PLP 를 위한 Fast Algorithm 과 팔레타이징 작업 제어 S/W 를 위한 로봇 시뮬레이터 개발 Development of Robot Simulator for Palletizing Operation Management S/W and Fast Algorithm for 'PLP'원문보기
Palletizing is necessary to promote the efficiency of storage and shipping tasks. These are, however some of the most monotonous, heavy and laborious tasks in the factory. Therefore many types of robot palletizing systems have been developed, but many robot motion commands still depend on the teachi...
Palletizing is necessary to promote the efficiency of storage and shipping tasks. These are, however some of the most monotonous, heavy and laborious tasks in the factory. Therefore many types of robot palletizing systems have been developed, but many robot motion commands still depend on the teaching pendent. That is, an operator inputs the motion command lines one by one. It is very troublesome, and most of all, the user must know how to type the code. That is why we propose a new GUI (Graphic User Interface) Palletizing System. To cope with this issue, we proposed a 'PLP' (Pallet Loading Problem) algorithm, Fast Algorithm and realize 3D auto-patterning visualization interface. Finally, we propose the robot palletizing simulator. Internally, the schematic of this simulator is as follows. First, an user inputs the physical information of object. Second, simulator calculates the optimal pattern for the object and visualizes the result. Finally, the calculated position data of object is passed to the robot simulator. To develop the robot simulator, we use an articulated robot, and analyze the kinematics and dynamics. Especially, All problem including thousands of boxes were completely calculated in less than 1 second and resulted in optimal solutions by the Fast Algorithm.
Palletizing is necessary to promote the efficiency of storage and shipping tasks. These are, however some of the most monotonous, heavy and laborious tasks in the factory. Therefore many types of robot palletizing systems have been developed, but many robot motion commands still depend on the teaching pendent. That is, an operator inputs the motion command lines one by one. It is very troublesome, and most of all, the user must know how to type the code. That is why we propose a new GUI (Graphic User Interface) Palletizing System. To cope with this issue, we proposed a 'PLP' (Pallet Loading Problem) algorithm, Fast Algorithm and realize 3D auto-patterning visualization interface. Finally, we propose the robot palletizing simulator. Internally, the schematic of this simulator is as follows. First, an user inputs the physical information of object. Second, simulator calculates the optimal pattern for the object and visualizes the result. Finally, the calculated position data of object is passed to the robot simulator. To develop the robot simulator, we use an articulated robot, and analyze the kinematics and dynamics. Especially, All problem including thousands of boxes were completely calculated in less than 1 second and resulted in optimal solutions by the Fast Algorithm.
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문제 정의
3차원 로봇 시뮬레이터는 팔레타이징 작업 중 로봇이 박스를 팔렛에 적재 할 때 중간의 충돌체를 회피하면서 최적의 경로를 생성하는 알고리즘을 개발하기 위해, 알고리즘이 생성한 이동 경로를 평가하고 전체 팔레타이징 작업을 시뮬레이션하기 위해 개발 되었다.
이를 구현하는데 있어 기존의 패턴 생성 알고리즘은 실시간으로 패턴을 생성하는데 다소 무리가 있다. 따라서 본 연구에서는 개선된 패턴 생성 알고리즘인 Fast Algorithm i- 이용하여 팔레타이 징 패턴을 생성 하는 S/W 를 개발 하였다.
본 논문에서는 팔레타이징 시뮬레이터를 개발하기 위하여 Fast Algorithm 및 이를 이용한 팔레타이징 패턴 생성 S/W 를 제안하였다. Fast Algorithm 은 기존의 PLP Algorithm 보다 향상된 계산 시간을 보여 주었고, 이 알고리즘이 적용된팔레타이징 패턴 생성 S/W 는 팔렛과 박스의 정보를 입력 받아 3 차원상의 팔렛 패턴을 생성하여 파일로 출력하였다.
본 논문은 이와 같은 로봇을 이용한 팔레타이징 시뮬레이터를 개발하기 위해 PLP 알고리즘인 Fast Algorithm 과 적재물의 3차원 위치를 출력하고 수정할 수 있는 인터페이스 및, 산업용 로봇의 경로계획 알고리즘을 평가하고 팔레타이징 작업을 시뮬레이션 하기 위해 개발된 3차원 로봇 시뮬레이터 (3D Robot Simulator)의 개발에 대한내용을 포함하고 있다.
제안 방법
3차원 로봇 시뮬레이터는 팔레타이징 제어 S/W 의 로봇 모델과 작업경로 생성 알고리즘을 평가하기 위해 개발 하였으며 주어진 경로 점을 따라가면서 역 기 구학, 역 동역 학, 5 차 다항식계 획법 등을 사용하여 팔레타이징 로봇을 평가 할 수 있게 하였다.
앞 절의 내용을 적용하여 3차원 로봇 시뮬레이터 인터페이스를 개발하였다.
소프트웨어다. 이 소프트웨어는 Visual C++ 6.0®을 이용하여 개발 되었으며 OpenGL®을 이용하여 생성된 패턴을 3 차원으로 확인할 수 있도록 하였다. 이 프로그램을 크게 다섯 부분으로 나누어 설 명 하면 다음과 같다(Fig.
대상 데이터
시뮬레이터에 사용된 로봇은 산업용 6 축 수직 다관절형 로봇이며 이 로봇의 각 관절 별 좌표계는 Fig. 8 과 같으며 D-H(Denavit-Hartenberg) 파라 미터는 Table 1 과 같다. 여기서 &는 관절 변수이며 d, .
이론/모형
모터 토크의 계산은 라그랑지안(Lagrangian)을이용하였다. 라그랑지안 L 은 운동에너지 K와 위치에너지 F로부터 L = K-P로 계산된다.
이를 위해 본 연구에서는 5 차 다항식 궤적 계획법을 이용하였다. 5 차 다항식 법은 초기와 끝에서의 각도와 각속도, 각가속도를 정해주면 시간의 변수를 갖는 식 (4)에 대입하여 연립으로 풀어 6 개의 계수 값을 결정하게 된다.
성능/효과
즉, Fig. 4 와 같이, (Treatment 1) Block 3, 4 를 고정 시 키 고, Block 1, 2 의길이를 변경하여 해를 개선하는 방법과, (Treatment 2) Block 1, 2 를 고정 시 키 고, Block 3, 4 의길이를 변경하여 해를 개선하는 방법을 비교하여 더 좋은 해를 선택할 수 있다.
본 연구에서 개 발한 Fast Algorithm 은 기 본적 으로 Steudel 이 제안한 기존의 '4-block pattern heuristic algorithm, 을 개선한 것이다.⑹ Steudel 의 hemistic algorithm 의 기본 패 턴은 Fig.
패턴을 적용 할 수 있다. 적용된 패턴은 3 차원 화면으로 확인할 수 있으며, 팔렛에 적재 될 전체 박스 개수, 총 중량, 전체 높이 등의 정보를 확인할 수 있다.
후속연구
경로점의 설정이 필요하다. 그러나 충돌체 회피를 위한 경로생성 알고리즘은 본 연구의 단계에서는 적용되어 있지 않으며 향후 연구단계에서 추가할 예정이다.
향후에는, 적재 경로 최적화 알고리즘을 개발하여 작업 시간의 최적화를 이루고 실제 로봇과 연동해서 작업을 제어하게 되는 단계를 제시할 것이다.
현재, 팔레타이징 작업 에 최 적화된 경로 생성알고리즘을 개발 중이며, 향후 실제 로봇을 제어하는 부분까지 개발되면 모든 요소들이 통합될 것이다. 최종적으로는 전체 팔레타이징 작업을 시뮬레이션하고 실제 로봇과 연동되어 작업을 제어 하는 S/W 를 제 안할 것이 다(Fig.
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