그리퍼 접촉신호의 무선통신을 위한 제어장치 및 그리퍼 설계
Design of Controller and Gripper for Wireless Communication of Gripper Contact Signal
김현민1, 김정진2, 김갑순1,
Hyeon Min Min1, Chong Jin Kim2, and Gab Soon Kim1,
1 경상대학교 제어계측공학과 (Department of Control & Instrumentation Engineering, ERI, Gyeongsang National University) 2 (주) 로봇플러스 연구소 (Research and Development Deptartment(R&D), INTELLIGENT ROBOT SOLUTION)
Corresponding author: [email protected], Tel: +82-55-772-1745 Manuscript received: 2014.5.23 / Revised: 2014.8.12 / Accepted: 2014.8.14
This paper describes the development of a wireless communication controller of gripper contact signal for industrial robot. The wireless communication gripper controller is composed of a robot wireless communication controller and a gripper wireless transmitting/receiving controller. The robot wireless communication controller transmits the data of gripper sensors, and the gripper wireless communication controller receives the data. And the controller sends the data to the robot controller of industrial robot. As a result of the characteristics test of the wireless communication gripper controller, it is thought that the robot wireless communication controller A transmits and receives three gripper wireless transmitting/receiving controller A1, A2, A3 another.
Thus, the developed wireless communication gripper controller can be used for transmitting/
receiving the data of gripper sensors for industrial robot.
Key Words: Industrial Robot (산업용로봇), Gripper (그리퍼), Wireless Communication Gripper Controller (무선통신 그리 퍼 제어장치), Robot Wireless Communication Controller (로봇 무선통신 제어장치)
1. 서론
산업현장의 자동생산시스템을 구축할 경우에는 대부분 여러 대의 산업용이 설치된다. 산업현장에 설치되는 산업용로봇의 연구는 국내외에서 활발히 이루어지고 있다.1-7 현재 국내외에서 생산하고 있 는 산업용로봇8-15은 Fig. 1에서 나타낸 것과 같이 산업용로봇 본체, 로봇 제어장치, 그리퍼 등 으로 구분된다. 로봇 전문 생산업체는 그리퍼를 제외한 산업용로봇 본체와 제어장치만을 판매하고 있으며,
그리퍼는 대부분 로봇의 설치업체가 생산 라인의 작업상황에 적합하도록 설계 및 제작하여 산업용 로봇의 말단에 부착하여 판매한다. 그리퍼 본체에 는 최대 4개의 그리퍼가 부착되고, 1개의 그리퍼는 최대 6개의 유무선 접촉센서가 부착 되어 작업물 체를 잡았는지의 상황을 로봇 제어 장치에 Fig. 1 에서 나타낸 것과 같이 신호선 (전선)으로 전달한 다. 그런데 절삭류 등과 같은 점성이 큰 액체가 있는 환경에서 작업하는 산업용 로봇의 신호선은 굳는 현상이 발생되어 그리퍼의 반복되는 회전에 __________
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의해 단선되는 경향이 빈번하게 발생된다. 그러므 로 그리퍼 센서의 접촉신호를 무선으로 로봇 제어 장치에 전달할 수 있는 무선 통신 제어장치가 필 요하다. 이 제어장치는 그리퍼 접촉센서의 접촉유 무 데이터를 송신하는 로봇 무선통신 제어장치와 송신된 데이터를 수신하는 그리퍼 무선통신 제어 장치로 구분되어야 한다.
또한 실제 산업현장에서는 한 공간에 여러 대 의 산업용로봇이 설치되는 자동화시스템을 구성 하는 것이 일반적이다. 한 공간에 여러 대의 산업 용로봇이 설치되었을 경우 각 산업용로봇의 무선 통신 제어장치는 그들끼리만 무선으로 통신 되어 야 한다. 예를 들면 하나의 산업용로봇의 로봇 무 선통신 제어장치와 그리퍼 무선통신 제어장치끼리 만 무선통신이 이루어지고, 다른 로봇의 무선통신 제어장치와는 통신이 이루어지면 않된다. 지금까 지 개발된 무선센서(RSS-T2)16는 단지 하나의 그리 퍼 조우가 물체를 잡았는지를 판단하여 무선으로 통신할 수 있고, 주파수 868.3MHa를 사용하고 고 유번호를 부여할 수 없어 한 공간에 여러 대의 산 업용로봇이 설치되는 자동화시스템을 구성하는 것 이 불가능하다.
따라서 본 논문에서는 로봇의 제어장치와 그리 퍼 접촉신호를 무선으로 통신하는 무선통신 제어 장치와 그리퍼를 설계한다. 그리퍼 센서의 접촉신 호를 송신하는 그리퍼 무선통신 제어장치와 접촉 신호를 받아 로봇 제어장치로 보내는 로봇 무선통 신 제어장치를 설계한다. 그리고 실험을 위한 4개 그리퍼가 부착되는 그리퍼 본체를 설계하고, 무선 통신 제어장치의 특성실험을 실시한다.
(a) Wireless communication controller for robot A
(b) Wireless communication controller for robot B Fig. 2 Schematic diagram of wireless communication
controller
2. 무선통신 제어장치 설계 및 제작 2.1 무선통신 제어장치 개념
Fig. 2는 무선통신 제어장치의 개념도를 나타내 고 있고, 이것은 로봇 무선통신 제어장치와 그리 퍼 무선통신 제어장치로 구분된다. Fig. 2(a)는 산업 용로봇A의 그리퍼와 로봇 제어장치 A 와 통신을 위한 무선통신 제어장치A를 나타내고 있다. 무선 통신 제어장치A는 로봇 무선통신 제어 장치A와 그리퍼 무선통신 제어장치 A로 구분 되고, 그리퍼 무선통신 제어장치A에 4개의 그리퍼A1, A2, A3, A4 에 부착된 그리퍼 접촉센서와 연결되어 있다. Fig.
2(b)는 산업용로봇B의 그리퍼와 로봇 제어장치B와 통신을 위한 무선통신 제어장치B를 나타내고 있고, 나머지 구성은 무선통신 제어장치A와 같다. 한 공 간에 여러 대의 산업용로봇이 설치될 경우에는 로 봇 무선통신 제어장치A는 그리퍼 무선통신 제어 장치A만이 서로 통신되어야 하고, 다른 그리퍼 무 선통신 제어장치와는 통신되어서는 안되도록 설계 되어야 한다.
Fig. 1 Industrial robot and its gripper body with four gripper
Fig. 3 Schematic diagram of gripper wireless communi- cation controller
2.2 그리퍼 무선통신 제어장치 설계 및 제작 Fig. 3은 그리퍼 무선통신 제어장치의 개념도를 나타내고 있다. 이것은 이것은 마이크로프로세서 (Atmega128), 지그비(XBee-S2), 전압측정 집적회로 (LM3914), 축전지(battery) 등으로 구성되어 있다.
그리퍼 무선통신 제어장치는 그리퍼에 부착된 접 촉센서로부터 그리퍼의 접촉유무를 감지한 신호를 마이크로프로세서(Atmega128)가 받아 지그비를 통 해 송신한다. 그리고 축전지는 모든 전자부품에 전원을 공급하고, 전압측정 집적회로는 축전지의 전압 잔량을 측정하여 마이크로프로세서에 보낸다.
Fig. 4는 그리퍼 무선통신 제어장치 전자회로도 를 나타내고 있다. Fig. 4(a)의 중앙 회로도는 마이 크로프로세서(atmega128)의 회로도를 나타내고 있 다. 이것은 16MHz로 동작되어 매우 빠르게 명령
어를 처리하고 128kbyte의 플래쉬메모리를 가지고 있고, 시리얼통신인 RS232C 기능을 가지고 있으므 로 그리퍼 무선통신 제어장치의 CPU(Central Processing Unit)로 적당하다. Fig. 4(a)의 우측 회로도 는 지그비(XBee-S2)의 간략한 회로도를 나타내고
PD0PD1 PD2PD3
PE4 PD4PD5 PD6PD7
PF0PF1 PF2PF3 PF5PF4 PF6PF7 PA0
PA2PA1 PA3PA4 PA5PA6 PA7
PC1PC0 PC2PC3 PC4PC5 PC6PC7
3.3V J4
Zig Bee 12 34 56 78 109
/RST IC2
ATmega128 PB0 (SS) 10 PB1 (SCK) 11
PB2 (MOSI) 12 PB3 (MISO) 13 PB4 (OC0) 14 PB5 (OC1A) 15 PB6 (OC1B) 16 PB7 (OC2/OC1C) 17
PC0 (A8) 35 PC1 (A9) 36 PC2 (A10) 37 PC3 (A11) 38 PC4 (A12) 39 PC5 (A13) 40 PC6 (A14) 41 PC7 (A15) 42
(SCL/INT0) PD0 25 (SDA/INT1) PD1 26 (RxD1/INT2) PD2 27 (TxD1/INT3) PD3 28 (IC1) PD4 29 (XCK1) PD5 30 (T1) PD6 31 (T2) PD7 32 (RxD0/PDI) PE0 2 (TxD0/PDO) PE1 3 (XCL0/AIN0) PE2 4 (OC3A/AIN1) PE3 5 (OC3B/INT4) PE4 6 (OC3C/INT5) PE5 7 (T3/INT6) PE6 8 (IC3/INT7) PE7 9
(TDI/ADC7) PF7 54 (TDO/ADC6) PF6 55 (TMS/ADC5) PF5 56 (TCK/ADC4) PF4(ADC3) PF3(ADC2) PF2(ADC1) PF1(ADC0) PF0 5758596061 PA7 (AD7)
44 PA6 (AD6) 45 PA5 (AD5) 46 PA4 (AD4) 47 PA3 (AD3) 48 PA2 (AD2) 49 PA1 (AD1) 50 PA0 (AD0) 51
(WR) PG0 33 (RD) PG1 34 (ALE) PG2 43 (TOSC2) PG3 18 (TOSC1) PG4 19 AVCC 64 AREF 62 RESET
20 1 PEN
XTAL1 24
XTAL2 23
VC C 21
VC C 52
GN D 22
GN D 53
GN D 63 VCC
Y2 16M C922pF C1022pF
VCC
PE1/TXD PE0/RXD
VCC SW2 reset
C110.1uF R1310k
(a) Atmega128 and XBee-S2 circuit
U2
LM3914 SIGIN 5
3 VCC
REFOUT 7
9 MODE 4 RLORHI 6
REF ADJ 8
LED1 1 LED2 18 LED3 17 LED4 16 LED5 15 LED6 14 LED7 13 LED8 12 LED9 11 LED10 10
D2 D3 D4 R61K
R71K D5
R93.3K R11 5.1K VCC
PE4
(b) Voltage level circuit (LM3914)
J8 out1
12 34 56
J11 CON21
2 J10 1CON2 2
AR1330x8 2 3 4 5 6 7 8 9
1 VCC
PA0PA1 PA2 PA4PA3 PA5PA6 PA7
C12104 C13104 VCC
C14100uF J5
CON2 1 2
J6 VCC 1
2 C15 103
(c) Gripper selection circuit and power circuit Fig. 4 Electric circuit of gripper wireless communica-
tion controller
수 영역에서 250kbps의 속도로 150m까지 무선통신 이 가능하다. 마이크로프로세서의 A포트(port A:
PA0~PA7), C포트(port C: PC0~PC7), D포트(port D:
PD0~PD7), F포트(port F: PF0~PF7)는 각각 그리퍼1, 2, 3, 4의 각 6개의 그리퍼 접촉센서와 연결되어 그 리퍼의 접촉유무의 신호를 지그비를 통해 송신(마 이크로프로세서의 PE1)한다.
그리고 Fig. 4(a)의 좌측 회로도는 리셋회로도이 고, 스위치(SW1)를 누루면 마이크로프로세서가 리 셋된다. 그리고 로봇이 문제가 발생될 경우, 로봇 제어장치의 PLC(Programmable Logic Controller)로부 터 정지신호 데이터를 받은 로봇 그리퍼 무선통신 제어장치가 송신한 그 데이터를 수신(마이크로프 로세서의 PE0)한다. Fig. 4(b)는 전압측정 집적회로 (LM3914)의 회로도를 나타내고 있고, 이것은 축전 지의 전압이 3.2V이상일 경우에는 첫 번째 LED에 ON이 되고, 0.2V씩 하강할 때마다 LED가 하나씩 내려가며 ON이 된다. 즉, 네 번째 LED가 ON이 되면 2.8V이하이므로 축전지를 충전시켜야 된다는 것을 알린다. 이 데이터는 마이크로프로세서의 PE4핀이 감지하여 지그비를 통해 로봇 무선통신 제어장치로 송신된다.
Fig. 4(c)는 그리퍼 선택회로와 전원 연결회로를 나타내고 있다. 좌측의 그리퍼 선택회로는 1번 그 리퍼의 6개 그리퍼 접촉센서와 마이크로프로세서 하위 6개핀(0번~5번핀)이 연결되고, 상위 2개핀(6 번과 7번핀)은 1번 그리퍼의 ID(IDentification)를 부 여한다. 즉, 마이크로프로세서 A포트와 연결되는 1 번 그리퍼의 ID는 점퍼로 1과2, 3과4를 연결하면
"00", C포트와 연결되는 2번 그리퍼의 ID는 점퍼로 3과4를 연결하면 "01", D포트와 연결되는 3번 그리 퍼의 ID는 점퍼로 1과2를 연결하면 "10", F포트와 연결되는 4번 그리퍼의 ID는 점퍼를 연결하지않으 면 "11"이다. Fig. 4(c)의 좌측 회로도는 베터리와 그리퍼 무선통신 제어장치를 연결하는 컨넥터 (VCC-J6)와 그리퍼 고정지그 컨넥터(CON2-J5)이다.
그리퍼 고정지그 컨넥터는 산업용 로봇의 말단 고 정지그와 그리퍼를 연결되면 전선이 연결되어 그 리퍼 무선통신 제어장치에 전원이 연결되어 동작 되기 시작한다.
Fig. 5는 개발된 그리퍼 무선통신 제어장치의 사 진을 나타내고 있고, 이것은 그리퍼 무선통신 제어 기, 축전지(battery), 방수컨넥터(waterproof connector), 방수케이스(waterproof case) 등으로 구성되어 있다.
Fig. 5의 우측 하부에 개발된 그리퍼 무선통신 제 어장치의 사진을 나타내고 있다. 그리퍼 무선통신 제어장치는 그리퍼에 부착된 센서로부터 그리퍼의 접촉유무를 감지한 신호를 방수케이블을 통해 마 이크로프로세서인(Atmega128)로 입력되고, 그 신호 는 지그비를 통해 송신된다. 개발된 그리퍼 무선 통신 제어장치는 절삭류 등의 유체가 있는 환경에 서 사용할 수 있도록 물을 호수로 뿌릴 때 방수될 수 있는 정도인 IP55를 한국산업시험원으로부터 인정받았다.
2.3 로봇 무선통신 제어장치 설계 및 제작 Fig. 6은 로봇 무선통신 제어장치의 개념도를 나 타내고 있다. 이것은 마이크로프로세서(Atmega128), 지그비(XBee-S2), 버퍼집적회로(74HC 540), 릴래이 (relay), 전압조정기(viltage regulator), 신호표시 LED 등으로 구성되어 있다. 로봇 무선통신 제어장치는 그리퍼 무선통신 제어장치로부터 보내온 신호를 지그비가 수신하여 마이크로프로세서로 보내고, 마이크로프로세서는 버퍼집적회로를 통해 릴래이 를 동작시켜 로봇 제어장치인 PLC로 보내 로봇을 제어할 수 있도록 한다. 또한 보내온 신호가 맞는 지를 확인하기 위해 LED에 표시한다.
Fig. 7은 로봇 무선통신 제어장치의 전자회로 도를 나타내고 있다. Fig. 7(a)는 마이크로 프로세서 (Atmega128)와 지그비(XBee-S2)의 회로도 를 나타 내고 있고, 그것들의 기능은 그리퍼 무선 통신 제 어장치와 같다. 마이크로프로세서는 지그 비를 통 해 그리퍼 무선통신 제어장치로부터 송신된 그리 Fig. 5 Developed gripper wireless communication con-
troller
퍼1~4의 각 그리퍼센서의 접촉유무 데이터와 로봇 과 그리퍼의 고정장치의 고정유무를 수신한다. 그 리고 그리퍼1~4의 접촉유무의 데이터 를 각각 포 트A(PA0~7), C포트(PC0~PC5), D포트 (PD0~PD5), F 포트(PF0~PF5)로 출력하여 LED를 점등함과 동시 에 그리퍼1~4의 각 6개씩의 릴래이와 연결된 4개 의 버퍼집적회로(74HC540)로 보낸다.
Fig. 7(b)는 1번 그리퍼의 그리퍼 접촉 센서의 접촉유무를 로봇 제어장치의 PLC에 보내기 위한 버퍼집적회로(74HC540), 릴래이(relay), LED를 나타 낸 것이다. 버퍼집적회로는 마이크로 프로세서 I/O 포트 핀의 출력전력이 20mA이므로 릴래이에 충분 한 전류가 흐를 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉 마이크로프로세서의 포트A (PA0~7), C포트(PC0~
PC5), D포트(PD0~PD5), F포트 (PF0~PF5)의 각 핀에 0V를 출력시켰을 때 버퍼 집적회로(74HC540)를 통과하여 5V의 전압이 출력된다. 이 전압은 릴래
이(relay)를 동작시켜 로봇 제어장치의 PLC에 24V 를 가하게 되어 로봇을 동작시킨다. 2~4번 그리퍼 의 그리퍼 접촉센서의 접촉유무를 로봇 제어장치 의 PLC에 보내기 위한 회로도는 Fig. 7(b)와 같다.
Fig. 8은 개발된 로봇 무선통신 제어장치의 사 진을 나타내고 있고, 이것은 로봇 무선통신 제어 기, 릴래이(relay) 등으로 구성되어 있다. 로봇 무선 통신 제어장치는 그리퍼 무선통신 제어장치로부터 송신된 신호를 지그비를 통해 수신하여 마이크로 프로세서로 보내지고, 마이크로프로세서는 버퍼집 적회로, 릴래이를 통해 24V를 로봇 제어장치의 PLC로 보내어 로봇 제어장치가 로봇의 제어할 수 있도록 한다. 그리고 수신된 신호를 버퍼집적회로 를 거쳐 LED를 ON시킨다.
Fig. 6 Schematic diagram of robot wireless communica- tion controller
PA3PA4 PA5
3.3V J2
Zig Bee 12 34 56 78 109 PA6
/RST PA7
IC1
ATmega128 PB0 (SS) 10
PB1 (SCK) 11
PB2 (MOSI) 12
PB3 (MISO) 13
PB4 (OC0) 14
PB5 (OC1A) 15
PB6 (OC1B) 16
PB7 (OC2/OC1C) 17
PC0 (A8) 35
PC1 (A9) 36
PC2 (A10) 37 PC3 (A11) 38
PC4 (A12) 39 PC5 (A13) 40
PC6 (A14) 41 PC7 (A15) 42
(SCL/INT0) PD0 25 (SDA/INT1) PD1 26 (RxD1/INT2) PD2 27 (TxD1/INT3) PD3 28 (IC1) PD4 29 (XCK1) PD5 30 (T1) PD6 31 (T2) PD7 32 (RxD0/PDI) PE0 2 (TxD0/PDO) PE1 3 (XCL0/AIN0) PE2 4 (OC3A/AIN1) PE3 5 (OC3B/INT4) PE4 6 (OC3C/INT5) PE5 7 (T3/INT6) PE6 8 (IC3/INT7) PE7 9
(TDI/ADC7) PF7 54 (TDO/ADC6) PF6(TMS/ADC5) PF5(TCK/ADC4) PF4(ADC3) PF3(ADC2) PF2(ADC1) PF1(ADC0) PF0 55565758596061 PA7 (AD7)
44 PA6 (AD6) 45 PA5 (AD5) 46 PA4 (AD4) 47 PA3 (AD3) 48 PA2 (AD2) 49 PA1 (AD1) 50 PA0 (AD0) 51
(WR) PG0 33 (RD) PG134 (ALE) PG2 43 (TOSC2) PG3 18 (TOSC1) PG4 19 AVCC 64 AREF 62 RESET
20 1 PEN
XTAL1 24
XTAL2 23
VC C 21
VC C 52
GN D 22
GN D 53
GN D 63
VCC
Y1 16M C722pF C8
22pF
VCC
PE0/RXD PE1/TXD J3
jump
1 2
3 4
5 6
7 8
R2330
R8330 R3330R4
330R5 330 VCC
PB4PB5 PB6
PC3 PC5PC4 PC7PC6
VCC PC1PC0
PC2 PB7
PD0PD1
D1 LED PD2PD3 PD4PD5 PD6PD7
PF1PF0 PF3PF2 PF5PF4 PF7PF6 VCC
SW1 reset C60.1uF
R110k PA0PA1 PA2
(a) Atmega128 and XBee-S2 circuit
PA4PA5
U2
74HC540 1 OE1 19 OE2
2 I0 3 I1 4 I2 5 I3 6 I4 7 I5 8 I6 9 I7
O0 18 O1 17 O2 16 O3 15 O4 14 O5 13 O6 12 O7 11 PA6
YA2YA1 YA5YA4 YA3
PA7
24V
24V 24V
24V YA0
24V RL5 24V
A1
4 3
12
RL6
A1
4 3
12
RL7
A1
4 3
12
RL8
A1
4 3
12
RL9
A1
4 3
12
RL10
A1
4 3
12
D34
J6
CON6 12 34 56
VCC D2
D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 PA0PA1
PA2PA3
(b) Buffer IC(74HC540), relay and LED circuit Fig. 7 Electric circuit of robot wireless communication
controller
Fig. 8 Developed robot wireless communication control- ler
2.4 실험용 그리퍼 설계 및 제작
Fig. 9는 설계 및 제작한 그리퍼 본체를 나타내 고 있고, 이것은 그리퍼 몸체(body), 로봇고정지그 (robot fixing jig), 4개의 그리퍼(gripper1, gripper2, gripper3, gripper4), 각 그리퍼의 그리퍼 접촉센서 (gripper contact sensor1, 2, 3, 4), 로봇접촉지그(robot contact jig), 그리퍼 무선통신 제어장치(gripper wireless communication controller) 공기호스 등으로 구성되어 있다. 로봇고정지그는 몸체의 중앙상부 에 부착되어 산업용로봇의 말단과 끼워서 고정할 수 있도록 되어 있고, 4개의 그리퍼는 몸체의 네 모퉁이 하부에 각각 부착되어 좌우로 움직여 작업 물체를 잡고 놓을 수 있도록 설계되어 있다. 1개의 그리퍼는 3개 세트(1세트당 2개의 센서)의 그리퍼 접촉센서가 부착되어 있고, 하나의 그리퍼센서 세 트는 2개의 센서로 구성되어 있다. 그래서 1개의 그리퍼 조우가 물체를 잡을 때 하나의 센서가 ON 되고 놓을 때 다른 하나의 센서가 ON된다. 즉 그 리퍼1이 작업물체를 잡았을 때는 3개의 조우 안쪽 의 센서 2개가 ON되고, 물체를 놓을 때는 바깥쪽 조우의 센서가 ON된다. 1개의 그리퍼 당 6개의 그 리퍼 접촉센서, 즉 총 24개의 그리퍼 접촉센서는 그리퍼 무선통신 제어장치와 연결되어 있고, 그들 의 접촉유무를 그리퍼 무선통신 제어장치가 감지 하여 송신한다. 공기호스는 그리퍼가 물체를 잡고 놓을 때 조우들이 움직일 수 있도록 공기압력을 가하는 역활을 한다. 그리퍼가 잡을 수 있는 작업 물체의 크기는 30mm~50mm이다.
(a) Top view
(b) Bottom view Fig. 9 Developed gripper for test
3. 무선통신 제어장치의 특성실험 및 고찰
Fig. 10(a)는 무선통신 그리퍼 제어장치A의 통 신 특성실험장치이고, 이것은 Fig. 2(a)에서 로봇과 로봇 제어장치를 제외한 나머지만 실험장치를 구 성한 것이다. 즉, 본 특성실험은 그리퍼 무선통신 제어장치A(A1(A1 그리퍼 데이터), A2(A2 그리퍼 데이터), A3(A3 그리퍼 데이터), A4(A4 그리퍼 데이 터)가 송신한 데이터를 로봇 무선통신 제어장치A 가 정확하게 수신하는지를 확인하기 위한 것이다.
특성실험은 Table 1에 나타낸 것과 같이 그리퍼 무 선통신 제어장치A는 A1 그리퍼 데이터인 "2진 수:00000001(16진수:0x01)"(ID: "00" 상위 2개 비트, 접촉센서 연결: "000001" 하위 6개비트), A2 그리퍼 데이터 인 "2진수:01000010 (16진수:0x42)", A3 그리 퍼 데이터 "2진수:10000011 (16진수:0x83)", A4 그리 퍼 데이터 "2진수:11000100 (16진수:0xC4)" 를 20초
에 간격으로 수차적으로 30일(1대의 그리퍼 무선 통신 제어장치의 송신횟수: 129,600회, 4대 송신횟 수: 518,400회) 동안 송신하였고, 확인 결과, 로봇 무선통신 제어장치 A는 송신한 각각의 데이터를 Table 2에 나타낸 것과 같이 정확하게 수신하였다.
Fig. 10(b)는 무선통신 그리퍼 제어장치B의 통 신 특성실험장치이고, 이것은 Fig. 2(b)에서 로봇과 로봇 제어장치를 제외한 나머지만 실험장치를 구 성한 것이다. 무선통신 그리퍼 제어장치A와 같은 방법으로 특성실험을 실시하였다. 즉, 그리퍼 무선 통신 제어장치B는 B1 그리퍼 데이터, B2 그리퍼 데이터, B3 그리퍼 데이터, B4 그리퍼 데이터를 Table 1에서 나타낸 것과 같이 각각 "2진수:
00000101(16진수:0x05)", "2진수: 01000 110(16진수:
0x46)", "2진수:10000111(16진수: 0x87)", "2진수:
11001000(16진수:0xC8)"를 수차적으로 30일 동안 송신하였고, 로봇 무선통신 제어장치B는 Table 2에 나타낸 것과 같이 각각의 데이터를 순차적으로 정 확하게 수신하였다. 특성실험결과는 100% 통신에
성공하였다.
Fig. 11은 무선통신 그리퍼 제어장치A와 B의 통신 특성실험장치이고, 이것은 Fig. 2(a)와 (b)에서 로봇과 로봇 제어장치를 제외한 나머지만 실험장 치를 구성한 것이다. 즉, 본 특성실험은 그리퍼 무 선통신 제어장치A(A1 그리퍼 데이터, A2 그리퍼 데이터, A3 그리퍼 데이터, A4 그리퍼 데이터)가 송신한 데이터는 로봇 무선통신 제어장치 A가 정 확하게 수신하고, 그리퍼 무선통신 제어장치B(B1 그리퍼 데이터, B2 그리퍼 데이터, B3 그리퍼 데이 터, B4 그리퍼 데이터)가 송신한 데이터는 로봇 무 선통신 제어장치 B가 정확하게 수신하는지를 확인 하기 위한 것이다. 이와 같이 하나의 그리퍼 무선 통신 제어장치 끼리만 통신을 할 수 있도록 X- CTU 소프트웨어를 이용하여 ID를 각각 프로그램 으로 부여했다. 즉, 무선통신 그리퍼 제어장치A의 Table 1 Bits of gripper’s ID and connecting bits of
gripper sensors in gripper wireless communica- tion controller A and B
Gripper data
ID of gripper (bit: 7~6)
Gripper sensor
(bit: 5~0) HEX
A1 00 000001 0x01
A2 01 000010 0x42
A3 10 000011 0x83
A4 11 000100 0xC4
B1 00 000101 0x05
B2 01 000110 0x46
B3 10 000111 0x87
B4 11 001000 0xC8
Table 2 Results of characteristic tests of the wireless communication gripper controllers A and B Wireless communication
gripper controller Results of received data
A
A1 "0x01""0x01""0x01"••••
A2 "0x42""0x42""0x42"••••
A3 "0x83""0x83""0x83"••••
A4 "0xC4""0x C4""0x C4"••••
B
B1 "0x05""0x05""0x05"••••
B2 "0x46""0x46""0x46"••••
B3 "0x87""0x87""0x87"••••
B4 "0xC8""0x C8""0x C8"••••
(a) Wireless communication gripper controller A
(b) Wireless communication gripper controller B Fig. 10 Experimental setup of wireless communication
gripper controller
모든 지그비에는 ID 0x00을 부여하였고, 무선통신 그리퍼 제어장치 B의 모든 지그비에는 ID 0x001을 부여하였다.
특성실험은 그리퍼 무선통신 제어장치A는 Table 1에서 나타낸 것과 같이 A1 그리퍼 데이터인 "2진 수:00000001(16진수:0x01)"(ID: "00" 상위 2개 비트, 접촉센서 연결: "000001" 하위 6개비트), A2 그리퍼 데이터 인 "2진수:01000010(16진수:0x42)", A3 그리 퍼 데이터 "2진수:10000011(16진수:0x83)", A4 그리 퍼 데이터 "2진수:11000100(16진수:0xC4)", 그리고 그리퍼 무선 통신 제어장치B는 B1 그리퍼 데이터, B2 그리퍼 데이터, B3 그리퍼 데이터, B4 그리퍼 데이터인 각각 "2진수:00000101(16진수:0x05)", "2진 수: 01000 110(16진수:0x46)", "2진수:10000111(16진 수: 0x87)", "2진수:11001000(16진수:0xC8)"를 20초 간격으로 순차적으로 각각 5일(1대의 그리퍼 무선 통신 제어장치의 송신횟수: 21,600회, 3대 송신횟수:
86,400회)동안 송신하였다.
확인 결과, 로봇 무선통신 제어장치A는 그리퍼 무선통신 제어장치A가 보낸 데이터만을 Table 2에 나타낸 것과 같이 정확하게 수신하였고, 로봇 무 선통신 제어장치B는 그리퍼 무선통신 제어장치B 가 송신한 데이터만 Table 2에 나타낸 것과 같이 정확하게 수신하였다. 무선통신 그리퍼 제어장치A 와 무선통신 그리퍼 제어장치B는 각각 그들끼리만 통신함을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 개발한 무선통신 그리퍼 제어장치는 한 공간에 설치된 여 러 대의 산업용로봇에 부착할 수 있을 것으로 생 각된다.
Fig. 12는 산업용로봇에 무선통신 그리퍼 제어
장치A가 부착된 실험장치이고, 이것은 Fig. 2(a)와 같이 실험장치를 구성한 것이다. 이것은 로봇본체 (robot), 로봇 제어장치A1(robot controller A1), 그리 퍼A1~A4(하나의 그리퍼 본체에 4개의 그리퍼가 조합), 그리퍼 무선통신 제어장치A (gripper wireless communication controller A), 로봇 무선통신 제어장 치A(robot wireless communication controller A) 등으로 구성되어 있다. 실험순서는 다음과 같다. 첫째, 로 봇 제어장치에 그리퍼 본체가 접촉하고 각각의 그 리퍼에 부착된 조그를 움직일 수 있도록 프로그램 을 작성하여 입력한다. 둘째, 로봇 무선통신 제어 장치A와 로봇 제어장치의 PLC 접점과 연결한다.
세째, 실험장치의 전원을 ON하면, 로봇이 그리퍼 본체를 로봇고정지그를 이용하여 고정하고, 그리 퍼 접촉센서의 동작을 그리퍼 무선통신 제어장치A 이 감지하여 송신한 데이터가 로봇 무선통신 제어 장치A에 보내진다. 이것을 LED를 통해 확인한다.
네째, 그리퍼 접촉센서의 데이터를 로봇 제어장치 A가 받은 후 로봇이 동작하여 작업물체 접촉핀을 작업대에 누르면, 작업물체 접촉센서의 접촉유무 데이터가 그리퍼 무선통신 제어장치A, 로봇 무선 통신 제어장치A를 통해 로봇 제어장치A로 입력되 면 로봇은 그리퍼를 이용하여 작업물체를 잡는다.
다섯째, 로봇이 동작되어 작업물체를 정해진 위치 에 놓는 특성실험을 실시하였다. 특성실험 결과, 그리퍼 접촉센서의 접촉유무를 그리퍼 무선통신 제어장치A가 정확하게 감지 및 송신하였고, 로봇 무선통신 제어장치A는 송신된 데이터를 수신하여 로봇 제어장치A에게 전달하였으며, 로봇 제어장치 A는 로봇을 정확하게 제어함을 확인하였다.
Fig. 11 Experimental setup of wireless communication gripper controller A and B
Fig. 12 Experimental setup of industrial robot gripper with wireless communication controller
4. 결론
본 논문에서는 산업용로봇의 그리퍼 접촉 센서 의 접촉 유무를 무선으로 통신하는 무선통신 그리 퍼 제어장치를 개발하였다. 무선통신 그리퍼 제어 장치A의 통신 특성실험결과, 로봇 무선통신 제어 장치A와 그리퍼 무선통신 제어장치 A가 통신이 정확하게 이루어졌고, 무선통신 그리퍼 제어장치B 의 통신 특성실험결과도 마찬가지로 통신이 이루 어졌다. 그리고, 무선통신 그리퍼 제어 장치A와 B 의 통신 특성실험결과, 로봇 무선통신 제어장치A 는 그리퍼 무선통신 제어장치A 와 로봇 무선통신 제어장치B는 그리퍼 무선통신 제어장치B 끼리만 서로 통신됨이 확인되었다. 그러므로 본 논문에서 개발한 무선통신 그리퍼 제어장치가 부착된 산업 용로봇은 절삭류가 존재 하는 공작기계 등에 사용 될 수 있을 뿐만 아니라 대형공장에서 여러 대의 산업용로봇을 동시에 사용할 수 있을 것으로 판단 된다.
후 기
본 논문은 중소기업청에서 지원하는 2013년도 산학협력 기술개발사업(No. C0123919)의 연구수행 으로 인한 결과물임을 밝힙니다.
REFERENCES
1. Brogårdh, T., “Present and Future Robot Control Development - An Industrial Perspective,” Annual Reviews in Control, Vol. 31, No. 1, pp. 69-79, 2007.
2. Mitsi, S., Bouzakis, K.-D., Mansour, G., Sagris, D., and Maliaris, G., “Off-Line Programming of an Industrial Robot for Manufacturing,” Int. J. Precis.
Eng. Manuf., Vol. 26, No. 3, pp. 262-267, 2005.
3. Östring, M., Gunnarsson, S., and Norrlöf, M.,
“Closed-Loop Identification of an Industrial Robot Containing Flexibilities,” Control Engineering Practice, Vol. 11, No. 3, pp. 291-300, 2003.
4. Abele, E., Weigold, M., and Rothenbücher, S.,
“Modeling and Identification of an Industrial Robot for Machining Applications,” CIRP Annals- Manufacturing Technology, Vol. 56, No. 1, pp. 387- 390, 2007.
5. Zavlangas, P. G. and Tzafestas, S. G., “Industrial Rob-
ot Navigation and Obstacle Avoidance Employing Fuzzy Logic,” Journal of Intelligent and Robotic Systems, Vol. 27, No. 1-2, pp. 85-97, 2000.
6. Kamnik, R., Matko, D., and Bajd, T., “Application of Model Reference Adaptive Control to Industrial Robot Impedance Control,” Journal of Intelligent and Robotic Systems, Vol. 22, No. 2, pp. 153-163, 1998.
7. Boubekri, N., Sahoui, M., and Lakrib, C.,
“Development of an Expert System for Industrial Robot Selection,” Computers & Industrial Engineeri- ng, Vol. 20, No. 1, pp. 119-127, 1991.
8. Hyundai, “Hyundai Robot Series,” http://engine.
hhi.aramcnc.com/_board/upload/BOARD_A01/Cat/1 368605817_92188/UP591DD427311F4.pdf (Access- ed 14 April 2014)
9. Yaskawa, “EPX1250 EPX1250,” http://www.motom- an.com/datasheets/EPX1250.pdf (Accessed 14 April 2014)
10. Kawasaki, “Kawasaki Robot R series,” http:// kawas- akirobot.co.kr/admin/product/down.php?prdcode=12 09100026&idx=&no=1 (Accessed 14 April 2014) 11. Fanuc, “Fanuc Roboguide,” http://www.fkc. co.kr/do-
wn_pdf/ROBOGUIDE(E)_v05_s.pdf (Accessed 14 April 2014)
12. Kuka, “KUKA Small Robots,” http://www.kuka- robotics.com/res/sps/f776ebab-f613-4818-9feb-527 612db8dc4_PB0001_KR_AGILUS_en.pdf (Accessed 14 April 2014)
13. ABB, “IRB 120 Industrial Robot,” http://
www05.abb.com/global/scot/scot241.nsf/veritydispla y/3bd625bab3c7cae1c1257a0800495fac/$file/ROB01 49EN_D_LR.pdf (Accessed 14 April 2014)
14. Nachi, “Standard Specifications,” http://www.
nachirobotics.com/images/Specifications/MZ07%20S pecification.pdf (Accessed 14 April 2014)
15. Siasun, “Rh6 ARC Welding Robot,” http://
www3.siasun.com/english/products-view-view.as px-
?id=351# (Accessed 14 April 2014)
16. RSS, “Wireless Sensors,” www.schunk.com/schunk_
files/attachments/AU_Wireless_Sensor_System_RSS __EN.pdf (Accessed 14 August 2014)
