KR101737904B1 - Apparatus and method for robot direct teaching using removable teaching handle and tool coordinate system transformation - Google Patents

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Abstract

착탈식 교시 핸들 및 작업툴의 좌표계 변환을 이용하여 원활한 교시 작업을 수행할 수 있는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계를 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법이 개시된다. 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 방법은 교시 핸들을 힘센서에 설치하는 단계와, 공구 좌표계를 교시 핸들 좌표계로 설정하는 단계와, 데이터베이스로부터 정보를 획득하여 교시할 지점을 미리 선정하는 단계와, 상기 교시 핸들을 잡고 작업 로봇을 구동하는 단계와, 상기 교시 핸들의 끝점 위치를 저장하는 단계와, 상기 데이터베이스로부터 교시 지점에서 상기 작업 로봇의 자세를 획득 및 저장하는 단계와, 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계와, 상기 교시 핸들을 제거하는 단계 및 상기 공구 좌표계를 원상태로 복귀하는 단계를 포함한다. 따라서, 교시 작업의 정확성 및 신속성이 향상되며, 작업자의 안전사고율을 현저히 감소시킬 수 있다.A robot direct teaching apparatus and method using a removable teaching handle and a tool coordinate system capable of performing a smooth teaching operation using a coordinate system conversion of a removable teaching handle and a working tool are disclosed. A robot direct teaching method using a detachable teaching handle and a tool coordinate system conversion includes a step of installing a teaching handle on a force sensor, a step of setting a tool coordinate system as a teaching handle coordinate system, a step of acquiring information from a database, A step of storing the position of the end point of the teaching handle, a step of acquiring and storing the posture of the working robot at a teaching point from the database, Calculating and applying a position offset, removing the teaching handle, and returning the tool coordinate system to its original state. Therefore, the accuracy and speed of the teaching work are improved, and the safety accident rate of the operator can be remarkably reduced.

Description

착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ROBOT DIRECT TEACHING USING REMOVABLE TEACHING HANDLE AND TOOL COORDINATE SYSTEM TRANSFORMATION}Field of the Invention [0001] The present invention relates to a robot direct teaching apparatus and method using a removable teaching handle and a tool coordinate system conversion,

본 발명은 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 힘센서를 이용하여 로봇 위치와 자세에 대한 교시를 수행하는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a robot direct teaching apparatus and method using a detachable teaching handle and a tool coordinate system conversion, and more particularly, to a robot teaching apparatus and method using a detachable teaching handle and a tool coordinate system conversion The present invention relates to a robot direct teaching apparatus and method.

일반적으로, 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 방법에서는 용접 와이어 또는 그라인더 날 등과 같은 작업공구의 끝부분을 직접 작업부위에 티칭하는 작업이 수행된다.Generally, in a robot direct teaching method using a force sensor, an end portion of a working tool such as a welding wire or a grinder blade is directly taught to a working portion.

종래의 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 장치는 힘센서 및 작업공구를 구비하며, 작업자는 직접 상기 작업공구를 파지하여 로봇 암을 유도하거나 별도의 전용핸들을 파지하여 로봇 암을 유도하였다. 아울러, 힘센서 정보를 계산하여 로봇의 이동위치를 계산하는 소프트웨어 및 교시점 입력장치 등이 구비되었다.The robot direct teaching apparatus using a conventional force sensor has a force sensor and a working tool. The operator directly grasps the working tool to guide the robot arm, or grasps a separate dedicated handle to guide the robot arm. In addition, software for calculating the position of the robot by calculating the force sensor information, a teaching point input device, and the like were provided.

이와 같은 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 장치는 OLP(Off-Line Programming)에 의한 간접교시에 비해 직관적이고, 다품종 소량생산 작업에 적합하며, 공작물 오차에 영향을 적게 받는 특징이 있다. 또한, 티칭 팬던트를 이용한 직접교시에 비해 교시 시간이 짧다는 장점이 있다.The robot direct teaching system using the force sensor is more intuitive than the indirect teaching by the off-line programming (OLP), is suitable for small quantity production of various kinds of products, and is less influenced by the workpiece error. In addition, there is an advantage that the teaching time is shorter than direct teaching using the teaching pendant.

정리하면, 종래의 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법은 힘센서 상에 있는 교시 핸들 또는 공구를 작업자가 직접 파지하고 로봇 암을 구동시켜 목표한 지점에 도달한 후, 그 지점의 로봇 위치와 자세를 저장하는 방식으로 교시 작업이 수행되었다.In summary, a robot direct teaching apparatus and method using a conventional force sensor grasps a teaching handle or a tool on a force sensor directly and drives the robot arm to reach a target point, The teaching work was carried out by storing the posture.

하지만, 종래의 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법에서는 민감한 공구 끝부분을 직접 작업지점에 위치시키므로, 강한 충격 등에 의해 공구가 파손될 위험이 있었으며 정확성과 신속성이 떨어지는 문제점이 있었다. However, in a robot direct teaching apparatus and method using a conventional force sensor, since a sensitive tool end is directly located at a work point, there is a risk that the tool is broken due to a strong impact, and accuracy and promptness are deteriorated.

즉, 용접 와이어의 경우 와이어가 무르기 때문에 티칭 작업 중 와이어가 휘는 현상이 발생될 수 있으며, 돌출길이를 정확하게 맞추기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 그라인더 날처럼 작업지점이 넓을 경우 어느 지점을 교시해야 할지 난해한 경우가 빈번히 발생하였다.That is, in the case of the welding wire, since the wire is infinite, the wire may bend during the teaching operation, and it is difficult to precisely match the projecting length. Also, when the working point is wide like a grinder blade, it often happens that it is difficult to know which point to teach.

아울러, 종래의 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법에서는 대부분 작업 지점에서부터 옵셋을 주며 교시 작업이 수행되어야 하기 때문에 정확성과 신속성이 저하되었다.In addition, in the robot direct teaching apparatus and method using the conventional force sensor, accuracy and promptness are deteriorated because the teaching work should be performed with the offset from most work points.

뿐만 아니라, 종래의 힘센서를 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법에서는 뜨거운 용접봉 또는 날카로운 그라인더 날을 작업자가 직접 파지하고 교시 작업이 수행되었기 때문에, 작업자의 안전 사고가 발생될 우려가 있는 것이었다.In addition, in a robot direct teaching apparatus and method using a conventional force sensor, a hot electrode or a sharp grinder blade is grasped directly by a worker and a teaching work is performed, thereby causing a safety accident of an operator.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 착탈식 교시 핸들 및 작업툴의 좌표계 변환을 이용하여 원활한 교시 작업을 수행할 수 있는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계를 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a robot direct teaching apparatus and method using a detachable teaching handle and a tool coordinate system capable of performing a smooth teaching operation using a coordinate system conversion of a detachable teaching handle and a working tool .

본 발명에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치는 작업 로봇에 설치되는 작업 공구와, 직접 교시 작업 시 작업자의 운동을 감지하는 힘센서와, 상기 힘센서에 착탈 가능하게 결합되며 작업자에게 파지 가능하게 설치되는 교시 핸들 및 상기 작업 공구의 끝단부에 위치한 공구 좌표계를 상기 교시 핸들의 끝단부에 위치한 교시 핸들 좌표계로 변환하며 교시 지점으로부터의 위치옵셋을 계산하는 로봇 제어기를 포함한다.The robot direct teaching apparatus using the detachable teaching handle and the tool coordinate system conversion according to the present invention comprises a working tool installed on a work robot, a force sensor for sensing movement of an operator during a direct teaching work, And a robot controller for converting a tool coordinate system located at an end of the working tool into a teaching handle coordinate system located at an end of the teaching handle and calculating a position offset from the teaching point.

이 경우, 상기 교시 핸들은 교시 지점을 찍기 위한 교시봉과, 상기 교시봉을 승강 가능하게 삽입시키며 상기 힘센서에 연결되는 교시봉 지지 브라켓과, 상기 교시봉 지지 브라켓의 일 측에 설치되며 상기 교시봉을 상기 교시봉 지지 브라켓으로부터 삽입 해제시키거나 상기 교시봉을 상기 교시봉 지지 브라켓에 삽입 고정시키는 착탈부 및 작업자의 손에 파지되기 위한 교시 손잡이를 포함한다.In this case, the teaching handle may include a teaching bar for photographing a teaching point, a teaching bar supporting bracket connected to the force sensor so as to allow the teaching bar to be raised and lowered, And a teaching handle for gripping the hand of a worker, wherein the teaching handle is detachable from the teaching bar supporting bracket or the teaching bar is inserted and fixed to the teaching bar supporting bracket.

이 경우, 상기 교시봉의 측면에는 요입홈이 형성되고, 상기 착탈부는 상기 요입홈에 삽입 또는 분리되는 조작부재 및 상기 조작부재를 상기 요입홈에 삽입되는 방향으로 힘을 가하는 탄성부재를 포함한다.In this case, a concave groove is formed in a side surface of the teaching bar, and the detachable portion includes an operating member inserted into or removed from the concave groove and an elastic member for applying a force in a direction to insert the operating member into the concave groove.

한편, 본 발명에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 방법은 교시 핸들을 힘센서에 설치하는 단계와, 공구 좌표계를 교시 핸들 좌표계로 설정하는 단계와, 데이터베이스로부터 정보를 획득하여 교시할 지점을 미리 선정하는 단계와, 상기 교시 핸들을 잡고 작업 로봇을 구동하는 단계와, 상기 교시 핸들의 끝점 위치를 저장하는 단계와, 상기 데이터베이스로부터 교시 지점에서 상기 작업 로봇의 자세를 획득 및 저장하는 단계와, 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계와, 상기 교시 핸들을 제거하는 단계 및 상기 공구 좌표계를 원상태로 복귀하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a robot direct teaching method using a detachable teaching handle and a tool coordinate system conversion, comprising the steps of installing a teaching handle on a force sensor, setting a tool coordinate system to a teaching handle coordinate system, A step of storing a position of an end point of the teaching handle, a step of acquiring and storing a posture of the working robot at a teaching point from the database, Calculating a position offset of the teaching point, applying the position offset of the teaching point, removing the teaching handle, and returning the tool coordinate system to the original state.

이 경우, 상기 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계 이후에, 교시가 완료 되었으면 상기 교시 핸들을 제거하는 단계를 수행하고, 교시가 완료되지 않았으면 상기 교시할 지점을 선정하는 단계를 수행하는 교시 완료 여부를 판단하는 단계를 더 포함한다.In this case, the step of calculating and applying the position offset of the teaching point may be followed by the step of removing the teaching handle if the teaching is completed, and the step of selecting the point to be taught if the teaching is not completed And determining whether the teaching has been completed.

또한, 상기 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계는 데이터베이스에서 획득한 교시지점의 로봇자세로부터 회전행렬

Figure 112010066347135-pat00001
를 계산하는 단계와, 상기 데이터베이스로부터 교시 지점의 옵셋량을 획득하는 단계와, 상기
Figure 112010066347135-pat00002
에 각 방향 옵셋량을 곱하여 위치옵셋(Poffset)을 계산하는 단계 및 교시 지점에 위치옵셋을 더하여 최종 교시점을 저장하는 단계를 포함한다.The step of calculating and applying the position offset of the teaching point may include calculating a rotation matrix from the robot posture of the teaching point acquired in the database,
Figure 112010066347135-pat00001
Calculating an offset amount of a teaching point from the database,
Figure 112010066347135-pat00002
Calculating a position offset (P offset ) by multiplying the direction offset amount by the direction offset amount, and adding a position offset to the teaching point to store the final teaching point.

본 발명에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법은 교시 작업의 정확성 및 신속성을 향상시킨 매우 유용한 발명이다.The robot direct teaching apparatus and method using the detachable teaching handle and the tool coordinate system conversion according to the present invention are very useful inventions that improve the accuracy and promptness of the teaching work.

또한, 본 발명에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법은 작업자의 안전사고율을 현저히 감소시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.In addition, the robot direct teaching apparatus and method using the detachable teaching handle and the tool coordinate system conversion according to the present invention are very useful inventions capable of significantly reducing the accident rate of the operator.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치의 개략적인 구성도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치의 사용 예를 도시한 것이며,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 좌표계를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치 및 로봇 좌표계를 확대 도시한 것이며,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 방법의 흐름도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치옵셋을 계산하여 적용하는 방법을 도시한 흐름도이며,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치의 교시 핸들을 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착탈부를 도시한 것이며,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착탈부의 사용 예를 도시한 것이다. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot direct teaching apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 and 3 illustrate an example of using a robot direct teaching apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 illustrates a robot coordinate system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is an enlarged view of a robot direct teaching apparatus and a robot coordinate system according to an embodiment of the present invention,
6 is a flowchart of a robot direct teaching method according to an embodiment of the present invention,
7 is a flowchart illustrating a method of calculating and applying a position offset according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 illustrates a teaching handle of the robot direct teaching apparatus according to an embodiment of the present invention,
9 illustrates a detachable unit according to an embodiment of the present invention,
10A and 10B show an example of using a detachable portion according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면에 따라서 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical configuration of the robot direct teaching apparatus and method using the removable teaching handle and the tool coordinate system conversion will be described in detail as follows.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치의 사용 예를 도시한 것이다.FIG. 1 is a schematic block diagram of a robot direct teaching apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 illustrate an example of using a robot direct teaching apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치는 작업 로봇(100)에 설치되는 작업 공구(200)와, 직접 교시 작업 시 작업자의 운동을 감지하는 힘센서(210)와, 상기 힘센서(210)에 착탈 가능하게 결합되며 작업자에게 파지 가능하게 설치되는 교시 핸들(300) 및 상기 작업 공구(200)의 끝단부에 위치한 공구 좌표계(420)를 상기 교시 핸들(300)의 끝단부에 위치한 교시 핸들 좌표계(430)로 변환하며 교시 지점으로부터의 위치옵셋을 계산하는 로봇 제어기를 포함한다.1 to 3, the robot direct teaching apparatus using the detachable teaching handle and the tool coordinate system conversion includes a working tool 200 installed in the working robot 100, a force sensor (not shown) A teaching handle 300 detachably attached to the force sensor 210 and detachably attached to the force sensor 210 and a tool coordinate system 420 located at an end of the working tool 200, Into a teaching handle coordinate system (430) located at the end of the robot (300) and calculating a position offset from the teaching point.

작업자가 힘센서(210)와 연결되어 있는 교시 핸들(300)을 잡고 교시 지점으로 움직이고, 힘센서(210)는 이때 해당되는 힘을 센싱하여 로봇 제어기에 있는 아날로그 보드로 전달한다. 소프트웨어에서는 아날로그 값을 힘/토크 정보로 변환하며, 임피던스 제어기에서는 이를 이용하여 작업 로봇(100)의 모션량을 계산한다. 또한, 현재 위치/자세와 모션량을 합하여 해당 위치/자세를 구하고, 역기구학을 이용하여 작업 로봇(100)의 조인트 각을 계산한다. 이를 모션보드에 전달하여 작업 로봇(100)을 해당 위치로 이동한다.The operator grips the teaching handle 300 connected to the force sensor 210 to move to the teaching point, and the force sensor 210 senses the force at this time and transmits the sensed force to the analog board in the robot controller. In the software, the analog value is converted into force / torque information, and the impedance controller calculates the motion amount of the work robot 100 using the analog value. Also, the current position / posture and the motion amount are combined to obtain the position / posture, and the joint angle of the work robot 100 is calculated using the inverse kinematics. And transmits it to the motion board to move the work robot 100 to the corresponding position.

이러한 일련의 과정을 반복함으로써 작업 로봇(100)은 작업자의 동작을 추종하게 된다. 한편, 작업 로봇(100)의 끝지점이 원하는 위치/자세에 도달하였을 때, 작업자는 PDA 등의 위치 입력장치를 이용하여 작업 로봇(100)의 위치를 저장하게 된다.By repeating this series of processes, the work robot 100 follows the operation of the worker. On the other hand, when the end point of the work robot 100 reaches a desired position / posture, the operator stores the position of the work robot 100 using a position input device such as a PDA.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 작업자는 착탈식 교시 핸들(300)을 잡고 작업 로봇(100)을 작업 부재(110)로 이동하여 작업 공구(200)의 끝부분이 아닌 교시 핸들(300)의 끝부분에 교시 지점을 위치시키고 그 위치를 저장하는 것이다. 이 때, 데이터베이스로부터 해당 교시 지점의 공구 자세 및 위치옵셋 정보를 반영하여 위치를 저장하게 된다. 교시 작업이 완료되면 교시 핸들(300)을 힘센서(210)로부터 제거한 후 작업 부재(110)에 용접 작업을 수행한다. 이 경우, 도면부호 120은 교시 지점을 나타낸 것이다.That is, according to an embodiment of the present invention, the operator holds the detachable teaching handle 300 and moves the working robot 100 to the working member 110 to move the teaching handle 300, not the end of the working tool 200, And the position of the teaching point is stored. At this time, the position is stored by reflecting the tool posture and position offset information of the teaching point from the database. After the teaching operation is completed, the teaching handle 300 is removed from the force sensor 210 and then the working member 110 is welded. In this case, reference numeral 120 denotes a teaching point.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 좌표계를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치 및 로봇 좌표계를 확대 도시한 것이다.FIG. 4 is a view showing a robot coordinate system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged view of a robot direct teaching apparatus and a robot coordinate system according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 교시 작업을 수행하기 위해서는 좌표계 변환 작업이 요구된다. 우선, 로봇의 원점 좌표계와 끝점 좌표계가 있으며, 실제 작업 시 사용될 공구 좌표계와 교시 작업 시 사용될 교시 핸들 좌표계가 존재한다.As shown in FIGS. 4 and 5, in order to perform the above-described teaching work, a coordinate system conversion operation is required. First, there are the origin coordinate system of the robot and the end point coordinate system. There are a tool coordinate system to be used in the actual work and a coordinate system of the teaching handle to be used in the teaching work.

또한, 각 좌표계 간의 위치/회전 관계를 정의한 변환행렬이 있으며, 로봇 원점 좌표계(400)와 끝점 좌표계(410) 간의 변환행렬(

Figure 112010066347135-pat00003
), 로봇 끝점 좌표계(410)와 공구 좌표계(420) 간의 변환행렬(
Figure 112010066347135-pat00004
), 로봇 끝점 좌표계(410)와 교시 핸들 좌표계(430) 간의 변환행렬(
Figure 112010066347135-pat00005
)이 그것이다.In addition, there is a transformation matrix which defines the position / rotation relationship between the respective coordinate systems, and a transformation matrix between the robot origin coordinate system 400 and the end point coordinate system 410
Figure 112010066347135-pat00003
), A transformation matrix between the robot end point coordinate system 410 and the tool coordinate system 420
Figure 112010066347135-pat00004
), A transformation matrix between the robot end point coordinate system 410 and the teaching handle coordinate system 430
Figure 112010066347135-pat00005
).

즉, 교시 작업 시 교시 핸들 좌표계(430)를 사용하며 변환행렬은

Figure 112010066347135-pat00006
이고, 실제 작업 시 공구 좌표계(420)를 사용하며 변환행렬은
Figure 112010066347135-pat00007
이다.That is, in the teaching operation, the teaching handle coordinate system 430 is used, and the transformation matrix is
Figure 112010066347135-pat00006
, The tool coordinate system 420 is used in the actual work, and the transformation matrix is
Figure 112010066347135-pat00007
to be.

한편, 끝점 좌표계(410)와 함께 작업 로봇(100)의 끝부분에는 작업 공구(200)가 부착되어 있으며, 작업 공구(200)의 끝부분에는 공구 좌표계(420)가 있다. 아울러, 이와 독립적으로 작업 로봇(100)의 끝부분에는 힘센서(210)가 부착되어 있다. 또한, 힘센서(210)에는 착탈이 가능한 교시 핸들(300)이 부착되며, 교시 핸들(300)의 끝부분에는 교시 핸들 좌표계(430)가 있다.A work tool 200 is attached to an end of the work robot 100 along with an end point coordinate system 410 and a tool coordinate system 420 is provided at an end of the work tool 200. [ In addition, a force sensor 210 is attached to an end of the work robot 100 independently of this. A teaching handle 300 is attached to the force sensor 210 and a teaching handle coordinate system 430 is provided at an end of the teaching handle 300.

작업자가 교시 지점에 교시 핸들 좌표계(430)를 위치시킨 후 그 위치를 저장할 때의 공구 좌표계(420)는 다른 곳에 위치하고 있지만, 교시 작업 후 작업을 수행할 때의 공구 좌표계(420)는 교시 지점에서 원하는 위치옵셋과 자세를 가지게 된다.The workpiece coordinate system 420 at the time of storing the position after the worker's coordinate system 430 is positioned at the teaching point is located elsewhere, but the tool coordinate system 420 at the time of performing the post- You have the desired position offset and posture.

이 경우, 도면부호 201은 교시할 당시의 작업 공구의 위치 및 자세를 도시한 것이고, 도면부호 202는 교시 후 작업 시 작업 공구의 위치 및 자세를 도시한 것이며, 도면부호 220은 위치옵셋을 도시한 것이다.In this case, reference numeral 201 denotes the position and posture of the working tool at the time of teaching, reference numeral 202 denotes the position and posture of the working tool at the post-teaching work, and reference numeral 220 denotes the position offset will be.

그리고, 도면부호 421은 교시할 당시의 공구 좌표계인 교시 지점 공구 좌표계를 도시한 것이고, 도면부호 422는 교시 후 작업 시 공구 좌표계인 최종 공구 좌표계를 도시한 것이며, 도면부호 440은 로봇 끝단부에서 좌표계를 공구 좌표계와 교시 핸들 좌표계 중 하나로 선택하여 사용하는 좌표계 변환을 도시한 것이다.Reference numeral 421 denotes a teaching point tool coordinate system, which is a tool coordinate system at the time of teaching. Reference numeral 422 denotes a final tool coordinate system, which is a tool coordinate system at the time of post-teaching work. Reference numeral 440 denotes a coordinate system Is selected and used in one of the tool coordinate system and the teaching handle coordinate system.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 방법의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치옵셋을 계산하여 적용하는 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart of a direct teaching method of a robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of calculating and applying a position offset according to an embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 방법은 교시 핸들(300)을 힘센서(210)에 설치하는 단계(S10)와, 공구 좌표계를 교시 핸들 좌표계로 설정하는 단계(S20)와, 데이터베이스로부터 정보를 획득하여 교시할 지점을 미리 선정하는 단계(S30)와, 상기 교시 핸들(300)을 잡고 작업 로봇(100)을 구동하는 단계(S40)와, 상기 교시 핸들(300)의 끝점 위치를 저장하는 단계(S50)와, 상기 데이터베이스로부터 교시 지점에서 상기 작업 로봇(100)의 자세를 획득 및 저장하는 단계(S60)와, 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계(S70)와, 상기 교시 핸들(300)을 제거하는 단계(S80) 및 상기 공구 좌표계를 원상태로 복귀하는 단계(S90)를 포함한다.6 and 7, a method of directly teaching a robot using a detachable teaching handle and a tool coordinate system transformation according to an embodiment of the present invention includes steps S10 and S10 of setting a teaching handle 300 on a force sensor 210 (S30) of selecting a point to be learned by acquiring information from a database and setting the teaching coordinate system to a teaching handle coordinate system; A step S50 of storing the position of the end point of the teaching handle 300 and a step S60 of obtaining and storing the posture of the working robot 100 at the teaching point from the database, A step S70 of calculating and applying a position offset of the teaching point, a step S80 of removing the teaching handle 300, and a step S90 of restoring the tool coordinate system to the original state.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 방법은 상기 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계(S70) 이후에, 교시가 완료 되었으면 상기 교시 핸들(300)을 제거하는 단계(S80)를 수행하고, 교시가 완료되지 않았으면 상기 교시할 지점을 선정하는 단계(S30)를 수행하는 교시 완료 여부를 판단하는 단계(S100)를 더 포함한다.Further, in the robot direct teaching method using the detachable teaching handle and the tool coordinate system conversion according to an embodiment of the present invention, after calculating the position offset of the teaching point (S70), if the teaching is completed, (Step S80), and if the teaching is not completed, the step of selecting the point to be taught (S30) is further performed (step S100).

또한, 상기 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계(S70)는 데이터베이스에서 획득한 교시지점의 로봇자세로부터 회전행렬

Figure 112010066347135-pat00008
를 계산하는 단계(S71)와, 상기 데이터베이스로부터 교시 지점의 옵셋량을 획득하는 단계(S72)와, 상기
Figure 112010066347135-pat00009
에 각 방향 옵셋량을 곱하여 위치옵셋(Poffset)을 계산하는 단계(S73) 및 교시 지점에 위치옵셋을 더하여 최종 교시점을 저장하는 단계(S74)를 포함한다.The step of calculating and applying the position offset of the teaching point may further include calculating a rotation matrix from the robot posture of the teaching point obtained in the database,
Figure 112010066347135-pat00008
A step S72 of obtaining an offset amount of a teaching point from the database,
Figure 112010066347135-pat00009
(Step S73) of calculating a position offset (P offset ) by multiplying the direction offset amount by the direction offset amount, and adding a position offset to the teaching point and storing the final teaching point (S74).

즉, 작업자는 교시 핸들(300)을 힘센서(210)에 설치하고 교시 작업에 들어간다. 교시 작업에 들어가면 로봇 교시 소프트웨어에 의해 자동적으로 공구 좌표계가 교시 핸들 좌표계로 변환 설정된다.That is, the operator installs the teaching handle 300 on the force sensor 210 and enters the teaching work. When entering the teaching operation, the robot coordinate system automatically converts the tool coordinate system to the teaching handle coordinate system.

작업자는 PDA 등과 같은 교시위치 입력장치를 보며 교시 대상을 선택하고, 소프트웨어는 데이터베이스로부터 교시 지점의 공구자세 및 위치옵셋 정보를 획득한다. 이후에, 작업자는 교시 핸들(300)을 잡고 작업 로봇(100)을 구동하여 교시 지점까지 작업 로봇(100)을 이동시킨 후 교시 핸들(100)의 끝점위치를 저장한다. 이때, 소프트웨어에서는 해당 위치에서의 교시 핸들(300)의 자세는 버리고, 데이터베이스로부터 획득한 공구자세를 저장한다.The operator selects the teaching target while viewing the teaching position input device such as PDA, and the software acquires the tool attitude and position offset information of the teaching point from the database. Thereafter, the operator holds the teaching handle 300 and drives the working robot 100 to move the working robot 100 to the teaching point, and then stores the end point position of the teaching handle 100. At this time, the software discards the posture of the teaching handle 300 at the position, and stores the tool posture acquired from the database.

또한, 실제 작업 시 작업조건에 따라 공구 위치에 옵셋을 줄 경우가 있으므로 이를 계산하여 적용할 필요가 있다. 교시 지점에 위치옵셋을 적용하기 위해서는 다음과 같은 일련의 과정이 필요하다.In addition, it is necessary to calculate and apply an offset to the tool position depending on the working conditions in actual work. To apply a position offset to a teaching point, the following sequence of steps is required.

먼저, 데이터베이스에서 획득한 교시 지점의 로봇 자세(Roll, Pitch, Yaw)로부터 3×3의 회전행렬(Rotation Matrix)

Figure 112017014523715-pat00010
을 계산한다. 상기에서,
Figure 112017014523715-pat00025
은 로봇 원점 좌표계(400)와 공구 좌표계(420) 간의 회전행렬이다.First, a 3 × 3 rotation matrix is calculated from the robot attitude (Roll, Pitch, Yaw) of the teaching point acquired from the database,
Figure 112017014523715-pat00010
. In the above,
Figure 112017014523715-pat00025
Is a rotation matrix between the robot origin coordinate system (400) and the tool coordinate system (420).

다음으로, 데이터베이스로부터 교시 지점의 옵셋량[αx αy αz]T 을 획득한다.Next, the offset amount [? X ? Y ? Z ] T of the teaching point is obtained from the database.

이후에, 회전행렬

Figure 112010066347135-pat00011
에 옵셋량 [αx αy αz]T을 곱하여 위치옵셋(Poffset)을 계산한다.Thereafter, the rotation matrix
Figure 112010066347135-pat00011
And the position offset (P offset ) is calculated by multiplying the offset amount [? X ? Y ? Z ] T by the offset amount?

마지막으로, 교시 지점에 위치옵셋을 더하여 최종 교시점을 결정하고 저장한다.Finally, position offset is added to the teaching point to determine and store the final teaching point.

교시 지점 위치옵셋 적용 후 다음 교시대상에 대한 교시 작업에 들어가고 위와 같은 작업을 반복한다. 교시 작업을 마치면 교시 핸들(300)을 힘센서(210)로부터 제거하고, 교시 작업 종료를 소프트웨어에 명령하면 자동적으로 좌표계가 공구 좌표계로 변환 설정된다.After applying the teaching point position offset, go into the teaching work for the next teaching subject and repeat the above operation. When the teaching work is finished, the teaching handle 300 is removed from the force sensor 210, and when the instruction of the teaching work is terminated, the coordinate system is automatically converted into the tool coordinate system.

한편, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 직접교시 장치의 교시 핸들을 도시한 것이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착탈부를 도시한 것이며, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착탈부의 사용 예를 도시한 것이다. FIG. 8 illustrates a teaching handle of a robot direct teaching apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 illustrates a detachable unit according to an embodiment of the present invention. FIGS. 10A and 10B are views In which the detachable portion is used according to an embodiment of the present invention.

도 8, 도 9, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 교시 핸들(300)은 교시 지점을 찍기 위한 교시봉(330)과, 상기 교시봉(330)을 승강 가능하게 삽입시키며 상기 힘센서(210)에 연결되는 교시봉 지지 브라켓(310)과, 상기 교시봉 지지 브라켓(310)의 일 측에 설치되며 상기 교시봉(330)을 상기 교시봉 지지 브라켓(310)으로부터 삽입 해제시키거나 상기 교시봉(330)을 상기 교시봉 지지 브라켓(310)에 삽입 고정시키는 착탈부(320) 및 작업자의 손에 파지되기 위한 교시 손잡이(340)를 포함한다.8, 9, 10A, and 10B, the teaching handle 300 includes a teaching bar 330 for taking a teaching point, a force sensor 330 for elevating and lowering the teaching bar 330, The teaching bar supporting bracket 310 is connected to the teaching bar supporting bracket 310 and is connected to one side of the teaching bar supporting bracket 310. The teaching bar 330 is detached from the teaching bar supporting bracket 310, A detachable part 320 for inserting and fixing the rod 330 into the bar support bracket 310 and a teaching handle 340 for gripping the operator's hand.

즉, 힘센서(210)의 일 측에는 교시봉 지지 브라켓(310)이 연결되며, 상기 교시봉 지지 브라켓(310) 내에 교시봉(330)이 삽입되어 고정된다. 상기 교시봉(330)은 교시 지점을 찍기 위한 것으로 막대 부재로 이루어질 수 있다. 아울러, 교시봉(330)의 일 측에는 작업자의 손에 파지가 용이하도록 교시 손잡이(340)가 설치될 수 있다.In other words, a teaching bar supporting bracket 310 is connected to one side of the force sensor 210, and the teaching bar 330 is inserted and fixed in the teaching bar supporting bracket 310. The teaching bar 330 may be formed of a rod member for taking a teaching point. In addition, a teaching knob 340 may be provided on one side of the teaching bar 330 to facilitate gripping of the operator's hand.

이 경우, 상기 교시봉(330)의 측면에는 요입홈이 형성되고, 상기 착탈부(320)는 상기 요입홈에 삽입 또는 분리되는 조작부재(321) 및 상기 조작부재(321)를 상기 요입홈에 삽입되는 방향으로 힘을 가하는 탄성부재(322)를 포함한다.In this case, a concave groove is formed on a side surface of the teaching bar 330, and the detachable portion 320 includes an operating member 321 inserted into or separated from the concave groove, And an elastic member 322 which applies a force in a direction of insertion.

따라서, 교시봉(330)을 제거하기 위해 조작부재(321)를 바깥쪽으로 당기면, 조작부재(321)의 반대편으로부터 교시봉(330)의 요입홈으로부터 조작부재(321)가 분리되어 교시봉(330)을 용이하게 교시봉 지지 브라켓(310)으로부터 분리할 수 있다.Therefore, when the operating member 321 is pulled out to remove the teaching bar 330, the operating member 321 is separated from the concave groove of the teaching bar 330 from the opposite side of the operating member 321, Can be easily separated from the teaching bar supporting bracket 310.

반대로, 교시봉(330)을 교시봉 지지 브라켓(310)에 결합할 때, 조작부재(321)를 바깥쪽으로 당기고 교시봉(330)을 교시봉 지지 브라켓(310)에 삽입한 후 조작부재(321)를 놓으면 탄성부재(322)의 복원력에 의해 교시봉(330)이 자동적으로 교시봉 지지 브라켓(310)에 고정된다.Conversely, when the teaching bar 330 is coupled to the teaching bar supporting bracket 310, the operating member 321 is pulled outward and the teaching bar 330 is inserted into the teaching bar supporting bracket 310, The teaching bar 330 is automatically fixed to the teaching bar supporting bracket 310 by the restoring force of the elastic member 322. [

또한, 교시봉(330)의 일단에는 교시 지점과의 충격을 완화하기 위한 완충수단(350)이 추가로 설치될 수 있다. 상기 완충수단(350)은 스프링 구조로 구현될 수 있으며, 수동적 컴플라이언스(Passive Compliance)를 구현하여 교시 지점의 접촉 안정성을 높여준다.Further, at one end of the teaching bar 330, a buffering means 350 may be additionally provided to mitigate the impact with the teaching point. The buffering means 350 can be implemented as a spring structure, and realize passive compliance, thereby enhancing the contact stability of the teaching point.

지금까지 본 발명에 따른 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치 및 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the apparatus and method for directly teaching a robot using the detachable teaching handle and the tool coordinate system conversion according to the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, they are merely illustrative, It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the scope of the true technical protection should be determined by the technical idea of the appended claims.

100 : 작업 로봇 200 : 작업 공구
210 : 힘센서 300 : 교시 핸들
310 : 교시봉 지지 브라켓 320 : 착탈부
330 : 교시봉 340 : 교시 손잡이100: work robot 200: work tool
210: force sensor 300: teaching handle
310: teaching bar supporting bracket 320:
330: teaching rod 340: teaching handle

Claims (6)

작업 로봇(100)에 설치되는 작업 공구(200);
직접 교시 작업 시 작업자의 운동을 감지하는 힘센서(210);
상기 힘센서(210)에 착탈 가능하게 결합되며, 작업자에게 파지 가능하게 설치되는 교시 핸들(300); 및
상기 작업 공구(200)의 끝단부에 위치한 공구 좌표계(420)를 상기 교시 핸들(300)의 끝단부에 위치한 교시 핸들 좌표계(430)로 변환하며, 교시 지점으로부터의 위치옵셋을 계산하는 로봇 제어기를 포함하고,
상기 교시 핸들(300)은:
교시 지점을 찍기 위한 교시봉(330);
상기 교시봉(330)을 승강 가능하게 삽입시키며, 상기 힘센서(210)에 연결되는 교시봉 지지 브라켓(310);
상기 교시봉 지지 브라켓(310)의 일 측에 설치되며, 상기 교시봉(330)을 상기 교시봉 지지 브라켓(310)으로부터 삽입 해제시키거나 상기 교시봉(330)을 상기 교시봉 지지 브라켓(310)에 삽입 고정시키는 착탈부(320); 및
작업자의 손에 파지되기 위한 교시 손잡이(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치.A work tool (200) installed on the work robot (100);
A force sensor (210) for sensing the movement of the worker during direct teaching work;
A teaching handle 300 detachably coupled to the force sensor 210 and installed to be gripped by an operator; And
A robot controller for converting a tool coordinate system 420 located at an end of the working tool 200 into a teaching handle coordinate system 430 located at an end of the teaching handle 300 and calculating a position offset from the teaching point Including,
The teaching handle (300) comprises:
A teaching bar 330 for taking a teaching point;
A teaching bar supporting bracket 310 for lifting and extending the teaching bar 330 and connected to the force sensor 210;
The teaching bar 330 is installed on one side of the teaching bar supporting bracket 310 so that the teaching bar 330 is inserted into the teaching bar supporting bracket 310, (320); And
And a teaching knob (340) for gripping by the operator's hand. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 교시봉(330)의 측면에는 요입홈이 형성되고,
상기 착탈부(320)는 상기 요입홈에 삽입 또는 분리되는 조작부재(321) 및 상기 조작부재(321)를 상기 요입홈에 삽입되는 방향으로 힘을 가하는 탄성부재(322)를 포함하는 것을 특징으로 하는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 장치.The method according to claim 1,
A concave groove is formed on a side surface of the teaching bar 330,
The detachable portion 320 includes an operating member 321 inserted into or removed from the concave groove and an elastic member 322 urging the operating member 321 in a direction to be inserted into the concave groove. Robot direct teaching device using detachable teaching handle and tool coordinate transformation. 교시 핸들(300)을 힘센서(210)에 설치하는 단계(S10);
공구 좌표계를 교시 핸들 좌표계로 설정하는 단계(S20);
데이터베이스로부터 정보를 획득하여 교시할 지점을 미리 선정하는 단계(S30);
상기 교시 핸들(300)을 잡고 작업 로봇(100)을 구동하는 단계(S40);
상기 교시 핸들(300)의 끝점 위치를 저장하는 단계(S50);
상기 데이터베이스로부터 교시 지점에서 상기 작업 로봇(100)의 자세를 획득 및 저장하는 단계(S60);
교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계(S70);
상기 교시 핸들(300)을 제거하는 단계(S80); 및
상기 공구 좌표계를 원상태로 복귀하는 단계(S90)를 포함하며,
상기 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계(S70)는:
데이터베이스에서 획득한 교시지점의 로봇자세로부터 회전행렬
Figure 112017014523715-pat00026
를 계산하는 단계(S71);
상기 데이터베이스로부터 교시 지점의 옵셋량을 획득하는 단계(S72);
상기
Figure 112017014523715-pat00027
에 각 방향 옵셋량을 곱하여 위치옵셋(Poffset)을 계산하는 단계(S73); 및
교시 지점에 위치옵셋을 더하여 최종 교시점을 저장하는 단계(S74)를 포함하고, 상기
Figure 112017014523715-pat00028
은 로봇 원점 좌표계(400)와 공구 좌표계(420) 간의 회전행렬인 것을 특징으로 하는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 방법.(S10) installing the teaching handle 300 on the force sensor 210;
Setting a tool coordinate system to a teaching handle coordinate system (S20);
(S30) of acquiring information from a database and preselecting a point to be taught;
A step (S40) of holding the teaching handle 300 and driving the work robot 100;
Storing the end point position of the teaching handle 300 (S50);
Acquiring and storing the posture of the work robot (100) at a teaching point from the database (S60);
Calculating and applying a position offset of the teaching point (S70);
Removing the teaching handle 300 (S80); And
And returning the tool coordinate system to the original state (S90)
Calculating and applying the position offset of the teaching point (S70) comprises:
From the robot posture of the teaching point acquired in the database,
Figure 112017014523715-pat00026
(S71);
Obtaining an offset amount of a teaching point from the database (S72);
remind
Figure 112017014523715-pat00027
(S73) by calculating a position offset (P offset ) by multiplying the direction offset amount by the direction offset amount; And
And a step (S74) of adding a position offset to a teaching point to store a final teaching point,
Figure 112017014523715-pat00028
Is a rotation matrix between the robot origin coordinate system (400) and the tool coordinate system (420), and the robot direct teaching method using the detachable teaching handle and the tool coordinate system transformation. 청구항 4에 있어서,
상기 교시 지점의 위치옵셋을 계산하여 적용하는 단계(S70) 이후에, 교시가 완료 되었으면 상기 교시 핸들(300)을 제거하는 단계(S80)를 수행하고, 교시가 완료되지 않았으면 상기 교시할 지점을 선정하는 단계(S30)를 수행하는 교시 완료 여부를 판단하는 단계(S100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착탈식 교시 핸들 및 공구 좌표계 변환을 이용한 로봇 직접교시 방법.The method of claim 4,
(S80) of removing the teaching handle (300) if the teaching is completed after step S70 of calculating and applying the position offset of the teaching point, and if the teaching is not completed, Further comprising a step (S100) of determining whether or not the teaching has been completed to perform the step (S30) of selecting the robot. The robot teaching method using the removable teaching handle and the tool coordinate system conversion. 삭제delete
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