KR101010761B1

KR101010761B1 - 로봇 본체와, 부가 동작 축을 구비한 부가 메커니즘을 갖춘로봇용 제어 장치

Info

Publication number: KR101010761B1
Application number: KR1020080074353A
Authority: KR
Inventors: 도모야 야마모토
Original assignee: 가부시끼가이샤 덴소 웨이브
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2011-01-25
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: CN101362333A; JP2009028871A; DE102008035507A1; US20090037025A1; CN101362333B; KR20090013095A

Abstract

제어될 동작 축을 갖춘 로봇 본체와 부가 동작 축(additional operation axis)을 갖춘 부가 메커니즘(additional mechanism)을 구비한 로봇의 동작을 제어하기 위한 제어 장치를 제공한다. 상기 제어 장치는, 수동 조작 장치, 판단 수단, 및 제어 수단을 구비한다. 수동 조작 장치는, 사용자가 로봇 본체 및 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 조작할 수 있게 한다. 판단 수단은, 부가 메커니즘이 로봇 본체와 동작 연결 상태인지 아닌지의 여부를 판단한다. 제어 수단은, 수동 조작 장치가 로봇 본체와 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 제어하는 데 사용되고 판단 수단은 부가 메커니즘이 로봇 본체와 동작 연결 상태인 것을 판단하는 경우에, 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부(tip end)와 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 소정의 최고 속도 이내로 제어한다.

Description

로봇 본체와, 부가 동작 축을 구비한 부가 메커니즘을 갖춘 로봇용 제어 장치{CONTROLLER FOR ROBOT HAVING ROBOT BODY AND ADDITIONAL MECHANISM PROVIDING ADDITIONAL OPERATION AXES}

본 발명은, 로봇 또는 로봇 장치에 사용되는 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 로봇 축(robot axis)(즉, 로봇 동작 축)에 동작하는 로봇 본체를 구비한 로봇과, 상기 로봇 축에 부가된 부가 축(즉, 부가 동작 축)에 동작하는 부가 메커니즘 양쪽의 동작을 제어하는 제어 장치에 관한 것이다.

산업용 로봇 시스템은, 조립 작업을 수행하는 것과 같은 로봇 본체(예로서, 관절 로봇 암(articulated robot arm))와, 로봇 본체의 축을 제어하는 로봇 제어 장치를 포함하여 구성된다. "티칭 펜던트(teaching pendant)"라고 부르는 수동 조작 펜던트 등의 주변 장치는, 로봇 제어 장치에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 티칭 펜던트는, 터치 패널을 갖춘 디스플레이 유닛과, 각종 키 스트로크(key stroke) 입력을 실행하기 위한 키 조작 장치를 포함한다. 로봇 시스템은, 티칭 펜던트에서의 조작자의 조작에 응답해서, 로봇 프로그램이 작동하여, 로봇 본체가 교시(敎示: teaching)할 때에 수동 조작(원격 조작)되도록 구성되어 있다.

로봇 제어 장치는, 본질적으로 마이크로컴퓨터에 의해 구성되는 제어 회로와, 복수의 로봇 축용 구동 회로를 갖춘 서보 제어부(servo control section)와, 전력 공급 장치와, 주변 장치와의 사이에 고속 데이터 전송을 실행하는 인터페이스 유닛을 포함한다. 제어 회로는, 예를 들면, 미리 입력되어 저장된 로봇 프로그램, 티칭 펜던트로부터의 신호, 각종 데이터 및 파라미터에 따라, 서보 제어부를 통해서 로봇 본체의 로봇 동작 축(서보 모터)을 구동시키기에 적합하게 되어 있고, 이로써 상기 로봇 본체를 동작시키고 제어한다.

티칭 펜던트를 사용하여 상기 로봇 본체를 수동 조작(교시 작업)할 때에는, 조작자는 로봇 본체의 작업 영역 부근에서 운전을 실행할 필요가 자주 있게 된다. 그러한 상황 하에서는, 조작자에 대한 안전 보장이 중요하다. 이러한 이유로, 일본국 특허공개공보 제09-193060호에서 개시된 바와 같이, 교시 처리 중의 로봇 본체의 팁 단부(tip end)의 이동 속도는, 소정의 속도를 초과할 수 없도록 제한하고 있다. 이 경우, ISO 10218-1에 따라, "로봇의 공구 중심점(TCP: tool center point) 속도는, 로봇의 수동 조작 시에 최고에서 250mm/sec 이하로 제한되어야 한다."

상술(上述)한 로봇 시스템에서, 로봇 본체와 협동하여 작업하는 부가 동작 축은 상기 로봇 본체에 부가하여 구성된다. 이러한 부가 동작 축은, 예를 들면, 암(arm)의 단부에 부착된 서보 모터 구동 핸드(servomotor-driven hand) 등의 공구와, 로봇 본체가 설치된 이동 테이블(translation table)(XY-이동 장치 또는 로터리 테이블)을 포함한다. 로봇 제어 장치는, 로봇 본체의 축 제어용 구동 회로에 추가하여, 서보 제어부가 부가 동작 축용 구동 회로를 포함(또는 부가적으로 구비)하도록 구성할 수도 있다. 이러한 로봇 제어 장치로써, 로봇 본체의 제어는 부가 동작 축의 제어와 함께 실행될 수 있다.

상술한 바와 같이 부가 동작 축을 갖춘 로봇 시스템은, 그 자체로서, 상기한 교시 처리가 실행될 때의 소정의 최고 속도를 초과하지 않도록, 수동 조작 중에 로봇 본체의 속도를 제어할 수 있다. 그러나, 부가 동작 축이 로봇 본체와 병행하여 동작되는 경우, 이러한 로봇 시스템은 공구 중심점(TCP)의 속도가, 예를 들면, 소정의 최고 속도를 초과하게 될 수도 있다. 따라서, 부가 동작 축을 구비한 이러한 로봇 시스템의 수동 제어에 있어서, 완벽하게 신뢰할 수 있는 안전에 대한 요구가 있게 되었다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 로봇 본체 자체뿐만 아니라 부가 메커니즘의 부가 동작 축(또는 부가 축)을 제어하는 기능을 갖는 로봇 제어 장치를 제공하고, 수동 조작에 있어서 안전을 완전하게 보장하는 것을 그 목표로 하고 있다.

상기 목표를 달성하기 위하여, 하나의 특징으로서, 본 발명은, 제어될 동작 축을 갖춘 로봇 본체와, 상기 로봇 본체에 부가되고 제어될 부가 동작 축을 갖춘 부가 메커니즘을 구비한 로봇을 제어하는 제어 장치를 제공한다. 상기 제어 장치는, 사용자가 상기 로봇 본체 및 상기 부가 메커니즘의 동작을 수동으로 조작할 수 있게 하는 수동 조작 장치와, 상기 부가 메커니즘의 동작이 상기 로봇 본체의 동작과 연결된 상태를 동작 연결 상태라고 할 때, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인지 아닌지의 여부를 판단하는 판단 수단과, 상기 로봇 본체와 상기 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 제어하는 데에 상기 수동 조작 장치가 사용되고, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인 것으로 상기 판단 수단이 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부(tip end)와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 소정의 최고 속도 이내로 제어하는 제어 수단을 포함한다. 예를 들면, 상기 제어 수단은, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여 동작 속도의 합산 값을 소정의 최고 속도 이하로 제한하는 제1제한 수단을 포함한다.

따라서, 부가 메커니즘(즉, 부가 축)의 동작이 로봇 본체의 동작에 영향을 주는 연결 상태에 있어서, 부가 메커니즘의 부가 동작 축의 속도(팁 속도)와 로봇 본체의 공구 중심점(TCP) 속도 간에 가산된 속도(합산 속도)는, 수동 조작 모드(mode)에서는 로봇 본체와 부가 메커니즘을 능숙하게 조작하기 위해서 소정의 최고 속도를 초과하지 않도록 적용되고 있다. 다시 말해, 소정의 속도 제한 알고리즘에 근거하여, 부가 속도(즉, 양쪽 개별 속도)가 안전을 보장할 수 있는 요구(desired) 속도로 제한되도록 구성되어 있다. 따라서, 로봇 본체 및 부가 메커니즘이 서로 병행하여 동작하는 경우에, 로봇 본체의 TCP 속도는, 예를 들면, 최고 속도를 초과하는 것을 방지하여 수동 조작에서 완벽하게 안전을 보장할 수 있다.

상기 제어 수단은, 상기 로봇 본체와 상기 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 제어하는 데에 상기 수동 조작 장치가 사용되고, 상기 부가 메커니즘이 로봇 본체와 동작 연결 상태가 아닌 것으로 상기 판단 수단이 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여 각각의 동작 속도가 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 제2제한 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

따라서, 연결되지 않은 상태에서는, 즉, 부가 동작 축의 동작이 로봇 본체의 동작에 영향을 주지 않는 상태에서는, 부가 메커니즘의 부가 동작 축의 팁과 로봇 본체의 TCP 속도는 최고 속도를 초과하지 않도록 개별적으로 제한된다. 따라서, 부가 메커니즘의 속도와 로봇 본체의 TCP 속도는, 특별히 낮게 되지 않는 한, 안전을 보장하기 위해 개별적으로 제어된다.

또한, 양쪽 속도의 합산 값은 스칼라 양이다. 따라서, 상기 속도는, 부가 동작 축의 속도의 스칼라 양을 로봇 본체의 TCP 속도의 스칼라 양에 가산함으로써 산출된다. 따라서, 로봇 본체의 TCP 속도가 최고 속도를 초과하지 않는 것으로 예측할 수 있기 때문에 안전을 향상시킬 수 있는 동시에, 상기 연산 처리가 단순화된다.

로봇 본체 자체뿐만 아니라 부가 메커니즘의 부가 동작 축(또는 부가 축)을 제어하는 기능을 갖는 로봇 제어 장치를 제공하고, 수동 조작에 있어서 안전을 완전하게 보장하게 된다.

도 1 내지 도 4A-도 4C를 참조하여, 이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은, 예를 들면, 본 발명의 본 실시형태에 따른 조립 작업을 실행하는 로봇 시스템(1)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 본 실시형태의 로봇 제어 장치(2)는 로봇 본체(3)를 제어하기에 적합하게 되어 있으며, 동시에 로봇 본체(3)에 부가적으로 구비된 축(즉, 하나 이상의 동작 축)을 제어하기에 적합하게 되어 있다. 티칭 펜던트(4)는, 예를 들면, 외부 장치로서, 로봇 제어 장치(2)에 통신 가능하게 접속되어 있다.

도 4A 내지 도 4C의 각각은, 로봇 본체(3)와 부가 동작 축(또는 간단하게 부가 축)의 모드를 개략적으로 나타낸다. 간략하게 설명하면, 로봇 본체(3)는, 예를 들면, 6개의 축을 갖춘 수직 관절 소형 로봇으로서 구성된다. 또한, 로봇 본체(3) 는 각각 서보 모터에 의해 구동되는 6개의 동작 축(J1 내지 J6)을 갖춘 암(5)을 구비하고 있다. 상기 암(5)은 작업 공구(6)(예를 들면, 공압 구동 척(air-driven chuck))를 갖춘 팁 단부를 구비한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 동작 축(J1 내지 J6)을 위한 서보 모터는 로봇 제어 장치(2)의 로봇 드라이버(7)(6개의 구동 회로를 갖춘)에 의해 제어되기 적합하게 되어 있다.

도 4A의 모드에서, 로봇 본체(3)는, 부가 동작 축으로서 X-축 직선 이동 메커니즘(8)(축 J7)과 Y-축 직선 이동 메커니즘(9)(축 J8)을 구비하고 있다. 간략하게 설명하면, X-축 직선 이동 메커니즘(8)은 X-축 방향에서 직선으로 이동할 수 있는 이동 본체(8a)와, 상기 이동 본체(8a)를 자유롭게 이동시키는 서보 모터를 구비하여 구성되어 있다. 마찬가지로, Y-축 직선 이동 메커니즘(9)은 Y-축 방향에서 직선으로 이동할 수 있는 이동 본체(9a)와, 상기 이동 본체(9a)를 자유롭게 이동시키는 서보 모터를 구비하여 구성되어 있다.

이 모드에서, 로봇 본체(3)의 베이스는 X-축 직선 이동 메커니즘(8)의 이동 본체(8a) 위에 장착되어 있다. 따라서, 전체의 로봇 본체(3)는 상기 메커니즘(8)에 의해 X-축 방향에서 이동하도록 보장되어 있다. Y-축 직선 이동 메커니즘(9)은 로봇 본체(3)와는 독립해서 구비되어 있다. 이동 본체(9a) 위에 유지된 작업물은, 예를 들면, 로봇 본체(3)(X-축 직선 이동 메커니즘(8)뿐만 아니라)와 협동해서 작업하기 위해 Y-축 방향에서 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

도 4B 및 도 4C에 나타낸 모드는 각각 XY 이동 메커니즘(10)을 구비하고 있다. 공지된 바와 같이, XY 이동 메커니즘(10)은 X-축 방향에 연장되는 X-축 이동 기구부(10a)(J7)와 Y-축 방향에 연장되고 상기 X-축 이동 기구부(10a)에 직각인 Y-축 이동 기구부(10b)(J8)를 포함하고 있다. 기구부(10a)는 서보 모터의 구동에 의해 X-축 방향에서 기구부(10b)를 자유롭게 이동하도록 구성되어 있다. 기구부(10b)는 서보 모터의 구동에 의해 Y-축 방향에서 이동 본체(10c)를 자유롭게 이동하도록 구성되어 있다.

도 4B에 나타낸 모드에서, 로봇 본체(3)의 베이스는 XY 이동 메커니즘(10)의 이동 본체(10c) 상에 장착되어 있다. 따라서, 로봇 본체(3) 전체가 XY 이동 메커니즘(10)에 의해 X-축 및 Y-축 방향에서 이동하도록 보장되어 있다. 도 4C에 나타낸 모드에서, XY 이동 메커니즘(10)은 로봇 본체(3)와 독립해서 구비되어 있다. 따라서, 이동 본체(10c) 상에 유지된 작업물은 로봇 본체(3)와 협동해서 작업하기 위해 X-축 및 Y-축 방향에서 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, X-축 및 Y-축 이동 메커니즘(8 및 9)의 부가 동작 축(J7 및 J8)을 위한 서보 모터는, 로봇 제어 장치(2)의 부가 축 드라이버(11)에 의해 제어하기 적합하게 되어 있다. 부가 축 드라이버(11)는 최대로 4개의 부가 동작 축을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

본 실시형태의 로봇 제어 장치(2)는, 직사각형의 상자형 프레임(나타내지 않음)의 구조를 이루고 있으며, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전체를 제어하기 위해 구비되는 제어부(12)와 함께 주(主) 구성품으로서 마이크로컴퓨터를 구비하고 있다. 로봇 제어 장치(2)는, 로봇 드라이버(7) 및 상기한 부가 축 드라이버(11)와, 프로그램 메모리(13), 동작 파라미터 메모리(14) 및 펜던트 인터페이스(I/F)(15)를 포 함하고 있으며, 이들 모두는 상기 제어부(12)에 전기적으로 통신 가능하게 접속되어 있다. 나타내지는 않았지만, 상기 로봇 제어 장치(2)는, 프로그래밍용 컴퓨터뿐만 아니라 이미지 프로세서 및 전원 등의 주변 장치와의 접속을 확보하기 위한 인터페이스도 포함하고 있다.

프로그램 메모리(13)는, 예를 들면, 티칭 펜던트(4) 및 컴퓨터로부터 입력되고 그에 의해 설정되는 로봇의 프로그램을 저장한다. 동작 파라미터 메모리(14)는, 목표 위치로의 로봇 본체(3)의 이동을 위한 목표 위치 데이터를 포함하는 각종 데이터, 및 각종의 파라미터를 저장하기 적합하게 되어 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 메모리(14)는 링크 정보 저장 수단으로서 기능을 하는 소정의 링크 정보를 저장하기 적합하게 되어 있다. 티칭 펜던트(4)는 펜던트 I/F(15)에 통신 가능한 방식으로 접속되도록 구성되어 있다.

티칭 펜던트(4)는, 박형(薄型)이고 사실상 직사각형의 상자형 형상을 이루는 구조이며, 조작자가 조작하기 위해 손으로 운반할 수 있을 정도로 충분히 콤팩트(compact)하게 되어 있다. 이 형상은 모양에 있어서 특별하게 지정하지는 않는다. 티칭 펜던트(4)는, 그 중앙부에, 예를 들면, 각종 스크린 뷰(screen view)를 나타내기 위해, 컬러 액정 디스플레이로 구성된 비교적 대형의 표시부(16)를 구비하고 있다. 상기 표시부(16)의 표면에는 터치 패널이 구비되어 있다. 티칭 펜던트(4)는, 표시부(16)를 따라 위치하여 상기 터치 패널과 함께 키 조작부로서의 역할을 담당하는 각종 조작 키(기계적 스위치)를 구비하고 있다. 키 조작부로부터 입력되는 조작 신호는, 예를 들면, 티칭 펜던트(4)로부터 로봇 제어 장치(2)로 전송되도록 구성되어 있다.

이러한 방법으로, 조작자는, 티칭 펜던트(4)를 사용하여, 로봇 본체(3) 및 이동 메커니즘(8 및 9)의 부가 동작 축(또는 부가 축)(J7 및 J8)의 동작 및 설정과 같은 각종 기능을 실행할 수 있다. 상세하게는, 조작자는 키 조작부를 조작하여 선택을 위해 미리 저장(설정)된 로봇 프로그램의 리스트를 검색하고, 로봇 본체(3) 및 부가 동작 축(J7 및 J8)의 운전을 기동(자동 운전)시킬 수 있다. 또한, 조작자는, 예를 들어, 로봇 프로그램의 각종 파라미터를 설정 또는 변경할 수 있다.

또한, 조작자는 수동 조작 모드를 지시하기 위해 키 조작부를 조작할 수 있다. 수동 조작 모드에서 키 조작부의 조작은, 목표 위치(이동 궤적) 등의 데이터에 기초하여 각종 명령을 지시(또는 직접 교시를 실행)함으로써, 조작자가 로봇 본체(3) 및 이동 메커니즘(8 및 9)의 부가 동작 축(J7 및 J8)의 수동 운전을 실행할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 티칭 펜던트(4)는 조작 수단으로서의 기능을 한다.

제어부(12)는, 그것의 소프트웨어 구성으로써, 예를 들면, 프로그램 메모리(13)에 저장된 로봇 프로그램, 동작 파라미터 메모리(14)에 저장된 각종 데이터 또는 파라미터, 또는 티칭 펜던트(4)로부터의 조작 신호에 응답하여, 로봇 드라이버(7)를 통해서 로봇 본체(3)의 축(J1 내지 J6)의 서보 모터를 구동/제어하기 적합하게 되어 있다. 또한, 제어부(12)는, 부가 축 드라이버(11)를 통해서 부가 동작 축(J7 및 J8)의 서보 모터를 구동/제어하기 적합하게 되어 있다. 따라서, 작업물의 조립 작업은, 예를 들면, 로봇 본체(3) 및 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8) 간의 협동으로 자동적으로 실행될 수 있다.

본 실시형태에서, 조작자가 로봇 본체(3) 및 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8)을 수동으로 조작하기 위해서 티칭 펜던트(4)를 운전하여 수동 조작 모드를 실행하는 경우, 로봇 제어 장치(2)의 제어부(12)는, 안전을 보장하기 위해서, 로봇 본체(3)의 공구 중심점(TCP) 속도가 소정의 최고 속도(예를 들면, 250mm/sec)를 초과하지 않도록 제한하는 속도 제한 수단으로서 기능을 하기에 적합하게 되어 있다.

이 점에 관해서는, 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8)이 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 줄 수 있는 상태에 연결(link)이 있는지 아닌지의 여부를 나타내는 링크 정보(link information)를 미리 설정하도록, 조작자가 티칭 펜턴트(4)를 조작할 수 있다. 미리 설정된 링크 정보는 동작 파라미터 메모리(14)에 저장되기에 적합하게 되어 있다. 도 3은 티칭 펜던트(4)의 표시부(16)를 나타내며, 이것은 링크 정보를 설정하는 스크린 뷰를 나타낸 상태의 것이다. 보이는 바와 같이, 로봇 본체(3)의 개별 동작 축(J1 내지 J6) 및 부가 동작 축(J7)은 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주지 않는 비연결 상태(non-linked state)에 있다.

수동 조작 모드 중의 연결 상태에서는, 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8) 중 하나 또는 모두, 어떤 것이라도, 로봇 본체(3)(로봇 동작 축(J1 내지 J6))의 동작에 영향을 준다. 이러한 경우에, 제어부(12)는, 부가 동작 축의 속도(팁 속도) 및 로봇 본체(3)의 공구 중심점(TCP) 속도(즉, 부가 동작 축의 속도와 로봇 본체(3)의 팁 단부의 속도 모두) 간의 가산(합산)된 속도가, 첨부된 흐름도를 참조하여 후술하는 바와 같이, 소정의 최고 속도를 초과하지 않도록 제한하기 적합하게 되어 있다. 본 실시형태에서, 제한될 가산 속도는, 부가 동작 축의 속도의 스칼라 양과 로봇 본체(3)의 TCP 속도의 스칼라 양 간의 합산 결과로서의 속도를 나타낸다.

반면, 수동 조작 모드에서의 비연결 상태에서는, 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8) 중 어느 것도 로봇 본체(3)(로봇 축(J1 내지 J6))에 영향을 주지 않는다. 이러한 경우에, 제어부(12)는 부가 동작 축(J7 및 J8)의 속도와 로봇 본체(3)의 TCP 속도가 최고 속도를 초과하지 않도록 개별적으로 제한하기에 적합하게 되어 있다. 복수의 부가 동작 축이 링크된 상태에 있는 경우에, 제어부(12)는 복수의 부가 동작 축의 가산 속도가 최고 속도를 초과하지 않도록 제한한다. 또한, 복수의 부가 동작 축이 연결되지 않은 상태에 있는 경우에, 부가 동작 축은 최고 속도를 초과하지 않도록 개별적으로 제한된다.

이하에, 또한 도 2A 및 도 2B를 참조하여 상기 구성의 동작을 설명한다. 도 2A는 로봇 제어 장치(2)에서 실행되는 링크 정보를 설정하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 도 2B는 구동 동작 모드에서 제어부(12)에 의해 실행되는 속도를 제한하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 링크 정보를 설정함에 있어서, 사용자(조작자)는, 티칭 펜던트(4)를 사용하여, 표시부(16) 상에, 링크 정보를 설정하는 스크린 뷰(도 3을 볼 것)를 표시하고, 키 조작부를 조작하여 링크 정보를 입력한다(단계 S1).

이 경우에, 부가 동작 축의 파라미터(예를 들면, 문제의 부가 축이 회전 축이라면 회전 반경)를, 필요하면, 입력한다. 링크 정보의 완료 후에, 입력되어 설정된 링크 정보와 부가 동작 축의 파라미터는 동작 파라미터 메모리(14)에 저장된다(단계 S2). 링크 정보는 반드시 티칭 펜던트(4)를 사용하여 설정하여야만 되는 것은 아니고, 예를 들면, 로봇 제어 장치(2)에 접속할 수 있는 컴퓨터를 통해서 설정할 수도 있다.

도 3은, 링크 정보를 테이블에 표시하여, 링크 정보를 설정하는 스크린 뷰의 예를 나타낸다. 테이블은 수직 방향에 링크 그룹을 나타내는 링크 정보 1, 2, …… 및 5와, 수평 방향에 축 번호(J1 내지 J8)를 나타낸다. 참조 부호 J1 내지 J6은 로봇 본체(3)의 개별 축을 나타내고, 참조 부호 J7 이후는 부가 동작 축을 나타낸다. 링크 정보에 있어서, 연결된 축은 기호 "0"으로 나타내고 연결되지 않은 축은 "X"로 나타낸다. 또한, 테이블의 기호 "-"는 설정이 이미 완료된 것을 나타낸다.

도 4A에 나타낸 모드에서, X-축 직선 이동 메커니즘(8)(부가 축(J7))은 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주는 연결 상태에 있다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 링크 정보 1에서 축 J1 내지 J7은 "0"으로 표시되어 있다. 당연히, 로봇 본체(3)를 구성하는 모든 로봇 축 J1 내지 J6은 연결된 상태에 있다. 다른 한편, 그 동작이 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주지 않는 Y-축 직선 이동 메커니즘(9)(부가 축(J8))은, 연결되지 않은 상태로서 "X"로 나타낸다. 축 J8은 다른 독립 그룹(링크 정보 2)에서 다른 축에 연결되지 않은 것으로 설정되어 있다(유일하게 "0"으로 표시됨).

도 4B에 나타낸 모드에서, XY 이동 메커니즘(10)의 축(J7 및 J8)은 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주는 연결 상태에 있으며, 따라서 모든 축(J1 내지 J8)은 링크 정보 1에서 "0"으로 표시될 것이다. 도 4C에 나타낸 모드에서, XY 이동 메커니즘(10)의 축(J7 및 J8)은 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주지 않는 비연결 상태에 있으며, 따라서 축(J1 내지 J6)은 링크 정보 1에서 "0"으로 표시될 것이며, 부가 동작 축(J7 및 J8)은 연결되지 않은 상태에서 "X"로 표시될 것이다. 이 경우에, 서로 연결된 부가 동작 축(J7 및 J8)은 링크 정보 2에서 "0"으로 표시될 것이다.

상기한 바와 같이 링크 정보가 설정되면, 도 2B의 흐름도에 나타낸 제어(속도 제한)는 수동 조작 모드에서 실행된다. 상세하게는, 수동 조작 모드에서, 조작자는, 로봇 본체(3)와 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8)이 동작할 수 있도록, 티칭 펜던트(4)를 조작하여 명령 신호를 로봇 제어 장치(2)에 입력시킬 수도 있다. 그러면, 단계 S11에서, 동작 파라미터 메모리(14)에 저장된 링크 정보를 참조하여, 부가 동작 축의 존재를 판단한다.

부가 동작 축이 존재하지 않는다면(단계 S11에서 "NO"), 로봇 본체(3)의 TCP(공구 중심점) 속도는 단계 S12에서 산출된다. 반면, 부가 동작 축이 존재한다면(단계 S11에서 "YES"), 부가 동작 축의 팁 속도를 단계 S13에서 산출하는 동시에, 로봇 본체(3)의 TCP 속도를 단계 S14에서 산출한다. 그 다음의 단계 S15에서, 동작 파라미터 메모리(14)에 저장된 링크 정보를 참조하여, 부가 동작 축 중 어느 하나가 로봇 본체(3)에 연결되어 있는 상태로 있는지 아닌지의 여부를 판단한다.

부가 동작 축이 로봇 본체(3)에 연결되어 있지 않은 상태(비연결 상태)로 있다면(단계 S15에서 "NO), 본질적으로, 단계 S12 내지 단계 S14에서 산출된 개별적인 속도는, 단계 S16에서, TCP 속도로 간주한다. 반면, 부가 동작 축이 로봇 본체(3)에 연결되어 있는 상태(연결 상태)로 있다면(단계 S15에서 "YES), 그 다음의 단계 S17에서, 연결 축 및/또는 비연결 축의 존재에 대하여 판단이 이루어진다.

단계 S17의 판단 처리에 근거하여, 본질적으로, 각각의 비연결 축에 대하여, 산출된 속도는, 단계 S16에서, TCP 속도로 만든다. 연결된 축에 대하여, 단계 S13 및 단계 S14에서 얻은 속도의 스칼라 양을 합산하여 산출된 속도는, 단계 S18에서, TCP 속도로 한다. 그 다음, 단계 S19에서, 각각의 TCP 속도가 최고 속도(예를 들면, 250mm/sec)를 초과하지 않으며 이전에 프로그램 메모리(13)에 저장되어 있는 소정의 알고리즘에 근거하여 최고 속도보다도 작거나 같은 요구 속도로 설정되도록, 로봇 본체(3)와 부가 동작 축을 제어한다.

따라서, 도 4A의 모드에서, 예를 들면, 로봇 본체(3)의 TCP 속도의 스칼라 양과 X-축 직선 이동 메커니즘(8)의 팁 속도(이동 본체(8a)의 속도)의 스칼라 양의 합은, 최고 속도를 초과하지 않도록 제한된다. 이 제한에 독립해서, Y-축 직선 이동 메커니즘(9)의 팁 속도(이동 본체(9a)의 속도)는 최고 속도를 초과하지 않도록 제한된다.

도 4B의 모드에서, 로봇 본체(3)의 TCP 속도의 스칼라 양과 XY 이동 메커니즘(10)의 팁 속도(이동 본체(10c)의 속도)의 스칼라 양의 합은, 최고 속도를 초과 하지 않도록 제한된다. 또한, 도 4C의 모드에서, 로봇 본체(3)의 TCP 속도는 최고 속도를 초과하지 않도록 제한된다. 이 제한에 독립해서, XY 이동 메커니즘(10)의 팁 속도는 최고 속도를 초과하지 않도록 제한된다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8)의 동작이 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주는 연결 상태에 있어서는, 로봇 본체(3) 및 부가 동작 축(J7 및 J8)을 동작시키는 수동 조작 모드에서, 부가 동작 축(J7 및 J8)의 속도 및 로봇 본체(3)의 TCP 속도 모두가 최고 속도를 초과하지 않도록 제한된다. 다시 말해, 가산 속도는 안전을 보장할 수 있도록 제한된다.

한편, 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8)의 동작이 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주지 않는 비연결 상태에 있어서는, 부가 동작 축(J7 및 J8)의 속도 및 로봇 본체(3)의 TCP 속도가 최고 속도를 초과하지 않도록 개별적으로 제한된다. 따라서, 부가 동작 축(J7 및 J8)의 속도 및 로봇 본체(3)의 TCP 속도는, 특별하게 낮아지지 않으면서, 안전을 보장하기 위해 개별적으로 제어된다.

본 실시형태에 의하면, 로봇 본체(3)와 이동 메커니즘(8 내지 10)의 부가 동작 축(J7 및 J8)과의 병행 동작은, 로봇 본체(3)의 TCP 속도가 최고 속도를 초과하는 것을 허용하지 않음으로써, 수동 조작에 있어서, 안전을 완벽하게 보장하는 현저한 이점을 제공한다. 본 실시형태에서, 특히, 부가 동작 축(J7 및 J8) 및 연결 상태의 로봇 본체(3) 간의 가산된 속도는, 전자(前者)의 동작 속도의 스칼라 양과 후자(後者)의 TCP 속도의 스칼라 양을 합산함으로써 산출하기 때문에, 연산 처리를 단순화할 수 있다. 또한, 로봇 본체(3)의 TCP 속도는, 예를 들면, 최고 속도를 초과하지 않는 것으로 예측할 수 있기 때문에, 안전을 더욱 향상시킬 수 있다.

(기타 실시형태)

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 기타 실시형태를 나타낸다. 도 5A 및 도 5B의 각각은, 도 4A 내지 도 4C를 참조하는 상기한 실시형태에서 설명한 부가 동작 축(즉, 직선 축)과는 상이한 부가 축을 구비하고 있는 모드를 나타낸다. 상세하게는, 도 5A의 모드에서, 디스크형 회전 테이블(21)(부가 동작 축(J7)을 구성하는)이 부가 동작 축으로서 사용되며, 로봇 본체(3)는 상기 회전 테이블(21) 상에 탑재된다. 회전 테이블(21)은 서보 모터(21a)에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 회전 테이블(21)은 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주는 연결 상태에 있다.

이러한 회전 테이블(21)이 부가 동작 축으로서 구비되어 있는 경우, 부가 축의 회전 반경 및 기어비(gear ratio)와 같은 파라미터가, 도 2A에 나타낸 흐름도의 단계 S1에서, 부가 축 파라미터로서 입력된다. 부가 축의 팁 속도는 회전 반경과 기어비(속도 감소비)로부터 용이하게 산출될 수 있다. 대안적으로, 도 5A에 나타낸 모드에서는, 입력될 파라미터는, 본질적으로 회전 테이블(21)의 회전 반경의 전체인 최대 회전 반경과, 로봇 본체(3)의 암(5)의 최대 길이, 및 작업 공구(6)의 최대 길이이어도 좋다. 따라서, 로봇 본체(3)와 회전 테이블(21)의 모든 속도를 용이하게 산출할 수 있다.

도 5B에 나타낸 모드는, 부가 동작 축(J7)으로서 서보 핸드(servo hand)(22)를 이용한다. 서보 핸드(22)는, 로봇 본체(3)의 암(5)의 선단에 부착된 작업 공구 로서의 역할을 하며, 도시하지 않는 서보 모터에 의해 구동되는 회전축을 구비하고 있다. 상기 서보 핸드(22)(부가 동작 축(J7)을 구비하는)는, 로봇 본체(3)의 동작에 영향을 주는 연결 상태에 있다. 이 경우에, 부가 축 파라미터로서, 서보 핸드(22)만의 회전 반경이 입력된다.

상기한 실시형태에는, 로봇 본체 및 부가 동작 축을 수동 조작하기 위한 조작 수단으로서, 티칭 펜던트(4)를 이용하였다. 상기 티칭 펜던트(4)를 대신하여, 수동 조작을 위해서 컴퓨터(예를 들면, 키보드나 마우스)를 이용할 수도 있다. 또한, 티칭 펜던트는 표시부(16)를 구비하지 않는 비교적 간단한 구성이어도 좋다. 또한, 링크 정보는, 로봇 본체 및 부가 동작 축을 수동 조작하는 장치에서 분리된 장치를 사용하여 설정하여도 좋다.

상술한 실시형태에 있어서, 로봇 본체는 관절형 암을 구비한 것으로 한정되지 않고, 단일 조인트형의 암을 구비하여도 좋다. 상술한 실시형태에서, 부가 메커니즘으로서, X-축 직선 이동 메커니즘(8), Y-축 직선 이동 메커니즘(9), XY 이동 메커니즘(10), 디스크형 회전 테이블(21), 및 서보 핸드(22) 중의 2개 이상을 적절하게 원하는 방식으로 조합하여도 좋다.

결론적으로, 로봇 시스템(1) 전체의 구성이나, 로봇 본체(3)의 구성, 로봇 제어 장치(2)의 형상이나 구조 등에 대해서도, 여러 가지의 변형이 가능하게 되는 등, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 본 발명을 적당히 변경해서 실시할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 로봇 제어 장치의 전기적 구성을 나타내는 개략 블록도.

도 2A는 링크 정보를 설정하는 과정을 나타내는 흐름도.

도 2B는 속도를 제한하는 과정을 나타내는 흐름도.

도 3은 링크 정보를 설정하는 스크린 뷰(screen view)를 나타내는 도면.

도 4A 내지 도 4C는 로봇 본체와 부가 동작 축 사이의 상이한 모드, 또는 상이한 관계를 각각 나타내는 도면.

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 도면으로서, 즉, 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 것과는 상이한, 로봇 본체와 부가 동작 축 사이의 모드, 또는 관계를 각각 나타내는 도면.

Claims

제어될 동작 축을 갖춘 로봇 본체와 상기 로봇 본체에 부가되고 제어될 부가 동작 축(additional operation axis)을 갖춘 부가 메커니즘(additional mechanism)을 구비한 로봇을 위한 제어 장치로서,

사용자가 상기 로봇 본체 및 상기 부가 메커니즘의 동작을 수동으로 조작할 수 있게 하는 수동 조작 장치와,

상기 부가 메커니즘의 동작이 상기 로봇 본체의 동작과 연결된 상태를 동작 연결 상태라고 할 때, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인지 아닌지의 여부를 판단하는 판단 수단과,

상기 로봇 본체와 상기 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 제어하는 데에 상기 수동 조작 장치가 사용되고, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인 것으로 상기 판단 수단이 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부(tip end)와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 소정의 최고 속도 이내로 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여, 상기 동작 속도의 합산 값이 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 제1제한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제2항에 있어서,

상기 합산 값은 스칼라 양인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 소정의 최고 속도는 250mm/sec의 속도인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제2항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 로봇 본체와 상기 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 제어하는 데에 상기 수동 조작 장치가 사용되고, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태가 아닌 것으로 상기 판단 수단이 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여, 각각의 동작 속도가 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 제2제한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제5항에 있어서,

상기 판단 수단은, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인지 아닌지의 여부를 나타내는 정보를 저장하는 저장부와, 상기 저장부로부터 상기 제1 및 제2제한 수단에 의해 실행된 제한에 대한 정보를 판독하는 판독 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 로봇 본체는 상기 동작 축을 나타내는 관절형 암(articulated arm)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제7항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여, 상기 동작 속도의 합산 값이 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 제한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제8항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 로봇 본체와 상기 부가 메커니즘의 동작을 서로 병행하여 수동으로 제어하는 데에 상기 수동 조작 장치가 사용되고, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태가 아닌 것으로 상기 판단 수단이 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여, 각각의 동작 속도가 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 제한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제9항에 있어서,

상기 합산 값은 스칼라 양인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 로봇 본체는 상기 팁 단부를 갖춘 하나의 암을 포함하고, 상기 부가 메커니즘은 X-축 직선 이동 메커니즘, Y-축 직선 이동 메커니즘, XY 이동 메커니즘, 회전 테이블, 및 상기 암의 상기 팁 단부에 부가된 서보 핸드(servo hand) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
제어될 동작 축을 갖춘 로봇 본체와, 상기 로봇 본체에 부가되고 제어될 부가 동작 축을 갖춘 부가 메커니즘을 구비한 로봇의 동작을 제어하는 방법으로서,

상기 부가 메커니즘의 동작이 상기 로봇 본체의 동작과 연결된 상태를 동작 연결 상태라고 할 때, 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인지 아닌지의 여부를 판단하는 단계, 및

상기 로봇의 동작이 수동으로 조작되고 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태인 것으로 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 소정의 최고 속도 이내로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 동작 제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 제어 단계는, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여, 상기 동작 속도의 합산 값이 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 동작 제어 방법.
제13항에 있어서,

상기 로봇의 동작이 수동으로 조작되고 상기 부가 메커니즘이 상기 로봇 본체와 동작 연결 상태가 아닌 것으로 판단한 경우에, 상기 로봇 본체의 동작 축의 팁 단부와 상기 부가 메커니즘의 부가 동작 축의 양쪽 모두의 동작 속도를 제한하여, 각각의 동작 속도가 소정의 최고 속도 이하가 되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 동작 제어 방법.