한국정밀공학회 2013 년도 춘계학술대회논문집 1. 서론 오늘날 산업 현장에서는 다양한 산업체에서 다 양한 로봇이 사용되고 있다. 자동차, 선박, 기계, 전 자 등 예전 기계 위주의 산업에서 벗어나 산업 전 반에 다양하게 응용되며, 이러한 분야에서 활용되 지 위한 연구가 다양한 분야에서 진행되고 있다. 지금까지의 산업용 로봇시스템의 구조는 단순한 링 크를 직렬로 연결한 직렬 로봇이 주를 이루고 있으 며, 병렬 로봇은 특허독점으로 인해 개발에 한계를 가지고 있었다. 본 논문은 총 4장으로 구성되어 있다. 2장 에서는 병렬 로봇의 정의 및 기능에 대해서 설명을 한다. 3장에서는 병렬 로봇의 시스템 분석에 대해서 설명한다. 특히 본 논문에서 제안하는 병렬 로봇의 연구를 위한 기구학 해 석을 하여 구현에 필요한 시스템을 제안한다. 4장에서는 요약 과 결론을 제시한다. 2. 병렬 로봇(Delta Robot) 병렬 로봇은 1980년대 초 스위스의 Reymond Clavel 교수가 저가, 고속의 3축 병렬 로봇을 설계하였으며, 1999년 스위스의 ABB사 가 최초로 판매를 시작하였다. 병렬 로봇은 기존의 직렬 로봇에 비해 고정도, 고강성, 고 속성 등의 장점을 가지고 있어, 최근 여러 기 관에서 연구가 진행되고 있다. 특히, 고속조립 및 Pick-and-Place 작업에 많이 사용되어 상당 한 성과를 거두고 있다. 병렬 로봇을 개발하 기 위해서는 병렬 로봇 기구의 자코비안 및 특이점 해석이 필요하다. 3. 병렬로봇의 기구학 분석 3.1 Forward Kinematics 직렬 로봇과는 달리 병렬 로봇의 Forward Kinematics의 해석이 훨씬 더 어렵지만 Delta Robot의 경우 Forward Kinematics 그렇게 어렵 지 않다. Fig. 1은 본 논문에서 분석한 병렬로 봇의 기구학 이다.
(
)
ú ú ú û ù ê ê ê ë é -+ + = = = i i f i i i f i i i i ci s l s R c s l c R c c l P i P P 1 1 1 1 1 1 0 3 0 3 1,2,3 f f f f (1) 2 2 0 2 0 2 0) ( ) ( ) (x-x + y-y + z-z =r (2) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 3 3 3 2 2 2 1 1 1 e cz cy cx e cz cy cx e cz cy cx r P z P y P x r P z P y P x r P z P y P x = -+ -+ -= -+ -+ -= -+ -+ (3) (1)에서 Pc 위치를 계산한 후 (2)구의산업용 병렬 로봇의 구현을 위한 시스템 분석 및 설계
System Analysis and Design for Implementation
of Industrial Parallel Robots
*윤천석1, #임정학1
*C. S. Yun1, #J. H. Lim([email protected])1 1㈜오토닉스 제어계측연구소
Key words : Parallel robot, Delta robot, Industrial system, Robot control
Fig. 1 Delta Robot Forward Kinematics
한국정밀공학회 2013 년도 춘계학술대회논문집 방정식을 이용하여 (3)과 같이 각 Pc 위치에서의 방정식을 만든다. Delta Robot 은 3 관절이 서로 결합되어 있는 구조 이기에 Delta Robot 의 위치는 3 개의 관절이 결합되어 있는 지점이 로봇 위치가 된다. 이는 3 개의 구가 중첩되어 있는 위치를 구하는 방정식과 동일하다. 따라서 위의 방정식의 교점을 구하면 Delta Robot 의 Forward Kinematics 해석을 할 수 있다.
3.2 Inverse Kinematics
Delta Robot의 Inverse Kinematics 해석하는 방 법으로는 로봇의 한 관절을 x축(또는 y축)에 고정하여 평명적으로 해석하는 방법을 취한다. Fig. 2는 병렬 로봇의 역기구학에 대한 분석 결과 이다. XZ 평면 기준으로 하는 B 점을 원점으로 하여 A 점을 지나는 원의 방정식은 2 1 2 2
)
0
(
)
(
x
c-
R
A+
z
c-
=
l
(4) B점을 원점으로 하여 C점을 지나는 원의 방 정식은 2 2 2 2 2)
(
))
(
(
x
c-
x
e+
R
B+
z
c-
z
e=
l
-
y
e (5) 위의 식 (4),(5)의 교점을 구할 수 있고 교점을 구하면 (6) 식(6)을 이용하여 Inverse Kinematics 해석할 수 있다.간략하게 Forward / Inverse Kinematics를 소개 하였으며, 자세한 해석 및 원리는 관련 논문 을 참고하며 위의 이론을 기본으로 하여 병렬 로봇 자동화 시스템 구축하였다. 4. 결론 ㈜오토닉스의 수많은 제품들 중에 조립 자 동화가 가능한 제품인 터미널 단자대 제품에 서 반복적인고 고속으로 제품 조립이 필요한 공정인 핀 삽입 공정을 자동화 하기 위해서 병렬 로봇(Delta Robot)을 기본으로 하는 자동 화 시스템 장치를 구현 하였다. 본 논문에서는 로봇의 기구부에 대한 해석 및 설계에 대한 방법을 제안하였다. Fig. 3은 오토닉스에서 분석하여 제작된 병렬 로봇이다. 현재 병렬 로봇의 기구부 설계를 완료하여 제 작을 하였으며, 조립 및 Pick-and-Place 적용을 위한 시스템 구성에 대한 연구가 필요하다. 후기 본 논문은 지식경제부 부품소재 국제협력사 업으로 지원된 연구임 참고문헌
1. Clavel, R. Delta, a fast robot with parallel geometry. In Proceedings of the 18th International Symposium on Industrial Robots, Lausanne, France, 26–28 April 1988, 91–100.
Fig. 3 Autonic of Parallel Robots Fig. 2 Delta Robot Inverse Kinematics
c A c x R z -= -1 1 tan q
