KR100222940B1

KR100222940B1 - 센서를 이용한 캘리브레이션 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100222940B1
Application number: KR1019970044863A
Authority: KR
Inventors: 김동범
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-08-30
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 1999-10-01
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: US6035695A; CN1065807C; KR19990021328A; US6202466B1; CN1210777A; JPH11129176A

Abstract

로봇의 부품교체후 발생되는 옵셋 보정을 위해 로봇에 설치된 센서와 로봇 제어시스템의 처리기구를 이용하여 캘리브레이션하는 것으로서, 센서에 대해 신호감지부가 움직이도록 로봇 운동부를 운동시켜 그 센서로부터 검출되는 신호에 기초한 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계(S1~S7), 생성된 캘리브레이션 데이터를 기존 데이터와 비교하여 캘리브레이션 데이터의 편차를 구하는 단계(S8), 그리고 캘리브레이션 데이터 편차에 기초하여 옵셋이 보정되도록 캘리브레이션 데이터를 수정하는 단계(S9)를 수행한다. 이러한 방법은 별도의 캘리브레이션 전용 지그를 이용것에 비해 시간과 노력이 적게 들고 기존 마크를 이용하는 것에 비하여 정밀도가 높다.

Description

센서를 이용한 캘리브레이션 방법 및 장치

본 발명은 센서를 이용한 캘리브레이션(calibration) 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 로봇 몸체에 장착되는 동력전달부의 모터나 벨트 등의 동력요소 또는 로봇 아암축의 움직임을 감지하는 기준센서나 센서감지부를 교체하고 난 후 발생되는 옵셋(offset) 보정을 위한 센서를 이용한 캘리브레이션 방법과 이를 구현한 장치에 관한 것이다.

로봇과 같이 정밀위치제어를 요구하는 기계기구의 전부 또는 그 일부를 고장수리하거나 부품교체를 위해 분해하고 다시 조립하게 되면 로봇아암 등 움직이는 부분의 초기 위치가 이전의 조정상태에서 변동되는 옵셋이 발생되는 경우가 많다. 옵셋이 발생되면 이전에 설정된 캘리브레이션 데이터를 근거로 하는 위치제어에 정밀도가 없어짐은 물론이다. 따라서 부품을 교체하고 난 다음에 옵셋이 발생되면 그 옵셋을 보정하도록 반드시 캘리브레션을 새로하여 이전의 캘리브레이션 데이터를 수정하여야 하는 것이다.

종래에는 로봇 몸체에서 모터 등의 부품을 교체하고 난 후, 옵셋을 보정할 필요가 있는 경우에 전용의 캘리브레이션 지그(calibration jig)를 사용하거나 몸체에 표시되어 있는 마크(mark)를 기준으로 캘리브레이션을 하여 왔다.

캘리브레이션 지그를 사용하는 작업은,

(1) 기존 로봇 몸체에 붙어있는 작업용 툴(tool)을 떼어내고,

(2) 캘리브레이션을 위한 전용 툴로 교체하고,

(3) 교체한 캘리브레이션 전용 툴을 이용하여 캘리브레이션을 실시하고,

(4) 실시한 캘리브레이션 결과를 가지고 옵셋 보정 또는 캘리브레이션 데이터를 수정하고,

(5) 캘리브레이션 전용 툴을 다시 떼어내고,

(6) 기존 작업용 툴을 부착하는 과정으로 이루어진다.

이와같이 캘리브레이션 지그를 사용하는 종래의 방법에 있어서는 캘리브레이션 지그의 높은 정밀도가 요구되고, 특히 기존 작업용 툴과 캘리브레이션 전용의 툴을 교체하는 작업을 2회 하여야 하므로 그 작업이 매우 번거롭고 시간이 많이 소요되어 생산에 막대한 지장을 초해할 수 있다는 문제점이 지적되고 있다.

한편, 로봇 몸체에 표시되어 있는 마크를 기준으로 삼아서 캘리브레이션을 하는 작업은,

(1) 몸체를 각 축별로 마크가 있는 위치로 이동시키고,

(2) 현재의 로봇 위치를 이용하여 옵셋 보정 또는 캘리브레이션 데이터를 수정하는 과정으로 이루어진다.

이 방법은 전술한 바와 같은 캘리브레이션 지그를 사용하는 경우에서처럼 툴을 일일이 교체하는 번거러움은 없으나, 캘리브레이션 정밀도가 낮아 바람직하지가 않다.

본 발명의 목적은 첫째, 캘리브레이션을 위한 전용지그를 사용하기 위해 툴을 교체하는 작업상의 번거로움이 없이 간단하면서도 정확히 옵셋을 보정할 수 있는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이며,

둘째, 캘리브레이션을 위한 전용지그를 사용하기 위해 툴을 교체하는 작업상의 번거로움이 없이 간단하면서도 정확히 옵셋을 보정할 수 있는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법을 구현한 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 센서를 이용한 캘리브레이션 방법을 구현하기 위한 장치로서 로봇 제어시스템을 보인 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 센서를 이용한 캘리브레이션 방법의 알고리즘 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 로봇 11 : 모터

12 : 동력전달부 13 : 아암

14 : 신호감지부 15 : 신호검출부

20 : 상위제어기 21 : 신호입력부

24 : 키입력부 25 : 표시부

30 : 모션제어기 40 : 모터제어기

상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

로봇의 운동부에 부착된 위치정보를 가진 신호감지부의 움직임을 감지하는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법에 있어서,

상기한 센서에 대해 상기한 센서감지부가 움직이도록 로봇 운동부를 운동시켜 그 센서로부터 검출되는 신호에 기초한 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계와,

상기 생성된 캘리브레이션 데이터를 기존 데이터와 비교하여 캘리브레이션 데이터의 편차를 구하는 단계, 그리고

상기한 캘리브레이션 데이터 편차에 기초하여 옵셋이 보정되도록 캘리브레이션 데이터를 수정하는 단계를 수행하는 것이다.

상기한 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계는,

로봇 운동부를 일방향으로 회전시키고, 상기한 센서에서 검출되는 신호의 변화를 체크하여 그 변화가 체크되면 로봇 운동부를 정지킨 후 다시 반대향으로 회전시키고, 상기한 센서에서 검출되는 신호의 변화를 재차 체크하여 그 변화가 체크되면 현재의 구동부 축의 위치를 읽은 후 그 구동부를 정지시키는 과정으로 수행한다.

여기서 바람직하게는 상기한 로봇 운동부를 처음 일방향으로 회전시켜 신호의 변화가 감지될 때까지는 빠른속도로 회전시키고, 그 이후 반대방향으로 회전시킬 때에는 느린속도로 회전시키는 것을 그 특징으로 한다.

다음, 상기한 두 번째 목적은, 본 발명에 따라,

로봇 운동부에 함께 운동하도록 부착되고 그 운동의 위치정보를 가지는 신호감지부, 이 신호감지부를 감지하는 센서를 가지고 그 운동부의 움직인 위치정보를 알리는 신호를 검출하는 신호검출부, 그리고 상기한 로봇 운동부를 구동하는 모터를 제어하는 제어수단이 구비되고,

상기한 제어수단이, 상기한 센서에 대해 상기한 센서감지부가 움직이도록 상기한 모터를 구동하여 그 센서로부터 검출되는 신호에 기초한 캘리브레이션 데이터를 생성하고, 생성된 캘리브레이션 데이터를 기존 데이터와 비교하여 캘리브레이션 데이터의 편차를 구하고, 캘리브레이션 데이터 편차에 기초하여 옵셋이 보정되도록 캘리브레이션 데이터를 수정하는 알고리즘을 포함하도록 된 센서를 이용한 캘리브레션 장치에 의하여 달성된다.

여기서 제어수단은,

상기한 센서에서 감지되는 신호를 입력받기 위한 신호입력부와 이 신호입력부로 입력되는 신호의 연산 및 로봇 모션을 프로그램 제어하는 프로그램제어부 및 데이터 저장부를 포함하는 상위제어기와,

상기한 상위제어부의 주제어기의 명령에 따라 로봇의 모션을 제어하는 모션제어기, 그리고

상기한 모션제어부의 명령에 따라 상기한 로봇의 모터를 제어하는 모터제어기로 구성된다.

이와 같이 본 발명은, 별도의 캘리브레이션 전용 지그를 사용하지 않고 로봇을 구성하고 있는 센서와 그 제어기가 가지는 처리기구를 이용하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 센서를 이용한 캘리브레이션 방법을 구현하는 장치로서는 도 1에 도시된 바와 같은 기존 로봇 제어시스템을 사용한다.

로봇(10)은 동력을 발생하는 모터(11), 모터(11)의 동력을 전달하도록 벨트와 기어 등의 요소로 이루어지는 동력전달부(12), 동력전달부(12)에 의해 전달되는 동력으로 운동하는 아암(13), 아암(13)에 붙어서 함께 움직이는 것으로 위치정보를 제공하는 신호감지부(14), 이 신호감지부(14)를 감지하는 센서(도시생략)를 가지고 있고 그로부터 아암(13)이 움직인 위치정보를 가지는 신호를 검출하는 신호검출부(15)를 포함한다.

로봇 제어시스템은 상위제어기(20), 모션제어기(30), 모터제어기(40)로 구성된다. 상위제어기(20)는 로봇 동작을 통제하는 제어용 컴퓨터로 구성되는 것으로서, 상기한 신호검출부(15)의 신호를 입력받기 위한 인터페이스 회로인 신호입력부(21), 이 신호입력부(21)를 통해 입력된 신호에 기초하여 로봇을 프로그램제어하도록 각종 프로그램을 장착한 프로그램제어부(22), 그리고 데이터저장부(23)를 가지며, 주변기기로서 사용자의 명령을 받아들이기 위한 키입력부(24)와 각종 데이터와 로봇 동작상태 정보를 표시하기 위한 표시부(25) 등을 포함한다. 모션제어기(30)는 상위제어기(20)의 명령을 받아서 모터제어기(40)를 제어하고, 모터제어기(40)는 로봇의 모터(11)를 직접구동제어하는 부분이다.

즉, 상위제어기(20)가 키입력부(24)를 통해 입력되는 사용자의 명령 등을 분석하여 로봇 동작을 명령하면, 모션제어기(30)는 그 명령을 받아서 모터제어기(40)를 통해 모터(11)를 구동하여 로봇 동작을 제어한다. 로봇의 모터(11)가 구동되면 그 동력이 동력전달부(12)를 통해 아암(13)으로 전달되고, 아암(13)이 원하는 동작을 위해 회전하게 된다. 아암(13)이 회전되면 거기에 붙어있는 신호감지부(14)가 함께 회전하게 되며, 신호감지부(14)에 고정배치된 신호검출부(15)에 있는 센서가 그 신호감지부(14)의 위치정보를 감지하게 된다. 이때 상위제어기(20)는 신호입력부(21)를 통해 상기한 신호검출부(15)에서 검출되는 신호를 입력받아서 그 위치정보를 분석하고 필요한 제어를 한다.

이러한 로봇 시스템과 도 2를 참조하면서 본 발명에 따른 캘리브레이션 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1의 캘리브레이션을 위한 사용자에 의한 키입력부(24)의 신호가 상위제어기(20)에 입력되면, 상위제어기(20)는 로봇 아암(13)으로 하여금 일방향 회전을 하도록 모션을 명령하고, 모션제어기(30)는 상위제어기(20)의 명령에 따라서 모터제어기(40)를 통해 로봇(10)의 모터(11)를 구동한다. 그러면 모터(11)가 회전되고 그 동력이 동력전달부(12)를 통해 아암(13)에 전달됨으로써 아암(13)이 회전된다. 이때 아암(13)에 붙어 있는 신호감지부(14)도 같이 회전되는 것이다.

본 발명의 캘리브레이션 첫 단계는 이렇게 로봇(10)의 모터(11)를 바람직하게는 빠른 속도로 구동하여 아암(13)을 일방향으로 회전시킨다(S1).

두 번째 단계에서는 아암(13)이 회전되는 동안 함께 회전되는 신호감지부(14)에 대한 신호검출부(15)의 검출신호에 변화를 체크하여(S2), 변화가 체크되지 않으면 아암(13)의 회전동작을 유지하고 그 변화가 체크되면 다음 단계(S3)를 수행한다.

앞 단계에서 신호검출부(15)의 검출신호에 변화가 체크되면, 아암(13)을 정지시키기 위해 로봇(10)의 모터(11)를 감속하여 정지시킨다(S3).

다음으로, 모터(11)를 바람직하게는 느린속도로 역구동하여 정지되었던 아암(13)이 반대방향으로 회전시킨다(S4).

아암(13)이 반대방향으로 서서히 회전하는 동안 상기한 신호검출부(15)의 검출신호에 변화가 있는지를 재차 체크하여(S5), 변화가 체크되면 다음 단계(S6)를 수행하고 그 변화가 체크되지 않으면 아암(13)의 역회전 상태를 유지한다.

아암(13)이 역회전하는 동안 신호검출부(15)의 검출신호에 변화가 체크되면, 그 체크된 시점에 머문 아암(13) 축의 회전위치를 읽어서 발생된 옵셋정보를 가지는 캘리브레이션 데이터를 생성하고(S6), 그 아암(13)이 정지되도록 모터(11)를 정지시킨다(S7).

다음, 상기와 같이 하여 얻어진 캘리브레이션 데이터를 기존 데이터와 비교하여 그 편차를 구하고(S8), 편차를 이용하여 옵셋이 보정되도록 캘리브레이션 데이터를 수정하여(S9), 캘리브레이션을 종료한다.

이와 같이 본 발명은 로봇의 모터나 동력전달부 부품을 교체하여 발생된 옵셋 보정을 위한 캘리브레이션을 기존 로봇 제어시스템이 가지는 처리기구를 이용하여 새로운 캘리브레이션에 의한 데이터를 설정할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 캘리브레이션을 위해 종래의 전용 지그를 사용할 때와 같은 툴을 교환하는 번거로움이 없이 신속하게 작업을 마칠 수 있어 로봇 설비 중단으로 인한 생산량 차질을 최소화할 수 있으며, 특히 기존의 마크를 이용할 때보다더 훨씬 높은 고정도의 캘리브레이션을 함으로써 부품교체후의 로봇 위치제어 오류를 없애는 데에도 효과가 제공된다.

Claims

로봇의 운동부에 부착된 위치정보를 가진 신호감지부의 움직임을 감지하는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법에 있어서,

상기한 센서에 대해 상기한 신호감지부가 움직이도록 로봇 운동부를 운동시켜 그 센서로부터 검출되는 신호에 기초한 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계와,

상기 생성된 캘리브레이션 데이터를 기존 데이터와 비교하여 캘리브레이션 데이터의 편차를 구하는 단계, 그리고

상기한 캘리브레이션 데이터 편차에 기초하여 옵셋이 보정되도록 캘리브레이션 데이터를 수정하는 단계가 구비된 것을 특징으로 하는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,

상기한 캘리브레이션 데이터를 생성하는 단계가,

상기한 로봇 운동부를 일방향으로 회전시키고, 상기한 센서에서 검출되는 신호의 변화를 체크하여 그 변화가 체크되면 로봇 운동부를 정지킨 후 다시 반대향으로 회전시키고, 상기한 센서에서 검출되는 신호의 변화를 재차 체크하여 그 변화가 체크되면 현재의 구동부 축의 위치를 읽은 후 그 구동부를 정지시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법.
청구항 2에 있어서,

상기한 로봇 운동부를 처음 일방향으로 회전시켜 신호의 변화가 감지될 때까지는 빠른속도로 회전시키고, 그 이후 반대방향으로 회전시킬 때에는 느린속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 센서를 이용한 캘리브레이션 방법.
로봇 운동부에 함께 운동하도록 부착되고 그 운동의 위치정보를 가지는 신호감지부와,

이 신호감지부를 감지하는 센서를 가지고 그 운동부의 움직인 위치정보를 알리는 신호를 검출하는 신호검출부,

그리고 상기한 로봇 운동부를 구동하는 모터를 제어하는 제어수단이 구비되고,

상기한 제어수단이, 상기한 센서에 대해 상기한 센서감지부가 움직이도록 상기한 모터를 구동하여 그 센서로부터 검출되는 신호에 기초한 캘리브레이션 데이터를 생성하고, 생성된 캘리브레이션 데이터를 기존 데이터와 비교하여 캘리브레이션 데이터의 편차를 구하고, 캘리브레이션 데이터 편차에 기초하여 옵셋이 보정되도록 캘리브레이션 데이터를 수정하는 알고리즘을 포함하도록 되는 것을 특징으로 하는 센서를 이용한 캘리브레션 장치.
청구항 4에 있어서, 상기한 제어수단이,

상기한 센서에서 감지되는 신호를 입력받기 위한 신호입력부와 이 신호입력부로 입력되는 신호의 연산 및 로봇 모션을 프로그램 제어하는 프로그램제어부 및 데이터 저장부를 포함하는 상위제어부와,

상기한 상위제어부의 주제어기의 명령에 따라 로봇의 모션을 제어하는 모션제어부, 그리고

상기한 모션제어부의 명령에 따라 상기한 로봇의 모터를 제어하는 모터제어부를 포함하여 되는 것을 특징으로 하는 센서를 이용한 캘리브레이션 장치.