 소프트웨어로 주어진다. 그러나, 비상정지의 경우에서와 같이 그 신뢰성이 요구되고 또한 소프트웨어의 사용없이 하드웨어로서 그에 대한 회로를 구성하는 그 신뢰성이 요구될 때 그 회로는 복잡해지게 된다. 이는 실용시에 허용되지 않는다.

따라서, 비상정지시에 전력증폭기 유니트 6의 주요회로(도시안됨)는 차단되고 또한 제2a도에 보인 바와같은 기준속도가 동시에 속도제어 유니트 4로 유도되도록 한다.

이러한 이유때문에, 로보트팔은 제2d도에 보인 바와같이 큰 변동을 발생시킨다. 따라서 로보트가 큰 사이즈가 되고 또한 낮은 경도를 가짐에 따라 작업이 잘못되고 로보트가 파괴되는 등의 문제들이 발생한다.

본 고안은 비상정지가 전류제어 유니트 5의 출력단에 리미터기를 제공함으로서 요구될 때조차 로보트팔을 완만하게 정지시킬 수 있는 안정된 로보트 제어장치의 설비를 기획하고 있다.

제4도의 참조하면 본 고안에 의한 로보트 제어장치의 일실시예가 나타나 있다. 이 장치는 제1도에 도시된 속도 제어 유니트 4와 전류제어 유니트 5간에 리미터회로 100이 새로이 추가되는 것에 특징이 있다.

본 도면에서 리미터 12는 정상조건에서 스위치 13에 의해 바이패스 된다.

비상정시에 스위치 13은 리미터 12의 측면으로 스위치된다. 따라서, 속도제어 유니트 4로부터 출력되는 기준토오크는 리미터 12로 입력되며 또한 관수 발생기 11은 리미터 12로 관수 F를 출력시키도록 진동의 원인이 없이 단시간내에 로보트 팔이 정지되도록 최적 토오크한계 기준관수 F를 발생시킨다.

제5도는 상술한 관수발생기 11의 일예를 나타낸다.

비상정지를 나타내는 지령이 제6a도에 나타낸 바와같이 발생될 때 릴레이 14는 비작동된다. 결과적으로, 0레벨로 출력 F를 유지시킨 접촉부 14a는 개방된다.

따라서, 제6b도에 보인 바와같이 F=V(1-exp(-t/CR)로서 표현된 지수적 관수는 기준토오크 관수 F로서 출력된다. 여기서, V,R 및 C는 제5도에서 파워서플라이 V의 전압값, 저항 R의 저항값, 그리고 캐패시터 C의 용량값을 각각 나타낸다.

리미터 12는 속도제어 유니트 4로부터 출력된 제6c도에 보인 바와같은 기준토오크를 관수발생기 11의 출력 F와 동일한 상한을 갖는 값으로 제한하므로 결국, 제6d도에 보인 바와같이 얻어진 신호를 전류제어 유니트 5로 출력시킨다. 따라서, 진동이 없는 완만한 정지가 수행된다.

제7도는 관수발생기 11의 다른 예를 나타내는 회로도이다. 비상정지가 발생할 때 접촉분 15a는 개방되며, 그에 의해 제6e도에 보인 바와같은 관수가 출력된다.

출력관수 F는 V/CR의 구배로 상승하며 또한 제어 다이오드 Z의 파괴전압 V₂에 위해 클립된 파형을 갖고 있다.

제8도는 리미터 12의 실제회로 구성의 일예를 나타내는 회로도이다. 이 회로구성은 연산증폭기로 구성되는 버퍼유니트 16은 속도제어 유니트 4와 전류제어 유니트 5간에 연결되고 또한, 리미터 12가 버퍼유니트 16과 전류제어 유니트 5의 접합부 X에 연결되는 것이 특징이다.

관수발생기 11에 의해 발생된 관수 F는 양극과 음극측 상의 각 제한동작들을 수행하기 위한 두 연산증폭기들로 구성된다. 이 회로에서, 세팅은 F>0과 R₁<<R₂가 되도록 행해진다.

전술한 설명으로부터 명백한 바와같이, 본 고안에 의한 로보트 제어장치는 기준속도가 비상정지의 시간에 제2a도에 보인 바와같이 낮아지는 원인이 될 경우조차 전류제어 유니트로 유도되는 기준토오크는 로보트팔의 진동을 감소시키도록 작용하며 또한 가능한한 짧게 로보트팔을 정지시키기 위한 관수로서 변동하는 식으로 기획된다.

즉, 제5도 또는 제7도에 보인 관수 발생기가 사용될 때 토오크 제동이 속도변동들의 불연속을 제거하도록 비상정지의 발생시에 제6b 또는 6e도에 보인 바와같이 우선 0과 동일한 자유운전조건으로부터 토오크 제동이 점차적으로 증가하므로, 진동의 발생을 방지하도록 로보트팔에 충격이나 손상을 주지 않도록 하는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 로보트의 작동유니트의 한 위치를 검출하기 위한 위치검출기 10와, 상기 위치검출기 10의 검출값과 예정된 이동값간의 편차를 근거로 기준속도를 발생시키기 위한 위치제어 유니트 3, 상기 작동유니트를 구동시키기 위한 모터의 속도를 검출하기 위한 속도 검출기 9, 상기 속도검출기 9의 검출값과 상기 기준 속도간의 편차를 근거로 기준토오크를 발생시키기 위한 속도제어 유니트 4, 그리고 상기 기준토오크를 근거로 상기 모터에 유도되는 전류를 제어하기 위한 전류 제어 유니트 5를 포함하는 로보트 제어장치에 있어서, 상기 로보트를 비상정지 시킬 수 있는 지령이 수신될 때 그 시점으로부터 그의 관수값이 급격히 증가하는 관수 F를 발생시키기 위한 관수발생기 11과, 상기 관수 F를 근거로 상기 기준토오크의 크기를 제한하기 위한 리미터 12와, 그리고 상기 지령이 수신될 때만 상기 리미터(12)가 동작되게 하는 스위치(13)의 설비를 포함하는 로보트 제어장치.
2. 제1항에서, 상기 관수 발생기(11)는 지수적으로 증가하는 관수를 발생시키는 로보트 제어장치.
3. 제2항에서, 상기 관수(F)는 저항과 캐패시터에 의해 결정되는 시정수를 근거로 발생되는 로보트 제어장치.
4. 제1항에서, 상기 관수 발생기(11)는 선형적으로 증가하는 관수(F)를 발생시키는 로보트 제어장치.
5. 제4항에서, 선형적으로 증가하는 상기 관수(F)는 제어 다이오드의 파괴전압을 사용함으로서 예정된 값에 유지되는 로보트 제어장치.