KR101307782B1 - Direct teaching and playback method of robot and robot control system - Google Patents

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KR101307782B1 KR1020110081535A KR20110081535A KR101307782B1 KR 101307782 B1 KR101307782 B1 KR 101307782B1 KR 1020110081535 A KR1020110081535 A KR 1020110081535A KR 20110081535 A KR20110081535 A KR 20110081535A KR 101307782 B1 KR101307782 B1 KR 101307782B1
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Abstract

본 발명은 로봇의 직접 교시 및 재생 방법에 관한 것으로서, 작업자의 직접 교시에 의해 로봇을 통하여 작업을 수행하는 직접 교시 작업 단계; 및 상기 직접 교시되어 저장된 데이터에 기초하여 로봇을 재생함으로써 작업을 수행하는 재생 작업 단계를 포함하며, 상기 직접 교시 작업 단계는 작업자의 교시력 및 로봇의 운동 속도 중 하나 이상을 관측하고, 관측된 상기 교시력 및 로봇의 운동 속도 중 하나 이상을 기 설정된 경계값과 비교하여 작업자의 동작 의도를 로봇이 인지하고, 비교 결과에 따라 요구 성능에 부합된 로봇의 작업 모드를 구현하는 것으로 이루어진다. The present invention relates to a direct teaching and reproducing method of a robot, comprising: a direct teaching work step of performing work through a robot by direct teaching of an operator; And a reproducing operation step of performing a job by reproducing the robot based on the directly taught and stored data, wherein the direct teaching operation step observes one or more of the teaching force of the operator and the movement speed of the robot, and the observed The robot recognizes the operator's intention by comparing one or more of the teaching force and the movement speed of the robot with a preset threshold value, and implements the robot's working mode that meets the required performance according to the comparison result.

Description

로봇의 직접 교시 및 재생 방법 및 이를 구현하는 로봇 제어 장치 {DIRECT TEACHING AND PLAYBACK METHOD OF ROBOT AND ROBOT CONTROL SYSTEM}Direct Teaching and Playback Method of Robot and Robot Control Device Implementing It {DIRECT TEACHING AND PLAYBACK METHOD OF ROBOT AND ROBOT CONTROL SYSTEM}

본 발명은 로봇의 직접 교시 및 재생 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 힘/토크 센서를 통해 측정된 작업자의 교시력을 통해 로봇의 운동(경로) 명령을 생성, 변경 및 저장하고, 교시된 데이터에 근거하여 로봇을 재생하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for directly teaching and reproducing a robot, and more particularly, to generate, change, and store a motion (path) command of a robot through a teaching force of an operator measured through a force / torque sensor, and to teach data. The present invention relates to a direct teaching and reproducing method of a robot for reproducing a robot.

일반적인 로봇의 직접 교시 방법은 로봇의 말단에 장착된 힘/토크 센서에 작업자의 교시력을 인가하여 그 교시력 크기와 방향을 고려함으로써, 로봇의 운동 명령을 생성하는 방법을 사용한다. 여기서, 작업자의 교시력과 로봇의 운동 간의 역학적 관계를 아래 식(1)과 같이 기계적 어드미턴스(admittance) 관계식으로 표현할 수 있고, 어드미턴스 인자의 결정을 통해 얻고자 하는 로봇의 동적 거동을 목표 동특성(target dynamics)이라고 정의할 수 있다.In general, a direct teaching method of a robot uses a method of generating a motion command of a robot by applying a teaching force of an operator to a force / torque sensor mounted at the end of the robot and considering the magnitude and direction of the teaching force. Here, the mechanical relationship between the operator's teaching power and the robot's motion can be expressed by a mechanical admittance relation as shown in Equation (1) below, and the dynamic behavior of the robot to be obtained through determination of the admittance factor can be expressed. dynamics).

Figure 112011063443613-pat00001
(1)
Figure 112011063443613-pat00001
(One)

여기서,

Figure 112011063443613-pat00002
는 작업자의 교시력here,
Figure 112011063443613-pat00002
Teaching ability of the worker

Figure 112011063443613-pat00003
는 기계적 어드미턴스 인자(가상의 관성, 댐핑, 강성 행렬)
Figure 112011063443613-pat00003
Is the mechanical admittance factor (virtual inertia, damping, stiffness matrix)

Figure 112011063443613-pat00004
는 로봇의 목표 동특성(가속도, 속도, 위치 정보)
Figure 112011063443613-pat00004
Is the target dynamics of the robot (acceleration, speed, location information)

즉, 기계적 어드미턴스 관계식 식(1)에서 파라미터를 조절함으로써 로봇의 운동 속도 및 교시력 입력에 대한 로봇의 반응 시간을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 동일한 관성 행렬(M)을 가진 조건에서 댐핑 행렬(B)이 커질 경우, 교시력 입력에 대한 로봇의 반응 시간이 빨라지지만 로봇의 목표 속도는 댐핑 행렬이 변경되기 전보다 느려진다. 이때 강성 행렬(K)은 로봇을 통해 특정 위치로 물체를 이동하는 작업에 방해(스프링 거동)가 되므로 통상 영행렬로 둔다.That is, by adjusting parameters in the mechanical admittance relational equation (1), the robot's reaction time to the robot's movement speed and teaching force input can be changed. For example, if the damping matrix B becomes large under the condition of having the same inertia matrix M, the reaction time of the robot to the teaching force input is faster, but the target speed of the robot is slower than before the damping matrix is changed. In this case, the stiffness matrix K is normally left as a zero matrix because it interferes with the movement of the object to a specific position through the robot (spring behavior).

이와 같이, 작업자의 교시력 정보로부터 로봇의 목표 동특성을 결정할 때, 어드미턴스 인자를 조절하는 방법이 많이 사용되나 작업자마다 교시력 크기가 다르고, 작업 종류별로 요구되는 로봇의 목표 동특성이 서로 상이하므로 특정 작업에 대한 어드미턴스 인자의 정량적 기준을 파악하기가 매우 힘들다. 이 경우, 어드미턴스 인자를 단계별로 조절한 실험을 통해 작업에 적합한 인자를 결정하는 방법이 사용될 수 있다.In this way, when determining the target dynamics of the robot from the operator's teaching power information, a method of adjusting the admittance factor is widely used, but the teaching force size is different for each worker and the target dynamics of the robot required for each task type are different from each other. It is very difficult to determine the quantitative criteria of the admittance factor for. In this case, a method of determining an appropriate factor for a task may be used through an experiment in which the admittance factor is adjusted step by step.

또한, 특정 작업에서 그 인자가 결정되더라도 다양한 작업 특성이 요구되는 제조 현장에서는 세부 작업에 적합한 다수의 인자가 미리 결정되어야 하고, 그 인자들을 작업자가 의도한 정확한 시점에서 변경해야 한다. 이 경우 작업자의 인위적인 스위치 조작을 통해 변경이 가능하나, 그 작업이 번거롭고 다른 스위치와의 혼동에 의한 로봇의 오작동이 우려된다.In addition, even if the factor is determined in a specific job, a number of factors suitable for a detailed job must be determined in advance in a manufacturing site where various job characteristics are required, and the factors must be changed at the exact time intended by the operator. In this case, it can be changed by man-made switch operation by the operator, but the work is cumbersome and there is a concern that the robot may malfunction due to confusion with other switches.

또한 작업자의 직접 교시에 의한 교시 데이터는 로봇 제어 장치 내부의 교시 데이터 저장장치에 저장되고, 내부 변환 장치를 거쳐 이 데이터는 로봇의 동작 신호로 변경됨으로써, 로봇은 작업자의 최초 교시 작업과 동일한 작업을 재생하게 된다.In addition, the teaching data by the direct teaching of the operator is stored in the teaching data storage device inside the robot control device, and this data is changed into the operation signal of the robot through the internal conversion device, so that the robot can perform the same task as the operator's initial teaching work. Will play.

이때, 작업 대상물은 로봇 말단부에 부착된 로봇 그리퍼를 통해 파지되지만 작업 대상물 표면이 미끄럽거나 복잡한 형상을 가질 경우 로봇 재생 작업시 파지된 작업 대상물의 위치 및 각도가 최초 교시 작업시 파지된 작업 대상물의 위치 및 각도와 상이할 수 있다. 이러한 위치 및 각도 오차(파지 오차)는 로봇의 재생 작업시 작업 대상물과 외부 환경과의 불필요한 접촉을 발생시키는 원인이 되어 작업 대상물의 파손이나 로봇의 손상을 야기한다. 작업자는 이러한 상황을 정확히 파악하여 로봇 재생 작업을 정지시켜야 하므로, 로봇이 재생 작업을 수행하는 모든 과정에 주의 깊은 관찰이 필요하다.
At this time, the workpiece is gripped by the robot gripper attached to the distal end of the robot, but if the surface of the workpiece is slippery or complex, the position and angle of the gripped workpiece during the robot regeneration operation are determined by the gripped during the initial teaching. The position and angle may be different. Such position and angle errors (grip errors) cause unnecessary contact between the workpiece and the external environment during the regeneration of the robot, causing damage to the workpiece or damage to the robot. Since the operator must understand this situation accurately and stop the robot regeneration operation, careful observation is required for all the processes in which the robot performs the regeneration operation.

등록특허 제10-0964961호 공보Patent Publication No. 10-0964961

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 작업자의 교시력을 통해 로봇의 운동 명령을 생성할 때 로봇이 작업자의 동작 의도를 인지함으로써 작업자가 원하는 시점에서 작업자가 의도한 작업 특성을 구현할 수 있는 로봇의 직접 교시 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been derived to solve the above problems, when the robot generates a motion command through the teaching force of the operator by the robot recognizes the operation intention of the operator by the operator's intended work characteristics at the desired time The purpose is to provide a direct teaching method of the robot that can be implemented.

또한, 본 발명의 다른 목적은 작업자의 직접 교시 작업 중 작업 대상물이 작업자가 미처 파악하지 못한 장애물과 접촉 또는 충돌할 경우, 작업자의 의도와 상관없이 접촉작업에 적합한 운동 특성을 가짐으로써 작업자에게 장애물에 대한 정보를 제공할 수 있는 로봇의 직접 교시 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention has a movement characteristic suitable for the contact operation regardless of the operator's intention, if the object to be contacted or collided with the obstacle that the operator did not know during the direct teaching work of the operator to To provide a direct teaching method of the robot that can provide information about.

또한, 본 발명의 다른 목적은 로봇에 의한 재생 작업시 로봇이 주어진 경로를 이탈하여 작업 대상물과 주변 외부 환경과의 불필요한 접촉이 발생하는 상황을 추가의 힘/토크 센서 없이 로봇이 인지함으로써 재생 작업을 정지시키고, 작업자로 하여금 추가 교시를 유도하여 추가 교시를 통한 로봇 경로를 보정할 수 있는 로봇의 재생 방법을 제공함에 있다.
In addition, another object of the present invention is to perform a regeneration operation by the robot without additional force / torque sensor to recognize a situation in which the robot escapes a given path during the regeneration operation by the robot to cause unnecessary contact between the work object and the surrounding external environment. It is to provide a method of regenerating a robot that can be stopped, the operator can induce additional teaching to correct the robot path through the additional teaching.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 작업자의 직접 교시에 의해 로봇을 통하여 작업을 수행하는 직접 교시 작업 단계; 및 상기 직접 교시되어 저장된 데이터에 기초하여 로봇을 재생함으로써 작업을 수행하는 재생 작업 단계를 포함하며, 상기 직접 교시 작업 단계는 작업자의 교시력 및 로봇의 운동 속도 중 하나 이상을 관측하고, 관측된 상기 교시력 및 로봇의 운동 속도 중 하나 이상을 기 설정된 경계값과 비교하여 작업자의 동작 의도를 로봇이 인지하고, 비교 결과에 따라 요구 성능에 부합된 로봇의 작업 모드를 구현하는 것으로 이루어지는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a direct teaching operation step of performing a task through a robot by direct teaching of the operator; And a reproducing operation step of performing a job by reproducing the robot based on the directly taught and stored data, wherein the direct teaching operation step observes one or more of the teaching force of the operator and the movement speed of the robot, and the observed Direct teaching of the robot consisting of the robot's intention to operate by comparing one or more of the teaching force and the robot's movement speed with a preset threshold, and implementing the robot's working mode according to the required performance according to the comparison result. And a playback method.

또한, 상기 직접 교시 작업 단계는 작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력을 더 관측하고, 관측된 상기 접촉력을 기 설정된 한계값과 비교하여 상기 로봇의 작업 모드를 변경할 수 있다.In addition, the direct teaching operation step may further observe the contact force generated when the work object comes in contact with the obstacle, and compare the observed contact force with a preset limit value to change the working mode of the robot.

또한, 상기 로봇의 작업 모드는 정밀 작업을 위한 접촉 작업 모드 및 고속 작업을 위한 비접촉 작업 모드를 포함할 수 있다.In addition, the work mode of the robot may include a contact work mode for precision work and a non-contact work mode for high speed work.

또한, 상기 재생 작업 단계는 상기 직접 교시되어 저장된 데이터의 로봇 위치 정보와 현재 로봇의 위치 정보를 관측하여 양 위치 정보가 동일한 경우 재생 작업을 지속하고, 양 위치 정보가 다른 경우 로봇이 지정된 경로를 이탈하여 발생되는 접촉력을 산출하고, 산출된 접촉력이 기 설정된 값보다 큰 경우 불필요한 접촉을 발생시킨 것으로 판단하여 로봇의 재생 작업을 정지하는 것으로 이루어질 수 있다.In addition, the reproducing operation step may observe the robot position information of the directly taught and stored data and the position information of the current robot to continue the reproducing operation if both position information is the same, and if the both position information is different, the robot will leave the designated path. By calculating the contact force generated, and if the calculated contact force is greater than the predetermined value may be determined to cause unnecessary contact may be made to stop the regeneration of the robot.

또한, 상기 로봇의 직접 교시 및 재생 방법은 상기 로봇의 재생 작업이 정지하는 경우, 작업자가 재생 작업의 정지를 인식할 수 있도록 알릴 수 있다.In addition, the direct teaching and reproducing method of the robot may inform the operator to recognize the stop of the reproducing operation when the reproducing operation of the robot is stopped.

또한, 로봇의 직접 교시 및 재생 방법은 상기 재생 작업 단계에서 로봇의 재생 작업이 정지한 경우, 로봇의 운동 정보를 보정할 수 있도록 작업자가 추가 교시하는 추가 교시 작업 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the direct teaching and reproducing method of the robot may further include an additional teaching work step in which an operator additionally teaches to correct movement information of the robot when the playing work of the robot is stopped in the reproducing work step.

또한, 상기 직접 교시 작업 단계에서는 세부 단계별로 작업 소요 시간, 로봇의 운동 정보 및 발생된 접촉력 정보가 순차적으로 저장되고, 추가 교시가 수행되는 경우 로봇의 재생 작업이 시작된 시점부터 재생 작업이 중지된 시점까지 소요된 시간으로부터 문제가 발생된 단계를 파악하고, 상기 문제가 발생된 단계가 완료되는 순간의 위치 정보로부터 작업자의 추가 교시를 통한 로봇의 변위량을 근거로 로봇의 위치 보정 데이터를 산출하고, 상기 위치 보정 데이터를 상기 문제가 발생한 단계의 다음 단계부터 적용할 수 있다.In addition, in the direct teaching operation step, the time required for the operation, the motion information of the robot, and the generated contact force information are sequentially stored, and when additional teaching is performed, when the reproducing operation is stopped from the time when the reproducing operation of the robot is started. From the time taken to determine the step in which the problem occurs, calculate the position correction data of the robot on the basis of the displacement amount of the robot through additional teaching of the operator from the position information at the moment when the problem occurs step is completed, The position correction data can be applied from the next step after the problem occurs.

또한, 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 로봇의 교시 작업 및 재생 작업을 제어하는 로봇 제어 장치로서, 로봇의 교시 작업시 작업자의 교시력, 로봇의 운동 속도 및 작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력 중 하나 이상을 관측하는 제1 병렬식 관측기; 및 작업자의 로봇에 대한 직접 교시 데이터를 저장하는 교시 데이터 저장 장치를 포함한다. 여기서, 상기 제1 병렬식 관측기는 관측된 상기 교시력, 로봇의 운동 속도 및 작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력 중 하나 이상을 기 설정된 경계값과 비교하여 작업자의 동작 의도를 로봇이 인지한 후, 비교 결과에 따라 요구 성능에 부합된 로봇의 작업 모드를 구현한다.In addition, the present invention is a robot control device for controlling the teaching operation and the reproducing operation of the robot, in order to achieve the above object, the teaching force of the operator, the movement speed of the robot and the object to be in contact with the obstacle during the teaching operation of the robot A first parallel observer for observing at least one of the contact forces occurring at the time; And a teaching data storage device for storing teaching data directly for a robot of an operator. Herein, the first parallel observer compares one or more of the observed teaching force, the movement speed of the robot, and the contact force generated when the work object comes into contact with an obstacle, and compares the robot's intention of the operator with a preset threshold value. Then, according to the comparison result, the robot's working mode is implemented according to the required performance.

또한, 상기 로봇 제어 장치는 상기 접촉력과 기계적 임피던스 인자를 조절하여 접촉 상황시 로봇의 운동 특성을 재생성하는 임피던스 제어기를 더 포함할 수 있다.The robot control apparatus may further include an impedance controller which adjusts the contact force and the mechanical impedance factor to regenerate the movement characteristics of the robot in a contact situation.

또한, 상기 로봇 제어 장치는 로봇의 재생 작업시, 직접 교시 데이터의 로봇 위치 정보와 접촉력 및 현재 로봇의 위치 정보를 관측하는 제2 병렬식 관측기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 병렬식 관측기는 직접 교시 데이터의 로봇 위치 정보와 현재 로봇의 위치 정보가 동일한 경우 재생 작업을 지속하고, 양 위치 정보가 다른 경우 로봇이 지정된 경로를 이탈하여 발생되는 접촉력을 산출하며, 산출된 접촉력이 기 설정된 값보다 큰 경우 불필요한 접촉을 발생시킨 것으로 판단하여 로봇의 재생 작업을 정지할 수 있다.The robot control apparatus may further include a second parallel observer that directly observes the robot position information and contact force of the teaching data and the current position information of the robot during the reproducing operation of the robot. Here, the second parallel observer continues the reproducing operation when the robot position information of the direct teaching data and the current robot position information are the same, and calculates the contact force generated by the robot leaving the designated path when the position information is different. If the calculated contact force is greater than the predetermined value, it may be determined that unnecessary contact has been generated and the regeneration of the robot may be stopped.

또한, 상기 로봇 제어 장치는 로봇의 재생 작업이 정지된 경우, 작업자의 추가 교시에 의해 변경된 로봇의 변위량에 근거하여 보정 데이터를 산출하는 교시 데이터 보정 장치를 더 포함할 수 있다.The robot control apparatus may further include a teaching data correcting apparatus that calculates correction data based on a displacement amount of the robot changed by additional teaching of an operator when the robot reproducing operation is stopped.

또한, 상기 로봇 제어 장치는 상기 임퍼던스 제어기를 통해 입출력되는 신호를 그래프 창 또는 메시지 창으로 표시하고, 로봇의 재생 작업이 정지된 경우 작업자에게 알리는 알람등을 구비한 모니터링 장치를 더 포함할 수 있다.
The robot control apparatus may further include a monitoring device displaying a signal input and output through the impedance controller in a graph window or a message window, and including an alarm for notifying an operator when the robot reproducing operation is stopped. .

본 발명에 따르면, 로봇의 동작 명령을 생성하기 위해 티칭 펜던트 등이 불필요하고, 기존의 로봇 전문 인력을 동원한 복잡한 프로그래밍 작업의 수고를 덜어준다. 또한 작업자의 동작 의도(로봇의 운동 속도 변화, 교시력 입력에 대한 로봇의 반응 시간 변화 등)를 로봇 제어 장치 내부의 병렬식 관측기를 통해 로봇이 스스로 인지하고 로봇의 운동 특성을 작업자의 추가 동작 없이 원하는 시점에서 변경할 수 있다. 이에 따라, 작업자는 비접촉 작업(고속 이동)이나 접촉 작업(정밀 조립), 또는 다양한 작업 특성이 요구되는 복합 작업에도 직접 교시를 통한 로봇의 동작 명령을 생성할 수 있다. 뿐만 아니라 작업자의 직접 교시 작업 중 작업 대상물이 작업자가 미처 인지하지 못한 장애물과 접촉할 경우에도 상기 병렬식 관측기를 통해 로봇은 작업자의 의도와 상관없이 접촉 작업에 적합한 운동 특성을 선택함으로써 작업 대상물의 파손과 로봇의 손상을 방지할 수 있다.According to the present invention, a teaching pendant or the like is unnecessary to generate an operation command of the robot, and it saves the trouble of complicated programming work using the existing robot expert. In addition, the robot recognizes the operator's intentions (changes in the robot's movement speed, changes in the robot's response time to the teaching force input), etc. You can change it at any time. Accordingly, the operator can generate an operation command of the robot through direct teaching even for non-contact work (high speed movement), contact work (precision assembly), or a complex work requiring various work characteristics. In addition, even when the workpiece comes into contact with obstacles that the operator does not recognize during the direct teaching of the worker, the parallel observer enables the robot to select the appropriate movement characteristics for the contact work regardless of the operator's intention, thereby causing damage to the workpiece. And damage to the robot can be prevented.

또한, 본 발명에 따르면, 로봇에 의한 재생 작업시 파지 오차로 인해 로봇이 주어진 경로를 이탈하여 작업 대상물과 주변 환경과의 불필요한 접촉이 발생되는 상황을 로봇이 추가의 힘/토크 센서 없이 스스로 인지하고 재생 작업을 정지시켜 작업 대상물의 파손과 로봇의 손상을 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, the robot recognizes a situation in which the robot deviates from a given path due to a gripping error during the regeneration operation by the robot and generates unnecessary contact between the object and the surrounding environment without an additional force / torque sensor. By stopping the regeneration operation, it is possible to prevent damage to the workpiece and damage to the robot.

또한, 작업자로 하여금 추가 교시를 유도하고 추가 교시를 통해 저장된 로봇 경로를 보정함으로써, 상기 불필요한 접촉 상황이 발생할 때마다 작업자는 전체 교시 작업을 다시 수행할 필요가 없다. 이는 작업 현장에서 tact time을 줄이는 효과에 기인하고 그로 인한 생산 효율성 향상도 기대된다.
Further, by inducing the operator to further teach and correcting the stored robot path through the further teaching, the operator does not have to perform the entire teaching again whenever the unnecessary contact situation occurs. This is due to the effect of reducing the tact time on the shop floor, which is expected to improve production efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 직접 교시 및 재생 방법을 구현하기 위한 로봇 제어 장치의 블록 선도(block diagram)이다.
도 2는 도 1의 제1 병렬식 관측기의 플로우차트를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 모니터링 장치의 상세를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 교시 데이터 저장 및 보정 장치의 상세를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 제2 병렬식 관측기의 플로우차트를 보여주는 도면이다.1 is a block diagram of a robot control apparatus for implementing a method for directly teaching and playing a robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of the first parallel observer of FIG. 1.
3 is a view showing the details of the monitoring device of FIG.
4 is a view showing details of the teaching data storage and correction device of FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a second parallel observer of FIG. 1.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 직접 교시 및 재생 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of directly teaching and playing a robot according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 장치(100)는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법을 구현하기 위한 것으로서, 제1 및 제2 병렬식 관측기(10, 20), 목표 동특성 생성부(30), 임피던스 제어기(40), 위치 제어기(50), 모니터링 장치(60) 및 교시 데이터 저장 및 보정 장치(70, 80)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the robot control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is for implementing a method of directly teaching and playing a robot, and generating first and second parallel observers 10 and 20 and target dynamic characteristics. The unit 30, the impedance controller 40, the position controller 50, the monitoring device 60 and the teaching data storage and correction device (70, 80).

제1 병렬식 관측기(10)는 로봇 말단에 장착된 힘/토크 센서로부터 측정되는 교시력(

Figure 112011063443613-pat00005
), 로봇의 운동 속도(
Figure 112011063443613-pat00006
) 및 작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력(
Figure 112011063443613-pat00007
)을 관측하여, 작업자의 직접 교시 작업시 작업자의 동작 의도를 인지함으로써 로봇의 적절한 작업 모드를 구현하게 한다. 제2 병렬식 관측기(20)는 직접 교시 데이터의 로봇 위치 정보(
Figure 112011063443613-pat00008
)와 접촉력(
Figure 112011063443613-pat00009
) 및 현재 로봇의 위치 정보(
Figure 112011063443613-pat00010
)를 관측하여, 로봇의 재생 작업의 실시 및 정지를 구현한다.The first parallel observer 10 is a teaching force measured from a force / torque sensor mounted at the robot end.
Figure 112011063443613-pat00005
), The speed of movement of the robot (
Figure 112011063443613-pat00006
) And the contact force that occurs when an object comes in contact with an obstacle (
Figure 112011063443613-pat00007
) To realize the proper working mode of the robot by recognizing the operator's intention in the direct teaching of the operator. The second parallel observer 20 is a robot position information (
Figure 112011063443613-pat00008
) And contact force (
Figure 112011063443613-pat00009
) And current robot location information (
Figure 112011063443613-pat00010
) To implement and stop the robot's regeneration.

목표 동특성 생생부(30)는 제1 병렬식 관측기(10)를 통하여 로봇의 운동 특성(목표 동특성 및 경로)을 생성하는 기능을 한다. 임피던스 제어기(40)는 작업 대상물이 장애물과 접촉한 경우 적절한 어드미턴스 인자를 조합하여 로봇의 운동 특성을 재생성한다. 모니터링 장치(60)는 입출력 신호, 로봇의 운동 특성 등을 작업자가 인지할 수 있도록 그래프 창 또는 메시지 창을 구비하고 있다.The target dynamics generation unit 30 functions to generate the motion characteristics (target dynamics and path) of the robot through the first parallel observer 10. Impedance controller 40 regenerates the motion characteristics of the robot by combining appropriate admittance factors when the workpiece is in contact with an obstacle. The monitoring device 60 is provided with a graph window or a message window so that an operator can recognize input and output signals, movement characteristics of the robot, and the like.

교시 데이터 저장 장치(70)는 작업자의 교시 작업의 각 세부 단계별로 작업 소요 시간, 로봇의 운동 정보 및 발생된 접촉력 정보를 순차적으로 저장한다. 교시 데이터 보정 장치(80)는 추가 교시 작업을 통한 로봇의 변위량(방위 변화량)을 근거로 로봇 위치(또는 방위) 보정 데이터를 산출한다.The teaching data storage device 70 sequentially stores work time, robot motion information, and generated contact force information for each detailed step of a worker's teaching work. The teaching data correction device 80 calculates the robot position (or orientation) correction data based on the displacement amount (orientation change amount) of the robot through additional teaching work.

상기와 같은 구성을 갖는 로봇 제어 장치(100) 상에서, 작업자의 직접 교시 작업은 다음과 같은 단계로 수행된다.On the robot control apparatus 100 having the above configuration, the direct teaching work of the operator is performed in the following steps.

먼저, 로봇이 작업자의 동작 의도를 인지하고 로봇의 운동 특성을 작업자가 원하는 시점에서 변경할 수 있도록 교시력(

Figure 112011063443613-pat00011
) 정보를 통해 로봇의 운동 특성(목표 동특성 및 경로)을 생성한다. 또한, 직접 작업 중 작업 대상물이 장애물과 접촉시 발생되는 접촉력 정보와 기계적 임피던스(impedance) 인자를 통해 접촉 상황에서 상기 로봇의 운동 특성을 임피던스 제어기(40)에서 재생성한다. 재생성된 로봇의 운동 특성을 로봇이 추종할 때 로봇 각 축에 부착된 엔코더를 통해 수집된 로봇의 운동 정보가 모니터링 장치(60) 내부의 임피던스 제어기(61)(도 3)를 통해 접촉력 정보로 산출된다. 상기 로봇의 운동 정보와 접촉력 정보가 교시 데이터 저장 장치(70)에서 교시 작업의 각 세부 단계별로 저장된다. 만약, 작업자의 추가 교시 작업이 수행된 경우, 추가 교시 작업을 통해 교시 데이터 저장 장치(70)에 최초 저장된 데이터를 교시 데이터 보정 장치(80)에서 보정한다.First of all, the teaching force (for the robot to recognize the operator's intention of movement and to change the robot's movement characteristics at the desired time)
Figure 112011063443613-pat00011
The robot generates the movement characteristics (target dynamics and paths) through the information. In addition, the impedance characteristics of the robot in the contact situation are regenerated by the impedance controller 40 through contact force information and a mechanical impedance factor generated when the object is in contact with an obstacle during direct operation. When the robot follows the motion characteristics of the regenerated robot, the motion information of the robot collected through an encoder attached to each axis of the robot is calculated as contact force information through the impedance controller 61 (FIG. 3) inside the monitoring device 60. do. The motion information and the contact force information of the robot are stored in the teaching data storage device 70 in each detail step of the teaching task. If the additional teaching work of the operator is performed, the teaching data correcting apparatus 80 corrects the data initially stored in the teaching data storage device 70 through the additional teaching work.

상기와 같은 구성을 갖는 로봇 제어 장치(100) 상에서, 로봇의 재생 작업은 다음과 같은 단계로 수행된다.On the robot control apparatus 100 having the above configuration, the regeneration operation of the robot is performed in the following steps.

로봇의 재생 작업은 최초 작업자가 도 1의 모드 선택 스위치(모니터링 장치에 포함)를 교시에서 재생으로 변경함과 동시에 제2 병렬식 관측기(20)를 작동시킴으로써 시작된다. 도 1의 모드 선택 스위치는 제2 병렬식 관측기(20)를 작동하기 위한 도 3의 스위치와 연결되어 있다. 또한, 제2 병렬식 관측기(20)는 실시간으로 로봇의 운동 정보와 상기 교시 데이터 저장 장치(70)에서 각 세부 작업 단계별로 저장된 로봇의 운동 정보 및 접촉력 정보를 관측하고, 로봇이 저장된 경로를 이탈함으로써 발생되는 작업 대상물과 장애물과의 불필요한 접촉 상황을 판단한다. 이때, 불필요한 접촉 상황을 알람등을 통해 작업자에게 알리고, 도 3의 스위치를 자동으로 열어 제2 병렬식 관측기(20)의 작동을 중지함과 동시에 도 1의 모드 선택 스위치를 자동으로 교시 작업 모드로 변경한다. 재생이 중지된 후 추가 교시 작업에 의해 보정된 데이터를 통하여 로봇의 재생 작업이 재시작된다.The regeneration of the robot is initiated by the first operator operating the second parallel observer 20 at the same time as changing the mode selection switch (included in the monitoring device) of FIG. 1 from teaching to regeneration. The mode select switch of FIG. 1 is connected to the switch of FIG. 3 for operating the second parallel observer 20. In addition, the second parallel observer 20 observes the motion information of the robot and the motion information and the contact force information of the robot stored in each detailed work step in the teaching data storage device 70 in real time, and leaves the path where the robot is stored. The unnecessary contact situation between the work object and the obstacle caused by the operation is judged. At this time, the operator is notified of unnecessary contact status through an alarm, and automatically opens the switch of FIG. 3 to stop the operation of the second parallel observer 20 and simultaneously switches the mode selection switch of FIG. 1 to the teaching work mode. Change it. After regeneration is stopped, the regeneration operation of the robot is restarted with the data corrected by the additional teaching operation.

본 발명에서 상기 로봇의 직접 교시 방법은 로봇 말단부에 장착된 힘/토크 센서로부터 측정한 교시력 정보와 기계적 어드미턴스 인자 조절로부터 로봇의 목표 동특성(로봇의 목표 가속도, 속도, 위치 정보)을 결정하는 방법을 사용한다. 여기서, 작업자의 최대 교시력, 로봇의 성능을 통해 선택할 수 있는 어드미턴스 인자의 한계(최소값)를 정의하고, 교시 작업의 요구 성능을 근거로 어드미턴스 인자의 조합을 단계별로 결정하는 방법을 사용한다.Direct teaching method of the robot in the present invention is a method of determining the target dynamic characteristics (target acceleration, speed, position information of the robot) from the teaching force information and mechanical admittance factor adjustment measured from the force / torque sensor mounted at the distal end of the robot Use Here, the limit (minimum value) of the admittance factor that can be selected based on the maximum teaching power of the operator and the performance of the robot is defined, and a method of determining a combination of admittance factors step by step based on the required performance of the teaching work is used.

먼저, 어드미턴스 인자의 한계(최소값)를 정의하는 방법은 다음과 같다. 로봇이 정지 상태에서 임의의 위치로 도달하는 과정 중 특히, 로봇이 정지 상태에서 기동하기 전 초기 상태(

Figure 112011063443613-pat00012
)와 로봇이 일정한 속도로 움직이고 있는 등속 상태(
Figure 112011063443613-pat00013
)를 살펴보면, 초기 상태에서 로봇은 식(2)와 같이 기본 어드미턴스 관계식에서 속도가 0이 되므로 식(3)과 같이 작업자의 최대 교시력과 로봇의 최대 가속도를 통해 어드미턴스 인자
Figure 112011063443613-pat00014
의 최소값을 결정할 수 있고, 등속 상태에서 로봇은 아래 식(2)의 어드미턴스 관계식에서 가속도가 0이 되므로 식(4)에서 보는 바와 같이 작업자의 최대 교시력과 로봇의 최대 속도를 통해 어드미턴스 인자
Figure 112011063443613-pat00015
의 최소값을 결정할 수 있다.First, the method of defining the limit (minimum value) of the admittance factor is as follows. During the process of the robot reaching an arbitrary position from the stationary state, in particular, the initial state before the robot starts from the stationary state (
Figure 112011063443613-pat00012
) And the constant velocity state of the robot moving at a constant speed (
Figure 112011063443613-pat00013
In the initial state, the robot becomes zero in the basic admittance relation as shown in Eq. (2), so the admittance factor is determined by the maximum teaching force of the operator and the maximum acceleration of the robot as shown in Eq. (3).
Figure 112011063443613-pat00014
In the constant velocity state, the robot has zero acceleration in the admittance relation of Equation (2) below. Therefore, as shown in Equation (4), the admittance factor is determined by the maximum teaching force of the operator and the maximum speed of the robot.
Figure 112011063443613-pat00015
The minimum value of can be determined.

Figure 112011063443613-pat00016
(2)
Figure 112011063443613-pat00016
(2)

여기서

Figure 112011063443613-pat00017
는 작업자의 교시력,here
Figure 112011063443613-pat00017
The worker's teaching ability,

Figure 112011063443613-pat00018
는 목표 어드미턴스 인자(가상의 관성, 댐핑 행렬)
Figure 112011063443613-pat00018
Is the target admittance factor (virtual inertia, damping matrix)

Figure 112011063443613-pat00019
는 로봇의 목표 동특성(가속도, 속도 정보)
Figure 112011063443613-pat00019
Is the target dynamics of the robot (acceleration, speed information)

Figure 112011063443613-pat00020
(3)
Figure 112011063443613-pat00020
(3)

Figure 112011063443613-pat00021
(4)
Figure 112011063443613-pat00021
(4)

상기 식(2)의 미분 방정식은 라플라스 변환을 통해 식(5)와 같은 1차 전달함수로 표현할 수 있다. 여기서, 시상수(time constant)(

Figure 112011063443613-pat00022
)는 어드미턴스 인자들 간의 비율을 나타내고, 최종 응답값의 63.2%에 도달하는 시간을 의미한다. 따라서, 어드미턴스 인자 중 동일한
Figure 112011063443613-pat00023
를 가질 경우
Figure 112011063443613-pat00024
가 작을수록 시상수(
Figure 112011063443613-pat00025
)가 커지므로 작업자의 교시력에 대한 로봇의 응답 속도가 느려지는 결과가 초래된다. 하지만 상대적으로 작은 교시력으로 보다 큰 로봇의 목표 동특성(속도)을 얻을 수 있다는 장점을 가진다.The differential equation of Equation (2) can be expressed as a first-order transfer function such as Equation (5) through Laplace transform. Where a time constant (
Figure 112011063443613-pat00022
) Represents the ratio between admittance factors and means the time to reach 63.2% of the final response value. Thus, the same of the admittance factors
Figure 112011063443613-pat00023
If you have
Figure 112011063443613-pat00024
The smaller is the time constant (
Figure 112011063443613-pat00025
) Increases the response speed of the robot to the operator's teaching power. However, it has the advantage that the target dynamics (speed) of a larger robot can be obtained with a relatively small teaching force.

결과적으로, 다양한 작업 특성을 모두 만족시킬 수 있는 어드미턴스 인자의 조합을 구성하기는 어렵지만, 특정 작업상에서 작업자의 교시력을 고려한 로봇의 운동 속도와 교시력 입력에 대한 로봇의 응답 속도 간의 적절한 절충을 통해 작업에 적합한 어드미턴스 인자의 조합을 결정할 수 있다.As a result, it is difficult to construct a combination of admittance factors that can satisfy all of the various working characteristics, but through a proper trade-off between the robot's movement speed in consideration of the operator's teaching power and the robot's response speed to the teaching force input on a specific task. The combination of admittance factors suitable for the task can be determined.

Figure 112011063443613-pat00026
(5)
Figure 112011063443613-pat00026
(5)

성능 항목Performance items 단 위unit 요구 성능Performance requirements 교시 작업 속도(비접촉작업, 고속 모드)Teaching Speed (non-contact, high speed mode) mm/smm / s 100100 교시 작업 속도(접촉작업, 정밀 모드)Teaching Speed (Contact, Precision Mode) mm/smm / s 1010 작업자의 최대 교시력Maximum teaching force of the worker NN 3030 교시력에 대한 로봇의 반응 시간Robot's response time to teaching secsec 0.20.2 로봇의 최대 가속도Robot's maximum acceleration mm/s2 mm / s 2 30003000 로봇의 최대 속도Speed of robot mm/smm / s 15001500

(교시 작업의 요구 성능예)
(Example of performance required for teaching work)

일 예로서 상기 표1과 같은 교시 작업의 요구 성능이 주어진 경우, 이 성능을 충족시키기 위한 어드미턴스 인자 조합은 아래의 단계를 통해 결정된다.As an example, given the required performance of the teaching work as shown in Table 1 above, the combination of admittance factors to meet this performance is determined through the following steps.

1단계 : 허용 어드미턴스 인자 한계(최소값) 정의Step 1: Define the allowable admittance factor limit (minimum value)

Figure 112011063443613-pat00027
Figure 112011063443613-pat00027

Figure 112011063443613-pat00028
Figure 112011063443613-pat00028

2단계 : 비접촉 및 접촉 작업 모드에 적합한

Figure 112011063443613-pat00029
인자 결정Step 2: suitable for contactless and contact working modes
Figure 112011063443613-pat00029
Factor determination

비접촉 작업 모드일 경우

Figure 112011063443613-pat00030
In contactless mode of operation
Figure 112011063443613-pat00030

접촉 작업 모드일 경우

Figure 112011063443613-pat00031
In contact working mode
Figure 112011063443613-pat00031

3단계 : 상기 모드별 로봇의 반응 시간을 고려한

Figure 112011063443613-pat00032
인자 결정Step 3: considering the reaction time of the robot for each mode
Figure 112011063443613-pat00032
Factor determination

비접촉 작업 모드일 경우

Figure 112011063443613-pat00033
In contactless mode of operation
Figure 112011063443613-pat00033

접촉 작업 모드일 경우

Figure 112011063443613-pat00034
In contact working mode
Figure 112011063443613-pat00034

만약 접촉 작업 모드에서 더욱 더 빠른 로봇 반응 시간이 요구될 경우 허용 어드미턴스 인자 한계 내에서

Figure 112011063443613-pat00035
을 상기 수치보다 작은 값으로 취한다. 상기 순서를 통해 표1의 요구 성능에 근거한 어드미턴스 인자 조합은 비접촉 작업 모드일 경우
Figure 112011063443613-pat00036
이고, 접촉 작업 모드일 경우
Figure 112011063443613-pat00037
이다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 로봇의 직접 교시 방법은 제1 병렬식 관측기(10)를 통해 로봇이 작업자의 작업 의도를 인지함과 동시에 적절한 어드미턴스 인자 조합으로 자동으로 작업 모드를 변환하고, 작업자가 인지하지 못한 장애물과 작업 대상물 사이에 접촉이 발생된 상황에서 제1 병렬식 관측기(10)를 통해 접촉 상황을 인지함과 동시에 접촉 작업에 적합한 어드미턴스 인자 조합으로 변환한다.If faster robot response time is required in contact working mode, within acceptable admittance factor limits
Figure 112011063443613-pat00035
Is taken as a value smaller than the above numerical value. If the combination of admittance factor based on the required performance of Table 1 is in the contactless mode,
Figure 112011063443613-pat00036
, In contact working mode
Figure 112011063443613-pat00037
to be. In the direct teaching method of the robot according to the embodiment of the present invention, the robot recognizes the work intention of the worker through the first parallel observer 10 and simultaneously converts the work mode to the appropriate admittance factor combination. In a situation where a contact is generated between an unrecognized obstacle and a work object, the contact situation is recognized through the first parallel observer 10 and converted into a combination of admittance factors suitable for contact work.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 병렬식 관측기(10)는 작업자의 교시력(

Figure 112011063443613-pat00038
), 엔코더 신호를 통해 산출한 로봇의 운동 속도(
Figure 112011063443613-pat00039
) 및 접촉 상황에서 발생되는 접촉력(
Figure 112011063443613-pat00040
)을 실시간으로 관측한다. 또한, 제1 병렬식 관측기(10)는 작업자의 교시력이 힘의 경계치(
Figure 112011063443613-pat00041
: 최대 교시력의 중간값)보다 크고, 현재 로봇의 운동 속도가 속도의 경계치(
Figure 112011063443613-pat00042
: 교시를 통한 로봇 최대 속도의 중간값)보다 클 경우 비접촉 작업 모드(고속 작업)에 적합한 어드미턴스 인자 조합을 취하고, 그렇지 않는 경우 접촉 작업 모드(정밀 작업)에 적합한 어드미턴스 인자 조합을 취한다.As shown in FIG. 2, the first parallel observer 10 has a teaching force of an operator.
Figure 112011063443613-pat00038
), And the robot's movement speed calculated from the encoder signal (
Figure 112011063443613-pat00039
) And the contact force generated in a contact situation (
Figure 112011063443613-pat00040
) In real time. In addition, in the first parallel observer 10, the teaching force of the operator is the boundary of the force (
Figure 112011063443613-pat00041
Is greater than the median maximum teaching force, and the robot's current velocity is the speed threshold.
Figure 112011063443613-pat00042
: If larger than the median speed of the robot through teaching), take the admittance factor combination suitable for the non-contact working mode (high speed work); otherwise, take the admittance factor combination suitable for the contact working mode (precision work).

한편, 제1 병렬식 관측기(10)는 비접촉 작업 모드시에 접촉력이 신호 잡음(noise)을 고려한 데드존(dead zone) 한계치(

Figure 112011063443613-pat00043
)보다 큰 경우 접촉 상황으로 간주하고 접촉 작업 모드에 적합한 어드미턴스 인자 조합을 취한다. 제1 병렬식 관측기(10)를 통한 모든 동작은 작업자를 통해 수행되는 모든 교시 작업에서 적용된다.On the other hand, the first parallel observer 10 has a dead zone limit in which the contact force takes into account signal noise in the non-contact working mode (
Figure 112011063443613-pat00043
If greater than), it is considered a contact situation and the appropriate admittance factor combination is taken for the contact working mode. All operations through the first parallel observer 10 apply to all teaching tasks performed by the operator.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 직접 교시 방법은 추가의 힘/토크 센서 없이 상기 식(2)의 어드미턴스 관계식으로부터 결정된 로봇의 목표 동특성과 현재 작동 중인 로봇의 동특성이 입력되는 임피던스 제어기(40)를 통해 작업 대상물과 주변 장애물과의 접촉력을 산출한다. 이때, 노이즈의 영향을 줄이기 위해, 저역 통과 필터, 1KHz이상의 샘플링 주파수, 상기 식(2)에서 결정된 어드미턴스 인자 조합 중 접촉 작업에 적합한 관성 행렬과 동일하며 임계 댐핑(critical damping)의 특성을 가진 임피던스 인자 조합의 수단이 이용될 수 있다. 상기 직접 교시 방법상에서 입출력되는 신호를 작업자가 인식할 수 있도록 그래프 창 또는 메시지 창에 표시한 모니터링 장치(graphical user interface)(60)가 이용될 수 있다.The direct teaching method of the robot according to an embodiment of the present invention provides an impedance controller 40 into which the target dynamics of the robot determined from the admittance relation of Equation (2) and the dynamics of the currently operating robot are input without an additional force / torque sensor. The contact force between the workpiece and the surrounding obstacles is calculated. At this time, in order to reduce the influence of noise, the low pass filter, the sampling frequency of 1KHz or more, the impedance factor having the characteristic of critical damping, which is the same as the inertial matrix suitable for the contact operation among the admittance factor combinations determined in Equation (2). Combination means can be used. In the direct teaching method, a graphic user interface 60 displayed in a graph window or a message window may be used so that an operator may recognize a signal input and output.

도 3에서 도시된 바와 같이, 식(2)의 어드미턴스 관계식을 통해 도출된 로봇의 목표 동특성(

Figure 112011063443613-pat00044
)과 로봇 엔코더 신호로부터 정기구학 분석을 통해 도출된 직교 좌표계 상의 로봇의 동특성(
Figure 112011063443613-pat00045
)을 아래 식(6)의 임피던스 관계식에 대입하여 접촉 상황 시 발생되는 접촉력을 산출한다.As shown in FIG. 3, the target dynamic characteristics of the robot derived through the admittance relation of Equation (2)
Figure 112011063443613-pat00044
) And the Dynamic Characteristics of the Robot on Cartesian Coordinate System Derived through Static Kinematic Analysis from Robot Encoder Signal
Figure 112011063443613-pat00045
) Is substituted into the impedance relation equation of equation (6) below to calculate the contact force generated in the contact situation.

Figure 112011063443613-pat00046
(6)
Figure 112011063443613-pat00046
(6)

여기서,

Figure 112011063443613-pat00047
는 기계적 임피던스 인자(관성, 댐핑, 강성 행렬)
here,
Figure 112011063443613-pat00047
Is the mechanical impedance factor (inertia, damping, stiffness matrix)

식(6)에서 관성, 댐핑, 강성 행렬을 나타내는 임피던스 인자의 결정은 노이즈 영향, 충분한 샘플링 비율과 함께 정확한 접촉력 산출과 직결되고, 진동 억제를 비롯한 시스템의 안전성을 고려하여 임계 댐핑의 특성을 가지는 식(7)과 같은 임피던스 인자간의 관계식을 적용한다.In Eq. (6), the determination of the impedance factor representing the inertia, damping, and stiffness matrix is directly related to the accurate contact force calculation with noise effect and sufficient sampling rate, and has the characteristic of critical damping in consideration of the safety of the system including vibration suppression. The relation between impedance factors is applied as in (7).

Figure 112011063443613-pat00048
(7)
Figure 112011063443613-pat00048
(7)

여기서,

Figure 112011063443613-pat00049
는 상기 식(2)에서 결정된 어드미턴스 인자 조합 중 접촉 작업에 적합한 관성 행렬과 동일하며,
Figure 112011063443613-pat00050
는 접촉이 발생된 후 정적(static) 거동 상태에서 작업에 적합한 접촉력 크기를 고려하여 결정한다. 임피던스 제어기에 입력되는 로봇의 동특성 신호와 그 제어기로부터 출력되는 접촉력 신호는 로봇 제어 장치(100) 내부의 모니터링 장치(60)에서 그래프 창 또는 메시지 창에 표시됨으로써 작업자는 직접 교시 및 재생 작업 시 발생되는 여러 가지 상황을 인식할 수 있다.here,
Figure 112011063443613-pat00049
Is the same as the inertia matrix suitable for the contact operation among the admittance factor combinations determined in Equation (2),
Figure 112011063443613-pat00050
Is determined by considering the contact force magnitude suitable for the operation in the static behavior after the contact has occurred. The dynamic characteristic signal of the robot input to the impedance controller and the contact force signal output from the controller are displayed in the graph window or the message window by the monitoring device 60 inside the robot control apparatus 100, so that the operator can directly You can recognize various situations.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 직접 교시 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 교시 작업의 각 세부 단계별로 작업 소요 시간, 로봇의 운동 정보 및 발생된 접촉력 정보를 로봇 제어 장치(100) 내부의 교시 데이터 저장 장치(70)에 순차적으로 저장한다. 로봇의 재생 작업에서 작업자의 추가 교시 작업이 수행된 경우, 도 4의 교시 데이터 보정 장치(80)는 로봇의 재생 작업이 시작된 시점부터 재생이 중지될 때까지 소요된 시간으로부터 문제가 발생된 세부 단계를 파악하고, 저장된 교시 데이터 중 그 세부 단계(문제가 발생된 단계)가 완료되는 순간의 위치(또는 방위) 정보로부터 작업자의 추가 교시 작업을 통한 로봇의 변위량(방위 변화량)을 근거로 로봇 위치(또는 방위) 보정 데이터를 산출한다. 보정 데이터는 상기 문제가 발생된 세부 단계의 다음 단계부터 적용된다.In the direct teaching method of the robot according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the time required for work, the motion information of the robot, and the generated contact force information for each detailed step of the teaching work may be performed in the robot control apparatus 100. The teaching data storage device 70 stores the data sequentially. When the additional teaching work of the operator is performed in the reproducing operation of the robot, the teaching data correction device 80 of FIG. 4 is a detailed step in which a problem occurs from the time taken from when the reproducing operation of the robot starts until the reproducing is stopped. From the position (or orientation) at the moment when the detailed step (problem occurred) among the stored teaching data is completed, the robot position ( Or orientation) correction data. The correction data is applied from the next step of the detailed step where the problem occurs.

작업자의 직접 교시 및 재생 작업상에서 작업 대상물은 일반적으로 로봇 말단에 장착된 로봇 그리퍼에 파지되어 작업자의 의도에 따라 원하는 위치로 이동되거나 설치된다. 만약 작업 대상물의 파지 위치가 교시 작업 및 재생 작업에서 상이하다면 로봇은 작업자의 직접 교시 데이터를 추종하기 위해 주위 환경과 불필요한 접촉을 발생시켜 작업 대상물의 파손 및 로봇 시스템 손상의 문제를 발생시킨다.In the direct teaching and reproducing operation of the operator, the workpiece is generally held in a robot gripper mounted at the end of the robot and moved or installed at a desired position according to the intention of the operator. If the gripping position of the workpiece is different in the teaching and reproducing task, the robot generates unnecessary contact with the surrounding environment to follow the operator's direct teaching data, causing the problem of damage to the workpiece and damage to the robot system.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 직접 교시 방법은 로봇 재생 작업상 상기 문제가 발생된 경우, 로봇은 작업자의 의도에 따라 원하는 작업을 수행하기 위해 스스로 현재의 문제점을 해결하는 것이 아니라 문제가 발생된 경우 작업자에게 현재 상황을 전달하고 작업자의 추가 교시 작업을 통해 로봇이 추종해야 할 목표 동특성 가운데 위치 정보만 보정하여 이후 재생 작업에 적용한다. 이러한 방법은 추가 센서나 복잡한 경로 보상 알고리즘이 필요 없고, 로봇이 구현하기 힘든 작업자의 숙련된 기술이 문제 해결시 적용될 수 있는 장점을 가진다.In order to solve this problem, the direct teaching method according to an embodiment of the present invention is that when the above problem occurs in the robot regeneration operation, the robot is to solve the current problem by itself to perform the desired operation according to the intention of the operator. Rather, if a problem occurs, it communicates the current situation to the worker, and further corrects the position information among the target dynamics that the robot must follow through the operator's additional teaching work and applies it to subsequent regeneration work. This method eliminates the need for additional sensors or complex path compensation algorithms, and has the advantage that the skilled worker's skills, which are difficult for the robot to implement, can be applied when solving problems.

구체적으로, 상기 교시 데이터 저장 장치(70)는 작업자의 직접 교시 데이터를 각 세부 단계별로 구분하여 단계별 소요시간과 함께 저장한다. 따라서, 저장된 교시 데이터를 근거로 재생 작업을 수행할 때, 재생 작업이 중지된 단계가 파악된다. 또한, 중지된 단계의 종료 시점에서 교시 데이터 저장 장치(70)에 저장된 로봇의 위치(방위) 정보와 작업자의 추가 교시를 통해 이동된 로봇의 위치(방위) 정보 사이의 변화량만큼 이후 세부 단계의 위치(방위) 정보가 보정(속도 및 가속도 정보는 저장된 데이터 정보를 그대로 로봇이 추종)된다면 나머지 재생 작업은 계속해서 로봇을 통해 수행될 수 있다.Specifically, the teaching data storage device 70 divides the direct teaching data of the worker into each detailed step and stores the required teaching time with each step. Thus, when performing the reproducing operation based on the stored teaching data, the stage at which the reproducing operation is stopped is identified. In addition, the position of the later detailed steps by the amount of change between the position (bearing) information of the robot stored in the teaching data storage device 70 and the position (bearing) information of the robot moved through additional teaching of the worker at the end of the stopped step. If the (azimuth) information is corrected (the robot follows the stored data information as speed and acceleration information), the rest of the reproducing operation can be continuously performed by the robot.

본 발명의 실시예에 따른 로봇의 재생 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 병렬식 관측기(20)로부터 현재 로봇의 경로 추종 상태와 발생되는 접촉력 크기를 실시간으로 관측한다. 접촉력 크기는 상기 식(6)의 인자와 동일한 임피던스 제어기로부터 산출하되, 입력되는 신호는 교시 데이터 저장 장치(70)에 저장된 교시 정보와 현재 작동하고 있는 로봇의 운동 정보로 구성된다. 상기 접촉력 정보로부터 작업 대상물과 외부 환경과의 불필요한 접촉 상황을 판단한다.As shown in FIG. 5, the method of regenerating a robot according to an exemplary embodiment of the present invention observes a path following state and a magnitude of contact force generated in real time from the second parallel observer 20. The contact force magnitude is calculated from the same impedance controller as the factor of Equation (6), but the input signal is composed of the teaching information stored in the teaching data storage device 70 and the motion information of the robot currently operating. The unnecessary contact situation between the work object and the external environment is determined from the contact force information.

도 5에 도시된 바와 같이. 제2 병렬식 관측기(20)는 도 1의 모드 선택 스위치를 작업자가 교시 모드에서 재생 모드로 변경함과 동시에 작동되고, 상기 교시 데이터 저장 및 보정 장치(70, 80)를 통해 저장된 세부 단계별 작업자의 직접 교시 데이터(

Figure 112011063443613-pat00051
)와 접촉력(
Figure 112011063443613-pat00052
) 및 현재 로봇의 동특성 정보(
Figure 112011063443613-pat00053
)가 실시간으로 관측된다. 만약 저장된 교시 데이터 중에서 위치 정보가 현재 로봇의 위치 정보와 동일하다면 계속해서 로봇은 재생 작업을 수행하고, 동일하지 않다면 식(6)과 동일한 임피던스 인자를 갖는 식(8)의 임피던스 관계식을 통해 로봇이 지정된 경로를 이탈하면서 발생되는 접촉력(
Figure 112011063443613-pat00054
)를 산출한다.As shown in FIG. 5. The second parallel observer 20 is operated at the same time as the operator changes the mode selection switch of FIG. Direct teaching data (
Figure 112011063443613-pat00051
) And contact force (
Figure 112011063443613-pat00052
) And current robot dynamic information (
Figure 112011063443613-pat00053
) Is observed in real time. If the position information in the stored teaching data is the same as the position information of the current robot, the robot continuously performs the regeneration operation. If the position information is not the same, the robot is determined through the impedance relationship of the equation (8) having the same impedance factor as the equation (6). The contact force generated while leaving the specified path (
Figure 112011063443613-pat00054
).

Figure 112011063443613-pat00055
(8)
Figure 112011063443613-pat00055
(8)

접촉력 크기를 산출하기 위해, 제2 병렬식 관측기(20)에서 사용된 임피던스 제어기는 상기 로봇 직접 교시 방법에서 사용된 임피던스 제어기와 마찬가지로 노이즈의 영향을 줄이기 위해 저역 통과 필터, 1KHz이상의 샘플링 주파수, 상기 식(2)에서 결정된 어드미턴스 인자 조합 중 접촉 작업에 적합한 관성 행렬과 동일하며 임계 댐핑(critical damping) 특성을 가진 임피던스 인자 조합을 가진다.In order to calculate the magnitude of the contact force, the impedance controller used in the second parallel observer 20, like the impedance controller used in the robot direct teaching method, is used to reduce the influence of noise, a low pass filter, a sampling frequency of 1 KHz or more, Among the admittance factor combinations determined in (2), they have the same impedance factor combination as the inertia matrix suitable for contact operation and have critical damping characteristics.

상기 산출된 접촉력이 상기 교시 데이터 저장 장치(70) 또는 교시 데이터 보정 장치(80)를 통해 저장된 접촉력(

Figure 112011063443613-pat00056
)과 신호 잡음(noise)을 고려한 데드존(dead zone) 한계치(
Figure 112011063443613-pat00057
)의 합보다 큰 경우, 제2 병렬식 관측기(20)는 현재 작업 대상물이 주위 환경과 불필요한 접촉을 발생시킨 상황으로 판단하고 모니터링 장치(70)의 알람등을 작동하고 스스로 도 5의 관측기 작동 스위치를 열어 도 1의 모드 선택 스위치를 강제로 재생 모드에서 교시 모드로 변환한다. 이 후 작업자는 추가 교시의 필요성을 인지하고 추가 교시를 수행하면, 변경된 로봇 운동 정보만큼 교시 데이터 보정 장치(80)가 최초 교시 후 저장된 로봇 운동 정보를 보정함으로써 로봇은 다시 재생 작업을 수행할 수 있다.The calculated contact force is a contact force (stored through the teaching data storage device 70 or the teaching data correction device 80)
Figure 112011063443613-pat00056
Dead zone limit considering the noise
Figure 112011063443613-pat00057
Is greater than the sum, the second parallel observer 20 determines that the current work object has caused unnecessary contact with the surrounding environment, activates an alarm light of the monitoring device 70, and switches itself to the observer operation of FIG. Open to switch the mode selection switch in Fig. 1 to forced mode from teaching mode. Thereafter, when the operator recognizes the need for additional teaching and performs additional teaching, the robot can perform the regeneration operation by correcting the stored robot movement information after the first teaching by the teaching data correction device 80 as much as the changed robot movement information. .

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

10: 제1 병렬식 관측기 20: 제2 병렬식 관측기
30: 목표 동특성 생생부 40: 임피던스 제어기
50: 위치 제어기 60: 모니터링 장치
70: 교시 데이터 저장 장치 80: 교시 데이터 보정 장치
100: 로봇 제어 장치10: first parallel observer 20: second parallel observer
30: target dynamic characteristics generating part 40: impedance controller
50: position controller 60: monitoring device
70: teaching data storage device 80: teaching data correction device
100: Robot control device

Claims (12)

작업자의 직접 교시에 의해 로봇을 통하여 작업을 수행하는 직접 교시 작업 단계; 및
상기 직접 교시되어 저장된 데이터에 기초하여 로봇을 재생함으로써 작업을 수행하는 재생 작업 단계를 포함하며,
상기 직접 교시 작업 단계는,
작업자의 교시력 및 로봇의 운동 속도 중 하나 이상을 관측하고,
관측된 상기 교시력 및 로봇의 운동 속도 중 하나 이상을 기 설정된 경계값과 비교하여 작업자의 동작 의도를 로봇이 인지하고,
비교 결과에 따라 요구 성능에 부합된 로봇의 작업 모드를 구현하는 것으로 이루어지고,
상기 로봇의 작업 모드는 정밀 작업을 위한 접촉 작업 모드 및 고속 작업을 위한 비접촉 작업 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법.
A direct teaching work step of performing work through a robot by direct teaching of an operator; And
A reproducing operation step of performing a job by reproducing the robot based on the directly taught and stored data,
The direct teaching work step,
Observe one or more of the operator's teaching power and the robot's speed of movement,
The robot recognizes the operation intention of the operator by comparing at least one of the observed teaching force and the movement speed of the robot with a preset threshold value,
According to the comparison result, the robot's working mode is realized according to the required performance.
The work mode of the robot includes a direct work mode for precision work and a non-contact work mode for high speed work.
제1항에 있어서,
상기 직접 교시 작업 단계는,
작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력을 더 관측하고,
관측된 상기 접촉력을 기 설정된 한계값과 비교하여 상기 로봇의 작업 모드를 변경하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법.
The method of claim 1,
The direct teaching work step,
Observe the contact force that occurs when the workpiece comes in contact with an obstacle,
And directing and reproducing the operation mode of the robot by comparing the observed contact force with a preset limit value.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 재생 작업 단계는,
상기 직접 교시되어 저장된 데이터의 로봇 위치 정보와 현재 로봇의 위치 정보를 관측하여 양 위치 정보가 동일한 경우 재생 작업을 지속하고,
양 위치 정보가 다른 경우 로봇이 지정된 경로를 이탈하여 발생되는 접촉력을 산출하고,
산출된 접촉력이 기 설정된 값보다 큰 경우 불필요한 접촉을 발생시킨 것으로 판단하여 로봇의 재생 작업을 정지하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법.
The method of claim 1,
The regeneration work step,
When the robot position information of the directly taught and stored data is observed and the position information of the current robot, the playback operation is continued when both position information are the same,
If the two position information is different, the robot calculates the contact force generated by leaving the designated path,
And determining that an unnecessary contact has been generated when the calculated contact force is greater than a predetermined value, thereby stopping the regeneration operation of the robot.
제4항에 있어서,
상기 로봇의 재생 작업이 정지하는 경우 작업자가 재생 작업의 정지를 인식할 수 있도록 알리는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법.
5. The method of claim 4,
Direct teaching and playback method of the robot, characterized in that the operator is notified so that the operator can recognize the stop of the playback operation when the regeneration operation of the robot is stopped.
제4항에 있어서,
상기 재생 작업 단계에서 로봇의 재생 작업이 정지한 경우, 로봇의 운동 정보를 보정할 수 있도록 작업자가 추가 교시하는 추가 교시 작업 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법.
5. The method of claim 4,
And a further teaching operation step in which the operator additionally teaches to correct the robot's motion information when the reproduction operation of the robot is stopped in the reproduction operation step.
제6항에 있어서,
상기 직접 교시 작업 단계에서는 세부 단계별로 작업 소요 시간, 로봇의 운동 정보 및 발생된 접촉력 정보가 순차적으로 저장되고,
추가 교시가 수행되는 경우 로봇의 재생 작업이 시작된 시점부터 재생 작업이 중지된 시점까지 소요된 시간으로부터 문제가 발생된 단계를 파악하고,
상기 문제가 발생된 단계가 완료되는 순간의 위치 정보로부터 작업자의 추가 교시를 통한 로봇의 변위량을 근거로 로봇의 위치 보정 데이터를 산출하고,
상기 위치 보정 데이터를 상기 문제가 발생한 단계의 다음 단계부터 적용하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 및 재생 방법.
The method according to claim 6,
In the direct teaching operation step, the time required for operation, the motion information of the robot and the generated contact force information are sequentially stored,
If further teaching is carried out, identify the stage in which the problem occurred from the time taken from when the robot's regeneration was started to when the regeneration was stopped,
The position correction data of the robot is calculated based on the displacement amount of the robot through additional teaching of the operator from the position information at the moment when the step in which the problem occurs is completed,
And applying the position correction data from the next step after the step where the problem occurs.
로봇의 교시 작업 및 재생 작업을 제어하는 로봇 제어 장치로서,
로봇의 교시 작업시 작업자의 교시력, 로봇의 운동 속도 및 작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력 중 하나 이상을 관측하는 제1 병렬식 관측기; 및
작업자의 로봇에 대한 직접 교시 데이터를 저장하는 교시 데이터 저장 장치를 포함하며,
상기 제1 병렬식 관측기는 관측된 상기 교시력, 로봇의 운동 속도 및 작업 대상물이 장애물과 접촉할 때 발생하는 접촉력 중 하나 이상을 기 설정된 경계값과 비교하여 작업자의 동작 의도를 로봇이 인지한 후, 비교 결과에 따라 요구 성능에 부합된 로봇의 작업 모드를 구현하는 것을 특징으로 하되,
상기 상기 접촉력과 기계적 임피던스 인자를 조절하여 접촉 상황시 로봇의 운동 특성을 재생성하는 임피던스 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
A robot control device that controls the teaching and reproducing work of a robot,
A first parallel observer for observing at least one of the teaching force of the worker, the movement speed of the robot, and the contact force generated when the work object comes in contact with an obstacle during the teaching operation of the robot; And
A teaching data storage device for storing direct teaching data about a robot of an operator,
The first parallel observer compares one or more of the observed teaching force, the movement speed of the robot, and the contact force generated when the work object is in contact with an obstacle, and compares the intention of the operator with a preset threshold. According to the comparison result, it is characterized in that the working mode of the robot meeting the required performance is implemented.
And an impedance controller for regulating the contact force and the mechanical impedance factor to regenerate the movement characteristics of the robot in a contact situation.
삭제delete 제8항에 있어서,
로봇의 재생 작업시, 직접 교시 데이터의 로봇 위치 정보와 접촉력 및 현재 로봇의 위치 정보를 관측하는 제2 병렬식 관측기를 더 포함하고,
상기 제2 병렬식 관측기는 직접 교시 데이터의 로봇 위치 정보와 현재 로봇의 위치 정보가 동일한 경우 재생 작업을 지속하고, 양 위치 정보가 다른 경우 로봇이 지정된 경로를 이탈하여 발생되는 접촉력을 산출하며, 산출된 접촉력이 기 설정된 값보다 큰 경우 불필요한 접촉을 발생시킨 것으로 판단하여 로봇의 재생 작업을 정지하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
9. The method of claim 8,
In the regeneration operation of the robot, further includes a second parallel observer for observing the robot position information and contact force of the direct teaching data and the current position information of the robot,
The second parallel observer continues the reproducing operation when the robot position information of the direct teaching data is the same as the current position information of the robot, and calculates the contact force generated when the robot departs from the designated path when the position information is different from each other. And stop the regeneration of the robot by determining that unnecessary contact is generated when the contact force is larger than a predetermined value.
제10항에 있어서,
로봇의 재생 작업이 정지된 경우, 작업자의 추가 교시에 의해 변경된 로봇의 변위량에 근거하여 보정 데이터를 산출하는 교시 데이터 보정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
The method of claim 10,
And a teaching data correction device for calculating correction data based on the displacement amount of the robot changed by further teaching by the operator when the reproducing operation of the robot is stopped.
제8항에 있어서,
상기 임피던스 제어기를 통해 입출력되는 신호를 그래프 창 또는 메시지 창으로 표시하고, 로봇의 재생 작업이 정지된 경우 작업자에게 알리는 알람등을 구비한 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.9. The method of claim 8,
And a monitoring device displaying a signal input and output through the impedance controller in a graph window or a message window, and including an alarm to notify an operator when the reproducing operation of the robot is stopped.
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