KR100424327B1 - 자동 위치확인 어셈블링방법 및 그 장치 - Google Patents

자동 위치확인 어셈블링방법 및 그 장치 Download PDF

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KR100424327B1 KR10-2000-0080268A KR20000080268A KR100424327B1 KR 100424327 B1 KR100424327 B1 KR 100424327B1 KR 20000080268 A KR20000080268 A KR 20000080268A KR 100424327 B1 KR100424327 B1 KR 100424327B1
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Abstract

제어유니트(14)는 샤프트(20)가 삽입을 위해 이동하는 방향에 평행하는 z축에 대해 수직인 x축 및 y축과 관련하여 엔드 이펙터(10)를 따르게 만듬과 더불어 엔드 이펙터(10)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 대해 샤프트(20)를 누르도록 z축에 평행하는 방향으로 작용하는 프레싱 힘을 발생시키게 만든다. 제어유니트 (14)는 z축에 평행하는 방향으로 작용하는 프레싱 힘이 엔드 이펙터(10)에 의해 발생되는 상태에서 소정 탐색경로를 따라 샤프트(20)의 컴플라이언스 중심을 이동시킨다. 엔드 이펙터(10)에 의해 잡혀진 샤프트(20)는 샤프트(20)의 스플라인(20a)이 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a)를 맞물 수 있는 위치를 찾기 위해 x축과 y축에 의해 정의된xy평면내의 다른 상에서 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)의 중심에 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 향하는 이동을 반복한다. 샤프트(20)가 소정 시간 동안 동일한z위치에 머무르면, 제어유니트(14)는 내부적으로 치차화된 디스크(22)로부터 잠정적으로 샤프트(20)를 분리하기 위해 소정 시간 동안 프레싱 힘을 줄이고, 탐색경로를 따라 샤프트(20)를 다시 이동시키도록 엔드 이펙터(10)를 지시한다.

Description

자동 위치확인 어셈블링방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC POSITION-FINDING ASSEMBLING}
본 발명은 어셈블링 로보트에 의해 수행되는 어셈블링방법에 관한 것으로, 특히 소정 어셈블리를 어셈블링할 때 삽입부재를 수용부재의 메이팅 홀(mating hole)에 삽입하기 위한 자동 위치확인 어셈블링방법과, 그 방법을 수행하기 위한자동 위치확인 어셈블링장치에 관한 것이다.
다중 디스크 클러치는 위치확인 어셈블링방법에 의해 조립되는 어셈블리중 하나이다. 다중 디스크 클러치는 원형 부재에 의해 정의된 공간에 내부 디스크, 예컨대 내부적으로 치차화된 디스크와, 외부 디스크, 예컨대 외부적으로 치차화된 디스크를 교대로 위치시킴으로써 형성된다. 내부 디스크와 외부 디스크 양쪽은 평탄한 고리형상 부재임과 더불어 각각 중앙 개구부를 갖는다. 각 내부 디스크에는 그 내부 주변상에 다수의 내부 치차가 제공되는 반면, 각 외부 디스크에는 그 외부 주변상에 다수의 외부 치차가 제공된다. 내부 디스크의 내부 주변과 외부 디스크는 실질적으로 원통형 공간을 형성한다. 외부 표면상에 다수의 축 스플라인(axial splines)이 제공된 샤프트(삽입부재)가 내부 디스크의 내부 치차와 맞물리는 스플라인에 따라 실질적으로 원통형 공간에 삽입된다. 원통형 부재가 다수의 홈을 갖는 내부 주변에 제공된다. 외부 디스크의 내부 치차는 원통형 부재의 다수의 홈과 맞물린다.
다중 디스크 클러치를 어셈블링할 때, 내부 디스크와 외부 디스크는 원통형 부재의 홈과 맞물리는 외부 디스크의 외부 치차에 따라 원통형 부재의 공간에 교대로 삽입되고, 이때 샤프트가 내부 및 외부 디스크에 의해 정의된 실질적으로 원통형 공간에 삽입된다. 더욱 구체적으로, 샤프트는 샤프트의 스플라인이 가장 바깥쪽 내부 디스크의 내부 치차와 맞물릴 수 있는 각위치(angular position)를 찾기 위해 적절히 회전되어, 샤프트가 가장 바깥쪽 내부 디스크의 중앙 개구에 삽입된다. 계속해서, 샤프트가 실질적으로 원통형 공간으로 진행하고, 샤프트가 샤프트와 맞물린 가장 바깥쪽 내부 디스크와 함께 회전함과 더불어 샤프트의 스플라인이 두번째 가장 바깥쪽 내부 디스크의 내부 치차와 맞물릴 수 있는 각위치를 찾기 위해 축을 따라 전후로 적절히 이동된다. 따라서, 샤프트의 스플라인이 내부 디스크의 내부 치차와 맞물릴 수 있는 맞물림 위치를 찾기 위한 동작과 내부 디스크의 중앙 개구로 샤프트를 삽입하기 위한 동작이 다중 디스크 클러치를 조립하기 위해 교대로 반복된다.
따라서, 다중 디스크 클러치를 어셈블링할 때, 내부 디스크는 원통형 부재에서의 움직임으로부터 전혀 방해받지 않게 되어, 내부 디스크의 위치 및 각위치는 샤프트가 내부 디스크에 삽입되기 전에 가변될 수 있게 된다. 따라서, 내부 디스크는 샤프트로부터 떨어져 움직이게 되고, 내부 디스크의 내부 치차는 샤프트의 스플라인을 맞물 수 있는 맞물림 위치로부터 어긋나게 된다. 따라서, 샤프트의 스플라인이 내부 디스크의 내부 치차를 맞물 수 있는 맞물림 위치를 찾기 위한 동작과 내부 디스크의 중앙 개구로 샤프트를 밀어넣기 위한 동작은 숙련된 사람의 손의 감각에 불가피하게 의존해야만 한다.
이러한 어셈블링 동작을 어셈블링 로보트에 의해 자동적으로 수행하기 위한 시도가 이루어졌다. 테이퍼지워진 제품의 수용 홀인 예컨대 수용부재로 샤프트인 예컨대 삽입부재를 안내하는 어셈블링 방법 및, 삽입부재를 메카니즘의 간단한 탐색 왕복 동작에 의해 수용부재의 수용 홀과 정렬시키는 어셈블링 방법이 일본 특허출원 제57-184639호 및 제62-204035호에 제안되어 있다.
제품의 수용 홀을 테이퍼지게 하는 종래 어셈블링 방법은 삽입부재가 수용홀에 삽입될 수 있는 수용부재의 수용 홀에 대해 삽입부재의 위치의 영역을 확장하는데 효과적임에도 불구하고, 이러한 어셈블링방법은 수용부재가 기능적으로 불필요한 머시닝 프로세스를 행하도록 요구하여 설계 변경을 요구하게 된다. 간단한 탐색 왕복동작을 이용하는 어셈블링방법은 삽입부재와 수용부재의 어셈블리를 어셈블링하기 위한 특별한 전문가를 필요로 하고, 따라서 다른 어셈블리를 어셈블링하기 위한 다른 특별한 전문가를 필요로 한다. 간단한 탐색 왕복을 이용하는 어셈블링방법이 어셈블링에 적용될 때, 예컨대 다중 디스크 클러치, 마찰 디스크는 샤프트와 함께 움직일 수도 있게 되거나 샤프트가 마찰 디스크에 의해 잡혀질 수도 있게 되어 움직일 수 없게 된다. 따라서, 마찰판의 내부 치차를 찾기 위해 긴 시간이 걸리고, 따라서 어셈블링 작업이 정밀하고 빠르게 이루어질 수 없게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 삽입부재가 수용부재를 맞물 수 있도록 하는 맞물림 위치를 빠르고 확실하게 찾아 정밀하고 빠르게 어셈블링 작업을 할 수 있도록 삽입부재를 수용부재의 메이팅 개구로 삽입함으로써 어셈블리를 어셈블링하기 위한 자동 위치확인 어셈블링방법 및, 그 방법을 수행하기 위한 자동 위치확인 어셈블링장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치확인 어셈블링장치에 채용된 제어시스템의 블록도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치확인 어셈블링장치의 구성도,
도 2b는 도 2a의 ⅡB-ⅡB선에 따른 도 2a에 도시된 자동 위치확인 어셈블링장치에 의해 조립된 다중 디스크 클러치의 단면도,
도 3은 도 2a에 도시된 자동 위치확인 어셈블링장치의 엔드 이펙터(end effector)가 이동됨에 따른 경로를 추적한 도면,
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 자동 위치확인 어셈블링장치의 어셈블링동작의 결과를 나타낸 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1특징에 따르면, 소정 어셈블리를 조립하도록 수용부재의 메이팅 개구에 어셈블링 로보트의 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 삽입하기 위한 자동 위치확인 어셈블링방법이, 수용부재와 관련되는엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 이동시킴으로써 수용부재의 메이팅 개구와 관련되는 삽입부재를 위치시키는 단계와; 제3축과 수직하는 제1 및 제2축에 평행하는 방향과 관련하여 엔드 이펙터 컴플라이언스에 의해 제3축과 평행하는 방향으로 삽입부재에 인가된 프레싱 힘에 의해 수용부재에 대해 삽입부재를 프레스하는 단계를 구비하여 이루어지고; 수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서, 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 엔드 이펙터에 의해 제3축과 평행하는 방향으로 삽입부재에 인가된 프레싱 힘에 따라 소정 탐색 경로를 따라 움직이는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1특징에 따른 자동 위치확인 어셈블링방법에 있어서, 탐색 경로가 제1 및 제2축에 의해 정의된 평면내의 다른 상의 수용부재의 메이팅 개구의 중심에 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 향하는 이동의 반복을 위해 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1특징에 따른 자동 위치확인 어셈블링방법에 있어서, 탐색 경로가 x축으로서 제1축과 y축으로서 제2축에 의해 정의된 평면상의x및y좌표를 나타내는 다음 식에 의해 표현되는 크로버잎 경로이고,
x = Ax{sin(ωt) + sin(nωt)}
y = Ay{cos(ωt) ±cos(nωt)}
여기서, Ax와 Ay는 진폭(잎 크기),n은 (잎의 수와 관련되는)실수,ω는 탐색 모션의 속도,t는 시간인 것이 바람직하다. n은 실수이고, 정수를 필요로 하지않는다.
본 발명의 제1특징에 따른 자동 위치확인 어셈블링방법에 있어서,수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서, 엔드 이펙터에 의해 발생된 프레싱 힘이 탐색경로를 따라 삽입부재의 컴플라이언스 중심의 이동 동안 느슨해지도록(감소되어지도록) 제어되는 것이 바람직하다. 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재가 수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서 축에 대해 주기적으로 회전되는 것이 바람직하다. 컴플라이언스가 엔드 이펙터의 컴플라이언스 제어를 통해 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1특징에 따른 자동 위치확인 어셈블링방법에 있어서, 삽입부재가 그 외부 주변상에 형성된 맞물림부를 갖춘 샤프트이고, 수용부재가 각각 샤프트의 맞물림부와 메이팅되는 맞물림부를 갖는 그 주변상에 제공된 중심 개구를 갖춘 다수의 판형상 부재를 포함하며, 다수의 판형상 부재가 서로 정렬된 해당 중심 개구와 함께 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 제2특징에 따르면, 소정 어셈블리를 조립하도록 어셈블링 로보트에 의해 수용부재의 메이팅 개구에 삽입부재를 삽입하기 위한 자동 위치확인 어셈블링장치가, 삽입부재를 유지하기 위한 엔드 이펙터와; 엔드 이펙터의 동작을 제어함으로써 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 수용부재의 메이팅 개구에 삽입하기 위한 제어유니트를 구비하여 구성되고; 제어유니트는 삽입부재가 삽입방향을 위해 이동되는 방향으로 연장되는 제3축에 수직인 제1 및 제2축과 평행하는 방향에 대해 엔드 이펙터 컴플라이언스를 부여하고, 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 엔드 이펙터에 의해 제3축과 평행하는 방향으로 삽입부재에 인가된 프레싱 힘에 의해 소정 탐색 경로를 따라 이동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 삽입부재가 컴플라이언스를 갖춘 엔드 이펙터에 의해 수용부재에 대해 프레스되고, 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 소정 탐색 경로를 따라 이동된다. 따라서, 삽입 방향에 대해 수직인 평면으로 삽입부재를 능동적으로 이동시킴으로써 수용부재의 메이팅 개구를 찾을 수 있게 되고, 따라서 삽입부재가 수용부재를 맞물 수 있는 맞물림 위치를 단시간내에 확실하게 찾을 수 있게 된다. 엔드 이펙터가 컴플라이언트이므로, 삽입부재가 탐색 경로를 따라 탐색을 위해 이동되는 동안 어떠한 여분의 힘이 삽입부재 및 수용부재에 인가되지 않게 되어 삽입부재와 수용부재의 맞물림부의 파손이 방지될 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 삽입부재는 수용부재로부터 잠정적으로 분리될 수 있고, 위치 확인동작 동안 엔드 이펙터에 의해 삽입부재상에 가해진 프레싱 힘을 잠정적으로 감소시키는 것에 의해 삽입부재의 위치 확인동작이 다시 시작될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 수용부재가 삽입부재와 함께 이동되는 경우를 확실하게 처리할 수 있게 되고, 삽입부재는 수용부재의 메이팅 개구를 맞물 수 있는 맞물림 위치에 도달 할 수 없게 된다. 즉, 본 발명은 삽입부재가 수용부재의 메이팅 개구를 맞물 수 있는 맞물림 위치를 소정 시간에서 찾을 수 없는 경우를 처리할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 수용부재의 맞물림부와 관련되는 삽입부재의 맞물림부의 각 어긋남(angular misalignment)이 그 축에 대해 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 주기적으로 회전시킴으로써 보정할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 삽입부재의 맞물림부가 수용부재의 맞물림부와 관련하여 어긋나고, 크게는 삽입부재의 맞물림부가 엔드 이펙터의 컴플라이언스의 중개에 의해 수용부재의 맞물림부와 정렬될 수 없는 경우를 확실하게 처리할 수 있게 된다.
어떠한 복잡한 컴플라이언스 메카니즘을 갖는 엔드 이펙터를 제공하는 것 없이 컴플라이언스는 컴플라이언스 제어를 통해 엔드 이펙터에 부여될 수 있어(제어 유니트에 의한 제어 알고리즘의 실행), 어셈블링 작업이 간단한 메카니즘에 의해 수행될 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 탐색 경로가 소정 평면내의 다른 상의 수용부재의 메이팅 개구의 중심에 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 향하는 이동의 반복을 위해 설정된다. 따라서, 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 다른 상에서 수용부재의 메이팅 개구의 중심 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 이동된다. 따라서, 수용부재의 메이팅 개구의 중심이 어긋나거나 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 수용부재의 부분과 접촉됨과 더불어 초기 상태의 수용부재의 중심 개구에 대응하지 않음에도 불구하고, 삽입부재가 수용부재를 맞물 수 있는 맞물림 위치를 확실히 찾을 수 있게 된다. 특히, 탐색 경로가 상기한 기능에 의해 표현되는 크로버잎 경로인 경우, 삽입부재는 매끄럽게 이동될 수 있게 되고, 탐색 경로는 용이하게 설정될 수 있게 되며, 명령신호를 발생시킬때 제어유니트상의 부하를 줄이도록 탐색 경로가 간단하고 편리한 삼각함수를 이용하여 계산될 수 있기 때문에 저기능 콘트롤러 조차도 충분하게 정밀한 작업을 수행할 수 있게 된다.
(실시예)
이하, 예시도면을 참조하면서 다중 디스크 클러치를 어셈블링하도록 적용된 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치확인 어셈블링장치에 대해 설명한다.
도 2a 및 도 2b에 자동 위치확인 어셈블링장치의 일반적인 구성을 나타낸다.
도 2a는 자동 위치확인 어셈블링장치(13)가 내부적으로 치차화된 디스크(22; 수용부재)의 중심 개구(22b)내의 어셈블링 로보트내에 포함된 엔드 이펙터(10)에 의해 꽉 잡혀진 샤프트(20; 삽입부재)를 삽입함으로써 다중 디스크 클러치(어셈블리)를 조립하는 것을 나타낸 도면이다. 자동 위치확인 어셈블링장치(13)는 엔드 이펙터(10)와 엔드 이펙터(10)를 제어하기 위한 제어유니트(14)를 갖는다. 엔드 이펙터(10)에는 도시되지 않은 다수의 액츄에이터가 제공되고, 액츄에이터는 3개의 축에 따른 이동 및 3개의 축과 관련한 회전을 위해 엔드 이펙터(10)를 이동시키도록 구동되어진다. 힘 측정장치(6)는 엔드 이펙터(10)에 인가된 힘을 측정하도록 엔드 이펙터(10)의 베이스부상에 위치한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 자동 위치확인 어셈블링장치(13)에 의해 어셈블된 다중 디스크 클러치는 원통형 부재(26)와, 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및, 외부적으로 치차화된 디스크(24)를 갖춘다. 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)는 각각 다른 형태의 마찰디스크이다. 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)는 원통형 부재(26)에 의해 정의된 공간내에서 교대로 겹쳐진다. 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)는 평탄한 고리형상 판이고, 각각 중심 개구(22b,24b)가 제공된다. 각 내부적으로 치차화된 디스크(22)에는 중심개구(22b)를 정의하는 내부 주변상에 다수의 내부 치차(22a; 맞물림부)가 제공되는 한편, 각 외부적으로 치차화된 디스크(24)에는 그 외부 주변상에 다수의 외부 치차(24a; 맞물림부)가 제공된다. 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 중심 개구(22b,24b)는 동일한 축을 갖고 있다.
내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 중심 개구(22b,24b)의 내부 주변은 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 중심 개구(22b,24b)를 통해 연장되는 실질적으로 원통형 공간을 형성한다. 외부 표면상에 다수의 축 스플라인(20a; 맞물림부)이 제공된 샤프트(20; 삽입부재)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심 개구(22b) 주위에 형성된 내부 치차(22a)를 맞무는 스플라인(20a)을 따라 실질적으로 원통형 공간에 삽입된다. 원통형 부재(26)에는 그 내부 주변에 다수의 축 홈(26a)이 제공된다. 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 외부 치차(24a)는 원통형 부재(26)의 다수의 축 홈(24a)을 맞문다.
샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22) 및 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 중심 개구(22b,24b)에 삽입되지 않은 상태에서, 원통형 부재(26)에 위치한 내부적으로 치차화된 디스크(22)는 이동으로부터 방해받지 않게 되어, 샤프트(20)가 삽입을 위해 움직이는 방향에 수직인 수평면으로 자유롭게 움직일 수 있게 된다. 도 2a는 샤프트(20)가 2개의 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 맞물리고, 세번째 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심 개구(22b)에 대해 탐색하기 위해 움직이는 상태를 나타낸다.
도 2a에 도시된 자동 위치확인 어셈블링장치(13)에 포함된 제어시스템을 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 자동 위치확인 어셈블링장치(13)의 제어시스템은 엔드 이펙터(10)에 인가된 힘을 측 정하기 위한 힘 측정장치(6)와, 힘 측정장치(6)에 의해 제공된 측정을 기초로 엔드 이펙터(10)를 동작시키기 위해 도시되지 않은 액츄에이터를 제어하는 제어유니트(14)를 포함한다.
힘 측정장치(6)는, 예컨대 x축, y축, z축의 3개의 좌표축에 따른 축 힘 fx, fy, fz와, x축, y축, z축에 평행하는 회전 축과 관련하는 토크 mx, my, mz를 측정할 수 있다. 힘 측정장치(6)는 측정된 데이터를 제어유니트(14)에 포함된 힘 콘트롤러(1)로 보낸다.
제어유니트(14)는 힘 콘트롤러(1)와, 가산기(2), 인버터(3), 가산기(4), 서보 콘트롤러(5), 정류기(7), 비교기(8) 및, 경로설정장치(9)를 포함한다.
힘 콘트롤러(1)는 엔드 이펙터(10)에 인가되어 그 내에 저장된 제어 알고리즘에 따라 힘 측정장치(6)에 의해 측정된 된 힘을 기초로 엔드 이펙터(10)의 위치 및 자세를 나타내는 명령 값으로서 원하는 위치 데이터 x1 d: (xd, yd, zd, d, d, d)를 결정하는 바, 여기서 x, y, z는 x축, y축, z축에 의해 정의된 좌표 시스템에서의 엔드 이펙터(10)의 좌표이고,,,는 x축, y축, z축과 관련한 엔드 이펙터(10)의 축의 회전각이다.
가산기(2)는 최종적으로 원하는 위치 데이터(x2 d)를 결정하도록 힘 콘트롤러(1)에 의해 제공된 원하는 위치데이터(x1 d)와 경로설정장치(9)에 의해 설정되는 샤프트(20)를 위한 탐색경로를 가산한다.
인버터(3)는 가산기(2)에 의해 제공된 마지막으로 원하는 위치 데이터(x2 d)를 액츄에이터의 원하는 작업 스트로크를 지시하는 원하는 작업 스트로크 데이터 qd: (qd, qd, qd, qd, qd, qd)로 변환시킨다. 액츄에이터가 전기 모터와 같은 회전기계인 경우, 원하는 작업 스트로크 데이터(qd)는 액츄에이터의 구동 샤프트의 회전각이다.
가산기(4)는 인버터(3)에 의해 계산된 원하는 작업 스트로크 데이터(qd)와 액츄에이터의 실제 작업 스트로크를 지시하는 실제 작업 스트로크 데이터 q:(q1, q2, q3, q4, q5, q6)를 인가받아, 원하는 차이로서 원하는 작업 스트로크 데이터와 실제 작업 스트로크 데이터 사이의 차이를 서보 콘트롤러(5)에 부여한다.
서보 콘트롤러(5)는 액츄에이터상의 원하는 작업 스트로크 데이터(qd)와 액츄에이터상의 실제 작업 스트로크 데이터(q)에 따라 액츄에이터의 서버 제어를 실행하여, 액츄에이터상의 실제 작업 스트로크 데이터(q)가 원하는 작업 스트로크 데이터(qd)와 일치된다.
정류기(7)는 액츄에이터상의 실제 작업 스트로크 데이터(q)를 엔드 이펙터(10)의 위치 및 자세상의 위치 데이터(x3)로 변환시킨다.
비교기(8)는 정류기(7)에 의해 제공된 위치 데이터(x3)를 기초로 결정을 한다. 먼저, 비교기(8)는 z축상의 샤프트(20)의 위치(z)와 마지막으로 원하는 위치(ztg)를 비교한다. z축상의 위치(z)가 마지막으로 원하는 위치(ztg)에 가까우면, 어셈블링 동작이 완료된 것으로 결정되어, 비교기(8)는 어셈블링 동작 종료신호를 힘 콘트롤러(1)에 부여한다. 샤프트(20)의 z축상의 위치(z)가, 예컨대 dz0으로 미소하게 변화될 때, 비교기(8)는 dz0인 곳에서의 상태의 구간의 시간(t)과 소정 시간(tth)을 비교한다. 샤프트(20)가 동일한 위치에 머물러 z축상의 샤프트(20)의 위치(z)가 소정 시간(tth)에 대해 변하지 않으면, 샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)상에 고착되어 내부적으로 치차화된 디스크(22)가 샤프트(20)와 함께 움직이는 것이 가능하게 된다. 따라서, 소정 시간에 대해 z축에 평행하는 프레싱 힘을 줄이도록 힘 콘트롤러(1)를 지시하는 신호가 힘 콘트롤러(1)에 부여된다.
힘 콘트롤러(1)는 엔드 이펙터(10)에 의해 발휘된 힘을 제어하여 컴플라이언스 제어를 실행한다. 더욱 명확하게, 힘 콘트롤러(1)는 샤프트(20)의 삽입 방향에 평행하는 z축(제3축)에 평행하는 x축(제1축)과 y축(제2축)에 평행하는 프레싱힘(fx,fy)과, 컴플라이언스 제어에 의한 x축과 y축에 관한 토크(mx,my)를 제어하여, 엔드 이펙터(10)가 x축 및 y축과 관련하여 추종된다. 컴플라이언스 제어는 더 큰 편차를 제어하기 위해 더 큰 힘을 이용함과 더불어 더 작은 편차를 보정하기 위해 더 작은 힘을 이용하는 탄성을 갖는 힘을 완화한다.
힘 콘트롤러(1)는 제어 알고리즘에 따라 동작하고, z축에 대해 수직으로 샤프트(20)를 회전시키도록 엔드 이펙터(10)를 지시하는 회전 명령을 제공한다.
경로설정장치(9)는 엔드 이펙터(10)의 위치를 제어한다. 경로설정장치(9)는 엔드 이펙터(10)에 의해 잡혀진 샤프트(20)의 컴플라이언스 중심를 위한 탐색경로를 설정한다. 샤프트(20)의 컴플라이언스 중심은 엔드 이펙터(10)에 의해 그에 인가된 z축에 평행하는 프레싱 힘에 의해 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 대해 눌려진 샤프트(20)와 함께 소정 탐색 경로를 따라 움직인다.
경로설정장치(9)에 의해 설정된 탐색 경로상의 점의 좌표는 단지 간단한 삼각함수에 의해 표현될 수 있다. 예컨대, x축 및 y축에 의해 정의된xy평면상의 크로버잎 탐색경로상의 점의 좌표는 다음 식에 의해 표현될 수 있다.
x = Ax{sin(ωt) + sin(nωt)}
y = Ay{cos(ωt) ±cos(nωt)}
여기서, Ax와 Ay는 진폭(잎 크기),n은 (잎의 수와 관련되는)실수,ω는 탐색 모션의 속도,t는 시간이다. 그리고,n은 실수이고 정수를 필요로 하지 않는다.
도 3은 n = 3, Ax= Ay및 y = Ay{cos(ωt) - cos(nωt)}인 경우, 삼각법 표현에 의해 나타낸 탐색경로이다. 도 3으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 상기한 삼각법 표현에 의해 나타낸 탐색경로는 x축과 y축에 의해 정의된xy평면내의 다른 상에서의 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심 개구(22b)의 중심에 가까운 위치로부터 샤프트(20)의 컴플라이언스 중심의 반복적인 방사상으로 외부로 향하는 이동을 요구한다. 맞물림 위치가 방사상으로 외부로 향하는 이동의 1사이클에 의해 찾을 수 없음에도 불구하고, 맞물림 위치는 방사상으로 외부로 향하는 이동이 다수의 사이클에 의해 반복되는 동안 실패없이 찾을 수 있게 된다. 상기 삼각법 표현의 계수n가 크면, 방사상으로 외부로 향하는 이동의 사이클의 수가 크고, 몇몇 경우에 있어서 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 맞물림 위치를 찾기 위해 긴 시간이 필요로 된다. 탐색경로의 인접하는 통로가 서로 가깝기 때문에, 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 맞물림 위치를 확실하게 찾을 수 있게 된다. 상기 삼각법 표현에 의해 나타낸 탐색경로는 샤프트(20)의 다양한 탐색 모션의 요구와 직면한다. 탐색경로는 진폭(Ax,Ay)과 계수(n)에 대한 값을 특정함으로써 매우 간단하게 정의될 수 있고, 탐색경로는 간단한 동작에 의해 계산될 수 있으므로 명령신호를 발생시킬때 계산 부하는 낮다.
이하, 자동 위치확인 어셈블링장치(13)의 동작에 대해 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 내부적으로 치차화된 디스크(22)와 외부적으로 치차화된 디스크(24)가 원통형 부재(26)의 축 홈(26a)을 맞무는 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 외부 치차(24a)를 갖는 원통형 부재(26)에 의해 정의된 공간에 교대로 배치되어 있다.
이 때, 제어유니트(14)는 샤프트(20)를 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)와 정확하게 일치시키기 위해 엔드 이펙터(10)가 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)와 관련된 엔드 이펙터(10)에 의해 잡혀진 샤프트(20)를 움직이게 만들도록 엔드 이펙터(10)를 제어한다. 샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)와 정렬되면, 바로 엔드 이펙터(10)는 샤프트(20)를 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)와 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 인접하는 외부적으로 치차화된 디스크(24)의 중심개구(22b,24b)로 이동시킨다.
제어유니트(14)의 힘 콘트롤러(1)와 서보 콘트롤러(5)는 샤프트(20)가 삽입을 위해 이동되어져 엔드 이펙터(10)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 대해 샤프트(20)를 프레스하도록 z축을 따라 작용하는 프레싱 힘을 발생시키는 것을 만드는 z축에 수직인 x축 및 y축에 대해 컴플라이언스를 부여한다.
제어유니트(14)는 엔드 이펙터(10)에 의해 그에 인가된 z축에 평행하는 프레싱 힘에 의해 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 대해 프레스된 샤프트(20)와 함께 소정 탐색경로를 따라 샤프트(20)의 컴플라이언스 중심을 이동시킨다. 엔드 이펙터(10)에 의해 잡혀진 샤프트(20)는 샤프트(20)의 스플라인(20a)이 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a)를 맞물 수 있는 위치를 찾도록xy평면의 다른 상에서 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)의 중심에 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 향하여 반복적으로 이동되어진다.
샤프트(20)의 끝단이 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)에서 잡혀짐과 더불어 샤프트(20)의 스플라인(20a)이 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a)와 불규칙하게 맞물리는 한편, 샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 대해 프레스된 그 끝단에 따라 탐색하기 위해 이동되면, 샤프트(20)는 엔드 이펙터(10)의 컴플라이언스의 작용에 의해 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)내로 들어가게 된다. 샤프트(20)가 엔드 이펙터(10)의 프레싱 힘에 의해 z축에 평행하는 방향으로 프레스되므로, 내부적으로 치차화된 디스크(22)는 샤프트(20)의 기울기에 대응하는 힘에 의해xy평면내로 옮겨지고, 샤프트(20)의 자세가 교정되어 샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)에 삽입된다.xy평면에서의 엔드 이펙터(10)의 위치는 샤프트(20)의 기울기에 따라 조정될 수 있다.
따라서, 샤프트(20)는 샤프트(20)의 끝단이 두번째 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)와 접촉할 때까지 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)를 통해 이동된다.
계속해서, 다음 탐색 사이클이 실행된다. 제어유니트(14)는 엔드 이펙터(10)가 z축에 평행하는 방향으로 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)를 맞무는 샤프트(20)를 눌러, 샤프트(20)의 스플라인(20a)이 두번째 가장 바깥쪽 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a)를 맞물 수 있는 위치에 대해 탐색하도록 소정 탐색경로를 따라 샤프트(20)의 컴플라이언스 중심을 움직이게 만든다. 따라서, 샤프트(20)의 스플라인(20a)이 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a)를 맞물 수 있는 위치를 찾고, 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구(22b)로 샤프트(20)를 누르기 위한 동작이 다중 디스크 클러치를 조립하기 위해 모든 내부적으로 치차화된 디스크(22)에 대해 반복된다. 샤프트(20)가 모든 내부적으로 치차화된 디스크(22)와 맞물리면, 바로 비교기(8)는 z축상의 샤프트(20)의 끝단의 위치가 마지막 원하는 위치(ztg)에 가깝다는 것을 결정하여 제어유니트(14)는 어셈블링 작업을 종료한다.
샤프트(20)가 소정 시간(tth) 동안 z축상의 동일한z위치에 머무르면, 샤프트(20)는 내부적으로 치차화된 디스크(22)상에 고착되어, 내부적으로 치차화된 디스크(22)가 샤프트(20)와 함께 이동하게 된다. 이러한 경우, 비교기(8)는 샤프트(20)의 z축상의z위치가 소정 시간 tth(dz0) 동안 변하지 않은 것으로 결정하여 제어유니트(14)는 소정 시간 동안 z축에 평행하는 프레싱 힘을 줄이도록 힘 콘트롤러(1)를 지시한다. 결과적으로, 샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)로부터 잠정적으로 분리되고, 이때 엔드 이펙터(10)의 탐색 동작이 다시 시작된다. 따라서, 샤프트(20)가 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 중심개구 (22b)에 삽입될 수 있는 위치를 용이하게 찾을 수 있게 된다.
제어유니트(14)는 스플라인(20a)이 각각 내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a) 사이의 홈과 일치되는 올바른 각위치로부터 샤프트(20)의 스플라인(20a)의 각 어긋남을 보정하도록 주기적으로 잡혀진 샤프트(20)를 회전시키기 위해 엔드 이펙터(10)를 제어한다. 따라서, 샤프트(20)의 스플라인(20a)이내부적으로 치차화된 디스크(22)의 내부 치차(22a) 사이의 홈과 더욱 정밀하게 일치될 수 있는 위치를 용이하게 찾을 수 있게 된다.
도 4는 5개의 내부적으로 치차화된 디스크(22)가 제공된 다중 디스크 클러치를 어셈블링하기 위해 도 1 내지 도 3에 도시된 자동 위치확인 어셈블링장치(13)의 어셈블링 동작의 결과를 설명하는 그래프로서, 시간이 수평축상에서 측정되고, 샤프트(20)의 z축상의z위치가 수직축상에서 측정된다. 도 4로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 엔드 이펙터(10)에 의해 잡혀진 샤프트(20)는 기준 위치로부터 약 -453mm의 거리에서 첫번째 내부적으로 치차화된 디스크(22)와 접촉하게 되고, 약 1/2의 탐색 동작 후 첫번째 내부적으로 치차화된 디스크(22)를 맞물며, 두번째 내부적으로 치차화된 디스크(22)를 향해 나아가게 된다. 샤프트(20)가 모든 5개의 내부적으로 치차화된 디스크(22)를 맞물어 어셈블링 작업이 약 4초에서 완료된다.
본 발명은 예로서 다중 디스크 클러치를 어셈블링하는데 적용하는 것으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니고, 자동 위치확인 어셈블링장치는 수용부재의 메이팅 개구에 삽입부재를 삽입하는 것에 의해 임의의 어셈블리를 어셈블링하는데 적용할 수 있다.
본 발명의 상기한 예는 컴플라이언스 제어를 통해 엔드 이펙터(10)에 컴플라이언스를 부여함에도 불구하고(제어유니트에 의한 제어 알고리즘의 실행), 컴플라이언스가 엔드 이펙터(10)에 메카니칼 컴플라이언스 메카니즘을 제공하는 것에 의해 엔드 이펙터에 부여될 수 있다.
한편, 본 발명은 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정밀하고 빠르게 어셈블링작업을 할 수 있는 자동 위치확인 어셈블링방법 및 장치를 제공할 수 있게 된다.

Claims (14)

  1. 소정 어셈블리를 조립하도록 수용부재의 메이팅 개구에 어셈블링 로보트의 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 삽입하기 위한 자동 위치확인 어셈블링방법에 있어서,
    상기 자동 위치확인 어셈블링방법이,
    수용부재와 관련되는 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 이동시킴으로써 수용부재의 메이팅 개구와 관련되는 삽입부재를 위치시키는 단계와;
    제3축과 수직하는 제1 및 제2축에 평행하는 방향과 관련하여 엔드 이펙터 컴플라이언스에 의해 제3축과 평행하는 방향으로 삽입부재에 인가된 프레싱 힘에 의해 수용부재에 대해 삽입부재를 프레스하는 단계를 구비하여 이루어지고;
    수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서, 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 엔드 이펙터에 의해 제3축과 평행하는 방향으로 삽입부재에 인가된 프레싱 힘에 따라 소정 탐색 경로를 따라 움직이고,
    탐색 경로가 제1 및 제2축에 의해 정의된 평면내의 다른 상의 수용부재의 메이팅 개구의 중심에 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 향하는 이동의 반복을 위해 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링방법.
  2. 삭제
  3. 제2항에 있어서, 탐색 경로가 x축으로서 제1축과 y축으로서 제2축에 의해 정의된 평면상의x및y좌표를 나타내는 다음 식에 의해 표현되는 크로버잎 경로이고,
    x = Ax{sin(ωt) + sin(nωt)}
    y = Ay{cos(ωt) ±cos(nωt)}
    여기서, Ax와 Ay는 진폭(잎 크기),n은 (잎의 수와 관련되는)실수,ω는 탐색 모션의 속도,t는 시간인 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링방법.
  4. 제1항에 있어서, 엔드 이펙터에 의해 발생된 프레싱 힘이 수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서의 탐색경로를 따라 삽입부재의 컴플라이언스 중심의 이동 동안 일시적으로 느슨해지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링방법.
  5. 제1항에 있어서, 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재가 수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서 축에 대해 주기적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링방법.
  6. 제1항에 있어서, 수용부재에 대해 삽입부재를 프레싱하는 단계에서 엔드 이펙터에 인가되는 컴플라이언스가 엔드 이펙터의 컴플라이언스 제어를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링방법.
  7. 제1항에 있어서, 삽입부재가 그 외부 주변상에 형성된 맞물림부를 갖춘 샤프트이고, 수용부재가 각각 샤프트의 맞물림부와 메이팅되는 맞물림부를 갖는 그 주변상에 제공된 중심 개구를 갖춘 다수의 판형상 부재를 포함하며, 다수의 판형상 부재가 서로 정렬된 해당 중심 개구와 함께 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링방법.
  8. 소정 어셈블리를 조립하도록 어셈블링 로보트에 의해 수용부재의 메이팅 개구에 삽입부재를 삽입하기 위한 자동 위치확인 어셈블링장치에 있어서,
    상기 자동 위치확인 어셈블링장치가,
    삽입부재를 유지하기 위한 엔드 이펙터와;
    엔드 이펙터의 동작을 제어함으로써 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 수용부재의 메이팅 개구에 삽입하기 위한 제어유니트를 구비하여 구성되고;
    제어유니트는 삽입부재가 삽입을 위해 이동되는 방향으로 연장되는 제3축에 수직인 제1 및 제2축과 평행하는 방향에 대해 엔드 이펙터 컴플라이언스를 부여하고, 삽입부재의 컴플라이언스 중심이 엔드 이펙터에 의해 제3축과 평행하는 방향으로 삽입부재에 인가된 프레싱 힘에 의해 소정 탐색 경로를 따라 이동되며,
    탐색 경로가 제1 및 제2축에 의해 정의된 평면내의 다른 상의 수용부재의 메이팅 개구의 중심에 가까운 위치로부터 방사상으로 외부로 향하는 이동의 반복을 위해 설정되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링장치.
  9. 삭제
  10. 제9항에 있어서, 탐색 경로가 x축으로서 제1축과 y축으로서 제2축에 의해 정의된 평면상의x및y좌표를 나타내는 다음 식에 의해 표현되는 크로버잎 경로이고,
    x = Ax{sin(ωt) + sin(nωt)}
    y = Ay{cos(ωt) ±cos(nωt)}
    여기서, Ax와 Ay는 진폭(잎 크기),n은 (잎의 수와 관련되는)실수,ω는 탐색 모션의 속도,t는 시간인 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링장치.
  11. 제8항에 있어서, 제어유니트는 탐색 경로를 따른 삽입부재의 컴플라이언스 중심의 이동 동안 잠정적으로 엔드 이펙터에 의해 발생된 프레싱 힘을 감소시키는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링장치.
  12. 제8항에 있어서, 제어유니트는 해당 축에 대해 주기적으로 엔드 이펙터에 의해 유지된 삽입부재를 회전시키는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링장치.
  13. 제8항에 있어서, 제어유니트는 엔드 이펙터 컴플라이언스를 부여하도록 엔드 이펙터를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링장치.
  14. 제8항에 있어서, 삽입부재가 그 외부 주변상에 형성된 맞물림부를 갖춘 샤프트이고, 수용부재가 각각 샤프트의 맞물림부와 메이팅되는 맞물림부를 갖는 그 주변상에 제공된 중심 개구를 갖춘 다수의 판형상 부재를 포함하며, 다수의 판형상 부재가 서로 정렬된 해당 중심 개구와 함께 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 위치확인 어셈블링장치.
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