KR100238983B1 - Method and apparatus for position control of robot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇의 위치제어방법 및 위치제어장치에 관한 것으로서, 한 쌍의 지지축 사이의 바이어스 피드포워드 게인(Bias feed forward gain)에 관한 실험적 정보를 상정하여 메모리내에 저장하는 단계와; 부하축의 목표위치와 실제위치 사이의 위치오차를 구하여 PID제어하는 단계와; 헤더부의 현재위치값을 검출하는 단계와; 상기 검출된 헤더부의 현재위치값 및 상기 상정된 바이어스 피드포워드 게인의 정보에 기초하여 상기 각 지지축의 피드포워드게인을 각각 산출하는 단계와; 상기 각 피드포워드게인을 상기 한 쌍의 지지축에 위치보상으로 적용하는 단계를 포함한다. 이에 의해 기구적인 손상 및 소음을 줄일 수 있으며, 최적의 고정밀제어 및 고속작업을 수행할 수 있다는 우수한 효과가 제공된다.The present invention relates to a position control method and a position control apparatus of a robot, comprising: assuming experimental information about a bias feed forward gain between a pair of support shafts and storing the result in a memory; PID control by obtaining a position error between a target position and an actual position of the load shaft; Detecting a current position value of the header portion; Calculating feed forward gains of the respective support shafts based on the detected current position values of the header portion and the assumed bias feed forward gain information; And applying each feed forward gain to the pair of support shafts by position compensation. As a result, mechanical damage and noise can be reduced, and excellent high precision control and high speed operation can be performed.
Description
본 발명은 로봇의 위치제어방법 및 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 칩마운터용 직교로봇의 위치제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a position control method and a control apparatus for a robot, and more particularly, to a position control method and a control apparatus for an orthogonal robot for a chip mounter.
다양한 형태의 제안된 로봇중에서도 칩마운터용 로봇은, 인쇄회로기판에 부품을 자동적으로 장착시키는 고속과 고정밀도의 위치제어를 필요로 하는 로봇으로서, 일반적으로 직교좌표로 제어하는 로봇이 사용된다.Among the proposed robots of various types, a chip mounter robot is a robot that requires high-speed and high-precision position control for automatically mounting components on a printed circuit board.
도 5은 이러한 칩마운터용 직교로봇의 개략적 구성도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 칩마운터용 직교로봇(31)은, 소정의 이격거리를 두고 상호 대향하는 한 쌍의 지지축(33, 35)과 이들 한 쌍의 지지축(33, 35)에 각각 양측 자유단부가 지지되어 그 길이방향을 따라 이동하는 부하축(37), 그리고, 이 부하축(37)의 길이방향을 왕복이동하는 헤더부(39)로 구성되어 있다.(이하에서는 설명의 용이함을 위하여, 한 쌍의 지지축중 도면상 좌측의 지지축을 제 1지지축(33)이라하고, 우측의 지지축을 제 2지지축(35)이라 하기로 한다.) 부하축(37)은, 그 일측에 설치된 도시않은 볼스크류에 의해 지지축(33, 35)의 길이방향을 따라 평행하게 이동가능하며, 헤더부(39)는, 역시 도시않은 볼스크류에 의해 부하축의 이동방향에 수직방향으로 이동가능하다. 메인제어부(3)는, 이러한 부하축(37)의 지지축방향의 이동 및 헤더부(39)의 부하축방향의 이동을 각기 제어하여, 헤더부(39)의 위치를 정확하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 헤더부(39)의 칩마운팅노즐에 의한 부품의 흡장착이 가능하게 된다.5 is a schematic configuration diagram of an orthogonal robot for such a chip mounter. As can be seen from this figure, the
도 6은 종래의 칩마운터용 직교로봇의 위치제어시스템의 구성도이다. 종래의 위치제어시스템(41)은, 양측의 지지축(33, 35)을 각각 제어하기 위한 한 쌍의 위치제어기(5, 13)와 이들 위치제어기(5, 13)로 부터의 출력신호(τ1,τ2)에 의해 각각 작동제어되는 모터계(11, 19) 즉, 서보드라이버(7, 15)와 서보모터(9, 17)를 가진다. 각 위치제어기(5, 13)는 메인제어부(3)로 부터의 목표위치지령값(θ)과 모터계(11)로 부터의 피드백된 현재위치값(fb1, fb2)을 비교하여, 그에 따른 위치오차에 기초하여 비례 및 적분, 미분(이하 PID제어라 한다.)제어를 실시한다.6 is a configuration diagram of a conventional position control system for an orthogonal robot for a chip mounter. The conventional
그리고, 제 1지지축(33) 또는 제 2지지축(35)중 어느 일측의 지지축을 기준하여, 부하축(37)의 위치가 일치하지 아니할 경우 그 오차에 비례하는 동작신호를 귀환경로를 통하여 보상하도록 하는 폐회로제어계(Closed - control systom) 또는 귀환제어계(Feedback - control systom, 25)가 마련되어 있다. 즉, PID제어의 결과에 의해 설정된 양측 모터계(11, 19)의 위치가 상호 일치하지 아니할 경우, 예를 들어, 제어되는 기준축인 제 1지지축(33)에 대하여 제 2지지축(35)에 설정된 부하축(37)의 위치가 일치하지 아니한 경우, 이 차이값이 오차검출기 등을 통하여 감지되게 된다. 그러면, 메인제어부(3)는 제 2지지축상의 부하축(37)의 위치를 제어하는 위치제어기(13)에 이 차이값에 비례하는 동기제어보상을 하게 된다. 이 동기제어보상은, 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35)간의 틀어짐오차등으로 대표되는 위치편차(φ)와 실험적 보상게인(30)을 곱한 값으로 결정할 수 있다.If the position of the
한편, 도 7은 도 6의 제어흐름도이다. 종래의 칩마운터용 로봇의 제어는, 우선, 메인제어부(3)가 도시않은 상위 기준입력요소로 부터의 목표위치데이터를 읽어들이고(P1), 이에 대응하는 목표위치지령값(θ)을 출력한다(P3). 그러면, 가산부(27, 29)에서는 이 목표위치지령값(θ)과 피드백된 모터계(11, 19)의 현재위치(fb1, fb2)를 상호 비교하여 위치제어기(5, 13)에 출력신호(e1, e2)를 제공하게 된다. 이에 따라 위치제어기(5, 13)에서는, 목표위치지령값(θ)과 현재위치값(fb1, fb2)의 위치오차에 따른 PID제어를 실시한다(P4). 이 때, 제어되는 제 1지지축(33)의 경우에는 PID제어의 결과에 따른 서보드라이버(7)로 부터의 출력토오크에 의해 위치제어(또는 서보모터의 속도제어)되게 되며, 한편, 제 2지지축(35)의 경우에는, 서보드라이버(15)로 부터의 출력토오크에 동기제어보상값을 합산한 출력값에 따라 위치제어(또는 서보모터의 속도제어)되게 된다(P5).7 is a control flowchart of FIG. 6. In the conventional chip mounter robot control, first, the
동기제어보상은, 우선 양측의 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35)간의 위치편차를 계산한 후(P6), 이 위치편차에 실험적 보상게인을 곱하고 PID제어결과를 더하여 계산할 수 있으며(P7), 이렇듯 계산된 결과값은 D/A변환기를 통하여(P8) 아날로그 속도전압으로 바뀌어 서보드라이버(15)에 입력되게 되고(P9), 서보드라이버(15)는 입력된 속도명령에 따라 양측 지지축상의 부하축(37)을 위치제어하게 되는 것이다(P10).Synchronous control compensation can be calculated by first calculating the positional deviation between the first and
그런데, 이러한 종래의 칩마운터용 직교로봇의 위치제어방법 및 제어장치에서는, 부품장착을 위한 위치제어시, 부하축(37)의 가로방향을 따라 이동하는 헤더부(39)의 하중을 고려하지 아니하기 때문에, 비교적 크기와 하중이 큰 헤더부(39)가 양측의 제 1지지축(33) 또는 제 2지지축(35) 중 어느 일측으로 편중되는 경우에, 이들 축(33, 35)사이에 헤더부(39)의 하중에 의한 비틀림등이 유발되게 된다. 그래서, 고정밀도 및 정확한 위치제어를 필요로 하는 칩마운터용 직교로봇의 명예를 손상시킬 수 있으며, 또한, 이에 따른 기구적인 손상 및 소음이 발생할 수 있다는 문제점들이 있다.By the way, in the conventional position control method and control apparatus for the chip mounter orthogonal robot, the load of the
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 문제점을 고려하여, 부하축의 길이방향을 이동하는 헤더부의 하중에 의해 가변되는 양측 제 1지지축 및 제 2지지축의 부하하중에, 그에 비례하는 소정의 보상값을 적용하여 각 베 1지지축과 제 2지지축상의 부하축의 위치편차를 줄임으로써, 최적의 고정밀제어를 실시할 수 있는 로봇의 위치제어방법 및 제어장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to consider a conventional problem, and a predetermined compensation value proportional to the load load of both the first support shaft and the second support shaft, which are varied by the load of the header portion moving in the longitudinal direction of the load shaft. The present invention provides a robot position control method and a control device capable of performing optimal high precision control by reducing the positional deviation of the load shafts on the first support shaft and the second support shaft.
도 1은 본 발명의 칩마운터용 직교로봇의 위치제어시스템의 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a position control system of an orthogonal robot for a chip mounter of the present invention;
도 2은 피드포워드게인을 산출하기 위한 제 1지지축 및 제 2지지축의 피드포워드게인분포도,2 is a feed forward gain distribution diagram of a first support shaft and a second support shaft for calculating a feed forward gain;
도 3은 도 1의 제어흐름도,3 is a control flow diagram of FIG.
도 4는 본 발명에 따라 위치제어되는 양측 지지축간의 위치편차와 종래 그것의 위치편차간의 비교그래프,Figure 4 is a comparison graph between the positional deviation between the support shaft of both sides and the positional deviation thereof according to the present invention,
도 5는 칩마운터용 직교로봇의 개략적 구성도,5 is a schematic configuration diagram of an orthogonal robot for a chip mounter,
도 6은 종래의 칩마운터용 직교로봇의 위치제어시스탬의 구성도,6 is a configuration diagram of a position control system of a conventional orthogonal robot for a chip mounter;
도 7은 도 6의 제어흐름도이다.7 is a control flowchart of FIG. 6.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
3 : 메인제어부 5, 13 : 위치제어기3:
7, 15 : 서보드라이버 9, 17 : 서보모터7, 15:
21, 23 : 피드포워드게인조정기 27, 29 : 가산부21, 23: feed
33, 35 : 지지축 37 : 부하축33, 35: support shaft 37: load shaft
39 : 헤더부39: header part
상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 이격거리를 두고 상호 대향하는 한쌍의 제 1 및 제 2지지축에 양측 자유단부가 지지되어 그 길이방향을 따라 이동하는 부하축과, 상기 부하축의 길이방향을 왕복이동하는 헤더부와, 상기 부하축 및 상기 헤더부를 PID제어하는 제어부를 갖는 로봇의 위치제어방법에 있어서, 상기 한 쌍의 지지축 사이의 바이어스 피드포워드 게인(Bias feed forward gain)에 관한 실험적 정보를 상정하여 메모리내에 저장하는 단계와; 상기 부하축의 목표위치와 상기 실제위치 사이의 위치오차를 구하여 PID제어하는 단계와; 상기 헤더부의 현재위치값을 검출하는 단계와; 상기 검출된 헤더부의 현재위치값 및 상기 상정된 바이어스 피드포워드 게인의 정보에 기초하여 상기 각 지지축의 피드포워드게인을 각각 산출하는 단계와; 상기 각 피드포워드게인을 상기 한 쌍의 지지축에 위치보상으로 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치제어방법에 의하여 달성된다.According to the present invention, there is provided a load shaft having both side free ends supported by a pair of first and second support shafts opposed to each other at a predetermined separation distance and moving in a longitudinal direction thereof, and a length direction of the load shaft. In the position control method of the robot having a header for reciprocating and the control unit for PID control the load shaft and the header, an experimental experiment on the bias feed forward gain between the pair of support shaft Assuming information and storing it in a memory; PID control by obtaining a position error between the target position and the actual position of the load shaft; Detecting a current position value of the header portion; Calculating feed forward gains of the respective support shafts based on the detected current position values of the header portion and the assumed bias feed forward gain information; It is achieved by the position control method of the robot comprising the step of applying each of the feed forward gains to the pair of support shafts as position compensation.
여기서, 상기 바이어스 피드포워드게인에 관한 정보는, 상기 부하축의 무부하 상태에서 상기 피드포워드게인에 대한 상기 한 쌍의 지지축간의 위치편차가 최소화 될 때의 값으로서 실험적으로 결정하는 것이 바람직하다.Here, the information on the bias feed forward gain is preferably determined experimentally as a value when the positional deviation between the pair of support shafts with respect to the feed forward gain is minimized in the no load state of the load shaft.
그리고, 상기 피드포워드게인을 산출하는 단계는, 상기 헤더부의 현재위치값을 미분한 속도지령값을 구하는 단계와; 상기 속도지령값에 기초하여 예비 피드포워드게인을 산출하는 단계와; 상기 예비 피드포워드게인을 적용하여 실제 피드포워드게인을 검출하는 단계를 포함하여 구성할 수 있으며, 이 때, 상기 예비 피드포워드게인의 산출은, 상기 속도지령값에 기초하여 다음으로 표현되는 식에 의해 산출될 수 있고,The calculating of the feed forward gain may include: obtaining a speed command value obtained by differentiating a current position value of the header part; Calculating a preliminary feedforward gain based on the speed command value; And applying the preliminary feedforward gain to detect the actual feedforward gain, wherein the preliminary feedforward gain is calculated by the following expression based on the speed command value. Can be calculated,
[수학식 1][Equation 1]
S1 =,S1 = ,
S2 = S2 =
(여기서, S1은 제 1지지축의 피드포워드게인이고, S2는 제 2지지축의 피드포워드게인, A는 헤더부의 스트로크(strock), B는 양측의 지지축에 부하가 걸려 있을 때의 실험적으로 구한 피드포워드게인, 그리고, l은 제 1지지축에 대한 헤더부의 거리이다.)(S1 is the feed forward gain of the first support shaft, S2 is the feed forward gain of the second support shaft, A is the stroke of the header part, B is the experimentally obtained feed when the load is applied to the support shafts on both sides. Forward gain, and l is the distance of the header to the first support shaft.)
그리고, 상기 실제 피드포워드게인은 다음식에 의해 산출될 수 있다.In addition, the actual feedforward gain may be calculated by the following equation.
P2 = S2 + Bfg2P2 = S2 + Bfg2
(여기서 P1은 제 1지지축의 실제 피드포워드게인이고, P2는 제 2지지축의 실제 피드포워드게인, Bfg1은 제 1지지축의 바이어스 피드포워드게인, 그리고, Bfg2는 제 2지지축의 바이어스 피드포워드게인이다).(Where P1 is the actual feedforward gain of the first support shaft, P2 is the actual feedforward gain of the second support shaft, Bfg1 is the bias feedforward gain of the first support shaft, and Bfg2 is the bias feedforward gain of the second support shaft) .
한편, 상기 위치보상은 상기 양측 지지축간의 위치편차와 보상게인을 곱한 편차보상결과와, 피드포워드게인, 그리고, PID제어한 결과를 합하여 반영되도록 하고, 상기 제 1지지축 또는 제 2지지축중 제어되는 타측의 지지축에 적용되도록 하면, 매우 정확한 로봇의 위치제어를 도모할 수 있다.On the other hand, the position compensation is reflected to the sum of the deviation compensation result multiplied by the position deviation and the compensation gain between the two support shafts, the feed forward gain, and the PID control results, the control of the first support shaft or the second support shaft When applied to the support shaft on the other side, it is possible to achieve a very accurate position control of the robot.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 목적은, 소정의 이격거리를 두고 상호 대향하는 한쌍의 제 1 및 제 2지지축에 양측 자유단부가 지지되어 그 길이방향을 따라 이동하는 부하축과, 상기 부하축을 각각 구동시키는 구동부와, 상기 부하축의 길이방향을 왕복이동하는 헤더부를 갖는 로봇의 위치제어장치에 있어서, 상기 한 쌍의 지지축 사이의 바이어스 피드포워드 게인(Bias feed forward gain)에 관한 실험적 정보를 저장하는 메모리와; 상기 헤더부의 현재위치를 검출하는 검출부와; 상기 검출된 헤더부의 현재위치값 및 상기 상정된 바이어스 피드포워드 게인의 정보에 에 기초하여 상기 각 지지축의 피드포워드게인을 각각 산출하는 연산처리부와; 상기 부하축 및 상기 헤더부를 PID제어하는 한편, 상기 연산부처리부로 부터의 출력신호에 의해 상기 피드포워드게인을 상기 구동부에 적용하여 각 지지축을 위치보상하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 위치제어장치에 의하여 달성된다.On the other hand, according to another field of the present invention, the object is a load shaft which is supported on both sides of the pair of first and second support shafts opposed to each other at a predetermined separation distance and moving along the longitudinal direction, In the position control apparatus of the robot having a drive unit for driving the load shaft, respectively, and a header portion for reciprocating the longitudinal direction of the load shaft, an experiment on the bias feed forward gain between the pair of support shaft A memory for storing information; A detection section for detecting a current position of the header section; An arithmetic processing unit for calculating a feedforward gain of each of the support shafts based on the detected current position value of the header unit and the assumed bias feedforward gain information; And controlling the position of each supporting shaft by PID control of the load shaft and the header unit, and by applying the feedforward gain to the driving unit by an output signal from the operation unit processing unit. By the device.
여기서, 상기 연산처리부는, 피드포워드게인조정기로 간단히 구성하는 것이 바람직하고, 한편, 상기 피드포워드게인에 의한 각 지지축의 위치보상은, 상기 제어부내의 PID제어기에서도 가능하다.Here, it is preferable that the arithmetic processing unit is simply configured with a feedforward gain adjuster, and the position compensation of each support shaft by the feedforward gain is also possible in the PID controller in the control unit.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 칩마운터용 직교로봇의 위치제어시스템의 구성도이다. 본 칩마운터용 직교로봇의 위치제어시스템(1)은, 종래의 도 5와 관련하여 설명한 바와 마찬가지로, 메인제어부(3)와, 이 메인제어부(3)로 부터의 위치지령값(θ)을 각각 분기수령하는 한 쌍의 위치제어기(5, 13), 그리고, 각 위치제어기(5, 13)로 부터의 출력신호를 각각 제공받아 작동제어되는 모터계(11, 19) 즉, 서보드라이버(7, 15)와 서보모터(9, 17)로 구성되어 있다. 그리고, 한 쌍의 위치제어기(5, 13)의 각 상류측에는, 동기제어보상을 위한 출력신호가 전달되는 귀환제어계(25)가 마련되어 있다. 위치제어시스템내에는 또한, 별개의 피드포워드게인조정기(21, 23)가 마련되어 있다.1 is a configuration diagram of a position control system of an orthogonal robot for a chip mounter of the present invention. The
메인제어부(3)는 도시않은 상위 기준입력요소로 부터의 목표위치 데이터를 읽어 목표위치지령값(θ)으로 출력시킨다. 위치제어기(5, 13)에는 각각, 메인제어부(3)로 부터의 위치지령값(θ)에 서보드라이버(7, 15)로부터 피드백된 모터계(11, 19)의 현재위치값(fb1, fb2)이 가산된 위치오차(e1, e2)가 입력되게 되며, 그러면, 각 위치제어기(5, 13)는, 입력되는 위치오차(e1, e2)에 따른 비례 및 적분, 미분제어를 실시하고, 이에 따라 출력되는 결과위치값 즉, 출력토오크(τ1, τ2)는, 서보드라이버(7, 15)를 통해 서보모터(9, 17)를 위치제어하게 된다. 여기서, 서보모터(9, 17)의 위치제어는 정확하게 말하면, 서보드라이버(7, 15)의 속도지령값(v1, v2)에 따른 구동속도제어에 의한 위치제어라 할 수 있다.The
그리고, 귀환제어계(25)에서는, 위치제어된 부하축(37)의 설정위치가 제 1지지축(33) 또는 제 2지지축(35)중 어느 일측의 지지축을 기준하여, 상호 일치하지 아니할 경우 그 오차에 비례하는 보상제어신호를 그 귀환경로를 통하여, 타측의 지지축에 입력시킨다. 즉, PID제어의 결과에 의해 설정된 양측 모터계(11, 19)의 위치가 상호 일치하지 아니할 경우, 예를 들어, 제어되는 기준축인 제 1지지축(33)에 대하여 제 2지지축(35)에 설정된 부하축(37)의 위치가 일치하지 아니한 경우, 이 차이값이 오차검출기 등을 통하여 감지되게 된다. 그러면, 메인제어부(3)는 제 2지지축상의 부하축(37)의 위치를 제어하는 위치제어기(13)에 이 차이값에 비례하는 동기제어보상을 하게 된다. 동기제어보상은, 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35)간의 틀어짐오차등으로 대표되는 위치편차(φ)와 실험적 보상게인(30)을 곱한 값으로 결정할 수 있다.In the
한편, 각 피드포워드게인조정기(21, 23)는, 헤더부(39)의 위치이동에 의해 가변되는 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35) 간의 위치편차를 보상을 하기 위해, 헤더부(39)의 위치값()에 기초하여 피드포워드게인을 산출하고, 이 산출된 피드포워드게인을 목표위치지령값(θ)을 미분한 속도지령값과 곱하여 서보드라이버(7, 15)에 입력시킨다. 그러면, 서보드라이버(7, 9)의 출력토오크에 의하여 구동되는 서보모터(9, 17)는, 소정의 속도보상이 되게 된다.On the other hand, each feed forward gain adjuster (21, 23), in order to compensate for the positional deviation between the
이하에서는 피드포워드게인을 산출하는 방법을 간단히 설명해 보기로 한다.Hereinafter, a method of calculating the feedforward gain will be briefly described.
도 3은 피드포워드게인을 산출하기 위한 양측 제 1지지축 및 제 2지지축의 피드포워드게인의 분포도이다. 바이어스 피드포워드게인(Bias feedforward)은, 무부하상태 즉, 헤더부(39)가 제거된 상태에서 부하축(37)을 실험적으로 구동하면서, 이 때, 양측 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35)간의 위치편차가 최소화될 때의 피드포워드게인(Feedforward)이다. 도면에서는, X축에 평행한 직선으로 도시되어 있고, 이 값은 일정한 상수값이다.3 is a distribution diagram of feed forward gains of both first and second support shafts for calculating feed forward gains. Bias feedforward experimentally drives the
한편, 피드포워드게인의 계산은, 피드백된 헤더부(39)의 현재위치값을 미분하여 속도지령값을 구하고, 이 속도지령값에 기초하여 예비 피드포워드게인을 산출한 후, 실제 피드포워드게인을 얻을 수 있다. 예비 피드포워드게인은 다음의 수학식 1에 따라 계산되어 진다. .On the other hand, the calculation of the feed forward gain calculates the speed command value by differentiating the current position value of the fed-
[수학식 1][Equation 1]
S1 =,S1 = ,
S2 = S2 =
(여기서, S1은 제 1지지축의 예비 피드포워드게인이고, S2는 제 2지지축의 예비 피드포워드게인, A는 헤더부의 스트로크(stroke), B는 양측의 지지축에 부하가 걸려 있을 때의 실험적으로 구한 피드포워드게인, 그리고, l은 제 1지지축에 대한 헤더부의 거리이다.)(S1 is a preliminary feedforward gain of the first support shaft, S2 is a preliminary feedforward gain of the second support shaft, A is a stroke of the header portion, and B is experimentally applied when a load is applied to the support shafts on both sides. The feedforward gain obtained and l is the distance of the header portion with respect to the first support shaft.)
이들 각 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35)의 예비 피드포워드레인은, 도면상에 바이어스 피드포워드게인의 상측에 각각 도시되어 있다. 그리고, 실제 피드포워드게인은 다음의 수학식 2를 통해 산출할 수 있다.The preliminary feedforward lanes of each of the
[수학식 2][Equation 2]
P1 = S1 + Bfg1 ,P1 = S1 + Bfg1,
P2 = S2 + Bfg2P2 = S2 + Bfg2
(여기서 P1은 제 1지지축의 실제 피드포워드게인이고, P2는 제 2지지축의 실제 피드포워드게인, Bfg1은 제 1지지축의 바이어스 피드포워드게인, 그리고, Bfg2는 제 2지지축의 바이어스 피드포워드게인이다).(Where P1 is the actual feedforward gain of the first support shaft, P2 is the actual feedforward gain of the second support shaft, Bfg1 is the bias feedforward gain of the first support shaft, and Bfg2 is the bias feedforward gain of the second support shaft) .
도면을 참조하여 실제 피드포워드게인을 계산하면, 예를 들어 헤더부(39)가 α지점에 있다고 가정하면, 제 1지지축(33) 즉, S1축의 실제 피드포워드게인은, 제 1지지축(33)의 예비 피드포워드게인(S1축의 게인분포선상의 β값) + 바이어스 피드포워드게인(바이어스 피드포워드게인분포선상의 γ)으로 구할 수 있으며, 제 2지지축(35) 즉, S2축의 실제피드포워드게인은, 제 1지지축의 예비 피드포워드게인(S2축의 게인분포선상의 δ값) + 바이어스 피드포워드게인(바이어스 피드포워드게인분포선상의 γ)함으로써 구할 수 있다.When calculating the actual feedforward gain with reference to the drawings, for example, assuming that the
이러한 구성에 의한 본 제어시스템(1)의 제어방법은, 도 3의 제어흐름도를 통해 볼 수 있는 바와 같이, 우선, 메인제어부(3)가 도시않은 상위 기준입력요소로 부터의 목표위치데이터를 읽어들이고(S1), 이에 대응하는 목표위치지령값(θ)을 출력한다(S2). 그러면, 가산부(27, 29)에서는 이 목표위치지령값(θ)과 피드백된 모터계(11, 19)의 현재위치를 상호 비교하여 위치제어기(5, 13)에 출력신호를 제공하게 된다. 이에 따라 위치제어기(5, 13)에서는, 목표위치지령값(θ)과 현재위치값(fb1, fb2)의 위치오차에 따른 PID제어를 실시한다.(S4)In the control method of the
이 때, 메인제어부(3)는, 제어되는 기준축인 제 1지지축(33)과, 이에 대응하는 제 2지지축(35)을 각기 별개로 제어하게 된다.(S5) 즉, 제어되는 기준축인 제 1지지축(33)의 경우에는, 도 2와 관련하여 설명한 바와 같은 과정을 통해 계산된 실제 피드포워드게인이 피드포워드게인조정기(21)로부터 제공되어(S9), 이 실제 피드포워드게인과 PID제어의 결과값을 합해지고(S10), 이에 비례하는 출력신호가 D/A변환기에 보내진다(S11). D/A변환기는 이 입력신호를 아날로그속도전압으로 변환시켜 서보드라이버(7)에 입력시키며(S12), 이에 의해 서보드라이버(7)의 출력토오크에 대응하는 서보모터(9)의 위치제어가 이루어지게 된다(S13).At this time, the
한편, 제 2지지축(35)의 경우에는, 제 1지지축(33)과 제 2지지축(35)간의 위치편차가 계산된후(S6), 피드포워드게인조정기(30)로부터 실제 피드포워드게인이 제공되고(S7), 이 실제 피드포워드게인과, PID제어의 결과값, 그리고, 위치편차와 실험적 보상게인이 곱하여진 편차보상값이 각각 합산되게 된다(S18). 그러면, 이렇듯 계산된 합산값에 비례한 출력신호가 역시 D/A변환기를 거쳐 아날로그속도전압으로 변환된 후, 서보드라이브(15)에 입력되게 되며, 변환된 아날로그속도전압은 서브모터(17)에 출력토오크로서 작용하여, 이에 따라 제 2지지축상에 설정된 일측의 부하축은 제 1지지축상의 타측의 부하축과 동일한 위치에 설정되게 된다.On the other hand, in the case of the
도 4는 상기와 같은 위치제어방법 및 제어장치를 적용한 칩마운터용 직교로봇의 효과를 알아보기 위하여, 양측 지지축간의 위치편차와 종래 그것의 위치편차을 실험적으로 도시한 비교그래프이다. 본 효과의 비교를 위해 종래의 시스템(41) 및 본 발명의 시스템(1)에서는, 부하축상의 헤더부(39)를 제 1지지축(S1축, 33)에 인접하도록 위치고정시켰으며, X축은 시간이고 Y축은 위치편차이다. 이 비교그래프를 통해 볼 수 있는 바와 같이, 본 시스템(1)의 위치편차는 종래의 그것(41)과 비교하여 거의 반으로 줄어들었음을 알 수 있다. 이에 따라 제 1지지축(33) 및 제 2지지축(35)간의 기구적인 비틀림이 발생하지 아니하여, 부품의 장착을 매우 정확하게 실시할 수 있게 된다.4 is a comparative graph experimentally showing the positional deviation between the support shafts of the two sides and the conventional positional deviation thereof in order to determine the effect of the orthogonal robot for the chip mounter to which the position control method and the control device as described above are applied. In order to compare this effect, in the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 로봇의 위치제어방법 및 제어장치에 따르면, 부하축의 길이방향을 이동하는 헤더부의 하중에 의해 가변되는 양측 제 1지지축 및 제 2지지축의 부하하중에, 그에 비례하는 소정의 보상값을 적용할 수 있게 되어, 각 제 1지지축과 제 2지지축상의 부하축의 위치편차를 줄일 수 있게 된다. 그래서, 기구적인 손상 및 소음을 줄일 수 있으며, 최적의 고정밀제어 및 고속작업을 수행할 수 있다는 우수한 효과가 제공된다.As described above, according to the position control method and control apparatus of the robot of the present invention, the loads of the first and second support shafts on both sides that are varied by the load of the header portion moving in the longitudinal direction of the load shaft are proportional thereto. It is possible to apply a predetermined compensation value, thereby reducing the positional deviation of the load shaft on each of the first support shaft and the second support shaft. Thus, mechanical damage and noise can be reduced, and an excellent effect of performing optimum high precision control and high speed operation is provided.
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