KR870000966B1 - The method automatically coincide with system coordinates to equation coordinates of robots movement - Google Patents

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Abstract

This invention describes a coordinate of the robot which can coincide with the system coordinate at the dynamic equation coordinate, whis is set to the robot inherently. This method can optimize the momentum, motion time, power of the robot manipulator. If the coinciding mode is proceed, dynamic equation coordinate and system coordinate are computated and measured in the robot inside. At every working mode, this constant is utilized and then the coincidence of two coordinates is completed automatically.

Description

로보트 운동방정식좌표계에 시스템 좌표계를 자동부합시키는 방법How to automatically fit the system coordinate system to the robot motion equation coordinate system

제1도 (a)는 로보트에 내장된 운동 방정식 좌표계에 따른 매니 풀레이터(mani pulator)의 초기 자세도.1 (a) is an initial attitude view of a mani pulator according to a coordinate system of motion equations embedded in the robot.

(b)는 사용자가 로보트를 현장 적응시킨 자세 즉, 시스템 좌표계에 따른 매니 풀레이터의 자세도.(b) is a posture in which the user adapts the robot to the field, that is, the posture of the manipulator according to the system coordinate system.

제2도 (a)는 로보트가 시스템 좌표계 정방향 리미트 스위치 위치각을 인식하는 단계의 블록다이어그램.Figure 2 (a) is a block diagram of the step of the robot recognizes the system coordinate system forward limit switch position angle.

(b)는 이러한 인식을 위한 로보트 모터축에 부착한 도그와 리미트 스위치와의 관계도이며 편의상 축은 도그의 각 운동량을 기준으로 전개하여 도시한 것임.(b) is the relationship between the dog and limit switch attached to the robot motor shaft for this recognition. For convenience, the shaft is developed based on the angular momentum of the dog.

제3도는 로보트에 전원을 인가하여 운동방정식 좌표계 원점으로 복귀한 자세에서 시스템 좌표계의 인식동작을 보인 개념도.3 is a conceptual diagram showing a recognition operation of the system coordinate system in a position where power is supplied to the robot to return to the origin of the coordinate system of the equation of motion.

제4도는 로보트 매니 풀레이터 동작 메카니즘에 따른 도그와 리미트 스위치의 설치예로서4 is an example of the installation of the dog and limit switches according to the robot manipulator operating mechanism

(a)는 체인에 도그를 장착한 예.(a) shows an example of a dog mounted on a chain.

(b)는 매니 풀레이터 아암에 도그를 장착한 예.(b) shows an example in which a dog is attached to a manipulator arm.

제5도는 운동방정식 좌표계와 시스템 좌표계 부합을 위한 매개변수 산출 과정의 설명도.5 is an explanatory diagram of a parameter calculation process for matching a motion equation coordinate system and a system coordinate system.

제6도는 이 발명 과정을 요약한 플로오챠트.6 is a flowchart outlining the process of this invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

Figure kpo00002
: 회전링크
Figure kpo00003
: 상하링크 달린축
Figure kpo00002
: Rotating Link
Figure kpo00003
: Up and down link shaft

Figure kpo00004
: 앤드 이펙터(and effector)
Figure kpo00004
And effector

θn+ : n축의 시스템 좌표계 정방향 리미트 스위치 위치각θn +: System coordinate system forward limit switch position angle on n axis

θn- : n축의 시스템 좌표계 부방향 리미트 스위치 위치각θn-: System coordinate system negative limit switch position angle on n axis

θn eff set : 운동방정식 좌표계와 시스템좌표계의 사이각(두 좌표계 부합상수)θn eff set: angle between the coordinate system of the equation and the system coordinate system

θnPH : n축의 시스템 좌표계 원점 위치각,θnPH: system coordinate system origin position angle of n axis,

θnKH : n축 운동방정식 좌표계의 원점 위치각,θnKH: origin position angle of coordinate system of n-axis motion equation,

θn max : n축의 정방향 최대위치각, θn min : n축의 부방향 위치각θn max: Maximum forward position angle of n axis, θn min: Negative position angle of n axis

θnk : n축의 시스템 좌표계상의 위치각 1 : 운동제어 CPUθnk: Position angle on the system coordinate system of the n axis 1: Motion control CPU

2 : 구동제어 CPU 3 : D/A콘버터2: Drive control CPU 3: D / A converter

4 : 속도제어기 5 : 모터4: speed controller 5: motor

6 : 펄스 엔코더 7 : 축6 pulse encoder 7 axis

8 : 도그 9 : 부방향 리미트 스위치8: dog 9: negative limit switch

10 : 시스템 좌표계 원점 리미트 스위치 11 : 정방향 리미트 스위치.10: System coordinate system home limit switch 11: Forward limit switch.

이 발명은 로보트 매니 풀레이터(mani pulator)의 운동량, 운동시간 및 전력을 최소화하면서 로보트 작업을 행하기 위해 사용자가 설정하는 시스템 좌표계를 로보트에 고유하게 설정되어 있는 운동방정식 좌표계에 자동적으로 부합시킬 수 있게 하는 좌표계 자동부합방법에 관한 것이다.The present invention can automatically match the system coordinate system set by the user to the motion equation coordinate system uniquely set to the robot in order to perform the robot operation while minimizing the momentum, exercise time, and power of the robot mani pulator. The present invention relates to a coordinate system automatic matching method.

제1도에 보인 매니 풀레이터의 자세는 로보트에 내장된 운동방정식 좌표계와 시스템 좌표계가 일치할때 원점 복귀 명령을 행한 경우이다.The attitude of the manipulator shown in FIG. 1 is a case of origin return command when the motion coordinate system and the system coordinate system built in the robot coincide.

이 자세에서 특정 작업을 반복 행하자면 매니 풀레이터의 운동량은 실제 작업동작보다 작업물에 접근하는 예비동작 운동량이 더 많아지게 되어 작업의 효율을 꾀할 수 있는 것이다.In this posture, if the specific task is repeatedly performed, the momentum of the manipulator becomes more preliminary movement moment approaching the work than the actual work movement, thereby making the work more efficient.

제2도에서는 특정 작업에 적합하게 시스템 좌표계를 설정하고 운동방정식 좌표계에 부합시킴으로써 로보트가 현장 적응된 경우이다.In Figure 2, the robot is field-adapted by setting the system coordinate system for a particular task and matching the equation of motion equation.

이때 로보트는 작업공간에 접근되어 있는 자세이므로 제어 명령을 받으면 직접 작업동작을 행할 수 있는 것이다.At this time, the robot is in a position that is approaching the workspace, and thus, the robot can directly perform a work operation upon receiving a control command.

이와 같이 시스템 좌표계를 운동방정식상의 좌표계에 맞추기 위해서는 원래 각축의 운동방정식 좌표계 원점에 일치도어 있던 시스템 좌표계 원점 리미트 스위치의 위치를 옮기고 이에 따른 좌표계 부합조작을 행해야 된다.Thus, in order to fit the system coordinate system to the coordinate system of the motion equation, the position of the system coordinate system home limit switch, which was originally coincident with the origin of the coordinate system of the motion equation of each axis, needs to be moved and coordinate system matching operation is performed accordingly.

그러나, 이러한 로보트의 현장 적용 조작은 로보트의 운동 메카니즘을 완전히 파악치 못하고 변경시킬 수 없으며, 운동 메카니즘에 대하여 충분히 알고 있는 경우에도 수작업으로 측정한 리미트 스위치의 이동각도를 제어 프로그램에 반영하게 되면 측정오차가 로보트의 동작으로 나타나게 되는 것이다.However, the robot's field application operation cannot fully understand the robot's motion mechanism and cannot change it. Even if the robot's motion mechanism is sufficiently known, the measurement error is reflected when the movement angle of the limit switch measured manually is reflected in the control program. Will appear as the robot's motion.

실제로 수작업 측정에서 측정오차, 계기오차, 시각오차 및 위치오차 등이 발생되며, 플레이백 방식의 로보트를 예로 하면 이러한 오차를 수정하여 작업을 행할 수 있게 로보트의 좌표계를 부합시키는데 전문 요원이 10시간 정도의 작업을 해야 하는 것이다.In practice, measurement errors, instrument errors, visual errors, and position errors occur in manual measurement. For example, playback-type robots match the robot's coordinate system to correct these errors. Should work.

이 발명은 위 문제점을 해결하는 발명이다.This invention solves the above problem.

즉, 좌표계 부합 모드가 진행되면 운동방정식 좌표계와 시스템 좌표계간의 부합상수를 로보트 내부에서 측정 및 산출해내고 이후의 모든 작업 모드에서 이 상수를 제어 명령의 산출식에 활용함으로써 두 좌표계간의 부합이 자동적으로 이루어지는 것이다.That is, when the coordinate matching mode is in progress, the matching constant between the motion equation coordinate system and the system coordinate system is measured and calculated inside the robot, and the matching between the two coordinate systems is automatically performed by using this constant in the calculation of the control command in all subsequent working modes. It is done.

따라서 전문 요원이 아니더라도 30초 정도의 짧은 시간내에 로보트 매니 풀레이터를 현장 적응시킬 수 있는 것이다.Therefore, even if you are not a specialist, you can adapt the robot manipulator in a short time of about 30 seconds.

제2도(a)는 좌표계 부합모드가 진행될때 시스템 좌표계 정방향 리미트 스위치 위치각의 인식 단계를 보여준다.FIG. 2 (a) shows a step of recognizing the system coordinate system forward limit switch position angle when the coordinate matching mode is performed.

이 위치각을 측정하고 매개변수와 비교하여 두 좌표계의 사이각을 산출하며, 두 좌표계 사이각 산출의 알고리즘은 로보트 제작시 위치가 정해진 정방향 리미트 스위치의 위치를 기준으로 운동방정식 좌표계상의 매개변수로 미리 설정된 허용 최대정방향 위치각에 사용자가 자리를 옮긴 시스템 좌표계 원점 스위치의 위치를 비교하는 것이다.This position angle is measured and compared with the parameters to calculate the angle between the two coordinate systems, and the algorithm for calculating the angle between the two coordinate systems is based on the position of the forward limit switch that has been positioned at the time of robot manufacture. It is to compare the position of the system coordinate system home switch that the user moved to the set allowable maximum forward position angle.

부합 모드 진행프로그램은 이것이 속해있는 메인 제어프로그램 CPU(1)에서 실행함으로써 진행된다.The matching mode progress program is executed by executing in the main control program CPU 1 to which it belongs.

이때 데이타의 이동을 보면 운동제어 CPU(1)의 명령은 구동제어 CPU(2)에서 개개 모터들의 구체적 동작 지령으로 분기되고, D/A 변환기(3)와 속도 제어기(4)를 통해 필요한 양의 동작을 행하는 것이다.At this time, when the movement of the data is seen, the command of the motion control CPU 1 branches to the specific operation command of the individual motors in the drive control CPU 2, and through the D / A converter 3 and the speed controller 4, To do the operation.

좌표계 부합 모드에서 모터 축상의 도그는 시스템 좌표계 원점 리미트 스위치와 정방향 리미트 스위치에 순차로 접속되며, 두 리미트 스위치를 순차 접속했을 때 얻는 시스템 좌표계 정방향 리미트 스위치 위치각을 펄스 엔코더(6)가 검출하여 구동제어 CPU(2)에 송출하고 이 데이타를 받은 운동제어 CPU는 두 좌표계 부합상수를 산출하는 것이다.In coordinate matching mode, the dog on the motor axis is sequentially connected to the system coordinate origin limit switch and the forward limit switch, and the pulse encoder 6 detects and drives the system coordinate system forward limit switch position angle obtained when the two limit switches are sequentially connected. The motion control CPU, which is sent to the control CPU 2 and receives this data, calculates two coordinate system matching constants.

제2도 (b)는 축(7)상에서 원호운동을 하는 도그(8)와 리미트 스위치(9)(10) (11)들의 대응관계를 편의상 도그의 각 운동량을 기준으로 직선상에 배열하였다.FIG. 2 (b) arranges the correspondence between the dog 8 and the limit switches 9, 10 and 11 which are circular arcs on the axis 7 in a straight line on the basis of the angular momentum of the dogs.

리미트 스위치(10)는 사용자가 위치를 옮겨 시스템 좌표계의 원점을 설정하는 스위치이고, 리미트 스위치(9) 및 (11)은 로보트 동작의 최대치를 정하는 부방향 및 정방향 리미트 스위치이다.The limit switch 10 is a switch in which the user moves the position to set the origin of the system coordinate system, and the limit switches 9 and 11 are negative and forward limit switches that determine the maximum value of the robot operation.

제3도는 로보트 축상의 도그(8)가 시스템 좌표계 원점에 정합되어 제로펄스 (Zero Puls)를 얻는 상 도이며 원점 복귀명령을 행함으로써 이루어진다.3 is a diagram in which the dog 8 on the robot axis is matched with the system coordinate system origin to obtain zero pulses, and is executed by executing an origin return command.

부합 모드에서 도그(8)는 상기 상태에서 초저속으로 정방향 리미트 스위치(11)를 향하여 진행하며, 일정한 시간후 정방향 리미드 스위치(11)에 접속되어 스위치를 가동한다.In the matching mode, the dog 8 proceeds toward the forward limit switch 11 at a very low speed in this state, and after a certain time, is connected to the forward limit switch 11 to operate the switch.

이같은 도그의 운반수단은 상기한 축 이외에 매다풀레이터의 메카니즘에 따라 제4도 a와 같이 스프로켓(13)에 대응된 체인(12)일 수 있으며, 또, 같은 도면(b) 같이 메니풀레이터 아암(14)일 수 있다.Such a dog conveying means may be a chain 12 corresponding to the sprocket 13 as shown in FIG. 4A, in addition to the above-described axle, depending on the mechanism of the manipulator, and the manipulator arm as shown in FIG. (14).

이 그림에서 모터 앞 부분은 감속기(5′)이다.In this figure, the front of the motor is the reducer (5 ').

도그(8)가 리미트 스위치(11)에 닿는 순간 CPU(1)는 정지 명령을 송출하여 축 (7)을 정지시키고, 축에 장착된 펄스 엔코더(6)는 시스템 좌표계 원점 리미트 스위치 (10)와 정방향 리미트 스위치(11)의 사이각 즉, 시스템 좌표계 정방향 리미트 스위치 위치각을 인지하고, 구동제어 CPU(2)는 이 데이타를 운동제어 CPU(1)에 전송하며, CPU(1)에서는 이 데이타와 내장 매개변수를 참조하여 좌표계 부합상수를 산출하는 것이다.As soon as the dog 8 touches the limit switch 11, the CPU 1 issues a stop command to stop the axis 7, and the pulse encoder 6 mounted on the axis is connected to the system coordinate system home limit switch 10. Recognizing the angle between the forward limit switch 11, that is, the system limit system forward limit switch position angle, the drive control CPU 2 transmits this data to the motion control CPU 1, and the CPU 1 The coordinate matching constant is calculated by referring to the built-in parameters.

두 좌표계의 부합상수 즉, 사이각(θn off set) 산출 과정을 보면, n축의 운동방정식 좌표계 원점 위치각 θn KH는 n축의 실제 위치각 θnp(미리트스위치 위치(11))을 기준으로 n축의 시스템 좌표계 원점 위치각 θn PH와 두 좌표계의 사이각 θn off set를 더한 것이므로 다음 식으로 쓸 수 있다.In the process of calculating the coincidence constant of the two coordinate systems, that is, the angle (θn off set), the coordinate system origin position angle θn KH of the n-axis is determined based on the actual position angle θnp of the n-axis (the limit switch position 11). Since the system coordinate system origin position angle θn PH and the angle θn off set between the two coordinate systems are added together, it can be written as the following equation.

θn KH=θn PH+θn off set (식 1)θn KH = θn PH + θn off set (Equation 1)

이 관계에서 θn off set는 두 좌표계의 대응관계에 따라 한번 설정해 놓으면 두 좌표계 부합상수가 되는 것이고, 공간상의 어느 위치에서도(식 1)과 동일한 형태이므로,In this relationship, θn off set is the constant of two coordinates when set once according to the correspondence of two coordinates, and is the same as any position in space (Equation 1).

θn K : n축의 시스템 계상의 위치각,θn K: Position angle of system system of n axis,

θn P : n축의 실제 위치각일때 다음 식이 성립한다.θn P: The following equation holds for the actual position angle of the n-axis.

θn K=θn P+θn off set (식 2)θn K = θn P + θn off set (Equation 2)

따라서, θn off set를 구하기 위해 (식 1)을 활동하면 다음 식이 유도된다.Therefore, the following equation can be derived if Eq.

θn off set=θn KH-θn PH (식 3)θn off set = θn KH-θn PH (Equation 3)

실제로 구동제어 CPU(2)에서 시스템 좌표계 원점 리미트 스위치(10)를 찾아 운동제어 CPU(1)에 제공하는 θn PH의 데이터는 언제나 “0”이다.Actually, the data of θ n PH provided by the drive control CPU 2 to the system coordinate system home limit switch 10 and provided to the motion control CPU 1 is always “0”.

그러므로 θn KH를 구하면 θn off set를 구할 수 있다.Therefore, θn off set can be found by finding θn KH.

제5도는 실제 로보트 시스템에서 θn off set를 구하는 몇 가지 알고리즘을 보여주고 있다.5 shows some algorithms to find θn off set in a real robot system.

이 그림(a)를 설명하면 θn PH는 위치각이 “0”이므로 θn KH는 부의 값을 갖고 있으며, 다음 식이 유도된다.In this figure (a), since θn PH has a position angle of “0”, θn KH has a negative value, and the following equation is derived.

θn KH=θn off set=-θn max+(θn +) (식 4)θn KH = θn off set = -θn max + (θn +) (Equation 4)

다시, θn max : n축의 최대 정방향 위치각, θn+ : 정방향 리미트 스위치 위치각일 때, 이 관계를 θn off set에 대해 다시 정리하면,Again, when θn max is the maximum forward position angle of the n-axis, θn + is the forward limit switch position angle, the relationship is re-arranged with respect to θn off set,

θn off set+=(θn+)-θn max (식 5)θn off set + = (θn +)-θn max (Equation 5)

이 성립한다.This holds true.

그림 (b)(c)에서도 같은 식이 유도될 수 있다.The same equation can be derived from figure (b) (c).

여기서, θn K max는 로보트 제작시에 동작범위를 설정하는 것으로 두 좌표계 부합에 매 변수로서 활용되었다.Here, θ n K max is used as a variable to set the motion range when manufacturing the robot.

또, 로보트의 제작시에 θn KH=θn PH이며, θn K max=θn +이다.Moreover, θn KH = θn PH and θn K max = θn + at the time of manufacture of the robot.

따라서, 시스템 좌표계 원점스위치를 이동시킨 경우 θn +를 측정하면 상기와 같이 θn off set를 구할 수 있는 것이다.Therefore, when θn + is measured when the system coordinate system home switch is moved, θn off set can be obtained as described above.

제6도는 이 발명의 전 과정의 플로우챠트이다. 이 챠트를 인용하여 이 발명을 요약하면, 로보트의 시스템 좌표계 원점리미트 스위치를 옮겨 임의의 원점을 설정한다.6 is a flowchart of the whole process of this invention. To summarize this invention by quoting this chart, the robot's system coordinate system home position limit switch is moved to set an arbitrary origin point.

이 조작은 로보트 매니풀레이터가 현장 적응된 상태가 되게 하는 것으로 그 결과는 제1도 (b)와 같으며 원점 부함모드 진행전에 선행된다.This operation causes the robot manipulator to be in a field-adapted state, the result of which is shown in FIG. 1 (b) and precedes the home load mode.

다음은 원점 부합모드이다.Next is origin matching mode.

플로우 챠트의 수텝을 기준으로 설명하면, 제1스텝은 로보트 축들의 원점 복귀 명령에 따라 매니풀레이터가 원점에 복귀하여 그 값을 “0”으로 정한다.In the first step of the flowchart, the manipulator returns to the origin according to the origin return instruction of the robot axes and sets the value to "0".

제2스텝은 초저속 정방향으로 측정동작 실행을 세트하는 것이며, 제3스텝에서 정방향 진행명령으로 측정동작이 개시된다.The second step is to set the execution of the measurement operation in the ultra low speed forward direction, and the measurement operation is started by the forward progress command in the third step.

제4스텝에서 각축의 도그가 정방향 리미트 스위치와 접촉되고, 제5스텝에서 축의 정지 명령으로 측정동작의 진행이 정지된다.In the fourth step, the dog of each axis is in contact with the forward limit switch, and in the fifth step, the progress of the measurement operation is stopped by the stop command of the axis.

제6스텝에서 시스템 좌표계의 정방향 스위치 위치각 θn+가 측정되고 제7스텝에서 매개변수 θn K max와 상기 θn+를 비교하여 두 좌표계 부합상수 θn off set를 산출한다.In the sixth step, the forward switch position angle θn + of the system coordinate system is measured, and in the seventh step, the parameter θn K max is compared with the θn + to calculate two coordinate system constants θn off set.

여기에서 펄스엔코더가 얻는 값은 기어비를 고려한 것으로 상술식에서 생략하고 있다.The value obtained by the pulse encoder here is taken into account in the gear ratio and is omitted in the above formula.

이상에서 상술한 바와같이 이 발명의 방법은 로보트 운동 메카니즘의 이해나 측정에 필요없고 다만 사용자는 시스템 좌표계 원점 스위치를 이동시켜 매니 풀레이터를 임의의 자세로 현장 적응시키면 되는 것이며, 이후에는 로보트가 부합모드에서 두 좌표계 부합상수를 산출하여 저장하고, 이후에는 작업 명령의 산술식에서 상지 부합상수를 활용함으로써 로보트는 현장 적응상태에서 동작되는 것으로, 이러한 조작은 30초 정도면 완료할 수 있어로 로보트활용에 획지적인 전지를 갖게 함은 물론, 로보트 동작의 정밀성을 보장할 수 있게 하는 것이다.As described above, the method of the present invention is not necessary for understanding or measuring the robot motion mechanism, but the user only needs to move the system coordinate system home switch to adapt the manipulator to an arbitrary position, and then the robot conforms. In this mode, the coordinate matching constants of two coordinate systems are calculated and stored, and the robot is operated in the field adaptation state by using the upper limb matching constant in the arithmetic formula of the work command. This operation can be completed in about 30 seconds. In addition to having a breakthrough battery, it is also possible to ensure the precision of the robot operation.

Claims (1)

로보트 장치에 있어서, 시스템 좌표계 원점 리미트 스위치(10)를 이동 설치하여 매니플레이터를 현장 적응시키고, 좌표계 부합모드에서 축(7)상의 도그(8)가 임의의 위치에 설치된 시스템 좌표계 원점리미트 스위치(10)의 원점에 복귀하는 단계, 정방향 리미트 스위치(11)쪽으로 진행하여 시스템 좌표계 측정방향 위치각(θn+)을 측정하는 단계, 상지 θn+를 정방향 최대 위치각 θn max와 비교하여 두좌표계의 부합상수 θn off set를 산출하는 단계 및 상지 상수를 작업 동작 지령의 산술식에 활용하여 두 좌표계를 부합시키는 단계로 구성된 로보트 운동 방정식 좌표계에 시스템 좌표계를 자동 부합시키는 방법.In the robot apparatus, the system coordinate system home position limit switch 10 is moved and installed to adapt the manifold on-site, and in the coordinate system matching mode, the system coordinate system home position limit switch (with the dog 8 on the axis 7 installed at an arbitrary position) Returning to the origin of 10), proceeding to the forward limit switch 11, and measuring the position angle θn + of the system coordinate system measurement direction, and comparing the upper extremity θn + with the maximum forward position angle θn max, and matching constant θn of the two coordinate systems. A method of automatically matching a system coordinate system to a robot motion equation coordinate system consisting of calculating an off set and using upper limb constants in arithmetic expressions of working command.
KR1019840006782A 1984-10-31 1984-10-31 The method automatically coincide with system coordinates to equation coordinates of robots movement KR870000966B1 (en)

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