KR20180126539A - 로봇 시스템을 위한 자동 교정 방법 - Google Patents

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KR20180126539A
KR20180126539A KR1020187030524A KR20187030524A KR20180126539A KR 20180126539 A KR20180126539 A KR 20180126539A KR 1020187030524 A KR1020187030524 A KR 1020187030524A KR 20187030524 A KR20187030524 A KR 20187030524A KR 20180126539 A KR20180126539 A KR 20180126539A
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Abstract

로봇 시스템의 자동 교정 방법은, 연결 로드와 연결 로드의 일단에 연결된 구체를 포함하는 볼-로드 부재를 제공하는 단계; 연결 로드의 타단을 로봇의 플랜지 상에 장착된 종단 실행 툴에 고정하는 단계; 알려져 있는 타겟 지점 주위에 3개의 거리 센서를 제공하여 3개의 거리 센서로부터 구체의 표면까지의 3개의 실제 거리를 각각 감지하는 단계: 3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 다양한 상이한 포즈로 타겟 지점으로 이동시키고, 타겟 지점에서 다양한 상이한 포즈로 되는 로봇의 포즈 데이터에 기초하여 플랜지의 중심에 대한 구체의 중심의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계; 및 식 Tt = Ts * Tc에 따라 플랜지의 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬(Tt)을 계산하는 단계를 포함하고, 여기서, Tc는 구체의 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬이고, Tc는 알려져 있으며 일정하다. 비전 센서에 의해 캡처되는 구체의 화상에 기초하여 구체의 중심을 식별할 필요가 없으므로, 로봇 시스템의 교정 효율을 개선한다.

Description

로봇 시스템을 위한 자동 교정 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 2016년 3월 28일자로 중국 특허청에 출원된 중국 특허출원번호 제CN201610163828.8호의 이점을 주장하며, 그 전문은 본원에 참고로 원용된다.
본 발명의 실시예들은 로봇 시스템을 위한 자동 교정(calibration) 방법에 관한 것이다.
종래에는, 로봇 시스템의 교정이 일반적으로 인공 교시 방법에 의해 수행된다. 예를 들어, 조작자는, 로봇의 플랜지에 장착된 종단 실행 툴(terminate execution tool; 또는 종단 이펙터라고도 함)를 이동시켜 일반적으로 4개 이상의 서로 다른 포즈(pose)가 있는 6축 로봇에 대해 복수의 다른 포즈로 동일한 하나의 타겟 지점에 도달하도록 로봇을 수동으로 제어한다. 그러나, 상기 방법에서는, 종단 실행 툴이 동일한 타겟 지점으로 이동하였는지를 조작자의 눈으로 결정할 필요가 있다. 이에 따라, 인공 교시 방법에서는 오차가 불가피하게 발생하여, 로봇의 플랜지 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬이 부정확하게 된다. 또한, 상이한 포즈로 동일한 목표 지점에 도달하도록 로봇을 수동으로 제어하고 로봇이 동일한 목표 지점에 도달하는지 여부를 눈으로 결정하는 것은 시간이 상당히 많이 걸려서, 작업 효율을 크게 저하시킨다. 또한, 로봇 시스템에서 종단 실행 툴을 자주 교체해야 하는 경우, 종단 실행 툴을 새로운 종단 실행 툴로 교체할 때마다 로봇 시스템을 재교정해야 하므로, 매우 번거롭고 시간이 많이 걸린다.
종래 기술에서는, 교정된 비전 센서에 기초하는 로봇 시스템의 자동 교정 방법도 제공한다. 자동 교정 방법에서는, 로봇의 플랜지 상에 장착된 종단 실행 툴의 중심을 다양한 상이한 포즈로 동일한 하나의 타겟 지점으로 이동시키도록 로봇을 제어한다. 자동 교정 방법은, 종단 실행 툴이 타겟 지점으로 이동하였는지를 눈으로 판단하는 방법에 비해 시간과 노력을 크게 세이브한다. 그러나, 상기한 자동 교정 방법에서는, 비전 센서에 의해 종단 실행 툴의 중심을 식별할 필요가 있다. 일반적으로, 종단 실행 툴은 매우 복잡한 기하학적 구조를 갖고 있으며, 종단 실행 툴의 중심을 식별하는 것은 어렵다. 특히, 종단 실행 툴을 자주 교체할 필요가 있는 경우, 종단 실행 툴을 새로운 종단 실행 툴로 교체한 후마다 종단 실행 툴의 중심을 재식별할 필요가 있어서, 매우 번거로우며 시간이 많이 걸린다.
또한, 종래 기술에서는, 비전 센서가 일반적으로 카메라이다. 따라서, 비전 센서에 의해 캡처되는 화상에 기초하여 종단 실행 툴의 중심을 식별해야 한다. 그러나, 비전 센서에 의해 캡처되는 화상에 기초하여 종단 실행 툴의 중심을 식별하기 위한 계산량은 매우 많아서, 식별 속도를 감소시키고, 로봇 시스템의 교정 효율을 크게 감소시킨다.
본 발명은 전술한 단점들 중 적어도 하나의 양태를 극복하거나 완화하도록 이루어진 것이다.
본 발명의 한 목적에 따르면, 고 정밀도 및 고 효율로 로봇 시스템의 교정을 달성하기 위한 로봇 시스템의 자동 교정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 로봇 시스템의 자동 교정 방법을 제공하며, 이 방법은,
연결 로드(connection rod)와 연결 로드의 일단에 연결된 구체(sphere)를 포함하는 볼-로드 부재(ball-rod)를 제공하는 단계(S100);
연결 로드의 타단을 로봇의 플랜지 상에 장착된 종단 실행 툴(terminate execution tool)에 고정하는 단계(S200);
알려져 있는 타겟 지점 주위에 3개의 거리 센서를 제공하여 3개의 거리 센서로부터 구체의 표면까지의 3개의 실제 거리를 각각 감지하는 단계(S300);
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 다양한 상이한 포즈로 타겟 지점으로 이동시키고, 타겟 지점에서 다양한 상이한 포즈로 되는 로봇의 포즈 데이터에 기초하여 플랜지의 중심에 대한 구체의 중심의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계(S400); 및
이하의 식 (1)에 따라 플랜지의 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬(Tt)을 계산하는 단계(S500)를 포함하고,
Tt = Ts * Tc (1)
여기서 Tc는 구체의 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬이고, Tc는 알려져 있으며 일정하다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 3개의 거리 센서는, 제1 거리 센서, 제2 거리 센서, 및 제3 거리 센서를 포함한다. 구체의 중심이 타겟 지점으로 정확하게 이동하는 경우, 제1 거리 센서, 제2 거리 센서, 및 제3 거리 센서는, 구체의 표면으로부터 제1 소정의 거리, 제2 소정의 거리, 및 제3 소정의 거리만큼 각각 이격된다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 단계(S400)에서는, 제1 거리 센서에 의해 감지되는 제1 실제 거리와 제1 소정의 거리 간의 제1 거리 오차, 제2 거리 센서에 의해 감지되는 제2 실제 거리와 제2 소정의 거리 간의 제2 거리 오차, 및 제3 거리 센서에 의해 감지되는 제3 실제 거리와 제3 소정의 거리 간의 제3 거리 오차에 기초하여, 제1 거리 오차, 제2 거리 오차, 및 제3 거리 오차가 모두 제로로 될 때까지 로봇에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행한다.
본 발명의 예시적인 다른 일 실시예에 따르면, 단계(S400)는,
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 센서 좌표계로 구체의 중심의 실제 위치를 계산하는 단계; 및
센서 좌표계의 구체의 중심의 실제 위치와 센서 좌표계의 타겟 지점의 타겟 위치 간의 위치 오차에 기초하여, 위치 오차가 제로로 될 때까지 로봇에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 제1 거리 센서의 축, 제2 거리 센서의 축, 및 제3 거리 센서의 축은 동일한 하나의 교차 지점에서 교차한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 제1 거리 센서의 축, 제2 거리 센서의 축, 및 제3 거리 센서의 축의 교차 지점이 타겟 지점으로서 정의된다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 제1 거리 센서의 축, 제2 거리 센서의 축, 및 제3 거리 센서의 축은 서로 직교한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 센서 좌표계의 3개의 축은, 제1 거리 센서의 축, 제2 거리 센서의 축, 및 제3 거리 센서의 축에 의해 각각 정의된다. 센서 좌표계의 원점은, 제1 거리 센서의 축, 제2 거리 센서의 축, 및 제3 거리 센서의 축의 교차 지점에 위치설정된다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 단계(S400)에서는, 로봇을 제어하여 구체의 중심을 적어도 2개의 다른 포즈로 타겟 지점으로 정확하게 이동시킨다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 단계(S400)는,
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 제1 포즈로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇의 제1 포즈 데이터를 취득하는 단계(S410);
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 제2 포즈로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇의 제2 포즈 데이터를 취득하는 단계(S420);
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 제3 포즈로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇의 제3 포즈 데이터를 취득하는 단계(S430);
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 제4 포즈로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇의 제4 포즈 데이터를 취득하는 단계(S440); 및
취득한 로봇의 제1 포즈 데이터, 제2 포즈 데이터, 제3 포즈 데이터, 및 제4 포즈 데이터에 기초하여 플랜지의 중심에 대한 구체의 중심의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계(S450)를 포함한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 단계(S420, S430, S440)의 각각에 있어서, 제1 거리 센서에 의해 감지되는 제1 실제 거리와 제1 소정의 거리 간의 제1 거리 오차, 제2 거리 센서에 의해 감지되는 제2 실제 거리와 제2 소정의 거리 간의 제2 거리 오차, 및 제3 거리 센서에 의해 감지되는 제3 실제 거리와 제3 소정의 거리 간의 제3 거리 오차에 기초하여, 제1 거리 오차, 제2 거리 오차, 및 제3 거리 오차 모두가 제로로 될 때까지 로봇에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 단계(S420, S430, S440)의 각각은,
3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 센서 좌표계로 구체의 중심의 실제 위치를 계산하는 단계; 및
센서 좌표계의 구체의 중심의 실제 위치와 센서 좌표계의 타겟 지점의 타겟 위치 간의 위치 오차에 기초하여, 위치 오차가 제로로 될 때까지 로봇에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 로봇은 다축 로봇을 포함한다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 3개의 거리 센서의 각각은 비접촉식 거리 센서이다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 3개의 거리 센서의 각각은 레이저 거리 센서 또는 초음파 거리 센서를 포함한다.
본 발명의 상술한 다양한 예시적인 실시예에서, 로봇은, 3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에만 기초하여 다양한 상이한 포즈로 구체의 중심을 타겟 지점으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 비전 센서에 의해 캡처되는 구체의 화상에 기초하여 구체의 중심을 식별할 필요가 없으므로, 로봇 시스템의 교정 효율을 개선한다.
본 발명의 상술한 특징과 기타 특징은, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 예시하는 도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3개의 거리 센서에 대한 센서 좌표계를 도시한다.
도 3은 3개의 거리 센서에 의해 각각 3개의 거리 센서로부터 구체의 표면까지의 3개의 실제 거리를 감지하는 도이다.
도 4는 구체의 중심을 타겟 지점으로 정확하게 이동시켰을 때의 3개의 거리 센서로부터 구체의 표면까지의 소정의 거리를 도시하는 도이다.
도 5는 4개의 상이한 자세로 구체의 중심을 타겟 지점으로 정확하게 이동시키도록 로봇을 제어하는 것을 예시하는 도이다.
이하, 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 가리키는 첨부 도면을 참조하여 본 개시 내용의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시 내용은, 다른 많은 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며; 오히려, 이들 실시예는, 본 개시 내용이 철저하고 완전해지고 본 개시 내용의 개념을 통상의 기술자에게 완전히 전달하도록 제공된 것이다.
이하의 상세한 설명에서는, 설명을 위해, 개시된 실시예들을 완전히 이해할 수 있도록 다수의 특정한 상세를 설명한다. 그러나, 하나 이상의 실시예가 이러한 특정한 상세 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 구조체와 장치는 도면을 간략화하도록 개략적으로 도시된다.
본 발명의 일반적인 개념에 따르면, 로봇 시스템의 자동 교정 방법을 제공하며, 이 방법은, 연결 로드와 연결 로드의 일단에 연결된 구체를 포함하는 볼-로드 부재를 제공하는 단계; 연결 로드의 타단을 로봇의 플랜지 상에 장착된 종단 실행 툴에 고정하는 단계; 알려져 있는 타겟 지점 주위에 3개의 거리 센서를 제공하여 3개의 거리 센서로부터 구체의 표면까지의 3개의 실제 거리를 각각 감지하는 단계; 3개의 거리 센서에 의해 감지되는 3개의 실제 거리에 기초하여 로봇을 제어하여 구체의 중심을 다양한 상이한 포즈(pose)로 타겟 지점으로 이동시키고, 타겟 지점에서 다양한 상이한 포즈로 되는 로봇의 포즈 데이터에 기초하여 플랜지의 중심에 대한 구체의 중심의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계; 및 이하의 식 (1)에 따라 플랜지의 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬(Tt)을 계산하는 단계를 포함하고,
Tt = Ts * Tc (1)
여기서 Tc는 구체의 중심에 대한 종단 실행 툴의 중심의 변환 행렬이고, Tc는 알려져 있으며 일정하다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 로봇 시스템을 예시하는 도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 로봇 시스템은 6축 로봇 시스템으로서 구축될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 로봇 시스템은, 임의의 적절한 다-자유도 로봇 시스템으로서, 예를 들어, 4축 로봇 시스템 또는 5축 로봇 시스템으로서 구축될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 로봇 시스템은, 주로 3개의 거리 센서(11, 12, 13), 6축 로봇(20), 로봇(20)의 플랜지(21) 상에 장착된 종단 실행 툴(또는 종단 이펙터라고도 함)(30), 및 종단 실행 툴(30)에 고정된 볼-로드 부재(41, 42)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 1에 도시한 바와 같이, 볼-로드 부재(41, 42)는, 연결 모드(41) 및 연결 모드(41)의 일단에 연결된 구체(42)를 포함한다. 연결 모드(41)의 타단은, 로봇(20)의 플랜지(21) 상에 장착된 종단 실행 툴(30)에 고정된다.
일 실시예에서, 볼-로드 부재의 연결 로드(41)와 구체(42)의 기하학적 파라미터들은 알려져 있으며 일정하다. 이에 따라, 종단 실행 툴(30)에 볼-로드 부재(41, 42)가 고정된 후, 구체(42)의 중심(C)에 대한 종단 실행 툴(30)의 중심(Tool)의 변형 행렬(Tc)을 미리 취득할 수 있다. 볼-로드 부재의 연결 로드(41)와 구체(42)의 기하학적 파라미터들은 알려져 있으며 일정하므로, 변환 행렬(Tc)도 알려져 있으며 일정하다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 대한 센서 좌표계를 도시하며, 도 3은 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 3개의 거리 센서(11, 12, 13)로부터 구체(42)의 표면까지의 3개의 실제 거리를 각각 감지하는 것을 예시하는 도이다
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 알려져 있는 타겟 지점(예를 들어, 도 2에 도시한 지점(Os)) 주위에 3개의 거리 센서(11, 12, 13)를 제공하여, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)로부터 구체(42)의 표면까지의 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')를 각각 감지한다(도 3 참조).
쉽게 설명하도록, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)를 각각 제1 거리 센서(11), 제2 거리 센서(12), 제3 거리 센서(13)라고 칭한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실제로, 구체(42)가 타겟 지점(Os)을 향하여 이동하는 경우, 제1 거리 센서(11)로부터 구체(42)의 표면까지의 제1 실제 거리(L1')는 제1 거리 센서(11)에 의해 실시간으로 감지될 수 있고, 제2 거리 센서(12)로부터 구체(42)의 표면까지의 제2 실제 거리(L2')는 제2 거리 센서(12)에 의해 실시간으로 감지될 수 있고, 제3 거리 센서(13)로부터 구체(42)의 표면까지의 제3 실제 거리(L3')는 제3 거리 센서(13)에 의해 실시간으로 감지될 수 있다. 일 실시예에서, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실제 거리(L1')는 제1 거리 센서(11)의 축 방향에 있어서 제1 거리 센서(11)로부터 구체(42)의 표면까지의 거리이고, 제2 실제 거리(L2')는 제2 거리 센서(12)의 축 방향에 있어서 제2 거리 센서(12)로부터 구체(42)의 표면까지의 거리이고, 제3 실제 거리(L3')는 제3 거리 센서(13)의 축 방향에 있어서 제3 거리 센서(13)로부터 구체(42)의 표면까지의 거리이다.
도시되어 있지는 않지만, 일 실시예에서, 로봇 시스템은, 미리 저장된 프로그램에 기초하여 로봇 시스템을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함할 수 있다.
도 4는 구체(42)의 중심(C)이 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동하는 경우 3개의 거리 센서(11, 12, 13)로부터 구체(42)의 표면까지의 소정의 거리를 예시하는 도이며, 도 5는 4개의 다른 포즈(포즈#1, 포즈#2, 포즈#3, 포즈#4)로 구체(42)의 중심(C)을 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동시키도록 로봇(20)을 제어하는 것을 예시하는 도이다.
이하에서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여 로봇 시스템의 자동 교정 방법을 설명한다. 이 방법은,
도 1에 도시한 바와 같이, 연결 로드(41)와 연결 로드(41)의 일단에 연결된 구체(42)를 포함하는 볼-로드 부재(41, 42)를 제공하는 단계(S100);
도 1에 도시한 바와 같이, 연결 로드(41)의 타단을 로봇(20)의 플랜지(21) 상에 장착된 종단 실행 툴(30)에 고정하는 단계(S200);
알려져 있는 타겟 지점 주위에 3개의 거리 센서(11, 12, 13)를 제공하여 3개의 거리 센서(11, 12, 13)로부터 구체(42)의 표면까지의 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')를 각각 감지하는 단계(S300);
3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 로봇(20)을 제어하여 구체(42)의 중심(C)을 다양한 상이한 포즈(포즈#1, 포즈#2, 포즈#3, 포즈#4)로 타겟 지점으로 이동시키고, 타겟 지점에서 다양한 상이한 포즈로 되는 로봇(20)의 포즈 데이터에 기초하여 플랜지(21)의 중심(ToolO)에 대한 구체(42)의 중심(C)의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계(S400); 및
이하의 식 (1)에 따라 플랜지(21)의 중심(ToolO)에 대한 종단 실행 툴(30)의 중심(Tool)의 변환 행렬(Tt)을 계산하는 단계(S500)를 포함하고,
Tt = Ts * Tc (1)
여기서 Tc는 구체(42)의 중심에 대한 종단 실행 툴(30)의 중심(Tool)의 변환 행렬이고, Tc는 알려져 있으며 일정하다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 거리 센서(11), 제2 거리 센서(12), 제3 거리 센서(13)의 위치는 알려져 있으며 일정하다. 이에 따라, 구체(42)의 중심(C)이 알려져 있는 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동하는 경우, 제1 거리 센서(11), 제2 거리 센서(12), 제3 거리 센서(13)의 각각으로부터 구체(42)의 표면까지의 거리도 알려져 있으며 일정하다. 쉽게 설명하도록, 도 4에 도시한 바와 같이, 구체(42)의 중심(C)이 알려져 있는 타겟 지점으로 정확하게 이동하는 경우, 제1 거리 센서(11), 제2 거리 센서(12), 제3 거리 센서(13)는, 구체(42)의 표면으로부터 제1 소정의 거리(L1), 제2 소정의 거리(L2), 제3 소정의 거리(L3)만큼 각각 이격된다. 전술한 바와 같이, 제1 거리 센서(11)의 축 방향에 있어서 제1 거리 센서(11)로부터 구체(42)의 표면까지의 제1 소정의 거리(L1), 제2 거리 센서(12)의 축 방향에 있어서 제2 거리 센서(12)로부터 구체(42)의 표면까지의 제2 소정의 거리(L2), 및 제3 거리 센서(13)의 축 방향에 있어서 제3 거리 센서(13)로부터 구체(42)의 표면까지의 제3 소정의 거리(L3)는 알려져 있으며 일정하다.
일 실시예에서, 제1 소정의 거리(L1), 제2 소정의 거리(L2), 및 제3 소정의 거리(L3)는 서로 동일할 수 있고 또는 서로 동일하지 않을 수 있다는 점에 주목한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 전술한 단계(S400)에서는, 제1 거리 센서(11)에 의해 감지되는 제1 실제 거리(L1')와 제1 소정의 거리(L1) 간의 제1 거리 오차, 제2 거리 센서(12)에 의해 감지되는 제2 실제 거리(L2')와 제2 소정의 거리(L2) 간의 제2 거리 오차, 및 제3 거리 센서(13)에 의해 감지되는 제3 실제 거리(L3')와 제3 소정의 거리(L3) 간의 제3 거리 오차에 기초하여, 제1 거리 오차, 제2 거리 오차, 및 제3 거리 오차가 모두 제로로 될 때까지 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행한다. 이러한 방식으로, 구체(42)의 중심(C)이 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 일 실시예에서, 전술한 단계(S400)는, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 센서 좌표계(xs, ys, zs)로 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치를 계산하는 단계; 및 센서 좌표계계(xs, ys, zs)의 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치와 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 타겟 지점의 타겟 위치 간의 위치 오차에 기초하여, 위치 오차가 제로로 될 때까지 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 구체(42)의 중심(C)이 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동할 수 있다.
실제로는, 센서 좌표계(xs, ys, zs)로 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치를 계산할 필요가 없다는 점에 주목한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 로봇(20)에 대한 폐루프 피드백 제어는, 제1 거리 센서(11)에 의해 감지되는 제1 실제 거리(L1')가 제1 소정의 거리(L1)와 같아지고, 제2 거리 센서(12)에 의해 감지되는 제2 실제 거리(L2')가 제2 소정의 거리(L2)와 같아지고, 제3 거리 센서(13)에 의해 감지되는 제3 실제 거리(L3')가 제3 소정의 거리(L3)와 같아질 때까지 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 구체(42)의 중심(C)이 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 쉽게 계산하도록, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 및 제3 거리 센서(13)의 축은 동일한 하나의 교차 지점(Os)에서 교차한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 및 제3 거리 센서(13)의 축은 동일한 하나의 지점에서 교차하지 않을 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 제3 거리 센서(13)의 축의 교차 지점(Os)을 타겟 지점으로서 정의할 수 있다. 즉, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 제3 거리 센서(13)의 축의 교차 지점(Os)은 타겟 지점에 위치설정될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 교차 지점(Os)이 타겟 지점에 위치설정되지 않을 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 쉽게 계산하도록, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 제3 거리 센서(13)의 축은 서로 직교할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 제3 거리 센서(13)의 축은 서로 직교하지 않을 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 쉽게 계산하도록, 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 3개 축은 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 제3 거리 센서(13)의 축에 의해 각각 정의되며, 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 원점은, 제1 거리 센서(11)의 축, 제2 거리 센서(12)의 축, 제3 거리 센서(13)의 축의 교차 지점(Os)에 위치설정된다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 단계(S400)는, 주로,
3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 로봇(20)을 제어하여 구체(42)의 중심(C)을 제1 포즈(포즈#l)로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇(20)의 제1 포즈 데이터를 취득하는 단계(S410);
3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 로봇(20)을 제어하여 구체(42)의 중심(C)을 제2 포즈(포즈#2)로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇(20)의 제2 포즈 데이터를 취득하는 단계(S420);
3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 로봇(20)을 제어하여 구체(42)의 중심(C)을 제3 포즈(포즈#3)로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇(20)의 제3 포즈 데이터를 취득하는 단계(S430);
3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 로봇(20)을 제어하여 구체(42)의 중심(C)을 제4 포즈(포즈#4)로 타겟 지점으로 이동시키고 타겟 지점에서 로봇(20)의 제4 포즈 데이터를 취득하는 단계(S440); 및
취득한 로봇(20)의 제1 포즈 데이터, 제2 포즈 데이터, 제3 포즈 데이터, 및 제4 포즈 데이터에 기초하여 플랜지(21)의 중심(ToolO)에 대한 구체(42)의 중심(C)의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계(S450)를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 단계(S420, S430, S440)의 각각에 있어서, 제1 거리 센서(11)에 의해 감지되는 제1 실제 거리(L1')와 제1 소정의 거리(L1) 간의 제1 거리 오차, 제2 거리 센서(12)에 의해 감지되는 제2 실제 거리(L2')와 제2 소정의 거리(L2) 간의 제2 거리 오차, 및 제3 거리 센서(13)에 의해 감지되는 제3 실제 거리(L3')와 제3 소정의 거리(L3) 간의 제3 거리 오차에 기초하여, 제1 거리 오차, 제2 거리 오차, 및 제3 거리 오차 모두가 제로로 될 때까지 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행한다. 이러한 방식으로, 구체(42)의 중심(C)이 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동할 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 일 실시예에서, 단계(S420, S430, S440)의 각각은, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 센서 좌표계(xs, ys, zs)로 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치를 계산하는 단계; 및 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치와 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 타겟 지점의 타겟 위치 간의 위치 오차에 기초하여, 위치 오차가 제로로 될 때까지 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 구체(42)의 중심(C)이 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동할 수 있다.
예시한 실시예들에서, 구체(42)의 중심(C)은, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 4개의 상이한 포즈(포즈#l, 포즈#2, 포즈#3, 포즈#4)로 로봇(20)을 제어함으로써, 동일한 하나의 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 구체(42)의 중심(C)은, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 2개, 3개, 5개 또는 그 이상의 상이한 포즈로 로봇(20)을 제어함으로써, 동일한 하나의 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 3개의 거리 센서(11, 12, 13) 각각은, 비접촉식 거리 센서일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 3개의 거리 센서(11, 12, 13) 각각은 레이저 거리 센서 또는 초음파 거리 센서일 수 있다.
전술한 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에서, 볼-로드 부재(41, 42)는 로봇(20)의 플랜지(21) 상에 장착된 종단 실행 툴(30)에 고정되며, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)는 알려져 있는 타겟 지점(Os) 주위로 제공된다. 이러한 방식으로, 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 로봇(20)을 제어함으로써, 구체(42)의 중심(C)이 동일한 하나의 타겟 지점(Os)으로 정확하게 이동할 수 있다. 따라서, 비전 센서에 의해 캡처되는 구체(42)의 화상에 기초하여 구체(42)의 중심(C)을 식별할 필요가 없으므로, 로봇 시스템의 교정 효율을 개선한다.
통상의 기술자는 상술한 실시예들이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것임을 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 통상의 기술자는 상기한 실시예들에 대하여 많은 수정을 행할 수 있으며, 다른 실시예들에서 설명된 다양한 특징을 구성 또는 원리에 있어서 상충하지 않으면서 서로 자유롭게 조합할 수 있다.
여러 개의 예시적인 실시예를 도시하고 설명하였지만, 통상의 기술자라면, 본 발명의 원리와 사상을 벗어나지 않고 다양한 변경 또는 수정이 이들 실시예에서 행할 수 있으며, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물에서 정의된다는 점을 이해할 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수로 인용되고 "한" 또는 "하나"라는 단어로 진행되는 요소는, 복수의 상기 요소 또는 단계가 언급되지 않는 한, 이러한 복수의 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 "일 실시예"를 언급하는 것은, 열거되는 특징부들을 포함하는 추가 실시예들의 존재를 배제하는 것으로서 해석하지 않고자 하는 것이다. 또한, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 구체적인 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는" 또는 "갖는" 실시예들은, 그 특성을 갖지 않는 이러한 요소를 추가로 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 로봇 시스템의 자동 교정 방법으로서,
    연결 로드(41)와 상기 연결 로드(41)의 일단에 연결된 구체(sphere; 42)를 포함하는 볼-로드 부재(ball-rod; 41, 42)를 제공하는 단계(S100);
    상기 연결 로드(41)의 타단을 로봇(20)의 플랜지(21) 상에 장착된 종단 실행 툴(terminate execution tool; 30)에 고정하는 단계(S200);
    알려져 있는 타겟 지점 주위에 3개의 거리 센서(11, 12, 13)를 제공하여 상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)로부터 상기 구체(42)의 표면까지의 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')를 각각 감지하는 단계(S300);
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 상기 로봇(20)을 제어하여 상기 구체(42)의 중심(C)을 다양한 상이한 포즈(포즈#1, 포즈#2, 포즈#3, 포즈#4)로 상기 타겟 지점으로 이동시키고, 상기 타겟 지점에서 상기 다양한 상이한 포즈로 되는 상기 로봇(20)의 포즈 데이터에 기초하여 상기 플랜지(21)의 중심(ToolO)에 대한 상기 구체(42)의 중심(C)의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계(S400); 및
    이하의 식 (1)에 따라 상기 플랜지(21)의 중심(ToolO)에 대한 상기 종단 실행 툴(30)의 중심(Tool)의 변환 행렬(Tt)을 계산하는 단계(S500)를 포함하고,
    Tt = Ts * Tc (1)
    여기서 Tc는 상기 구체(42)의 중심에 대한 상기 종단 실행 툴(30)의 중심(Tool)의 변환 행렬이고, Tc는 알려져 있으며 일정한, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)는, 제1 거리 센서(11), 제2 거리 센서(12), 및 제3 거리 센서(13)를 포함하고,
    상기 구체(42)의 중심(C)이 상기 타겟 지점으로 정확하게 이동하는 경우, 상기 제1 거리 센서(11), 상기 제2 거리 센서(12), 및 상기 제3 거리 센서(13)는 상기 구체(42)의 표면으로부터 제1 소정의 거리(L1), 제2 소정의 거리(L2), 및 제3 소정의 거리(L3)만큼 각각 이격되는, 자동 교정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계(S400)에서는, 상기 제1 거리 센서(11)에 의해 감지되는 제1 실제 거리(L1')와 상기 제1 소정의 거리(L1) 간의 제1 거리 오차, 상기 제2 거리 센서(12)에 의해 감지되는 제2 실제 거리(L2')와 상기 제2 소정의 거리(L2) 간의 제2 거리 오차, 및 상기 제3 거리 센서(13)에 의해 감지되는 제3 실제 거리(L3')와 상기 제3 소정의 거리(L3) 간의 제3 거리 오차에 기초하여, 상기 제1 거리 오차, 상기 제2 거리 오차, 및 상기 제3 거리 오차가 모두 제로로 될 때까지 상기 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는, 자동 교정 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단계(S400)는,
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 센서 좌표계(xs, ys, zs)로 상기 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치를 계산하는 단계; 및
    상기 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 상기 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치와 상기 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 상기 타겟 지점의 타겟 위치 간의 위치 오차에 기초하여, 상기 위치 오차가 제로로 될 때까지 상기 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 자동 교정 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 거리 센서(11)의 축, 상기 제2 거리 센서(12)의 축, 및 상기 제3 거리 센서(13)의 축은 동일한 하나의 교차 지점에서 교차하는, 자동 교정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 거리 센서(11)의 축, 상기 제2 거리 센서(12)의 축, 및 상기 제3 거리 센서(13)의 축의 교차 지점(Os)이 상기 타겟 지점으로서 정의되는, 자동 교정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 거리 센서(11)의 축, 상기 제2 거리 센서(12)의 축, 및 상기 제3 거리 센서(13)의 축은 서로 직교하는, 자동 교정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 3개의 축은, 상기 제1 거리 센서(11)의 축, 상기 제2 거리 센서(12)의 축, 및 상기 제3 거리 센서(13)의 축에 의해 각각 정의되고,
    상기 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 원점은, 상기 제1 거리 센서(11)의 축, 상기 제2 거리 센서(12)의 축, 및 상기 제3 거리 센서(13)의 축의 상기 교차 지점(Os)에 위치설정되는, 자동 교정 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 단계(S400)에서는, 상기 로봇(20)을 제어하여 상기 구체(42)의 중심(C)을 적어도 2개의 다른 포즈(포즈#1, 포즈#2, 포즈#3, 포즈#4)로 상기 타겟 지점으로 정확하게 이동시키는, 자동 교정 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 단계(S400)는,
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 상기 로봇(20)을 제어하여 상기 구체(42)의 중심(C)을 제1 포즈(포즈#l)로 상기 타겟 지점으로 이동시키고 상기 타겟 지점에서 상기 로봇(20)의 제1 포즈 데이터를 취득하는 단계(S410);
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 상기 로봇(20)을 제어하여 상기 구체(42)의 중심(C)을 제2 포즈(포즈#2)로 상기 타겟 지점으로 이동시키고 상기 타겟 지점에서 상기 로봇(20)의 제2 포즈 데이터를 취득하는 단계(S420);
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 상기 로봇(20)을 제어하여 상기 구체(42)의 중심(C)을 제3 포즈(포즈#3)로 상기 타겟 지점으로 이동시키고 상기 타겟 지점에서 상기 로봇(20)의 제3 포즈 데이터를 취득하는 단계(S430);
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 상기 로봇(20)을 제어하여 상기 구체(42)의 중심(C)을 제4 포즈(포즈#4)로 상기 타겟 지점으로 이동시키고 상기 타겟 지점에서 상기 로봇(20)의 제4 포즈 데이터를 취득하는 단계(S440); 및
    취득한 상기 로봇(20)의 제1 포즈 데이터, 상기 제2 포즈 데이터, 상기 제3 포즈 데이터, 및 상기 제4 포즈 데이터에 기초하여 상기 플랜지(21)의 중심(ToolO)에 대한 상기 구체(42)의 중심(C)의 변환 행렬(Ts)을 계산하는 단계(S450)를 포함하는, 자동 교정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 단계(S420, S430, S440)의 각각에 있어서, 상기 제1 거리 센서(11)에 의해 감지되는 제1 실제 거리(L1')와 상기 제1 소정의 거리(L1) 간의 제1 거리 오차, 상기 제2 거리 센서(12)에 의해 감지되는 제2 실제 거리(L2')와 상기 제2 소정의 거리(L2) 간의 제2 거리 오차, 및 상기 제3 거리 센서(13)에 의해 감지되는 제3 실제 거리(L3')와 상기 제3 소정의 거리(L3) 간의 제3 거리 오차에 기초하여, 상기 제1 거리 오차, 상기 제2 거리 오차, 및 상기 제3 거리 오차 모두가 제로로 될 때까지 상기 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는, 자동 교정 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 단계(S420, S430, S440)의 각각은,
    상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)에 의해 감지되는 상기 3개의 실제 거리(L1', L2', L3')에 기초하여 센서 좌표계(xs, ys, zs)로 상기 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치를 계산하는 단계; 및
    상기 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 상기 구체(42)의 중심(C)의 실제 위치와 상기 센서 좌표계(xs, ys, zs)의 상기 타겟 지점의 타겟 위치 간의 위치 오차에 기초하여, 상기 위치 오차가 제로로 될 때까지 상기 로봇(20)에 대하여 폐루프 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 자동 교정 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 로봇(20)은 다축 로봇을 포함하는, 자동 교정 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)의 각각은 비접촉식 거리 센서인, 자동 교정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 3개의 거리 센서(11, 12, 13)의 각각은 레이저 거리 센서 또는 초음파 거리 센서를 포함하는, 자동 교정 방법.
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