KR0161829B1 - 다관절 로보트의 손목자세 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다관절 로보트의 손목 자세 결정을 복잡한 벡터식에 의하여 수행하지 않고 단순한 비교판단식에 의하여 수행하도록 함에 따라 로보트 제어 시간의 향상을 기하도록 하기 위하여, 현재 상태의 로보트 관절의 회전값과 다음 동작의 계산된 로보트 관절의 회전값을 비교하여 로보트의 손목 자세를 결정하도록 한 것이다.

Description

디관절 로보트의 손목자세 결정방법

제1도는 다관절 로보트의 손목자세 정의를 설명하기 위한 설명도.

제2도는 용접용 로보트의 전체적인 외형과 각축의 좌표계 및 회전축의 회전각을 나타내 보인 설명도.

제3도는 본 발명에 따른 손목자세 결정방법의 플로우 챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 손목 2 : 공구

본 발명은 다관절 로보트의 손목자세를 빠른 시간 내에 결정할 수 있도록 한 손목자세 결정방법에 관한 것이다.

일반적으로 회전관절을 갖는 다관절 로보트는 대략 제2도에 도시한 바와 같은 형태로서, 로어암(lower arm)(1)(이하 손목이라 칭한다.)의 손끝에 부착되어 작업을 실시하는 공구를 이동시킴에 따라 원하는 작업을 실시하는 것이다.

특히, 제2도에 도시된 로보트는 용접용 로보트의 예이다.

이때, 공구의 위치를 이동시키기 위해서는 공구끝점의 좌표값으로부터 각 관절값을 역으로 구하는 수식인 인버스 키네마틱스(Inverse Kinematic)를 풀어주어야만 한다.

여기에서, 인버스키네마틱스를 좀더 설명하면 다음과 같다.

제2도에 도시한 형태와 같은 용접용 로보트를 사용하여 어떤 공간상의 특정 위치, 즉 어느 일정점에 용접공구를 이동하여 용접을 실시하기 위해서는, 용접공구의 용접을 수행하는 부분을 용접이 필요한 부분에 일치시켜야 한다.

이를 위해서는 용접공구의 용접수행 부분을 공간상의 필요한 점에 일치되도록 로보트를 움직여 주어야 한다.

이와 같은 움직임을 로보트의 각 관절등의 회전량을 변화시켜줌에 따라 용접공구의 위치를 이동시키게 되는 것이다.

역으로 용접공구를 특정한 점으로 이동시키기 위해서는 로보트 각 관절의 회전량을 알고있을때 공구의 특정점의 위치를 구하는 방법을 다이렉트 키네마틱스(Direct Kinematics)라고 한다.

이와 반대로 공구의 특정점의 위치를 알고 있을때 로보트의 각 관절의 회전량의 값을 구하는 방법을 인버스 키네마틱스라고 하는 것이다.

일반적으로 인버스 키네마틱스의 해(解)는 유일하지 않다.

이것은 사람이 손끝으로 어떤 물건을 잡는다고 할 경우, 같은점에 손끝을 이동 시키더라도 손목이나 어깨의 회전량이 항상 일정하지 않는것과 같은 이유이다.

상기와 같은 실에 의하여 손목자세를 결정하는 경우에 있어서도, 로보트의 손목자체에 관련하여 2개의 값이 존재하게 되는데, 이것은 제1도에 도시한 바와 같이 손목(1)의 끝에 부착된 공구(2)의 끝점 위치가 동일하다고 하더라도, 손목(1)의 회전된 상태의 위치가 달라질 수 있다.

즉, 손목(1)의 방향을 두가지로 정의한다면, 제1도 (a)의 상태와 같이 위로 꺽여진 손목을 up상태, (b)의 상태와 같이 아래로 꺽어진 손목을 down상태라고 말할 수 있다.

이와 같이 서로 다른 상태의 손목자세를 결정하기 위하여, 종래에는 로보트의 관절값으로부터 현재 로보트의 손목 자세를 판단하는 수식을 풀어, up 또는 down 상태를 결정짓고, 다음에 취해야할 로보트의 자세로 하고 있다.

이것도, 다시 말하면 원활한 로보트의 동작을 얻기 위해서는 다음에 취해야할 로보트의 자세가 현재의 로보트의 손목자세를 유지해야 하기 때문이다.

현재 알려진 수식 방법으로는 다음의 수식을 사용한다.

그러나, 상기한 바와 같은 수식에 의하여 로보트의 손목자세를 알아내는 방법은 두번의 벡터 내적을 실시해야하기 때문에, 계산진행에 따른 시간이 소요되어 로보트의 신속한 제어가 이루어지지 못하는 단점으로 작용하였다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서 계산식을 실시하지 않고도 손목의 자세 결정을 신속하게 이룰 수 있도록 한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 현재 상태의 로보트 관절의 회전값과 다음 동작의 계산된 로보트 관절의 회전값을 비교하여 이전값과 유사한 것을 다음 동작 자세에서 관절값으로 결정하는 비교 판단식에 의하여 복잡한 계산식을 사용하지 않고도 로보트의 손목 자세를 결정하도록 한 것이다.

이와 같이된 본 발명을 첨부도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 제1도에 도시된 바와 같이 회전가능한 손목(1)을 갖는 로보트를 대상으로 한다.

이와 같은 로보트에서 직선 경로 운동을 제어하기 위해서는 전술한 바와 같이 인버스 키네마틱스를 풀어 로보트 각축의 관절값을 구해주어야 한다.

이때, 제1도의 (a)(b)와 같은 두가지의 손목 자세중 하나를 택하여 주어야 하는 상황에 대하여, 로보트의 원활한 운동을 위하여 다음 동작의 로보트 손목 자세는 현재 로보트의 손목 자세를 취하도록 해야 한다.

이에 대한 설명은 이에 전술한 바와 같다. 이때, 본 발명은 종래와 같이 계산식에 의하여 로보트의 자세를 결정하지 않고, 단순하게 현재 상태의 로보트 관절의 회전값과 다음 동작의 계산된 로보트 관절의 회전값을 비교하여, 이전값과 유사한 것을 다음 동작 자세에서의 관절값으로 결정해주는 것이다.

이를 제1도에 도시된 손목자세에서 설명하는, α라 명시된 값은 제2도의 θ₄에 해당하며, θ₄는 인버스 키네마틱스에 의해 구해진다.

만일, 다음 동작의 관절값으로 구한 θ₄가 현재의 θ₄와 가까우면 그대로 값을 취하고, 구해진 θ₄에 180°도를 더한값이 현재의 θ₄와 가까우면 구해진 θ₄+180°를 다음 동작의 관절값으로 취한다.

로보트의 손목자세가 제1도의 (b)와 같이 down 상태라면, γd와 βd는 각각 -γu, βu+180°가 된다.

(γd=-γu, βd=βu+180°

θ₅와 θ₆도 이를 고려하여 계산한다.

그러나, 알려진 인버스 키네마틱스를 푸는 겨우 θ₄의 자세만 결정되면 θ₅,θ₆은 이에따라 결정되어 up 또는 down의 관절값을 구할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 방법에 의하여 관절값을 구하는 과정을 프로우 차트로서 도면 제3도에 도시하였다.

제3도의 도면에서 θ₁,θ₂,θ₃를 구하는 절차는 종래와 동일하므로 생략하였다. 이와 같이 본 발명은 복잡한 벡터의 계산에 따라 손목자세를 신속하게 결정해 주게되므로 제어시간을 단축하여 로보트의 제어능력을 더욱 향상시켜 주게되는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. a) 손목의 초기 회전값(θ₄)을 설정하는 단계와, b) 손목의 현재 회전값(θ₄)을 입력하는 단계와, c) 손목에 부착된 공구의 끝점 좌표값 입력에 따라 인버스 키네마틱스에 의해 손목의 회전값(θ₄)을 구하는 단계와, d) θ₄+180°가 현재 θ₄와 보다 유사한가를 비교하는 단계와, e) 상기 d)단계의 비교값에 따라 유사하면 현재 θ₄+180°를 다음 θ₄로 결정하고, 유사하지 않으면 현재 θ₄를 다음 θ₄로 결정하는 단계에 의하여 다관절 로보트의 손목자세를 결정해주도록 함을 특징으로 하는 다관절 로보트의 손목 자세 결정방법.