KR100416224B1 - A calibration device and the method for robot manipulators - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇 첨단부의 한 점을 고정 지면상의 한 점과 일정 길이를 갖는 연결봉을 사용하여 회전 가능하게 연결시켜 구동기 길이의 역기구학을 통하여 계산된 값과 측정된 값의 차이를 오차로 정의하거나, 순기구학적 해석을 통하여 일정길이를 갖는 연결봉의 길이를 계산하고 계산된 길이들 사이를 오차로 정의하여 캘리브레이션을 수행함으로써, 복잡한 다자유도 로봇의 캘리브레이션이 쉽고 간편하게 수행할 수 있고 시스템의 단순화로 캘리브레이션 장비의 가격을 대폭 낮출 수 있으며, 로봇의 고정밀화 및 고성능화를 실현할 수 있는 로봇의 캘리브레이션 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 로봇 첨단부의 어느 한 점에 부착되어 첨단부를 회전 가능하게 지지하는 제1조인트와, 상기 제1조인트에 연결되고 일정 길이를 갖는 연결봉과, 상기 연결봉의 타측이 회전 가능하게 지지되는 제2조인트와, 상기 제2조인트가 지지되도록 지면상에 고정되는 베이스를 포함하여 구성된다.The present invention defines a difference between the calculated value and the measured value through the inverse kinematics of the actuator by connecting a point of the robot tip rotatably using a connecting rod having a certain length and a point on the fixed surface as an error, By calculating the length of the connecting rod with a certain length through the forward kinematic analysis and defining the error between the calculated lengths and performing the calibration, it is easy and simple to calibrate a complex multi-degree-of-freedom robot. A device for calibrating a robot and a method thereof capable of significantly lowering the cost of the equipment and realizing high precision and high performance of the robot. The first device is attached to any point of the robot tip and rotatably supports the tip. A joint, a connecting rod connected to the first joint and having a predetermined length, and And a second joint which is the other side of the connecting rod is rotatably supported, it is configured to include a base which is fixed to the surface of the sheet such that the second joint is supported.
Description
본 발명은 로봇의 캘리브레이션(calibration) 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다자유도 로봇의 캘리브레이션을 보다 쉽고 간편하게 수행할 수 있고 정확하고 신속한 측정이 가능한 로봇의 캘리브레이션 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a calibration device for a robot and a method thereof, and more particularly, to a calibration device for a robot that can perform calibration of a multi-degree of freedom robot more easily and conveniently, and to enable accurate and rapid measurement. will be.
현재 산업 현장에서 작업 환경 개선 및 생산성 향상을 목적으로 로봇의 사용이 증가되는 추세이고, 특히 단순 반복 작업이나 인간이 직접 수행하기 힘들고 위험한 작업에 로봇의 사용이 급증하고 있다.Currently, the use of robots is increasing in the industrial field for the purpose of improving the working environment and improving productivity. In particular, the use of robots is increasing rapidly for simple repetitive tasks or tasks that are difficult and dangerous for humans to perform.
이러한 로봇은 적용 분야에 따른 절대 정확도 및 반복 정밀도를 필요로 하는 데, 이를 위해 로봇 캘리브레이션이 실시된다. 로봇 캘리브레이션은 로봇 첨단부의 방위와 조인트 변수 사이의 정확한 함수관계를 찾아 로봇 제어에 쓰이는 기구변수를 수정해 줌으로써 정밀도를 향상시키는 과정을 의미한다.Such robots require absolute accuracy and repeatability depending on the application, for which the robot is calibrated. Robot calibration refers to the process of improving accuracy by finding the exact functional relationship between the bearings and joint variables of the robot tip and modifying the mechanical variables used for robot control.
현재 사용되는 로봇 캘리브레이션은 기본적으로 로봇 첨단부의 세 위치좌표 및 회전 좌표를 별도로 설치되는 정밀한 좌표 측정장치를 이용하여 측정하고, 로봇 조인트의 길이 및, 또는 각도를 측정하여 기구학적 해석을 통하여 로봇 첨단부의 세 위치좌표 및 회전좌표를 계산한 후, 좌표 측정장치를 이용한 측정치와 기구학적 해석을 통한 계산치를 비교하여 그 차이값을 검출한 후 차이를 최소화하여 캘리브레이션을 수행한다.Currently used robot calibration basically measures the three position coordinates and the rotational coordinates of the robot tip by using a precise coordinate measuring device installed separately, and measures the length and / or angle of the robot joint to measure the robot tip through kinematic analysis. After calculating the three position coordinates and the rotational coordinates, the measured values using the coordinate measuring device and the calculated values through kinematic analysis are compared, the difference values are detected, and the difference is minimized to perform calibration.
여기에서, 상기 좌표 측정장치로는 관측 물체의 고도 및 수평각을 측정하는 데 사용하는 세오돌라이트(theodolite), 빛의 간섭 무늬를 이용하여 측정하는 간섭계(interferometer) 등이 주로 사용된다. 이러한 좌표 측정장비들은 정밀한 좌표 측정을 가능케 하는 반면에, 그 설치과정이 복잡하고 고가이다.Here, the coordinate measuring apparatus is mainly used theodolite (theodolite) used to measure the height and horizontal angle of the observation object, an interferometer (measurement) using an interference fringe of light and the like. While these coordinate measuring devices allow precise coordinate measurement, the installation process is complicated and expensive.
즉, 상기한 바와 같은 종래의 로봇 캘리브레이션을 실시하기 위해서는 상기에서 언급한 바와 같은 고가의 좌표 측정장치를 필요로 하고, 그 측정 방법이 매우 복잡하며, 작업 시간이 길어지는 문제점이 발생된다.That is, in order to perform the conventional robot calibration as described above, an expensive coordinate measuring apparatus as mentioned above is required, the measuring method is very complicated, and the work time is long.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇 첨단부의 한 점을 고정 지면상의 한 점과 일정 길이를 갖는 연결봉을 사용하여 회전 가능하게 연결시켜 구동기 길이의 역기구학을 통하여 계산된 값과 측정된 값의 차이를 오차로 정의하거나, 순기구학적 해석을 통하여 일정길이를 갖는 연결봉의 길이를 계산하고 계산된 길이들 사이를 오차로 정의하여 캘리브레이션을 수행함으로써, 복잡한 다자유도 로봇의 캘리브레이션이 쉽고 간편하게 수행할 수 있고 시스템의 단순화로 캘리브레이션 장비의 가격을 대폭 낮출 수 있으며, 로봇의 고정밀화 및 고성능화를 실현할 수 있는 로봇의 캘리브레이션 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to connect a point of the robot tip to a point on the fixed ground so as to be rotatable by using a connecting rod having a certain length to inverse kinematics of the driver length. The difference between the calculated value and the measured value is defined as an error, or through the kinematic analysis, the length of the connecting rod having a certain length is calculated and the calibration is performed by defining the error between the calculated lengths. The present invention provides a calibrating device and a method for calibrating a robot that can be easily and conveniently performed, and a system can be greatly reduced in cost by simplifying a system, and can realize a high precision and high performance of a robot.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 병렬기구형 로봇의 캘리브레이션 장치를 나타낸 사시도이고,1 is a perspective view showing a calibration device of a parallel mechanism robot according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1 A부의 단면도이고,2 is a cross-sectional view of the portion A of FIG.
도 3은 본 발명의 다른 실시예인 직렬기구형 로봇의 캘리브레이션 장치를 나타낸 사시도이다.Figure 3 is a perspective view showing a calibration device of a serial mechanical robot of another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
4 : 첨단부 8 : 제1조인트4: Tip 8: Joint 1
10 : 연결봉 12 : 제2조인트10: connecting rod 12: second joint
14 : 베이스 16 : 지지판14 base 16 support plate
20 : 힌지부 24 : 상부링크20: hinge portion 24: upper link
26 : 힌지부 28 : 하부 링크26: hinge portion 28: lower link
30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f : 구동기Driver 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 캘리브레이션 장치는 지면에 고정되는 베이스와, 상기 베이스와 로봇 첨단부 사이에 일정 길이로 설치되어 상기 로봇 첨단부의 한 자유도를 구속하는 연결봉과, 상기 연결봉과 로봇 첨단부 사이에 설치되어 상기 로봇 첨단부를 회전 가능토록 지지하는 제1조인트와, 상기 연결봉과 베이스 사이에 설치되어 상기 연결봉을 회전 가능토록 지지하는 제2조인트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The calibrating device for a robot according to the present invention for realizing the above object is provided with a base fixed to the ground, and a predetermined length between the base and the robot tip to connect a connection rod for restraining one degree of freedom of the robot tip, and the connecting rod And a first joint installed between the robot tip and the robot tip to rotatably support the robot tip, and a second joint installed between the connecting rod and the base to rotatably support the connecting rod.
그리고, 상기와 같이 구성된 캘리브레이션 장치에 의한 캘리브레이션 방법은 로봇 첨단부의 한 점과 지면에 고정된 베이스 사이를 연결봉으로 연결시키고 로봇 첨단부와 연결봉 및 연결봉과 베이스 사이에 각각 제1 및 제2조인트로 연결하는 제1단계와, 상기 제1단계에서, 다자유도의 구동기 중 임의로 선택된 1 개의 구동기는 자유롭게 풀어주고, 나머지 구동기는 로봇 첨단부를 여러 개의 원하는 위치 및 여러 개의 회전이 이루어지도록 구동시키는 제2단계와, 상기 제2단계에서, 자유롭게 풀어준 1 개의 구동기와 구동시키는 나머지 구동기 모두의 길이 또는 각도를 측정하는 제3단계와, 주어진 기구 변수들(링크의 길이 및 조인트의 위치 등)의 공칭값을 사용하고, 상기에서 측정된 나머지 구동기의 길이 또는 각도 값과 연결봉의 고정길이 등의 정보를 사용하고 순기구학 방정식을 이용하여 로봇 첨단부의 위치 및 자세를 구한 후 역기구학 방정식을 풀어서 자유롭게 풀어준 1개의 구동기의 계산된 값을 구하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 측정된 1개의 구동기 값에서 상기 제4단계에서 계산된 구동기값을 뺀 값을 오차로 정의하고, 오차가 최소가 되도록 하여 기구변수들의 캘리브레이션된 값들을 계산하는 제5단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.And, the calibration method according to the calibration device configured as described above is connected between the point of the robot tip and the base fixed to the ground with a connecting rod, and the first and second joints between the robot tip and the connecting rod and the connecting rod and the base, respectively And a second step of freely releasing one driver selected from among the multiple degree of freedom drivers, and the other driver driving the robot tip to several desired positions and rotations. In the second step, the third step of measuring the length or angle of both the freely released driver and the remaining driver to drive, and using the nominal value of the given instrument parameters (such as the length of the link and the position of the joint) And the information such as the length or angle value of the remaining actuator and the fixed length of the connecting rod 4th step of calculating the position and posture of the robot tip using forward kinematic equation, and solving the inverse kinematic equation to obtain the calculated value of one driver freely solved, and the value of one driver measured in the third step. And a fifth step of calculating a value obtained by subtracting the driver value calculated in the fourth step as an error and calculating the calibrated values of the instrument variables by minimizing the error.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치가 구비된 병렬 기구형 로봇의 사시도이고, 도 2는 캘리브레이션 장치를 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view of a parallel mechanical robot equipped with a calibration device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the calibration device.
본 발명에 따른 로봇의 캘리브레이션 장치는 다자유도 병렬 기구형 로봇 첨단부(4)의 어느 한 점에 부착되어 첨단부(4)를 회전 가능하게 지지하는 제1조인트(8)와, 이 제1조인트(8)에 연결되고 일정 길이를 갖는 연결봉(10)과, 상기 연결봉(10)의 타측이 회전 가능하게 지지되는 제2조인트(12)와, 상기 제2조인트(12)가 지지되도록 지면상에 고정되는 베이스(14)로 구성된다.The calibrating device for a robot according to the present invention includes a first joint 8 attached to a point of the multi-degree of freedom parallel mechanism-type robot tip 4 for rotatably supporting the tip 4, and the first joint 8. A connecting rod 10 connected to the joint 8 and having a predetermined length, a second joint 12 on which the other side of the connecting rod 10 is rotatably supported, and a ground on which the second joint 12 is supported. It consists of a base 14 fixed to it.
본 발명에서 캘리브레이션을 실시하고자 하는 병렬 기구형 로봇은 다자유도 타입을 적용할 수 있으나, 그 일 실시예로서 6 개의 구동기를 갖는 6 자유도 타입을 적용하기로 한다.In the present invention, the parallel mechanical robot to perform the calibration can be applied to the multiple degree of freedom type, but as an embodiment, six degrees of freedom having six drivers will be applied.
즉, 병렬 기구형 로봇은 상측에 고정된 상태로 배치되는 지지판(16)과, 상기 지지판(16)의 하측에 병렬로 배치되는 첨단부(4)와, 상기 지지판(16)의 둘레방향으로 임의의 간격을 두고 형성되는 힌지부(20)에 회전 가능하게 힌지 연결되는 6개의 상부 링크(24)와, 상기 첨단부(4)의 둘레방향으로 임의의 간격을 두고 형성되는 힌지부(26)에 회전 가능하게 힌지 연결되는 6개의 하부 링크(28)와, 상기 상부 링크(24)와 하부 링크(28) 사이에 연결되어 각 링크의 길이를 가변시키는 6개의 구동기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f)로 구성된다.That is, the parallel mechanism-type robot is arbitrarily supported in the circumferential direction of the support plate 16 arranged in a fixed state on the upper side, the tip portion 4 arranged in parallel under the support plate 16, and the support plate 16. Six upper links 24 rotatably hinged to the hinge portion 20 formed at intervals of the hinge portion, and the hinge portion 26 formed at arbitrary intervals in the circumferential direction of the tip portion 4. Six lower links 28 rotatably hinged and six drivers 30a, 30b, 30c, 30d connected between the upper link 24 and the lower link 28 to vary the length of each link, 30e, 30f).
상기 제1조인트(8)는 도 2에 도시된 바와 같이, 3 자유도를 갖는 조인트로서, 로봇 첨단부(4)의 어느 한 점에 고정되는 조인트 하우징(32)과, 상기 조인트 하우징(32)에 형성되는 구형 홈에 회전 가능하게 삽입되며 연결봉(10)의 상단에 형성되는 조인트 볼(34)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the first joint 8 is a joint having three degrees of freedom, and includes a joint housing 32 fixed to a point of the robot tip 4, and a joint housing 32. It is composed of a joint ball 34 is rotatably inserted into a spherical groove formed and formed at the upper end of the connecting rod 10.
여기에서, 상기 조인트 볼(34)의 회전을 부드럽게 함과 아울러 이탈됨을 방지하도록 조인트 하우징(32)에는 상측에는 영구자석(36)이 부착되고, 구형 홈의 내측면에 다수개의 볼 베어링(38)이 개재된다.Here, the permanent magnet 36 is attached to the upper side of the joint housing 32 to soften the rotation of the joint ball 34 and prevent it from being separated, and a plurality of ball bearings 38 on the inner side of the spherical groove. This intervenes.
상기 제2조인트(12)는 베이스(14)의 상측면에 고정되고 상측방향으로 개방되는 구형홈을 갖는 조인트 하우징(40)과, 조인트 하우징(40)에 회전 가능하게 삽입되고 연결봉(10)의 하단에 형성되는 조인트 볼(42)로 구성된다. 그리고, 조인트 볼(42)의 회전을 부드럽게 할 수 있도록 조인트 하우징(40)에는 영구자석(46)이 부착되고, 구형 홈의 내측면에 다수의 볼 베어링(44)이 개재된다.The second joint 12 is a joint housing 40 having a spherical groove fixed to an upper side of the base 14 and opened upwardly, and rotatably inserted into the joint housing 40 and connected to the joint rod 10. It is composed of a joint ball 42 formed at the bottom. The permanent magnet 46 is attached to the joint housing 40 so that the rotation of the joint ball 42 can be smoothed, and a plurality of ball bearings 44 are interposed on the inner surface of the spherical groove.
이러한 제1조인트(8) 및 제2조인트(12)는 상기의 일 실시예에서 설명한 조인트 이외에 3 자유도를 갖는 어떠한 조인트도 적용될 수 있다.The first joint 8 and the second joint 12 may be applied to any joint having three degrees of freedom in addition to the joint described in the above embodiment.
이와 같이, 로봇 캘리브레이션 장치는 로봇 첨단부(4)의 어느 한 점을 3 자유도를 갖는 제1조인트(8)를 연결하고, 지면에 고정되는 베이스(14)에 제2조인트(12)를 연결하며, 상기 제1조인트(8)와 제2조인트(12) 사이에 일정 길이를 갖는 연결봉(10)으로 연결한 구조이다.As such, the robot calibration apparatus connects the first joint 8 having three degrees of freedom to any one point of the robot tip 4, and connects the second joint 12 to the base 14 fixed to the ground. The first joint 8 and the second joint 12 are connected by a connecting rod 10 having a predetermined length.
이러한 로봇 캘리브레이션 장치에 의하면 로봇의 첨단부(4)는 베이스(14)와 연결된 제2조인트(12)의 중심을 중심으로 하고 연결봉(10)의 반경으로 하는 구면 운동만을 할 수 있도록 함으로써, 6 자유도 로봇의 경우 다섯 개의 자유도를 갖도록 한다.According to such a robot calibration device, the tip 4 of the robot is allowed to perform only spherical movements centered on the center of the second joint 12 connected to the base 14 and the radius of the connecting rod 10, thereby allowing 6 freedoms. In the case of a robot, it has five degrees of freedom.
이와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 캘리브레이션 장치의 캘리브레이션 방법을 다음에서 설명한다.The calibration method of the robot calibration apparatus according to the embodiment of the present invention made as described above will be described below.
먼저, 역기구학을 이용한 캘리브레이션 방법을 설명하기로 한다.First, a calibration method using inverse kinematics will be described.
로봇 첨단부(4)의 한 점과 지면에 고정된 베이스(14) 사이를 연결봉(10)으로 연결시키고 로봇 첨단부(4)와 연결봉(10) 및 연결봉(10)과 베이스(14) 사이에 각각 제1 및 제2조인트(8,12)로 연결하여 로봇이 5 자유도를 갖도록 한다.Between the point 14 of the robot tip 4 and the base 14 fixed to the ground with a connecting rod 10 and between the robot tip 4 and the connecting rod 10 and between the connecting rod 10 and the base 14 The robot has five degrees of freedom by connecting to the first and second joints 8 and 12, respectively.
이러한 상태에서, 상기 6 개의 구동기 중 임의로 선택된 1 개의 구동기(30a)는 자유롭게 풀어주고, 나머지 5 개의 구동기(30b,30c,30d,30e,30f)는 로봇 첨단부(4)를 여러 개의 원하는 위치 및 여러 개의 회전이 이루어지도록 구동시킨다.In this state, one driver 30a, which is arbitrarily selected among the six drivers, is freely released, and the remaining five drivers 30b, 30c, 30d, 30e, and 30f move the robot tip 4 to several desired positions and Drive several rotations.
여기에서, 상기 자유롭게 풀어준 1개의 구동기(30a)를 수동 구동기라 칭하고, 구동시키는 5개의 구동기(30b,30c,30d,30e,30f)를 능동 구동기라 칭한다.Here, the freely released one driver 30a is called a passive driver, and the five drivers 30b, 30c, 30d, 30e, and 30f for driving are called active drivers.
이때, 1 개의 수동 구동기(30a)와 5 개의 능동 구동기(30b,30c,30d,30e,30f)모두의 길이 또는 각도를 측정한다. 여기에서, 수동 구동기의 길이 또는 각도를 측정한 1차 수동 구동기값이 구해진다.At this time, the length or angle of both the passive driver 30a and the five active drivers 30b, 30c, 30d, 30e, and 30f are measured. Here, the primary manual driver value obtained by measuring the length or angle of the manual driver is obtained.
그리고, 주어진 기구변수들(링크의 길이 및 조인트의 위치 등)의 공칭값을 사용하고, 상기에서 측정된 5개의 능동 구동기(30b,30c,30d,30e,30f)의 길이 또는 각도 값과 연결봉(10)의 고정길이 등의 정보를 사용하고 순기구학 방정식을 이용하여 로봇 첨단부(4)의 위치 및 자세를 구한 후 수동 구동기에 대하여 역기구학 방정식을 풀어서 1개의 수동 구동기의 계산된 값을 구한다. 즉, 2차 수동 구동기값이 구해진다.Then, using the nominal value of the given mechanical variables (such as the length of the link and the position of the joint), and the length or angle value of the five active drivers (30b, 30c, 30d, 30e, 30f) measured above and the connecting rod ( Using the information such as the fixed length of 10) and using the forward kinematic equation to find the position and posture of the robot tip 4, solve the inverse kinematic equation for the manual actuator to obtain the calculated value of one manual actuator. That is, the secondary manual driver value is obtained.
여기에서, 상기 2차 수동 구동기값에서 1차 수동 구동기값을 뺀 값을 오차를 정의한다.Here, the error is defined by subtracting the first manual driver value from the second manual driver value.
이렇게 구해진 오차를 최소 자승법 등에 의하여 오차가 최소화되도록 함으로써 현재의 수동 구동기가 연결된 기구변수들의 캘리브레이션된 값들을 계산한다.By minimizing the error by the least square method, the calculated values of the mechanical variables connected to the current manual driver are calculated.
상기에서 수동 구동기와 능동 구동기를 순차적으로 하나씩 바꾸고 각 수동구동기가 연결된 기구변수들을 하나씩 순차적으로 캘리브레이션을 실시한다.In the above, the passive driver and the active driver are sequentially changed one by one, and the mechanical variables connected to each passive driver are sequentially calibrated one by one.
다음에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 캘리브레이션 방법을 설명하기로 한다. 즉, 순기구학을 이용한 캘리브레이션 방법에 대해 설명하기로 한다.Next, a calibration method according to another embodiment of the present invention will be described. That is, the calibration method using pure kinematics will be described.
로봇 첨단부(4)의 어느 한 점과 고정인 베이스(14) 사이에 연결봉(10)으로 연결하고 로봇 첨단부(4)와 연결봉(10) 및 베이스(14)와 연결봉(10) 사이에 제1 및 제2 조인트로 각각 연결시킨다.The connecting rod 10 is connected between the point 14 of the robot tip 4 and the fixed base 14, and the robot tip 4 and the connecting rod 10 and between the base 14 and the connecting rod 10 are provided. Connect to the first and second joints respectively.
이러한 상태에서, 상기 6 개의 구동기(30a,30b,30c,30d,30e,30f)를 수동 또는 별도의 제어기를 사용하여 자유롭게 작동시켜 로봇 첨단부(4) 하나의 위치를 중심으로 임의의 회전이 이루어질 수 있도록 한다.In this state, the six drivers 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, and 30f can be freely operated by using a manual or separate controller so that any rotation can be made about one position of the robot tip 4. To help.
이때, 6 개의 구동기(30a,30b,30c,30d,30e,30f)의 길이 또는 각도를 측정한다.At this time, the lengths or angles of the six drivers 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, and 30f are measured.
그리고, 캘리브레이션하고자 원하는 기구변수들의 공칭값과 상기에서 측정된 6개 구동기의 값들을 사용하여 순기구학 방정식을 풀어서 연결봉(10)의 길이를 로봇 첨단부(4)의 여러 위치 및 자세에서 구한다.Then, using the nominal values of the instrument variables desired to be calibrated and the values of the six actuators measured above, the forward kinematic equation is solved to obtain the length of the connecting rod 10 at various positions and postures of the robot tip 4.
그리고, 이와 같이 첨단부(4)의 하나의 위치 및 자세에서 계산된 연결봉(10)의 길이값(P)과 첨단부의 다른 위치 및 자세에서 계산된 연결봉의 다른 길이값(Q)을 구한다.Then, the length value P of the connecting rod 10 calculated at one position and posture of the tip 4 and the other length value Q of the connecting rod calculated at the other position and posture of the tip.
여기에서, 상기 하나의 연결봉 길이값(P)에서 다른 연결봉의 길이값(Q)를 뺀 값을 오차로 정의한다.Here, the value obtained by subtracting the length value Q of the other connecting rod from the one connecting rod length value P is defined as an error.
상기에서 구해진 오차를 최소자승법을 이용하여 최소화함으로써 기구변수들의 캘리브레이션된 값을 구한다.The calculated values of the instrument variables are obtained by minimizing the error obtained using the least squares method.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캘리브레이션 장치가 직렬 기구형 로봇에 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view showing a state in which a calibration device according to another embodiment of the present invention is installed in a serial mechanical robot.
상기 직렬 기구형 로봇은 고정되는 지지판(100)에 회전 가능하게 연결되는 다수의 링크(102a,102b,102c)와, 상기 링크(102a,102b,102c) 사이에 연결되어 링크(102a,102b,102c)들 사이를 회전 가능하게 작동시키는 힌지 구동부(106)와, 최외측 링크에 회전 가능하게 연결되는 첨단부(108)로 구성되고, 첨단부(108)에는 상기에서 설명한 바와 같은 캘리브레이션 장치가 설치된다.The serial mechanical robot is connected between a plurality of links (102a, 102b, 102c) rotatably connected to the support plate 100 to be fixed, and the links (102a, 102b, 102c) A hinge driver 106 for rotatably operating between the ends) and a tip portion 108 rotatably connected to the outermost link, and the tip portion 108 is provided with a calibration device as described above. .
여기에서, 직렬 기구형 로봇에 설치되는 캘리브레이션 장치는 상기의 병렬 기구형 로봇에 장착되는 캘리브레이션 장치와 동일한 구조로서, 첨단부(108)와 베이스(120) 사이에 연결봉(128)이 연결되고, 상기 첨단부(108)와 연결봉(128) 사이에는 제1조인트(124)가 설치되고, 연결봉(128)과 베이스(120) 사이에는 제2조인트(126)가 설치되도록 구성된다.Here, the calibration device installed in the serial mechanical robot has the same structure as the calibration device mounted on the parallel mechanical robot, the connecting rod 128 is connected between the tip portion 108 and the base 120, A first joint 124 is installed between the tip 108 and the connecting rod 128, and a second joint 126 is installed between the connecting rod 128 and the base 120.
이러한 캘리브레이션 장치는 상기에서 설명한 병렬 기구형 로봇의 캘리브레이션 방법과 동일한 방법으로 실시된다.Such a calibration device is implemented by the same method as the calibration method of the parallel mechanism robot mentioned above.
따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 로봇의 캘리브레이션 장치 및 그 방법은 로봇 첨단부의 어느 한 점을 3 자유도를 갖는 제1조인트로 연결하고, 지면에 고정되는 베이스에 제2조인트를 연결하며, 상기 제1조인트와 제2조인트 사이에 일정 길이를 갖는 연결봉으로 연결하여 구성하여, 그 구조를 단순화할 수 있고 측정 작업이 보다 편리하게 이루어지고, 정확하고 신속하게 실시될 수 있으며, 경제적인 측면에서 보다 유리한 이점이 있다.Therefore, the apparatus for calibrating and operating the robot according to the present invention constructed and operated as described above connects one point of the robot tip to the first joint having three degrees of freedom, and connects the second joint to the base fixed to the ground. And, by connecting by connecting rod having a certain length between the first joint and the second joint, the structure can be simplified, the measurement work is more convenient, accurate and quick implementation, and economical There is a more advantageous advantage in terms of aspect.
또한, 로봇 첨단부를 구면상의 여러 위치 및 임의의 자세로 제어하여 연결봉의 길이를 순기구학 해석을 통하여 계산하고, 이 계산된 길이들 사이의 차이를 오차로 정의하고, 이 오차를 최소화하여 정확한 기구 변수들을 찾아내는 방법을 사용함으로써, 및 역기구학 해석을 통하여 계산하여 캘리브레이션을 실시함으로써, 로봇의 고정밀화 및 고성능화를 실현할 수 있는 이점이 있다.In addition, the length of the connecting rod is calculated through forward kinematic analysis by controlling the robot tip part in various positions and arbitrary postures on the spherical surface, and the difference between these calculated lengths is defined as an error, and the error is minimized to minimize the accurate mechanical variables By using the method of finding these and by performing calculation by calculating through inverse kinematics analysis, there is an advantage that high precision and high performance of the robot can be realized.
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