KR20190083661A - 산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

산업용 로봇(2)의 측정 시스템은 툴 홀더(10)를 포함하는 다수의 가동 암 및 산업용 로봇에 의해 휴대되는 3D카메라(1)를 포함한다. 상기 측정 시스템은 실제 대상물(12)의 미러 대상물(12i)을 생성하기 위한 미러(3)를 더 포함한다. 상기 3D카메라는 상기 미러 대상물(12i)의 측정을 위해 상기 가동 암(7) 중 하나에 고정된다.

Description

산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법
본 발명은 산업용 로봇에 관한 것이다. 보다 정확하게는, 본 발명은 산업용 로봇의 작업 영역에서 대상물을 결정하는 측정방법에 관한 것이다. 산업 로봇이라는 표현은 복수의 이동 가능한 부품 및 제어 시스템을 갖는 매니퓰레이터로 이해되어야 한다. 산업 로봇의 구조는 다음 텍스트에서 매니퓰레이터 또는 로봇으로 표시될 수 있다.
산업 환경에서 산업용 로봇을 작동시키려면 로봇을 로컬 좌표계 내에서 교정해야 한다. 즉, 툴 중심점(TCP)은 로컬 좌표계의 모든 위치에서 정확하게 알려져야 한다. 대부분의 경우 로컬 로봇 좌표계는 공작물이 위치될 수 있는 전역 좌표계를 준수하도록 교정되어야 한다.
매우 많은 교정 방법이 알려 져있다. 흔히 로봇은 전역 좌표계에서 감지 유닛에 의해 감지되는 다른 위치로 교정 툴을 이동한다. 이러한 감지 유닛은 예를 들어 접촉 감지 유닛, 교차하는 레이저 빔 또는 카메라 유닛을 포함할 수 있다. 또한 교정 목적으로(for calibration purposes) 터치스크린을 사용하는 것으로 알려져 있다.
WO2015165062에서는 산업용 로봇의 툴 중심점 교정을 위한 방법이 이미 알려져 있다. 이 방법은 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 가지는 크로스 빔 센서를 포함한다.
WO2015165062에서는 로봇 유닛을 교정하는 방법이 이미 알려져 있다. 이 발명의 목적은 루트 유닛의 제1좌표계를 대상물 식별 유닛의 제2좌표계로 교정하는 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 교정을 위해 로봇 유닛에 의해 교정 툴이 이동될 복수의 타겟 포인트를 생성하는 것을 포함한다. 타겟 포인트는 카메라 유닛을 사용하여 평가된다.
본 발명의 주요 목적은 산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법을 개선시키는 방안을 모색하는 데 있다.
본 발명의 주요 목적은 산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법을 개선시키는 방안을 모색하는 데 있다.
이 목적은 독립 청구항 1의 특징에 의해 특징 지워지는 측정 시스템 또는 독립 청구항 7의 단계들에 의해 특징 지워지는 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시 예는 종속 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따르면, 산업용 로봇은 3D카메라를 휴대하고 실제 대상물의 미러 대상물을 생성하기 위한 미러를 사용한다. 측정 전에 3D카메라는 로봇 구조에 고정된다. 따라서 3D카메라의 위치 및 방향은 로컬 좌표계에서 알 수 있다. 일 실시 예에서, 로컬 좌표계는 산업용 로봇의 좌표계와 동일하다. 미러는 또한 로컬 좌표계에서 정의되므로 미러 대상물에 대한 측정은 실제 대상물을 정의하는 데 사용될 수 있다.
3D카메라는 실제 대상물의 3차원 이미지를 생성하는 수단을 포함한다. 일반적으로 3D카메라는 각각 렌즈와 이미지 센서가 있는 2개의 광 라인을 포함하는 스테레오 카메라로 구성된다. 이러한 스테레오 카메라로 로봇의 작업 영역의 모든 대상물이 공간에서 결정될 수 있다. 스테레오 카메라는 평면상에서 대상물을 결정할 뿐만 아니라 대상물까지의 거리도 결정한다. 그러나 로봇 구조에 고정된 스테레오 카메라는 대상물이 보이지 않는 블라인드 영역이 있다. 본 발명에 따르면, 미러를 작업 영역에 도입함으로써 이들 블라인드영역이 미러 이미지를 사용하여 제거된다. 일 실시 예에서, 3D카메라는 컴퓨터 프로그램으로부터 오는 명령들을 실행하기 위한 프로세서 수단 및 메모리 수단을 포함한다.
미러를 사용함으로써 로봇은 자신을 반사하여 고정된 위치에서 카메라가 볼 수 없는 부분을 찾아 낼 수 있다. 이것은 로봇이 집어 올린 대상물의 위치를 알아내거나 드릴과 같이 마모되었거나 손상된 도구와 같은 새로운 TCP를 정의할 때 큰 도움이 된다. 로봇은 대상물을 미러 전방에 유지되도록 제어된다. 스테레오 카메라는 미러에 최소한 3개의 위치 표시를 측정하여 미러의 평면을 정의한다. 따라서 미러 평면은 이제 로컬 좌표계에서 정의된다. 3D카메라는 미러 위치와 방향을 정의한 후 미러 대상물에서 툴 팁의 위치를 삼각측량으로 계산한다. 대상물에 대한 복수의 점들의 측정을 수행함으로써 대상물의 방향도 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 로봇에 의해 유지되는 임의의 대상물의 위치 및 방향은 미러 기법에 의해 알아낼 수 있다. 따라서 피킹(picking) 산업에서 3D카메라를 탑재한 로봇은 피킹될 대상물의 위치를 파악하고 피킹 툴에 있는 대상물의 위치와 방향을 정의하고 알려진 컨테이너 안에 미리 정해진 위치에 대상물을 위치시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 미러는 알려진 위치 및 방향을 갖는 스크린 또는 벽을 포함한다. 일 실시 예에서, 미러는 매니퓰레이터에 부착된다.
본 발명의 제1태양에서, 상기 목적은 툴 홀더를 포함하는 복수의 가동 암 및 산업용 로봇에 의해 휴대되는 3D카메라를 포함하는 산업용 로봇의 측정 시스템에 의해 달성되고, 상기 측정 시스템은 실제 대상물의 미러 대상물을 생성하기 위한 미러를 더 포함하고 상기 3D카메라는 상기 미러 대상물의 측정을 위한 상기 가동 암들 중 하나에 고정된다.
일 실시 예에서, 미러는 평면을 정의하기 위해 적어도 3개의 위치 표시를 포함한다. 일 실시 예에서, 3D카메라는 미러 대상물의 삼각측량 계산에 의해 실제 대상물의 위치를 계산하는 수단을 포함한다. 또 다른 실시 예에서, 3D카메라는 제2암의 가장 안쪽 부분에 고정되고, 산업용 로봇은 6개의 가동 암을 포함하고, 실제 대상물은 산업용 로봇의 툴 중심점(TCP)을 포함한다.
본 발명의 제2태양에서, 상기 목적은 툴 홀더를 포함하는 복수의 가동 암 및 3D카메라를 휴대하는 산업용 로봇에 의해 유지되는 실제 대상물의 측정 방법에 의해 달성되고, 로봇의 작업 영역에 미러를 제공하고, 상기 3D카메라를 상기 가동 암 중 하나에 고정하고, 상기 산업용 로봇을 이동시켜 상기 실제 대상물의 상기 미러 대상물을 생성하고, 상기 미러 대상물의 삼각측량으로부터 상기 실제 대상물의 공간 위치를 계산함으로써 달성된다. 일 실시 예에서, 상기 방법은 미러에 적어도 3 개의 위치 표시로부터 미러의 평면을 측정하는 것을 더 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 방법은 컴퓨터 프로그램의 실행에 의해 수행된다.
본 발명은 산업용 로봇의 측정 시스템 및 방법을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 미러 전방의 산업용 로봇의 3차원 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 사용된 3D카메라 및 삼각측량 방법의 주요 도면이다.
본 발명에 따른 로봇에 의해 홀드 된 대상물을 측정하기 위한 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 3D카메라(1)는 산업용 로봇의 매니퓰레이터(2)에 고정되고 미러(3)는 상기 매니퓰레이터의 작업 영역에 위치된다. 도면에 도시된 실시 예에서, 상기 매니퓰레이터는 회전 가능한 배치 스탠드(5)를 지지하는 발(4)을 포함한다. 상기 스탠드는 피벗 식으로 배열된 제2암(7)을 휴대하는 피벗 식으로 배열된 제1암(6)을 휴대한다. 상기 제2암의 외측 단부에는 회전 가능한 손목 부(8) 및 회전 가능한 툴 홀더(10)가 휴대되는 피벗 가능한 핸드부(9)가 휴대된다. 도시된 실시예에서 상기 툴 홀더에는 드릴(12)이 있는 드릴 장치(11)가 휴대된다.
본 발명에 따른 로봇에 의해 유지되는 대상물을 측정하기 위한 시스템이도 1에 도시되어 있다. 도시된 실시 예에서, 드릴(12)이 3D카메라(1)에 의해 보여지도록 미러(3)는 매니퓰레이터(2)의 작업 영역에 위치된다. 상기 미러는 적어도 3개의 위치 표시(13)를 갖는 평면 구조를 포함한다. 카메라는 상기 매니퓰레이터의 구조상의 자체 위치에서 상기 드릴을 볼 수 없다. 상기 매니퓰레이터는 상기 3D카메라로 상기 드릴을 감지할 수 있도록 상기 미러 전방에서 상기 드릴을 움직인다. 이 위치에서 상기 미러의 거리와 방향은 상기 미러의 3개의 위치 표시를 측정하여 결정된다. 상기 미러를 로컬 좌표계에 통합한 후 상기 드릴의 위치는 상기 3D카메라에 의해 측정되고 계산된다.
미러(3)를 사용하여 대상물(14)의 위치를 계산하는 방법이 도 2에 도시되어 있다. 도시된 실시 예에서, 상기 미러의 위치 및 방향은 상기 미러 평면 상의 3개의 위치 표시를 측정함으로써 미리 결정된다. 따라서, 상기 미러의 사용에 의해 실제 대상물(12)의 미러 대상물(12i)은 3D카메라(1)에 의해 보여진다. 상기 3D카메라는 그 사이의 거리(c)가 알려진 중심선(17)을 각각 갖는 2개의 렌즈(16)를 포함한다. 대상물은 상기 2개의 렌즈(16)를 통해 투영되고 이미지 센서(19)상의 이미지(18)로서 검출된다. 상기 카메라에서 상기 렌즈와 상기 이미지 센서 사이의 초점 거리(f)는 알려져 있다. 명료함을 위해서 상기 카메라의 우측 부분에만 숫자가 지정되었다.
상기 미러 대상물(12i)로부터의 광 라인은 각각의 렌즈를 통해 각각의 이미지 센서(19) 상으로 투영된다. 상기 카메라의 좌측 부분에서, 상기 미러 대상물(12i)의 투영은 상기 중심선(17)으로부터의 거리(a)에서 검출된다. 상기 카메라의 우측 부분에서, 상기 미러 이미지(12i)의 투영은 상기 중심선(17)으로부터의 거리(b)에서 검출된다. 따라서, 삼각측량으로부터 상기 대상물의 거리 및 위치는 카메라의 계산 수단에 의해 계산될 수 있다.
상기 미러는 어떤 크기를 가질 수 있지만 평면이어야 한다. 상기 미러는 로봇의 작업 영역에 고정될 수 있지만 필요할 때 배치될 수도 있다. 상기 매니퓰레이터가 휴대하는 기계 부품을 결정해야 할 때마다 상기 미러의 위치와 방향이 먼저 결정되어야 한다. 그 후에 대상물 또는 툴 팁의 위치를 조사할 수 있다. 대상물 상의 복수의 점들의 측정에 의해서 또한 대상물의 방향이 결정될 수 있다. 벽의 전체 또는 일부와 같은 큰 표면을 갖는 미러의 경우, 미러 위치 및 방위의 결정은 다중 측정을 위해 사용될 수 있다.
실시 예에 도시된 매니퓰레이터는 6개의 축을 포함하지만, 본 발명에 따른 매니퓰레이터는 단지 복수의 축을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 예를 들어 오직 2개의 축 또는 2개의 자유도를 갖는 임의의 매니퓰레이터에 사용될 수 있다. 드릴링 또는 피킹에 사용되는 많은 매니퓰레이터는 단지 몇 개의 자유도를 가질 수 있다. 이 경우 3D카메라는 움직이는 부분에 고정될 수 있다. 카메라의 크기를 고려하여 툴 자체를 방해하지 않도록 로봇의 두 번째 또는 세 번째 최외곽 부분에 고정해야 한다.
3D 카메라를 로봇 구조에 고정시킴으로써, 카메라에 의해 가시화 된 모든 대상물은 로봇의 로컬 좌표계에서 결정될 수 있다. 따라서 로컬 좌표계를 둘러싼 전역 좌표계에서 로봇 또는 그 작업 대상물의 방향을 지정할 필요가 없다. 미러의 도움으로 로봇은 카메라가 볼 수 없는 작업 대상물의 일부를 가시화 할 수 있다. 마찬가지로 카메라는 미러에 의해 카메라의 블라인드 영역에 위치한 툴과 같은 대상물을 결정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 미러 기법은 산업용 로봇의 교정에 사용될 수 있다.
유리하게도, 본 발명의 범위는 제시된 실시 예에 의해 제한되어서는 아니 되며, 본 기술분야의 당업자에게 자명한 실시 예도 포함한다. 예를 들어 단일 2D카메라는 두 위치에서 사용될 수 있다. 그러나 공간에서 대상물을 결정하는 것은 3D카메라를 사용하는 것보다 시간이 많이 걸리고 덜 정확하다. 게다가, 대상물은 두 카메라 사이에서 그 위치를 움직여서는 아니 된다. 본 발명에 따르면, 복수의 미러가 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 툴 홀더(10)를 포함하는 복수의 가동 암(5-10) 및 산업용 로봇에 의해 휴대되는 3D 카메라(1)를 포함하는 산업용 로봇(2)의 측정 시스템에 있어서,
    상기 측정 시스템은 실제 대상물(12)의 미러 대상물(12i)을 생성하기 위한 미러(3)를 더 포함하고, 상기 3D 카메라는 상기 미러 대상물(12i)의 측정을 위해 상기 가동 암(7) 중 하나에 고정되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미러(3)는 평면을 정의하는 적어도 3개의 위치 표시(13)를 포함하는 측정시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 3D카메라(1)는 상기 미러 대상물(12i)의 삼각측량 계산에 의해 상기 실제 대상물(12)의 위치를 계산하는 수단을 포함하는 측정 시스템.
  4. 상기 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 3D카메라(1)는 제2암(7)의 가장 안쪽에 고정되는 측정 시스템.
  5. 상기 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 산업용 로봇(2)은 6개의 가동 암(5-10)을 포함하는 측정 시스템.
  6. 상기 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 실제 대상물(12)은 상기 산업용 로봇(2)의 툴 중심점(TCP)을 포함하는 측정 시스템.
  7. 툴 홀더(10)를 포함하는 복수의 가동 암(5-10) 및 산업용 로봇에 의해 휴대되는 3D카메라(1)를 포함하는 산업용 로봇(2)에 의해 유지되는 실제 대상물(12)의 측정 방법에 있어서,
    상기 로봇의 작업 영역에 미러를 제공하고, 상기 가동 암 중 하나에 상기 3D카메라를 고정하고, 상기 미러 대상물(12i)의 삼각측량으로부터 상기 실제 대상물(12)의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방법은 상기 미러 상에 있는 적어도 3개의 위치 표시(13)로부터 미러(3)의 평면을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항의 방법을 실행하기 위한 제어 시스템의 프로세서에 대한 명령을 포함하는 컴퓨터용 매체 상에 저장 가능한 컴퓨터 프로그램 제품.
  10. 제9항에 있어서,
    인터넷과 같은 네트워크를 통해 적어도 부분적으로 제공되는 컴퓨터 프로그램 제품.
  11. 제9항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
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