KR960001962B1

KR960001962B1 - 로보트의 공구 자세 제어방법

Info

Publication number: KR960001962B1
Application number: KR1019890701770A
Authority: KR
Inventors: 류우이찌 하라
Original assignee: 후아낙크 가부시끼가이샤; 이나바 세이우에몽
Priority date: 1988-03-10
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1996-02-08
Also published as: EP0380678B1; KR900700244A; DE68919821D1; JPH01230105A; EP0380678A1; JP3207409B2; DE68919821T2; EP0380678A4; WO1989008878A1; US4967125A

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

로보트의 공구 자세 제어방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 공구를 직선 이동시키는 경우에서의 본 발명의 일실시예에 의한 공구 자세 제어방법에 있어서의 각종 제어 파라미터를 표시하는 개략 사시도.

제2도는 본 발명의 방법이 적용되는 로보트를 예시하는 요부 블록도.

제3도는 제2도의 제어장치가 실행하는 공구 자세 제어 프로그램의 플로우 챠트.

제4도는 공구를 원호를 따라 이동시키는 경우에서의 제1도와 동일한 도.

제5도는 종래의 공구 자세 제어방법에서의 제어 파라미터를 표시하는 도.

제6도는 공구 이동 궤적이 원호인 경우에서의 종래 방법을 표시하는 개략 사시도.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 로보트는 공구 자세 제어방법에 관한 것이다.

[배경기술]

손끝부에 장착한 공구의 포즈(위치 및 자세)를 제어하여 소요작업을 행할 수 있도록 한 로봇은 공지된 바이다. 예를 들면 서로 상대 회전자재로 연결한 일련의 팔과, 손끝부, 나아가서는 공구의 3차원 공간내에서 임의의 자세를 취할 수 있도록 팔선단에 연결한 손끝부를 구비한 다관절 로보트가 공지되었다. 상기 로보트는 작업의 시점 및 종점의 위치 및 , 시점 및 종점에서의 공구 자세가 이미 교시되고, 운전시에 이러한 교시 데이터에 의거한 보간(補間)처리를 실행하여, 시점으로부터 종점에 걸쳐 공구의 포즈를 제어한다.

예를들면 공구를 시점에서 종점을 향하여 직선 이동시킬 경우, 로보트는 시점 및 종점의 각각에 있어서 교시된 자세를 토대로 제5도에 표시한 2개의 파라미터(α1, α2)를 산출한다. 제5도중, 부호(V1) 및 (V2)는 시점(P1) 및 종점(P2)에서의 공구의 방향을 표시하는 어프로치 벡터를 표시하고, 부호(V1')는 벡터(V1)를 그 기점이 종점(P2)과 일치하도록 평행이동하여 얻은 백터를 표시한다. 파라미터(α1)는 백터(V1') 및 백터(V2)를 포함하는 평면내에 있어서 양 백터가 이루는 각도(시점에서 종점까지의 공구의 방향의 변화량)를 표시하고, 파라미터(α2)는 시점과 종점간에서의 공구를 축심 주위의 회전 위치의 변화량을 표시한다. 그리고, 로보트는 시점(P1)과 (P2)간에 있어서, 이러한 파라미터(γ1, γ2)를 직선 보간하여 공구의 자세를 제어한다. 그러나 이 방법에 의하여 공구 자세를 의도한 바와 같이 제어하는 것은 곤란하다.

또 제6도에 표시한 바와 같이, 공구를 원호(2)에 따라 시점(P1)에서 종점(P2)까지 이동시킬 경우, 로보트는 시점, 종점 및 중간점(P3)의 위치 및, 시점 및 종점에서의 공구의 자세가 교시되고, 운전시, 공구의 이동 궤적이 원호(2)와 일치하도록 공구의 위치를 제어함과 동시에 공구의 자세를 제5도를 참조하여 설명한 방법으로 제어한다. 이 때문에, 원호 특히 우호를 따라 공구를 이동시킬 경우, 공구를 직선 이동시키는 경우에 비하여 공구의 자세 제어가 보다 곤란해진다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은, 시점에서 종점을 향한 공구의 이동 도중에 있어서도 공구의 자세를 의도한 것으로 제어할 수 있는 로보트의 공구 자세 제어방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 공구 자세 제어방법은 작업의 시점 및 종점에서의 공구의 위치 및, 시점 및 종점에서의 공구 자세를 미리 로보트에 교시하는 공정 (a)과, 교시 결과에 따라 시점에 있어서 공구와 기준평면이 이루는 제1각도와, 시점에 있어서 기준 평면상에 투영된 공구와 기준 평면상에 설정한 기준선이 이루는 제2각도와, 시점에 있어서의 공구의 공구 축심 주위의 회전위치를 산출하는 공정(b)과, 교시 결과에 따라 종점에 있어서의 제1각도, 제2각도 및 공구 축심 주위의 회전위치를 산출하는 공정(c)과, 공구의 위치, 제1각도, 제2각도 및 공구 축심 주위의 회전 위치를 시점과 종점과의 사이에서 보간(補間)하는 공정(d)과, 보간 결과에 따라 공구의 자세를 제어하는 공정(e)을 구비한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이미 교시한 작업 시점, 종점에서의 공구 위치, 자세에 따라, 공구와 기준 평면이 이루는 제1각도, 기준 평면상에 투영된 공구와 기준평면상에 설정한 기준선이 이루는 제2각도 및 공구의 축심 주위의 회전 위치의 시점 및 종점에 있어서의 값을 산출하여, 공구의 위치, 제1각도, 제2각도 및 공구 축심 주위의 회전위치를 시점과 종점과의 사이에서 보간하도록 하였으므로, 공구를 직선 또는 원호를 따라 이동시킬 경우, 공구의 자세를 시점과 종점간에서 항상 의도한 것으로 제어할 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

제2도를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 공구 자세 포즈 제어방법이 적용되고 기본적으로 종래 공지된 바와같이 구성된 로보트는, 작업대상(40)에 대하여 요소 작업을 행하기 위한 로보트 구조부(30)와 이것을 제어하기 위한 제어장치(20)를 구비하고 있다.

도시를 생략하지만, 로보트 구조부(30)는 예를 들면 관절(회전축, 선회축, 작동축)에 의하여 서로 상대 회전 자재 또는 상대 직선 이동 자재로 연결된 일련의 팔과, 그 선단에 형성한 손끝부와, 팔 및 손끝부의 각각을 하나 이상 관련하는 측에 관하여 구동하기 위한 소요수의 액추에이터 예를들면 서어보 모터와 각축의 작동상태(각축의 서어보 모터의 회전 위치)를 검출하기 위한 각종 센서를 갖는다. 본 실시예에 있어서, 손끝부는 후술한 기준 평면내에서 회전자재 또한 당해 기준 평면에 대하여 회전 자재 또는 손끝부 축심 주위의 회전자재로 되어 있다. 따라서 손끝부 나아가서는 그 손끝부에 장착된 공구(도시 생략)은 각 팔의 관절의 작동 상태와 상기 3개의 회전위치(손끝각)을 제어함으로 3차원 공간내의 임의의 위치에 있어서 임의의 자세를 취하도록 되어 있다.

제어장치(20)의 중앙처리장치(이하, CPU라 한다.)(21)에는, ROM으로 구성되고 제어 프로그램을 격납한 메모리(22)와, 교시 프로그램(교시데이타)을 기억하기 위한 RAM으로 구성된 메모리(23)와 로봇의 교시를 행하기 위한 교시 조작반(24)과 각종 지령 등을 입력하기 위한 조작반(25)이 버스(29)를 통하여 접속되어 있다. 또한 CPU(21)에는 서어보 회로(27)를 통하여 각축의 서어보 모터를 구동하기 위한 축 제어기(26)와, CPU(21)와 작업 대상(40)의 각종 작동부, 각종 센서 간에서의 신호 수신을 행하기 위한 인터페이스(28)가 접속되어 있다.

이하, 제1도 내지 제4도를 참조하여, 로보트의 공구 자세 제어 동작을 설명한다.

로보트의 운전에 앞서, 오퍼레이터는, 교시 조작반(24)을 조작하여, 공구를 작업의 시점(P1)에 위치 결정함과 동시에 공구에 소정의 자세를 취하게 한 상태에서, 시점에 있어서의 공구의 포즈(공구의 위치 및 자세)를 교시함과 동시에 소요 명령어를 입력한다. 이 결과, 종래 공지된 바와같이, 시점(P1)에서의 공구 포즈에 대응하는 로보트의 각축의 작동상태를 표시하는 교시 데이터가 메모리(23)에 격납된다. 또 작업의 종점(P2)에 대해서도 동일한 교시를 행한다. 또한 공구를 원호 2(제4도)를 따라 이동시키는 경우에는 시점과 종점간의 중간점(P3)의 위치를 교시한다. 이 결과, 종래 공지된 바와같이 하여 프로그램이 작성되고 메모리(23)에 격납된다. 또한 제4도중, 부호(V3)는 중간점(P3)에 있어서의 공구의 방향을 표시하는 어프로치 벡터를 표시한다.

로보트의 운전시, CPU(21)는, 교시프로그램에서 1블록을 읽어내고, 당해블록에 관련하는 시점(P1) 및 종점(P2)에서의 공구의 교시좌표 위치(Xs, Ys, Zs), (Xe, Ye, Ze)에 의거하여 양 좌표 위치를 통과하는 제1도에 표시한 기준 평면(1)과, 이 기준 평면(1)내에 포함되어 소정의 좌표측, 예를들면 X축과 평행하게 연장하는 기준선(3)을 결정한다(제3도의 스텝 S1). 또한 읽어낸 블록에 있어서 지정된 공구 이동궤적이 원호인 경우, CPU(21)는, 원호(2)의 중심 O(제4도) 와 시점(P1)을 연결하는 선을 기준선(3)으로서 결정한다.

다음에, CPU(21)는 시점(P1)에서의 교시 공구 자세 및 스텝(S1)에 있어서 결정한 기준 평면(1) 및 기준선(3)에 의거하여, 종래 공지의 좌표 변환처리 수법에 의하여, 시점(P1)에 있어서의 상기 3개의 손끝 각의 값, 즉 공구의 방향을 표시하는 어프로치 백터(V1)와 기준 평면(1)이 이루는 각도(제1손끝각) θ1의 값 θ1s과 기준평면(1)상에 투영된 어프로치 벡터와 기준선(3)이 이루는 각도 (제2손끝각) θ2의 값 θ2s와, 공구의 공구 축심 주위의 소정 회전 각도 위치에서의 회전 각도(제3손끝각) θ3의 값 θ3s를 산출한다.(스텝 S2). 동일하게, 종점에서의 교시 공구 자세 등에 의거하여 종점에 있어서의 손끝각의 값 θ1e, θ2e, θ3e를 산출한다(스텝 S3).

다음에, CPU(21)는 보간 처리를 실행한다. 먼저, 스텝(S4)에 있어서, 시점(P1)과 종점(P2)을 연결하는 공구 이동 궤적 상에서의 최초의 도중 목표점의 좌표 위치 [ Xs+ΔX, Ys+ΔY, Zs+ΔZ]와, 이 산출 목표점에서의 제1∼제3의 손끝각의 각각의 값 θ1s+Δθs+Δθ1, θ2s+Δ2, θ3s+Δθ3을 산출한다(ΔX 내지 ΔZ 및 Δθ1 내지 Δθ3은 도시생략). 이어서 시점(P1)에서의 교시 좌표 위치(Xs, Ys, Zs)로부터 스텝(S4)에서 산출한 목표점의 좌표 위치(Xs+ΔX, Ys+ΔY, Zs+ΔZ)까지 공구 위치를 변화시키고 또한 각각의 손끝각 θ1, θ2, θ3을 스텝(S2)에 있어서 산출한 값 θ1s, θ2s, θ3s에서 스텝(S2)에서의 산출치 θ1s+Δθ1, θ2s+Δθ2, 3sθ+Δθ3 까지 변화시키기 위한, 이것과 관련하는 관절의 작동 상태의 각 변화량을 종래 공지의 좌표 변환처리 수법에 의하여 산출한다(스텝 S5). 그리고, 각 변화량에 따른 수의 펄스를 대응하는 서어보 회로에 분해하고 대응하는 서어보 모터를 구동한다(스텝 S6).

다음에, CPU(21)는 스텝(S1)에 있어서 읽어낸 블록에 대한 처리가 종료하였는가의 여부를 판별한다(스텝S7). 여기에서는 스텝(S7)에서의 판별 결과가 부정이 되고, 스텝(S4)에 이행하여, 공구 이동 궤적상에서의 제2도중 목표점의 좌표 위치와, 이 산출 목표점에서의 제1∼제3손끝각의 각각의 값을 산출한다. 이어서, 최초의 도중 목표점에서 제2도중 목표점까지 공구를 이동시키고 또 공구의 자세를 최초의 도중 목표점에 있어서의 것으로부터 제2도중 목표점에 있어서의 것까지 변화시키기 위한 각 관절의 작동 상태의 변화량을 산출하고, 이 산출 결과에 따른 펄스 분배를 행한다(스텝 S5, S6). 이상과 같이, 스텝, S4∼S7로 된 루프의 처리가 주기적으로 실행되고, 공구는 각 도중 목표점에 있어서 의도한 자세를 취하면서, 소정의 이동 경로를 따라 종점을 향하여 이동한다.

그후, 공구가 종점에 이르면, 스텝(S7)에 있어서, 1블록이 종료되었다고 판별된다. 이때 공구는 좌표위치(Xe, Ye, Ze)로 표시되는 교시 종점 위치에 있어서 손끝각 θ1e, θ2e, θ3e로 표시되는 교시자세를 취한다. 다음에 스텝(S8)으로 이행하여 교시 프로그램의 다음 블록이 읽어내어진다. 그리고 이렇게 읽어내어진 블록에 프로그램 종료를 지정하는 명령이 포함되어 있는가의 여부의 의거하여 프로그램 종료의 필요, 불필요가 판별된다(스텝 S9). 프로그램을 속행해야할 경우는 스텝(S8)에서 읽어낸 블록에 대하여 스텝 S2∼S7으로 된 상술한 처리를 실행하여 공구의 포즈를 제어한다. 그후, 스텝(S9)에 있어서 프로그램을 종료해야 한다고 판별되면, 제3도의 프로그램에 따른 제어를 종료한다.

Claims

작업의 시점 및 종점에서의 공구 위치 및 상기 시점 및 상기 종점에서의 상기 공구 자세를 미리 로보트에 교시하는 공정(a)과, 교시 결과에 따라, 상기 시점에 있어서 상기 공구와 기준 평면이 이루는 제1각도와, 상기 시점에 있어서 상기 기준 평면상에 투영된 상기 공구와 상기 기준 평면상에 설정한 기준선이 이루는 제2각도와, 상기 시점에 있어서의 상기 공구의 공구 축심주위의 회전 위치를 산출하는 공정(b)과, 상기 교시결과에 따라 상기 종점에 있어서서의 상기 제1각도, 상기 제2각도 및 상기 공구 축심 주위의 회전위치를 산출하는 공정(c)과, 상기 공구 위치, 상기 제1각도, 상기 제2각도 및 상기 공구 축심 주위의 회전위치를 상기 시점과 상기 종점과의 상이에서 보간하는 공정(d)과, 보간 결과에 따라 상기 공구 자세를 제어하는 공정(e)을 구비하는 로보트의 공구 자세 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 공정(a)에 있어서 교시한 상기 시점 및 상기 종점에서의 상기 공구 위치를 통과하도록 상기 기준 평면을 설정하는 로보트의 공구 자세 제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정(a)에 있어서의 공정 위치의 교시에 사용하는 좌표계의 소정 좌표측에 평행하게 상기 기준선을 설정하는 로보트의 공구 자세 제어방법.
제1항에 또는 제2항에 있어서, 상기 공정(a)에 있어서 상기 시점과 상기 종점간의 중간점에서의 공구 위치를 교시하는 로보트의 공구 자세 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 공정(a)에 있어서 상기 시점과 상기 종점간의 중간점에서의 공구 위치를 교시하는 로보트의 공구 자세 제어방법.