KR930007778B1

KR930007778B1 - 로봇의 원점 세팅장치

Info

Publication number: KR930007778B1
Application number: KR1019900018719A
Authority: KR
Inventors: 이영
Original assignee: 현대전자산업 주식회사; 정몽헌
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1993-08-19
Also published as: KR920010387A

Abstract

내용 없음.

Description

로봇의 원점 세팅장치

제1도 (a)는 본 발명에 따른 로봇의 원점세팅장치의 평면도. (b)는 본 발명에 따른 로봇의 원점세팅장치의 정면도.

제2도는 본 발명에서의 제어수단 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 캘리브레이션루틴 플로우 챠트.

제4도는 본 발명에 따른 원점세팅루틴 플로우 챠트.

본 발명은 로봇의 원점세팅장치에 관한 것으로, 특히 로봇, 공작기계,컴퓨터 수치 제어(CNC) 및 각종 산업기기등의 공간 또는 평면이동을 행하는 산업용 장비들에 있어 파원 온 직후 또는 씨스템 리세트후 원점세팅을 통하여 메카니즘의 좌표계를 편리하게 고정시키는데 필요한 원점세팅장치에 관한 것이다.

종래의 대부분의 로봇은 고정된 위치에 설치된 1개의 원점 감지판에 의하여 기계적 위치를 감지한 후 엔코더(Encoder)의 기준위상(Z상)에 의하여 원점을 세팅하는 방식을 취하고 있다. 이 방식은 파워 온 후 또는 씨스템 리세트 후 임의의 위치에 있던 감지판이 원점센서의 위치까지 이동하여야 하므로 시간이 오래 걸리고 로봇의 동작범위내에 장애물을 설치할 수 없는 단점이 있다. 특히, 로봇의 동작범위내에 장애물 설치가 불가능한 단점은 로봇 응용상의 큰 제한 요인으로 작용한다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 앱서루트 엔코더(Absolute Encoder)를 위치 검출기로 사용하기도 하지만 가격이 비싸고 부피가 큰 관계로 많이 사용되지 않고 있다.

또 다른 방식으로 원점검출용 회전판에 일정간격의 코딩(Coding)을 하여 원점검출 이동거리를 단축하는 방식이 있으나, 코딩 데이타 검출을 위하여 많은 센서가 필요하다는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 단점들을 해결할 수 있도록 한것으로, 원점검출용 회전판을 이용하여, 상기 회전판의 외주연을 따라 다수의 브래킷을 설치하고, 상기 각 브레킷이 원점센서에 감지된 후 부터 시계 회전 반대방향으로 회전시에 발생하는 최초의 엔코드 기준위상(Z상)까지의 회전각도(카운트 펄스수)가 각 브래킷마다 상이하도록 하여 제어수단에 의해 제어되는 로봇의 원점세팅장치를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도(a),(b)는 본 발명의 감지장치를 도시한 것으로, 관절 회전축(10)을 중심으로 한 회전판(11)과, 상기 회전판(11)의 외주연을 따라 설치된 다수의 브래킷(12)과, 상기 브래킷(12)의 회전 원주선 부근에 위치하여 설치된 원점 센서(13)와, 상기 회전판(11)위의 일측면에 설치된 리미트 브래킷(14)과, 상기 리미트 브래킷(14)에 대응하여 설치된 리미트 센서(15)로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 8개의 브래킷(12)과 원점을 검출하기 위한 원점센서(13)및 1개의 리미트 브래킷(14)과 관절의 리미트를 검출하기 위한 리미트 센서(15)로 구성하고 있는바, 상기 8개의 브래킷(12)은, 제1도(a)에 도시한 것을 참조하여, 원점 센서(13)에 대응하고 있는 것을 기점 브래킷(ORG)으로 했으며 시계 방향으로 수차적으로 아라비아 숫자 0에서 부터 6까지 구별되도록 표시했다. 상기 각각의 브래킷(12)에서 이웃하고 있는 브래킷 사이의 간격은 등간격이 되지 않도록 상호 다른 간격으로 위치하여 설치한다.브래킷(12)의 1과 브래킷(12)의 2사이의 간격이 브래킷(12)의 2와 브래킷(12)의 3사이의 간격과 같지 않게 설치하여야 하며, 나머지 간격과의 관계 또한 상이하게 설치하여야 한다. 이 설치작업은 하기에 설명할 캘리브레이션 스위치(제3도)를 사용하여 용이하게 실시 가능하다. 그리고 각 브래킷(12)중에 어느 하나를 선택하여 원점 브래킷으로 설정할 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 언급한 바와같이 원점센서(13)에 대응하고 있는 기점 브래킷(ORG)을 원점 브래킷으로 설정하였다.

상기 원점센서(13)와 리미트 센서(15)는 브래킷(12)간의 간격보다 좁도록 위치시킨다.제1도(b)에 도시한 바와같이, 리미트 브래킷(14)은 회전판(11)상에 설치되어 있으며, 그에 대응하는 리미트 센서(15)는 리미트 브래킷(14)에 근접하여 회전판(11)의 윗부분에 위치된다.

제2도는 본 발명의 제어수단을 나타낸 것으로, 원점센서 및 리미트 센서(13,15)와 엔코더(EZ,EA,EB)로 부터 외부 신호를 입력받아서 상기 입력된 신호를 분리하는 포토 아이소레이션(Photo Isolation)부(20)와, 입력 신호를 CPU(21)에 전달하기 위한 버퍼부(22)와, CPU(21)로 부터의 코멘드(Connand : CMD)데이타(23')및 로드 데이타(23")를 보관하는 래치부(23)와, 로드 데이타(23")를 카운트하여 된 카운트 데이타(24')를 CPU(21)에 제공하는 업/다운 카운터부(24)와, 포토 아이소레이션부(20)를 통한 엔코더Z(EZ)신호의 에지를 디텍트하는 에지 더텍션부(25)와, 상기 에지 디텍션부(25) 출력과 상기 래치부(23)의 CMD데이타(23')출력이 더하여져서 업/다운 카운터부(24)의 로드구동신호를 발생시켜주는 앤드게이트(26)와, 다른 엔코더(EA,EB)신호를 체배하여 업/다운 카운터부(24)에 제공하는 방향판별 및 4체배부(27)로 구성된다.

상기 버퍼부(22)는 CPU(21)에 리미트 신호(15'),원점 신호(13')및 Z상 신호(EZ')를 제공한다.

업/다운 카운터에 데이타를 로드시키기 위해서는 래치회로에 로드 데이타를 입력시키는 동시에 CMD데이타를 "1"로 입력해야 한다.CMD데이타는 래치회로를 통해 앤드게이트에 입력되며, 따라서 에지 디텍션부에서 출력되는 Z상 신호에 의하여 카운터로드가 행해질 수 있다.

제3도 및 제4도는 본 발명의 스위치 구성을 나타낸 것이다.상기 스위치 구성은 제3도에 도시한 캘리브레이션 루틴(Calibration Routin)과 제4도에 도시한 원점세팅 루틴(Setting Routin)으로 구분된다.

먼저, 제3도의 캘리브레이션 루틴을 참조하여, 캘리브레이션 루틴은 각 브래킷(12)이 원점센서(13)에 감지된 후 최초로 발생하는 Z상 신호(EZ')들의 절대각도를 미리 계산하기 위한 스위치이며, 만약 원점센서(13)감지후 Z상 신호(EZ') 발생까지의 각도(DIFF(I))가 같은 경우가 존재하면 에러(Error)를 발생시키며, 이 경우 브래킷(12)의 설치 위치를 약간 변경 해야한다.상기 루틴에 의해 계산되는 데이타는 각각의 브래킷(12)와 Z상 신호(EZ')간의 각도(DIFF(I))와 카운터에 로드할 각 Z상의 절대위치(LOAD(I))이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 제1도에 도시한 바와같이 회전판(11)의 외주연을 따라 8개의 브래킷(12)을 설치하였으며, 상기 8개의 브래킷중에서 1개를 기점 브래킷(ORG)으로 설치하여 그 다음 부터는 0~6까지 아라비아 숫자로 표시하였으며, 상기 표시한 아라비아 숫자 0~6을 참조하여 상기 각도(DIFF(I))와 상기 절대위치(LOAD(I))의 "I"는(I는 브래킷 번호)I=0~6으로 규정한다. 상기 데이타들을 로봇 컨트롤러(도시하지 않았음)의 S-RAM에 백-업(Back-Up) 보관 되므로 켈리브레이션 루틴이 에러없이 수행되면 다시는 수행할 필요가 없다.

상술한 바를 간단하게 요약하면, 브래킷(12)의 위치를 측정하여 로봇 컨트롤러의 S-RAM에 백-업(Back-Up)보관시키는 캘리브레이션 루틴으로 브랫킷의 위치를 측정하기 위한 방법을 플로우 챠트로 나타낸 것이다.

더욱 상세히 하기 위하여 제3도에 도시한 플로우 챠트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

리미트 센서(15)와 원점센서(13)가 모두 은이 아닐때 회전판(11)을-리미트 상태(리미트 센서와 원점센서가 동시에 감지된 경우로 시계방향으로 계속회전시키면-리미트 상태가 됨)감지시 까지 시계방향을 회전시키는 제1단계(101)와;상기 리미트 센서(15)및 원점센서(13)가 모두 온일때 정지 지연한 다음, 원점센서(13)가 온인지 온이 아닌지를 판단하여 온일 경우 회전판(11)을 반시계 방향으로 움직여 기점 브래킷(ORG)을 찾는 제2단계(102)와;상기 원점센서(13)가 온이 아닌 경우는 기점 브래킷(ORG)을 찾은 상태인바, 다음 수행과정으로서 0을 로드 데이타하고 1을 CMD데이타로 하여 엔코더Z(EZ)의 Z상 신호(EZ')가 1일때까지 반시계 방향으로 회전시켜서 CMD 데이타가 1이고 Z상 신호(EZ')가 1이 되면 데이타가 0가 로드되어 카운트 클리어(Count Clear)가 완료되면 제3단계(103)와 ; 상기 3단계(103)에서 카운트 클리어가 완료되면 0을 브래킷 번호(1)로 하고 카운터가 클리어되지 못하도록 0을 CMD데이타로하는 제4단계(104)와;리미트 센서(15)가 온인가를 확인하는 제5단계(105)와;상기 제5단계(105)에서 리미트 센서(15)가 온이 아닐경우 제6단계(106)로, 그리고 온일 경우 제7단계(107)로 수행을 한다.

제6단계(106)는 상기 리미트 센서(15)가 온이 아닐경우 원점센서(13)가 온이 될때까지 반시계 방향으로 회전시키고 그리고 다시 원점센서(13)가 온이 아닐때까지 반시계 방향으로 회전시키는 제6-1단계(106-1)와, 원점센서(13)가 온이 아닐때 업/다운 카운터(24)의 카운트 데이타(24')을 읽은 다음 상기 카운트 데이타(24')을 메모리 A로 하여 Z상 신호(EZ')가 1이 될때까지 반시계 방향으로 회전시키는 제6-2단계(106-2)와,Z상 신호(EZ')가 1일때 카운트 데이타(24')을 읽은 다음 상기 카운트 데이타(24')를 절대위치(LOAD(I))로 하고 상기 카운트 데이타(24')을 메모리 A로한 것을 각도(DIFF(I))로 한다음 브래킷 번호(I+1)를 브래킷 번호(I)로 하여 제5단계(105)로 보내는 제6-3단계(106-3)로 이루어진다.

제7단계(107)는 상기 제5단계(105)에서 리미트 센서(15)가 온일때의 경우 +리미트 상태(리미트 센서만 감지된 경우로 반시계 방향으로 계속회전시키면 +리미트 상태가 됨)을 감지한 것인데 모든 브래킷(12)에 대한 절대위치(LOAD(I))및 각도 (DIFF(I))의 계산이 완료된 상태로써 이 상태에서 정지하여 0을 브래킷번호(I,J)로 하는 제7-1단계(107-1)와, 각도(DIFF(I)) 및 각도(DIFF(I))가 같고 브래킷번호(I)및 브래킷번호(J)가 같지 않을 경우에는 에러를 발생하고 상기 각도(DIFF(I)) 및 각도(DIFF(J))가 같고 브래킷 번호(I) 및 브래킷 번호(J)가 같을 경우 또는 상기 각도(DIFF(I)) 및 각도(DIFF(J))가 같지 않을 경우에는 다음과정을 수행하는 제7-2단계(107-2)와, 상기 제7-2단계(107-2)를 수행한 후에 브래킷 번호(J)가 6인가를 판단하여 상기 번호(J)가 6이 아닐 경우 브래킷번호(J+1)를 브래킷 번호(J)로 하여 제7-2단계(107-2)를 다시 수행하게 하는 제7-3단계(107-3)와, 상기 브래킷 번호(J)가 6이고 브래킷 번호(I)가 6일 경우 모든 수행 과정이 끝나는 7-4계(107-4)와, 상기 브래킷 번호(I)가 6이 아닐 경우 0을 브래킷 번호(J)로 하고 브래킷 번호(I+1)을 브래킷 번호(I)로 하여 제7-2단계(107-2)를 다시 수행하게 하는 제7-5단계(107-5)로 이루어진다.

상기 제1~5단계(101,102,103,104,105)까지는 기점 브래킷(ORG)감지후 처음 발생하는 Z상 신호(EZ')때카운터를 클리어 한다.즉 기계적 원점을 찾는 단계이다.그리고 상기 제6단계(106)는 브래킷 번호 0~6의 브래킷에 대해 각 브래킷이 원점센서(13)에 감지된 시점(메모리 A에 일시저장되어 있음)부터 최초로 Z상신호(EZ')가 발생하는 시점까지의 카운트 편차값(DIFF(I))을 구하고, Z상 신호(EZ')발생시점에서 카운트 값을 절대위치(LOAD(I))에 저장하는 단계이다. 상기 제7단계(107)는 브래킷의 위치측정을 완료하는 단계이다.

둘째도, 제4도의 원점세팅 루틴을 참조하여, 원점세팅 루틴은 켈리브레이션 루틴에세 계산된 각도(DIFF(I)) 및 절대위치(LOAD(I))를 토대로 원점세팅을 수행한다.원점센서(13) 감지 후 Z상 신호(EZ')발생시까지의 카운트한 펄스수를 계산하여 이 값을 각도(DIFF(I))와 비교하고, 값이 일치할 경우 해당 절대위치(LOAD(I))를 Z상 신호(EZ')에 일치시켜 카운터에 로드하므로써 원점 수행이 완료된다.만약 일치하는 값이 존재하지 않으면 에러신호를 발생하게 되고, 이는 브래킷의 위치가 최초의 세팅위치에서 벗어난 것이므로 캘리브레이션 루틴을 수행시켜 보정해야 한다.

더욱 상세히 하기 위하여 제4도에 도시한 플로우 챠트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

리미트 센서(15)가 온 인지 아닌지를 감지하여 체크하는 제11단계(211)는 원점센서(13)보다 상기 리미트센서(15)가 먼저 감지될 경우를 체크하는 단계로써, 상기 리미트 센서(15)가 온이 아닐 경우에는 제21단계(221)를 수행하고, 온일 경우에는 원점센서(13)보다 리미트 센서(15)가 먼저 감지된 경우로 원점센서(13)의 온 여부를 제12단계(212)에서 체크한다.상기 제12단계(212)에서 원점센서(13)가 온이 아닐 경우에는 +리미트 상태로써 브래킷 6에 의하여 회전판(11)을 시계방향으로 움직여 원점센서(13)가 온일상태(브래킷 6이 감지된 상태)가 될때까지 제13단계(213)를 계속 수행한다.상기 제13단계(213)에서 원점센서(13)가 온 일때 정지지연한 다음, 다시 원점센서(13)가 온이면 회전판(11)을 반시계 방향으로 움직여 온이 아니게 하고, 원점센서(13)가 온이 아니면 절대위치(LOAD(6))를 로드 데이타(23")로 하고 1을 CMD데이타(23')로 하는 제14단계(214)는 브래킷 6이 감지 해제된후 최초로 발생하는 Z상 신호(EZ')에 동기시켜 카운터에 절대위치(LOAD(6))를 로드한다. 상기 제12단계(212)에서 온일 경우에는 -리미트 상태로써, 상기 -리미트 상태인 경우에는 원점센서(13)가 감지 해제된후 최초로 발생하는 Z상 신호(EZ')에 동기시켜 카운터를 클리어하는 바, 이것은 제15단계(215)이다.상기 제15단계(215)에서의 수행은 상기 온 상태인 원점센서(13)를 반시계 방향으로 회전시켜 다시 원점센서(13)의 온 여부를 판단하여 온이 아닐때까지 반시계 방향으로 회전시킨 다음, 원점센서(13)가 온이 아닐때 0을 로드 데이타(23")로 하고 1을 CMD데이타(23')로 한다.상기 제14단계(214) 및 상기 제15단계(215)는 하기에 설명할 제31단계(231)로 수행을 계속한다.

상기 제11단계(211)에서 리미트 센서(15)가 온이 아닐 경우 원점센서(13)의 온 여부를 체크하는 바, 온이 아닐 경우에는 회전판(11)을 반시계 방향으로 회전시키면서 상기 제11단계(211)로부터 다시 수행하고, 온이 되었을 경우에는 다음 단계를 수행한다(제21단계(221)).상기 제21단계(221)의 원점센서(13)가 온 되었다함은 리미트 센서(15)보다 원점센서(13)가 먼저 감지되었다는 것을 나타낸다.

상기 원점센서(13)가 온된 것을 다시 온 상태가 아닐때까지 반시계 방향으로 회전시킨 다음 카운트 데이타(24')를 읽고 상기 카운트 데이타(24')를 메모리 A(원점센서 감지 해제 직후의 카운트 값을 일시 저장)로 하고, Z상 신호(EZ')가 1일때 까지 반시계 방향으로 회전시키는 제22단계(222)와;Z상 신호(EZ')가 1일때 카운트 데이타(24')를 읽고(Z상 신호 발생 직후의 카운트값을 읽는다),정지한 다음, 상기 카운트 데이타(24')를 메모리 Z로 한것을 메모리 A로 하고(각도(DIFF)값을 계산한다),0을 브래킷 번호(I)로 하는 제23단계(223)와;상기 메모리 A가 각도(DIFF(I))와의 일치 여부를 선택하는 제24단계(224)와;상기 제24단계(224)에서 상기 메모리 A가 각도(DIFF(I))와의 일치하지 않을 경우에는 브래킷 번호(I+1)을 브래킷번호(I)로 하며, 브래킷 번호(I)가 7이면 에러를 발생시키고, 상기 브래킷 번호(I)가 7이 아니면 제24단계(224)로 되돌아가서 수행하는 제25단계(225)와;상기 제24단계(224)에서 상기 메모리 A가 각도(DIFF(I))와 일치될 경우(감지된 브래킷이 어떤것인지를 찾았음.즉, I에 정보가 있음)에는 원점센서(13)가 온일때까지 시계방향으로 회전시켜, 온이 되었을 때 정지지연시키는 제26단계(226)와; 다시 원점센서(13)가 온이 아닐때까지 반시계 방향으로 회전시켜, 온이 안되었을때 절대위치(LOAD(I))를 로드 데이타(23")로 하고 1을 CMD 데이타(23')로 하는 제27단계(227)와;상기 제27단계(227)와 전술한 제14단계(214) 및 제15단계(215)로 부터 Z상 신호(EZ)가 1일때 까지 반시계 방향으로 회전시켜, Z상 신호가 1이 되었을 때 정지시키고, 0을 CMD 데이타(23')로 한 다음 모든 수행단계를 끝내는 제31단계(231)로 이루어진다.

이해를 돕기 위하여, 상기 제11~15단계(211,212,213,214,215)까지는 원점센서(13)보다 리미트 센서(15)가 먼저 감지될 경우에 대한 처리 과정이며, 이 경우는 기점 브래킷(ORG)(-리미트인 경우)또는 브래킷6(+리미트인 경우)에 의해 원점을 찾는다.

상기 제11및 제21~27단계(221,222,223,224,225,226,227)단계는 리미트 센서(15)보다 원점센서(13)가 먼저 감지될 경우에 대한 처리 과정이다. 상기 제24 및 제 25단계(224,225)에서는 전술한 캘리브레이션 루틴에서 계산된 브래킷 번호(I)가 0~6까지의 각도(DIFF(I))값과 메모리 A의 값을 비교하여 같은 값이 있는지를 찾는 단계이다. 그리고 제25단계(225)에서 에러가 발생되는 이유는, 각도(DIFF(I))와 메모리 A값이 같지 않으면 어떤 브래킷이 감지 되었는지를 알수 없기 때문이다. 상기 제27단계(227)에서는 원점센서(13)감지 해제 후 최초로 발생하는 Z상 신호(EZ')에 동기시켜 카운터에 절대위치(LOAD(I))를 로드하는 단계이다.

상술한 바에 의거한 본 발명은 원점세팅 수행 과정에서 관절의 회전각도 단축에 의하여 원점세팅 시간을 단축할 수 있고 동작범위내에 장애물을 설치가 가능해 지므로 로봇의 응용 범위를 확대할 수 있다.

로봇 이외의 공작기계 및 컴퓨터 수치제어 응용 장비에도 스위치 및 감지장치의 변경만으로 용이하게 적용 가능하다.

Claims

로봇의 원점세팅장치에 있어서, 관철 회전축(10)을 중심으로 한 회전판(11)과, 상기 회전판(11)의 외주연을 따라 방사상으로 설치된 다수의 브래킷(12)과, 상기 브래킷(12)의 회전 원주선 부근에 위치하여 설치된 원점센서(13)와, 상기 회전판(11)위의 일측면에 설치된 리미트 브래킷(14)과, 상기 리미트 브래킷(14)에 대응하여 설치된 리미트 센서(15)로 구성되고 제어수단에 의해 제어됨을 특징으로 하는 로봇의 원점세팅장치.
제1항에 있어서, 회전판(11)은 시계방향과 반시계방향으로 회전함을 특징으로 하는 로봇의 원점세팅장치.
제1항에 있어서, 다수의 브래킷(12)은 브래킷(12)사이의 간격이 등간격이 되지 않도록 상호 다른 간격으로 위치하여 설치함을 특징으로 하는 로봇의 원점세팅장치.
제1항에 있어서, 상기 원점센서(13)과 상기 리미트 센서(15)는 각 브래킷(12)사이의 간격보다 좁도록 위치하여 설치함을 특징으로 하는 로봇의 원점세팅장치.
제1항에 있어서, 제어수단은 원점센서 및 리미트 센서(13,15)와 엔코더(EZ,EA,EB)로 부터 외부 신호를 입력받아서 상기 입력된 신호를 분리하는 포토 아이소레이션(Photo Isolation)부(20)와, 입력 신호를 CPU(21)에 전달하기 위한 버퍼부(22)와, CPU(21)로 부터의 코멘트( Command:CMD)데이타(23')및 로드 데이타(23")를 보관하는 래치부(23)와, 로드 데이타(23")를 카운트하여 된 카운트 데이타(24')를 CPU(21)에 제공하는 업/다운 카운터부(24)와, 포토 아이소레이션부(20)를 통한 엔코드(EZ) 신호의 에지를 디텍트하는 에지 디텍션부(25)와, 상기 에지 디텍션부(25)출력과 상기 래치부(23)의 CMD데이타(23')출력이 더하여져서 업/다운 카운터부(24)의 로드구동신호를 발생시켜주는 앤드게이트(26)와, 다른 엔코더(EA,EB)신호를 체배하여 업/다운 카운터부(24)에 제공하는 방향판별 및 4체배부(27)로 구성됨을 특징으로 하는 로봇의 원점세팅장치.
제5항에 있어서, 버퍼부(22)는 CPU(21)에 리미트 신호(15'),원점신호(13') 및 Z상 신호(EZ')를 제공함을 특징으로 하는 로봇의 원점세팅장치.