KR200277575Y1 - 2자유도 마스터기구를 이용한 로봇의 운동지시장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 로봇의 운동지시 작업에 있어서 로봇과 작업자가 떨어져서 작업하므로 작업의 안전성이 우수하고, 작업자가 손으로 힘/모멘트 센서를 밀고 당길 때 발생하는 힘/모멘트를 이용하여 로봇을 운동시킴으로서 복잡한 운동지시 버튼이나 좌표계에 대한 지식이 없이도 쉽게 로봇의 운동을 지시하는 장치에 관한 것으로서, 내부에 부착된 3차원 좌표계를 기준으로, 외부에서 가해진 X, Y, Z 방향의 힘과 X, Y, Z 축의 비틀림 모멘트를 검출하는 센서부(1); 상기 센서부를 장착하며, 2개의 관절에 의해서 구동 되며, 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세 성분 중에서 피치 및 요 성분의 값을 변화시키는 운동부(2); 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세 성분 중 피치 성분과 요 성분이 임의의 명령과 일치하도록 상기 운동부의 2 관절 회전각도를 제어하며, 상기 센서부에서 검출된 힘과 비틀림 모멘트의 정보를 외부로 출력하는 제어부(3); 를 이용하며, 로봇(4)의 특정한 부분의 자세 값 성분 중에서 피치와 요 성분을 상기 제어부의 피치 및 요 명령으로 입력하여, 상기 센서부 내부 좌표계의 자세의 피치 및 요 성분이 상기 로봇의 특정한 부분의 자세의 피치 및 요 성분과 서로 일치하도록 하고, 상기 센서부에서 검출된 힘의 방향을 따라서 상기 로봇의 특정한 부분의 위치가 이동하고, 상기 센서부에서 검출된 모멘트의 방향을 따라서 상기 로봇의 특정한 부분의 자세가 회전하도록 로봇을 제어하는 것에 특징이 있는 로봇 운동지시 장치으로서 매우 유용한 고안이다.

Description

2자유도 마스터기구를 이용한 로봇의 운동지시장치{Robot Motion Teach Method using a 2 Axis Master Mechanism}

로봇은 사람을 대신하여 각종 작업을 수행하는 도구로서 중요한 역할을 수행하고 있다. 로봇은 주로 사람의 팔을 대신하여 제조업 생산라인에서 물류, 조립,용접, 페인팅을 비롯한 여러 형태 작업의 자동화에 사용됨으로서 생산성 향상과 함께 비인간적인 작업으로부터 인간을 보호하는데 기여하고 있을 뿐 아니라 인간이 작업할 수 없는 극한환경의 작업, 예를 들면, 핵발전소의 방사선 오염지역, 독극물 오염지역, 해저, 우주작업 등에서 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행하고 있다.

현재 거의 모든 로봇의 운동지시 작업은 각 로봇 제어기에 부착된 교시상자를 이용하여 이루어지고 있으며, 로봇을 프로그램 하려면 당연히 교시상자 혹은 그와 유사한 장치를 사용하는 것으로 인식되고 있다. 로봇의 교시상자에는 로봇의 작업공간의 좌표방향, 즉 X, Y, Z, (또는 관절1, 관절2, . . . 관절 N ) 의 +/- 방향에 해당하는 버튼이 위치해 있으며. 작업자는 원하는 운동방향 버튼을 누름으로서 로봇의 운동을 지시한다. 예를 들면 관절 1을 + 방향으로 회전하려면, 교시모드를 관절모드로 설정하고 관절 1+ 방향에 해당하는 버튼을 누른다. 로봇의 공구를 월드 좌표상의 +X 방향으로 이동하려면, 교시모드를 월드모드로 설정하고, +X 방향에 해당하는 버튼을 누르는 방식이다.

이처럼 교시상자의 방향 버튼을 눌러서 로봇을 운동시키는 방법은 로봇초기단계부터 사용해온 가장 원시적인 운동지시 방법이다. 로봇의 운동은 각 관절의 구동장치에서 발생되므로 기본적으로 관절공간에서 운동이 발생한다. 그러나, 인간은 직교좌표공간에서 보고 생각하므로 로봇을 관절공간에서 이동시키는 작업은 인간의 생각과 일치하지 않으며, 따라서 로봇의 관절공간 운동은 보통 정밀한 운동이 아닌 장거리이동의 용도로 주로 사용된다. 로봇의 정밀한 운동을 지시하려면 로봇의 작업공간에 고정된 월드 좌표계 혹은 로봇의 공구에 부착된 공구 좌표계에 의해 정의되는 직교좌표공간 상에서 운동지시 작업을 수행하는 것이 보다 더 효율적이다. 그러나 이러한 교시상자의 운동버튼을 이용한 직교좌표공간 운동에서 작업자는 좌표계의 각 방향을 외우고 있어야 하는 어려움이 있으며, 공구에 부착된 공구 좌표계는 로봇의 운동에 따라 같이 이동하므로 좌표계 방향을 파악하는 일은 더욱 어려워진다. 직교좌표공간에서의 회전운동은 보다 더 복잡하며, 회전운동버튼을 눌렀을 때 그 효과를 예측하기란 매우 어렵다. 이러한 어려움을 극복하기 위해서는 숙련과정을 필요로 하며, 로봇에게 원하는 위치를 지시하는 작업은 여러 번의 반복적인 시도를 통하여 완료되는 것이 보통이며, 따라서 작업에 시간이 많이 소요되며, 또한, 곡선운동을 작업지시 하기는 거의 불가능하다.

위에서 설명한 로봇 운동지시방법을 개선하기 위해 대한민국 특허출원 "10-1998-0027717 로봇의 운동지시방법"에서는 3개의 자유도를 갖는 마스터 기구를 이용하여 로봇의 운동지시에 필요한 작업시간을 절감시키고 작업자의 안전성을 높이어 로봇 작업의 생산성을 높일 수 있는 방법을 설명하였다.

본 고안은 상기 설명한 특허의 3개의 자유도를 갖는 마스터 기구를 이용하는 방법을 개선하기 위한 것으로 2개의 자유도 즉 2개의 관절을 갖는 마스터 기구를 이용하여 동일한 목적을 달성하기 위한 것이다.

도 1 은 본 고안에서 제안된 로봇 운동지시 장치의 실시 예를 도시한 그림이며,

도 2 는 도1의 실시 예에서 로봇과 마스터기구의 자세가 변화한 형태를 도시한 그림이다.

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

1. 센서부

2. 운동부

3. 제어부

4. 로봇

5. 작업공구

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 로봇 운동지시 장치은, 내부에 부착된 3차원 좌표계를 기준으로, 외부에서 가해진 X, Y, Z 방향의 힘과 X, Y, Z축의 비틀림 모멘트를 검출하는 센서부; 상기 센서부를 장착하며, 2개의 관절에 의해서 구동되며, 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세 성분중 피치(Pitch) 성분과 요(Yaw) 성분을 변화 시키는 운동부; 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세성분 중에서 피치와 요 성분이 임의의 명령과 일치하도록 상기 운동부의 2 관절 회전각도를 제어하며, 상기 센서부에서 검출된 힘과 비틀림 모멘트의 정보를 외부로 출력하는 제어부; 로 구성되며, 로봇의 특정한 부분의 자세 값 중 피치 성분과 요 성분을 상기 제어부의 자세명령으로 입력하여, 상기 센서부 내부 좌표계의 자세 성분 중에서 피치와 요 성분이 상기 로봇의 특정한 부분의 피치와 요 자세 성분과 서로 일치하도록 하고, 상기 센서부에서 검출된 힘의 방향을 따라서 상기 로봇의 특정한 부분의 위치가 이동하고, 상기 센서부에서 검출된 모멘트의 방향을 따라서 상기 로봇의 특정한 부분의 자세가 이동하도록 로봇을 제어하는 것에 특징이 있는 것이다.

이하, 본 고안에 따른 로봇 운동지시장치의 실시예의 구성 및 동작에 대해, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 로봇 운동지시장치의 실시 예를 도시한 그림이다. 상기 도면에 도시된 바와 같이 본 고안의 장치은, 내부에 부착된 3차원 좌표계를 기준으로, 외부에서 가해진 X, Y, Z 방향의 힘과 X, Y, Z 축의 비틀림 모멘트를 검출하는 센서부(1); 상기 센서부를 장착하며, 2개의 관절에 의해서 구동되며, 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세 성분중 피치(Pitch) 성분과 요(Yaw) 성분을 변화 시키는 운동부(2); 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세성분 중에서 피치와 요 성분이 임의의 명령과 일치하도록 상기 운동부의 2 관절 회전각도를 제어하며, 상기 센서부에서 검출된 힘과 비틀림 모멘트의 정보를 외부로 출력하는 제어부(3);을 이용하며, 로봇(4)의 작업공구(5)의 자세 값 중 피치 성분과 요성분을 상기 제어부의 자세명령으로 입력하여, 상기 센서부 내부 좌표계의 자세 성분 중에서 피치와 요 성분이 상기 로봇의 작업공구의 피치와 요 자세 성분과 서로 일치하도록 하고, 상기 센서부에서 검출된 힘의 방향을 따라서 상기 로봇의 특정한 부분의 위치가 이동하고, 상기 센서부에서 검출된 모멘트의 방향을 따라서 상기 로봇의 특정한 부분의 자세가 이동하도록 로봇을 제어한다.

작업자는 상기 센서부에 부착된 센서를 손으로 잡고 로봇의 작업공구를 이동시키고 싶은 방향으로 상기 센서를 밀거나 당기거나 회전 시키면, 상기 로봇의 작업공구가 원하는 방향으로 운동하게 된다. 도2는 로봇의 작업공구와 운동부가 회전하여 그 자세가 변화한 형태를 나타낸다.

따라서, 상기 센서부의 자세는 항상 로봇의 공구와 같은 자세로 유지되며, 예를 들어서, 작업자가 상기 센서부를 손으로 잡고서 +X 방향으로 밀면, 상기 제어부에서는 상기 센서부에서 검출된 +X 방향의 힘 신호를 출력하고, 이 값을 따라서 로봇의 공구가 +X 방향으로 이동하게 되며, 이에 따라 변화된 로봇 공구의 자세 값은 상기 제어부의 자세명령으로 다시 입력되어, 이 값에 따라서 상기 운동부의 각 회전관절이 이동하여, 상기 센서부의 자세는 로봇 공구의 자세와 다시 일치한다. 이와 같이 상기 센서부의 자세가 로봇의 공구의 자세와 항상 일치하므로, 작업자가 상기 센서부를 임의의 방향으로 밀고 당기면 그 방향대로 로봇의 공구가 이동하며, 작업자가 상기 센서부를 임의의 축을 중심으로 비틀면, 로봇의 공구 또한 그 방향으로 회전하여, 로봇에게 운동을 지시하는 작업이 매우 간편 하여지며, 작업자가 로봇에게서 떨어져서 작업 할 수 있으므로 사고로 부터의 안전성이 매우 높다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 고안에 따른 로봇 운동지시 장치는, 간편한 장치를 이용하여 로봇의 운동을 지시하므로, 로봇의 운동지시에 필요한 작업시간을 절감시키고 작업자의 안전성을 높이어 로봇작업의 생산성을 높일수 있는 매우 유용한 장치이며, 또한, 관절의 수를 2개 사용함으로서, 대한민국특허출원 "10-1998-0027717 로봇의 운동지시방법"과 비교할 때 로봇의 작업에 필요한 비용을 줄일 수 있으므로, 이 장치의 효용성이 매우 높아지게 된다.

Claims (1)

1. 내부에 부착된 3차원 좌표계를 기준으로, 외부에서 가해진 X, Y, Z 방향의 힘과 X, Y, Z 축의 비틀림 모멘트를 검출하는 센서부;

   상기 센서부를 장착하며, 2개의 관절에 의해서 구동되며, 상기 센서부의 내부 좌표계의 자세성분 중에서 피치성분과 요 성분을 변화 시키는 운동부;

   상기 센서부의 내부 좌표계의 자세성분 중에서 상기 피치 성분과 요성분이 임의의 피치 및 요 명령과 일치하도록 상기 운동부의 2 관절의 회전각도를 제어하며, 상기 센서부에서 검출된 힘과 비틀림 모멘트의 정보를 외부로 출력하는 제어부; 를 이용하며,

   로봇의 특정한 부분의 자세 값 성분 중에서 피치와 요 성분 값을 상기 제어부의 피치 및 요 명령으로 입력하여, 상기 센서부 내부 좌표계의 자세성분의 피치 및 요 값이 로봇의 상기 특정한 부분의 자세의 피치 및 요 값과 서로 일치하도록 하고,

   상기 센서부에서 검출된 힘의 방향을 따라서 로봇의 상기 특정한 부분의 위치가 이동하고, 상기 센서부에서 검출된 모멘트의 방향을 따라서 로봇의 상기 특정한 부분의 자세가 회전하도록 로봇을 제어하는 로봇 운동지시 장치.