KR102426456B1

KR102426456B1 - 협동 로봇을 위한 티칭 방법 및 기기

Info

Publication number: KR102426456B1
Application number: KR1020220075023A
Authority: KR
Inventors: 안기탁
Original assignee: 주식회사 씨디알시스템
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2022-07-29
Also published as: WO2023249266A1

Abstract

6축 협동 로봇을 위한 티칭 방법 및 티칭 기기가 제공된다. 상기 티칭 기기는 기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득한다. 상기 티칭 기기는 상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득한다. 상기 티칭 기기는 상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산한다.

Description

협동 로봇을 위한 티칭 방법 및 기기{TEACHING METHOD FOR COLLABORATIVE ROBOT AND DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 협동 로봇에 관한 것으로 보다 자세하게는 6축 협동 로봇을 위한 티칭 방법 및 이를 이용한 기기에 관한 것이다.

협동 로봇은 일반적으로 산업용 로봇과 달리 인간과 함께 작업하는 로봇으로 인간과 상호 작용하도록 설계 및 사용하는 로봇을 의미한다. 구체적으로 산업용 로봇과 협동 로봇을 구별하면, 산업용 로봇은 인간과 분리된 작업 공간에서 인간을 대신하여 작업을 수행하고 협동 로봇은 인간을 보완하여 인간과 함께 일하며 작업 효율을 높인다.

로봇을 활용하기 위해서는 사용자가 여러 가지 수단을 동원하여 사용자의 작업의도를 로봇이 이해할 수 있는 형태로 구현하여야 하며 이를 로봇의 티칭 작업이라 한다. 일반적으로 티칭 작업은 사용자가 직접 프로그램을 작성하는 방법과 티칭 팬던트를 사용하여 티칭점을 입력하는 방식이 있다. 직접 티칭(direct teaching)은 티칭 팬던트 대신 로봇의 말단을 잡고 밀거나 당기는 동작을 통하여 사용자가 로봇을 직접 움직이고 티칭점을 기억시키는 방법으로 특히 협동 로봇에 적합한 방법이다.

시용 중인 로봇은 유지 보수나 고장 등의 여러가지 사유로 교체될 수 있다. 로봇이 교체될 때 마다 새로운 티칭 작업이 수행되어야 하며, 일반적으로 수백개의 티칭점을 일일이 새로 입력하는데 커다란 비용과 시간이 소모된다.

한국등록특허공보 제10-1780479호 한국등록특허공보 제10-2002373호

본 발명은 6축 협동 로봇을 위한 티칭 방법 및 기기를 제공한다.

일 양태에 있어서, 6축 협동 로봇을 위한 티칭 방법은 기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득하고, 상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득하고, 상기 제1 6축 로봇이 하나 또는 그 이상의 작업을 수행하기 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득하고, 및 상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산하는 것을 포함한다.

다른 양태에서, 6축 협동 로봇을 위한 티칭 기기는 제1 6축 로봇 또는 제2 6축 로봇의 제어기와 통신하는 통신부, 상기 통신부와 연결되는 프로세서, 및 상기 프로세서와 연결되어, 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 티칭 기기가 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 메모리를 포함한다. 상기 기능은 기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 상기 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득하고, 상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 상기 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득하고, 상기 제1 6축 로봇을 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득하고, 및 상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산하는 것을 포함한다.

또 다른 양태에서, 컴퓨터로 실행가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 읽기 가능한 매체에 있어서, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행될 때 티칭 기기가 기능을 수행하도록 한다. 상기 기능은 기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득하고, 상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득하고, 상기 제1 6축 로봇을 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득하고, 및 상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산하는 것을 포함한다.

협동 로봇이 교체되더라도 새로운 티칭 작업을 수행하기 위한 시간을 대폭 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 결합 모듈을 보여준다.
도 4는 엔드 이펙터와 고정 결합 모듈간의 상호 작용을 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티칭 방법을 보여준다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 보여준다.

6축 협동 로봇(110), 로봇 제어기(120) 및 티칭 기기(130)를 포함한다.

6축 협동 로봇(110)은 몸체(111), 몸체(111)를 프레임의 기준 설치 위치에 고정하기 위한 로봇 베이스(112) 및 엔드이펙터(200)가 장착되는 엔드 장착부(113)를 포함한다.

로봇 제어기(120)는 6축 협동 로봇(110)의 동작 제어를 담당한다. 로봇 제어기(120)는 티칭점들을 저장하고, 하나 또는 그 이상의 작업을 위한 티칭점들을 따라 6축 협동 로봇(110)이 움직이도록 제어할 수 있다.

티칭 기기(130)는 로봇 제어기(120)와 유선 또는 무선으로 연결되어제안된 실시예에 따른 티칭 작업을 수행할 수 있다.

티칭 기기(130)는 프로세서(131), 메모리(132), 통신부(133) 및 사용자 인터페이스부(134)를 포함한다. 프로세서(131)는 제안된 티칭 방법에 관한 기능을 구현한다. 메모리(132)는 프로세서(131)에 의해 실행되는 명령어 및 다양한 정보를 저장한다. 메모리(132)는 정보를 저장하도록 동작하는 어떤 형태의 컴퓨터 읽기 가능한 매체(computer-readable medium)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(132)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), DVD(digital video disc), 옵티칼 디스크(optical disc), 플래쉬 메모리, SSD(Solid State Drive), 하드 드라이브(hard drive) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 통신부(133)는 로봇 제어기(120)와 통신을 위한 유선 통신 프로토콜 및/또는 무선 통신 프로토콜을 제공한다. 프로세서(131)은 통신부(133)를 통해 로봇 제어기(120)와 정보를 교환할 수 있다. 사용자 인터페이스부(134)는 티칭 작업을 위해 사용자에게 다양한 인터페이스를 제공할 수 있다.

6축 협동 로봇(110)의 엔드 장착부(113)에는 엔드 이펙터(200)가 장착된다. 여기서, 엔드 이펙터(200)는 기준 티칭점을 설정하기 위한 이동 결합 모듈이라 할 수 있다. 프레임의 특정 위치에는 고정 결합 모듈(300)이 설치된다. 고정 결합 모듈(300)에는 엔드 이펙터(200)가 삽입되어 고정됨으로써 6축 협동 로봇(110)이 기준점에 위치하도록 한다. 엔드 이펙터(200)와 고정 결합 모듈(300)을 함께 기준점 설정 모듈이라 할 수 있다.

6축 협동 로봇(110)은 6개의 회전축(또는 6개의 조인트라고 함)를 갖는 6 자유도(degrees of freedom) 로봇이다. 6 자유도 협동 로봇은 종단의 위치가 구속되면, 다른 관절 모두 구속되어 움직이지 못한다. 즉, 6 자유도 협동 로봇의 경우, 종단의 6축 위치 (X, Y, Z, u(roll), v(pitch), w(yaw)) (즉, 3개 직교좌표 및 이들의 오리엔테이션)이 정해지면, 6개의 조인트 각도 (θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6)가 정해진다. 하나의 티칭점은 6개의 조인트 각도를 나타낸다. 즉, 6축 협동 로봇(110)이 기준점에 위치하면, 해당 위치가 기준 티칭점(또는 마스터 티칭점 또는 기준 캘리브레이션 포인트라고도 함)이 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터를 보여준다.

엔드 이펙터(200)는 플랜지부(210) 및 수(male) 결합부(220)을 포함한다. 플랜지부(210)는 6축 협동 로봇(110)의 엔드 장착부(113)에 연결되어 엔드 이펙터(200)를 고정하는 데 사용된다. 수 결합부(220)는 고정 결합 모듈(300)에 결합되는 유닛으로, 삼각형 형태를 가진다. 수 결합부(220)의 형태는 예시에 불과하며, 적어도 2면 형태를 가질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 결합 모듈을 보여준다.

고정 결합 모듈(300)는 고정부(210), 암(female) 결합부(320) 및 고정 클램프(330)를 포함한다. 고정부(210)는 프레임에 고정되어 고정 결합 모듈(300)을 고정시킨다. 암 결합부(320)는 엔드 이펙터(200)의 수 결합부(220)가 삽입된다. 고정 클램프(330)는 수 결합부(220)가 암 결합부(320) 내로 진입한 후 수 결합부(220)를 단단히 고정하는데 사용된다.

도 4는 엔드 이펙터와 고정 결합 모듈간의 상호 작용을 보여준다.

6축 협동 로봇을 움직여, 수 결합부(220)를 암 결합부(320)에 밀착시킨다. 수 결합부(220)의 2면이 암 결합부(320) 내측에 밀착되도록 한다. 그리고, 고정 클램프(330)의 레버를 조작하여, 수 결합부(220)의 나머지 1면을 밀어, 수 결합부(220)가 암 결합부(320)에 완전히 고정되도록 한다.

엔드 이펙터(200)가 고정 결합 모듈(300)에 단단히 고정될 때, 해당 위치가 기준점이 되고, 기준점에서 획득한 티칭점이 기준 티칭점이 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티칭 방법을 보여준다. 이 방법은 티칭 기기에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 제1 6축 로봇과 제2 6축 로봇은 모두 협동 로봇일 수 있다.

단계 S510에서, 티칭 기기는 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득한다. 제1 6축 로봇이 기준 설치 위치에 고정되어 설치된 후, 티칭 기기를 제1 6축 로봇의 제어기와 유선 또는 무선으로 연결한다. 제1 6축 로봇에는 기준점을 설정하기 위한 엔드 이펙터가 설치된다.

티칭 기기는 제1 6축 로봇을 직접 티칭 모드로 변환한다. 직접 티칭 모드에서 사용자는 직접 6축 로봇을 움직여 원하는 지점으로 이동시킬 수 있다. 직접 티칭 모드에서 6축 로봇은 중력 보상 제어 상태로 사용자가 직접 해당 6축 로봇을 조작하여 특정 위치로 이동시킬 수 있다.

사용자는 직접 티칭 모드에서 엔드 이펙터를 기준점에 고정시킨 후 해당 기준점을 제1 기준 티칭점으로 저장한다.

이후 사용자는 엔드 이펙터를 교환하고, 하나 또는 그 이상의 작업들에 대한 티칭점들을 티칭할 수 있다. 제1 6축 로봇의 티칭점들을 제1 티칭점들이라 한다.

단계 S520에서, 제1 6축 로봇을 제2 6축 로봇으로 교체한다. 주기적인 점검이나 유지 보수 등의 이유로 6축 로봇이 교체될 수 있다. 교체된 제2 6축 로봇은 기존 제1 6축 로봇과 동일한 작업을 수행하므로 동일한 위치에 설치된다. 즉, 제2 6출 로봇은 제1 6축 로봇의 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 설치된다. "실질적으로 동일한 위치"는 설치 오차를 고려한 동일한 위치를 의미한다.

단계 S530에서, 티칭 기기는 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득한다. 제2 6축 로봇이 동일한 기준 설치 위치에 고정되어 설치된 후, 티칭 기기를 제2 6축 로봇의 제어기와 유선 또는 무선으로 연결한다. 제2 6축 로봇에는 기준점을 설정하기 위한 엔드 이펙터가 설치된다. 사용자는 직접 티칭 모드에서 엔드 이펙터를 기준점에 고정시킨 후 해당 기준점을 제2 기준 티칭점으로 저장한다.

단계 S540에서, 티칭 기기는 제1 6축 로봇을 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득한다. 복수의 제1 티칭점들은 미리 티칭 기기에 저장될 수 있다. 일반적으로 로봇이 교체되더라도 제어기는 동일하므로, 티칭기기는 현재 로봇 제어기로부터 복수의 제1 티칭점들을 다운로드할 수 있다.

단계 S550에서, 티칭 기기는 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산한다. 티칭 기기는 제1 기준 티칭점과 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산할 수 있다.

예를 들어, 제1 기준 티칭점의 6축 절대 위치 (X, Y, Z, u, v, w) = (0.5949998757013094, -0.1970000102274096, 0.19999900481931313, 86.64625586020759, -88.64989631276185, 91.54368898903233)이고, 이 때 6축 조인트 각도는 (-0.5213966054365012, -56.30225315567262, -123.93522404442965, 1.287630288907882, 90.31664555616312, 178.65760123376796) 이라고 하자.

제2 기존 티칭점의 6축 절대 위치 (X, Y, Z, u, v, w) = (0.5949998757013094, -0.1970000102274096, 0.19999900481931313, 86.64625586020759, -88.64989631276185, 91.54368898903233) 이고, 이 때 6축 조인트 각도는 (-0.521351207386398, -56.30229855372272, -123.93526944247975, 1.287684676670877, 90.31659116840012, 178.65771000929394) 이라고 하자.

제2 기준 티칭점의 6축 조인트 각도 - 제1 기준 티칭점의 6축 조인트 각도는 (-4.539805010328468e-05, 4.5398050104950016e-05, 4.5398050104950016e-05, -5.438776299504511e-05, 5.438776300081827e-05, -0.00010877552597321483) 이다. 이 차이값(또는 오프셋이라 함)을 복수의 제1 티칭점들에 적용하면, 복수의 제2 티칭점들을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제2 티칭점 = 제1 티칭점 + 차이값 가 된다.

단계 S560에서, 티칭 기기는 계산된 복수의 제2 티칭점들을 제2 6축 로봇의 제어기로 업로드한다. 이에 따라, 제2 6축 로봇은 별도의 티칭 작업이 필요없이 제2 티칭점들을 기반으로 작업을 수행할 수 있다.

일반적으로 로봇이 교체되면 다양한 설치 오차(예, 기준 설치 위치의 오차, 로봇의 조립 오차, 엔드 이펙터 조립 오차 등)로 인해 전반적으로 티칭을 다시 할 수 밖에 없다. 협동 로봇의 경우 절대적인 위치 정밀도보다는 미리 지정된 위치를 반복하는 반복 정밀도가 작업을 수행하는 데 더 중요하다. 따라서, 새로운 기준 티칭점과 기존 기준 티칭점을 기반으로 티칭점들을 업데이트하더라도 새로운 협동 로봇이 작업을 용이하게 수행할 수 있다.

추가적으로 본 발명의 실시예는 하나의 기준점을 예시하고 있으나, 복수의 기준점을 설정할 수도 있다. 복수의 기준점은 복수의 고정 결합 모듈을 복수의 위치에 배치함으로써 획득할 수 있다. 복수의 기준점을 기반으로 복수의 기준 티칭점을 획득하고, 로봇이 교체되면 복수의 기준 티칭점 차이를 획득하고 이를 기반으로 새로운 티칭점을 계산할 수 있다. 예를 들어, 복수의 기준 티칭점 차이의 평균값을 기존 티칭점에 적용하여 새로운 티칭점을 계산할 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 명세서는 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 명세서의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

6축 협동 로봇을 위한 티칭 방법에 있어서,
기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득하고;
상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득하고;
상기 제1 6축 로봇이 하나 또는 그 이상의 작업을 수행하기 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득하고; 및
상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산하는 것을 포함하는 티칭 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 6축 로봇의 엔드 이펙터 또는 상기 제2 6축 로봇의 엔드 이펙터가 상기 기준점으로 이동할 때, 상기 제1 6축 로봇 또는 상기 제2 6축 로봇은 중력 보상 제어 상태로 사용자가 직접 해당 6축 로봇을 조작하여 상기 기준점으로 이동시키는 직접 티칭 모드에서 이동하는 것을 특징으로 하는 티칭 방법.
제 1 항에 있어서,
제1 기준 티칭점, 제2 기준 티칭점 및 상기 복수의 제1 티칭점들 각각은 해당 6축 로봇의 6개의 조인트 각도에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 티칭 방법.
6축 협동 로봇을 위한 티칭 기기에 있어서,
제1 6축 로봇 또는 제2 6축 로봇의 제어기와 통신하는 통신부;
상기 통신부와 연결되는 프로세서; 및
상기 프로세서와 연결되어, 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 티칭 기기가 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 메모리를 포함하되, 상기 기능은:
기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 상기 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득하고;
상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 상기 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득하고;
상기 제1 6축 로봇을 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득하고; 및
상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산하는 것을 포함하는 티칭 기기.
컴퓨터로 실행가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 읽기 가능한 매체에 있어서, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행될 때 티칭 기기가 기능을 수행하도록 하며, 상기 기능은:
기준 설치 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 기준점에 위치한 제1 6축 로봇으로부터 제1 기준 티칭점을 획득하고;
상기 제1 6축 로봇과 교체되어 상기 기준 설치 위치와 실질적으로 동일한 위치에 고정되어 설치되고, 엔드 이펙터가 상기 기준점에 위치한 제2 6축 로봇으로부터 제2 기준 티칭점을 획득하고;
상기 제1 6축 로봇을 위한 복수의 제1 티칭점들을 획득하고; 및
상기 제1 기준 티칭점과 상기 제2 기준 티칭점의 차이를 기반으로 상기 복수의 제1 티칭점들로부터 상기 제2 6축 로봇을 위한 복수의 제2 티칭점들을 계산하는 것을 포함하는 컴퓨터 읽기 가능한 매체.