KR100357550B1

KR100357550B1 - 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템 및 이를 이용한 차량시트 투입 방법

Info

Publication number: KR100357550B1
Application number: KR1019990060993A
Authority: KR
Inventors: 임태원; 권우철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2002-10-19
Also published as: EP1110854A3; JP2001205583A; EP1110854B1; KR20010057625A; DE60032867D1; EP1110854A2; DE60032867T2

Abstract

본 발명은 컨베이어에 의해 이동하고 있는 차량에 차량 시트와 같은 중량물을 자동으로 투입할 수 있도록 하기 위하여,

차량 등의 작업 대상물을 일정한 속도로 이송하기 위한 메인 컨베이어부와; 교시 프로그램(Teaching Program)에 따라 차량 시트 등의 투입물을 상기 작업 대상물의 소정의 위치에 투입시키기 위한 로봇 작동부와; 상기 로봇 작동부의 작업 위치를 이동시키기 위한 로봇 이송부와; 상기 메인 컨베이어부와 상기 로봇 작동부와 상기 로봇 이송부를 전체적으로 제어하는 메인 제어부;를 포함하고,

상기 메인 제어부는 상기 메인 컨베이어부와 상기 로봇 이송부의 이송 속도를 검출한 후, 상기 메인 컨베이어부의 이송 속도에 상기 로봇 이송부의 이송 속도를 동기시켜 상기 로봇 이송부를 제어하는 것을 특징으로 하는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템 및 이를 이용한 차량 시트 투입장치를 제공한다.

Description

컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템 및 이를 이용한 차량 시트 투입 방법{A ROBOT SYSTEM SYNCHRONIZED WITH CONVEYOR SPEED AND CAR SEAT PROVIDING METHOD USING THE ROBOT SYSTEM}

본 발명은 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템 및 이를 이용한 차량 시트 투입 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컨베이어에 의해 이동하고 있는 차량에 차량 시트와 같은 중량물을 로봇 시스템에 의하여 자동으로 투입할 수 있도록 로봇 시스템의 작동을 컨베이어의 이송 속도에 동기화시킨 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템과 이 시스템을 이용한 차량 시트 투입 방법에 관한 것이다.

예컨대, 차량의 의장 공장과 같이 연속적인 컨베이어 흐름에 맞추어 생산 작업을 실시하는 공장에서는 운전자용 차량 시트와 같은 중량물을 투입하는 것은 통상 작업자의 수동 작업에 의하여 이루어지고 있었다.

이러한 수동에 의한 시트 투입 작업은 대개 차체가 메인 컨베이어를 통하여 연속적으로 흘러가게 하는 상태에서 메인 컨베이어의 양옆으로 설치되는 시트 이송 컨베이어를 통하여 시트가 공급이 되어지면 작업자가 이 시트를 이동하고 있는 차체에 투입하는 방법에 의하여 이루어지고 있었다.

그런데, 상기와 같은 수동에 의한 시트 투입 작업은 순전히 수작업에 의하므로 제품에 긁힘이 발생하는 등 품질이 열악해지고, 중량물 작업에 따른 작업자의 산업재해 가능성이 많아 작업자가 투입 작업을 기피하는 경향이 있었다.

이에 따라, 차량의 의장 공장에서는 차량 시트와 같은 중량물의 투입 작업을수작업에 의하지 아니하고, 중량물 투입을 위한 전용기를 도입하거나 셔틀상에서 로봇에 의하여 작업하도록 하여, 중량물 투입 작업을 위한 자동화 시스템을 구축하려는 시도가 행해지고 있다.

그러나 상기와 같이 전용기에 의한 투입 자동화 시스템을 구축하는 경우, 생산 시간 변화에 따른 컨베이어 속도 대응 능력이 뒤떨어지며, 차종이 바뀌거나 신규 차종이 투입되면 장치 자체를 개조해야 하고 품질 확보를 위한 장치 테스트 등을 해야 하므로 제품의 생산 시기가 늦어지게 되는 문제점이 있었다.

이에 따라, 로봇에 의하여 투입 자동화를 실현할 경우 제품 대응 능력이 향상되지만 종래의 로봇 시스템의 경우 자동화 공정을 셔틀 단위로 정지 공정화 하여 왔기 때문에 각 셔틀마다 고가의 설치비가 요구되고, 생산 시간이 지연되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 컨베이어를 따라 이송되는 차량에 차량 시트와 같은 중량물을 로봇에 의해 자동으로 투입할 수 있는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템 및 이를 이용한 차량 시트 투입 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템의 블록도,

도 2는 본 발명에 의한 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템의 개략 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템의 비젼 검출부의 개략 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 로봇 시스템을 이용한 차량 시트 투입 방법의 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 메인 컨베이어부 12 : 슬라트 컨베이어

14 : 구동 샤프트 16 : 컨베이어 엔코더

20 : 로봇 작동부 22 : 다관절 로봇

24 : 로봇 콘트롤러 26 : CCD카메라

28 : 비젼 콘트롤러 30 : 로봇 이송부

32 : 동기 주행 캐리지 34 : 서보 모터

36 : 서보 모터 콘트롤러 38 : 서보 모터 엔코더

40 : 메인 제어부

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템은,

차량 등의 작업 대상물을 일정한 속도로 이송하기 위한 메인 컨베이어부와;교시 프로그램(Teaching Program)에 따라 차량 시트 등의 투입물을 상기 작업 대상물의 소정의 위치에 투입시키기 위한 로봇 작동부와; 상기 로봇 작동부의 작업 위치를 이동시키기 위한 로봇 이송부와; 상기 메인 컨베이어부와 상기 로봇 작동부와 상기 로봇 이송부를 전체적으로 제어하는 메인 제어부;를 포함하고,

상기 메인 제어부는 상기 메인 컨베이어부와 상기 로봇 이송부의 이송 속도를 검출한 후, 상기 메인 컨베이어부의 이송 속도에 상기 로봇 이송부의 이송 속도를 동기시켜 상기 로봇 이송부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 특징에 따른 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템을 이용한 차량 시트 투입 방법은

(a) 메인 컨베이어부로 차량의 진입을 검출하는 단계와; (b) 메인 컨베이어부의 이송 속도를 검출하는 단계와; (c) 차량의 진입이 검출되면, 메인 컨베이어의 이송 속도에 동기시켜 동기 주행 캐리지를 이송시키는 단계와; (d) 상기 (c)단계후에 리프터가 차량을 상승시키는 단계와; (e) 상기 (d)단계에서 상승한 차량의 틀어진 정도를 CCD카메라로 검출하여 틀어진 정도 데이터를 로봇 콘트롤러에 전송하는 단계와; (f) 상기 (e)단계에서 입력되는 차량의 틀어진 정도 데이터를 교시 프로그램에 반영시킨 후, 이에 따라 수정된 교시 프로그램에 의하여 다관절 로봇을 작동시켜 차량 시트를 차량에 투입하는 단계와; (g) 상기 (f)단계에서 다관절 로봇에 의한 차량 시트의 투입이 완료하면 리프트가 차량을 하강시키는 단계와; (h) 상기 (g)단계에서 차량의 하강이 완료되면 동기 주행 캐리지의 동기 이송 작동을 해제하고 이를 초기 대기 위치로 귀환시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템의 바람직한 실시예가 도시된다.

본 발명의 로봇 시스템은 차량 시트 등을 차량 등에 투입시키는 데 이용되는 자동화 시스템으로써, 차량 시트를 투입물이라 하고 차량을 작업 대상물로 지칭하기로 한다.

본 발명의 로봇 시스템은 작업 대상물을 이송하는 메인 컨베이어부(10)와, 투입물을 작업 대상물에 자동으로 투입하는 로봇 작동부(20)와, 이 로봇 작동부(20)를 작동중에 이송하는 로봇 이송부(30)와, 시스템의 작동을 전체적으로 제어하는 메인 제어부(40)로 이루어진다.

상기에서 메인 컨베이어부(10)는 작업 대상물을 로봇 작동부로 일정한 속도로 이송하며 투입 작업이 완료된 작업 대상물을 배출시키는 역할을 하는 장치로서, 작업 대상물(W)을 적재하는 슬라트 컨베이어(12)와, 이 슬라트 컨베이어를 구동하는 구동 샤프트(14)와, 이 구동 샤프트의 회전에 의한 펄스 신호를 검출하여 메인 제어부(40)로 펄스 신호를 전송하는 컨베이어 엔코더(16)로 이루어진다.

그리고 로봇 작동부(20)는 교시 프로그램에 따라 투입물(S)을 자동으로 작업 대상물에 투입하는 작동을 하는 장치로서, 투입물(S)을 작업 대상물(W)의 소정의 위치에 투입시키는 다관절 로봇(22)과, 정해진 교시 프로그램에 따라 다관절 로봇의 작동을 제어하는 로봇 콘트롤러(24)로 이루어진다.

여기서 다관절 로봇(22)은 통상적으로 산업용 롯보트로 이용되는 6축 다관절 로봇으로서, 각 관절은 서보 모터의 작동에 따라 정확한 위치 제어가 이루어지며, 마지막 6축 관절에는 차량 시트 등의 투입물(S)을 쥘(gripping) 수 있도록 하는 로봇 핸들(23)이 장착되어 있다. 로봇 콘트롤러(24)에는 제품에 따라 상이하나 자체적으로 로봇을 교시할 수 있는 교시 프로그램을 내장한 형태도 있으며, 메인 제어부(40)와 통신이 이루어져서 데이터 및 작동 신호를 교환하게 된다.

한편, 상기 로봇 작동부(20)는 작업 대상물(W)이 흔들림에 의하여 위치가 틀어졌을 경우, 이를 로봇의 교시 내용에 반영할 수 있도록 하기 위하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 로봇 이송부(30)에 장착되어 함께 이송되면서 작업 대상물(W)의 소정의 센싱부위(V)를 모니터링 하는 CCD카메라(26)와, 이 CCD카메라(26)로부터 모니터링 되는 작업 대상물(W)의 틀어짐 정도 데이터를 로봇 콘트롤러(24)로 전송하는 비젼 콘트롤러(28)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기에서 본 발명에 의한 로봇 시스템을 차량 시트를 차량에 투입하는 공정에 이용시에는, 작업 대상물의 센싱부위(V)를 선정함에 있어, 페인팅된 완성차 외관을 센싱하는 것은 비젼 조명에 의해 페인팅면이 빛을 반사시켜 센싱성능을 저하시키는 경면효과를 최소화시키도록 차체의 윈드 실드 글라스의 상부 곡면부의 코팅부로 하면 된다. 이 때, CCD카메라(26)의 감지 성능을 보다 향상시키고, 페인팅면의 빛반사에 대응하기 위하여 CCD카메라(26)의 대향측으로 배광용 조명(29)을 설치하여 두는 것이 바람직하다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 로봇 이송부(30)는 다관절 로봇(22)을메인 컨베이어부(10)의 이송 속도에 동기시켜 이송시키는 역할을 하는 장치로서, 다관절 로봇(22)을 적재하고 이송시키는 동기 주행 캐리지(32)와, 이 동기 주행 캐리지를 구동하는 서보 모터(34)와, 이 서보 모터의 작동을 제어하는 서보 모터 콘트롤러(36)와, 서보 모터(34)의 위치 및 속도를 검출하여 서보 모터 콘트롤러(36)에 전송하는 서보 모터 엔코더(38)로 이루어진다.

상기에서 서보 모터 콘트롤러(36)는 메인 제어부(40)로부터 입력되는 동기 속도와 동기 주행 캐리지의 이송 속도가 일치하도록 서보 모터(34)를 제어하게 된다.

여기서 본 발명의 로봇 시스템을 차량 시트를 차량에 투입하는 공정에 이용시에는 다관절 로봇(22)에 의한 차량 시트 투입 작업시 차량이 메인 컨베이어부(10)로부터 일정 거리만큼 분리되어 로봇 이송부(30)와 함께 이송될 수 있도록, 동기 주행 캐리지(32)의 메인 컨베이어부 측으로 차량을 일정한 높이로 승강시키는 리프터(33)를 돌출 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 차량을 메인 컨베이어부(10)로부터 일정한 높이만큼 이격되게 하면, 컨베이어의 기계적인 서어징 및 속도 변화에 영향을 받지 않으면서 투입 작업을 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 메인 컨베이어부와 로봇 작동부 및 로봇 이송부의 전체적인 제어는 메인 제어부(40)에서 수행된다.

상기 메인 제어부는 CIM등에 의해 구현된 생산 지시 시스템(50)으로부터 작동 지시를 받게 되며, 작동 지시가 내려지면, 다관절 로봇(22)이 메인컨베이어부(10)와 동일한 속도로 이동하면서 투입 작업을 할 수 있도록, 메인 컨베이어부(10)의 컨베이어 엔코더(16)를 통하여 컨베이어 속도를 검출하고, 로봇 이송부(30)의 서보 모터 엔코더(38)를 통하여 로봇 이송 속도를 검출한 후에, 두 개의 속도를 비교하여 동기 주행 캐리지(32)의 속도를 재설정하여 서보 모터 콘트롤러(36)로 이 속도 신호를 전송하고, 서보 모터 콘트롤러(36)가 동기 주행 캐리지(32)의 이송 속도를 설정 속도로 조정함으로써, 로봇 이송부(30)의 이송 속도를 메인 컨베이어부(10)의 속도에 동기시키게 된다.

상기에서 미설명 부호 52는 시트 이송 컨베이어를, 54는 광전센서를 가리킨다.

상기한 바와 같이 이루어지는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템을 이용하여 차량 시트를 차량에 투입하는 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 로봇 시스템이 작동하기 전에 차량 시트(S)는 시트 이송 컨베이어(52)에 의하여 다관절 로봇(22)의 위치까지 자동으로 이송되며, 다관절 로봇(22)은 로봇 핸들(23)로 차량 시트(S)를 그리핑(gripping)하여 차량(W)에 투입할 수 있도록 대기하게 된다.

이와 같은 상태에서, 메인 컨베이어부(10)의 슬라트 컨베이어(12)상으로 차량(W)이 진입하는지를 검출하게 된다.(S1) 여기서, 차량(W)의 검출은 광전센서(54)에 의하게 되며, 이 광전센서(54)는 프론트, 리어 타이어를 감지하는 각 1개소와, 범퍼를 감지하는 1개소와, 메인 컨베이어 리턴부에 1개소, 슬라트 면의 어태치먼트 감지부에 1개소 등 총 5개소에서 차량의 진출을 감지하고 있다.

그리고 메인 컨베이어부(10)의 컨베이어 엔코더(16)를 통하여 컨베이어의 이송 속도도 검출하게 된다.(S2)

상기에서 차량(W)이 메인 컨베이어부(10)로 진입하였다고 검출되면, 검출된 컨베이어의 이송 속도에 동기시켜 동기 주행 캐리지(32)를 이송시킨다.(S3)

여기서 동기 주행 캐리지(32)의 이송 작동과 함께 리프터(33)에 의하여 차량을 상승시킨다.(S4) 이와 같은 상승 작동에 의하여 차량(W)은 메인 컨베이어부(10)로부터 분리되어 동기 주행 캐리지(32)와 함께 이송되게 된다.

상기에서 차량(W)을 리프터(33)로 상승시키는 목적은 슬라트 컨베이어(12)상의 차량이 4가지방향 (X,Y,Z,θ)으로 틀어져서 진입되므로, 이에 대한 보상으로 Z방향(차량 중량에 따른 변화)을 보상하기 위함이고, X,Y, θ방향의 틀어진 정도를 CCD카메라(26)로 검출하여 틀어진 정도 데이터를 비젼 콘트롤러(28)를 통해 로봇 콘트롤러(24)에 전송하도록 한다.(S5)

여기서 CCD카메라(26)의 센싱은 차량의 상승후에 약간 흔들리게 되므로 상승후 2초 정도 지난후에 차량의 틀어짐을 센싱하도록 한다.

상기에서 전송되는 틀어진 정도 데이터에 따라 로봇 콘트롤러(24)는 교시 프로그램(Teaching program)을 수정한 후에(S6), 이 수정된 교시 프로그램에 따라 다관절 로봇(22)을 작동시켜서 차량 시트(S)를 차량(W)에 투입시킨다.(S7)

상기와 같은 로봇의 시트 투입 작동에 의한 시트 투입이 완료되면, 리프트(33)는 차량(W)을 하강시키게 되며(S8), 이에 따라 동기 주행 캐리지(32)의 다관절 로봇의 동기 이송 작동은 해제되며, 다시 초기 대기 위치로 고속으로 귀환하게 됨으로써(S9), 본 발명의 로봇 시스템을 이용한 차량 시트 투입은 종료되게 된다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템 및 이를 이용한 차량 시트 투입 방법에 의하면 차량 시트 투입 공정을 자동화할 수 있다. 또한, 제품이 바뀌더라도 단지 로봇의 교시 프로그램만 수정해 주면 되므로 제품 변화에 대한 대응 능력이 뛰어나며, 기존의 설비를 최대한 이용할 수 있으므로 초기 투자비도 저렴하다.

물론, 공정의 자동화에 따른 부차적인 효과들, 예컨대, 산업재해의 발생 감소, 품질 향상, 공정 시간의 단축, M/H(Man hour)의 절감 등의 다양한 효과들을 얻을 수 있다.

Claims

삭제
차량 등의 작업 대상물을 일정한 속도로 이송하기 위한 메인 컨베이어부,

교시 프로그램(Teaching Program)에 따라 차량 시트 등의 투입물을 상기 작업 대상물의 소정의 위치에 투입시키기 위한 로봇 작동부,

상기 로봇 작동부의 작업 위치를 이동시키기 위한 로봇 이송부, 그리고

상기 메인 컨베이어부와 상기 로봇 작동부와 상기 로봇 이송부를 전체적으로 제어하는 메인 제어부

를 포함하고,

상기 메인 제어부는 상기 메인 컨베이어부와 상기 로봇 이송부의 이송 속도를 검출한 후, 상기 메인 컨베이어부의 이송 속도에 상기 로봇 이송부의 이송 속도를 동기시켜 상기 로봇 이송부를 제어하고,

상기 메인 컨베이어부는

작업 대상물을 적재하는 슬라트 컨베이어,

상기 슬라트 컨베이어를 구동하는 구동 샤프트,

상기 구동 샤프트의 회전에 의한 펄스 신호를 검출하여 상기 메인 제어부로 펄스 신호를 전송하는 컨베이어 엔코더

를 포함하는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템.
청구항 2에서,

상기 로봇 작동부는

투입물을 상기 작업 대상물의 소정의 위치에 투입시키는 다관절 로봇과;

정해진 교시 프로그램에 따라 상기 다관절 로봇의 작동을 제어하는 로봇 콘트롤러;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 로봇 작동부는

작업 대상물이 흔들림에 의하여 위치가 틀어졌을 경우, 이를 로봇의 교시 내용에 반영할 수 있도록 하기 위하여,

상기 로봇 이송부에 장착되어 함께 이송되면서 작업 대상물의 소정의 센싱부위를 모니터링 하는 CCD카메라와;

상기 CCD카메라로부터 모니터링 되는 작업 대상물의 틀어짐 정도 데이터를 상기 로봇 콘트롤러로 전송하는 비젼 콘트롤러;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 로봇 이송부는

상기 다관절 로봇을 적재하고 이송시키는 동기 주행 캐리지와;

상기 동기 주행 캐리지를 구동하는 서보 모터와;

상기 메인 제어부로부터 입력되는 동기 속도와 상기 동기 주행 캐리지의 이송 속도가 일치하도록 상기 서보 모터의 작동을 제어하는 서보 모터 콘트롤러와;

상기 서보 모터의 위치 및 속도를 검출하여 상기 서보 모터 콘트롤러에 전송하는 서보 모터 엔코더;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템.
청구항 5에 있어서,

상기 동기 주행 캐리지에는

상기 다관절 로봇에 의한 투입 작업시 작업 대상물이 상기 메인 컨베이어부로부터 분리되어 상기 로봇 이송부와 함께 이송될 수 있도록,

메인 컨베이어부 측으로 작업 대상물을 일정한 높이로 승강시키는 리프터;가 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템.
(a) 메인 컨베이어부로 차량의 진입을 검출하는 단계와;

(b) 메인 컨베이어부의 이송 속도를 검출하는 단계와;

(c) 차량의 진입이 검출되면, 메인 컨베이어의 이송 속도에 동기시켜 동기 주행 캐리지를 이송시키는 단계와;

(d) 상기 (c)단계후에 리프터가 차량을 상승시키는 단계와;

(e) 상기 (d)단계에서 상승한 차량의 틀어진 정도를 CCD카메라로 검출하여 틀어진 정도 데이터를 로봇 콘트롤러에 전송하는 단계와;

(f) 상기 (e)단계에서 입력되는 차량의 틀어진 정도 데이터를 교시 프로그램에 반영시킨 후, 이에 따라 수정된 교시 프로그램에 의하여 다관절 로봇을 작동시켜 차량 시트를 차량에 투입하는 단계와;

(g) 상기 (f)단계에서 다관절 로봇에 의한 차량 시트의 투입이 완료하면 리프트가 차량을 하강시키는 단계와;

(h) 상기 (g)단계에서 차량의 하강이 완료되면 동기 주행 캐리지의 동기 이송 작동을 해제하고 이를 초기 대기 위치로 귀환시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 컨베이어 속도 동기식 로봇 시스템을 이용한 차량 시트 투입 방법.