KR101307521B1 - 로봇의 직접 교시 방법, 교시 데이터의 보정 방법 및 로봇 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예에 따른 로봇의 직접 교시 방법은, 로봇의 동작이 말단부에 장착되는 힘토크 센서를 통하여 측정되는 작업자의 교시력으로부터 결정되고, 상기 작업자에 의한 동작 정보가 교시 데이터로 저장되도록 하는 로봇의 직접 교시 방법으로서, 제 1 펙과 제 2 펙을 포함하는 삽입부품과, 상기 펙들 각각이 삽입될 수 있는 홀을 갖는 피삽입 부품이 준비되는 단계; 상기 제 1 펙의 중심 위치가 파악되는 단계; 상기 피부품 부품에 형성된 홀 중에서 상기 제 1 펙이 삽입되는 제 1 홀을 상기 제 1 펙에 1차 접합하는 작업이 상기 로봇에 의해 수행되는 단계; 상기 제 1 홀 내에 상기 제 1 펙을 삽입하는 1차 삽입이 수행되는 단계; 상기 삽입 부품의 제 2 펙에 상기 피삽입 부품의 제 2 홀의 접합이 상기 로봇에 의해 수행되는 단계; 및 상기 제 2 홀 내에 상기 제 2 펙을 삽입하는 2차 삽입이 수행되는 단계;를 포함한다.

Description

로봇의 직접 교시 방법, 교시 데이터의 보정 방법 및 로봇 제어 장치{Method for teaching directly a robot, method for amending teaching data, and apparatus for controlling the robot}

본 발명은 로봇의 직접 교시 방법과, 교시 데이터의 보정 방법 및 상기 로봇의 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇의 직접 교시 방법은 로봇 말단에 장착되는 힘/토크 센서로부터 작업자의 교시력이 측정되고, 그 교시력을 바탕으로 로봇의 운동 명령이 생성되는 방법을 일컫는다.

작업자의 직접 교시 이후 저장되는 로봇의 운동 명령이 순차적으로 로봇 각 축의 액츄에이터에 지령으로 전달됨으로써, 로봇은 이전 직접 교시 작업과 동일한 재생을 수행한다. 대부분의 산업용 로봇에 적용되는 직접 교시 방법은 이러한 위치 제어 기반으로 동작되기 때문에, 로봇의 힘 제어를 통해 접촉 작업을 수행하게 되면, 단순한 위치(방위) 교시 방법으로는 한계가 있다.

따라서, 두 부품간 접촉이 동반하게 되는 조립 작업을 수행할 때에는, 접촉력 신호는 로봇의 운동 명령(경로)을 결정하는 중요한 요소로 작용한다.

이러한 이유 때문에, 로봇의 직접 교시 방법은 복합형 힘/위치 제어기, 임피던스(혹은 어드미턴스) 제어기 등의 힘/제어 기반의 로봇 제어기를 사용함으로써, 보다 복잡한 조립 공정에도 적용이 가능하다. 예를 들면, 그라인딩, 펙인홀 작업 등이 제조 현장에서 로봇의 직접 교시 방법이 적용 가능한 대표적인 작업이라 할 수 있으며, 그 중에서 펙인홀 작업은 대부분의 접촉을 동반한 조립 작업에서 가장 기본적인 작업이라 할 수 있다.

단순히 한 개의 펙과 한 개의 홀로 구성되는 펙인홀 작업에 로봇을 통한 자동화 작업은 많은 연구가 수행되고 있으나, 2개 이상의 펙과 홀을 동시에 삽입하는 방법이나 서로 다른 길이를 갖는 펙을 홀에 삽입하는 복잡한 조립 작업에 적용하기가 어렵고, 다수의 센서를 사용하여야 한다는 이유로 로봇의 직접 교시 방법을 적용하는 사례는 미흡한 수준이다.
(특허문헌 1) KR2009-0056700 A

본 실시예는 로봇의 직접 교시 및 보정 방법에 대한 것으로서, 부품 결합부 형상이 복잡하거나 작업자의 직접 교시 작업만으로 접촉을 동반한 부품 조립 작업이 불가능할 경우에, 로봇에 의한 자동화 작업을 병행함으로써, 작업자가 보다 용이하게 직접 교시 작업을 수행할 수 있는 방법을 제안한다.

또한, 본 실시예에 따른 직접 교시 작업 이후에 저장되는 교시 데이터 중에서 로봇이 정지하는 구간의 데이터를 자동 또는 선택적으로 보정할 수 있도록 함으로써, 로봇의 재생 시간을 단축할 수 있는 방법을 제안한다.

본 실시예에 따른 로봇의 직접 교시 방법은, 로봇의 동작이 말단부에 장착되는 힘토크 센서를 통하여 측정되는 작업자의 교시력으로부터 결정되고, 상기 작업자에 의한 동작 정보가 교시 데이터로 저장되도록 하는 로봇의 직접 교시 방법으로서, 제 1 펙과 제 2 펙을 포함하는 삽입부품과, 상기 펙들 각각이 삽입될 수 있는 홀을 갖는 피삽입 부품이 준비되는 단계; 상기 제 1 펙의 중심 위치가 파악되는 단계; 상기 피부품 부품에 형성된 홀 중에서 상기 제 1 펙이 삽입되는 제 1 홀을 상기 제 1 펙에 1차 접합하는 작업이 상기 로봇에 의해 수행되는 단계; 상기 제 1 홀 내에 상기 제 1 펙을 삽입하는 1차 삽입이 수행되는 단계; 상기 삽입 부품의 제 2 펙에 상기 피삽입 부품의 제 2 홀의 접합이 상기 로봇에 의해 수행되는 단계; 및 상기 제 2 홀 내에 상기 제 2 펙을 삽입하는 2차 삽입이 수행되는 단계;를 포함한다.

또한, 본 실시예의 교시 데이터 보정 방법은, 로봇의 재생 동작에 대한 정보가 포함된 교시 데이터에 대해서, 시간 성분과, 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향에 대한 선속도 및 각속도 성분을 분석하는 단계; 상기의 분석 결과로부터 상기 교시 데이터 중 삭제 대상의 시간 구간을 판단하는 단계; 및 상기의 판단 결과에 따라, 상기 삭제 대상의 시간 구간을 삭제하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 실시예의 로봇 제어 장치는, 로봇의 동작을 제어하기 위한 교시 데이터를 생성하는 목표 경로 생성부; 상기 목표 경로 생성부에 의해 생성되는 교시 데이터가 저장되는 교시 데이터 저장부; 작업 상태 또는 상기 교시 데이터의 수정을 작업자가 선택하도록 하는 메뉴 화면이 표시되는 모니터링부; 및 상기 교시 데이터 저장부에 저장된 교시 데이터를 편집하여 수정된 교시 데이터를 생성하는 교시 데이터 편집부;를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 로봇의 동작 명령을 생성하기 위하여 티칭 펜던트 등이 불필요하게 되고, 기존의 로봇 전문 인력을 동원한 복잡한 프로그래밍 작업의 수고를 덜어줄 수 있는 장점이 있다.

또한, 기존의 직접 교시 기술의 한계를 극복함으로써, 제조 현장에서 적용이 어려웠던 복잡한 조립 작업에 직접 교시 기술의 적용이 가능하고, 작업자가 가진 한계(정밀 작업, 두 가지 이상의 동작을 동시에 수행하는 복합 작업 등)를 로봇의 통하여 극복하는 것이 가능하기 때문에, 작업자가 작업이 가능한 영역에서 숙달된 작업 기술을 반영할 수 있는 효율적인 업무 분담이 가능해지는 장점이 있다.

또한, 조립 작업에 불필요한 교시 데이터를 보정하는 것이 가능하므로, 전체 조립 작업에 대한 작업의 효율성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 실시예의 로봇 교시 방법을 설명하기 위한 삽입 부품과 피삽입 부품을 보여주는 도면.
도 2a는 본 실시예에 따른 로봇 제어 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3은 작업자의 직접 교시를 위한 주변 환경 환경을 보여주는 도면.
도 4는 본 실시예에 따라 피삽입 부품 모형을 삽입 부품의 제 1 펙에 삽입하는 모습을 보여주는 도면.
도 5는 본 실시예에 따라 외심을 이용하여 제 1 펙 상단면의 중심 위치를 파악하는 방법을 보여주는 도면.
도 6a는 본 실시예의 1차 접합 작업에서 작업자의 직접 교시 작업을 보여주는 도면.
도 6b는 본 실시예의 1차 접합 작업에서 홀과 펙 사이의 2점 접촉을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 실시예의 1차 접촉 작업에서 2점 접촉 작업의 순서를 보여주는 도면.
도 8은 1차 접합 상태에서 피삽입 부품과 삽입 부품 사이의 기구학적 분석을 보여주는 도면.
도 9는 본 실시예에 따른 피삽입 부품의 회전 각도와 로봇 툴 좌표계의 회전 시간 사이의 관계를 보여주는 도면.
도 10은 본 실시예에 따른 단위 회전 각도 변화에 대한 로봇 툴 좌표계의 회전 시간의 변화를 보여주는 도면.
도 11은 2차 접합 및 삽입 작업에서 두 부품간 접촉 발생을 보여주는 도면.
도 12는 본 실시예에 따라 로봇의 자동화 작업을 통해 2차 접합 작업을 보여주는 도면.
도 13은 본 실시예에 따른 교시 데이터 보정 및 재생 방법을 설명하는 흐름도.
도 14는 본 실시예에 따른 X, Z축 방향의 선속도의 일례를 보여주는 도면.
도 15는 본 실시예의 모니터링부를 통하여 교시 데이터 보정 방법에 대한 선택 화면을 보여주는 도면.
도 16은 본 실시예에 따른 교시 데이터 자동 보정 방법을 설명하는 흐름도.
도 17은 본 실시예의 모니터링부를 통하여 교시 데이터 선택 보정 화면을 보여주는 도면.
도 18은 본 실시예에 따른 교시 데이터 선택 보정 방법을 설명하는 흐름도.
도 19는 본 실시예에 따른 X, Z축 방향의 선속도의 다른 예를 보여주는 도면.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

설명에 앞서, 원활한 로봇의 직접 교시 작업을 위하여 인간-로봇 협업 시스템을 제외한 주변 작업 환경은 항상 일정하게 유지 및 보수 되어야 할 것이다. 그 예로, 작업대 상에 놓여진 부품은 위치 결정 및 고정 장치를 통해 일정한 위치 및 방위를 유지하도록 한다. 이때, 작업대는 항상 수평을 유지할 필요가 있다.

또한, 부품들은 일정한 간격과 동일한 방위를 유지하도록 설계된 팔레트(도 3의 도면부호 110 참조)위에 적재되고, 상기 팔레트 역시 항상 일정한 위치와 방위(로봇 기저(base) 좌표계와 방위와 평행)를 유지하도록 한다. 이러한 작업들을 본 발명의 실시예에서 '사전 작업'으로 정의할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 로봇 교시 방법을 설명하기 위한 삽입 부품과 피삽입 부품을 보여주는 도면이고, 도 1(a)에는 작업대에 위치하는 삽입 부품의 예가 도시되어 있고, 도 1(b)에는 로봇 그리퍼에 의하여 이송되는 피삽입 부품의 예가 도시되어 있다.

다만, 본 발명의 실시예를 적용함에 있어서는, 로봇 그리퍼에 의하여 삽입 부품이 이송되고, 작업대에는 피삽입 부품이 위치하는 것이 가능할 것이며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 삽입 부품이 작업대에 위치하고, 로봇 그리퍼에 의해 이동되는 것은 피삽압 부품으로 하여 설명을 하여 본다.

도 1을 참조하면, 삽입 부품(10)의 형상과, 상기 삽입 부품(10)의 펙이 삽입되는 홀을 갖는 피삽입 부품(20)의 형상들에 대한 예가 도시되어 있다.

상기 삽입 부품(10)의 펙(peg)(11,12)은 그 길이가 서로 다르면서, 그 중심축이 삽입 부품의 중심선과 만나며, 상단면이 원형이 될 수 있다. 그리고, 펙의 길이(l)의 상대적인 비교에 따라 제 1 펙(11)과, 제 2 펙(12)으로 구분할 수 있으며, 상기 제 1 펙(11)은 제 2 펙(12)의 길이(l)보다 상대적으로 더 크다.

또한, 상기 피삽입 부품(20)은 상기 삽입 부품(10)의 펙들(11,12)이 삽입될 수 있는 홀들(21,22)을 가지며, 상기 제 1 펙(11)이 삽입될 홈을 제 1 홀(21), 제 2 펙(12)이 삽입될 홀을 제 2 홀(22)이라 할 수 있다.

상기와 같이 그 길이가 상이한 펙들이 구비된 삽입 부품(10)을 상기 피삽입 부품(20)에 삽입하기 위한 로봇 교시 방법은, 작업자에 의한 직접 교시 작업과, 로봇에 의한 재생 작업으로 구분될 수 있다.

도 2a는 본 실시예에 따른 로봇 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2a에 도시된 로봇 제어 장치(50)는 로봇의 동작을 제어하기 위한 교시 데이터를 생성하는 목표 경로 생성부(51)와, 상기 목표 경로 생성부(51)에 의해 생성되는 교시 데이터가 저장되는 교시 데이터 저장부(52)와, 현재 작업 상태등이 표시되는 모니터링부(53)와, 상기 교시 데이터 저장부에 저장된 교시 데이터를 편집하는 교시 데이터 편집부(54)를 포함한다.

먼저, 작업자의 직접 교시 방법은 작업자의 동작 의도(로봇의 운동 속도 변화, 교시력 입력에 대한 로봇의 반응 속도 변화등)가 로봇 제어기 내부의 목표 동특성(경로) 생성부(51)를 통해 로봇의 운동 경로 및 동특성 정보로 변환되고, 해당 정보가 교시 데이터 저장부(52)에 저장된다.

그리고, 본 발명에서는 부품 결합부 형상이 복잡하거나 조립 방법이 어려워 작업자의 직접 교시만으로 작업이 불가능한 경우에 로봇이 작업자의 직접 교시 작업을 보조함으로써 작업자는 보다 쉽게 교시 작업을 수행할 수 있다.

특히, 작업자의 동작 의도가 내포된 로봇의 운동 경로 및 동특성 정보는 로봇의 각각의 축 엑츄에이터의 지령을 생성하고, 로봇 제어 장치(50) 내부의 교시 데이터 저장부(52)에 저장되며, 다양한 센서들로부터 전달되는 신호와 함께 상기 로봇 제어 장치의 모니터링부(53)에 표시되므로, 작업자는 현재 작업 상태가 원하는 교시 목표(로봇의 최종 위치 및 접촉력의 강도 등)에 도달하였는지 여부를 확인할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 로봇에 의한 재생 작업은, 로봇에 의한 교시 데이터의 자동 보정 또는 작업자에 의한 교시 데이터의 선택 보정을 포함한다. 즉, 상기 교시 데이터 저장부(52)에 저장된 교시 데이터가 교시 데이터 편집부(54)로 전달되고, 상기 교시 데이터 편집부(54)는 상기 교시 데이터 중에서 작업에 불필요한 데이터를 삭제 또는 이들의 편집을 수행할 수 있다. 여기서, 작업에 불필요한 데이터는 작업자가 현재 작업 상태를 관찰하거나 판단하는 순간과 같이 로봇의 축 엑츄에이터의 움직임이 없는 순간을 가리킨다.

또한, 상기 교시 데이터 편집부(54)는, 상기 로봇 제어장치(50)의 제어부로서 역할을 수행하며, 상기 교시 데이터 저장부(52)에 저장된 교시 데이터를 자동으로 보정하는 옵션과, 교시 데이터를 수동으로 작업자가 보정하는 옵션을 상기 모니터링부(53)에 표시되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 교시 데이터 편집부(54)는, 작업자의 선택에 따라, 교시 데이터를 자동으로 보정하거나, 보정 대상의 교시 데이터 구간에 대한 정보를 상기 모니터링부(53)에 표시함으로써 작업자가 직접 교시 데이터를 보정하도록 할 수 있다.

상세히, 상기 교시 데이터 편집부(54)는, 저장된 교시 데이터 중에서 시간(t), 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향 선속도(ν_x,ν_y,ν_z) 및 각속도(ω_x,ω_y,ω_z)를 해석할 수 있는데, 그 중에서도 축 방향 선속도가 모든 축에 대해서 0이 되는 해당 구간을 불필요한 교시 데이터로 판단하여 이를 삭제할 수 있다.

또한, 작업자에 의하여 수동 보정이 선택되는 경우에는, 상기 교시 데이터 편집부(54)는 시간(t), 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향 선속도(ν_x,ν_y,ν_z) 및 각속도(ω_x,ω_y,ω_z)를 해석한 다음, 상기 모니터링부(53)에 작업 소요 시간과, 각 방향 선속도가 모든 축에 대해서 0이되는 구간들의 정보를 표시할 수 있다. 이 경우, 작업자에 의해 선택되는 구간만이 교시 데이터에서 삭제된다. 이러한 방법에 대해서는, 첨부되는 도면을 참조하여 후술하여 본다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 로봇 제어장치에 의해서, 로봇은 연속적인 재생 동작이 가능해지므로, 전체 조립 작업을 수행하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 이후, 작업자가 모니터링부(53)의 재생 작업 스위치를 작동시킴으로써, 교시 데이터 편집부(54)에 의해 편집된 교시 데이터가 로봇 동작 명령 신호로 변환(신호 변환부는 미도시함)되고, 로봇의 각 축 엑츄에이터에 지령으로 전달됨으로써, 작업자의 직접 교시와 동일한 순서대로 로봇의 재생 작업이 수행된다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 교시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2b를 중심으로, 본 실시예의 로봇 교시 방법을 첨부되는 도면들과 함께 상세히 설명하여 본다.

본 발명의 실시예에 따라 작업자에 의한 직접 교시 작업과, 로봇에 의한 재생 작업으로 구분될 수 있으며, 크게 세단계로서, 삽입 부품을 구성하는 펙 중에서 상대적으로 그 길이가 긴 제 1 펙의 상단면 중심 위치를 파악하는 단계(S101)와, 1차 접합 및 삽입 단계(S102,S103)와, 2차 접합 및 삽입 단계(S104,S105)를 포함한다.

여기서, 도 3과 같은 사전 작업은 완료된 상태인 것으로 가정하며, 참고로, 도 3을 참조하면, 지면(G) 상에 팔레트(110)와 작업대(210) 상에 각각 피삽입 부품(20)과 삽입 부품(10)이 놓여있으며, 상기 피삽입 부품(20)은 로봇 그리퍼(120)에 의한 이동이 준비되어 있다. 그리고, 상기 로봇 그리퍼(120)는 로봇(101)에 연결되어 있으며, 교시용 핸들(130)이 로봇(101)에 연결되어 있다.

그리고, 교시용 핸들(130)에 연결된 로봇 그리퍼(120)의 좌표는, 툴 좌표로서 X_t와 Z_t로 도시되어 있으며, 상기 피삽입 부품(20)의 제 1 홀(21)과 제 2 홀(22)은 각각 X_h1,Z_h1과, X_h2, Z_h2로 도시되어 있으며, 상기 작업대(210)상에 위치한 삽입 부품(10)의 제 1 펙(11)과 제 2 펙(12)은 각각 X_p1,Z_p1과 X_p2,Z_p2로 도시되어 있다.

<제 1 단계 - 제 1 펙 상단면 중심 위치 파악>

직접 교시 방법의 첫 번째 단계는, 작업대(210)에 고정된 삽입 부품(10)의 두 개의 펙 중에서 지면(G)으로부터 펙의 상단면까지의 거리가 더 먼 펙(이하, 제 1 펙이라 함)(11)의 상단면 중심 위치를 파악하는 단계이다.

상기 제 1 펙(11)의 상단면 중심 위치는 로봇의 기저 좌표계 XY평면상에서 제 1 펙(11)의 상단면 중심점의 좌표로 표현된다. 상기 제 1 펙의 상단면 중심 위치를 파악하는 방법의 하나로 본 발명에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 홀의 개수가 1개인 피삽입 부품 모형(30)을 로봇 그리퍼(120)로 파지하며, 이때 로봇 툴 좌표계 Z축과 홀의 중심축은 서로 일치한다.

그리고, 작업자의 직접 교시를 통해 제 1 펙(11)에 삽입한다. 특히, 제 1 펙에의 삽입시에 로봇 툴 좌표계의 방위 변화가 일어나지 않도록 한다.

삽입 완료 후에는, 로봇 툴 좌표계의 XY평면 상 좌표는 홀 내부의 공차 때문에 로봇 기저 좌표계 XY 평면상에서 실제 제 1 펙의 상단면 중심점의 좌표로 간주하기가 어려울 수 있다. 따라서, 보다 정확한 펙 중심 위치를 파악하기 위하여, 본 실시예에 따른 펙 중심 위치 결정 방법을 수행할 수 있다.

즉, 도 5에는 본 실시예에 따라 외심을 이용하여 펙 상단면의 중심 위치를 파악하는 방법이 도시되어 있으며, 도 4에 도시된 피삽입 부품 모형(30)에 형성된 홀을 제 1 펙(11)의 외주면에 서로 다른 위치의 점접촉을 세 개 형성시킨다.

상세히, 상기 로봇 그리퍼(120)는 파지한 피삽입 부품 모형(30)의 홀이 상기 제 1 펙(11)의 외주면에 점접촉하도록 상기 피삽입 부품 모형(30)을 이동시키며, 특히, 상기 제 1 펙(11)의 외주면 상에 세 개의 서로 다른 위치의 점접촉이 이루어지도록 한다.

이러한 점접촉의 결과, 피삽입 부품 모형(30)의 홀 위치는 도면부호 5A, 5B, 5C와 같이 위치할 수 있으며, 이 때의 각 홀의 중심은 각각 로봇 툴 좌표계의 A(ｘ_a, ｙ_a), B(ｘ_b, ｙ_b), C(ｘ_c, ｙ_c)가 될 수 있다. 그리고, 3점 접촉시킨 다음 얻어진 각 위치의 홀 중심들(A,B,C)을 연결한 삼각형을 구하고, 상기 삼각형을 외접하는 원을 중심(외심)을 연산한다. 즉, 홀 중심들(A,B,C)을 모두 지나는 동심원을 그리고, 그 동심원의 중심을 연산할 수 있다.

이때, 원의 중심(외심)을 Ｏ(ｘ_o, ｙ_o)라고 한다면, 홀의 중심들로부터 외심까지 연결하는 직선은 외접원의 반지름과 동일하다(

).

그리고, 외접원의 중심과 각 홀들의 중심까지의 거리는,

,

가 되므로, 아래의 식(1)과 식(2)와 같은 선형 연립방정식을 얻을 수 있다.

상기의 수학식 1과 수학식 2는, 수학식 3과 같이 행렬 형태의 방정식으로 나타낼 수 있으며, 상기 수학식 3의 행렬을 계산하기 위하여 행렬의 양변에 역행렬을 곱하면, 수학식 4와 같이, 외심 즉, 제 1 펙의 중심 위치 Ｏ(ｘ_o, ｙ_o)를 계산할 수 있다.

그리고, 상기와 같은 방법에 의하여 정확한 상기 제 1 펙의 중심 위치Ｏ(ｘ_o, ｙ_o)를 계산(도 2b의 S101)할 수 있으며, 획득한 제 1 펙의 중심위치Ｏ(ｘ_o, ｙ_o)는 로봇 제어 장치(50)의 교시 데이터 저장부(52)에 저장하여 둔다.

<제 2 단계 - 1차 접합 및 삽입 단계>

직접 교시 방법의 두 번째 단계는, 실제 피삽입 부품(20)의 제 1 홀(21)을 삽입 부품(10)의 제 1 펙(10)에 접합 및 삽입하는 단계이다. 여기서, 1차 접합 작업은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 작업자의 직접 교시와 로봇의 보조(자동화) 작업을 통하여 수행된다.

직접 교시 방법의 두 번째 단계인, 1차 접합 작업(S102)과, 1차 삽입 작업(S103)에 대해서는, 첨부되는 도 6 내지 도 10을 참조하여 본다.

도 6a는 본 실시예의 1차 접합 작업에서 작업자의 직접 교시 작업을 보여주는 도면이고, 도 6b는 본 실시예의 1차 접합 작업에서 홀과 펙 사이의 2점 접촉을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 실시예의 1차 접촉 작업에서 2점 접촉 작업의 순서를 보여주는 도면이고, 도 8은 1차 접합 상태에서 피삽입 부품과 삽입 부품 사이의 기구학적 분석을 보여주는 도면이고, 도 9는 본 실시예에 따른 피삽입 부품의 회전 각도와 로봇 툴 좌표계의 회전 시간 사이의 관계를 보여주는 도면이고, 도 10은 본 실시예에 따른 단위 회전 각도 변화에 대한 로봇 툴 좌표계의 회전 시간의 변화를 보여주는 도면이다.

1차 접합 작업

본 실시예에 따른 직접 교시 방법의 두 번째 단계 중 1차 접합 작업은, 피삽입 부품(20)을 θ회전시키는 단계와, 피삽입 부품(20)과 삽입 부품(10)을 1점 접촉시키는 단계와, 피삽입 부품(20)을 Z_R0 방향으로 이동시키는 단계와, 상기 피삽입 부품(20)과 삽입 부품(10)을 2점 접촉시키는 단계를 포함한다.

작업자는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 정면에서 피삽입 부품(20)의 두 개의 홀들이 보일 수 있도록 로봇을 툴 좌표계의 X축 방향으로 회전시킨다. 그리고, 작업자는 직접 교시 작업을 통해 도 6a의 시선A처럼 피삽입 부품(20)의 홀 입구 가장자리(rim)가 제 1 펙(11)의 옆면 및 상단면 가장자리와 2점 접촉이 이루어지도록 로봇을 직선 이동시킨다.

이때, 접촉 순서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 홀 입구 가장자리를 제 1 펙의 옆면으로 접근시켜 1점 접촉을 형성하고, 상기 피삽입 부품(20)을

방향으로 이동시켜서 홀 입구 가장자리가 제 1 펙의 상단면 가장자리와 접촉되도록 한다.

상기 제 1 펙이 삽입되는 제 1 홀의 가장자리가 제 1 펙의 상단면 가장자리와 접촉하기 위해서는, 로봇 툴 좌표계 X축 기준으로 로봇을 회전시키는 각도가 먼저 결정되어야 할 필요가 있다.

따라서, 아래의 수학식 5와 같이, 펙과 홀의 지름 D_ｐ, D_ｈ(또는 홀의 공차 ｃ)를 통해 산출하고, 모터링부(53)의 교시 목표 표시창에 표시함으로써, 작업자의 직접 교시 작업이 정확히 이루어지도록 한다. 그리고, 상기 피삽입 부품과 삽입 부품인 제 1 홀과 제 1 펙의 접촉 여부는, 로봇 말단에 장착된 힘/토크 센서 신호를 출력하는 모니터링부(53)의 접촉력 표시창을 통해 판단할 수 있다.

상기의 1차 접합 상태는, 제 1펙의 선단면이 제 1 홀 내부 공간에 위치하면서 상기 선단면과 홀의 바닥면이 서로 평행하며 제 1 펙의 중심축과 제 1 홀의 중심축 역시 일치 또는 허용 공차 내에서 서로 평행한 상태라 할 수 있다. 이러한 1차 접합 상태에 도달하기 위해서, 작업자는 먼저 제 1 펙의 선단면 가장자리와 홀 입구 가장자리가 서로 떨어질만큼 피삽입 부품(20)을 도 7의

방향으로 이동시키고,

축을 기준으로 상기 피삽입 부품(20)을 θ만큼 회전시킨다.

이 경우, 상기 피삽입 부품(20)을 회전시킬 때, 두 부품간 기구학적 분석(도 8)에 의한 접합이 이루어진 상태의 로봇 툴 좌표계 정보가 모니터링부(53)의 교시 목표 표시창에 표시된다면 작업자는 현재 로봇 툴 좌표계 정보를 표시된 접합 상태의 로봇 툴 좌표계 정보에 일치하도록 교시 작업을 수행함으로써, 1차 접합 상태에 도달할 수 있다. 다만, 피삽입 부품의 회전축이 로봇 툴 좌표계 회전축 간의 거리상 편차가 발생하므로, 로봇이 상기 접합 상태에 도달하기 위해 작업자는 로봇 툴 좌표계의 위치와 방위가 동시에 변하도록 직접 교시 작업을 수행하여야 한다.

로봇 툴 좌표계의 위치와 방위가 동시에 변하는 직접 교시 작업은 작업자가 교시 힘과 교시 토크를 동시에 발생시켜 힘/토크 센서에 인가시켜야 하는 어려운 작업이 될 수 있으며, 부품간의 빈번한 접촉을 초래하거나 전체 작업 시간을 지연시키는 주요 원인이 될 수 있다.

이러한 상황이 발생하는 것을 억제하기 위하여, 본 실시예에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 2점 접촉 상태의 로봇 툴 좌표계{T₂}에서 1차 접합 상태의 로봇 툴 좌표계{T₃}로 변환하는 작업을 작업자의 직접 교시를 통해 수행하지 않고, 로봇의 자동화 작업으로 수행할 수 있다.

아래의 수학식 6과 수학식 7은, 피삽입 부품과 삽입 부품 각각의 치수와 두 물품 간의 기구학적 분석을 통해 도출한 2점 접촉 상태의 로봇 툴 좌표계와 1차 접합 상태의 로봇 툴 좌표계를 나타낸다.

여기서,

l_x : 좌표계 {R₂}의 X축 방향으로 Z축과 좌표계 {T₂}의 Z축까지의 거리

l_y : 좌표계 {H₁}의 Y축 방향으로 Z축과 좌표계 {T₂}의 Z축까지의 거리

l_z : 좌표계 {H₁}의 Z축 방향으로 Y축과 좌표계 {T₂}의 Y축까지의 거리

D_p, D_h : 제 1 펙과 제 1 홀 각각의 지름

d : 홀의 깊이

δ : 펙의 선단면 가장자리와 홀 입구 가장자리가 떨어진 거리(이 값은 회전시 불필요한 접촉이 일어나지 않는 범위 내에서 선택될 수 있음)

를 가리킨다.

본 실시예에 따라, 로봇의 자동화 작업을 통한 1차 접합 작업의 순서는, 피삽입 부품을 로봇 툴 좌표계 +Z축 방향으로 δ만큼 이동시킨 다음, 로봇 툴 좌표계 X축 방향으로 피삽입 부품을 단위 각도만큼 회전시키는 것과 함께 그 회전된 각도에 따라 피삽입 부품을 로봇 툴 좌표계의 Y 및 Z축 방향으로 이동시킨다. 여기서, 상기 단위 각도의 절대값은 로봇 제어 장치의 샘플링 시간과 동일할 수 있다.

따라서, 로봇 제어장치가 실시간 제어가 가능한 경우에, 도 9에 도시된 바와 같이, 피삽입 부품이 회전해야 할 전체 각도θ_n은 로봇 툴 좌표계의 전체 회전 시간t_n과 같다. 도 9에서, θ₀와 t₀ 각각은 회전이 일어나기 전 초기 각도와 시간, Δt는 샘플링 시간, Δθ는 단위 회전 각도, n은 매 샘플링 시간마다 이동하는 경유점의 개수를 나타내며, 이들 상호간의 관계를 식으로 표현하면 아래의 수학식 8과 같고, 피삽입 부품의 회전 각도와 로봇 툴 좌표계의 회전 시간 사이의 관계식을 나타내면 아래의 수학식 8와 같다. 특히, 수학식 8에서 n이 상수가 되기 위해서는, Δθ와 Δt의 소수점 자리수가 θ_n의 소수점 자리수보다 크거나 같아야 한다.

여기서, θn의 소수점 자리수 ≤ Δθ와 Δt의 소수점 자리수

상기와 같은 방법에 의하면, 로봇 툴 좌표계의 전체 회전 시간은 피삽입 부품의 전체 회전 각도와 일치하므로, 작업 속도를 조절하기 위해서는, 피삽입 부품의 회전 각도에 대한 로봇 툴 좌표계의 회전 시간이 자유롭게 변경되어야 한다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 피삽입 부품의 단위 회전 각도를 로봇 제어장치의 샘플링 시간에 이득값(k, 상수)을 곱한 값으로 결정한다면, 회전 경로 상의 경유점 개수는 이득값에 반비례하고, 단위 회전 각도는 이득값에 비례하므로, 동일한 피삽입 부품의 회전 각도에 도달하기 위한 시간은 해당 이득값에 반비례한다. 즉, 아래의 수학식 10과 같이, 실제 샘플링 시간을 바꾸지 않고 매 샘플링 시간마다 회전하는 단위 회전 각도를 k배 증가시킴으로써, 로봇이 툴 좌표계가 회전하는 시간(

)은 이전 시간(t_n)보다 k배 단축될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 로봇의 자동화 작업을 통한 1차 접합 작업은, 로봇 툴 좌표계를 2점 접촉 상태에서 1차 접합 상태로 변환하는 작업과 동일한 것이고, 상기 수학식 7의 목표 좌표계에 도달하기 위하여 각 성분들을 시간에 대한 함수 형태로 정리하면 아래의 수학식 11과 같아진다.

그리고, 로봇 툴 좌표계의 X축 방위 성분이 0(로봇 기저 좌표계의 방위와 일치, t_i=θ)이되는 순간까지 피삽입 부품은 로봇의 자동화 작업을 통하여 회전되며, 이와 함께 해당 회전 각도에 따라 피삽입 부품의 위치 이동도 병행된다. 그리고, 로봇 툴 좌표계가 1차 접합 상태에 도달하기 위하여 소요되는 시간은, 아래의 수학식 12와 같은 방법으로 계산할 수 있다.

1차 삽입 작업

본 실시예에 따라, 전술한 바와 같은 1차 접촉 작업이 완료된 다음에는, 피삽입 부품의 제 1 홀을 삽입 부품의 제 1 펙에 삽입하는 1차 삽입 작업이 수행된다. 상기의 1차 삽입 작업은 로봇을 통한 자동화 작업으로도 수행될 수 있으나, 작업 내용이 단순하기 때문에, 선택적으로 작업자의 직접 교시 작업을 통하여서도 수행될 수 있다.

삽입 작업 도중 삽입 방향(로봇 툴 좌표계 -Z축 방향)으로 발생되는 접촉력은 로봇 제어 장치의 모니터링부(53)에 표시되므로, 작업자는 삽입 깊이 또는 삽입 도중에 발생되는 문제점을 파악할 수 있다. 여기서, 삽입 깊이는, 후술하게 될 2차 삽입 단계 직전까지의 깊이를 의미한다.

1차 삽입 완료 상태까지의 변화된 로봇 툴 좌표계 정보 및 접촉력 정보를 로봇 제어기 내부의 교시 데이터 저장부(52)에 저장하여 둔다. 전술하였던 사전 작업을 통해 작업대 및 팔레트의 수평이 유지되고, 작업대 위의 삽입 부품이 항상 일정한 위치와 방위를 유지함과 동시에 로봇 그리퍼로 피삽입 부품의 파지시에 미끄럼이나 진동이 발생하지 않는다. 따라서, 홀의 중심축이 로봇 툴 좌표계 Z축과 서로 평행하다면, 최종적으로 홀의 중심축과 펙의 중심축은 서로 평행하게 된다.

다만, 상기의 사전 작업이 충분히 이루어지지 않은 경우에는, 상기 축간 평행 상태를 유지하기 어려우므로, 이러한 조건에서 수행된 직접 교시 작업은 이후 재생 작업시에 문제가 발생되기 쉽다. 따라서, 원활한 직접 교시 및 재생 작업을 위하여, 작업자의 직접 교시 작업시에는 상기의 사전 작업이 완벽히 이루어져야 할 것이다.

<제 3 단계 - 2차 접합 및 삽입 단계>

직접 교시 방법의 세 번째 단계는, 피삽입 부품의 남은 홀(제 2 홀)을 삽입 부품의 나머지 펙(제 2 펙)에 접합 및 삽입시키는 2차 접합 및 삽입 단계이다.

직접 교시 방법의 세 번째 단계인, 2차 접합 작업(S104)과, 2차 삽입 작업(S105)에 대해서는, 첨부되는 도 11 및 도 12를 참조하여 본다.

도 11은 2차 접합 및 삽입 작업에서 두 부품간 접촉 발생을 보여주는 도면이고, 도 12는 본 실시예에 따라 로봇의 자동화 작업을 통해 2차 접합 작업을 보여주는 도면이다.

전술한 1차 삽입 작업 후, 작업자는 로봇 툴 좌표계의 -Z축 방향으로 피삽입 부품을 계속 이동시켜, 제 2 펙(12)을 제 2 홀(22)에 삽입하는 작업을 수행한다.

1차 삽입 단계에서 삽입 부품의 두 펙 중심점을 서로 연결한 연장선과, 로봇 그리퍼에 파지된 피삽입 부품의 두 홀 중심점을 서로 연결한 연장선이 서로 평행한 2차 접합 상태이면서, 삽입 부품의 펙 중심축과 피삽입 부품의 홀 중심축 역시 서로 평행하다면, 2차 삽입 작업은 단지 로봇 툴 좌표계의 -Z축 방향으로 작업자의 직접 교시 작업을 통해 완료될 수 있을 것이다.

다만, 상기의 1차 삽입 작업 시에 언급된 작업자의 직접 교시를 위한 작업 조건이 불충분하거나, 2차 삽입 작업을 위해 필요한 작업 조건이 불충분한 경우에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 단순히 로봇의 수직 이동으로는 구현이 불가능할 수 있다.

따라서, 제 2 펙(12)의 중심축이 제 2 홀(22)의 중심축과 일치 또는 허용 오차 범위 이내에 위치하는 2차 접합 상태에 이르기 위해서는, 로봇은 제 1 펙과 제 1 홀이 서로 결합된 상태에서 상기 제 1 펙의 중심축을 기준으로 회전 운동이 이루어져야만 한다. 다만, 이때, 제 1 펙의 중심축과 실제 회전이 일어나는 로봇의 회전축(로봇 툴 좌표계 Z축)이 서로 일치하지 않기 때문에(축간 거리상 편차 발생), 상기 로봇의 회전 운동은 피삽입 부품의 홀 공차 내에서 이루어져야 한다.

이러한 작업 조건 하에서, 작업자의 직접 교시 작업으로 2차 접합 상태에 이르기에는 소정의 어려움이 따를 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 작업자의 직접 교시 작업만으로 2차 접합 및 삽입 상태에 도달하지 못한 경우에 두 부품 간 일정한 접촉력(모니터링부를 통해 관측 가능)을 유지하면서, 제 1 펙의 상단면 중심점을 원의 중심으로 하고, 상기 중심점과 로봇의 툴 좌표계 원점까지의 거리를 반지름으로 하는 원 궤적을 그린다. 그리고, 상기의 웬 궤적의 위치 정보와 방위 정보를 로봇 툴 좌표계의 각 성분의 함수로 정의하고, 실제 로봇 툴 좌표계가 해당 정보들을 추종함으로써 2차 접합 작업이 완료되고, 모니터링부에 표시된 두 부품간 접촉력이 사라지는 것으로 작업 완료 상태를 확인할 수 있다.

그리고, 작업자의 직접 교시 첫 단계에서 로봇 툴 좌표계의 XY평면 좌표값으로 저장된 제 1 펙의 상단면 중심점 좌표와, 2차 접합 작업 직전의 로봇 툴 좌표계 XY평면 좌표를 알고 있을 경우에, 상기 로봇의 회전 방향은, 표 1과 같이, X, Y축 변위값 기호에 의해 결정된다. 여기서, 변위값은 로봇 툴 좌표계 XY평면 좌표에 대한 제 1 펙의 상단면 중심점 좌표의 상대 위치를 의미한다.

X축 변위값 기호	Y축 변위값 기호	로봇의 회전 방향 (수학식 13의 X축 위치성분 기호, Y축 위치성분 기호)
+	+	시계방향(+,-)
+	-	반시계 방향(+,+)
-	+	반시계 방향(-,-)
-	-	시계 방향(-,+)

표 1은, 로봇 툴 좌표계 위치 정보에 따른 로봇의 회전 방향 및 수학식 13의 기호 결정을 나타낸다.

예를 들어, 로봇 툴 좌표값이 (5,3)이고, 제 1 펙의 중심 좌표값이 (6,2)일 경우에, X축 변위값은 -1이고, Y축 변위값은 +1이기 때문에, 표 1로부터 로봇의 회전 방향은 반시계 방향이 된다.

상기의 수학식 13에서 X, Y축 위치 성분에 대한 함수는, '±'기호를 포함하고 있는데, 이 기호는 상기의 표 1에서와 같이, 로봇 툴 좌표계의 XY평면 좌표에 대한 제 1 펙의 중심 좌표의 상대 위치(X, Y축 변위값)에 따라 그 기호가 결정된다.

2차 접합 작업을 위하여, 로봇이 추종하여야 할 상기 원 궤적의 위치 정보와 방위 정보는 수학식 13과 같이, 샘플링 시간에 대한 로봇 툴 좌표계 각 성분의 함수 형태로 표현될 수 있다. 여기서, R은 제 1 펙의 중심점에서 로봇의 툴 좌표계 중심점까지의 거리를 나타내며, 아래의 수학식 14로부터 계산할 수 있으며, Φ는 삽입 부품의 두 개의 펙들의 중심점을 서로 연결한 연장선과 로봇 그리퍼에 파지된 피삽입 부품의 두 홀들의 중심점을 서로 연결한 연장선이 이루는 각도이며, 아래의 수학식 15로부터 계산할 수 있다.

상기와 같은 2차 접합 작업을 완료한 다음에는, 피삽입 부품의 제 2 홀을 삽입 부품의 제 2 펙에 삽입하는 2차 삽입 작업이, 전술한 1차 삽입 작업과 마찬가지로 작업자의 직접 교시 작업을 통하여 수행될 수 있다.

이러한 삽입 작업 도중에, 삽입 방향(로봇 툴 좌표계의 -Z축 방향)으로 발생되는 접촉력은 로봇 제어 장치의 모니터링부(53)에 표시되므로, 작업자는 삽입 깊이 또는 삽입 도중에 발생되는 문제점을 파악할 수 있다. 2차 삽입 완료 상태까지의 변화된 로봇 툴 좌표계 정보 및 접촉력 정보를 로봇 제어 장치의 교시 데이터 저장부(52)에 저장하여 둔다.

이상에서와 같이, 도 2b에 도시된 본 실시예의 직접 교시 작업의 세부 단계들이 수행될 수 있으며, 이러한 방법에 의하여 획득된 교시 데이터들은 상기 교시 데이터 저장부(52)에 저장된다. 그리고, 상기 교시 데이터 저장부(52)에 저장된 교시 데이터는 교시 데이터 편집부(54)를 거치면서 로봇의 재생 작업이 이루어진다.

이하에서는, 로봇에 의한 재생 작업을, 첨부되는 도 13 내지 도 19를 참조하여 본다.

도 13은 본 실시예에 따른 교시 데이터 보정 및 재생 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 14는 본 실시예에 따른 X, Z축 방향의 선속도의 일례를 보여주는 도면이고, 도 15는 본 실시예의 모니터링부를 통하여 교시 데이터 보정 방법에 대한 선택 화면을 보여주는 도면이고, 도 16은 본 실시예에 따른 교시 데이터 자동 보정 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 17은 본 실시예의 모니터링부를 통하여 교시 데이터 선택 보정 화면을 보여주는 도면이고, 도 18은 본 실시예에 따른 교시 데이터 선택 보정 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 19는 본 실시예에 따른 X, Z축 방향의 선속도의 다른 예를 보여주는 도면이다.

본 실시예에 따른 로봇에 의한 재생 작업은 교시 데이터 저장부(52)에 저장된 로봇의 운동 경로 및 동특성 정보가 로봇 동작 명령 신호로 변환되고, 각 축의 엑츄에이터에 제어신호로 전달되는 과정에서 도 13에 도시된 바와 같은 교시 데이터의 보정 작업이 수행된다.

상세히, 로봇 제어 장치에 포함되는 교시 데이터 저장부(52)에 저장된 교시 데이터가 교시 데이터 편집부(54)로 전달됨으로써, 작업에 불필요한 데이터는 로봇에 의하여 자동 편집(S201) 또는 작업에 의한 선택적 편집(S202)이 수행될 수 있다. 여기서, 작업에 불필요한 데이터는, 작업자가 현재 작업 상태를 관찰하거나 판단하는 순간의 교시 데이터 등과 같이, 작업을 지연시키는 시간 단위라 할 수 있다.

이와 같은 교시 데이터의 편집을 통해서 로봇은 연속적인 재생 동작이 가능해지고, 이로 인하여 전체 작업을 수행하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 그리고, 작업자가 모니터링부의 재생 작업 스위치(미도시)를 작동(S203)시킴으로써, 교시 데이터 편집부에 의하여 편집된 교시 데이터가 로봇의 동작 명령 신호로 변환(S204)되고, 변환된 명령 신호는 로봇의 각 축의 엑츄에이터에 지령(제어신호)으로 전달(S205)됨으로써, 작업자의 직접 교시와 동일한 순서대로 로봇의 재생 작업이 수행된다.

교시 데이터의 편집(보정)의 대상이 되는 구간은, 로봇의 재생 작업 중, 로봇의 운동 속도가 0인 경우가 될 수 있다. 이 경우, 로봇에 어떠한 동작도 발생되지 않는 정지된 상태라 할 수 있기 때문이다. 작업자의 직접 교시 작업중에 로봇이 정되는 경우는, 크게 작업자가 의도하지 않는 정지와, 의도된 정지로 구별될 수 있다. 의도하지 않은 정지의 원인은 작업자가 현재 작업 상태를 관찰하거나 다음 직접 교시 동작을 구성하거나 결정하기 위함이고, 의도된 정지의 원인은 다른 기계 시스템과의 연계된 동작을 수행하거나 작업 중에 의도된 시간적 지연이 필요한 경우가 될 수 있다.

그 중, 작업자의 직접 교시 작업 중 의도하지 않은 정지는 전체 작업 시간의 지연을 야기하고, 작업 효율성 저하와 직결되므로, 이러한 의도하지 않은 정지 시간에 해당되는 교시 데이터는 불필요한 교시 데이터로 간주될 수 있다. 이러한 의도하지 않은 정지 시간이 포함되는 교시 데이터 및 이의 보정에 대해서는, 아래의 표 2와 도 14를 참조하여 본다.

상기의 표 2는 작업자의 직접 교시 작업을 통해 저장된 교시 데이터 중에서 시간에 따른 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향 선속도를 나타내고 있으며, 도 14는 표 2에서 X, Z축 방향의 선속도를 그래프로 표현한 도면이다.

표 2에서는, 로봇이 정지한 순간은 최초 직접 교시 작업을 시작하는 순간부터 약 1.66초, 약 4.55초부터 6.27초, 약 10.87초부터 12.11초, 및 약 15.35초부터 작업이 종료된 시간인 16.5초까지로 기재되어 있다. 이 시간들을 모두 합한 6.02초를 작업에 소요된 시간에서 감하면 약 10.73초에 로봇에 의한 재생 작업을 수행할 수 있으므로, 대략 35.9%의 재생 작업 시간을 감소시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 로봇 재생 시간을 효과적으로 줄이기 위해서, 본 발명에서는 교시 데이터 저장부에 저장된 교시 데이터 중에서 로봇이 정지된 순간의 교시 데이터를 삭제하고, 실제 로봇이 동작하는 순간의 교시 데이터들을 순서대로 연결한 보정된 교시 데이터를 로봇에 의한 재생 작업에 사용한다.

이러한 교시 데이터의 보정은, 작업자의 선택에 따라 로봇에 의한 자동 보정과, 작업자의 선택적 보정이 이루어질 수 있다.

도 15를 참조하면, 로봇 제어 장치의 모니터링부를 통해서 교시 데이터를 자동으로 보정할 것인지, 작업자가 직접 삭제할 구간을 선택하도록 할지에 대한 메뉴 화면을 표시할 수 있다. 이러한 메뉴 화면에서, 교시 데이터 보정 방법이 선택되면, 해당되는 각 보정 방법의 흐름에 따라 교시 데이터의 보정 작업이 수행된다.

먼저, 작업자에 의하여 교시 데이터의 자동 보정이 선택되는 경우에 대해서는, 도 16을 참조하여 본다.

먼저, 교시 데이터의 자동 보정 방법은, 저장되어 있는 교시 데이터에 대해서, 시간(t)과, 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향 선속도(ν_x,ν_y,ν_z)와 각속도(ω_x,ω_y,ω_z)를 해석하며(S301), 아래의 보정 방법은, 해당 교시 데이터의 시간(t)이 교시 데이터 종료 시간(t_f)에 이를 때까지 반복 수행된다.

교시 데이터에 대해서 시간(t)과, 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향 선속도(ν_x,ν_y,ν_z)와 각속도(ω_x,ω_y,ω_z)를 해석의 다음 단계로, 각 축방향의 선속도(ν_x,ν_y,ν_z)와 각속도(ω_x,ω_y,ω_z)들에 대해서, 선속도와 각속도 모두 모든 축방향에 대해서 0인 경우와, 선속도와 각속도 중 어느 하나라도 0이 아닌 경우를 판단한다(S302).

즉, 모든 축 방향에 대해서 선속도와 각속도가 모두 0인 경우(즉, 정지 구간)에는, 로봇이 완전히 정지한 상태를 가리키므로, 삭제 대상의 시간 구간이 된다.

반면에, 축 방향에 대한 선속도와 각속도의 성분 중에서 0이 아닌 시간 구간에 대해서는, 이전에 정지구간의 교시 데이터가 삭제된 경우에는 해당 시간 구간의 시작시간과 종료시간을 수정하여야 한다. 왜냐하면, 의미있는 교시 데이터의 시작 시간 이전에 불필요한 교시 데이터의 삭제가 있었던 경우에는, 해당 의미있는 교시 데이터의 시작 시간과 종료 시간을 수정하여야 로봇 재생의 작업이 연속적으로 이루어지기 때문이다.

따라서, 상기 S302 단계의 판단에 의해, 모든 축 방향에 대한 선속도와 각속도가 0인 경우에는 S303단계로 이동하여 해당 교시 데이터의 자동 삭제가 이루어지고, 축 방향에 대한 선속도와 각속도 중 어느 한 축에 대한 속도가 0이 아닌 경우에는 S306단계로 이동하여 해당 교시 데이터의 시작 시간과 종료 시간이 수정이 이루어질 수 있다.

먼저, 모든 축 방향에 대한 선속도와 각속도가 0인 경우에, 해당 정지구간에 해당되는 교시 데이터를 자동으로 삭제하고, 해당 정지 구간의 시작 시간과 종료 시간을 각각 t_si, t_sf로 하고, 이들의 차이를 정지 시간(T_d)라 정의한다(S304). 그리고, 이후에 정지 구간에서 산출되는 정지 시간은 이전 정지 구간에서 산출되는 정지 시간과 계속하여 합산(누적)된다(S305).

이러한 방법을 통해서, 정지 구간이 여러 차례 존재하여 해당 교시 데이터들이 삭제된 다음에, 나타나는 의미있는 교시 데이터는 누적된 정지 구간의 시간이 반영되므로, 해당 교시 데이터의 시작 시간과 종료 시간을 연산하기가 용이해진다.

반면에, 상기 S302단계에서의 판단 결과, 어느 하나의 축방향에 대한 선속도 또는 각속도에 0이 아닌 성분이 포함되어 있는 경우에는, S306 ~ S309 단계를 거치면서 해당 교시 데이터의 시작 시간과 종료 시간을 수정하는 과정이 수행된다.

즉, 축 방향 속도 중 어느 하나라도 0이 아닌 경우에는, 해당 교시 데이터들의 해당 구간의 시작 시간과 종료 시간(S306)을 각각 t_mi, t_mf 로 하고(S307), 상기 정지 시간(T_d)과의 차이를 각각 보정된 초기 시간(T_a) 및 보정된 최종 시간(T_b)로 정의(S308)하고, 해당 구간에서 교시 데이터의 초기 및 종료 시간으로 교체한다(S308).

그리고, 보정된 최종 시간에 샘플링 시간을 더한 시간의 교시 데이터 중 로봇 툴 좌표계의 선속도 및 각속도를 모두 0으로 두는 경유점 데이터를 추가하는데, 이러한 경유점 데이터로부터 직접 교시 작업의 세부 단계가 구별된다. 이러한 자동 보정 방법은, 각 축 방향의 속도성분들의 해석 시간이 직접 교시 종료 시간(t_f)이 될 때까지 계속해서 반복된다(S310).

한편, 도 15의 보정 방법 선택 메뉴에서, 작업자가 선택 보정을 선택하는 경우에 대해서는, 도 17 내지 도 19를 참조하여 본다.

다만, 앞선 도 16 및 그에 대한 설명과 중복되는 설명에 대해서는 생략하니, 이 점 유의하여야 한다.

먼저, 로봇 제어 장치가 저장된 교시 데이터에 대해서, 시간(t)과, 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향 선속도(ν_x,ν_y,ν_z)와 각속도(ω_x,ω_y,ω_z)를 해석하며(S401), 도 17과 같이 정지 구간으로 판단되는 각 구간에 대한 정보가 포함된 메뉴 화면을 모니터링부를 통해 출력한다. 이러한 메뉴 화면은, 작업 소요 시간, 로봇 툴 좌표계의 모든 축 방향의 선속도 또는 각속도가 0인 구간과, 해당 정지 구간에 대한 시간의 상세 정보 및 삭제 선택 버튼등을 포함할 수 있다.

이러한 선택 메뉴를 통해서, 작업자는 원하는 구간의 교시 데이터만 선별적으로 삭제하는 것이 가능하고, 삭제되지 않은 교시 데이터들을 순서대로 연결한 교시 데이터로 보정할 수 있다.

도 18에 도시된 흐름의 순서도는 앞선 도 16에 도시된 순서도와 유사하지만, 자동 보정 방법은 로봇 툴 좌표계의 모든 축 방향의 선속도 및 각속도가 0인 경우에 교시 데이터 편집부가 모두 자동으로 삭제하였으나, 선택 보정 방법은 상기 교시 데이터의 삭제를 작업자가 선택할 수 있고, 선택의 결과에 따라 로봇이 정지한 시간(T_d)이 결정된다.

즉, 작업자가 교시 데이터를 삭제할 경우에, 상기 정지 시간 산출 방법은, 자동 보정 방법과 동일하지만, 작업자가 데이터를 삭제하지 않은 경우에 상기 정지 시간을 0으로 결정한다. 이러한 작업을 통하여, 보정된 초기 시간(T_a)과 보정된 최종 시간(T_b)에도 영향을 미치게 되므로, 해당 교시 데이터의 시간 교체 작업시에 의도되었던 로봇 정지 구간을 보존할 수 있게 된다.

위의 표 3은 상기 보정 방법 중에서 자동 보정 방법을 통해 도출된 교시 데이터의 보정 결과를 나타낸다. 표 3에 나타나 있는 바와 같이, 누적된 로봇의 정지 시간(T_d), 기존 작업 시간과 변경된 작업 시간, 연속적인 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향의 선속도 및 각속도, 경유점 데이터 및 보정 전후의 작업 소요시간을 얻을 수 있고, 이러한 결과 중에서 시간에 따른 로봇 툴 좌표계의 X, Z축 방향 선속도를 그래프로 나타내면 도 19와 같다.

도 19에 도시되어 있는 바와 같이, 보정 전 교시 데이터를 나타내는 도 14에 비하여 보정 후 교시 데이터를 사용하여 로봇 재생 작업을 수행하면 대략 6.02초의 작업 시간이 단축되므로, 그에 따른 생산 효율성 증대를 기대할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예는, 의료, 국방, 건선 분야 등 다양한 기술분야에 적용가능할 것이며, 본 발명의 실시예에 의해서 교시 데이터의 수정으로 인한 작업 능률의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (7)

1. 로봇의 동작이 말단부에 장착되는 힘토크 센서를 통하여 측정되는 작업자의 교시력으로부터 결정되고, 상기 작업자에 의한 동작 정보가 교시 데이터로 저장되도록 하는 로봇의 직접 교시 방법으로서,
   제 1 펙과 제 2 펙을 포함하는 삽입부품과, 상기 펙들 각각이 삽입될 수 있는 홀을 갖는 피삽입 부품이 준비되는 단계;
   상기 제 1 펙의 중심 위치가 파악되는 단계;
   상기 피삽입 부품에 형성된 홀 중에서 상기 제 1 펙이 삽입되는 제 1 홀을 상기 제 1 펙에 1차 접합하는 작업이 상기 로봇에 의해 수행되는 단계;
   상기 제 1 홀 내에 상기 제 1 펙을 삽입하는 1차 삽입이 수행되는 단계;
   상기 삽입 부품의 제 2 펙에 상기 피삽입 부품의 제 2 홀의 접합이 상기 로봇에 의해 수행되는 단계; 및
   상기 제 2 홀 내에 상기 제 2 펙을 삽입하는 2차 삽입이 수행되는 단계;를 포함하고,
   상기 삽입 부품은 적어도 2이상의 펙을 갖고,
   상기 제 1 펙은 상기 제 2 펙 보다 크기가 큰 것으로서, 중심 위치를 파악하는 펙은 상기 제 1 펙인 로봇의 직접 교시 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 홀을 상기 제 1 펙에 1차 접합하는 작업은,
   상기 제 1 홀을 포함하는 피삽입 부품을 상기 삽입 부품의 제 1 펙의 상단면에 대해 소정 각도(θ)만큼 기울이는 단계와,
   상기 제 1 펙의 외주면과, 상기 제 1 홀의 입구 가장자리가 1점 접촉하는 단계와,
   상기 피삽입 부품을 이동시켜 상기 제 1 펙과 상기 제 1 홀의 입구 가장자리가 2점 접촉하는 단계를 포함하는 로봇의 직접 교시 방법.
4. 로봇의 재생 동작에 대한 정보가 포함된 교시 데이터에 대해서, 시간 성분과, 로봇 툴 좌표계의 각 축 방향에 대한 선속도 및 각속도 성분을 분석하는 단계;
   상기의 분석 결과로부터 상기 교시 데이터 중 삭제 대상의 시간 구간을 판단하는 단계; 및
   상기의 판단 결과에 따라, 상기 삭제 대상의 시간 구간을 삭제하는 단계;를 포함하고,
   상기 삭제 대상의 시간 구간을 삭제하는 단계는,
   상기 삭제 대상의 시간 구간들에 대해서 자동 삭제 또는 선택적 삭제를 선택할 수 있는 메뉴 화면을 디스플레이하는 단계를 포함하는 교시 데이터의 보정 방법.
5. 삭제
6. 로봇의 동작을 제어하기 위한 교시 데이터를 생성하는 목표 경로 생성부;
   상기 목표 경로 생성부에 의해 생성되는 교시 데이터가 저장되는 교시 데이터 저장부;
   작업 상태 또는 상기 교시 데이터의 수정을 작업자가 선택하도록 하는 메뉴 화면이 표시되는 모니터링부; 및
   상기 교시 데이터 저장부에 저장된 교시 데이터를 편집하거나, 상기 교시 데이터의 일부를 삭제하는 것에 의하여 수정된 교시 데이터를 생성하는 교시 데이터 편집부;를 포함하는 로봇 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 교시 데이터 편집부는,
   상기 교시 데이터 저장부에 저장된 교시 데이터를 시간과, 축 방향에 대한 선속도 및 각속도로부터 해당 교시 데이터의 수정여부를 판단하는 로봇 제어 장치.

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