KR101187234B1 - 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐리어 (1) 위에 보관되어 있는 타이어 (2) 들을 로봇을 이용해 디팔레타이징하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 방법에 따르면, 우선 외부 타이어 (2) 들의 (또한 선택 사양적으로 캐리어 (1) 의) 위치와 방향이 센서 시스템 (5) 을 이용해 검출된다. 그 후, 그립핑 툴 (4) 을 이용해 그립핑될 수 있고 충돌이 없는 경로에서 보관될 수 있는 타이어들이 확인된다. 경로 데이터 및 그립핑될 수 있는 다음번 타이어들은 그립핑 툴 (4) 과 캐리어 (1) 의 3D 모델 및 센서 시스템의 센서 데이터를 기초로 평가 유닛 (7) 에 의해 결정된다. 그 후, 상기 경로 데이터를 기초로, 각각의 타이어를 하역하고 확정된 위치에 보관하기 위해 그립핑 툴 (4) 이 로봇에 의해 안내된다.

Description

로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DEPALETTING TYRES USING A ROBOT}

본 발명은 캐리어 (carrier) 위에 보관되어 있는 타이어들을 로봇을 이용해 디팔레타이징 (depalletizing) 하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

타이어들의 디팔레타이징이란 운반 유닛 또는 적재 캐리어 (loading carrier) 로부터, 예컨대 컨테이너 또는 격자형 팔레트 (pallet) 로부터 타이어들을 하역 (unloading) 하는 작업을 말한다. 일반적으로, 이송시 타이어들의 적재 패턴은 배열되어 있거나, 부분적으로 배열되어 있거나, 배열되어 있지 않거나, 또는 아주 무질서하다. 오늘날 타이어 하역 작업은 적재 캐리어 위에 타이어들이 부분적으로 배열되거나 또는 배열되지 않고 방향지어진 경우 수작업으로만 수행된다.

타이어들의 팔레타이징 (palletizing) 도 대부분 아직까지 수작업으로 수행되고 있다. 그러나, DE 10 2005 053 296 A1 에는 타이어들을 캐리어에 적재하기 위한 자동화된 해결책이 공지되어 있다. 그러나, 팔레타이징 동안 보관 위치를 정확히 알고 있다 해도, 타이어의 자동화된 하역은 아직까지 가능하지 않은데, 왜냐하면 적재 패턴이 운반시 대부분 약간 변경되고, 그렇게 되면 본래의 알려진 타이어 위치와 방향이 더 이상 타이어의 실제 상태와 일치하지 않기 때문이다.

배열되어 공급된 타이어들을 하역하기 위한 자동화된 해결책이 이미 공지되어 있다. 그러나, 이 해결책은 로봇을 이용하지 않고 기중기를 가진 다축 포털 시스템을 이용하며, 상기 포털 시스템은 타이어의 팔레타이징뿐만 아니라 디팔레타이징을 위해 사용된다. 즉, 예컨대 US 2006/0088405 A1 에는 타이어들이 피쉬본 (fishbone) 패턴으로 자동으로 적재되고, 다시 하역될 수 있는 방법이 공개되어 있다. 그러나, 이를 위해서는 운반시 타이어의 미끄러짐을 막는 특수한 컨테이너가 적재 캐리어로 필요하다. 배열되지 않은 또는 부분적으로 배열된 타이어들, 또는 미리 알려지지 않은 적재 패턴에서의 타이어들의 디팔레타이징은 이 방법으로는 가능하지 않다.

타이어를 그립핑 (gripping) 하기 위해 상이한 그립핑 툴 (gripping tool) 들이 공지되어 있다. EP 1059148 B1 에는 내부 반경에서 타이어를 그립핑하기 위한 장치가 공개되어 있고, 상기 장치에서는 회전대칭 요소들이 비드 (bead) 에 대해 가압됨으로써 타이어를 유지시킨다. 이 홀딩 요소들 중 적어도 2 개는 타이어의 방사상 방향에서 움직일 수 있게 설계되어 있다. 회전 구동 메커니즘을 통해 중앙축을 중심으로 한 타이어의 회전을 가능하게 하기 위해, 상기 홀딩 요소들은 타이어의 중앙축에 대해 평행으로 축 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다.

US 5082519 A 에는 서로를 향해 움직일 수 있는 2 개의 그립퍼 죠 (gripping jaw) 를 가진 평행 그립퍼 (gripper) 의 원리에 근거를 둔 그립핑 툴이 기술되어 있으며, 상기 그립퍼 죠들은 외경에서 타이어의 카커스 (carcass) 를 그립핑한다.

이 그립핑 툴을 이용해 타이어 카커스는 제품 공정 내에서 재배치된다.

GB 2126153 A 에는 타이어 경화 기계를 적재 및 하역하기 위한 방법과 그립핑 툴이 기술되어 있다. 이 경우, 미가공 타이어는 내부 비드 (inner bead) 에서 3 개의 이동식 클램핑 조를 이용해 그립핑된다.

이 이외에, US 4894103 에는 타이어 제조 분야에서 타이어 카커스를 타이어 성형 기계 안으로 삽입하고, 그 후 미가공 타이어를 인출할 수 있는 그립핑 툴이 기술되어 있다. 상기 그립핑 툴은 그립핑하기 위해 방사상 방향에서 움직여지는 만곡된 4 개의 요소를 구비한다. 이로써, 카커스 또는 미가공 타이어는 바깥쪽으로부터뿐만 아니라 안쪽으로부터도 그립핑될 수 있다.

본 발명의 목적은 타이어들을 이송하기 위한 특수한 컨테이너를 필요로 하지 않고, 배열되지 않은 또는 부분적으로만 배열된 타이어들도 적재 캐리어로부터 자동으로 하역될 수 있는, 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1 항에 따른 방법 및 제 12 항에 따른 시스템을 통해 달성된다. 상기 방법 및 상기 시스템의 바람직한 형태는 종속항의 대상이며, 또는 하기의 설명 및 실시예에서 도출될 수 있다.

로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위해 제안된 본 방법에서는 반복하여 하기의 단계들이 연속적으로 실행된다. 우선 하역되어야 하는 타이어 더미의 외부 타이어들의 공간적 위치와 방향 (orientation), 및 선택 사양적으로 (optionally) 타이어들의 캐리어의 공간적 위치와 방향이 센서를 이용해 검출된다. 상기 외부 타이어들이란 외부로부터 바로 접근 가능하거나 또는 센서 시스템을 통해 인식 가능한, 캐리어 위에 있는 타이어 더미의 타이어들을 말한다. 이 경우 바람직하게는 3 차원 주변환경을 묘사할 수 있는 3D 센서 시스템이 이용된다. 이러한 유형의 센서 시스템의 예들은 스테레오 카메라, PMD 카메라 (PMD: Photonic-Mixer-Device), 광 섹션 방법 (light section method) (삼각측량) 을 실행하기 위한 장치 또는 레이저를 이용한 지연 측정 장치이다. 공급된 센서 신호 또는 센서 데이터를 근거로, 상응하는 분석 및 준비 후 타이어들의 (또한 선택 사양적으로 캐리어의) 공간적 위치와 공간적 방향이 결정되고, 로봇에게 제공된다. 예컨대, 하역을 위해 캐리어가 배치되는 바닥에서의 규정된 스톱 (stop) 을 근거로 상기 캐리어의 위치와 방향이 알려져 있다면, 센서 시스템을 이용해 상기 캐리어의 위치와 방향을 검출하는 것은 생략될 수 있다. 타이어들의 지오메트리 (geometry) 와 캐리어의 지오메트리는 마찬가지로 센서 시스템을 통해 검출될 수 있거나 또는 본 방법을 실행하기 위해 미리 주어질 수 있는데, 왜냐하면 그것들은 일반적으로 하역 전에 이미 알려져 있기 때문이다.

연산 장치 (arithmetic unit) 가 상기 센서 데이터를 평가를 위해 가공하고 로봇 제어 시스템에게 경로 데이터 (path data) 를 전달하기 전에, 정확한 그립핑 포인트 (gripping point) 가 규정되어야 하며, 또한 각각의 타이어를 그립핑하기 위해 검출된 운동 경로 (motion path) 가 충돌 없이 전개될 수 있는 지의 여부가 검사되어야 한다. 이를 위해, 우선 상기 미리 검출된 외부 타이어들 중 존재하는 그립핑 툴을 이용해 그립핑될 수 있는 한 타이어가, 미리 주어질 수 있는 기준들에 따라 선택된다. 이를 위한 기준들은 예컨대 타이어 인식의 질 또는 우수성, 캐리어 위에서의 상기 타이어의 절대적인 높이 또는 상기 타이어와 겹쳐져 있는 다른 타이어들의 수일 수 있다. 후속하여, 상기 미리 주어진 기준들에 따라 선택된 상기 타이어를 위해, 상기 타이어를 그립핑 및 디팔레타이징하기 위한 그립핑 툴의 하나 이상의 운동 경로가 계산된다. 상기 운동 경로들은 바람직하게는 그립핑 툴을 이용해 가능한 여러 가지 그립핑 위치들 또는 그립핑 방식들을 위해 검출된다. 후속하여, 상기 계산된 운동 경로들에 대해 캐리어와의 만일의 충돌 및 다른 타이어들과의 만일의 충돌이 검출된다. 이는 그립핑 툴과 캐리어의 3D 모델 및 센서 시스템의 센서 데이터 (상기 센서 데이터로부터 타이어의 위치, 및 이미 알려져 있지 않은 경우에는 캐리어의 위치도 유래될 수 있다) 를 기초로 수행된다. 만일의 충돌 검출은, 미리 주어진 우선 값들을 통해 확정되는, 운동 경로들의 순서대로 수행될 수 있다. 충돌이 없는 제 1 운동 경로가 이 우선 값들의 순서대로 검출된 후, 그 밖의 계산이 중단될 수 있다. 그 후, 그립핑 툴은 자동으로 로봇과 함께 상기 계산된 운동 경로에서, 그립핑되기로 정해진 타이어 쪽으로 안내된다. 상기 타이어는 상기 그립핑 툴로 그립핑되고, 상기 계산된 운동 경로에서 캐리어로부터 하역되며, 확정된 위치에 보관된다. 상기 타이어를 위해 계산된 운동 경로들 중 어느 것도 충돌 없이는 가능하지 않은 경우, 상기 미리 주어질 수 있는 기준들에 다음번으로 상응하는 새로운 타이어가 결정된다. 그 후, 그 밖의 단계들, 즉 운동 경로들의 계산 및 충돌 검사가 이 타이어를 위해 실행된다. 이 과정은 충돌 없는 운동 경로를 가진 타이어가 검출되고, 그 후 상기 타이어가 상기 기재된 방식으로 하역되기까지 반복된다. 상기 타이어를 하역한 후, 상기 방법 단계들은 캐리어로부터 타이어들이 완전히 하역되기까지 각각 새로이 연속적으로 실행된다.

상기 방법과 상기 관련된 시스템의 정확한 작동방식을 위해서는, 캐리어 위에서의 타이어들의 적재 패턴이 미리 알려질 필요도 없고 캐리어의 정확한 위치가 미리 알려질 필요도 없다. 타이어들은 캐리어 위에서의 그들의 위치와 관계 없이 자동으로 인식되고 하역된다. 그러므로, 본 발명은 상이한 타이어 유형들을 가진 운반 유닛들에서도 완전자동 하역을 가능하게 한다. 그러나, 이 경우 타이어들의 지오메트리가 센서 시스템에 의해 비로소 검출될 필요가 없고 이미 사전에 알려져 준비된다면 유리하다. 상기 지오메트리는 타이어들의 위치와 방향 검출을 가속화하고 신뢰도를 높인다. 타이어들의 캐리어의 지오메트리에도 마찬가지가 적용된다.

상기 방법을 이용해, 임의적으로 적재되어 있는 또는 방향지어진 타이어들은 그립핑 툴 및 센서 시스템을 구비한 산업용 로봇을 이용해 주변환경과의 충돌 없이 캐리어로부터 하역되고, 부분적으로 배열되거나 또는 배열되어 보관 표면 위에 보관될 수 있다. 이때, 타이어들이 캐리어 위에 배열되어 있는지, 또는 부분적으로 배열되어 있는지, 또는 완전히 배열되지 않은채 있는 지의 여부는 중요치 않다. 선행기술과 비교하여, 육체적으로 힘들고 단조로운 하역 작업이 로봇을 이용한 디팔레타이징을 통해 생략되므로 작업자의 건강이 보호되고, 비용 또한 절감된다. 이 이외에, 자동화를 통해 균일한 품질과 하역이 보장된다. 또한, 상기 방법 및 상기 관련된 시스템은 타이어들의 운반 또는 공급을 위해 특별히 형성된 컨테이너를 필요로 하지 않는다.

상기 관련된 디팔레타이징 시스템은 다수의 축을 가진 산업용 로봇, 바람직하게는 6 축 관절식 암 로봇과, 그립핑 툴과, 3D 센서와, 상기 3D 센서를 위한 예컨대 리너어 축 형태의 운동 메커니즘과, 평가 또는 연산 장치를 포함하며, 상기 평가 또는 연산 장치는 센서 데이터 및 경우에 따라서는 타이어들과 캐리어의 미리 주어진 지오메트리 데이터를 상기 방법에 기재된 방식으로 평가하고, 실행되어야 하는 그립핑 운동을 위한 경로 데이터를 산업용 로봇에게 전달한다. 이 평가 유닛 (evaluation unit) 은 예컨대 로봇 및 센서와 연결된 퍼스널 컴퓨터 (PC) 일 수 있다. 평가 유닛 또는 상기 평가 유닛의 일부는 산업용 로봇의 제어 유닛 안에 구현될 수도 있다.

상기 방법을 실행하기 위해서는, 다수의 상이한 그립핑 방식을 실행하고, 이로써 임의로 방향지어진 타이어들을 그립핑할 수 있는 그립핑 툴을 이용하는 것이 유리하다. 이러한 이용을 위해 바람직한 그립핑 툴은 2 개의 그립퍼 죠를 포함하며, 상기 그립퍼 죠들 중 적어도 하나의 그립퍼 죠는 다른 그립퍼 죠를 향해 움직여질 수 있고, 상기 그립핑 툴은 또한 드라이브 (drive) 를 포함하며, 상기 드라이브는 타이어를 그립핑하기 위해 상기 두 그립퍼 죠를 서로를 향해 또는 서로 멀리 움직이게 한다. 이때, 그립퍼 죠들은 상기 그립퍼 죠들이 타이어의 개구부 안으로 도입될 수 있도록 형성되어 있다. 이 경우, 두 그립퍼 죠가 움직일 수 있거나, 또는 한 그립퍼 죠는 움직일 수 있고 다른 그립퍼 죠는 고정되어 있다.

이러한 유형으로 형성된 그립핑 툴을 이용해, 타이어는 축방향 그립핑 방향에서 내부 비드에서의 클램핑을 통해, 축방향 그립핑 방향에서 타이어 폭에 걸친 클램핑을 통해, 방사상 그립핑 방향에서 타이어 높이에 걸친 클램핑을 통해, 축방향 그립핑 방향에서 림 (rim) 내부 영역에 걸친 클램핑을 통해, 또는 방사상 그립핑 방향에서 내부 비드에서의 클램핑을 통해 그립핑될 수 있다.

상기 그립퍼 죠들은 상기 제안된 그립핑 툴에 있어서 서로에 대해 병진적으로 또는 회전적으로 움직여질 수 있고, 이를 위해 상응하여 안내되어 있다. 상기 드라이브는 예컨대 전기식, 공압식 또는 유압식 유형일 수 있다. 바람직하게는, 타이어의 손상을 막기 위해 그립핑력 또는 클램핑력을 검출하고 조절하는, 상기 드라이브를 위한 제어 시스템이 추가적으로 설치될 수 있다. 이는 일 실시형태에 따르면 그립퍼에서의 별도의 센서들을 통해, 예컨대 스트레인 게이지 (strain gauge), 압력스위치 등을 통해 직접 수행될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 그립핑력의 검출은 드라이브의 유형에 따라 전기식 드라이브에서는 모터 전류의 측정을 통해 수행되거나 또는 공압식 또는 유압식 드라이브에서는 압력의 측정을 통해 수행될 수 있다.

타이어의 미끄러짐을 막기 위해, 하나 또는 두 그립퍼 죠에는 추가적으로 웨브 (web) 또는 돌출부, 또는 마찰을 높이는 커버 (cover) 또는 상응하는 코팅, 예컨대 고무가 제공될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 상기 제안된 디팔레타이징 시스템은 타이어들의 디팔레타이징 이외에 팔레타이징을 위해서도 이용될 수 있게 형성되어 있다. 이는 팔레타이징을 위한 상응하는 경로 데이터를 계산하고 로봇에게 전달하는 모듈의 실행을 필요로 한다. 이를 위해 바람직하게 이용된 방법은 DE 10 2005 053 296 A1 에 상세히 기술되어 있고, 상기 방법의 공개 내용은 완전히 본 특허출원에 포함된다. 캐리어 위에서의 타이어들의 자동화된 적재를 위한 이 방법에서는, 우선 타이어들의 지오메트리 데이터 및/또는 타이어들의 디지털 타이어 모델이 준비되거나 또는 생산된다. 이 지오메트리 데이터는 외경, 내경, 타이어 폭, 및 경우에 따라서는 림 폭과 같은 데이터이다. 타이어들의 디지털 타이어 모델도 준비될 수 있거나 또는 상기 지오메트리 데이터로부터 자동으로 생산될 수 있다. 반대로, 지오메트리 데이터가 자동으로 디지털 타이어 모델에서 유래될 수 있다. 지오메트리 데이터 및/또는 타이어 모델 및 미리 주어질 수 있는 캐리어의 크기를 기초로 하여, 프로그램 또는 알고리즘은, 캐리어 위에서 가능한 한 많은 수량의 타이어들의 안정된 저장을 가능하게 하는 적재 패턴을 계산한다. 바람직하게는, 상기 알고리즘은 릭랙 (Rick Rack) 패턴 또는 수직 패턴을 계산한다. 특별한 실시형태에서, 사용자는 적재 패턴 유형을 미리 줄 수 있거나 또는 미리 주어진 선택 사항들 중에서 선택할 수 있다. 준비되어 있는 지오메트리 데이터 또는 준비되어 있는 타이어 모델의 타이어들을 위한 적재 패턴의 오프라인 계산 후, 자동으로 타이어들의 위치 데이터를 상기 적재 패턴으로부터 넘겨받고, 또한 상기 적재 패턴에 따라 타이어들을 적재하기 위한 그립핑 툴의 관련된 운동 경로들이 발생되고 저장된다. 이 경우, 위치 데이터란 타이어들의 장소와 방향 데이터를 말한다. 바람직하게는, 적재 패턴의 계산은 나중에 적재되어야 하는 다수의 상이한 타이어 크기들 또는 타이어 유형들을 위해 먼저 벌써 수행된다. 이 경우, 각 타이어 유형에 대해, 상응하는 위치 데이터와 운동 경로들은 상기 타이어 유형의 식별정보 (identification information) 와 함께 데이터 베이스 안에 저장된다. 적재 패턴의 계산시 및 운동 경로들의 발생시, 추후의 자동적인 적재를 충돌 없이 또한 그 밖의 간섭 또는 수정 없이 가능하게 하기 위해 충돌 검사도 디지털 타이어 모델을 기초로 하여 실행된다. 그 후, 타이어들을 적재할 때 상기 저장된 위치 데이터 및 관련된 운동 경로들이 검색되고, 로봇에게 전달되며, 상기 로봇은 타이어들을 미리 주어진 수용 위치에서 수용하고, 상기 위치 데이터 및 관련된 운동 경로들에 상응하여 캐리어 위에 보관한다. 이 경우, 다수의 타이어 유형들을 가진 데이터 베이스를 이용할 시에는, 우선 적재될 수 있는 타이어들이 식별되고, 그 후, 이 타이어들에 할당된 위치 데이터와 운동 경로들이 상기 저장된 식별정보를 근거로 검색된다.

팔레타이징과 디팔레타이징 시스템이 결합된 구현형태를 위해서는 특히 방사상 방향에서 내부 비드에서의 클램핑을 가능하게 하는 그립핑 툴이 유리하다. 이 그립핑 원리에서 타이어들은 자동으로 센터링되고 정렬되며, 이로 인해 팔레타이징은 그립핑 툴에서의 타이어들의 확정된 방향설정을 근거로 간단해진다. 팔레타이징과 디팔레타이징이 결합된 이러한 시스템을 이용해, 타이어들을 캐리어로부터 디팔레타이징한 후 동일한 시스템으로 다시 다른 캐리어 위에 팔레타이징하는 것이 가능하다.

이하, 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법 및 관련된 디팔레타이징 시스템과 이 경우 이용된 그립핑 툴을 특허청구범위에 의해 주어진 보호범위를 제한하지 않고 도면을 참조로 실시예을 통해 다시 상세히 설명한다.

도 1 은 디팔레타이징 시스템을 이용해 하역되어야 하는 타이어들이 적재되어 있는 캐리어의 예;
도 2 는 제안된 디팔레타이징 시스템의 예의 개략적인 도면;
도 3 은 제안된 방법을 실행하기 위한 예시적인 흐름도;
도 4 는 제안된 방법에서 이용되는 그립핑 툴의 예;
도 5 는 도 4 의 그립핑 툴로 실행될 수 있는 여러 가지 그립핑 방식들이다.

제안된 방법 및 관련된 디팔레타이징 시스템은 로봇, 특히 6 축 관절식 암 로봇을 이용해, 운반 유닛 위에 적재되어 있는 타이어들의 자동적인 하역을 가능하게 한다. 이를 위해, 도 1 은 다수의 타이어 (2) 가 본 경우에는 배열되지 않고 적재되어 있는 운반 유닛 (1) 의 예를 나타낸다. 이러한 유형의 운반 유닛 (1) 은 공장의 구내 운반차, 예컨대 포크 리프트 트럭 또는 리프트 트럭을 이용해 하역 영역에 내려놓인다. 제안된 방법에서, 이러한 유형의 운반 유닛 (1) 은 예컨대 도 2 에 도시된 바와 같이 디팔레타이징 시스템을 이용해 하역된다.

도 2 는 본 발명에 따른 예시적인 디팔레타이징 시스템을 매우 개략적으로 나타낸다. 상기 디팔레타이징 시스템은 그립퍼 (gripper, 4) 를 가진 6 축 관절식 암 로봇 (3) 을 포함하며, 상기 그립퍼는 연결 플랜지를 통해 관절식 암 로봇 (3) 의 암에 연결되어 있다. 타이어 (2) 들을 가진 운반 유닛 (1) 이 내려놓여져 있는 하역 영역의 위쪽에는 리니어 축 (linear axis, 6) 이 배치되어 있고, 상기 리니어 축은 3D 센서 (5) 를 지니고 있다. 타이어 (2) 들이 적재되어 있는 운반 유닛 (1) 의 표면 토포그래피 (surface topography) 를 촬영하기 위해, 3D 센서 (5) 는 운반 유닛 (1) 의 위쪽에 있는 리니어 축을 따라 이동된다. 3D 센서와 연결된 평가 유닛 (7), 즉 본 예에서는 PC 는 제안된 방법에 상응하여 센서 데이터를 평가하고, 각 타이어를 그립핑하기 위한 경로 데이터 (path data) 를 관절식 암 로봇 (3) 에 전달한다. 이러한 방식으로, 타이어 (2) 들은 차례차례 운반 유닛 (1) 으로부터 하역되고, 도 2 에 도시되어 있지 않은 위치에 보관된다. 이 위치는 물론 관절식 암 로봇 (3) 의 작업 영역 안에 있어야만 한다. 이 경우, 타이어 (2) 들은 배열되지 않은 또는 배열된 방식으로 보관될 수 있다. 특히, DE 10 2005 053 296 A1 에 보다 상세히 기술된 바와 같이 예컨대 릭랙 (Rick-Rack) 패턴 또는 수직 패턴으로 타이어들은 축의 운반 유닛에 바로 적재될 수도 있다. 이 경우, 평가 유닛 (7) 은 본 문헌에 따라 경로 데이터를 발생시키기 위한 상응하는 모듈을 구비하기만 하면 된다. 이 이외에, 이 팔레타이징 방법의 사용시, 타이어들을 우선 운반 유닛 (1) 으로부터 하역하고, 제공된 표면 위에 보관하고, 나중의 시점에 다시, 준비된 텅 빈 캐리어 위에 팔레타이징하는 것도 가능하다.

상기 제안된 방법의 실시형태에 따라 타이어 (2) 들을 운반 유닛 (1) 으로부터 하역하기 위한 예시적인 방법 단계들을 도 3 의 흐름도를 참조로 설명한다. 이를 위해 평가 유닛 (7) 안에는 알고리즘이 적용되어 있으며, 상기 알고리즘은 운반 유닛 (1) 의 위로 3D 센서를 움직이기 위해 리니어 축 (6) 을 활성화시키고, 3D 센서에 의해 공급된 센서 데이터를 평가하며, 상응하는 경로 데이터를 발생시키고, 상기 경로 데이터를 그립핑 운동 및 하역 운동을 실행하기 위해 관절식 암 로봇 (3) 에게 전달한다. 평가 유닛 (7) 에 의해 실행된 또는 야기된 개별 단계들은 다음과 같다:

1) 비접촉식으로 작동하는 3D 센서 (5) 는 타이어 (2) 들을 가진 운반 유닛 (1) 의 위로 선형으로 움직여지고, 이로 인해 본 예에서는 3 차원 점집합이 발생된다. 대안적으로, 센서의 운동은 축을 중심으로 회전을 통해서도 수행될 수 있다.

2 ) 센서 데이터 (점집합) 가 준비되고 세그먼트화된다. 세그먼트화란 물체들을 찾아내기 위해 유사 특성을 가진 점들을 통합하는 것을 말한다. 그 후, 타이어 세그먼트들이 선택되고, 타이어 물체들이 되도록 편성된다.

3) 오류 최소화를 위한 방법 (이른바 '최소제곱 (least squares)') 의 도움으로 타이어들이 인식되고, 그들의 위치, 방향 및 기하학적 치수들이 결정된다. 타이어들의 치수들이 사전에 알려져 있다면 인식의 정확성이 향상될 수 있다.

4) 상기 인식된 타이어들은 특정한 기준들과 관련하여 분류되고, 따라서 그립핑될 수 있는 제 1 타이어가 결정될 수 있다. 이를 위한 기준은 예컨대 타이어 인식의 질/우수성, 운반 유닛 안에서 상기 타이어의 절대적인 높이, 및 겹쳐져 있는 다른 타이어들의 수이다.

5) 그 후, 상기 그립핑될 수 있는 제 1 타이어를 그립핑하기 및 보관하기 위해 경로 데이터가 발생된다. 이를 위해, 먼저 상기 타이어에 대해 특정한 그립핑 위치들 (상기 그립핑 위치들에는 상이한 우선 값들이 제공된다) 이 형성된다. 그러므로, 그립퍼를 갖고 어떤 그립핑 방식이 이 타이어에서 가능한 지가 사전에 확정된다. 정확한 그립핑 위치 (6 D 데이터) 는 더미의 내부에서의 상기 타이어의 각각의 위치로부터 산출된다. 정확한 그립핑 위치에는 주변환경도 함께 고려된다. 다른 타이어가 상기 그립핑될 수 있는 타이어의 앞에 놓여 있으면, 이 위치로부터 그립퍼는 상기 타이어로 이동될 수 없다. 2 개의 타이어가 서로 교차되어 있으면 (즉, 한 타이어가 다른 타이어를 관통한다), 이는 인식되고, 그립핑 위치 및 진입 위치가 이에 상응하여 수정된다. 한 타이어 쪽으로, 각각의 경우에 있어 단지 하나의 가능한 (최적의) 또는 다수의 경로가 발생된다.

6) 그립핑될 수 있는 제 1 타이어와 그의 경로 데이터가 알려져 있으면, 상기 발생된 경로들은 그들의 우선 값들의 순서대로 충돌에 대해 검사된다. 이때, 그립퍼 (4) 와 운반 유닛 (1) 과의 충돌뿐만 아니라 상기 그립퍼와 다른 타이어들과의 충돌도 검사된다. 충돌 인식을 위해 그립퍼 (4) 의 CAD 모델과 운반 유닛 (1) 의 CAD 모델이 이용된다. 주변에 놓여 있는 타이어들과의 충돌 인식은 실제의 센서 데이터를 근거로 수행된다. 충돌이 존재하면, 다음번 경로가 검사된다. 충돌이 없는 경로가 찾아지지 않으면, 상기 기준들을 충족시키는 다음번 타이어가 검사된다. 이는 충돌이 없는 경로가 찾아질 때까지 또는 미리 주어질 수 있는 중단 기준이 생길 때까지 반복된다.

7) 찾아진 경로는 로봇 좌표 시스템으로 변환되고, 로봇 제어 시스템에 전송된다.

8) 그립퍼가 장착되어 있는 로봇은 상기 경로점들을 지나가고, 따라서 타이어를 그립핑하고, 제공된 보관 표면 위에 상기 타이어를 보관한다.

원칙적으로는, 하나의 센서촬영으로 다수의 타이어가 더미에서 내려질 수도 있다. 그러나, 한 타이어를 제어함으로 인해 다른 타이어들이 움직이지 않는다는 것이 보장되지 않는다. 한 타이어를 제거한 후, 3D 센서를 이용한 새로운 촬영이 수행되고, 상기 알고리즘이 새로이 시작된다. 상기 알고리즘은 모든 타이어들이 운반 유닛 (1) 으로부터 내려지면 종료된다.

그립퍼와 적재 캐리어와의 충돌 검사에 있어서, 적재 캐리어를 센서를 이용해 검출하는 것으로는 충분하지 않다. 한편으로는 센서는 적재 캐리어의 표면 성질로 인해 아마도 신뢰성 있는 데이터를 공급하지 않으며, 다른 한편으로는 적재 캐리어의 일부는 센서의 이른바 그늘 영역에 위치할 수 있고, 따라서 적재 캐리어는 센서에게 완전히 보일 수 있는 것이 아니라 그 자체에 의해 또는 다른 물체들에 의해 덮힌다.

그렇기 때문에, 모든 경우에서 정확한 충돌 검사를 보장하기 위해 본 예에서는 적재 캐리어의 CAD 모델이 사용된다. 그러므로, 그늘 영역들에서도, 적재 캐리어의 기하학적 형상이 알려져 있어, 단지 적재 캐리어의 정확한 위치와 방향만 결정되면 된다.

공장의 구내 운반차를 이용해 운반 유닛을 내려놓는 작업은 대부분 일종의 오류를 가진다. 그렇기 때문에, 운반 유닛을 위한 보관 위치의 확정된 사전설정은 충돌 인식에 있어서 더 이상 허용 가능하지 않은 오류를 초래할 것인데, 왜냐하면 시뮬레이션과 실제는 더 이상 일치하지 않기 때문이며, 또는 적재 캐리어를 위한 센터링 장치에 큰 비용을 들여야만 할 것이다. 그러므로, 상기 제안된 방법은 상기 보관 위치의 확정된 사전설정이 생략될 수 있도록 구현되었다.

바람직하게는, 적재 캐리어의 위치와 방향은 전체 운반 유닛의 촬영을 통해 얻어진 센서 데이터로부터 자동으로 결정된다. 이를 위해, 운반 유닛은 각각의 센서 시스템의 검출 범위 내에 있어야만 한다.

본 예에서 운반 유닛의 위치를 인식하기 위해 이용된 알고리즘은 다음과 같이 작동한다:

1) 이미 상기에서 설명한 바와 같이, 3D 센서를 이용해 기록된 점집합의 준비 및 세그먼트화.

2) 물품들이 올려져 있는 운반 유닛에 상응하는 데이터를 가진 세그먼트가 바닥 위에 투영된다.

3) 상기 투영 안의 점의 밀도는 상기 점들의 볼록 엔벨로프 (convex envelope) 를 크게 변경시키지 않으면서 보다 빠른 추가 공정을 위해 감소된다.

4) 결과로 나온 점집합 A 는 복사된다 (점집합 B). 점집합 B 는 점집합 B 의 평면에 대해 수직으로 이동된다.

5) 두 점집합 A 와 B 의 바운딩 박스가 계산된다. 이로부터, 운반 유닛의 위치가 발생된다.

상기 방법의 신뢰성 있는 실행은 타이어들의 유연성있는 수용을 가능하게 하는 그립핑 툴을 필요로 한다. 이 경우, 유연성있는 수용이란, 적재 캐리어 위에서의 타이어들의 상이한 위치들과 방향들을 고려하기 위해 타이어들을 그립핑 툴을 이용해 여러 방식으로 그립핑할 수 있다는 것을 의미한다. 하기에서 기술되는 그립핑 툴을 이용해 타이어들은 매우 유연성있게, 또한 요구에 따라 상이한 방식들로 그립핑될 수 있다.

도 4 의 그립핑 툴은 본질적으로 그립퍼 죠 (gripper jaws) 쌍이며, 상기 그립퍼 죠는 타이어를 그립핑하기 위해 움직일 수 있는 2 개의 그립퍼 죠 (도 4 의 예와 같음) 를 갖거나 또는 하나의 가동 그립퍼 죠 (8) 와 하나의 고정식 그립퍼 죠 (9) 를 가진다. 이 경우, 그립퍼 죠들은 본 예에서처럼 서로에 대해 병진적으로 또는 회전적으로 움직여질 수 있고, 이를 위해 상응하여 안내되어 있다. 도 4 에는 그립퍼 죠 (8) 의 병진 운동의 실행을 위한 방향 (10) 이 나타나 있다. 상기 그립핑 툴의 드라이브 (11) 는 전기식, 공압식 또는 유압식 유형일 수 있다.

본 예에서, 고정식 그립퍼 죠 (9) 는 타이어의 미끄러짐을 막기 위해 돌출부 (12) 를 갖고 형성되어 있다. 이 이외에, 상기 그립퍼 죠들은 마찰을 높이기 위해 코팅될 수 있다.

상기 그립핑 툴 (4) 은 플랜지 플레이트 (flange plate, 13) 를 이용해 로봇 암에 고정된다. 이때, 그립핑 툴은 상기 그립핑 툴의 종축을 따라 정렬되어 있는 부착 관 (attachment tube, 14) 과 플랜지 플레이트 (13) 간의 (그러므로 로봇 암쪽으로) 오프셋 각도 (offset angle) 를 가진다. 이 오프셋 각도는 특히 운반 유닛의 측벽들에서의 상이한 접근 전략들에 있어서 로봇/그립퍼와 운반 유닛/타이어 간의 충돌을 막기 위해 조정 가능하게 설계될 수 있다.

타이어들의 손상을 막기 위해, 그립핑력과 클램핑력은 상응하여 검출되고 조절되어야 한다. 이는 그립퍼에서의 별도의 센서들을 통해 직접 수행될 수 있거나, 또는 드라이브 유형에 따라 전기식 드라이브에서는 모터 전류의 측정을 통해 수행될 수 있고 또는 공압식 또는 유압식 드라이브에서는 압력의 측정을 통해 수행될 수 있다. 이를 위해 필요한 제어 시스템은 드라이브 유닛 안에 구현되어 있다.

이 그립핑 툴을 이용해, 도 5 에 개략적으로 도시된 바와 같이 타이어를 상이한 방식들로 그립핑하는 것이 가능하다. 이를 위해, 도 5 는 타이어 (2) 의 한쪽과 그립핑 툴의 두 그립퍼 죠 (8, 9) 의 단면을 나타낸다. 그립핑 운동 자체는 화살표로 지시되어 있다.

도 5a 는 축방향에서 타이어의 내부 비드에서 클램핑하는 것을 나타낸다. 이 경우, 그립퍼 죠들은 타이어의 위치에 따라 위쪽으로 또는 아래쪽으로 정렬될 수 있다. 도 5b 는 축방향으로 타이어 폭에 걸쳐 타이어를 클램핑하는 것을 나타낸다. 도 5c 에는 타이어 높이에 걸쳐 타이어를 클램핑하는 것이 암시되어 있다. 도 5d 는 내부 림 입구 영역에 걸쳐 타이어를 클램핑하는 것을 나타낸다. 마지막으로 도 5d 는 방사상 방향에서 내부 비드에 타이어 (2) 를 클램핑하는 것을 완전한 측면도로 나타낸다. 이 그립핑 방식은 타이어의 후속 팔레타이징을 위해 특히 바람직한데, 왜냐하면 이 그립핑 방식에서는 타이어들이 자동으로 센터링되고 정렬되기 때문이다.

상이한 그립핑 방식들을 가진 타이어용 그립퍼를 제공하기 위해 그립핑 툴의 지오메트리의 변경도 물론 가능하다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 운반 유닛 2 : 타이어
3 : 6 축 관절식 암 로봇 4 : 그립핑 툴
5 : 3D 센서 6 : 리니어 축
7 : 평가 유닛 8 : 이동 가능한 그립퍼 죠
9 : 고정식 그립퍼 죠 10 : 가이드
11 : 드라이브 12 : 돌출부
13 : 플랜지 플레이트
14 : 플랜지 플레이트에 대한 각도 오프셋을 가진 고정관

Claims (21)

1. 캐리어 (1) 위에 보관되어 있는 타이어 (2) 들을 로봇을 이용해 디팔레타이징하기 위한 방법으로서, 상기 방법에서 반복하여 하기의 단계들이 연속적으로 실행되는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법:
   - 센서 시스템 (5) 을 이용해 외부 타이어 (2) 들의 위치와 방향을 검출하는 단계;
   - 미리 주어질 수 있는 기준들에 따라, 상기 외부 타이어 (2) 들 중 그립핑 툴 (4) 을 이용해 그립핑될 수 있는 한 타이어를 결정하는 단계;
   - 상기 그립핑 툴 (4) 의 상이한 그립핑 위치들을 위해, 상기 그립핑되기로 정해진 타이어를 그립핑 및 디팔레타이징하기 위한 상기 그립핑 툴 (4) 의 운동 경로들을 계산하는 단계;
   - 상기 그립핑 툴 (4) 과 상기 타이어와 상기 캐리어 (1) 의 3D 모델, 및 상기 센서 시스템 (5) 의 센서 데이터를 기초로 하여, 상기 계산된 운동 경로들에 대해 캐리어 (1) 와의 만일의 충돌 및 다른 타이어들과의 만일의 충돌을 검사하는 단계;
   - 상기 계산된 운동 경로들 중 충돌이 검출되지 않은 하나를 확정하고 또는 충돌이 없는 운동 경로가 검출되지 않는 경우에는, 그립핑될 수 있는 다른 타이어를 결정하기, 그리고 충돌이 없는 운동 경로가 확정될 수 있는 타이어가 검출되기까지 상기 운동 경로 계산 단계 및 충돌 검사 단계를 반복하여 충돌이 없는 운동 경로를 확정하는 단계;
   - 상기 그립핑되기로 정해진 타이어 쪽으로 산업용 로봇을 이용해 상기 그립핑 툴 (4) 을 안내하기, 상기 그립핑 툴 (4) 을 이용해 상기 타이어를 그립핑하기, 그리고 상기 타이어를 확정된 위치에 보관하기 위해 상기 타이어를 가진 상기 그립핑 툴 (4) 을 상기 확정된 운동 경로에서 안내하는 단계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 시스템 (5) 을 이용해 상기 캐리어 (1) 의 위치와 방향도 검출되는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 외부 타이어 (2) 들의 위치와 방향 또는 상기 캐리어 (1) 의 위치와 방향의 검출은 하기의 단계들로 수행되는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법:
   - 센서 시스템 (5) 을 이용해 타이어 (2) 들을 가진 캐리어 (1) 의 표면 토포그래피를 검출하는 단계;
   - 상기 표면 토포그래피로부터의 인식 알고리즘을 갖고 외부 타이어 (2) 들의 위치와 방향 또는 캐리어 (1) 의 위치와 방향을 검출하는 단계.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캐리어 (1) 의 지오메트리가 미리 주어지는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 타이어 (2) 들의 지오메트리가 미리 주어지는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 그립핑 툴 (4) 로 그립핑될 수 있는 타이어를 결정하기 위한 기준들은 캐리어 (1) 위에서의 상기 타이어의 높이 또는 상기 타이어와 다른 타이어들과의 겹침 정도 또는 상기 타이어 인식의 신뢰도를 포함하는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 타이어 (2) 들을 위한 상이한 그립핑 방식들을 가능하게 하는 그립핑 툴 (4) 이 이용되는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 서로를 향해 또는 서로 멀리 움직여질 수 있는 적어도 2 개의 그립퍼 죠 (8, 9) 를 가진 그립핑 툴 (4) 이 이용되고, 상기 그립퍼 죠들은 타이어 (2) 의 개구부 안으로 도입될 수 있는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 이동식 그립퍼 죠 (8) 와 고정식 그립퍼 죠 (9) 를 가진 그립핑 툴 (4) 이 이용되며, 이때 상기 이동식 그립퍼 죠 (8) 는 상기 고정식 그립퍼 죠 (9) 쪽으로, 또는 이것으로부터 멀리 움직여질 수 있고, 상기 그립퍼 죠 (8, 9) 들은 타이어 (2) 의 개구부 안으로 도입될 수 있는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산업용 로봇으로는 관절식 암 로봇 (3) 이 이용되는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서 시스템 (5) 은 상기 외부 타이어 (2) 들의 위치와 방향을 검출하기 위해 타이어 (2) 들을 가진 상기 캐리어 (1) 의 위로 움직여지는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 방법.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 로봇을 이용해 디팔레타이징하기 위한 방법을 실행하기 위한 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템으로서, 상기 디팔레타이징 시스템은 그립핑 툴 (4) 을 가진 적어도 하나의 산업용 로봇과, 캐리어 (1) 위에서의 외부 타이어 (2) 들의 위치와 방향을 검출하기 위한 운동 메커니즘 (6) 을 가진 3D 센서 시스템 (5) 과, 평가 유닛 (7) 을 포함하며, 상기 평가 유닛은 제 1 항에 따른 방법의 결정 단계, 계산 단계, 검사 단계 및 확정 단계를 실행하기 위해 형성되어 있는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 산업용 로봇은 관절식 암 로봇 (3) 인 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 3D 센서 시스템의 운동 메커니즘 (6) 은 리니어 축인 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 그립핑 툴 (4) 은 적어도 2 개의 그립퍼 죠 (8, 9) 를 포함하며, 상기 그립퍼 죠들 중 적어도 하나의 그립퍼 죠 (8) 는 다른 그립퍼 죠 (9) 를 향해, 또는 이것으로부터 멀리 움직여질 수 있고, 상기 그립핑 툴은 또한 드라이브를 포함하며, 상기 드라이브는 타이어를 그립핑하기 위해 상기 두 그립퍼 죠 (8, 9) 를 서로를 향해 또는 서로 멀리 움직이게 하고, 이때 그립퍼 죠 (8, 9) 들은 상기 그립퍼 죠들이 타이어의 개구부 안으로 도입될 수 있도록 형성되어 있는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 드라이브를 위한 제어 시스템이 설치되어 있고, 상기 제어 시스템은 그립핑할 때 그립퍼 죠 (8, 9) 들의 압력힘 (pressure force) 을 조절하는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 그립퍼 죠 (8, 9) 들 중 적어도 하나는 그립핑할 때 타이어에 밀착하는 내면, 외면, 또는 내면 및 외면에, 타이어의 미끄러짐을 막는 돌출부 (12) 또는 웨브를 구비하는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 그립퍼 죠 (8, 9) 들 중 적어도 하나는 그립핑할 때 타이어에 밀착하는 내면, 외면, 또는 내면 및 외면에, 마찰을 높이기 위한 커버 또는 코팅을 구비하는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
19. 제 15 항에 있어서, 하나 또는 두 그립퍼 죠 (8, 9) 는 서로에 대해 병진적으로 또는 회전적으로 움직여질 수 있는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
20. 제 12 항에 있어서, 상기 그립핑 툴 (4) 은 상기 산업용 로봇에 연결되기 위해 플랜지 플레이트 (13) 를 구비하며, 상기 플랜지 플레이트의 표면 법선은 상기 그립핑 툴 (4) 의 종축에 대해 오프셋 각도에 있거나 또는 조정 가능한 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.
21. 제 12 항에 있어서, 상기 평가 유닛 (7) 은 다른 캐리어 위에서의 타이어 (2) 들의 새로운 팔레타이징을 위한 운동 경로들을 계산하기 위해 형성되어 있는 모듈을 추가적으로 포함하는 로봇을 이용해 타이어들을 디팔레타이징하기 위한 시스템.

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