KR100272234B1 - 로봇 관절의 원점 복귀 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 로봇 관절의 원점 복귀 방법은, 로봇의 제1암으로부터 임의의 위치에 있는 제2암의 동작 영역이 360°이내의 작업 범위를 가지는 로봇에 있어서, 1개의 센서와, 1개의 센서 감지판으로 구성되며, 상기 센서의 온(ON)여부에 따라서 시계 방향 혹은 시계 반대 방향의 원점의 방향을 판별하는 단계와, 상기의 회전 방향으로 제2암이 이동하여 상기 센서의 신호가 반전되는 위치를 찾음으로써 원점으로 복귀되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로 본 발명은 1개의 센서와 1개의 센서 감지판으로 이루어져 있기 때문에 그 구조가 간단하여 훨씬 경제적이며, 회전 관절 뿐만 아니라 직동 관절도 적용이 가능한 효과가 있다.

Description

로봇 관절의 원점 복귀 방법

본 발명은 로봇 관절의 원점 복귀 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터등의 관절 구동 장치와 파워를 증폭시키기 위한 감속기구등을 함께 사용하는 로봇의 관절축에서 구동 모터의 회전각 검출용으로 절대 위치 센서를 사용하지 않은 관절축에 유용하게 사용할 수 있도록 한 로봇 관절의 원점 복귀 방법에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 로봇은 조립 작업 분야에서 널리 사용되는 것으로 기계 가공의 자동화에 비하여 뒤진 조립 작업의 자동화에 관심을 갖게 되면서 본격적으로 대다수의 조립용 로봇이 도입되어 왔다.

이와 같은 조립용 로봇은 구조가 간단하고 가격이 싸고, 또한 모듈화에 의해 용도에 맞는 결합이 가능하여 널리 사용되는 직각 좌표 로봇과, 수평으로 배치한 2개의 관절을 가지고, 2개의 관절외에 상하 이동 및 손목을 회전하는 4자유도로 구성되는 수평 다관절 로봇과, 6개의 모터로 관절을 제어함으로써 3차원 공간에서의 위치, 방향 및 손목 회전의 6자유도를 자유로이 제어하고, 부품을 비스듬이 결합하는 등 복잡한 조립에 사용되는 수직 다관절 로봇등으로 분류된다.

상기한 바와 같은 로봇은 다수의 관절이 일정 각도로 이동하면서 조립작업을 수행하고 원 상태 즉, 원점으로 복귀되는 것을 반복하면서 정해진 작업을 행하게 되는 바, 이러한 로봇 관절의 원점 복귀 방법에는 여러 가지가 있다.

즉, 도1에 도시된 바와 같이, 로봇의 제2암(6)의 중심(c)에 부착되어 일정한 각도로 회전이 가능한 도그(Dog ; 4)와, 제2암(6)의 동작범위(θ)내에 부착된 3개의 포토센서 즉, 시계 반대 방향의 동작 한계 영역을 구분 짓도록 부착된 포토센서(+리미트센서;1)와, 상기 제2암(6)의 시계 방향의 동작 한계 영역을 구분짓도록 부착된 포토센서(-리미트센서;2)와, 상기 로봇의 제2암(6)아 제1암(5)의 위치와 일치되었는 지의 여부를 판별하도록 하는 포토센서(3)로 구성되어서, 전원을 투임하여 원점 복귀를 수행할 경우에 상기 제2암(6)이 제1암(5)이 위치한 원점 방향에 대해 시계 방향에 있는 지 또는 시계 반대 방향에 있는 지의 여부를 판별하기가 곤란하므로 상기 제2암(6)을 일단 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전시키면서, 상기 도그(4)가 포토센서(3)를 가려서 포토센서(3)에서 발사하는 광을 차단하는 경우에는 원점이라고 인식하는 방법이 있었다. 즉, 상기 제2암(6)이 시계 반대 방향으로 회전하다가 +리미트 센서인 포토센서(1)에 의해 시계 방향으로의 회전으로 전환되면, 시계 방향으로 회전하는 도중에 포토센서(3)에서 발하는 광을 도그(4)가 가리게 됨으로써 원점으로 인식하거나 또는 상기 제2암(6)이 시계 방향으로 회전하다가 -리미트센서인 포토센서(2)에 의해 시계 반대 방향으로의 회전으로 전환되면, 상기 시계 방향으로 회전하는 도중에 포토센서(3)에서 발하는 광을 도그(4)가 가리게 됨으로써 원점으로 인식하는 방법인 것이다.

그러나, 상기와 같은 방법으로 로봇의 원점 복귀를 수행할 경우에는 도그(4)의 구조는 간단하나, 무조건 시계 반대 방향으로 또는 시계 방향으로 회전하여야 하므로 제2암(6)이 원점에 복귀하기 위해서는 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라, 상기 도그(4)가 리미트 센서인 포토센서(1,2)까지 회전하였을 경우(제2암이 동작범위의 가장자리로 회전하였을 경우) 제1암(5)과 제2암(6)의 각도에 의해 핸드등이 본체에 충돌할 위험이 있었다.

또, 다른 로봇의 원점 복귀 방법은, 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 도그(8)가 제2암(6)의 동작 범위(θ)의 1/2만큼의 각도를 가짐과 동시에 상기 도그(8)의 한쪽 가장 자리가 상기 제2암(6)의 중심선에 위치하도록 하여, 상기 제1암(5)과 제2암(6)이 원점 상태에 있을 때, 포토센서(3)와 원점도그(9)의 한쪽 가장자리가 일치하도록 상기 원점도그(9) 및 포토센서(3)를 설치하고, 리미트 도그(8)는 도1의 경우와 동일하게 설치한다.

이에 따라, 도2에 도시한 바와 같이, 상기 제2암(6)의 방향은 원점 방향으로 왼쪽인 시계 반대 방향에 위치하고 있다는 것을 알 수 있다.

즉, 원점도그(9)와 포토센서(3)는 각도가 일치하지 않으므로 상기 원점도그(9)가 포토센서(3)를 가리지 않고 위치한 상태가 된다.

따라서, 포토센서(3)가 온 되었느 냐의 유무에 따라 제2암(6)의 방향이 원점 방향에 대해 왼쪽에 있는 가 또는 오른쪽에 있는 가를 판별할 수 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 로봇 관절의 원점 복귀 방법은, 제2암(6)이 어떤 위치에 있더라도 제1암(5)의 위치 즉, 원점을 향해 상기 제2암(6)을 회전시킬 수 있으므로 신속한 원점 복귀가 가능하고, 핸드의 충돌을 방지할 수 있다는 장점이 있는 반면에 제2암(6)에 직결된 서로 다른 각도를 가지는 2개의 도그(8,9)를 설치함과 동시에 포토센서(1)와 포토센서(3)의 높이가 도그(9)의 높이차 만큼 되도록 설치해야 한다는 구조적인 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 대한 민국 특허 출원 제90-20665호(1990년 12월 14일자)로 출원 등록된 바와 같이, 전원 투입후 원점 복귀가 필요한 로봇에서 로봇의 제2암이 어느 위치에 있더라도 항상 제1암의 위치 즉, 원점을 향해 정확하고 신속하게 복귀토록 하는 로봇 관절의 원점 복귀 방법을 제공하게 되는 바, 도5 내지 도7에 도시된 바와 같이, 도면부호 10은 로봇의 제1암이고, 20은 임의의 위치에 있는 로봇의 제2암이며, 40,50,60은 상기 로봇의 제2암(20)이 제1암(10)의 위치 즉, 원점으로 복귀하기 위해 일정한 간격으로 세 군데에 위치하여 필요한 광을 발광 및 수광하는 포토센서로서, 포토센서(40)는 시계 반대 방향으로의 로봇의 제2암(20)의 동작 범위의 한계점을 인식시켜 주며, 포토센서(60)는 시계 방향으로의 로봇의 제2암(20)의 동작 범위의 한계점을 인식시켜 준다.

또한, 도면 부호 70은 상시 포토센서(50)의 관을 차단(포토센서 온이라 가정)함으로써 상기 로봇의 제2암(20)의 위치 변동 상황을 판별토록 축(p)을 중심으로 회전가능하게 되어 있는 도그이다.

상기 세 개의 포토센서(40,50,60)는 모두 상기 도그(70) 쪽으로 광을 발사하도록 되어 있다.

한편, 상기 도그(70)는 제2암(20)의 동작영역(θ+1)이 (θ+1)/2＜360°-(θ+1)-- (식1)의 관계가 성립하도록 도5에 도시된 바와 같이, 부채꼴 형상으로 설치한다.

즉, 부채꼴 모양으로 설치된 도그(70)의 하부 각도(θDog)가 360°-(θ+1)+ε = θDog ----(식2) (여기서 ε 는 설치 오차를 감안한 여유 각도로서 1∼2°이다)의 관계가 성립하도록 도그(70)의 하부각도(θDog)를 조정하여 설치하면, 로봇의 제2암(20)이 원점상태(제1암(10)과 위치한 동일한 상태)에 있을 때 부채꼴 형상의 도그(70)의 하부가 포토센서(40)와 포토센서(60)와의 사이의 각도에 비해 크므로 포토센서(40,60)를 온하게 되어 로봇의 제2암(20)의 위치 판별이 가능한 것이다.

도7에 도시한 로봇의 원점 복귀 방법의 일례를 설명하면, 제2암(20)이 임의의 위치에서 정지하고 있는 상태에서 도시하지 않은 로봇의 콘트롤러에 전원을 투입하면, 콘트롤러에 시동 신호가 입력되어 콘트롤러로부터 도시한지 않은 소고도제어 회로에 제어 신호를 출력하여 가속시킨다.

만일, 제2암(20)의 작업 영역이 210°일 경우에 부채꼴 형상의 도그(70)의 아래 각도(θDog)는 상기 식2에 의해 360°-210°+2°= 152°가 되며, 상기 제2암(20)의 위치는 제1암(10)의 위치 즉, 원점에서 왼쪽 방향에 있으므로 도그(70)가 포토센서(60)를 가리게 됨으로써 포토센서(60)가 온된다.

이에 따라, 상기 식1이 성립하는 한 즉, 105°＜360°-210°=105°＜150°일 때, 제2암(20)이 +리미트 센서(포토센서(40)가 온되는 지점)까지 간다고 하더라도 도그(70)는 항상 상기 포토센서(60)를 온시키게 된다.

이와 같은 상태에서, 원점으로 복귀하기 위하여 제2암(20)을 시계 방향으로 이동시키면, 도그(70)가 포토센서(50)를 지나게 되고, 이 때, 상기 제2암(20)을 정지시킨 상태에서 포토센서(40)와 포토센서(60)가 동시에 온되면 로봇의 제2암(20)이 복귀하고자 하는 원점이라는 것을 판별할 수 있다.

즉, 상기 식2에서 도그(70)의 각도(θDog)를 포토센서(40,60)간의 각도에 비해 크게 구성하였으므로 제2암(20)이 원점에 있을 경우에는 포토센서(40,60)가 항상 온 되며, 이 때, +리미트 및 -리미트는 도그(70)의 윗 부분에 의해 포토센서(40) 또는 포토센서(60)를 온시킴으로써 판별이 가능한 것이다.

이어서 도8을 설명하면, S는 스텝(단계)를 의미한다.

먼저, 로봇의 원점 복귀가 시작되면, 스텝 S1에서 파원을 온시키고, 스텝 S2에서 제2암(20)을 동작시키며, 스텝 S3에서 포토센서(40)가 동작되는 지의 여부를 판별한다.

상기 스텝 S3에서의 판별 결과 포토센서(40)가 온되지 않았을 경우(No일 경우)에는 스텝 S31으로 나아가서 상기 제2암(20)을 시계 방향으로 히전시키며, 상기 스텝 S3에서의 판별 결과 포토센서(40)가 온되었을 경우(Yes일 경우)에는 스텝 S4에서 계속 제2암(20)을 플러스 방향으로 회전시킨다.

이어서, 스텝 S5에서 상기 제2암(20)이 시계 반대 방향으로 회전함으로써 포토센서(60)가 온되는 지의 여부를 판별하며, 상기 판별결과 포토센서(60)가 온되지 않았을 경우(No일 경우)에는 아직 원점이 아닌 것으로 판별하여 스텝 S4로 복귀하여 시계 반대 방향으로의 회전을 계속하고, 상기 포토센서(60)가 온되었을 경우(Yes일 경우)에는 상기 포토센서(60)에서 발사한 광이 도그(70)에 의해 차단되어 상기 포토센서(60)애 의해 수광되지 못함과 동시에 포토센서(40)에서 발사한 광도 도그(70)에 의해 차단되므로 스텝 S6에서 원점이라고 인식하여 종료한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 로봇 관절의 원점 복귀 장치는 원접 복귀를 위한 회전 방향을 결정하는 데 복수개의 포토센서와 부채꼴 형상의 감지판등으로 구성되어 장치의 구성이 복잡하고 제작 비용이 많이 들며, 또한 직동 관절에 적합하지 못하다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 1개의 센서와 1개의 센서 감지판을 사용하여 원점 복귀 기능을 수행하도록 하여 회전 관절 뿐만 아니라 직동 관절에도 적용하도록 한 로봇 관절의 원점 복귀 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 의한 로봇 관절의 원점 복귀 방법은, 로봇의 제1암으로부터 임의의 위치에 있는 제2암의 동작 영역이 360°이내의 작업 범위를 가지는 로봇에 있어서, 1개의 센서와, 1개의 센서 감지판으로 구성되며, 상기 센서의 온(ON)여부에 따라서 시계 방향 혹은 시계 반대 방향의 원점의 방향을 판별하는 단계와, 상기의 회전 방향으로 제2암이 이동하여 상기 센서의 신호가 반전되는 위치를 찾음으로써 원점으로 복귀되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도1은 종래의 로봇 관절의 원점 복귀를 수행하기 위한 장치의 구조도,

도2는 종래의 또 다른 로봇 관절의 원점 복귀를 수행하기 위한 장치의 구조도,

도3은 도2의 포토센서 및 도그의 구조도,

도4는 종래의 로봇 관절의 원점 복귀를 수행하는 동작도,

도5는 종래의 로봇 관절의 또 다른 원점 복귀 방법을 도시한 장치의 구조도,

도6은 도5에 적용되는 포토센서의 위치도,

도7은 종래의 로봇 관절의 원점 복귀를 수행하는 동작도,

도8은 종래의 로봇 관절의 원점 복귀 방법을 도시한 플로우 챠트,

도9는 본 발명에 의한 로봇 관절을 도시한 구조도,

도10은 본 발명에 의한 로봇 관절의 동작을 도시한 구조도,

도11은 본 발명에 의한 로봇 관절의 원점 복귀 방법을 도시한 플로우 챠트,

도12는 본 발명에 의한 로봇 관절의 원점 복귀 방법중 직동 관절을 도시한 구조도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 제1암 120 : 제2암

140 : 센서 150 : 센서 감지판

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 작용을 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도9는 본 발명의 로봇의 원점 복귀를 수행하기 위한 장치의 구조도이고, 도10은 본 발명의 원점 복귀를 수행하기 위한 동작도를 나타낸 것으로, 도면에서 부호 110은 로봇의 제1암이고, 120은 임의의 위치에 있는 로봇의 제2암이며, 140은 센서이며, 150은 센서 감지판으로서 로봇의 제2암(120)의 위치 변동 상황을 판별하도록 축(O)을 중심으로 회전 가능케 되어 있다.

이와 같이, 구성되는 본 발명에 의한 장치에 있어서, 로봇에 전원이 투입되면, 센서(140)는 온(ON) 혹은 오프(OFF)를 표시하게 되므로 센서(140)의 신호에 따라서 원점 복귀를 위한 초기 회전 방향(시계 혹은 반시계 방향)을 결정할 수 있게 된다.

상기에서 결정된 회전 방향으로 로봇의 제2암(120)을 원점까지 회전시키게 되면, 즉, 도10에 있어서, 시계 반대 방향으로 θ만큼 회전하게 되면, 센서(140)의 신호는 반전되고, 따라서 원점 복귀가 종료된다.

본 발명에 의한 로봇 관절의 원점 복귀 방법을 도11에서 설명하면, 먼저, 전원이 온(ON)상태에서 센서(140)가 온인지의 여부를 판단하여 센서(140)가 온이면, 로봇의 제2암(120)을 시계 반대 방향으로 회전시키게 되고, 상기 제2암(120)이 시계 반대 방향으로 회전하여 각도 θ만큼 이동하면, 상기 센서(140)는 그 신호가 오프된다. 이와 같이 센서(140)가 오프되면, 상기 제2암(120)은 원점으로 복귀된다.

또한, 만약 센서(140)가 오프 상태이면, 상기 제2암(120)은 시계 방향으로 회전하다가 센서(140)가 온되는 것이 감지되면, 원점으로 복귀된다.

도12는 센서(140)의 온 오프 신호에 따라 상기 제2암(120)이 회전 운동이 아닌 직선운동을 하는 로봇의 관절의 원점 복귀 방법을 나타낸 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 로봇 관절의 원점 복귀 방법에 의하면, 1개의 센서와 1개의 센서 감지판으로 이루어져 있기 때문에 그 구조가 간단하여 훨씬 경제적이며, 회전 관절 뿐만 아니라 직동 관절도 적용이 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 로봇의 제1암으로부터 임의의 위치에 있는 제2암의 동작 영역이 360°이내의 작업 범위를 가지는 로봇에 있어서,

   1개의 센서와, 1개의 센서 감지판으로 구성되며;

   상기 센서의 온(ON)여부에 따라서 시계 방향 혹은 시계 반대 방향의 원점의 방향을 판별하는 단계와;

   상기의 회전 방향으로 제2암이 이동하여 상기 센서의 신호가 반전되는 위치를 찾음으로써 원점으로 복귀되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 원점 복귀 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센서의 온(ON)여부에 따라서 상기 제2암이 + 및 -작업 방향으로 직선 운동하도록 되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 원점 복귀 방법.