KR20070122271A

KR20070122271A - 로봇 자세 제어 시스템 및 로봇 자세 제어 방법

Info

Publication number: KR20070122271A
Application number: KR1020060057618A
Authority: KR
Inventors: 강병훈; 김종진
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-12-31

Abstract

로봇 자세 제어 시스템 및 로봇 자세 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 로봇 자세 제어 시스템은, 물체를 촬영하여 물체의 영상 정보를 얻도록 설치된 화상 카메라; 단부에 작업용 공구가 장착되며, 기저 좌표를 중심으로 적어도 1 자유도를 가진 상태로 동작하는 로봇; 작업용 공구에 인접되게 로봇에 고정 설치되는 보정 지그; 및 화상 카메라가 촬영한 좌표를, 기저 좌표를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 다수개의 작업 대상 물체에 따라 적응적으로 로봇의 동작 패턴을 변경시킬 수 있으며, 이에 따라 종래보다 자동화 공정 효율이 향상될 수 있다.

로봇, 자동화, 자세 제어, 보정 지그, 캘리브레이션

Description

로봇 자세 제어 시스템 및 로봇 자세 제어 방법{System for controlling position of robot and method for controlling thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 자세 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.

도 2는 도 1의 로봇 자세 제어 시스템에 구비된 보정 지그의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.

도 3은 도 1의 로봇 자세 제어 시스템에 구비된 로봇의 자유도 다이어그램이다.

도 4는 도 1의 도 1의 로봇 자세 제어 시스템으로 기준 물체의 기준 좌표를 얻는 과정을 도시한 개략적 모식도이다.

도 5는 도 4의 기준 좌표와 작업 좌표의 차이를 얻는 과정을 도시한 개략적 모식도이다.

도 6은 도 1의 로봇 자세 제어 시스템의 자세 제어 방법을 도시한 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 화상 카메라 120 : 로봇

121 : 제1 관절 122 : 제2 관절

123 : 제3 관절 124 : 작업 공구

130 : 보정 지그 140 : 제어부

본 발명은 로봇 자세 제어 시스템 및 로봇 자세 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수개의 작업 대상 물체에 따라 적응적으로 로봇의 동작 패턴을 변경시킬 수 있으며, 이에 따라 종래보다 자동화 공정 효율이 향상될 수 있는 로봇 자세 제어 시스템 및 로봇 자세 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차, 산업용 기계, 반도체 칩 및 기타 전자부품 등의 생산 및 조립은, 획일적이면서도 정밀한 작업을 요구하기 때문에 로봇을 이용한 자동화 시스템에 의하여 이루어지는 것이 일반적이다. 산업용 로봇은 한번 교시하여 놓은 위치와 자세를, 로봇이 허용하는 정밀도 내에서 반복적으로 수행할 수 있기 때문에, 정밀성이 요구되는 반복 작업이 필요한 생산 라인에서의 필요성이 날로 증가하고 있다.

그런데, 종래의 산업용 로봇은, 작업 대상 물체별로 작업자가 수동으로 로봇을 움직여가며 로봇의 동작 패턴에 대한 위치와 자세 정보를 일일이 입력해야 하는 문제점이 있었다.

이에 대한 해결책으로, 작업 대상 물체의 좌표를 측정할 수 있도록 화상 카메라를 통하여 작업 대상 물체의 좌표를 로봇에게 교시하여 로봇의 동작 패턴을 조 정하고자 노력하였다. 그러나, 작업 대상 물체의 좌표가 화상 카메라를 기준으로 한 화상 카메라 좌표계로 측정이 됨에 따라, 작업 대상 물체가 바뀔 때마다 로봇의 동작 패턴을 새로 세팅(setting)해주어야 하기 때문에 작업 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 다수개의 작업 대상 물체에 따라 적응적으로 로봇의 동작 패턴을 변경시킬 수 있으며, 이에 따라 종래보다 자동화 공정 효율이 향상될 수 있는 로봇 자세 제어 시스템 및 로봇 자세 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 물체를 촬영하여 물체의 영상 정보를 얻도록 설치된 화상 카메라; 단부에 작업용 공구가 장착되며, 기저 좌표를 중심으로 적어도 1 자유도를 가진 상태로 동작하는 로봇; 작업용 공구에 인접되게 로봇에 고정 설치되는 보정 지그; 및 화상 카메라가 촬영한 좌표를, 기저 좌표를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템에 의하여 달성된다.

여기서, 제어부는, 화상 카메라가 얻은 기준 물체의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환시키고, 화상 카메라가, 기준 물체의 적어도 3점에 대응되는 작업 대상 물체의 적어도 3점을 촬영하여 얻은 작업 좌표를 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환시키고, 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표의 차이에 기초하여 로봇의 동작 패턴을 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 제어부는, 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표를, 하기 일반식에 의하여 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 것이 바람직하다.

(x_R, y_R, z_R) = A*B*(x_C, y_C, z_C)……………………… (일반식)

여기서, (x_R, y_R, z_R)는 물체의 로봇 좌표계의 좌표이고, A는 기저 좌표로부터 로봇의 단부까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 기구부 변환행렬이고, B는 로봇의 단부로부터 보정 지그까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 TCP 변환행렬이고, (x_C, y_C, z_C)는 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표임.

이 경우, 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표는, 보정 지그로부터 물체까지의 위치 벡터로서, 화상 카메라를 기준으로 한 카메라 좌표계의 좌표 및 보정 지그를 기준으로 한 보정 지그 좌표계의 좌표 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

그리고, 보정 지그는, 로봇의 단부에 강체에 의하여 연결된 것이 바람직하다.

또한, 화상 카메라는 2대이며 2대의 화상 카메라가 보정 지그를 통하여 물체의 3차원 좌표를 얻을 수 있으며, 화상 카메라는 1대이며 1대의 화상 카메라가 미리 설정된 좌표를 따라 움직이면서 보정 지그를 통하여 물체를 촬영하여 물체의 3차원 좌표를 얻을 수도 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, (a) 적어도 2대 이상의 화상 카메라로, 기저 좌표를 중심으로 미리 설정된 동작 패턴을 따라 동작하는 로봇의 단부에 고정 설치된 보정 지그를 통하여 기준 물체를 촬영하여, 기준 물체의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 얻는 단계; (b) 기준 좌표를, 기저 좌표를 기준으로 한 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환시키는 단계; (c) 화상 카메라로 작업 대상 물체를 촬영하여, 기준 물체의 적어도 3점에 대응되는 3점의 작업 좌표를 얻는 단계; (d) 작업 좌표를, 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환시키는 단계; 및 (e) 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표의 차이에 기초하여 로봇의 동작 패턴을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 방법에 의하여도 달성된다.

여기서, (b) 단계 및 (d) 단계는, 하기 일반식에 의하여 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 것이 바람직하다.

(x_R, y_R, z_R) = A*B*(x_C, y_C, z_C)……………………… (일반식)

여기서, 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표는, 보정 지그로부터 물체까지의 위치 벡터로서, 화상 카메라를 기준으로 한 카메라 좌표계의 좌표 및 보정 지그를 기준으로 한 보정 지그 좌표계의 좌표 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 자세 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이고, 도 2는 도 1의 로봇 자세 제어 시스템에 구비된 보정 지그의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이고, 도 3은 도 1의 로봇 자세 제어 시스템에 구비된 로봇의 자유도 다이어그램이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 자세 제어 시스템(100)은, 물체(1)의 영상을 촬영하여 물체(1)의 좌표를 얻는 2대의 화상 카메라(110)와, 기저 좌표(O_R)를 중심으로 4 자유도를 갖는 상태로 소정의 동작 패턴을 따라 동작하며 단부(120a)에 작업용 공구(124)가 부착된 로봇(120)과, 로봇(120)의 단부(120a)에 고정 설치된 보정 지그(130)와, 화상 카메라(110)가 촬영한 물체(1)의 좌표를 기저 좌표(O_R)를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 제어부(140)를 구비한다.

화상 카메라(110)는, 2대가 1 세트로 구비되어 후술할 바와 같은 보정 지그(130)를 통하여 물체(1)의 영상을 촬영함으로써, 그 물체(1)의 3차원 좌표를 얻을 수 있는 구성 요소이다. 화상 카메라(110)로서, 전하결합소자(CCD : Charge-Coupled Device) 카메라를 사용할 경우, 전하의 축적에 의한 영상의 저장과 전하의 이동에 의한 영상의 전송이 가능하여 고집적화에 유리하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 아니한다.

도 2를 참조하여, 화상 카메라(110)가 보정 지그(130)를 통하여 물체(1)의 3차원 좌표를 얻는 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다. 다만, 화상 카메라(110)가 촬영한 물체(1)의 3차원 좌표는, 화상 카메라(110)를 기준으로 한 좌표가 될 수도 있고, 보정 지그(130)를 기준으로 한 좌표가 될 수도 있는데, 여기서는 보정 지그(130)를 기준으로 한 좌표로 설명하기로 한다. 즉, 화상 카메라(110)의 위치를 (0, 0, 0)으로 하여 물체(1)의 3차원 좌표를 구할 수도 있지만, 편의상 보정 지그(130)의 원점(O_C)을 (0, 0, 0)으로 하여 물체(1)의 3차원 좌표를 구하는 것으로 설명하기로 한다.

화상 카메라(110)는, 물체(1)의 영상을 1면의 사진으로만 촬영할 수 있기 때문에 그 물체(1)의 사진으로부터 2차원 정보 즉, (x, y)를 얻을 수 있다. 따라서, 보정 지그(130, Calibration Jig)를 통하여 영상 처리함으로써 물체(1)의 3차원 정보를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 화상 카메라(110)를 이용하여 물체(1)의 3차원 정보를 얻기 위하여는, 1) 고정된 2대의 화상 카메라(110)로 고정된 보정 지그(130)를 측정하여 3차원 정보를 얻거나, 2) 고정된 1대의 화상 카메라(110)로 움직이는 보정 지그(130)를 측정하여 3차원 정보를 얻거나, 3) 움직이는 1대의 화상 카메라(110)로 고정된 보정 지그(130)를 측정하여 3차원 정보를 얻을 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정된 2대의 화상 카메라(110)가 보정 지그(130)를 통하여 한 점(P)을 촬영하면, 그 사진으로부터 보정 지그(130)의 원점(O_C)을 기준으로 한 3차원 좌표(x, y, z)를 얻을 수 있는 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 로봇(120)은 기저 좌표(O_R, 基底座標)를 중심으로 4 자유도를 갖는 상태로 소정의 동작 패턴을 따라 동작하는 구성 요소이다. 자유 도(DOF : Degree Of Freedom)란, 역학 시스템에서 주어진 구속 조건을 위배함이 없이 자유로이 움직일 수 있는 가지수를 의미한다. 따라서, 시스템에 어떠한 구속 조건도 없이 자유롭게 놓여진 강체는 6 자유도(3축 병진 운동 및 3축 회전 운동)를 가진다. 도 3에서는 로봇(120)이 4 자유도를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 로봇의 동작 패턴 또는 작업 목적 등에 따라 해당 자유도는 용이하게 변경될 수 있다.

로봇(120)은, 기저 좌표(O_R)에 회전 가능하게 연결된 제1 관절(121)과, 제1 관절(121)과 상대회전 가능하게 연결된 제2 관절(122)과, 일단이 제2 관절(122)과 상대회전 가능하게 연결되고 타단이 로봇(120)의 단부(120a)를 이루는 제3 관절(123)과, 제3 관절(123)에 상대회전 가능하게 연결되어 소정의 작업 목적(예를 들어서, 용접, 드릴 및 펀칭 등)에 따라 구비된 작업 공구(124)를 구비한다. 작업 공구(124)는 작업 목적에 따라 자유롭게 탈착될 수 있는 것이 일반적이므로, 용접, 드릴 및 펀칭 등의 어떠한 종류의 작업 공구를 구비한다고 하더라도 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다. 로봇(120)은, 로봇(120)의 생산 과정에서 이미 로봇(120)의 기저 좌표(O_R)로부터 로봇(120)의 단부(120a)까지의 위치 벡터가 제공되어 있다. 이 위치 벡터는 후술할 바와 같은 로봇 기구부 변환행렬(A)로 사용되는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다. 또한, 이하에서는 로봇(120)의 기저 좌표(O_R)를 원점 즉, (0, 0, 0)으로 한 좌표계를 로봇 좌표계라 약칭하기로 한다.

보정 지그(130, Calibration Jig)는, 로봇(120)의 단부(120a)에 강체(Rigid Body)에 의하여 연결된다. 도 3에서는 보정 지그(130)가 정방형의 격자 구조로 이 루어진 것으로 도시되어 있지만, 화상 카메라(110)의 보정(Calibration)에 사용되어 화상 카메라(110)에 3차원 정보를 제공할 수만 있다면, 어떠한 형상으로 이루어지더라도 무방하다 할 것이다. 보정 지그(130)는, 로봇(120)의 단부(120a)에 강체로 연결되어 있기 때문에, 로봇(120)의 단부(120a)로부터 보정 지그(130)까지의 위치 벡터를 쉽게 알 수 있다. 이 위치 벡터는 후술할 바와 같은 로봇 TCP 변환행렬(B)로 사용되는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다.

제어부(140)는, 화상 카메라(110)가 촬영한 물체(1)의 좌표를 하기 일반식 1에 의하여 기저 좌표(O_R)를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 구성 요소이다.

(x_R, y_R, z_R) = A*B*(x_C, y_C, z_C)……………………… (일반식 1)

여기서, (x_R, y_R, z_R)는 물체(1)의 로봇 좌표계의 좌표이고, A는 기저 좌표(O_R)로부터 로봇(120)의 단부(120a)까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 기구부 변환행렬이고, B는 로봇(120)의 단부(120a)로부터 보정 지그(130)까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 TCP 변환행렬이고, (x_C, y_C, z_C)는 화상 카메라(110)가 촬영한 물체(1)의 좌표를 의미한다.

즉, 제어부(140)는, 화상 카메라(110)가 촬영한 물체(1)의 보정 지그(130)를 기준으로 한 보정 지그 좌표계의 3차원 좌표를 로봇 TCP 변환행렬(B)을 이용하여 로봇 단부(120a)를 기준으로 한 3차원 좌표로 변환시키고, 이어서 로봇 기구부 변 환행렬(A)을 이용하여 기저 좌표(O_R)를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 것이다.

본 발명은, 보정 지그(130)의 원점(O_C)을 기준으로 한 보정 지그 좌표계로 측정된 물체(1)의 좌표를, 로봇(120)의 기저 좌표(O_R)를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환하여, 로봇(120)의 동작 패턴을 적응적으로 조정할 수 있도록 하는 것이므로, 보정 지그 좌표계로 측정된 물체(1)의 좌표를 로봇 좌표계의 좌표로 변환하기 위한 변환 행렬이 필요하다. 이 변환행렬이, 전술한 바와 같은 로봇 기구부 변환행렬(A)과 로봇 TCP 변환행렬(B)이다.

로봇 기구부 변환행렬(A)은, 로봇(120)의 기저 좌표(O_R)로부터 로봇의 단부(120)까지의 위치 벡터를 행렬로 표현한 것인데, 이 로봇 기구부 변환행렬(A)은 로봇(120)의 생산과정에서 이미 제공되는 것이다. 또한, 로봇 TCP(Tool Center Point) 변환행렬(B)은, 로봇(120)의 단부(120a)로부터 보정 지그(130)까지의 위치 벡터를 행렬로 표현한 것인데, 이 로봇 TCP 변환행렬(B)은 보정 지그(130)가 로봇의 단부(120a)에 강체에 의하여 고정 설치되어 있기 때문에 측정을 통하여 용이하게 얻을 수 있다.

따라서, 화상 카메라(110)로 물체(1)의 좌표를 측정함으로써 얻은 3차원 좌표(보정 지그 좌표계)는, 상기 일반식 1을 통하여 로봇 좌표계의 3차원 좌표로 변환될 수 있는 것이다.

제어부(140)는, 기준 물체(2, 도 4에 도시됨)의 기준점에 대한 기준 좌표를 화상 카메라(110)로 측정하여 상기 일반식 1을 통하여 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환시키고, 작업 대상 물체(3, 도 5에 도시됨)의 대응점에 대한 작업 좌표를 화상 카메라(110)로 측정하여 상기 일반식 1을 통하여 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환시켜서, 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표의 차이를 계산하여 로봇(120)의 동작 패턴에 적응적으로 반영시킴으로써, 작업 대상 물체(2)에 따라 로봇(120)의 동작 패턴이 즉각적이고 적응적으로 조정될 수 있도록 한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

제어부(140)는, 로봇 자세 제어 시스템(1)의 기계적, 전기적 동작을 전반적으로 제어하는 것으로서, 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로프로세서(Micro Processor), 마이크로 콘트롤러(Micro Controller) 등으로 이루어지거나, 이들을 포함하여 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 자세 제어 시스템의 자세 제어 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 후술할 바와 같은 기준 물체(2)와 작업 대상 물체(3)는 자동차의 전면 유리로 가정하고, 로봇(120)의 작업은 자동차의 전면 유리를 자동차의 골격에 기구적 결합 및 용접 등에 의하여 고정 결합시키는 작업 공정을 의미하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

도 4는 도 1의 도 1의 로봇 자세 제어 시스템으로 기준 물체의 기준 좌표를 얻는 과정을 도시한 개략적 모식도이고, 도 5는 도 4의 기준 좌표와 작업 좌표의 차이를 얻는 과정을 도시한 개략적 모식도이고, 도 6은 도 1의 로봇 자세 제어 시 스템의 자세 제어 방법을 도시한 순서도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 자세 제어 시스템(1)의 자세 제어 방법(S100)은, 화상 카메라(110)로 기준 물체(2)의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 얻는 단계(S110)와, 보정 지그 좌표계의 기준 좌표를 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환하는 단계(S120)와, 화상 카메라(110)로 작업 대상 물체(3)의 적어도 3점에 대한 작업 좌표를 얻는 단계(S130)와, 보정 지그 좌표계의 작업 좌표를 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환하는 단계(S140)와, 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표를 비교하여 그 차이를 연산하는 단계(S150)와, 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표의 차이를 바탕으로 로봇(120)의 동작 패턴을 조정하는 단계(S160)를 구비한다.

화상 카메라(110)로 기준 물체(2)의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 얻는 단계(S110)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기준 물체(2)의 임의의 3점(P₁₀, P₂₀, P₃₀)에 작업 공구(124)를 접촉시켜 화상 카메라(110)로 그 점들을 촬영함으로써, 보정 지그 좌표계에서의 점들의 3차원 좌표를 얻는 단계를 의미한다. 전술한 바와 같이, 2대의 화상 카메라(110)와 보정 지그(130)를 이용하여 작업 공구(124)가 접촉된 점들의 3차원 좌표는 용이하게 얻을 수 있다. 기준 물체(2)의 기준 좌표의 대상이 되는 적어도 3점은, 화상 카메라(110)가 식별하기 용이하도록 특징적인 형상(모서리, 꼭지점, 구멍 및 돌출부 등)을 가지는 점으로 선정하는 것이 바람직하다.

도 4에서는, 기준 물체의 3점(P₁₀, P₂₀, P₃₀)에 대한 기준 좌표를 얻는 것으로 도시되어 있지만, 오차를 줄이고 신뢰도를 높이기 위하여 4점 또는 5점에 대한 기준 좌표를 얻을 수도 있다. 즉, 물체의 위치나 자세에 대한 3차원 정보를 확정짓기 위하여는 적어도 3점에 대한 좌표를 얻어야 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 아니하며, 오차를 줄이고 신뢰도를 높이기 위하여 그보다 많은 수의 점에 대한 좌표를 얻을 수도 있는 것이다.

기준 물체(2)의 기준 좌표를 얻고 나면, 보정 지그 좌표계의 그 기준 좌표들을 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환을 한다. 보정 지그 좌표계의 그 기준 좌표들을 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환하는 단계(S120)는, 기준 물체(2)의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 얻은 후 그 기준 좌표를 상기 일반식 1에 의하여 기저 좌표(O_R)를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환하는 단계를 의미한다. 따라서, 보정 지그 좌표계의 기준 좌표(P₁₀, P₂₀, P₃₀)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각각

,

으로 변환되는 것이다.

다음으로, 화상 카메라(110)로 작업 대상 물체(3)의 적어도 3점에 대한 작업 좌표를 얻는다. 화상 카메라(110)로 작업 대상 물체(3)의 적어도 3점에 대한 작업 좌표를 얻는 단계(S130)는, 작업 대상 물체(3)의 3점에 작업 공구(124)를 접촉시켜 화상 카메라(110)로 그 점들을 촬영함으로써, 보정 지그 좌표계에서의 점들의 3차원 좌표를 얻는 단계를 의미한다. 이 경우, 작업 대상 물체(3)의 3점은 기준 물체(2)의 3점에 대응되는 3점이어야 한다. 즉, 기준 물체(2)의 3점에 대응되는 작업 대상 물체(3)의 3점의 좌표를 얻음으로써, 기준 물체(2)의 3점이 작업 대상 물 체(3)에서 얼마만큼 이동하거나(shift), 뒤틀리거나(twisting), 기울어졌는지(tilting)를 측정할 수 있는 것이다. 따라서, 화상 카메라(110)로 기준 물체(2)의 4점에 대한 기준 좌표를 얻었으면, 작업 대상 물체(3)는 기준 좌표에 대응되는 4점에 대한 작업 좌표를 얻어야 하는 것이다.

작업 대상 물체(3)의 작업 좌표를 얻고 나면, 보정 지그 좌표계의 작업 좌표를 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환을 한다. 보정 지그 좌표계의 작업 좌표를 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환하는 단계(S140)는, 작업 대상 물체(3)의 적어도 3점에 대한 작업 좌표를 얻은 후 그 작업 좌표를 상기 일반식 1에 의하여 기저 좌표(O_R)를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환하는 단계를 의미한다. 따라서, 보정 지그 좌표계의 기준 좌표(P₁₁, P₂₁, P₃₁)는 도 5에 도시된 바와 같이, 각각

,

로 변환되는 것이다.

전술한 과정을 통하여, 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표를 얻고 나면, 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표를 비교하여 그 차이를 얻는다. 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표를 비교하여 그 차이를 연산하는 단계(S150)는, 도 5 및 하기 일반식들에 의하여 이루어진다.

…………………………… (일반식 2)

…………………………… (일반식 3)

…………………………… (일반식 4)

상기 일반식 2 내지 4에 의하여 얻어진 변환 기준 좌표와 변환 작업 좌표의 차이는, 로봇(120)의 동작 패턴에 그대로 반영됨으로써, 기준 대상 물체(2)를 기준으로 세팅되어 있던 로봇(120)의 동작 패턴이 작업 대상 물체(3)에 적합하게 조정될 수 있다.

즉, 이와 같은 과정을 통하여, 많은 수의 작업 대상 물체(3)들에 따라 작업자가 일일이 로봇(120)의 동작 패턴을 수정 입력하였던 종래의 문제점이 해결되고, 작업 대상 물체(3)들에 따라 적응적으로 로봇(120)의 동작 패턴이 자동으로 용이하게 조정되는 장점을 갖게 되는 것이다.

전술한 실시 예에서는, 2대의 고정된 화상 카메라(110)와 보정 지그(130)를 이용하여 물체(1)의 3차원 정보를 얻는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 아니하며, 전술한 바와 같이 1대의 화상 카메라(110)가 미리 설정된 좌표를 따라 이동하면서 보정 지그(130)를 이용하여 물체(1)의 3차원 정보를 얻을 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 상기와 같은 특정 실시 예에 한정되지는 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 특허청구범위의 내용의 범주에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다수개의 작업 대상 물체에 따라 적응적으로 로봇의 동작 패턴을 변경시킬 수 있으며, 이에 따라 종래보다 자동화 공정 효율이 향상될 수 있다.

Claims

물체를 촬영하여 상기 물체의 영상 정보를 얻도록 설치된 화상 카메라;

단부에 작업용 공구가 장착되며, 기저 좌표를 중심으로 적어도 1 자유도를 가진 상태로 동작하는 로봇;

상기 작업용 공구에 인접되게 상기 로봇에 고정 설치되는 보정 지그; 및

상기 화상 카메라가 촬영한 좌표를, 상기 기저 좌표를 기준으로 한 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 화상 카메라가 얻은 기준 물체의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 상기 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환시키고,

상기 화상 카메라가, 상기 기준 물체의 적어도 3점에 대응되는 작업 대상 물체의 적어도 3점을 촬영하여 얻은 작업 좌표를 상기 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환시키고,

상기 변환 기준 좌표와 상기 변환 작업 좌표의 차이에 기초하여 상기 로봇의 동작 패턴을 조정하는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표를, 하기 일반식에 의하여 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.

(x_R, y_R, z_R) = A*B*(x_C, y_C, z_C)……………………… (일반식)

여기서, 상기 (x_R, y_R, z_R)는 물체의 상기 로봇 좌표계의 좌표이고, 상기 A는 상기 기저 좌표로부터 상기 로봇의 단부까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 기구부 변환행렬이고, 상기 B는 상기 로봇의 단부로부터 상기 보정 지그까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 TCP 변환행렬이고, 상기 (x_C, y_C, z_C)는 상기 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표임.
제 3항에 있어서,

상기 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표는,

상기 보정 지그로부터 상기 물체까지의 위치 벡터로서, 상기 화상 카메라를 기준으로 한 카메라 좌표계의 좌표 및 상기 보정 지그를 기준으로 한 보정 지그 좌표계의 좌표 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 보정 지그는,

상기 로봇의 단부에 강체에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 화상 카메라는 2대이며, 2대의 상기 화상 카메라가 상기 보정 지그를 통하여 물체의 3차원 좌표를 얻는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 화상 카메라는 1대이며, 1대의 상기 화상 카메라가 미리 설정된 좌표를 따라 움직이면서 상기 보정 지그를 통하여 물체를 촬영하여 상기 물체의 3차원 좌표를 얻는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 시스템.
(a) 적어도 2대 이상의 화상 카메라로, 기저 좌표를 중심으로 미리 설정된 동작 패턴을 따라 동작하는 로봇의 단부에 고정 설치된 보정 지그를 통하여 기준 물체를 촬영하여, 상기 기준 물체의 적어도 3점에 대한 기준 좌표를 얻는 단계;

(b) 상기 기준 좌표를, 상기 기저 좌표를 기준으로 한 로봇 좌표계의 변환 기준 좌표로 변환시키는 단계;

(c) 화상 카메라로 작업 대상 물체를 촬영하여, 상기 기준 물체의 적어도 3점에 대응되는 3점의 작업 좌표를 얻는 단계;

(d) 상기 작업 좌표를, 상기 로봇 좌표계의 변환 작업 좌표로 변환시키는 단 계; 및

(e) 상기 변환 기준 좌표와 상기 변환 작업 좌표의 차이에 기초하여 상기 로봇의 동작 패턴을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 방법.
제 8항에 있어서,

상기 (b) 단계 및 (d) 단계는,

하기 일반식에 의하여 상기 로봇 좌표계의 좌표로 변환시키는 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 방법.

(x_R, y_R, z_R) = A*B*(x_C, y_C, z_C)……………………… (일반식)

여기서, 상기 (x_R, y_R, z_R)는 물체의 상기 로봇 좌표계의 좌표이고, 상기 A는 상기 기저 좌표로부터 상기 로봇의 단부까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 기구부 변환행렬이고, 상기 B는 상기 로봇의 단부로부터 상기 보정 지그까지의 위치 벡터를 의미하는 로봇 TCP 변환행렬이고, 상기 (x_C, y_C, z_C)는 상기 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표임.
제 9항에 있어서,

상기 화상 카메라가 촬영한 물체의 좌표는,

상기 보정 지그로부터 상기 물체까지의 위치 벡터로서, 상기 화상 카메라를 기준으로 한 카메라 좌표계의 좌표 및 상기 보정 지그를 기준으로 한 보정 지그 좌표계의 좌표 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 로봇 자세 제어 방법.