KR20230133015A - 기울기 센서를 이용한 매니퓰레이터의 처짐 보상 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

보상 장치가 제공된다. 상기 보상 장치는 로봇 암(arm)에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득하는 측정부; 상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 추정하는 산출부; 상기 처짐량을 보상하는 보상부;를 포함할 수 있다.

Description

기울기 센서를 이용한 매니퓰레이터의 처짐 보상 장치 및 방법{Apparatus and method for compensating for deflection of a manipulator using an tilt sensor}

본 발명은 매니퓰레이터의 처짐을 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

로봇은 여러 산업 분야에서 다양한 목적으로 이용되고 있다. 다양한 목적을 달성하기 위해 로봇 암(arm)의 단부에는 물건을 집어들거나, 용접을 수행하거나, 절단하는 각종 작업 툴이 설치될 수 있다.

각종 작업의 정밀도를 위해 작업 툴은 설계된 제어 위치에 정확하게 배치될 필요가 있다. 하지만, 작업 툴의 자중 또는 작업 툴에 걸리는 하중에 의해 처짐과 같이 정적 오차가 발생될 수 있다.

로봇의 정상적인 사용을 위해 해당 처짐은 보완될 필요가 있다.

한국등록특허공보 제1198179호에는 로봇 암의 각 관절부에 박판을 삽입하여 관절이 수평면보다 위로 향하도록 조립하는 간단한 기구 보정으로 엔드 이펙터의 처짐 각도를 최소화하는 기술이 개시되고 있다.

한국등록특허공보 제1198179호

본 발명은 기울기 센서를 이용하여 매니퓰레이터 등의 작업 툴의 처짐을 보상하는 보상 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 보상 장치는 로봇 암(arm)에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득하는 측정부; 상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 추정하는 산출부; 상기 처짐량을 보상하는 보상부;를 포함할 수 있다.

상기 측정부는 제1 측정값, 제2 측정값, 제3 측정값 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 상기 제1 측정값은 상기 로봇 암(arm)의 관절과 관절 사이의 마디에 해당하는 링크의 기울기를 측정한 값이며, 상기 제2 측정값은 상기 관절의 기울기를 측정한 값일 수 있다. 상기 제3 측정값은 상기 로봇 암의 말단에 구비된 작업 툴의 기울기를 측정한 값일 수 있다.

상기 산출부는 상기 제1 측정값을 이용하여 상기 링크의 처짐량을 추정하거나, 상기 제2 측정값을 이용하여 상기 관절의 처짐량을 추정하거나, 상기 제3 측정값을 이용하여 상기 작업 툴의 처짐량을 추정할 수 있다.

상기 산출부는 상기 로봇의 제어값을 이용하여 제1 이론값, 제2 이론값, 제3 이론값 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.

상기 제1 이론값은 상기 제어값을 이용하여 산출된 상기 링크의 기울기값을 포함할 수 있다.

상기 제2 이론값은 상기 제어값을 이용하여 산출된 상기 관절의 기울기값을 포함할 수 있다.

상기 제3 이론값은 상기 제어값을 이용하여 산출된 상기 작업 툴의 기울기값을 포함할 수 있다.

상기 산출부는 상기 제1 측정값과 상기 제1 이론값 간의 차이를 상기 링크의 처짐량으로 추정하거나, 상기 제2 측정값과 상기 제2 이론값 간의 차이를 상기 관절의 처짐량으로 추정하거나, 상기 제3 측정값과 상기 제3 이론값 간의 차이를 상기 작업 툴의 처짐량으로 추정할 수 있다.

상기 측정부는 상기 로봇 암을 형성하는 제2 링크의 작업 툴 측 단부에 설치되거나 상기 제2 링크의 작업 툴 측 말단의 제3 관절에 설치된 기울기 센서의 측정값을 입수할 수 있다.

상기 보상부는 이론값에 대한 상기 측정값의 오차를 보상하기 위해, 상기 제2 링크로부터 이격되고 상기 제2 링크의 상류에 위치한 관절을 중심으로 상기 제2 링크를 움직이는 모듈을 제어할 수 있다.

상기 측정부는 상기 로봇 암을 형성하는 제2 링크의 작업 툴 측 단부에 설치되거나 상기 제2 링크의 작업 툴 측 말단의 제3 관절에 설치된 기울기 센서의 측정값을 입수할 수 있다.

상기 보상부는 이론값에 대한 상기 측정값의 오차를 보상하기 위해, 상기 제2 링크의 바로 앞 단에 배치되고 상기 제2 링크에 회전 가능하게 연결된 제1 링크의 로봇 몸체 측 말단의 제1 관절을 중심으로 상기 제1 링크를 움직이는 모듈을 제어할 수 있다.

상기 제1 링크의 움직임에 의해 이론값에 대한 상기 제2 링크 또는 상기 제3 관절의 측정값 오차가 보상될 수 있다.

상기 측정부는 상기 로봇 암을 형성하는 제1 링크의 작업 툴 측 말단에 회전 가능하게 연결된 제2 링크의 기울기 측정값을 입수할 수 있다.

상기 보상부는 상기 제1 링크에 대한 상기 제2 링크의 회전 각도를 현재 상태로 유지시킬 수 있다.

상기 보상부는 상기 제1 링크에 대한 상기 제2 링크의 회전 각도가 유지된 상태에서 상기 제1 링크의 상류에 위치한 관절을 중심으로 상기 제1 링크를 회전시키면서, 상기 제2 링크에 대한 상기 기울기 측정값을 상기 제2 링크에 대한 이론값에 매칭시킬 수 있다.

복수의 링크가 관절 구조로 연결되어 상기 로봇 암이 형성될 때, 초기에 상기 측정부는 복수의 링크 중에서 상기 로봇의 몸체에 가까운 상류 링크의 기울기를 획득할 수 있다.

상기 보상부는 상기 상류 링크의 처짐량을 보상할 수 있다.

상기 측정부는 상기 상류 링크의 처짐량이 보상된 후, 상기 상류 링크의 처짐량 보상으로 인해 기울기가 달라진 하류 링크의 기울기를 획득할 수 있다.

상기 보상부는 상기 상류 링크의 처짐량이 보상되고 상기 하류 링크의 기울기가 획득되면, 상기 하류 링크의 처짐량을 보상할 수 있다.

상기 보상부는 상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 피드백 제어할 수 있다.

본 발명의 보상 장치는 타겟을 지지하는 지지물에 설치된 기울기 센서; 상기 지지물에 설치된 상기 기울기 센서의 측정값을 이용하여 상기 타겟의 처짐량을 보상하는 보상부;를 포함할 수 있다.

상기 보상부는 상기 지지물의 기울기 측정값이 기산출된 이론값을 추종하는 방향으로 상기 지지물의 기울기를 수정할 수 있다.

상기 보상부는 정기구학으로 계산된 자세의 회전각 중에서 중력 방향의 제1 각도만을 획득할 수 있다.

상기 보상부는 상기 기울기 센서에 의해 측정된 중력 방향의 제2 각도를 획득할 수 있다.

상기 보상부는 상기 제1 각도와 상기 제2 각도 간의 편차를 보상할 수 있다.

본 발명의 보상 방법은 로봇 암에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득하는 측정 단계; 상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 보상하는 보상 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 보상 장치는 기울기 센서를 이용하여 타겟의 기구적 처짐량을 측정할 수 있다, 보상 장치는 측정된 기울기 값과 이론값에 대한 편차를 계산하고, 편차값을 입력으로 하는 보상 알고리즘에 의해 모듈을 기동하여 위 편차를 제로에 수렴시킬 수 있다. 이 과정을 통해 타겟의 처짐량이 보상되고, 타겟 제어에 대한 어려움이 완화될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기울기 센서를 이용하여 타겟이 처짐량이 보상되므로, 처짐 보상을 위한 강성 해석이 불필요하다. 강성 해석의 배제로 인하여 타겟의 처짐량을 산출하는 과정이 간소해지고, 처짐량 산출의 정확도가 개선될 수 있다.

본 발명에 따르면, 이론 강성치의 비선형(non-linear) 인자에 대한 현실적이고 정확한 보정이 가능하다.

본 발명의 보상 장치는 로봇 암, 매니퓰레이터, 작업 툴 등의 타겟이 공차, 자중 등에 의해 처지는 양(처짐량)을 보상할 수 있다. 본 발명의 보상 장치는 결과적으로 지면에 대한 타겟의 기울기에 대한 측정값을 통해 처짐량을 보상할 수 있다.

특히, 본 발명의 보상 장치는 로봇 암에 의해 공중으로 들어올려진 작업 대상물의 무게에 의한 작업 툴의 처짐량이 실시간으로 보상될 수 있다.

본 발명의 보상 장치는 작업 툴의 실 처짐량에 대한 실시간 편차 계산 및 보상이 가능하다.

본 발명의 보상 장치는 작업 툴이 구비된 로봇 암의 출하 단계에서 축 정렬을 위한 캘리브레이션(calibration)에 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 보상 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 로봇 암을 와이어 프레임으로 나타낸 개략도이다.
도 3은 보상부의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 보상 장치에 의해 작업 툴의 처짐량이 보상된 로봇 암을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 보상 장치(100)를 나타낸 개략도이다.

로봇 암(10)(arm)의 말단에 설치되는 매니퓰레이터, 공작기, 절삭기, 용접기, 그리퍼(gripper), 흡착기 등의 작업 툴은 각종 대상물을 들어올리거나 가공하기 위해 정확하게 제어될 필요가 있다. 작업 툴의 제어를 위해 로봇 암(10)을 제어하는 제어부(90)가 보상 장치(100)에 구비되거나, 로봇 암(10)이 설비된 로봇에 구비될 수 있다.

이와 함께, 도 3의 처짐량 d를 보상할 수 있는 수단이 추가로 마련되는 것이 좋다. 처짐량 d는 로봇 암(10)의 자중, 로봇 암(10)에 의해 들어올려진 작업 대상물의 무게, 로봇 암(10)을 형성하는 복수의 링크, 관절의 공차에 의해 발생될 수 있다. 처짐량 d는 작업 툴 등의 타겟이 제어값과 다른 각도를 가질 때, 해당 다른 각도와 제어값 간의 차이를 나타낼 수 있다.

처짐량 d가 발생하면, 현실적으로 타겟에 대한 각도의 변화뿐만 아니라 위치의 변화도 반영되는데, 본 명세서에 등장하는 처짐량 d는 주로 각도의 변화를 나타낼 수 있다.

도 3에는 작업 툴의 제어값과 처진 상태값 간의 편차를 과장되게 나타내었으나, 실제로는 미미하게 나타날 수 있다. 하지만, 지면에 대한 각도 변화, 다시 말해 중력 방향 g, 지면, 로봇 등(이하, '지면'으로 표기)을 기준으로 한 작업 툴의 기울기의 변화는 그 변화량이 미미하더라도 작업 대상물에 큰 영향을 미칠 수 있다. 일 예로, 작업 툴이 작업 대상물을 지지하고 들어올리는 매니퓰레이터인 경우, 매니퓰레이터가 조금이라도 기울어지면 매니퓰레이터 상에 놓인 작업 대상물은 미끄러져 낙하할 수 있다. 따라서, 적어도 작업 툴의 기울기는 제어값이 나타내는 기울기와 최대한 동일한 것이 좋다.

이에 맞춰, 도 3에 도시된 처짐량 d는 주로 제어값에 포함된 작업 툴의 기울기 이론값과 작업 툴 간의 실제 기울기 간의 차이를 나타낼 수 있다.

기울기 처짐량 d를 보상하기 위해, 도 1에 도시된 보상 장치(100)는 측정부(110), 산출부(130), 보상부(150)를 포함할 수 있다.

측정부(110)는 로봇 암(10)(arm)에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득할 수 있다.

산출부(130)는 기울기 센서의 측정값을 이용하여 로봇 암(10)의 처짐량을 추정할 수 있다.

보상부(150)는 산출부(130)에 의해 추정된 처짐량을 보상할 수 있다. 보상부(150)의 보상 결과는 로봇 암(10)을 제어하는 제어부(90)로 전달될 수 있다. 제어부(90)는 보상 결과에 따라 작업 툴의 처짐량이 제로에 수렴하도록 로봇 암(10)을 제어할 수 있다. 다시 말해 제어부(90)는 작업 툴 등 타겟의 측정값이 이론값을 추종하도록 로봇 암(10)을 제어할 수 있다.

측정값이 배제된 이론값만을 이용하여 로봇 암(10)이 제어될 경우, 시시각각 변하는 작업 대상물의 무게로 인해 유발되는 처짐량에 적응적으로 대응하기 어려운 문제가 있다. 그러나, 측정부(110)에 따르면, 산출부(130)는 기울기 센서를 통하여 작업 툴의 처짐량을 실시간으로 추정할 수 있다. 또한, 작업 대상물의 무게로 인해 유발되는 처짐량은 보상부(150)에 의해 실시간으로 보상될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 보상 장치(100)는 로봇 암(10)의 자중, 공차뿐만 아니라, 작업 대상물의 무게에 의해 발생되는 처짐량을 적응적으로 실시간 보상할 수 있다.

측정부(110)는 제1 측정값, 제2 측정값, 제3 측정값 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.

제1 측정값은 로봇 암(10)(arm)의 관절과 관절 사이의 마디에 해당하는 링크의 기울기를 측정한 값을 포함할 수 있다.

제2 측정값은 관절의 기울기를 측정한 값을 포함할 수 있다. 관절은 관절의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 이때, 관절의 축에 수직하게 연장되면서 관절의 축을 가로지르는 가상선이 가정될 수 있다. 해당 가상선은 관절과 함께 회전될 수 있다. 관절의 기울기는 해당 가상선의 지면에 대한 각도를 포함할 수 있다.

제3 측정값은 로봇 암(10)의 말단에 구비된 작업 툴의 기울기를 측정한 값을 포함할 수 있다. 사전에 작업 툴의 기준선이 설정될 수 있다. 이때, 작업 툴의 기울기는 지면에 대한 해당 기준선의 각도, 회전각을 의미할 수 있다.

산출부(130)는 제1 측정값을 이용하여 링크의 처짐량을 추정할 수 있다. 또는, 산출부(130)는 제2 측정값을 이용하여 관절의 처짐량을 추정할 수 있다. 또는, 산출부(130)는 제3 측정값을 이용하여 작업 툴의 처짐량을 추정할 수 있다.

산출부(130)는 로봇의 제어값을 이용하여 제1 이론값, 제2 이론값, 제3 이론값 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 제어값에는 기울기 센서의 측정값에 대응되는 값이 포함될 수 있다. 이때, 제어값 중에서 기울기 센서의 측정값에 대응되는 값이 이론값에 해당될 수 있다. 일 예로, 기울기 센서의 측정값이 지면 또는 중력 방향에 대한 기울기인 경우, 이론값 역시 지면 또는 중력 방향에 대한 기울기를 포함하거나 해당 기울기로 변환될 수 있는 값을 포함할 수 있다.

제1 이론값은 제어값을 이용하여 산출된 링크의 기울기값을 포함할 수 있다.

제2 이론값은 제어값을 이용하여 산출된 관절의 기울기값을 포함할 수 있다.

제3 이론값은 제어값을 이용하여 산출된 작업 툴의 기울기값을 포함할 수 있다.

제어값에는 제1 이론값, 제2 이론값, 제3 이론값을 대신하여 해당 이론값으로 변환될 수 있는 값들이 포함될 수 있다. 이때, 산출부(130)는 정기구학을 이용하여 제1 이론값, 제2 이론값, 제3 이론값을 산출할 수 있다.

정기구학(forward kinematics)은 일련의 관절각(q(0), q(1), ..., q(n-1))이 주어졌을 때, 엔드 이펙터(end-effector) 또는 작업 툴의 직교 좌표상의 위치 (px, py, pz)와 자세(φ, θ, ψ)를 구하는 문제로, 역기구학(inverse kinematics)에 비하여 상대적으로 간단하다. 균질 변환(homogeneous transform)을 이용하면 정기구학의 해가 산출될 수 있다.

보상부(150)에서 사용하는 좌표는 서로 직교하는 3개의 좌표축 x축, y축, z축이 형성하는 3차원 공간을 대상으로 할 수 있다. 이때, 지면은 x축에 평행하고 y축에 평행할 수 있다. 소위, 지면은 xy 평면에 해당될 수 있다. 중력 방향은 z축 방향에 평행할 수 있다. 직교 좌표상의 위치 px는 x축 좌표에 해당될 수 있다. 직교 좌표상의 위치 py는 y축 좌표에 해당될 수 있다. 직교 좌표상의 위치 pz는 z축 좌표에 해당될 수 있다.

자세 φ는 x축을 회전 중심으로 하는 회전각을 나타낼 수 있다.

자세 θ는 y축을 회전 중심으로 하는 회전각을 나타낼 수 있다.

자세 ψ는 z축을 회전 중심으로 하는 회전각을 나타낼 수 있다.

특히, 산출부(130) 및 보상부(150)는 중력 방향의 각도(회전각), 다시 말해, x축 및 y축 중 적어도 하나를 회전 중심으로 하는 회전각을 처짐량 보상과 관련된 측정값 및 이론값으로 사용할 수 있다.

산출부(130)는 제어값을 분석해 각종 이론값을 추출, 산출할 수 있다.

산출부(130)는 제1 측정값과 제1 이론값 간의 차이를 중령 방향 g에 대한 링크의 처짐량으로 추정할 수 있다. 또는, 산출부(130)는 제2 측정값과 제2 이론값 간의 차이를 관절의 처짐량으로 추정할 수 있다. 또는, 산출부(130)는 제3 측정값과 제3 이론값 간의 차이를 작업 툴의 처짐량으로 추정할 수 있다.

도 2는 로봇 암(10)을 와이어 프레임으로 나타낸 개략도이다. 도 2는 처짐량이 포함된 상태를 나타낼 수 있다.

도 2의 로봇 암(10)은 1축, 링크1, 2축, 링크2, 3축, 링크3, 4축, 링크4, 5축, 링크5, 6축, 링크6, 플랜지를 포함할 수 있다.

1축은 로봇의 몸체에 고정될 수 있다. 몸체가 지면에 고정된 경우 1축은 지면에 고정된 것으로 봐도 무방하다.

링크1은 1축을 중심으로 회동 가능하게 형성될 수 있다.

2축은 링크1의 말단에 형성될 수 있다.

링크2는 2축을 중심으로 회동 가능하게 형성될 수 있다.

3축은 링크2의 말단에 형성될 수 있다.

링크3은 3축을 중심으로 회동 가능하게 형성될 수 있다.

4축은 링크3의 말단에 형성될 수 있다.

링크4는 4축을 중심으로 회동 가능하게 형성될 수 있다.

5축은 링크4의 말단에 형성될 수 있다.

링크5는 5축을 중심으로 회동 가능하게 형성될 수 있다.

6축은 링크5의 말단에 형성될 수 있다.

링크6은 6축을 중심으로 회동 가능하게 형성될 수 있다.

플랜지에는 작업 툴이 고정될 수 있다. 이에 따르면, 플랜지의 기울기는 작업 툴의 기울기와 동일할 수 있다. 도 2에서 기울기 측면에서 플랜지는 작업 툴과 동일할 수 있다.

측정부(110)는 로봇 암(10)을 형성하는 제2 링크 k2의 작업 툴 측 단부에 설치된 기울기 센서의 측정값을 입수하거나, 제2 링크 k2의 작업 툴 측 말단의 제3 관절 f에 설치된 기울기 센서의 측정값을 입수할 수 있다.

보상부(150)는 이론값에 대한 측정값의 오차를 보상하기 위해, 제2 링크로부터 이격되고 제2 링크의 상류에 위치한 관절을 중심으로 제2 링크를 움직이는 모듈을 제어할 수 있다. 로봇 암(10)은 복수의 링크가 서로 연결된 관절 구조를 가질 수 있다. 이때, 직렬로 연결된 복수의 링크 중에서 복수의 링크가 선택될 때, 선택된 링크 중에서 로봇의 몸체 측에 가까운 링크가 상류에 배치된 링크로 지칭될 수 있다. 선택된 링크 중에서 로봇의 몸체 측으로부터 먼 링크가 하류에 배치된 링크로 지칭될 수 있다.

도 2의 경우, 제2 링크는 상류 측에 적어도 2개의 다른 링크(1관절에 연결된 몸체 또는 고정 링크 포함)가 존재하는 특정 링크를 포함할 수 있다. 도 2에서 해당 조건을 만족하는 제2 링크는 링크2, 링크3, 링크4, 링크5, 링크6 중 하나일 수 있다.

도 3은 보상부(150)의 동작을 나타낸 개략도이다.

제2 링크 k2의 처짐량 d를 보상하기 위해, 보상부(150)는 제2 링크 k2의 상류에 배치된 링크를 그대로 둔 상태에서 제2 링크 k2만 움직일 수 있다.

일 예로, 제2 링크 k2의 바로 앞 단에 제1 링크 k1이 제2 관절 x2를 통해 연결될 수 있다. 이때, 제2 관절 x2를 중심으로 제2 링크 k2를 (-d)만큼 회전시키는 과정을 통해 제2 링크 k2의 처짐량 d가 보상될 수 있다. 이때, 처짐량 d는 중력 방향 g의 회전각을 의미할 수 있다.

물론, 이와 같은 방식을 통해서도 처짐량이 해소될 수 있다. 하지만, 처짐에 의해 전체적인 위치가 중력 방향을 따라 하강한 작업 툴의 위치 보상은 이루어지지 않게 된다. 이는 곧, 작업 툴이 제어값에 포함된 위치로부터 심각하게 이탈될 수 있음을 의미할 수 있다.

처짐 문제가 발생될 때, 뿌리 쪽(상류 쪽)의 미세한 변화가 말단 쪽에 심각한 위치 변화를 유발하는 경우가 많다. 이러한 특징을 이용하여 타겟의 처짐량 보상에 더하여 타겟의 하강을 추가로 보상하는 방안이 마련될 수 있다.

일 예로, 보상부(150)는 제2 링크 k2의 처짐량 보상시, 바로 앞 단이 아니라 그 이전 단에 배치된 링크의 처짐량을 보상할 수 있다. 다시 말해, 보상부(150)는 소위 뿌리 쪽의 링크를 회전시키는 것을 통해 처짐량을 보상하는 동시에 처짐으로 인해 하강된 제2 링크의 위치를 보상할 수 있다.

일 예로, 보상부(150)는 제2 링크 k2의 처짐량을 보상하기 위해 제1 링크 k1을 기준으로 제2 링크 k2를 회전시키지 않을 수 있다. 대신, 보상부(150)는 제2 링크 k2의 처짐량을 보상하기 위해 고정축 또는 몸체를 기준으로 제1 링크 k1을 회전시킬 수 있다.

보상부(150)는 이론값에 대한 측정값의 오차를 보상하기 위해, 제2 링크 k2의 바로 앞 단에 배치되고 제2 링크 k2에 회전 가능하게 연결된 제1 링크 k1의 로봇 몸체 측 말단의 제1 관절 x1을 중심으로 제1 링크 k1을 움직이는 모듈을 제어할 수 있다. 이때, 모듈은 제1 관절 x1을 중심으로 제1 링크 k1을 회전시키는 모터 등의 액추에이터를 포함할 수 있다.

제1 링크 k1의 움직임에 의해 이론값에 대한 제2 링크 k2 또는 제3 관절 g의 측정값 오차가 보상될 수 있다.

제1 링크 k1의 움직임에 의해 처짐량 d를 보상하는 과정은 다른 관점에서 다음과 같이 설명될 수 있다.

측정부(110)는 로봇 암(10)을 형성하는 제1 링크 k2의 작업 툴 측 말단에 회전 가능하게 연결된 제2 링크 k2의 기울기 측정값을 입수할 수 있다.

보상부(150)는 제1 링크 k1에 대한 제2 링크 k2의 회전 각도 a를 현재 상태로 유지시킬 수 있다.

보상부(150)는 제1 링크 k1에 대한 제2 링크 k2의 회전 각도 a가 유지된 상태에서 제1 링크 k1의 상류에 위치한 관절을 중심으로 제1 링크 k1을 회전시킬 수 있다. 이때, 제1 링크 k1의 상류에 위치한 관절은 제1 링크 k1의 몸체 측 말단에 형성된 제1 관절 x1을 포함할 수 있다. 또는, 제1 링크 k1의 상류에 위치한 관절은 제1 링크 k1로부터 이격된 상류의 다른 링크 말단에 형성된 관절을 포함할 수 있다.

보상부(150)는 제1 링크 k1을 회전시키면서, 제2 링크 k2에 대한 기울기 측정값을 제2 링크에 대한 이론값에 매칭시킬 수 있다. 다시 말해, 보상부(150)는 제2 링크 k2를 대신하여 상류의 제1 링크 k1을 회전시키는 것을 통해 제2 링크 k2의 처짐량을 보상할 수 있다.

하지만, 제1 링크 k1의 움직임만으로 제2 링크 k2의 처짐량 d를 보상할 경우, 도 3과 같이 제2 링크 k2의 중력 방향상 위치가 제어값보다 오히려 상승하는 문제가 발생될 수 있다.

제2 링크, 작업 툴 등의 타겟에 대한 처짐량 d를 보상하면서 타겟의 중력 방향상 위치가 제어값을 추종하도록 하기 위해 타겟의 앞 단에 연결된 복수의 링크를 각자 조금씩 움직이는 방안이 마련될 수 있다. 이 경우, 복수의 링크를 동시에 움직일지, 순차적으로 움직일지에 대한 결정 문제가 발생될 수 있다. 또한, 복수의 링크를 순차적으로 움직이기로 결정한 경우, 어떤 순서에 따라 복수의 링크를 움직일 것인가에 대한 결정 문제가 추가로 발생될 수 있다.

뿌리 쪽(몸체 쪽)의 미세한 움직임이 말단에 큰 영향을 미치는 현상을 고려하여, 상류 측의 링크가 먼저 움직인 후에 하류 측의 링크가 움직이는 것이 유리할 수 있다.

일 예로, 복수의 링크가 관절 구조로 연결되어 로봇 암(10)이 형성될 수 있다.

이때, 초기에 측정부(110)는 복수의 링크 중에서 로봇의 몸체에 가까운 상류 링크의 기울기를 획득할 수 있다. 이를 위해, 복수의 기울기 센서 중 일부의 기울기 센서는 상류 링크에 설치될 수 있다.

그리고, 보상부(150)는 획득된 상류 링크의 기울기를 이용하여 일단 상류 링크의 처짐량을 보상할 수 있다. 제어부(90)는 처짐량의 보상에 맞춰 상류 링크의 처짐량 보상과 관련된 링크를 움직일 수 있다. 이에 따라 상류 링크의 처짐량이 보상될 수 있다. 상류 링크의 처짐량이 제어부에 의해 물리적으로 보상되면 하류 링크의 기울기, 처짐량은 초기와 비교하여 달라질 수 있다.

측정부(110)는 상류 링크의 처짐량이 보상된 후, 상류 링크의 처짐량 보상으로 인해 기울기가 달라진 하류 링크의 기울기를 획득할 수 있다. 이를 위해, 복수의 기울기 센서 중 일부의 기울기 센서는 하류 링크에 설치될 수 있다.

보상부(150)는 상류 링크의 처짐량이 보상되고 하류 링크의 기울기가 획득되면, 하류 링크의 처짐량을 보상할 수 있다. 제어부(90)는 보상부(150)의 보상 결과에 따라 하류 링크의 처짐량 보상과 관련된 링크를 움직일 수 있다. 이에 따라 하류 링크의 처짐량이 물리적으로 보상될 수 있다.

종국적으로 처짐량이 보상되는 최종 타겟은 작업 툴이 될 수 있다. 하지만, 본 실시예에 따르면, 작업 툴의 상류에 배치된 적어도 일부의 상류 링크 역시 처짐량이 보상되는 타겟이 될 수 있다.

상류 링크의 처짐량 및 하류 링크의 처짐량은 각 링크의 작업 툴 측 말단에서 가장 크게 나타날 수 있다. 따라서, 기울기 센서는 상류 링크 또는 하류 링크의 작업 툴 측 단부에 설치되는 것이 좋다.

본 실시예에 따르면, 도 3에서 실선으로 표시된 제어값의 중력 방향 위치를 추종하도록 각 링크의 처짐량이 보상될 수 있다.

각 링크의 처짐량 보상은 기울기 센서를 이용하여 피드백 제어될 수 있다. 다시 말해, 보상부(150)는 측정값을 이용하여 로봇 암(10)의 처짐량을 피드백 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 보상 장치(100)에 의해 작업 툴의 처짐량이 보상된 로봇 암(10)을 나타낸 개략도이다. 도 4의 로봇 암(10)은 도 3의 로봇 암(10)에 본 발명의 보상 장치(100)가 개입한 후의 상태를 나타낼 수 있다.

본 발명의 보상부(150)는 작업 툴의 처짐량을 보상할 수 있다. 또한, 본 발명의 보상부(150)는 각 링크의 처짐량을 보상할 수 있다. 이를 통해 도 4의 로봇 암(10)을 형성하는 각 링크, 각 관절, 플랜지는 제어값을 추종하는 처짐량, 중력 방향 상 위치를 추종할 수 있다.

정리하면, 본 발명의 보상 장치(100)는 타겟을 지지하는 지지물에 설치된 기울기 센서, 지지물에 설치된 기울기 센서의 측정값을 이용하여 타겟의 처짐량을 보상하는 보상부(150)를 포함할 수 있다. 타겟은 작업 툴을 포함하거나, 로봇 암(10)을 형성하는 링크 또는 관절을 포함할 수 있다. 지지물은 타겟을 지지하는 상류 측의 링크를 포함할 수 있다.

보상부(150)는 지지물의 기울기 측정값이 기산출된 이론값을 추종하는 방향으로 지지물의 기울기를 수정할 수 있다.

본 발명의 보상부(150)는 타겟의 처짐량을 보상하는 동시에 처짐에 의해 유발되는 중력 방향상의 위치 변화를 보상하기 위해, 타겟의 처짐량을 직접 보상하는 대신 타겟을 지지하는 지지물의 처짐량을 보상하는 방식을 취할 수 있다.

이때, 보상부(150)는 정기구학으로 계산된 자세의 회전각 중에서 중력 방향 g의 제1 각도만을 획득할 수 있다. 제1 각도는 이론값에 해당될 수 있다.

보상부(150)는 기울기 센서에 의해 측정된 중력 방향 g의 제2 각도를 획득할 수 있다. 제2 각도는 기울기 센서의 측정값에 해당될 수 있다.

보상부(150)는 제1 각도와 제2 각도 간의 편차를 보상할 수 있다. 보상부(150)는 제2 각도가 제1 각도를 추종하도록 지지물의 지면에 대한 회전 각도를 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5의 보상 방법은 도 1에 도시된 보상 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

보상 방법은 측정 단계(S 510), 산출 단계(S 520), 보상 단계(S 530)를 포함할 수 있다.

측정 단계(S 510)는 로봇 암(10)에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득할 수 있다. 측정 단계(S 510)는 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.

산출 단계(S 520)는 로봇 암(10)에 설치된 기울기 센서의 측정값을 이용하여 로봇 암(10)의 처짐량을 추정할 수 있다. 산출 단계(S 520)는 산출부(130)에 의해 수행될 수 있다.

보상 단계(S 530)는 산출 단계(S 520)에서 추정된 처짐량을 보상할 수 있다. 보상 단계(S 530)는 보상부(150)에 의해 수행될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 6의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 보상 장치(100) 등) 일 수 있다.

도 6의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10...로봇 암 90...제어부
100...보상 장치 110...측정부
130...산출부 150...보상부

Claims (11)

1. 로봇 암(arm)에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득하는 측정부;
   상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 추정하는 산출부;
   상기 처짐량을 보상하는 보상부;
   를 포함하는 보상 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는 제1 측정값, 제2 측정값, 제3 측정값 중 적어도 하나를 획득하고,
   상기 제1 측정값은 상기 로봇 암(arm)의 관절과 관절 사이의 마디에 해당하는 링크의 기울기를 측정한 값이며,
   상기 제2 측정값은 상기 관절의 기울기를 측정한 값이고,
   상기 제3 측정값은 상기 로봇 암의 말단에 구비된 작업 툴의 기울기를 측정한 값이며,
   상기 산출부는 상기 제1 측정값을 이용하여 상기 링크의 처짐량을 추정하거나, 상기 제2 측정값을 이용하여 상기 관절의 처짐량을 추정하거나, 상기 제3 측정값을 이용하여 상기 작업 툴의 처짐량을 추정하는 보상 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 산출부는 상기 로봇의 제어값을 이용하여 제1 이론값, 제2 이론값, 제3 이론값 중 적어도 하나를 산출하고,
   상기 제1 이론값은 상기 제어값을 이용하여 산출된 상기 링크의 기울기값을 포함하며,
   상기 제2 이론값은 상기 제어값을 이용하여 산출된 상기 관절의 기울기값을 포함하고,
   상기 제3 이론값은 상기 제어값을 이용하여 산출된 상기 작업 툴의 기울기값을 포함하며,
   상기 산출부는 상기 제1 측정값과 상기 제1 이론값 간의 차이를 상기 링크의 처짐량으로 추정하거나, 상기 제2 측정값과 상기 제2 이론값 간의 차이를 상기 관절의 처짐량으로 추정하거나, 상기 제3 측정값과 상기 제3 이론값 간의 차이를 상기 작업 툴의 처짐량으로 추정하는 보상 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는 상기 로봇 암을 형성하는 제2 링크의 작업 툴 측 단부에 설치되거나 상기 제2 링크의 작업 툴 측 말단의 제3 관절에 설치된 기울기 센서의 측정값을 입수하고,
   상기 보상부는 이론값에 대한 상기 측정값의 오차를 보상하기 위해, 상기 제2 링크로부터 이격되고 상기 제2 링크의 상류에 위치한 관절을 중심으로 상기 제2 링크를 움직이는 모듈을 제어하는 보상 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는 상기 로봇 암을 형성하는 제2 링크의 작업 툴 측 단부에 설치되거나 상기 제2 링크의 작업 툴 측 말단의 제3 관절에 설치된 기울기 센서의 측정값을 입수하고,
   상기 보상부는 이론값에 대한 상기 측정값의 오차를 보상하기 위해, 상기 제2 링크의 바로 앞 단에 배치되고 상기 제2 링크에 회전 가능하게 연결된 제1 링크의 로봇 몸체 측 말단의 제1 관절을 중심으로 상기 제1 링크를 움직이는 모듈을 제어하며,
   상기 제1 링크의 움직임에 의해 이론값에 대한 상기 제2 링크 또는 상기 제3 관절의 측정값 오차가 보상되는 보상 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는 상기 로봇 암을 형성하는 제1 링크의 작업 툴 측 말단에 회전 가능하게 연결된 제2 링크의 기울기 측정값을 입수하고,
   상기 보상부는 상기 제1 링크에 대한 상기 제2 링크의 회전 각도를 현재 상태로 유지시키며,
   상기 보상부는 상기 제1 링크에 대한 상기 제2 링크의 회전 각도가 유지된 상태에서 상기 제1 링크의 상류에 위치한 관절을 중심으로 상기 제1 링크를 회전시키면서, 상기 제2 링크에 대한 상기 기울기 측정값을 상기 제2 링크에 대한 이론값에 매칭시키는 보상 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   복수의 링크가 관절 구조로 연결되어 상기 로봇 암이 형성될 때,
   초기에 상기 측정부는 복수의 링크 중에서 상기 로봇의 몸체에 가까운 상류 링크의 기울기를 획득하고,
   상기 보상부는 상기 상류 링크의 처짐량을 보상하며,
   상기 측정부는 상기 상류 링크의 처짐량이 보상된 후, 상기 상류 링크의 처짐량 보상으로 인해 기울기가 달라진 하류 링크의 기울기를 획득하고,
   상기 보상부는 상기 상류 링크의 처짐량이 보상되고 상기 하류 링크의 기울기가 획득되면, 상기 하류 링크의 처짐량을 보상하는 보상 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 보상부는 상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 피드백 제어하는 보상 장치.
   
9. 타겟을 지지하는 지지물에 설치된 기울기 센서;
   상기 지지물에 설치된 상기 기울기 센서의 측정값을 이용하여 상기 타겟의 처짐량을 보상하는 보상부;를 포함하고,
   상기 보상부는 상기 지지물의 기울기 측정값이 기산출된 이론값을 추종하는 방향으로 상기 지지물의 기울기를 수정하는 보상 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 보상부는 정기구학으로 계산된 자세의 회전각 중에서 중력 방향의 제1 각도만을 획득하고,
    상기 보상부는 상기 기울기 센서에 의해 측정된 중력 방향의 제2 각도를 획득하며,
    상기 보상부는 상기 제1 각도와 상기 제2 각도 간의 편차를 보상하는 보상 장치.
    
11. 보상 장치에 의해 수행되는 보상 방법에 있어서,
    로봇 암에 설치된 기울기 센서의 측정값을 획득하는 측정 단계;
    상기 측정값을 이용하여 상기 로봇 암의 처짐량을 추정하는 산출 단계;
    상기 처짐량을 보상하는 보상 단계;
    를 포함하는 보상 방법.

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