KR20180059888A

KR20180059888A - 로봇교시방법 및 로봇 암 제어장치

Info

Publication number: KR20180059888A
Application number: KR1020187011966A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 와타나베; 마사유키 니시무라
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2018-06-05
Also published as: TW201718204A; CN108025439B; TWI673150B; CN108025439A; JP6924145B2; DE112016004725T5; JPWO2017064851A1; US10751874B2; US20180297197A1; DE112016004725B4; WO2017064851A1

Abstract

로봇의 다이렉트교시 중에 암의 각 제어축(J)의 축 각도(θ₁)를 검출하고, 각 축 각도(θ₁)에 기초하여 암 또는 툴에 규정된 표준점(K)의 현재위치(P_r)를 구하고, 현재위치(P_r)를 소정의 이동경로(이동방향)에 투영한 위치를 목표위치(P_com)로 하는 위치지령치(T_com)를 생성하고, 이 위치지령치(T_com)에 기초하여 각 제어축(J)을 구동하는 것을, 각 제어축(J)에 대해 위치지령치(T_com)와 대응하는 지령각도(θ_com)와 검출된 축 각도(θ)와의 편차, 또는, 위치지령치(T_com)와 검출된 축 각도(θ)와 대응하는 표준점(K)의 현재위치(P_r)와의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 반복하고, 이 편차가 소정치 이하가 된 다음에 암의 위치정보를 로봇에게 교시한다.

Description

로봇교시방법 및 로봇 암 제어장치

본 발명은, 로봇의 교시(敎示)방법 및 로봇 암 제어장치에 관한 것이다.

종래, 산업용 로봇의 동작프로그램은 로봇에 대한 교시에 의해 작성되고, 로봇은 티칭 플레이 백(teaching playback) 기능을 갖는다. 상기와 같은 산업용 로봇의 교시방식의 하나로서, 다이렉트교시방식이 알려져 있다. 다이렉트교시방식에서는, 교시자가 로봇의 암을 교시하고 싶은 위치까지 수동으로 움직이고, 로봇 자신이 위치 센서의 위치정보(즉, 교시위치)를 기억함으로써 교시가 행해진다. 특허문헌 1 및 2에서는, 이러한 종류의 로봇의 교시에 관한 기술이 제시되어 있다.

특허문헌 1에 관계되는 다이렉트(direct)교시방식 로봇은, 리스트부에 가해지는 힘을 검출하는 역각센서(力覺센서)(force sensor)가 그 리스트부에 마련되고, 이 검출신호를 입력으로 하는 컴플라이언스(compliance)제어에 의해 동작하며, 교시자가 툴(tool)에 힘을 가함으로써 로봇을 이동시키고, 교시자의 의도하는 위치에 수조작으로 툴을 위치 부여해서 위치정보를 로봇에 입력하는 것이다. 이 로봇에서는, 툴의 선단의 이동할 때에, 로봇의 동작을 구속되지 않는 자유로운 움직임과, 특정한 직선상, 혹은 면상(面上)에 구속되는 움직임을 선택할 수 있다.

그리고 특허문헌 2에 따른 로봇교시장치는, 로봇이 교시하는 위치자세가 되도록 그 로봇을 압압력(押壓力: 누름압력)에 따라서 이동시키고, 이동후의 로봇의 위치자세를 교시하는 것이다. 이 로봇교시장치에서는, 로봇이 소정의 유효영역 내에 있을 때에, 로봇에 가해진 외력을 검출 또는 추정하고, 검출 또는 추정된 외력에 기초한 이동이 허가된다. 그리고, 이 이동은, 특정 방향으로의 이동 및/또는 특정방향의 주위의 자세변경에 제한되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개 평9-141580호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개 2005-293098호 공보

특허문헌 1, 2의 기술에서는, 리스트부나 툴(tool)에 가해지는 외력을 검출 또는 추정하여, 그 외력에 응해서 툴을 이동시키도록 로봇이 동작한다. 그 때문에, 로봇은 역각 센서를 구비하고 있어, 제어가 복잡해진다. 그리고 로봇이 검출된 외력에 기초하여 동작하므로, 교시자가 로봇 암 또는 툴을 직접적으로 힘을 주어 움직이게 함에 있어서, 로봇 암 또는 툴의 위치의 미조정(微調整)이 어렵다.

본 발명은 이상의 사정에 비추어보아 된 것으로, 그 목적은, 로봇의 다이렉트교시에 있어서, 교시자가 로봇 암 또는 툴을 직접적으로 힘을 부여해서 움직일 때의, 로봇 암 및/또는 툴의 조작성을 향상시키는 것에 있다.

본 발명의 일 태양(一態樣)에 관계되는 로봇교시방법은, 툴(tool)이 장착된 적어도 1 개의 로봇 암을 구비한 로봇에 대하여, 교시자가 상기 로봇 암 또는 상기 툴을 직접적으로 힘을 가하는 것에 의해 움직여 위치를 교시하는 다이렉트 교시방식의 로봇 교시방법으로서,

상기 로봇 암 또는 상기 툴에 규정된 표준점의 이동을 소정의 이동경로 상에 제한하고,

상기 교시자가 상기 로봇 암 또는 상기 툴을 움직이고 있는 동안에, 상기 로봇 암의 각 제어축의 축 각도를 검출하고, 상기 축 각도에 기초하여 상기 표준점의 현재위치를 구하고, 상기 현재위치를 상기 소정의 이동경로에 투영한 위치를 목표위치로 하는 위치지령치를 생성하고, 상기 위치지령치에 기초하여 상기 각 제어축을 구동하는 것을, 상기 각 제어축에 대해 상기 위치지령치와 대응하는 축 각도와 검출된 축 각도와의 편차, 또는, 상기 위치지령치와 검출된 축 각도와 대응하는 상기 표준점의 현재위치와의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 반복하고, 상기 편차가 상기 소정치 이하가 된 다음에 상기 로봇 암의 위치정보를 상기 로봇에 교시하는 것을 특징으로 하고 있다.

그리고 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 로봇 암 제어장치는, 로봇 암상에 설정된 표준점을 이동시키는 로봇 암 제어장치이고, 상기 로봇 암의 각 제어축의 축 각도를 검출하고, 상기 축 각도에 기초하여 상기 표준점의 현재위치를 구하고, 상기 현재위치를 미리 기억된 이동경로에 투영한 투영위치를 구하고, 상기 투영위치에 기초하여 위치지령치를 생성하고, 상기 위치지령치에 기초하여 상기 표준점을 더 이동시키는 것이다.

상기 로봇교시방법 및 로봇 암 제어장치에 의하면, 로봇의 다이렉트교시 중에, 교시자가 로봇 암 또는 툴에 부여한 힘을 어시스트(assist) 하도록 각 제어축이 동작한다. 여기서, 위치지령치는 축차 변화하는 각 축 각도에 기초하여 축차 변경되므로, 로봇 암의 표준점이 교시자의 의도를 벗어나 이동하는 일은 없다. 따라서, 로봇 암의 표준점을 소망의 교시위치에 위치결정함에 있어, 위치의 미조정이 용이하다. 게다가, 로봇은, 종래 구비하고 있는 기능을 발휘시킴으로써 상기 어시스트 동작을 행할 수 있으므로, 로봇 암에 부여된 외력을 검출하는 역각 센서 및 그를 위한 제어가 불필요하다.

또, 로봇의 다이렉트교시 중에, 로봇 암 또는 툴에 규정된 표준점의 이동은 소정의 이동경로에 제한되므로, 설령 교시자가 로봇 암 또는 툴에 부여한 외력의 방향이 표준점의 이동방향과 일치하지 않아도, 표준점은 소정의 이동경로를 따라 이동한다. 따라서, 표준점을 교시자의 소망하는 위치로 이동시키는 것이 용이하게 된다.

또, 다이렉트교시 중의 각 제어축의 동작에 의해 교시자가 로봇 암 또는 툴에 부여하는 힘이 어시스트 되므로, 교시자는, 정지마찰력(靜止摩擦力)이 큰 축(예를 들면, 암의 기단측(基端側)의 축) 등을 비교적 작은 힘으로 움직이게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 로봇의 다이렉트교시에 있어서, 교시자가 로봇 암 또는 툴을 직접적으로 힘을 부여해서 움직일 때의, 로봇 암 및/또는 툴의 조작성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관계되는 다관절 로봇의 전체적인 구성을 보여주는 개략 정면도이다.
도 2는 로봇의 모식적 평면도이다.
도 3은 로봇의 제어계통의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 서보제어부를 중심으로 한 구체적인 전기적 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 로봇 암의 표준점의 이동을 설명하는 개념도이다.
도 6은 좌표변환행렬(Q)에 의한 좌표변환을 설명하는 도면이다.
도 7은 다이렉트교시 동작시의 제어장치의 처리의 흐름을 보여주는 도면이다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태를 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 관계되는 다관절 로봇(이하, 간단하게 "로봇(1)"이라고 하는 일이 있음)은, 예를 들면, 라인(line)생산방식 또는 셀(cell)생산방식으로, 전기전자부품 등을 조립해서 제품을 생산하는 생산공장에서 이용되고, 이 생산공장에 마련된 작업대를 따라서 배치되고, 작업대 상의 워크(work)에 대해, 이송, 파츠(parts)의 조립 부착이나 배치변경, 자세변환 등의 작업 중 적어도 하나를 행할 수 있다. 단, 본 발명에 관계되는 로봇의 실시 태양은 상기에 한정되지 않고, 수평다관절형·수직다관절형을 묻지않고 다관절 로봇에 널리 적용할 수 있다.

먼저, 로봇(1)의 개략 구성으로부터 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관계되는 로봇(1)의 전체적인 구성을 보여주는 정면도이고, 도 2는 그 모식적 평면도이다. 도 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 로봇(1)은, 대차(臺車)(17)와, 대차(17)에 지지된 한 쌍의 로봇 암(이하, 간단하게 "암"이라고 함)(10A), (10B)과, 각 암(10A), (10B)의 선단에 장착된 툴(5)(엔드 이펙터((end effecter))과, 암(10A), (10B) 및 툴(5)의 동작을 제어하는 제어장치(6)를 구비하고 있다.

실시형태에 따른 로봇(1)은, 좌우의 암(10A), (10B)을 구비한 양팔 로봇이다. 좌우의 암(10A), (10B)은, 독립적으로 동작하거나, 서로 관련되서 동작하거나 할 수 있다. 단, 본 발명에 따른 로봇(1)은, 양팔 로봇에 한정되지 않으며, 적어도 1 개의 암을 구비하고 있으면 된다. 좌우의 암(10A), (10B)은 실질적으로 같은 구조이고, 좌우의 암(10A), (10B)을 구별하지 않을 때는 "암(10)"으로 첨자의 알파벳을 생략해서 나타낸다.

각 암(10)은 수평다관절형 로봇 암으로서, 제1링크(11)와, 제2링크(12)와, 툴(5)이 부착되는 메커니컬 인터페이스(mechanical interface)를 갖는 리스트부(13)를 구비하고, 이들이 직렬적으로 연결되어 있다.

제1링크(11)는, 대차(17)의 상면에 고정된 기축(基軸)(16)과 회전관절에 의해 연결되어 있다. 제1링크(11)는, 기축(16)의 축심(軸心)을 통과하는 수직인 회전축선(L1) 주위에서 회동 가능하다. 그리고 제2링크(12)는, 제1링크(11)의 선단과 회전관절에 의해 연결되어 있다. 제2링크(12)는, 제1링크(11)의 선단에 규정된 수직인 회전축선(L2) 주위에서 회동 가능하다.

리스트부(13)는, 제2링크(12)의 선단과 직진관절 및 회전관절을 통해 연결되어 있다. 리스트부(13)는, 직진관절에 의해, 제2링크(12)에 대해 승강이동 가능하다. 또, 리스트부(13)는, 회전관절에 의해, 제2링크(12)에 대해 수직인 회전축선 주위로 회동 가능하다.

상기 구성의 암(10)은, 각 관절에 대응해서 마련된 4 개의 제어축(J1~J4)을 가진다. 그리고 암(10)에는, 각 제어축(J1~J4)에 대응되도록, 구동용 서보모터(servo motor)(M1~M4), 및, 서보모터(M1~M4)의 회전각을 검출하는 엔코더(E1~E4)(도 3 참조)가 마련되어 있다. 또한, 각 제어축(J1~J4)을 특별히 구별하지 않을 때는 "제어축(J)"으로 첨자의 숫자를 생략해서 나타내고, 각 서보모터(M1~M4)를 특별히 구별하지 않을 때는, "서보모터(M)"로 첨자의 숫자를 생략해서 나타내고, 각 엔코더(E1~E4)를 특별히 구별하지 않을 때는 "엔코더(E)"로 첨자의 숫자를 생략해서 나타내기로 한다.

상기 구성의 2 개의 암(10A), (10B)의 제1링크(11)의 회전축선(L1)은 동일 직선상에 있고, 한쪽의 암(10A)의 제1링크(11)와 다른 쪽의 암(10B)의 제1링크(11)는 상하로 고저차(高低差)를 설치해서 배치되어 있다. 로봇(1)의 기본좌표계의 원점은 제1링크(11)의 회전축선(L1) 상에 규정되어 있다.

이어서, 제어장치(6)에 대해 설명한다. 제어장치(6)는, 로봇(1)의 통상동작 및 교시동작을 제어한다. 좌우의 암(10A), (10B)의 제어계통의 구성은 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 그 중 하나의 암(10)의 제어계통의 구성에 대해 설명한다.

도 3은, 로봇(1)의 제어계통의 구성을 간략화해서 나타낸 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 암(10)의 제어축(J1~J4)에는 각각 대응하는 구동부(24)가 마련되어 있다. 이 도면에서는 4 개의 구동부(24) 중 하나가 상세하게 나타나고, 나머지는 생략되어 있다. 각 구동부(24)에는 서보제어부(23)가 접속되고, 서보제어부(23)에는 호스트제어부(22)가 접속되고, 이들에 의해 제어장치(6)가 구성되어 있다.

호스트제어부(22)로 조작지령을 입력하는 입력장치(62)로서, 그래픽 인터페이스(Graphical interface)를 갖는 태블릿형 컴퓨터가 사용된다. 입력장치(62)와 제어장치(6)는 무선으로 통신 가능하며, 교시자(조작자)가 입력장치(62)에 입력한 지령은 제어장치(6)에 입력된다. 이 입력장치(62)는, 로봇(1)을 교시할 때의 제어장치(6)로의 입력수단인 티칭 펜던트로서의 기능도 함께 구비하고 있다.

제어장치(6)는, 소위 컴퓨터로서, CPU 등의 연산처리부와, ROM, RAM 등의 기억부를 가지고 있다(모두 미도시). 기억부에는, 연산처리부가 실행하는 프로그램, 각종 고정데이터 등이 기억되어 있다. 연산처리부는, 예를 들면 입력장치(62) 등의 외부장치와 데이터의 송수신을 행한다. 그리고 연산처리부는, 각종 센서로부터의 검출신호의 입력이나 각 제어대상으로의 제어신호의 출력을 행한다. 제어장치(6)에서는, 기억부에 기억된 프로그램 등의 소프트웨어를 연산처리부가 읽어내서 실행함으로써, 로봇(1)의 각종 동작을 제어하기 위한 처리가 행해진다. 특히, 제어장치(6)의 호스트제어부(22)는, 로봇(1)을 교시할 때에 로봇(1)의 동작을 제어하기 위한 처리를 행하는 교시제어부(22a)로서의 기능을 적어도 구비하고 있다. 또한, 제어장치(6)는 단일의 컴퓨터에 의한 집중제어에 의해 각 처리를 실행하여도 좋으며, 복수의 컴퓨터의 협동에 의한 분산제어에 의해 각 처리를 실행하여도 좋다. 그리고 제어장치(6)는, 마이크로 콘트롤러(microcontroller), 프로그래머블 로직 콘트롤러(Programmable Logic Controller)(PLC) 등으로 구성되어 있어도 좋다.

호스트제어부(22)는, 위치지령치를 생성해서 서보제어부(23)로 출력한다. 서보제어부(23)는, 호스트제어부(22)로부터 취득한 위치지령치에 기초하여 구동지령치(토크(torque)지령치)를 생성하고, 증폭회로(26)로 출력한다. 증폭회로(26)는, 입력된 구동지령치에 대응한 구동전류를 서보모터(M)로 공급한다. 서보모터(M)에는, 그 출력회전각 등을 검출하는 엔코더(E)가 마련되어 있다. 엔코더(E)로 검출된 회전각은, 호스트제어부(22) 및 서보제어부(23)로 전달된다.

도 4는, 서보제어부(23)를 중심으로 한 구체적인 전기적 구성을 보여주는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 호스트제어부(22)로부터 서보제어부(23)로 위치지령치가 입력되면, 입력된 위치지령치는 감산기(29)의 플러스측의 입력에 주어진다. 이 감산기(29)의 마이너스측의 입력에는, 엔코더(E)로 검출된 회전각을 표시하는 신호가 주어진다. 감산기(29)에서는, 위치지령치로부터 회전각이 감산된다.

감산기(29)의 출력은 계수기(係數器)(31)에 부여되고, 여기서 위치게인(gain)(Kp)에서 증폭되고 나서, 가산기(32)의 한쪽의 입력에 주어진다. 이 가산기(32)의 다른 쪽의 입력에는, 엔코더(E)로부터의 회전각이 미분회로(微分回路)(33)에서 미분되고, 더욱더 계수기(34)로 속도게인(Kv)에서 증폭된 것이 주어진다. 가산기(32)의 출력은, 적분기(35)에 주어지고, 적분연산이 행해진다. 적분기(35)의 게인(G1)은, 다음의 제1식으로 나타난다. 또한, 제1식 (1)에 있어서, Kx는 상수이며, s는 연산자이다.

[수식 1]

…(1)

상기 적분기(35)의 출력은 위상보상기(36)에 주어져서 위상제어 동작시에 위상보상의 연산이 행해진다. 위상보상기(36)의 위상보상의 연산의 게인(G2)은, 다음의 제2식으로 나타난다. 또한, 제2식에 있어서 α는 상수이다.

[수식 2]

…(2)

위상보상기(36)의 출력은, 다른 하나의 가산기(37)의 한쪽의 입력에 주어진다. 이 가산기(37)의 다른 쪽의 입력에는, 엔코더(E)의 출력에 응답하는 중력보상연산기(22b)로부터의 출력(중력보상치)가 주어져 가산되고, 그 가산출력은 구동지령치로서 증폭회로(26)로 입력된다.

또한, 본 실시형태에 관계되는 암(10)에서는, 복수의 제어축(J) 중 제3제어축(J3)에 중력에 의한 부하가 작용한다. 그래서, 제3제어축(J3)의 제어계통에서는 호스트제어부(22)에 중력보상연산기(22b)를 구비하고 있다. 다른 제어축의 구동부(24)의 제어계통에서는, 중력보상연산기(22b)는 구비되지 않거나, 또는 구비되어도 출력이 제로가 된다. 중력보상연산기(22b)는, 엔코더(E)로 검출한 제3제어축(J3)의 회전각에 기초하여 미리 기억된 계산식에 의해 중력보상치를 연산한다. 이로써, 제3제어축(J3)의 제어계통에서는, 서보제어부(23)로부터 출력되는 구동지령치에는, 중력보상연산기(22b)로부터 출력된 중력보상치가 가미되어 있으며, 그 결과, 중력보상토크가 발생하도록 제3제어축(J3)의 구동부(24)가 동작한다.

여기서, 로봇(1)의 교시동작시의 제어장치(6)의 처리의 흐름을 설명한다. 우선, 교시자는, 입력장치(62)를 사용해서, 교시에 따른 각종 정보를 제어장치(6)로 입력한다.

예를 들면, 입력장치(62)에는, 교시하는 암(10)을 선택하는 암 선택화면이 나타난다. 교시하는 암(10)으로서, 좌우의 암(10A), (10B)의 어느 한쪽 또는 양쪽을 선택할 수 있다. 다음으로, 입력장치(62)에는, 교시방식을 선택하는 교시방식 선택화면이 나타난다. 교시자는, 이 교시방식 선택화면에서, 입력장치(62)를 티칭 펜던트(teaching pendant)로서 이용한 원격조작교시, 다이렉트교시 등의 복수의 교시방식으로부터 어느 하나를 선택할 수 있다. 여기서 다이렉트교시가 선택된 경우에는, 입력장치(62)에는 암 이동모드를 선택하는 암 이동모드 선택화면이 표시된다. 교시자는, 이 암 이동모드 선택화면에서, 암(10) 또는 툴(5)에 규정된 소정의 표준점(K)이 자유롭게 움직이는 프리모드와, 표준점(K)의 이동경로가 소정의 직선상, 소정의 평면상, 또는, 소정의 축 주위에 제한되는 제한모드와의 어느 한쪽을 선택할 수 있다. 표준점(K)은, 예를 들면, 리스트부(13)의 메커니컬 인터페이스 좌표계에 있어서 정한 툴의 대표점, 손목 표준점 등의 임의의 점에 규정된다. 여기서 제한모드가 선택된 경우에는, 입력장치(62)에는 이동제한 지정화면이 표시된다. 교시자는, 이 이동제한 지정화면에서, 암(10)의 표준점(K)의 이동이 구속되는 직선, 평면, 또는 축을 선택할 수 있다.

이하에서는, 제한모드·다이렉트교시 동작시의 제어장치(6)의 처리의 흐름의 일례를 설명한다. 이 예에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 표준점(K)은 암(10)의 선단에 규정되고, 이 표준점(K)의 이동경로가 초기위치(P_S)로부터 이동벡터(V)와 평행한 방향으로 제한된다. 그리고, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)에 직접적으로 힘을 주어서, 초기위치(P_S)에서의 툴(5)의 초기 자세(S)를 유지한 채, 표준점(K)을 초기위치(P_S)로부터 도면 중 2점쇄선으로 나타내는 소정의 이동경로를 따라 이동시킨다.

로봇(1)의 교시 중은, 로봇(1)의 제어축(J) 중 동작이 허용되는 제어축(J)의 위치 및 속도의 각 게인이 충분히 낮게 설정된다. 그 때문에, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)에 외력을 부여해서 툴(5)을 움직이면, 표준점(K)에 변위가 생긴다. 이 것이 엔코더(E)에 의해 검출되면, 표준점(K)의 변위를 소정의 이동경로에 투영함으로써 구해진 목표위치(P_com), 환언하면, 소정의 이동경로가 가지는 방향성분만 표준점(K)의 현재위치(P_r)를 바꿔 놓은 목표위치(P_com)가, 호스트제어부(22)에 의해 구해진다. 호스트제어부(22)는, 이 목표위치(P_com)에 대응한 위치지령치(T_com)를 생성해서 서보제어부(23)로 출력한다. 이하, 제어장치(6)의 호스트제어부(22)에서 행해지는 구체적인 처리의 흐름에 대해, 도 7을 사용해서 설명한다.

전술한 바와 같이, 입력장치(62)에 입력된 교시에 관계되는 각종 정보는, 제어장치(6)로 전달되고, 호스트제어부(22)는 이들의 정보를 취득해서(스텝 S1), 위치지령치(T_com)를 생성하기 위한 연산처리를 개시한다. 교시에 관계되는 각종 정보에는, 표준점(K)의 이동이 구속되는 직선, 평면, 또는 축 등의 이동제한정보가 포함되어 있다.

처리를 개시한 호스트제어부(22)는, 우선, 엔코더(E)로부터 각 제어축(J)의 회전각을 취득하고, 이것에 기초하여 각 제어축(J)의 초기의 축 각도(θ₀)를 검출한다(스텝 S2). 다음으로, 호스트 제어부(22)는, 각 축 각도(θ₀)에 기초하여 암(10)의 표준점(K)의 기본좌표계의 초기위치(P_S), 및, 툴(5)의 초기 자세(S)를 구하고, 더욱더, 초기위치(P_S) 및 자세(S)를 표시하는 자세회전행렬(R (θ₀))을 구한다(스텝 S3).

이어서, 호스트제어부(22)는, 이동벡터(V)를 산출한다(스텝 S4). 이동벡터(V)는, 표준점(K)의 허용되는 이동방향을 표시하는 단위벡터이다. 제어장치(6)는, 취득한 이동제한정보(즉, 이동이 구속되는 직선, 평면, 또는 축 등의 이동경로를 특정하는 정보)에 기초하여 이동벡터(V)를 구한다. 예를 들면, 표준점(K)의 이동경로가 어떤 직선상에 구속되는 경우, 이동벡터(V)는 그 직선과 평행인 단위벡터이다.

그리고 호스트제어부(22)는, 자세회전행렬(R(θ₀)) 등을 사용해서, 좌표변환행렬(Q)을 산출한다(스텝 S5). 좌표변환행렬(Q)은, 기준좌표계의 좌표를 새로운 Q 좌표계의 좌표로 좌표변환하는 행렬이다. 좌표변환행렬(Q)은, 이동벡터(V)가 Q 좌표계의 x'y'z' 직교 3축 중의 하나, 예를 들면 x'축과 평행하게 되는 변환을 표시하는 행렬인 것이 바람직하다.

도 6은, 좌표변환행렬(Q)에 의한 좌표변환을 설명하는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 좌표변환행렬(Q)은, 이동벡터(V)와, 기본좌표계의 x축을 Q 좌표계로 변환한 x'축이 평행하게 되는 변환을 행하는 행렬이다. 이와 같이 이동벡터(V)가 Q좌표계의 x'y'z'직교 3축의 어느 1 축에 평행이면, Q 좌표계에서의 연산이 용이해진다.

이어서, 호스트제어부(22)는, 서보제어부(23)의 제어파라미터의 값을 변경한다(스텝 S6). 구체적으로는, 교시하려고 하는 암(10)의 동작이 허용된 제어축(J)에 대응하는 서보제어부(23)의, 계수기(31)의 위치게인(Kp) 및 계수기(34)의 속도게인(Kv)를 충분히 작게 설정하고, 적분기(35)의 게인(Kx)를 제로로 하고, 그 적분기(35)의 내용을 제로로 클리어하여, 다시 위상보상기(36)의 기능을 정지한다. 즉, 가산기(32)의 출력이 그대로 가산기(37)에 주어지도록 한다. 또한, 제어파라미터의 값의 변경(스텝 S6)은, 스텝 S1의 뒤에서 후술하는 스텝 S8의 앞까지의 사이에 행해지면 되는 것으로서, 그 처리 순서는 본 실시형태에 한정되지 않는다.

더욱이, 호스트제어부(22)는, 중력보상의 필요한 제어축(J)에 대해 중력보상을 개시한다(스텝 S7). 본 실시형태에서는, 제어축(J3)을 구동하는 서보모터(M3)의 제어계통에 있어서 중력보상의 연산이 개시된다.

여기서, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)의 임의의 개소에 직접적으로 힘을 가하여 암(10)을 움직이고, 표준점(K)을 소망의 교시점으로 서서히 이동시킨다. 이 이동하는 동안에 표준점(K)의 위치는 시시각각 변화하지만, 표준점(K)의 이동이 소정의 이동경로상에 규제되며, 동시에, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)에 부여하는 힘을 어시스트하도록 암(10)의 각 제어축(J)이 동작한다.

스텝 S8에 있어서, 호스트제어부(22)는, 표준점(K)이 변위하였을 때의 각 제어축(J)의 축 각도(θ₁)를 검출한다. 호스트제어부(22)는, 검출된 각 제어축(J)의 축 각도(θ₁)에 기초해서, 표준점(K)의 기본좌표계의 현재위치(P_r)를 산출한다(스텝 S9). 더욱이, 스텝 S10에 있어서, 호스트제어부(22)는, 산출한 표준점(K)의 현재위치(P_r)를, Q 좌표계의 표준점(K)의 현재위치(P_r')로 좌표 변환한다(P_r'= QP_r).

스텝 S11에 있어서, 호스트제어부(22)는, 산출된 표준점(K)의 기본좌표계의 현재위치(P_r)에 기초하여, 기본좌표계에 있어서의 표준점(K)의 이동량(dP_r)을 구한다. 더욱이, 호스트제어부(22)는, 이동량(dP_r)을 Q 좌표계에 있어서의 표준점(K)의 이동량(dP_r')으로 변환한다(스텝 S12).

스텝 S13에 있어서, 호스트제어부(22)는, 현재위치(P_r')를 소정의 이동경로에 투영한 위치(투영위치)를 Q 좌표계의 목표위치(P_com')로 한다(도 5 참조). 환언하면, 호스트제어부(22)는, 소정의 이동경로가 갖는 방향성분을 현재위치로 바꿔 놓은, Q 좌표계의 목표위치(P_com')를 구한다. 예를 들면, x' 방향으로만 이동이 허용되어 있는 경우의 목표위치(P_com')는, y' 성분 및 z'성분이 ０이고, x' 성분은 이동량(dP_r')의 x' 성분이다. 또, 예를 들면 x'y' 평면 내에서만 이동이 허용되어 있는 경우의 목표위치(P_com')는, z' 성분이 0이고, x' 성분 및 y' 성분은 각각 이동량(dP_r')의 x' 성분, y' 성분이다.

스텝 S14에 있어서, 호스트제어부(22)는, Q 좌표계의 목표위치(P_com')를 기본좌표계로 역변환하고(P_com= Q^-1 P_com'), 기본좌표계에서의 목표위치(P_com)를 구한다.

스텝 S15에 있어서, 호스트제어부(22)는, 목표위치(P_com) 및 자세(S)와 대응하는 위치지령치(T_com)를 생성한다. 최후로, 호스트제어부(22)는, 이 위치지령치(T_com)를 서보제어부(23)로 출력한다(스텝 S16). 이 결과, 위치지령치(T_com)에 기초하여 각 제어축(J)이 구동되고, 암(10)이 동작한다.

암(10)의 표준점(K)이 계속 변위하는 동안은, 상기의 스텝 S8에서 S16까지의 처리가 소정 시간 간격으로 반복된다. 그동안, 위치지령치(T_com)와 대응하는 지령각도(θ_com)와 검출된 각 제어축(J)의 축 각도(θ)에 편차가 생기고 있으므로, 이 편차가 소정치 이하가 되도록 각 구동부(24)가 부귀환제어(負歸還制御)제어된다. 또한, 상기 소정치는, 제로에 충분히 가까운 작은 임의의 값으로서 좋다. 이로써, 교시자가 암(10)을 움직이기 위해 암(10)으로 주는 힘이 어시스트된다.

그리고 암(10)의 표준점(K)이 교시자의 소망의 교시위치에 이르러, 교시자가 외력의 부여를 멈추면, 지령각도(θ_com)와 검출된 각 제어축(J)의 축 각도(θ)와의 편차가 소정치 이하가 되어(스텝 S17에서 NO), 암(10)의 동작이 정지하고, 로봇(1)에 의한 어시스트힘이 멈춘다. 암(10)이 변위하지 않게 되면, 호스트제어부(22)는, 입력장치(62)를 통해 교시자에게 위치교시지령의 입력을 재촉한다. 교시자가 입력장치(62)를 통해 호스트제어부(22)에 입력된 위치교시지령을 취득하면(스텝 S18에서 YES), 호스트제어부(22)는 표준점(K)의 현재위치정보를 교시위치의 하나로서 기록하고(스텝 S19), 중력보상연산을 종료하여(스텝 S20), 제어계통의 게인 등의 제어파라미터를 원래로 되돌린다(스텝 S21).

이상과 같이, 본 실시형태에 관계되는 로봇교시방법은, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에 암(10)의 각 제어축(J)의 축 각도(θ₁)를 검출하고, 각 축 각도(θ₁)에 기초하여 암(10)의 표준점(K)의 현재위치(P_r)를 구하고, 현재위치(P_r)를 소정의 이동경로(이동방향)에 투영한 위치를 목표위치(P_com)로 하는 위치지령치(T_com)를 생성하고, 이 위치지령치(T_com)에 기초하여 각 제어축(J)을 구동하는 것을, 각 제어축(J)에 대해 위치지령치(T_com)와 대응하는 축 각도(지령각도(θ_com))와 검출된 축 각도(θ)와의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 반복하고, 이 편차가 소정치 이하가 된 다음에 암(10)의 위치정보를 로봇(1)에게 교시하는 것을 특징으로 하고 있다. 여기서, 로봇(1)의 다이렉트교시 중의 암(10)의 표준점(K)의 이동은, 소정의 이동경로 상에 제한되어 있다.

또, 본 실시형태에 따른 로봇제어장치(제어장치(6))는, 로봇 암(10) 상에 설정된 표준점(K)을 이동시키는 로봇 암 제어장치로서, 로봇 암(10)의 각 제어축(J)의 축 각도(θ₁)를 검출하고, 축 각도(θ₁)에 기초하여 표준점(K)의 현재위치(P_r)를 구하고, 현재위치(P_r)를 미리 기억된 이동경로에 투영한 투영위치(즉, 목표위치(P_com))를 구하고, 이 투영위치에 기초하여 위치지령치(T_com)를 생성하고, 위치지령치(T_com)를 기초로 하여 표준점(K)을 더 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇교시방법 및 제어장치(6)에 의하면, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에, 제어장치(6)가, 각 축 각도(θ₁)를 검출하고, 이것에 기초하여 현재위치(P_r)를 산출하고, 현재위치(P_r)를 미리 정하는 이동경로(이동방향)에 투영해서 목표위치(P_com)를 구하고, 이 목표위치(P_com)에 기초하여 위치지령치(T_com)를 생성하는 연산처리를 반복한다.

이와 같이, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에, 암(10)의 각 제어축(J)이 위치지령치(T_com)에 기초하여 구동됨으로써, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)에 준 외력을 어시스트 하도록 암(10) 자신이 동작한다. 여기서, 위치지령치(T_com)는 축차 변화하는 각 축 각도(θ₁)에 기초하여 축차 변경되므로, 표준점(K)이 교시자의 의도를 벗어나 이동하는 일은 없다. 따라서, 표준점(K)을 소망의 교시위치에 위치결정함에 있어서, 암(10) 및/또는 툴(5)의 위치의 미조정이 용이하다. 또, 로봇(1)은, 종래 구비하고 있는 기능을 발휘시킴으로써 상기 동작을 행할 수 있기 때문에, 암(10)에 부여된 외력을 검출하는 외력검출수단 및 그를 위한 제어가 불필요하다.

또한, 상기 실시형태에서는, 위치지령치(T_com)에 기초하여 각 제어축(J)을 구동하는 것을, 각 제어축(J)에 대해 위치지령치(T_com)와 대응하는 축 각도(지령각도(θ_com))와 검출된 축 각도(θ)와의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 반복하지만, 축 각도(θ)가 아닌 표준점(K)의 현재위치에 기초하여 반복처리의 종료가 판단되어도 좋다. 즉, 위치지령치(T_com)에 기초하여 각 제어축(J)을 구동하는 것을, 위치지령치(T_com)와 검출된 축 각도(θ)와 대응하는 표준점(K)의 현재위치와의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 반복하여도 좋다.

또, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에, 표준점(K)의 이동은 소정의 이동경로(소정의 이동방향)에 제한되므로, 설령 교시자가 암(10) 및 툴(5)에 부여한 외력의 방향이 표준점(K)의 이동방향과 일치하지 않아도, 표준점(K)은 소정의 이동경로를 따라 이동한다. 따라서, 표준점(K)을 교시자의 소망하는 위치로 이동시키는 것이 용이해진다. 또, 다이렉트교시 중의 각 제어축(J)의 동작에 의해 교시자가 암(10) 또는 툴(5)에 부여하는 힘이 어시스트되기 때문에, 교시자는, 정지마찰력이 큰 축(예를 들면, 기단측의 제1제어축(J1)) 등을, 비교적 작은 힘으로 움직일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 1 개의 암(10)에 대해 4 개의 제어축(J1~J4)을 구비한 로봇(1)의 교시방법에 대해 설명하였는데, 로봇(1)의 제어축(J)의 수는 상기에 한정되지 않는다.

또, 상기 실시형태에 관계되는 로봇교시방법에서는, 각 제어축(J)의 위치게인 및 속도게인이 임의로 설정 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 로봇(1)의 제어축(J) 중, 다이렉트교시 중에 동작이 허용되는 제어축(J)의 위치 및 속도의 각 게인이 충분히 낮게 설정된다.

이로써, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)에 부여한 힘에 의해 축이 변위하기 쉬워진다. 더욱이, 교시자가 암(10) 및 툴(5)에 부여하는 약간의 힘에 대해서도 어시스트힘을 생기게 할 수 있다.

또, 상기 실시형태에 관계되는 로봇교시방법에서는, 각 제어축(J) 중 적어도 하나(제3제어축(J3))에 대해서 중력보상연산을 행하고, 그 연산결과를 해당 제어축의 토크지령치(구동지령치)에 가산하고 있다.

이것에 의해, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에, 암(10)의 각 제어축(J)의 자세가 변화하여도, 그 자세에 대응한 중력보상을 정확하게 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 상시 실시형태에 관계되는 로봇교시방법에서는, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)을 움직이기 전에, 각 제어축(J)의 축 각도(θ₀)에 기초하여 툴(5)의 초기 자세(S)를 구하고, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)을 움직이고 있는 동안에 툴(5)의 초기자세가 유지되도록 위치지령치(T_com)가 생성된다.

이것에 의해, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에, 툴(5)의 초기자세(S)를 유지한 채, 암(10)만을 이동시킬 수 있다. 즉, 툴(5)의 초기자세(S)를 유지한 채, 툴(5)의 위치만을 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에 툴(5)의 초기자세(S)를 유지하도록 하였으나, 로봇(1)의 다이렉트교시 중에, 암(10)의 이동에 수반하여 툴(5)의 위치 및 자세를 변화시키거나, 툴(5)의 위치를 고정해서 툴(5)의 자세만을 변화시키거나 하여도 좋다.

그리고 상기 실시형태에 따른 로봇교시방법에서는, 표준점(K)의 이동이 소정의 이동경로에 제한되는 제한모드와, 표준점(K)의 이동이 소정의 이동경로에 제한되지 않은 프리모드를 선택 가능하다.

이와 같이, 다이렉트교시에 있어서 제어모드와 프리모드가 선택 가능하기 때문에, 교시자는 그 상황에 따라서 모드를 선택할 수 있고, 암(10) 및/또는 툴(5)에 교시자의 의도에 응한 이동을 하게 하는 것이 용이해진다.

또한, 상기 실시형태에 관계되는 로봇교시방법에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 표준점(K)의 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축에 있어서 x-y 평면과 평행인 어떤 직선상에 규정되어 있다. 단, 본 발명에 있어서 소정의 이동경로(이동방향)는 이것에 한정되지 않고, 표준점(K)의 초기위치(P_S)와, 다음의 교시위치와의 관계에 기초하여 적절히 결정된다.

예를 들면, 표준점(K)의 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축방향의 어느 하나, 또는, 툴 좌표계의 xyz 직교 3축방향의 어느 하나와 평행한 직선상이라도 좋다. 또, 예를 들면, 표준점(K)의 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축 중 2 개의 조합, 또는 툴 좌표계의 xyz 직교 3축 중 2개의 조합에 의해 규정되는 평면과 평행한 평면상이라도 좋다. 또, 예를 들면, 표준점(K)의 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축의 어느 하나, 또는, 툴 좌표계의 xyz 직교 3축의 어느 하나를 회전의 중심으로 하는 회전궤적상이라도 좋다.

또, 상기 실시형태에 관계되는 로봇교시방법에서는, 현재위치(P_r)로부터 위치지령치(T_com)를 생성함에 있어, 소정의 이동경로상의 이동벡터(V)를 구하고, 이동벡터(V)가 새로운 Q 좌표계의 x'y'z' 직교 3축의 어느 하나와 평행이 되도록 기본좌표계를 Q 좌표계로 변환하는 좌표변환행렬(Q)을 구하고, 기본좌표계의 표준점(K)의 현재위치(P_r)를 Q 좌표계로 좌표변환하고, Q 좌표계의 현재위치(P_r')를 소정의 이동경로에 투영한 위치를 Q 좌표계의 목표위치(P_com')로 하고, 그 목표위치(P_com')를 기본좌표계로 좌표변환해서 목표위치(P_com)를 구하고 있다.

이와 같이 좌표변환을 이용함으로써, 제어장치(6)의 연산처리를 단순화할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 관계되는 로봇교시방법에 의하면, 로봇(1)의 다이렉트교시에 있어서, 교시자가 암(10) 또는 툴(5)을 직접적으로 힘을 부여해서 움직일 때의, 암(10) 및/또는 툴(5)의 조작성을 전체적으로 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명의 호적(好適)한 실시의 형태를 설명하였다. 이들의 설명으로부터, 당업자에 있어서는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 명백하다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 태양(態樣)을 당업자에게 교시하는 목적으로 제공되는 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

1: 로봇
5: 툴
6: 제어장치
10, 10A, 10B: 암
22: 호스트제어부
22b: 중력보상연산기
23: 서보제어부
24: 구동부
26: 증폭회로
62: 입력장치
E (E1~E4): 엔코더
J (J1~J4): 제어축
K: 표준점
M (M1~M4): 서보모터

Claims

툴이 장착된 적어도 1 개의 로봇 암을 구비한 로봇에 대하여, 교시자가 상기 로봇 암 또는 상기 툴을 직접적으로 힘을 가하는 것에 의해 움직여서 위치를 교시하는 다이렉트 교시방식의 로봇교시방법으로서,
상기 로봇 암 또는 상기 툴에 규정된 표준점의 이동을 소정의 이동경로 상에 제한하고,
상기 교시자가 상기 로봇 암 또는 상기 툴을 움직이고 있는 동안에, 상기 로봇 암의 각 제어축의 축 각도를 검출하고, 상기 축 각도에 기초하여 상기 표준점의 현재위치를 구하고, 상기 현재위치를 상기 소정의 이동경로에 투영한 위치를 목표위치로 하는 위치지령치를 생성하고, 상기 위치지령치에 기초하여 상기 각 제어축을 구동하는 것을, 상기 각 제어축에 대하여 상기 위치지령치와 대응하는 축 각도와 검출된 축 각도와의 편차, 또는, 상기 위치지령치와 검출된 축 각도와 대응하는 상기 표준점의 현재위치와의 편차가 소정치 이하가 될 때까지 반복하고,
상기 편차가 상기 소정치 이하가 된 다음에 상기 로봇 암의 위치정보를 상기 로봇에 교시하는 로봇교시방법.
제1항에 있어서
상기 각 제어축의 위치게인 및 속도게인이 임의로 설정 가능한 로봇교시방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어축 중 적어도 하나에 대하여 중력보상연산을 행하고, 그 연산결과를 해당 제어축의 토크지령치에 가산하는 로봇교시방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교시자가 상기 로봇 암 또는 상기 툴을 움직이기 전에, 상기 각 제어축의 축 각도에 기초하여 상기 툴의 초기자세를 구하고, 상기 교시자가 상기 로봇 암 또는 상기 툴을 움직이고 있는 동안에 상기 툴의 상기 초기자세가 유지되도록 상기 각 제어축의 상기 지령치를 생성하는 로봇교시방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표준점의 이동이 상기 소정의 이동경로에 제한되는 제한모드와, 상기 표준점의 이동이 상기 소정의 이동경로에 한정되지 않는 프리모드를 선택 가능한 로봇교시방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표준점의 상기 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축 방향의 어느 하나, 또는 툴 좌표계의 xyz 직교 3축 방향의 어느 하나와 평행한 직선상인 로봇교시방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표준점의 상기 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축 중 2 개의 조합, 또는 툴 좌표계의 xyz 직교 3축 중 2 개의 조합에 의해 규정되는 평면과 평행한 평면상인 로봇교시방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표준점의 상기 소정의 이동경로가, 기본좌표계에서의 xyz 직교 3축 중 어느 하나, 또는 툴 좌표계의 xyz 직교 3축 중 어느 하나를 회전의 중심으로 하는 회전궤적상인 로봇교시방법.
제1항에 있어서,
상기 현재위치에서 상기 위치지령치를 생성하는 것이,
상기 소정의 이동경로상의 이동벡터를 구하고,
상기 이동벡터가 새로운 좌표계의 xyz 직교 3축 중 어느 하나와 평행하게 되도록, 기본좌표계를 상기 새로운 좌표계로 변환하는 좌표변환행렬을 구하고,
상기 기본좌표계의 상기 표준점의 상기 현재위치를 상기 새로운 좌표계로 좌표변환하고,
상기 새로운 좌표계의 상기 현재위치를 상기 소정의 이동경로에 투영한 위치를 상기 새로운 좌표계의 목표위치로 하고, 그 목표위치를 상기 기본좌표계로 좌표변환해서 상기 목표위치를 구하는 것을 포함하는 로봇교시방법.
로봇 암 상에 설정된 표준점을 이동시키는 로봇 암 제어장치로서,
상기 로봇 암의 각 제어축의 축 각도를 검출하고,
상기 축 각도에 기초하여 상기 표준점의 현재위치를 구하고,
상기 현재위치를 미리 기억된 이동경로에 투영한 투영위치를 구하고,
상기 투영위치에 기초하여 위치지령치를 생성하고,
상기 위치지령치에 기초하여 상기 표준점을 더 이동시키는 로봇 암 제어장치.