좌표계

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이 섹션에서는 로봇 비전과 운동에서 사용되는 좌표계의 기본 개념과 주요 유형을 소개하며, 이는 로봇의 운동 계획, 비전 가이드 및 대상 물체 위치 지정을 이해하기 위한 기초가 됩니다.

좌표계는 물체의 3D 공간 내 위치와 자세를 표현하기 위한 기준 참조 시스템입니다. 일반적으로 물체의 공간 위치는 3D 직교 좌표계로 표현됩니다. 좌표계는 X, Y, Z의 세 축으로 구성되며, 각 축은 서로 직교합니다. 공간에서 포인트의 위치는 좌표(x, y, z)로 표현될 수 있습니다.

로봇 베이스 좌표계

로봇 베이스 좌표계는 로봇 제조업체가 정의한 고정 좌표계로, 일반적으로 로봇 플랜지와 말단장치의 위치를 ​​설명하는 데 사용됩니다. 이 좌표계는 보통 로봇 티치 펜던트에서 기본 좌표계로 사용되며, 비전 시스템 배포와 경로 계획을 위한 참조 기초입니다.

로봇 베이스 좌표계의 위치는 각 제조사가 자체적으로 정의하므로, 제조사에 따라 베이스 좌표계 위치가 서로 다를 수 있습니다. 일부 대표적인 제조사의 로봇 베이스 좌표계 위치는 다음과 같습니다:

  • ABB: 로봇 베이스 하부에 위치함

  • FANUC: 2축 회전 평면 상에 위치함

  • KAWASAKI R 시리즈: 2축 회전 평면 상에 위치합니다. 다른 모델은 베이스 아래에 위치합니다.

  • KUKA: 로봇 베이스 하부에 위치함

  • YASKAWA: 2축 회전 평면 상에 위치함

base frame

또한 AUBO i5 및 일부 한스 로봇과 같이, 특정 모델의 베이스 좌표계 위치는 베이스 상부에 정의되기도 하며, 이 경우 베이스 좌표계는 베이스로부터 약 2 mm~1 cm 위에 위치합니다.

aubo base frame

다양한 제조업체의 로봇 베이스 좌표계의 축 방향도 다음과 같이 다릅니다.

  • ABB, FANUC, KUKA, YASKAWA: X축(빨간 화살표)이 로봇 전방을 향합니다.

  • KAWASAKI: Y축(초록색 화살표)이 로봇 전방을 향합니다.

비전 시스템을 구축할 때에는, 먼저 로봇 컨트롤러에서 사용 중인 좌표계가 기본 베이스 좌표계인지, 아니면 사용자가 정의한 다른 좌표계인지 확인한 후 비전 시스템을 설정할 것을 권장합니다. 또한 제조사마다 베이스 좌표계 정의가 서로 다르기 때문에, 로봇 티치 펜던트에 표시되는 말단장치 포즈 값이 Mech-Viz의 값과 일치하지 않을 수 있습니다. 프로젝트 시작 시 TCP를 비교할 것을 권장하며, 차이가 있을 경우 Mech-Viz의 프로젝트 리소스 트리에서 로봇 이름을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 로봇 파일 디렉터리를 열기를 선택한 후 [robot]_algo.json 파일의 관련 파라미터를 수정하면 됩니다.

카메라 좌표계

카메라 좌표계는 카메라 제조사가 정의한 좌표계로, 카메라 시야 내 물체의 위치와 방향을 카메라를 기준으로 표현하는 데 사용됩니다. 이 좌표계는 주로 외부 파라미터 캘리브레이션에 사용되며, 이를 통해 카메라와 로봇 베이스 좌표계 간의 공간적 관계를 설정하고 비전 가이드 및 경로 계획을 지원합니다.

Mech-Mind 3D 카메라의 좌표계 원점은 일반적으로 주 2D 카메라의 광학 중심, 즉 렌즈의 광축이 이미징 평면과 교차하는 위치에 있습니다. 이 좌표계의 축 방향은 다음과 같이 정의됩니다. X축은 카메라 이미징 평면과 평행하며 시야의 오른쪽을 향하고, Y축은 이미징 평면과 평행하며 시야의 전방을 향합니다. Z축은 이미징 평면에 수직이며 이미지 캡처 방향을 향합니다.

camera frame

대상 물체 좌표계

대상 물체 좌표계는 대상 물체의 기준 좌표계로, 대상 물체가 공간에서의 위치와 방향을 표현하는 데 사용됩니다. 로봇 베이스 좌표계나 카메라 좌표계와 달리, 대상 물체 좌표계는 일반적으로 사용자가 대상 물체의 기하학적 특성과 작업 요구에 따라 원점 위치를 임의로 정의합니다. 이는 피킹, 배치, 대칭 처리 등 다양한 응용 시나리오에 유연하게 대응하도록 합니다.

Mech-Viz V1.8.0 및 이전 버전에서는 대상 물체 좌표계의 원점이 일반적으로 대상 물체 중심점(geocenter)에 의해 정의됩니다.
(대상 물체의) 픽 포인트

대상 물체 좌표계에서 하나 이상의 픽 포인트를 정의할 수 있으며, 이러한 픽 포인트는 Mech-Vision에 의해 출력됩니다. 대상 물체를 피킹할 때 로봇은 말단장치의 센터 포인트(TCP)를 픽 포인트 위치로 이동하여 두 포인트의 원점과 X축이 서로 겹치고 Y축과 Z축의 방향이 반대가 되도록 하여 정밀한 피킹을 구현합니다.

pick point

그 중 ①과 ②는 샤프트의 픽 포인트이고 ③은 링 중심의 픽 포인트입니다.

대상 물체 포즈 배치

Mech-Viz에서 대상 물체 포즈를 기준으로 배치를 수행할 경우, 로봇은 대상 물체 좌표계를 공간에 설정된 목표점에 맞추어 배치합니다. 즉, 대상 물체 좌표계는 대상 물체의 포즈를 기반으로 배치할 때 기준점 역할을 합니다.

pose placement
pose placement 2
대상 물체의 회전 대칭

대상 물체가 회전 대칭성을 가질 경우, 대칭 회전의 중심은 일반적으로 대상 물체 좌표계의 원점으로 설정됩니다. 사용자는 대상 물체 좌표계의 좌표축을 회전축으로 지정할 수 있습니다. 예를 들어, 기어는 60°마다 대칭이고, 대칭축은 대상 물체 좌표계의 Z축입니다. 이 설정을 사용하면 회전 대칭 픽 포인트를 자동으로 생성할 수 있습니다.

rotation symmetry

말단장치 좌표계

말단장치 좌표계는 로봇의 말단장치에 설치된 좌표계이며, 원점은 일반적으로 말단장치 센터 포인트(TCP)에 위치합니다.

tcp

이 좌표계를 통해 말단장치 자체 로봇 좌표계에서의 포즈(즉, 말단장치 포즈)를 정의할 수 있으며 동시에 이미 피킹된 대상 물체의 좌표계가 말단장치 좌표계에 대한 포즈(즉, 피킹된 물체 포즈)를 정의할 수 있습니다. 이를 통해 피킹 작업 계획과 비전 가이드에 활용할 수 있습니다.

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