KR101262840B1 - Human-robot cooperative system and method of parts based on the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇을 통하여 부품을 조립하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법에 관한 것으로서, 작업자의 직접 교시에 의해 상기 로봇을 작동하여 부품의 조립을 수행하면서 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 초기 교시 조립 단계와; 상기 저장된 로봇의 위치 및 동작 정보를 기반으로 부품을 자동으로 조립하는 재생 조립 단계; 및 상기 재생 조립 단계에서 부품의 조립 오차가 발생한 경우 작업자가 추가 교시하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하는 추가 교시 보정 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for assembling parts based on a human-robot collaboration system for assembling parts through a robot, which operates the robot by direct teaching of an operator and stores the position and motion information of the robot while performing assembly of the parts. An initial teaching assembly step; A regeneration assembly step of automatically assembling parts based on the stored position and motion information of the robot; And an additional teaching correction step in which an operator additionally teaches and corrects the position and operation information of the robot when an assembly error of a component occurs in the regeneration assembly step.
Description
본 발명은 인간-로봇 협업 시스템을 이용한 부품 조립 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇의 그리퍼를 통해 파지된 피삽입 부품을 삽입 부품으로 이동하여 접촉 후 삽입하는 일련의 작업 프로세스를 수행하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for assembling a part using a human-robot collaboration system, and more particularly, a human-man who performs a series of working processes for moving and inserting a part to be inserted into and then contacting an inserted part held by a gripper of a robot. It relates to a method of assembling parts based on a robot collaboration system.
기존의 산업용 로봇을 이용한 공장 자동화(FA) 체제에서는 새로운 작업을 지시할 때마다 그 작업환경에 맞는 복잡한 프로그램을 입력해야 하므로 시간적, 금전적으로 많은 비용이 수반된다. 따라서, 대규모 생산라인과 로봇 전문 인력을 동시에 보유하고 있는 대기업만이 이러한 공장 자동화 체제를 구축할 수 있다. 그러나, 상대적으로 다품종 소량생산 위주의 중소기업의 경우 복잡한 운용 방식과 고비용이 요구되는 기존의 산업용 로봇 활용 방안이 생산 효율성 측면에서 부적합한 실정이다.In the existing factory automation (FA) system using industrial robots, each time a new task is instructed, a complex program suitable for the working environment is required, which is expensive in time and money. Therefore, only a large company with a large production line and robotic experts can build this factory automation system. However, in the case of small and medium-sized production-oriented small and medium-sized companies, the existing industrial robot application method that requires complicated operation method and high cost is inappropriate in terms of production efficiency.
이 문제는 오늘날 전 세계 산업용 로봇시장의 성장률을 둔화시키는 주요 요인으로 작용되고 있다. 실제 대다수의 중소기업에서는 산업용 로봇을 적용한 자동화 체제보다 값싼 인력을 동원한 생산 체제를 고수하고 있다. 그러나, 오늘날 인구 성장률의 감소 및 고령화 현상은 가까운 미래에 중소기업의 인력 수급 불균형 문제에 크나 큰 요인으로 작용할 것으로 예상된다.This problem is a major factor in slowing the growth rate of the global industrial robot market today. In fact, most small and medium-sized companies are sticking to a production system that employs cheaper manpower than automated systems using industrial robots. However, the decline and aging of population growth today is expected to be a major factor in the labor supply imbalance of SMEs in the near future.
이러한 문제를 극복하기 위해 최근 유럽과 미국, 일본 등에서 산업용 로봇의 패러다임 변화가 제기되고 있다. 기존의 산업용 로봇에서 지능형 서비스 로봇으로 진화되는 과도기 단계로 산업용 로봇과 작업자 간에 직감적인 상호작용 기능을 부여한 인간-로봇 협업 조작 기술이 그 대표적인 사례이다. 이 기술의 특징은 보다 쉽고 직감적인 로봇 운동 명령생성 방식(직접 교시 방법)을 갖추고 있어 작업자는 인터페이스 장치를 통한 교시 작업만으로 로봇으로 운동 명령이 전달되고 로봇은 작업자의 동작 의도 및 숙련도를 그대로 재현할 수 있다.In order to overcome this problem, a paradigm shift of industrial robots has been raised in Europe, the United States, and Japan. A typical example is the human-robot collaborative manipulation technology that provides intuitive interaction between industrial robots and workers as a transitional stage from the existing industrial robots to intelligent service robots. This technology features an easier and more intuitive robot motion command generation method (direct teaching method), which allows the operator to send the motion command to the robot only by teaching through the interface device, and the robot can reproduce the operator's intention and skill as it is. Can be.
고중량 부품을 이용한 종래 인간-로봇 협업 조작기술은 일반적으로 다음과 같이 4단계의 세부작업으로 구성된다.Conventional human-robot collaborative manipulation technology using heavy parts generally consists of four steps as follows.
1) 1단계(작업물 파지): 작업자가 양중 장치(호이스트 등)에 연결된 그리퍼를 통해 중량의 부품을 파지한다.1) Step 1 (Gripping Work): The worker grasps a heavy part through a gripper connected to a lifting device (hoist, etc.).
2) 2단계(운반): 작업자가 파지한 부품을 양중 장치를 통해 작업이 수행될 위치로 운반한다.2) Step 2 (Transport): The worker grasps the parts held by the lifting device to the position where the work will be performed.
3) 3단계(접촉 및 접합): 작업자가 육안으로 상황을 관찰하면서 파지된 부품을 피결합 부품과 접촉시키고 접합될 부품의 중심축을 서로 일치시킨다.3) Step 3 (contact and joining): While the operator visually observes the situation, the gripped part is brought into contact with the part to be joined and the center axes of the parts to be joined are matched with each other.
4) 4단계(결합 또는 삽입): 작업자는 육안으로 상황을 관찰하며 파지된 부품을 피결합 부품과 결합(또는 삽입)시킨다. 이때, 두 부품 간 중심축 불일치로 나타나는 막힘 현상은 작업자가 직감하여 부품에 충격이나 진동을 가하여 해소한다.4) Step 4 (Joining or Inserting): The operator observes the situation visually and engages (or inserts) the gripped part with the part to be joined. At this time, the blockage phenomenon caused by the central axis mismatch between the two parts is solved by the operator's intuition by applying shock or vibration to the parts.
상기와 같은 종래 인간-로봇 협업 조작기술은 작업자의 전문 기술에 의존하여 수행되므로 숙련된 작업자가 필요할 뿐만 아니라 작업자가 모든 세부 작업에서 발생되는 작업 상황을 주의 깊게 관찰해야 하는 문제점이 있다. 또한, 종래 인간-로봇 협업 조작기술은 작업자의 육안으로 관찰하기 힘든 작업 정보(예를 들면, 부품간 접촉력 등)로 인한 부품의 파손, 작업의 위험성 및 tact time 증가 등의 결과를 초래하는 문제점이 있다.
Since the conventional human-robot collaborative manipulation technology is performed depending on the expertise of the worker, there is a problem that not only a skilled worker is required but also the worker must carefully observe the work situation generated in every detail work. In addition, the conventional human-robot collaborative manipulation technology has a problem that results in damage of parts, risk of work and increased tact time due to work information (for example, contact force between parts, etc.) that is hard to observe by the human eye. have.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 비숙련자도 조립 작업을 수행할 수 있고, 다양한 조립 부품에도 작업 프로세서를 용이하게 변경하여 적용할 수 있으며, 부품 조립에 따른 외부 환경 변화를 작업자 및 로봇이 감지하면서 부품의 조립 작업을 수행할 수 있는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention has been derived to solve the above problems, even non-skilled person can perform the assembly work, and can be easily applied to various assembly parts by changing the work processor, the change in the external environment according to the assembly of the worker And to provide a component assembly method based on the human-robot collaboration system that can perform the assembly operation of the component while the robot detects.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 로봇을 통하여 부품을 조립하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법으로서, 작업자의 직접 교시에 의해 상기 로봇을 작동하여 부품의 조립을 수행하면서 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 초기 교시 조립 단계와; 상기 저장된 로봇의 위치 및 동작 정보를 기반으로 부품을 자동으로 조립하는 재생 조립 단계; 및 상기 재생 조립 단계에서 부품의 조립 오차가 발생한 경우 작업자가 추가 교시하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하는 추가 교시 보정 단계를 포함하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a human-robot collaboration system-based component assembly method for assembling components through a robot, the position of the robot while performing the assembly of the parts by operating the robot by direct teaching of the operator And an initial teaching assembly step of storing operation information; A regeneration assembly step of automatically assembling parts based on the stored position and motion information of the robot; And an additional teaching correction step of correcting the position and operation information of the robot by additional teaching by an operator when an assembly error of the component occurs in the regeneration assembly step.
또한, 상기 부품은 하나 이상의 펙(peg)을 구비하는 삽입 부품과, 상기 펙이 삽입될 수 있는 하나 이상의 홀이 형성되는 피삽입 부품을 포함할 수 있다.In addition, the part may include an insert part having one or more pegs and an insert part having one or more holes into which the pegs can be inserted.
또한, 상기 초기 교시 조립 단계는, 로봇 초기 자세의 좌표계를 등록한 후 상기 삽입 부품을 파지하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 삽입 부품 파지 단계와; 파지된 삽입 부품을 이동하여 작업대에 올려놓고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 삽입 부품 이동 단계와; 상기 피삽입 부품을 파지하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 피삽입 부품 파지 단계와; 파지된 피삽입 부품을 작업대 위에 놓인 삽입 부품 위로 이동하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 피삽입 부품 이동 단계와; 상기 삽입 부품과 피삽입 부품을 접촉하여 삽입 부품의 펙과 피삽입 부품의 홀을 정합시키고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 부품 삽입 준비 단계; 및 상기 삽입 부품의 펙을 피삽입 부품의 홀 내부로 삽입하여 삽입 종료 위치를 결정하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 부품 삽입 단계를 포함할 수 있다.The initial teaching assembly step may include: an insertion part gripping step of registering the coordinate system of the robot initial posture and holding the insertion part, and storing the position and motion information of the robot until the operation completion time; An insert part moving step of moving the gripped insert part and placing it on the workbench, and storing the position and motion information of the robot until the completion of the operation; A part to be inserted, which holds the part to be inserted and stores the position and motion information of the robot until the operation completion time; An inserted part moving step of moving the gripped inserted part over the inserted part placed on the work table and storing position and motion information of the robot until the completion of the operation; A part insertion preparation step of contacting the inserted part with the inserted part to match the peck of the inserted part with the hole of the inserted part, and storing the position and the motion information of the robot until the completion of the operation; And a component insertion step of inserting the peck of the inserted component into the hole of the inserted component to determine the insertion end position, and storing the position and the operation information of the robot until the completion of the operation.
또한, 상기 부품 삽입 준비 단계는, 상기 피삽입 부품을 상기 삽입 부품에 밀착시켜 상기 삽입 부품의 위치를 파악하는 1차 접촉 단계와; 상기 피삽입 부품을 가상축을 기준으로 회전시키고, 상기 피삽입 부품의 홀의 입구 양쪽 가장자리 각각이 상기 삽입 부품의 펙의 옆면 및 선단면 가장자리와 2점 접촉을 발생시키는 2차 접촉 단계; 및 상기 삽입 부품의 펙의 선단면 가장자리와 상기 피삽입 부품의 홀의 입구 가장자리의 접촉이 떨어질 만큼 피삽입 부품을 이동시킨 후 상기 피삽입 부품을 상기 2차 접촉 단계에서의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킴으로써, 상기 삽입 부품의 펙의 선단면이 상기 피삽입 부품의 홀의 내부 공간에 위치함과 동시에 펙의 선단면과 홀의 바닥면이 서로 평행하며, 펙의 중심축과 홀의 중심축 또한 평행한 상태를 유지하는 정합 단계를 포함할 수 있다.In addition, the component insertion preparation step may include a primary contact step of determining the position of the inserted part by bringing the inserted part into close contact with the inserted part; A second contact step of rotating the inserted part about an imaginary axis, wherein each of both edges of the inlet of the hole of the inserted part generates two-point contact with the side and front end edges of the peck of the inserted part; And moving the inserted part so that the contact between the leading edge of the peg of the inserted part and the inlet edge of the hole of the inserted part is dropped, and then rotating the inserted part in a direction opposite to the rotation direction in the second contact step. The front end surface of the peck of the inserted part is located in the inner space of the hole of the inserted part, and the front end surface of the peg and the bottom surface of the hole are parallel to each other, and the center axis of the peck and the central axis of the hole are also parallel. And a matching step to maintain.
또한, 상기 부품 삽입 준비 단계 및 부품 삽입 단계는, 작업자가 삽입 부품과 피삽입 부품간의 접촉력을 확인하면서 교시 작업을 수행할 수 있다.In addition, the component insertion preparation step and the component insertion step, the operator can perform the teaching work while confirming the contact force between the insertion part and the part to be inserted.
또한, 상기 재생 조립 단계는, 상기 초기 교시 조립 단계에서 저장된 로봇의 위치 및 동작 정보를 기반으로 상기 삽입 부품 파지 단계, 상기 삽입 부품 이동 단계, 상기 피삽입 부품 파지 단계, 상기 피삽입 부품 이동 단계, 상기 부품 삽입 준비 단계 및 상기 부품 삽입 단계를 순차적으로 재생할 수 있다. 여기서, 상기 재생 조립 단계는, 재생되는 각 단계의 로봇의 위치 및 동작 정보가 초기 교시 조립 단계에서 교시된 정보와 일치하는지 여부를 판단하고, 불일치 오차가 설정된 오차를 초과하는 경우 재생 조립 단계를 정지할 수 있다.In addition, the regeneration assembly step, the insertion part holding step, the insertion part moving step, the inserted part gripping step, the inserted part moving step, based on the position and operation information of the robot stored in the initial teaching assembly step, The component insertion preparation step and the component insertion step may be sequentially reproduced. Here, the regeneration assembly step, it is determined whether the position and operation information of the robot of each step to be reproduced match the information taught in the initial teaching assembly step, and stops the regeneration assembly step if the mismatch error exceeds the set error can do.
또한, 상기 추가 교시 보정 단계는, 상기 재생 조립 단계가 정지한 경우 작업자가 추가 교시를 수행하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하고, 추가 교시에 의해 변경된 로봇의 위치 및 동작 정보를 이후 모든 재생 조립 단계에 해당하는 로봇의 동작 명령 신호를 보정할 수 있다.In addition, the additional teaching correction step, if the regeneration assembly step is stopped, the operator performs additional teaching to correct the position and operation information of the robot, and then all the regeneration assembly of the position and operation information of the robot changed by the additional teaching The operation command signal of the robot corresponding to the step may be corrected.
또한, 상기 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법은 팔레트 위에 복수 개의 부품을 파지하기 위해 최초 파지한 부품과 타 부품 간의 간격을 고려하여 로봇의 좌표계 정보를 추가로 저장할 수 있다.In addition, the component assembly method based on the human-robot collaboration system may additionally store the coordinate system information of the robot in consideration of the distance between the first gripped part and another part in order to grip the plurality of parts on the pallet.
또한, 상기 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법은 작업자의 교시력 범위에 따라 현재 작업에 적합한 어드미턴스(admittance) 파라미터를 변경함으로써 로봇의 운동 특성을 고속 또는 정밀 운동으로 변경하할 수 있다. 이때, 관측기가 상기 어드미턴스 파라미터를 자동으로 변경할 수 있다.In addition, the parts assembly method based on the human-robot collaboration system may change the motion characteristics of the robot to high speed or precision motion by changing an admittance parameter suitable for the current job according to the teaching range of the operator. At this time, the observer may automatically change the admittance parameter.
또한, 상기 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법은 상기 삽입 부품의 펙과 피삽입 부품의 홀의 지름을 통해 피삽입 부품의 회전 각도를 결정하고, 상기 삽입 부품과 피삽입 부품의 접촉 여부는 모니터링 장치의 접촉력 신호로부터 판단할 수 있다.In addition, the component assembly method based on the human-robot collaboration system determines the rotation angle of the inserted part through the diameter of the peck of the inserted part and the hole diameter of the inserted part, and monitors whether the inserted part and the inserted part are in contact with each other. This can be determined from the contact force signal of the device.
또한, 상기 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법은 상기 초기 교시 조립 단계, 재생 조립 단계 및 추가 교시 보정 단계시 부품 간 접촉 현상이 발생할 경우 부품의 파손 및 시스템 손상을 방지하고, 접촉 현상이 발생되지 않을 경우 로봇의 경로 추종 성능을 향상시키기 위해 위치 제어기를 구비한 임피던스 제어기를 사용할 수 있다.In addition, the component assembly method based on the human-robot collaboration system prevents component breakage and system damage when contact occurs between components during the initial teaching assembly stage, the regeneration assembly stage, and the additional teaching correction stage, and the contact phenomenon occurs. If not, an impedance controller with a position controller can be used to improve the robot's path tracking performance.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 부품을 파지하여 이동시킬 수 있는 로봇과; 작업자의 명령을 로봇에 전달하거나, 작업시 외부 환경 정보를 작업자에게 전달할 수 있는 인터페이스와; 상기 로봇의 위치 정보를 파악할 수 있는 엔코더; 및 상기 로봇을 초기 교시 모드, 재생 모드 및 추가 교시 보정 모드로 수행할 수 있는 협업 시스템 제어기를 포함하는 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템을 제공한다. 여기서, 상기 초기 교시 모드는 최초 부품의 조립시 작업자의 직접 교시에 의해 상기 로봇을 작동하여 부품의 조립을 수행하면서 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 모드이고, 상기 재생 모드는 상기 초기 교시 모드에서 저장된 로봇의 정보를 기반으로 부품을 자동으로 조립하는 모드이며, 추가 교시 보정 모드는 상기 재생 모드에서 부품의 조립 오차가 발생하는 경우 작업자가 추가 교시하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하는 모드이다.In addition, the present invention to achieve the above object is a robot capable of holding and moving parts; An interface capable of transmitting a command of a worker to a robot or delivering external environment information to a worker at work; An encoder capable of identifying position information of the robot; And a cooperative system controller capable of performing the robot in an initial teaching mode, a regeneration mode, and an additional teaching correction mode. Here, the initial teaching mode is a mode for storing the position and operation information of the robot while performing the assembly of the parts by operating the robot by the direct teaching of the operator during the assembly of the initial part, the regeneration mode in the initial teaching mode In the mode of automatically assembling the parts based on the information of the stored robot, the additional teaching correction mode is a mode for correcting the position and operation information of the robot by additional teaching when the assembly error occurs in the regeneration mode.
또한, 상기 협업 시스템 제어기는, 작업자의 교시력 정보를 통해 로봇의 경로 및 동작 특성을 결정하기 위한 로봇 경로 및 동작 생성부와; 상기 로봇의 경로 및 동작 특성 정보를 로봇 동기 신호로 변환시킨 후 로봇의 구동 장치로 전달하기 위한 로봇 구동 장치 제어부와; 작업자의 최초 교시 또는 추가 교시에 의한 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 교시 데이터 저장부와; 작업자의 추가 교시를 통해 저장된 정보를 보정하기 위한 교시 데이터 보정부; 및 상기 교시 데이터 저장부 또는 교시 데이터 보정부에 전달된 정보를 로봇의 재생 모드시 로봇이 추종해야 할 각종 신호로 변환할 수 있는 교시 데이터 재생부를 포함할 수 있다.The cooperative system controller may further include: a robot path and motion generation unit for determining a path and a motion characteristic of the robot through the teaching force information of the worker; A robot driving device control unit for converting the robot path and motion characteristic information into a robot synchronization signal and transmitting the same to a robot driving device; A teaching data storage unit for storing the position and motion information of the robot by the first teaching or additional teaching of the operator; A teaching data correction unit for correcting stored information through additional teaching of an operator; And a teaching data reproducing unit capable of converting the information transmitted to the teaching data storing unit or the teaching data correcting unit into various signals to be followed by the robot in the reproducing mode of the robot.
또한, 상기 협업 시스템 제어기는, 부품 간 접촉 상황에서 접촉력 정보와 부품의 임피던스 파라미터를 통해 로봇의 경로 및 동작 특성을 재정의하기 위한 임피던스 제어기; 및 비접촉 상황에서 발생되는 로봇의 경로 추종 성능 저하를 보완하기 위한 위치 제어기를 더 포함할 수 있다.The collaborative system controller may further include an impedance controller for redefining the path and operating characteristics of the robot through contact force information and impedance parameters of the component in the inter-part contact situation; And a position controller for compensating for the path following performance degradation of the robot generated in the non-contact situation.
또한, 상기 협업 시스템 제어기는, 로봇을 초기 자세로 복귀시키기 위한 스위치, 작업물을 파지하기 위한 로봇 그리퍼 ON/OFF 스위치, 교시 모드와 재생 모드를 선택하기 위한 스위치, 재생 모드시 발생되는 비상 상황을 알리기 위한 알람등, 로봇의 현재 작업 상태를 로봇의 운동 특성별로 구분하여 표시하는 창, 작업자의 교시력, 부품 간 접촉시 발생되는 접촉력, 작동하고 있는 로봇의 툴 좌표계 및 도달해야 할 로봇의 툴 좌표계 정보를 표시하는 창을 포함한 모니터링부를 더 구비할 수 있다.In addition, the cooperative system controller, the switch for returning the robot to the initial position, the robot gripper ON / OFF switch for gripping the workpiece, the switch for selecting the teaching mode and the regeneration mode, the emergency situation generated during the regeneration mode A window that displays the current working status of the robot by the robot's movement characteristics, such as an alarm for notification, operator's teaching power, contact force generated when touching parts, the tool coordinate system of the robot in operation, and the tool coordinate system of the robot to be reached. It may further include a monitoring unit including a window for displaying information.
또한, 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템은 작업자의 교시력 신호를 측정하기 위한 다축 힘/토크 센서를 더 포함할 수 있다.
In addition, the human-robot collaboration system for assembly of parts may further include a multi-axis force / torque sensor for measuring the teaching force signal of the operator.
본 발명은 로봇의 동작 명령을 생성하기 위한 티칭 펜던트 등이 불필요하고, 기존의 로봇 전문 인력을 동원한 복잡한 프로그래밍 작업의 수고를 덜어주는 효과를 제공한다.The present invention eliminates the need for a teaching pendant or the like for generating an operation command of a robot, and reduces the effort of complicated programming tasks using existing robot experts.
또한, 본 발명은 기존의 인력에 의존한 작업 방식을 탈피하여 작업자의 숙련된 작업 스킬을 반영한 교시 작업을 통해 로봇이 재생하는 방식을 채택하여 미래 인력 수급 불균형 문제로 인한 생산성 저하 문제를 해결할 수 있고, 다품종 소량 생산 중심의 중소기업 지원 로봇으로의 활용이 가능하다.In addition, the present invention can solve the problem of productivity degradation due to the future supply and demand imbalance problem by adopting the method of reproducing the robot through the teaching work reflecting the skilled work skills of the worker by breaking the existing work method depending on the existing manpower In addition, it can be used as a robot supporting small and medium-sized businesses focused on producing small quantities of various varieties.
또한, 본 발명은 작업자가 파악하지 못한 장애물이나 기타 주변 환경과, 작업 대상물이 접촉시 발생되는 과도한 접촉력을 모니터링 장치를 통해 작업자에게 전달되고, 로봇 제어기 내부에서도 이 접촉력이 제어됨으로써 작업시 발생되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.In addition, the present invention is delivered to the operator through the monitoring device to the excessive contact force generated when the object is in contact with obstacles and other surroundings, and the object that the operator does not understand, the safety generated during operation by controlling the contact force inside the robot controller The accident can be prevented in advance.
또한, 본 발명은 기존의 로봇 직접 교시 방법과 달리 로봇의 재생 작업 시 발생되는 문제점을 작업자의 추가 교시를 통해 해결하고, 이후 재생 작업에 추가 교시를 통한 보정된 결과를 반영할 수 있어, 조립 작업의 완전성을 담보할 수 있다.
In addition, the present invention, unlike the conventional direct teaching method of the robot can solve the problem caused by the regeneration of the robot through the additional teaching of the operator, and can reflect the corrected result through the additional teaching in the subsequent regeneration, assembly work Ensure the integrity of
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템의 구성을 나타낸 개략적인 정면도이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 부품의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 협업 시스템 제어기의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 모니터링부를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법의 순서도를 보여주는 도면이다.
도 7은 초기 교시 조립 단계 중 삽입 부품 파지 단계를 보여주는 도면이다.
도 8은 초기 교시 조립 단계 중 삽입 부품 이동 단계를 보여주는 도면이다.
도 9는 초기 교시 조립 단계 중 피삽입 부품 파지 단계를 보여주는 도면이다.
도 10은 초기 교시 조립 단계 중 피삽입 부품 이동 단계를 보여주는 도면이다.
도 11은 초기 교시 조립 단계 중 1차 접촉 단계를 보여주는 도면이다.
도 12는 초기 교시 조립 단계 중 2차 접촉 단계를 보여주는 도면이다.
도 13은 도 12의 2차 접촉 단계의 상세도이다.
도 14는 초기 교시 조립 단계 중 정합 단계를 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14의 정합 단계의 상세도(기구학적 분석)이다.
도 16은 초기 교시 조립 단계 중 부품 삽입 단계를 보여주는 도면이다.
도 17은 재생 조립 단계 중 삽입 부품 파지 단계(파지 오차 발생)를 보여주는 도면이다.
도 18은 재생 조립 단계에서 삽입 준비 위치로 이동을 위한 로봇의 경로 보정을 보여주는 도면이다.
도 19는 도 2의 협업 시스템 제어기의 블록선도를 보여주는 도면이다.1 is a schematic plan view of a human-robot collaboration system for assembling parts according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic front view showing the configuration of a human-robot collaboration system for assembling parts according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an embodiment of a component that can be applied to the present invention.
4 is a diagram illustrating a configuration of a cooperative system controller of FIG. 2.
5 is a diagram illustrating a monitoring unit of FIG. 4.
6 is a flowchart illustrating a component assembly method based on a human-robot collaboration system according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 shows an insert part gripping step during an initial teaching assembly step.
8 is a view showing an insertion part moving step during an initial teaching assembly step.
9 is a view showing a part to be inserted during the initial teaching assembly step.
FIG. 10 is a view showing an insertion part moving step during an initial teaching assembly step. FIG.
FIG. 11 shows a first contact step of an initial teaching assembly step. FIG.
FIG. 12 shows a second contact step of an initial teaching assembly step. FIG.
FIG. 13 is a detailed view of the secondary contact step of FIG. 12.
FIG. 14 shows a mating step of an initial teaching assembly step. FIG.
FIG. 15 is a detailed view (kinematic analysis) of the matching step of FIG. 14.
FIG. 16 shows a part insertion step during an initial teaching assembly step. FIG.
Fig. 17 is a view showing an insertion part gripping step (occurrence of gripping error) during the regeneration assembly step.
18 is a view showing the path correction of the robot for moving to the insertion ready position in the regeneration assembly step.
19 is a block diagram of the cooperative system controller of FIG. 2.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for assembling parts based on a human-robot collaboration system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 인간-로봇 협업 시스템(100)은 작업자(10)의 생성 명령에 따라 조립 작업을 수행하는 로봇(20)과, 로봇(20)을 중심으로 좌우측에 각각 삽입 부품(P1)과 피삽입 부품(P2)이 놓인 팔레트(31, 32)와, 부품(P1, P2)의 조립작업이 이루어지는 작업대(40) 및 조립 완성품(P3)을 운반하는 컨베이어(50)를 포함한다. 팔레트(31, 32)와 작업대(40)에는 부품(P1, P2)이 지면과 수평을 유지하면서 항상 일정한 위치와 방위로 놓일 수 있도록 위치 결정 및 고정 장치(33, 34, 41)가 각각 설치된다. 특히, 팔레트(31, 32)의 경우 복수 개의 부품(P1, P2)이 일정한 간격을 유지하도록 고안된 팔레트가 사용된다. 또한, 작업자(10)와 로봇(20) 사이에는 하드웨어 경계(안전 펜스 등)와 소프트웨어 경계(로봇의 작업 공간 제한 등)에 의해 작업자 작업 영역(S)이 형성되어 작업자의 안전을 도모한다.1 and 2, a human-
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인간-로봇 협업 시스템(100)은 작업자의 작업 명령을 로봇에 전달하거나 반대로 외부 환경과 접촉시 발생되는 접촉력 등 각종 작업 정보를 작업자에게 전달하기 위한 인터페이스(HRI; Human-Robot Interface)(60) 및 다양한 작업 모드로 부품 조립 작업을 수행하기 위한 협업 시스템 제어기(70)를 포함한다. 협업 시스템 제어기(70)는 작업자의 직접 교시 작업을 도모하기 위한 모니터링부(GUI; Graphical User Interface)(80)를 포함한다.In addition, the human-
로봇(20)은 작업자의 교시력(로봇의 작업 명령을 생성하기 위해 작업자로부터 발생되는 힘/토오크) 신호를 측정하기 위한 다축 힘/토오크 센서(21)와, 작업물을 파지하기 위한 로봇 그리퍼(22) 및 작동하고 있는 로봇(20)의 위치 정보를 파악하기 위한 엔코더(encoder)(23)를 포함한다.The
본 발명에서 취급하는 작업 부품은 도 3에서 도시하는 바와 같이, 2개 이상의 길이가 동일하고 중심축이 서로 평행한 원형 단면의 펙(peg)을 가진 삽입 부품(P1) 및 이 삽입 부품(P1)의 펙이 삽입될 수 있는 2개 이상의 홀(hole)을 가진 피삽입 부품(P2)이며, 작업자의 인력만으로 조립하기에 다소 어려움이 있는 고중량의 기계 부품이다. 또한, 이 피삽입 부품(P2)은 옆면이 고르지 못하여 로봇 그리퍼(22)로 파지시 파지 중심점이 이동될 수 있다. 본 발명에서는 이 현상으로부터 기인된 오차를 파지 오차로 정의한다. 본 발명에 적용되는 부품은 본 실시예에 한정되지 않으며, 그 형상 및 배열이 다양하게 변형될 수 있다.As shown in Fig. 3, the work part handled in the present invention includes an insert part P1 having a peg of a circular cross section in which two or more lengths are the same and the central axes are parallel to each other, and the insert part P1. It is a part to be inserted (P2) having two or more holes (holes) that can be inserted, and is a heavy weight mechanical part that is somewhat difficult to assemble only by the operator's manpower. In addition, this inserted part (P2) is uneven side can be moved to the gripping center point when gripping with the robot gripper (22). In the present invention, an error resulting from this phenomenon is defined as a gripping error. The component applied to the present invention is not limited to this embodiment, and its shape and arrangement may be variously modified.
그리고, 협업 시스템 제어기(70)는 최초 작업자의 교시력 정보(힘/토오크 센서 신호)를 통해 로봇(20)의 경로 및 동작 특성을 결정하기 위한 로봇 경로 및 동작 생성부(71)와, 부품(P1, P2)간 접촉력 정보와 부품의 기계적 임피던스(impedance) 인자를 통해 접촉 상황에서 로봇(20)의 운동 경로 및 동작 특성을 재정의하는 임피던스 제어기(72), 및 로봇(20)의 경로 추종 성능 저하를 보완하기 위해 위치 제어기(73)를 포함한다.In addition, the
상기 재정의된 로봇(20)의 운동 경로 및 동작 특성 정보는 로봇 구동 장치 제어부(74)를 통해 동기 신호로 변환된 후 로봇 구동 장치로 전달된다. 이와 동시에 임피던스 및 위치 제어기(72, 73)로부터 생성된 정보는, 첫 번째로 교시 데이터 저장부(75)로 전달되어 작업자의 직접 교시 작업 후 로봇(20)의 재생 작업시 로봇(20)이 추종해야 할 각종 신호가 교시 데이터 재생부(76)에서 변환되고, 두 번째로 이 정보는 모니터링부(80)로 전달되어 작업자의 직접 교시 작업을 도모한다.The motion path and motion characteristic information of the redefined
만약 로봇(20)에 의한 재생 작업 조건(환경 및 작업에 필요한 제반 사항)이 교시 작업의 조건과 상이하다면 로봇(20)이 저장된 경로를 정확히 추종함에도 불구하고 재생 작업이 불가능하거나 부품 간 불필요한 접촉이 발생된 것으로 볼 수 있다. 이 경우 로봇(20)은 재생 작업을 자동으로 정지하며 제안된 임피던스 제어기(72)를 통해 부품 간 파손이나 손상을 방지하게 된다. 또한, 작업자(10)는 전체 조립 작업 프로세스에서 정지된 단계의 작업을 추가 교시 작업을 통해 수행한다. 추가 교시 작업을 통해 생성된 작업자의 교시력 정보는 교시 데이터 보정부(77)로 전달되어 기존에 저장된 로봇의 운동 경로 및 동작 특성을 수정 및 보완하는데 사용된다.If the regeneration operation conditions (environmental and necessary matters) by the
또한, 모니터링부(80)는 로봇(20)을 교시 및 재생 작업 전 정의된 초기 자세로 복귀시키기 위한 스위치(81)와, 부품을 파지하기 위한 로봇 그리퍼 ON/OFF 스위치(82)와, 교시 작업과 재생 작업을 선택하기 위한 스위치(83)와, 재생 작업시 발생되는 비상 상황을 알리기 위한 알람등(84)과, 현재 작업 상태를 로봇의 운동 특성별로 구분하여 표시하는 창(85)과, 작업자의 직접 교시 작업을 도모하기 위해 현재 발생되는 작업자의 교시력을 표시하는 창(86)과, 부품 간 접촉 시 발생되는 접촉력을 표시하는 창(87)과, 작동하고 있는 로봇의 툴 좌표계 정보를 표시하는 창(88) 및 도달해야 할 로봇의 툴 좌표계 정보를 표시하는 창(89)을 포함한다.In addition, the
이하에서는, 상기 인간-로봇 협업 시스템(100)에 의한 부품 조립 작업의 순서를 살펴본다.In the following, the order of assembly of parts by the human-
본 발명의 실시예에 따른 인간-로봇 협업 시스템(100)의 부품 조립 방법은 초기 교시 조립 단계(S1)와, 재생 조립 단계(S2) 및 추가 교시 보정 단계(S3)를 포함하여 이루어진다.The method of assembling parts of the human-
초기 교시 조립 단계(S1)는 작업자의 직접 교시에 의해 상기 로봇(20)을 작동하여 부품(P1, P2)의 조립을 수행하면서 로봇(20)의 위치 및 동작 정보를 저장하는 단계이다. 초기 교시 조립 단계(S1)는 본 발명의 실시예에서는 8단계의 순서로 진행된다. 초기 교시 조립 단계(S1)를 통해 작업자의 동작 의도(작업 경로 및 부품 간 접촉 시 접촉력의 강도 등)가 인터페이스(60)를 통해 로봇(20)의 운동 경로 및 동작 특성 정보로 변환되고, 이 정보는 교시 데이터 저장부(75)에 저장된다. 또한, 이 정보는 모니터링부(80)에 표시되므로 작업자는 교시에 의한 로봇 경로가 사전에 부품의 치수 및 기구학적 분석을 통해 산출된 로봇의 목표 경로에 도달하는지 확인할 수 있다.Initial teaching assembly step (S1) is a step of storing the position and operation information of the
재생 조립 단계(S2)는 초기 교시 조립 단계(S1)에서 저장된 로봇(20)의 위치 및 동작 정보를 기반으로 부품(P1, P2)을 자동으로 재생하여 조립하는 단계이다. 재생 조립 단계(S2)는 교시 데이터 저장부(75)에 저장된 정보가 로봇 동작 명령 신호로 변환되고, 모니터링부(80)의 재생 작업 변환 스위치를 작업자가 작동시킴으로써 시작된다. 재생 조립 단계(S2)는 작업자의 초기 교시 조립 단계(S1)와 동일하게 수행되며, 파지 오차 등 각종 오차로 인해 각 단계 수행이 불가능한 경우(과도한 접촉력 발생 상황도 포함) 모니터링부(80)의 알람등(84)이 작동하면서 자동으로 재생 작업이 정지된다.The regeneration assembly step S2 is a step of automatically regenerating and assembling the parts P1 and P2 based on the position and operation information of the
추가 교시 보정 단계(S3)는 상기 재생 조립 단계(S2)에서 부품의 조립 오차가 발생한 경우 작업자가 추가 교시하여 로봇(20)의 위치 및 동작 정보를 보정하는 단계이다. 작업자는 추가 교시를 통해 재생 작업이 중지된 단계의 작업을 수행하고, 이때 생성된 교시력 정보는 교시 데이터 보정부(77)로 전달되어 기존에 저장된 로봇의 운동 경로 및 동작 특성을 수정 및 보완하는데 사용된다.The additional teaching correction step (S3) is a step in which the operator additionally teaches and corrects the position and operation information of the
먼저, 초기 교시 조립 단계(S1)의 실시예를 단계별로 설명하도록 한다.First, the embodiment of the initial teaching assembly step (S1) will be described step by step.
첫 번째 단계는 삽입 부품 파지 단계(S1-1)이다. 로봇 초기 자세(이때 로봇 툴(tool) 좌표계의 방위는 로봇의 기저(base) 좌표계와 동일)에서 작업자의 직접 교시 작업을 통해 로봇(20)은 팔레트(31) 위에 놓인 삽입 부품(P1)으로 접근한다. 이 후 도 7에 도시된 바와 같이, 작업자가 로봇 그리퍼(22)를 조작하여 삽입 부품(P1)을 파지한다. 파지 종료 시점까지의 로봇 툴 좌표계 정보와 로봇 그리퍼(22)의 동작 정보를 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다. 이때 팔레트(31) 위에 놓인 삽입 부품(P1) 간의 간격을 고려하여 파지 작업에 필요한 로봇 경로를 추가한다.The first step is the insert part gripping step (S1-1). The
두 번째 단계는 삽입 부품 이동 단계(S1-2)이다. 작업자의 직접 교시 작업을 통해 로봇(20)은 파지된 삽입 부품(P1)을 작업대(40)로 이동시킨 후 작업대(40) 위에 올려놓는다(도 8). 이 후 위치 결정 및 고정 장치(41)를 통해 작업대(40) 위에 놓인 삽입 부품(P1)이 항상 동일한 위치와 방위를 가지게 한다. 이때 로봇(20)의 툴 좌표계 정보는 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다.The second step is the insertion part moving step S1-2. The
세 번째 단계는 피삽입 부품 파지 단계(S1-3)이다. 삽입 부품(P1)의 파지와 마찬가지로 작업자의 직접 교시 작업을 통해 로봇(20)은 팔레트(32) 위에 놓인 피삽입 부품(P2)으로 접근한다. 이 후 작업자가 로봇 그리퍼(22)를 조작하여 피삽입 부품(P2)을 파지한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 피삽입 부품(P2)은 삽입 부품(P1)과 달리 부품의 옆면이 고르지 못하여 부품 파지시 파지 중심점이 항상 일정하지 못한 결과를 초래할 수 있다. 이 점은 최초 교시 이후 재생 작업을 방해하는 요인(파지 오차)으로 작용되나 작업자의 추가 교시를 통한 로봇 경로 보정 작업으로 해결될 수 있다. 파지 종료 시점까지의 로봇 툴 좌표계 정보와 로봇 그리퍼(22) 동작 정보를 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다.The third step is the step of holding the inserted part (S1-3). Like the gripping of the insert P1, the
네 번째 단계는 피삽입 부품 이동 단계(S1-4)이다. 피삽입 부품(P2)을 로봇 그리퍼(22)로 파지한 상태에서 작업자의 직접 교시 작업을 통해 로봇(20)은 도 10에 도시된 바와 같이 임의의 삽입 준비 위치로 이동한다(두 부품은 비접촉 상태). 이때 로봇(20)의 운동 특성은 피삽입 부품(P2)을 삽입 부품(P1)에 삽입시 요구되는 정밀 운동보다 원하는 위치로 신속하게 이동시키기 위한 고속 운동이 전체 tact time을 줄이기 위해 필요하다.The fourth step is the inserted part moving step S1-4. The
일반적인 기계적 어드미턴스 관계식에서 속도를 증가시키기 위해서는 보다 큰 외력이 필요하다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 아래 식(1)과 같이 현재 작업 상태에 적합한 어드미턴스 파라미터로 변환시키는 방법을 제안한다. 이 방법을 통해 작업자는 교시력 범위에 따라 로봇의 운동 속도를 변화시킬 수 있다. 위치 이동 과정의 로봇 툴 좌표계 정보는 교시 데이터 저장부(75)에 저장된다.In the general mechanical admittance relation, a larger external force is needed to increase the speed. However, an embodiment of the present invention proposes a method of converting into an admittance parameter suitable for the current working state as shown in Equation (1) below. This method allows the operator to change the speed of movement of the robot according to the teaching range. Robot tool coordinate system information of the position movement process is stored in the teaching
(1) (One)
여기서, : 고속 운동을 위한 목표 어드미턴스 파라미터here, : Target admittance parameter for high speed exercise
: 정밀 운동을 위한 목표 어드미턴스 파라미터 : Target Admittance Parameter for Precision Movement
:작업자의 외력 External force of worker
:작업자의 외력 증폭비 : External force amplification ratio of worker
다섯 번째 단계는 1차 접촉 단계(S1-5)이다. 지면에서 피삽입 부품(P2) 선단부까지의 높이는 도 11에 도시된 바와 같이, 작업자의 직접 교시 작업을 통해 삽입 부품(P1)의 선단면(원면)을 피삽입 부품(P2)의 바닥면과 밀착시킨 상태에서 로봇 툴 좌표계의 정보로부터 구한다. 이때 두 부품(P1, P2)의 접촉 상태는 모니터링부(80)의 접촉력 발생여부로 확인이 가능하고, 접촉이 완료된 상태까지의 로봇 툴 좌표계 정보를 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다.The fifth step is the primary contact step (S1-5). As shown in FIG. 11, the height from the ground to the tip of the inserted part P2 is in close contact with the bottom surface of the inserted part P1 and the bottom surface of the inserted part P2 through direct teaching by the operator. It is obtained from the information of the robot tool coordinate system in the state of making. At this time, the contact state of the two parts (P1, P2) can be confirmed by the contact force generation of the
여섯 번째 단계는 2차 접촉 단계(S1-6)이다. 1차 접촉 단계(S1-5)후 작업자는 도 12에 도시된 바와 같이, 정면에서 피삽입 부품(P2)의 홀이 보일 수 있도록 로봇을 툴 좌표계의 X축을 기준으로 회전시킨다. 이 후 작업자는 교시 작업을 통해 도 12의 시선A처럼 피삽입 부품(P2)의 홀의 입구 가장자리가 각각 펙의 옆면 및 상단면 가장자리와 2점 접촉이 이루어지도록 로봇을 이동시킨다. 이때 접촉 순서는 도 13에 도시된 바와 같이, 먼저 홀의 입구 가장자리를 펙의 옆면으로 접근시켜 접촉을 이룬 후 피삽입 부품을 방향으로 이동시켜 홀의 입구 가장자리가 펙의 상단면 가장자리와 접촉되게 한다(2점 접촉). 두 부품 간 접촉 여부는 모니터링부(80)의 접촉력 표시 창을 통해 판단하며 모든 접촉이 완료될 때까지의 로봇 툴 좌표계 정보를 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다.The sixth step is the secondary contact step (S1-6). After the first contact step S1-5, the worker rotates the robot about the X axis of the tool coordinate system so that the hole of the inserted part P2 can be seen from the front side, as shown in FIG. 12. Thereafter, the worker moves the robot so that the inlet edge of the hole of the inserted part P2 is in two-point contact with the side and top edges of the peck, respectively, as shown by the eye A of FIG. 12. In this case, as shown in FIG. 13, first, the inlet edge of the hole is approached to the side of the peck to make contact, and then the inserted part is removed. Direction so that the inlet edge of the hole is in contact with the top edge of the peck (two point contact). The contact between the two parts is determined through the contact force display window of the
두 부품(P1, P2) 간 접촉점 개수는 도 13에 도시된 바와 같이 로봇 툴 좌표계의 회전 각도로부터 결정된다. 따라서, 제안된 2점 접촉을 수행하기 위해 요구되는 로봇 툴 좌표계 회전 각도는 아래 식(2)와 같이 펙과 홀의 지름 Dp, Dh (또는 홀의 공차 c)를 통해 산출하고, 모니터링부(80)의 교시 목표 표시 창에 표시한다.The number of contact points between the two parts P1 and P2 is determined from the rotation angle of the robot tool coordinate system as shown in FIG. Therefore, the robot tool coordinate system rotation angle required to perform the proposed two-point contact is calculated through the diameter of the peck and the hole D p , D h (or the tolerance c of the hole) as shown in Equation (2) below, and the monitoring unit 80 ) Is displayed in the teaching target display window.
(2) (2)
일곱 번째 단계는 정합 단계(S1-7)이다. 펙의 선단면이 홀의 내부 공간에 위치하고, 그 선단면과 홀의 바닥면이 서로 평행하며 펙의 중심축과 홀의 중심축 역시 평행한 상태를 본 발명에서 정합 단계로 정의한다(도 14). 정합 단계에 도달하기 위해, 작업자는 펙의 선단면 가장자리와 홀의 입구 가장자리가 서로 떨어질 만큼 피삽입 부품(P2)을 도 13의 방향으로 이동시킨 후 축을 기준으로 피삽입 부품(P2)을 θ만큼 회전시킨다. 피삽입 부품(P2)을 회전시킬 때 두 부품(P1, P2) 간 기구학적 분석(도 15)에 의한 정합이 이루어진 상태의 로봇 툴 좌표계 정보가 모니터링부(80)의 교시 목표 표시 창에 표시되고, 작업자는 현재 로봇 툴 좌표계 정보를 그 정보와 일치하도록 교시 작업을 수행한다. 정합 단계(S1-7)가 완료될 때까지의 로봇 툴 좌표계 정보를 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다.The seventh step is the matching step (S1-7). The front end surface of the peck is located in the inner space of the hole, the front end surface and the bottom surface of the hole is parallel to each other and the center axis of the peck and the center axis of the hole are also defined as a matching step in the present invention (Fig. 14). In order to reach the mating stage, the operator inserts the inserted part P2 so that the leading edge of the peg and the inlet edge of the hole are separated from each other. In the direction The inserted part P2 is rotated by θ about the axis. When rotating the inserted part P2, the robot tool coordinate system information of the state where the registration by the kinematic analysis (Fig. 15) between the two parts P1 and P2 is made is displayed on the teaching target display window of the
식(3)은 2차 접촉 상태에서 {R3} 좌표계로 표현된 회전축 중심 O점에서부터 로봇 툴 좌표계까지의 위치 벡터를 구하는 식이고, 식(4)는 이 위치 벡터를 다시 축을 기준으로 θ만큼 회전시켜 정합 상태의 위치 벡터로 변환시키는 식이다.Equation (3) calculates the position vector from the rotation axis center O point expressed in the {R 3 } coordinate system to the robot tool coordinate system in the secondary contact state. This is an equation that converts the position vector of the matching state by rotating by θ about the axis.
(3) (3)
(4) (4)
여기서, : 첫 번째 펙의 접촉점 좌표계 {R2}의 X축 방향으로 Z축과 로봇 툴 좌표계 {T2}의 Z축까지 거리here, : Distance from the Z axis to the Z axis of the robot tool coordinate system {T 2 } in the X axis direction of the contact point coordinate system {R 2 } of the first peck
: 첫 번째 홀 좌표계 {H1}의 Y축 방향으로 Z축과 로봇 툴 좌표계 {T2}의 Z축까지 거리 : Distance in the Y direction of the first hole coordinate system {H 1 } to the Z axis and to the Z axis of the robot tool coordinate system {T 2 }
: 첫 번째 홀 좌표계 {H1}의 Z축 방향으로 Y축과 로봇 툴 좌표계 {T2}의 Y축까지 거리 : Distance in Y direction of the first hole coordinate system {H 1 } to the Y axis and the Y axis of the robot tool coordinate system {T 2 }
: 펙과 홀의 지름 : Diameter of peck and hole
: 홀의 깊이
: Depth of hole
식(3) 및 식(4)를 통해 도출된 두 위치 벡터 간의 변위값은 아래 식(5)와 같이 2차 접촉 단계에서 정합 단계로 변경시 변화되는 로봇 툴 좌표계의 변위량으로 표현된다.The displacement value between the two position vectors derived through Equations (3) and (4) is expressed as the displacement of the robot tool coordinate system that changes when the second contact step is changed from the second contact step to the matching step as shown in Equation (5) below.
(5) (5)
여기서,는 2차 접촉시 로봇 툴 좌표계 X,Y,Z 방향 위치 성분here, Is the position component of the robot tool coordinate system in the X, Y, and Z directions for the second contact.
는 정합 단계의 로봇 툴 좌표계 X,Y,Z 방향 위치 성분
Is the position component of the robot tool coordinate system in the registration phase in the X, Y, and Z directions.
따라서, 정합 단계(S1-7)에서의 로봇 툴 좌표계는 아래 식(6)과 같이 먼저 위치 성분의 경우 2차 접촉 단계(S1-6)의 로봇 툴 좌표계 위치 성분에서 식(5)의 변위량을 합한 값이고, 방위 성분의 경우 로봇 기저 좌표계의 방위 성분과 동일하다. 위치 Z축 방향 위치 성분에 상수δ는 펙의 선단면 가장자리와 홀의 입구 가장자리가 떨어진 거리이며, 이 값은 회전 시 불필요한 접촉이 일어나지 않는 한도 내에서 임의로 결정된다.Therefore, the robot tool coordinate system in the matching step (S1-7) first calculates the displacement amount of the equation (5) in the robot tool coordinate system position component of the second contact step (S1-6) in the case of the position component as shown in equation (6) below. It is the sum of the values, and the bearing component is the same as the bearing component of the robot base coordinate system. The constant δ in the position Z-axis position component is the distance between the leading edge of the peg and the inlet edge of the hole, and this value is arbitrarily determined as long as unnecessary contact does not occur during rotation.
(6) (6)
최초 교시의 마지막 단계는 삽입 단계(S1-8)이다. 작업자는 도 16에 도시된 바와 같이, 교시 작업을 통해 피삽입 부품(P2)을 삽입 부품(P1)에 삽입한다. 삽입 시 삽입 방향(로봇 툴 좌표계 -Z축)으로 발생되는 접촉력을 모니터링부(80)로 관측하며 삽입 종료 위치를 결정한다. 삽입 단계(S1-8)가 완료될 때까지의 로봇 툴 좌표계 정보를 교시 데이터 저장부(75)에 저장한다.The last step of the initial teaching is the insertion step (S1-8). The operator inserts the inserted part P2 into the inserted part P1 through the teaching operation, as shown in FIG. Upon insertion, the contact force generated in the insertion direction (robot tool coordinate system -Z axis) is observed by the
다음으로, 재생 조립 단계(S2) 및 추가 교시 보정 단계(S3)의 실시예를 단계별로 설명하도록 한다.Next, the embodiment of the regeneration assembly step S2 and the further teaching correction step S3 will be described step by step.
먼저, 재생 조립 단계(S2)의 준비단계로서, 저장된 교시 데이터 정보를 로봇 동작 명령 신호로 변환하고, 재생 모드로 바꾸어 로봇 동작 명령을 재생하게 된다.First, as a preparation step of the reproduction assembling step S2, the stored teaching data information is converted into a robot operation command signal, and the robot operation command is reproduced by switching to the reproduction mode.
첫 번째 단계는 재생에 의한 삽입 부품 파지 단계(S2-1)이다. 최초 작업자는 로봇을 초기 자세로 복귀시키고, 작업 모드를 재생 모드로 선택한다. 따라서, 로봇(20)은 저장된 교시 데이터(로봇 툴 좌표계 정보)를 따라 팔레트(31) 위에 놓인 삽입 부품(P1)으로 접근한 뒤 로봇 그리퍼(22) 동작 정보에 의해 삽입 부품(P1)을 파지한다.The first step is the step of holding the inserted part by regeneration (S2-1). The first operator returns the robot to its initial position and selects the working mode as the regeneration mode. Accordingly, the
두 번째 단계는 재생에 의한 삽입 부품 이동 단계(S2-2)이다. 로봇(20)은 작업자의 직접 교시 작업을 통해 저장된 데이터를 로봇 툴 좌표계가 추종하면서 파지된 삽입 부품(P1)을 작업대(40)로 이동시킨 후 그리퍼 동작을 통해 삽입 부품(P1)을 작업대(40) 위에 올려놓는다. 교시 작업과 마찬가지로 작업대(40)의 위의 위치 결정 및 고정 장치(41)는 작업대(40) 위에 올린 삽입 부품(P1)이 항상 동일한 위치와 방위를 가지게 한다.The second step is the insertion part moving step (S2-2) by regeneration. The
세 번째 단계는 재생에 의한 피삽입 부품 파지 단계(S2-3)이다. 작업 내용은 상기 재생에 의한 삽입 부품 파지와 동일하다. 도 17은 옆면이 고르지 못한 피삽입 부품(P2) 파지시 발생되는 파지 오차(파지 중심점 상이)를 나타낸다. 병렬식 관측기로 판단되는 이 오차는 최초 교시와 로봇 재생 사이의 로봇 툴 좌표계 변위량으로 표현되며, 추후 모든 재생 단계에서 로봇의 운동 경로(로봇의 툴 좌표계 정보)를 보정하기 위해 사용된다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이 먼저 로봇 툴 좌표계 변위량을 계산하고 최초 교시작업시 저장된 로봇 이동 경로에 그 변위량을 합산한다(식(7)).The third step is the step of holding the inserted part by regeneration (S2-3). The work content is the same as the insertion part grip by the said regeneration. Fig. 17 shows the gripping error (different gripping center point) generated when gripping the inserted part P2 having an uneven side. This error, judged by the parallel observer, is expressed as the amount of displacement of the robot tool coordinate system between the initial teaching and the robot regeneration, and is used to calibrate the robot's motion path (robot tool coordinate system information) at all subsequent regeneration stages. That is, as shown in FIG. 18, first, the robot tool coordinate system displacement amount is calculated and the displacement amount is added to the robot movement path stored during the initial teaching operation (Equation (7)).
(7) (7)
만약 로봇 툴 좌표계의 방위가 변경되었다면 똑같은 방법으로 도출된 방위 변화량이 이후 재생 단계의 로봇 툴 좌표계 방위 보정시 사용된다(식(8)).If the orientation of the robot tool coordinate system is changed, the orientation change amount derived in the same manner is used for correcting the orientation of the robot tool coordinate system in a later regeneration step (Equation (8)).
(8) (8)
로봇 재생의 네 번째 단계는 재생에 의한 피삽입 부품 이동 단계(S2-4)이다. 피삽입 부품 파지 단계(S2-3)에서 보정한 로봇 운동 경로를 따라 로봇(20)은 삽입 준비 위치에 도달한다. 실제 로봇 툴 좌표계가 도달한 좌표값은 아래 식(9)와 같이 교시 작업시 저장된 데이터에 좌표계 변위값(혹은 방위 변화량)을 합산한 수치이다.The fourth stage of the robot regeneration is the movement of the inserted part by regeneration (S2-4). The
(9) (9)
로봇 재생의 다섯 번째 단계는 재생에 의한 1차 접촉 단계(S2-5)이다. 로봇이 저장된 경로를 따라 이동함으로써 피삽입 부품(P2)과 삽입 부품(P1) 사이에 접촉이 발생한다. 만약 접촉이 발생되지 않거나 접촉 후에도 로봇이 계속 동작하는 현상이 발생된다면 도 19의 임피던스 제어기(식(10))를 통해 두 부품 간 파손 및 시스템 손상을 방지한다.The fifth step of robot regeneration is the primary contact step (S2-5) by regeneration. As the robot moves along the stored path, contact occurs between the inserted part P2 and the inserted part P1. If no contact occurs or if the robot continues to operate after contact, the impedance controller (Eq. 10) of FIG. 19 prevents damage between the two parts and system damage.
(10) (10)
여기서, here,
: 각각 최초 생성된 목표 경로의 위치 벡터, 컴플라이언스 경로의 위치 벡터 : Position vector of target path and initial vector of compliance path
는 두 부품 간 접촉시 접촉력이 작용할 때 위치 변화를 나타내는 임피던스 파라미터
Is an impedance parameter representing the change in position when a contact force is applied during contact between two components.
적절한 임피던스 파라미터 선정은 두 부품 간 접촉이 발생될 때 만족스런 컴플라이언스 거동을 얻을 수 있지만, 그 파라미터는 때때로 두 부품 간 접촉이 없는 경우 목표 위치 및 방위의 추종 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 위치 제어기를 포함한 임피던스 제어기가 구비된다.Proper impedance parameter selection can result in satisfactory compliance behavior when contact between two parts occurs, but this parameter sometimes results in poor tracking accuracy of the target position and orientation in the absence of contact between the two parts. In order to solve this problem, the present invention includes an impedance controller including a position controller.
즉, 아래 식(11)처럼 일반적인 역동역학 해석으로 목표 토오크를 계산할 때 사용되는 가속도 α를 컴플라이언스 좌표계(경로)의 위치와 속도를 추종하기 위해 설계된 식(12)를 이용하여 계산한다.In other words, the acceleration α used to calculate the target torque by general inverse dynamic analysis as shown in Equation (11) below is calculated using Equation (12) designed to follow the position and velocity of the compliance coordinate system (path).
(11) (11)
(12) (12)
여기서, here,
: 실제 이동한 로봇의 위치 벡터
: Position vector of the robot actually moved
한편, 재생 조립 단계(S2)에서 1차 접촉 단계(S2-5)시 상기 문제점이 발생한 경우 도 19의 병렬식 관측기를 통해 모니터링부(80)의 알람등(84)이 작동되고, 재생 작업이 자동으로 정지된다. 이후 작업자는 모니터링부(80)의 작업 모드를 교시 작업 모드로 변환한 후 추가 교시 작업을 수행한다. 이 작업을 통해 생성된 작업자의 교시력 정보는 교시 데이터 보정부(77)로 전달되어 기존에 저장된 로봇의 운동 경로 및 동작 특성을 보정하는데 사용된다.On the other hand, when the problem occurs during the primary contact step (S2-5) in the regeneration assembly step (S2), the
작업자는 교시 작업과 마찬가지로 Z축 방향으로 발생된 반력을 실시간으로 관측하며 원하는 접촉(두 부품 간 접촉면이 밀착)이 이루어지도록 로봇을 교시한다. 두 부품 간 접촉이 완료된 후 상기 식(7) 및 식(8)로부터 보정된 로봇 툴 좌표계 정보와 현재의 로봇 툴 좌표계 정보를 비교하여 새로운 변위값을 아래 식(13)과 같이 도출한 후 이후 재생 단계에 적용한다. 여기서, 는 식(7)로부터 보정된 1차 접촉 단계의 로봇 툴 좌표계를 나타내고, 는 작업자의 추가 교시에 의한 좌표계와 보정된 좌표계 사이의 변위값으로 이후 단계의 로봇 경로 좌표계 보정시 사용된다. 따라서, 는 최종적으로 보정된 1차 접촉 단계의 로봇 툴 좌표계를 의미한다. 만약, 로봇 툴 좌표계의 방위가 변경되었다면 똑같은 방법으로 방위 보정값을 도출하여 로봇 경로 좌표계 보정 시 사용한다(식 (14)).As with the teaching work, the operator observes the reaction force generated in the Z-axis in real time and teaches the robot to make a desired contact (contact between two parts). After the contact between the two parts is completed, the robot tool coordinate system information corrected from equations (7) and (8) is compared with the current robot tool coordinate system information to derive a new displacement value as shown in equation (13) below, and then play it back. Apply to the step. here, Denotes the robot tool coordinate system of the first contact step corrected from equation (7), Is the displacement value between the coordinate system and the corrected coordinate system by further teaching of the operator, and is used for the robot path coordinate system correction in a later step. therefore, Denotes the robot tool coordinate system of the first corrected contact stage. If the orientation of the robot tool coordinate system is changed, the orientation correction value is derived in the same way and used to calibrate the robot path coordinate system (Equation (14)).
(13) (13)
(14) (14)
로봇 재생의 여섯 번째 단계는 재생에 의한 2차 접촉 단계(S2-6)이다. 최초 교시 작업시 저장된 로봇 툴 좌표계 정보에 의해 로봇이 피삽입 부품(P2)을 회전 및 이동시켜 피삽입 부품(P2)의 홀의 입구 가장자리가 각각 펙의 옆면 및 상단부 가장자리와 접촉된다. 재생 작업에 의한 두 부품 간 접촉이 발생되지 않거나 접촉 후에도 계속해서 로봇이 동작할 경우 이전 단계와 마찬가지로 도 19의 병렬식 관측기를 통해 모니터링부(80)의 알람등(84)이 작동되고, 재생 작업이 자동으로 정지된다. 이 후 작업자는 모니터링부(80)의 작업 모드를 교시 작업 모드로 변환한 후 추가 교시 작업을 수행한다. 이 작업을 통해 생성된 작업자의 교시력 정보는 교시 데이터 보정부(77)로 전달되어 기존에 저장된 로봇의 운동 경로 및 동작 특성을 보정하는데 사용된다.The sixth step of robot regeneration is the second contact step by regeneration (S2-6). The robot rotates and moves the inserted part P2 according to the stored robot tool coordinate system information during the initial teaching work so that the inlet edge of the hole of the inserted part P2 is in contact with the side and top edges of the peck, respectively. If the contact between the two parts does not occur due to the regeneration operation or the robot continues to operate after the contact, the
로봇 재생의 일곱 번째 단계는 재생에 의한 정합 단계(S2-7)이다. 작업자의 직접 교시 작업에서 저장된 로봇의 경로에 따라 피삽입 부품(P2)이 이동 및 회전하여, 펙의 상단면과 홀의 바닥면이 서로 평행하고, 펙의 중심축과 홀의 중심축이 서로 평행하게 된다. 재생 작업에 의한 두 부품 간 불필요한 접촉이나 간섭이 발생한 경우 이전 단계와 마찬가지로 도 19의 병렬식 관측기를 통해 모니터링부(80)의 알람등(84)이 작동되고, 재생 작업이 자동으로 정지된다. 이 후 작업자는 모니터링부(80)의 작업 모드를 교시 작업 모드로 변환한 후 추가 교시 작업을 수행한다.The seventh step of robot regeneration is the registration step by regeneration (S2-7). The inserted part P2 is moved and rotated according to the stored robot's path in the direct teaching of the operator, so that the top surface of the peck and the bottom surface of the hole are parallel to each other, and the center axis of the peck and the center axis of the hole are parallel to each other. . When unnecessary contact or interference between the two parts is caused by the regeneration operation, the
로봇 재생의 마지막 단계는 재생에 의한 삽입 단계(S2-8)이다. 재생 동작에 의해 로봇은 피삽입 부품(P2)을 최초 교시 작업에서 저장된 위치로 이동시킨다(이동이 완료되는 순간 부품 간 접촉이 발생하여 어떤 한도 내의 접촉력이 발생함). 그러나, 이동이 완료된 후에도 접촉력이 발생되지 않거나 부품 이동 도중 부품 간 어떤 한도 이상의 접촉력이 발생된다면 이전 단계와 마찬가지로 도 19의 병렬식 관측기를 통해 모니터링부(80)의 알람등(84)이 작동되고, 재생 작업이 자동으로 정지된다. 이 후 작업자는 모니터링부(80)의 작업 모드를 교시 작업 모드로 변환한 후 추가 교시 작업을 수행한다.
The final step of the robot regeneration is the insertion step by regeneration (S2-8). By the regeneration operation, the robot moves the inserted part P2 to the stored position in the initial teaching operation (the contact between the parts occurs at the moment when the movement is completed and the contact force occurs within a certain limit). However, if the contact force does not occur even after the movement is completed, or if a contact force greater than a certain limit occurs between the parts during the movement of the parts, the
본 발명은 의료, 국방, 건설 분야와 유기적인 호환을 통해 산업 전반에 걸쳐 적용 가능하고, 국제적으로 관련기술의 상용화가 초기 단계에 머물러 있는 만큼 독점적인 기술 확보를 통하여 신시장 개척 및 선점의 이중효과를 기대할 수 있다.
The present invention can be applied throughout the industry through organic compatibility with the medical, defense, and construction sectors, and the internationalization of related technologies is at an early stage. You can expect
10: 작업자 20: 로봇
21: 힘/토오크 센서 22: 로봇 그리퍼
23: 엔코더 31, 32: 팔레트
33, 34, 41: 위치 결정 및 고정 장치 40: 작업대
50: 컨베이어 60: 인터페이스
70: 협업 시스템 제어기 71: 로봇 경로 및 동작 특성 생생부
72: 임피던스 제어기 73: 위치 제어기
74: 로봇 구동 장치 제어부 75: 교시 데이터 저장부
76: 교시 데이터 재생부 77: 교시 데이터 보정부
80: 모니터링부 100: 인간-로봇 협업 시스템10: worker 20: robot
21: Force / Torque Sensor 22: Robot Gripper
23:
33, 34, 41: positioning and fixing device 40: worktable
50: conveyor 60: interface
70: collaborative system controller 71: robot path and motion characteristics
72: impedance controller 73: position controller
74: robot drive unit control unit 75: teaching data storage unit
76: teaching data playback section 77: teaching data correction section
80: monitoring unit 100: human-robot collaboration system
Claims (16)
작업자의 직접 교시에 의해 상기 로봇을 작동하여 부품의 조립을 수행하면서 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 초기 교시 조립 단계;
상기 저장된 로봇의 위치 및 동작 정보를 기반으로 부품을 자동으로 조립하는 재생 조립 단계; 및
상기 재생 조립 단계에서 부품의 조립 오차가 발생한 경우 작업자가 추가 교시하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하는 추가 교시 보정 단계를 포함하고,
상기 부품은 하나 이상의 펙(peg)을 구비하는 삽입 부품과, 상기 펙이 삽입될 수 있는 하나 이상의 홀이 형성되는 피삽입 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 인 간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.As a part assembly method based on a human-robot collaboration system for assembling parts through a robot,
An initial teaching assembly step of storing the position and operation information of the robot while operating the robot to perform assembly of parts by direct teaching of an operator;
A regeneration assembly step of automatically assembling parts based on the stored position and motion information of the robot; And
In addition, when the assembly error of the parts occurred in the regeneration assembly step, the operator further teaches to correct the position and motion information of the robot, further comprising:
The component is a human-robot collaboration system-based component assembly method characterized in that it comprises an insertion part having one or more pegs, and an insertion part is formed in which one or more holes into which the pegs can be inserted. .
상기 초기 교시 조립 단계는,
로봇 초기 자세의 좌표계를 등록한 후 상기 삽입 부품을 파지하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 삽입 부품 파지 단계;
파지된 삽입 부품을 이동하여 작업대에 올려놓고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 삽입 부품 이동 단계;
상기 피삽입 부품을 파지하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 피삽입 부품 파지 단계;
파지된 피삽입 부품을 작업대 위에 놓인 삽입 부품 위로 이동하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 피삽입 부품 이동 단계;
상기 삽입 부품과 피삽입 부품을 접촉하여 삽입 부품의 펙과 피삽입 부품의 홀을 정합시키고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 부품 삽입 준비 단계; 및
상기 삽입 부품의 펙을 피삽입 부품의 홀 내부로 삽입하여 삽입 종료 위치를 결정하고, 동작 완료 시점까지의 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 부품 삽입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method of claim 1,
The initial teaching assembly step,
An insertion part gripping step of gripping the insertion part after registering the coordinate system of the initial robot posture, and storing the position and motion information of the robot until the operation completion time;
An insert part moving step of moving the gripped insert part and placing it on the workbench, and storing the position and motion information of the robot until the completion of the operation;
A part to be inserted, which holds the part to be inserted and stores the position and motion information of the robot until the completion of the operation;
An inserted part moving step of moving the gripped inserted part over the inserted part placed on the work table and storing the position and the motion information of the robot until the completion of the operation;
A part insertion preparation step of contacting the inserted part with the inserted part to match the peck of the inserted part with the hole of the inserted part, and storing the position and the motion information of the robot until the completion of the operation; And
And inserting a part of the inserted part into the hole of the inserted part to determine an insertion end position and inserting a part to store the position and motion information of the robot until the completion of the operation. How to assemble system based parts.
상기 부품 삽입 준비 단계는,
상기 피삽입 부품을 상기 삽입 부품에 밀착시켜 상기 삽입 부품의 위치를 파악하는 1차 접촉 단계;
상기 피삽입 부품을 가상축을 기준으로 회전시키고, 상기 피삽입 부품의 홀의 입구 양쪽 가장자리 각각이 상기 삽입 부품의 펙의 옆면 및 선단면 가장자리와 2점 접촉을 발생시키는 2차 접촉 단계; 및
상기 삽입 부품의 펙의 선단면 가장자리와 상기 피삽입 부품의 홀의 입구 가장자리의 접촉이 떨어질 만큼 피삽입 부품을 이동시킨 후 상기 피삽입 부품을 상기 2차 접촉 단계에서의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킴으로써, 상기 삽입 부품의 펙의 선단면이 상기 피삽입 부품의 홀의 내부 공간에 위치함과 동시에 펙의 선단면과 홀의 바닥면이 서로 평행하며, 펙의 중심축과 홀의 중심축 또한 평행한 상태를 유지하는 정합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method of claim 3,
The component insertion preparation step,
A primary contact step of holding the inserted part in close contact with the inserted part to determine a position of the inserted part;
A second contact step of rotating the inserted part about an imaginary axis, wherein each of both edges of the inlet of the hole of the inserted part generates two-point contact with the side and front end edges of the peck of the inserted part; And
By moving the inserted part such that the contact between the leading edge of the peg of the inserted part and the inlet edge of the hole of the inserted part is dropped, and then rotating the inserted part in a direction opposite to the rotation direction in the second contact step. The front end surface of the peg of the insert is located in the inner space of the hole of the inserted part, and the front end surface of the peg and the bottom surface of the hole are parallel to each other, and the center axis of the peg and the central axis of the hole are also parallel to each other. Human-robot collaboration system based component assembly method comprising the step of matching.
상기 부품 삽입 준비 단계 및 부품 삽입 단계는,
작업자가 삽입 부품과 피삽입 부품간의 접촉력을 확인하면서 교시 작업을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method according to claim 3 or 4,
The component insertion preparation step and the component insertion step,
A method for assembling parts based on a human-robot collaboration system, wherein an operator can perform a teaching operation while checking a contact force between an inserted part and an inserted part.
상기 재생 조립 단계는,
상기 초기 교시 조립 단계에서 저장된 로봇의 위치 및 동작 정보를 기반으로 상기 삽입 부품 파지 단계, 상기 삽입 부품 이동 단계, 상기 피삽입 부품 파지 단계, 상기 피삽입 부품 이동 단계, 상기 부품 삽입 준비 단계 및 상기 부품 삽입 단계를 순차적으로 재생하고,
재생되는 각 단계의 로봇의 위치 및 동작 정보가 초기 교시 조립 단계에서 교시된 정보와 일치하는지 여부를 판단하고, 불일치 오차가 설정된 오차를 초과하는 경우 재생 조립 단계를 정지하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method according to claim 3 or 4,
The regeneration assembly step,
The insertion part holding step, the insertion part moving step, the insertion part holding step, the insertion part moving step, the part insertion preparation step and the part based on the position and operation information of the robot stored in the initial teaching assembly step Play the insertion step sequentially,
It is determined whether the position and motion information of the robot of each stage to be reproduced matches the information taught in the initial teaching assembly stage, and stops the reproduction assembly stage if the mismatch error exceeds the set error. How to assemble parts based on a collaborative system.
상기 추가 교시 보정 단계는,
상기 재생 조립 단계가 정지한 경우 작업자가 추가 교시를 수행하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하고,
추가 교시에 의해 변경된 로봇의 위치 및 동작 정보를 이후 모든 재생 조립 단계에 해당하는 로봇의 동작 명령 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method according to claim 6,
The additional teaching correction step,
If the regeneration assembly step is stopped, the operator performs additional teaching to correct the position and operation information of the robot,
A method for assembling parts based on a human-robot collaboration system, comprising correcting a robot's motion command signal corresponding to all regeneration assembly steps after the robot's position and motion information changed by additional teaching.
팔레트 위에 복수 개의 부품을 파지하기 위해 최초 파지한 부품과 타 부품 간의 간격을 고려하여 로봇의 좌표계 정보를 추가로 저장하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method of claim 3,
A method for assembling parts based on a human-robot collaboration system, characterized by further storing the coordinate system information of the robot in consideration of the distance between the first gripped part and another part in order to hold a plurality of parts on a pallet.
작업자의 교시력 범위에 따라 현재 작업에 적합한 어드미턴스(admittance) 파라미터를 변경함으로써 로봇의 운동 특성을 고속 또는 정밀 운동으로 변경하며,
관측기가 상기 어드미턴스 파라미터를 자동으로 변경하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method of claim 3,
Change the robot's movement characteristics to high speed or precision motion by changing the admittance parameter for the current job according to the operator's teaching range.
And a observer automatically changes the admittance parameter.
상기 삽입 부품의 펙과 피삽입 부품의 홀의 지름을 통해 피삽입 부품의 회전 각도를 결정하고,
상기 삽입 부품과 피삽입 부품의 접촉 여부는 모니터링 장치의 접촉력 신호로부터 판단하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.5. The method of claim 4,
The rotation angle of the inserted part is determined through the diameter of the peck of the inserted part and the hole of the inserted part,
Human-robot collaboration system based component assembly method, characterized in that the contact between the inserted part and the inserted part is determined from the contact force signal of the monitoring device.
상기 초기 교시 조립 단계, 재생 조립 단계 및 추가 교시 보정 단계시 부품 간 접촉 현상이 발생할 경우 부품의 파손 및 시스템 손상을 방지하고, 접촉 현상이 발생되지 않을 경우 로봇의 경로 추종 성능을 향상시키기 위해 위치 제어기를 구비한 임피던스 제어기를 사용하는 것을 특징으로 하는 인간-로봇 협업 시스템 기반의 부품 조립 방법.The method of claim 1,
Position controller to prevent component breakage and system damage when contact occurs between parts during the initial teaching assembly step, regeneration assembly step, and additional teaching correction step, and to improve path tracking performance of the robot when no contact phenomenon occurs. Component assembly method based on the human-robot collaboration system, characterized in that using an impedance controller having a.
작업자의 명령을 로봇에 전달하거나, 작업시 외부 환경 정보를 작업자에게 전달할 수 있는 인터페이스;
상기 로봇의 위치 정보를 파악할 수 있는 엔코더; 및
상기 로봇을 초기 교시 모드, 재생 모드 및 추가 교시 보정 모드로 수행할 수 있는 협업 시스템 제어기를 포함하며,
상기 초기 교시 모드는 최초 부품의 조립시 작업자의 직접 교시에 의해 상기 로봇을 작동하여 부품의 조립을 수행하면서 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 모드이고,
상기 재생 모드는 상기 초기 교시 모드에서 저장된 로봇의 정보를 기반으로 부품을 자동으로 조립하는 모드이며,
추가 교시 보정 모드는 상기 재생 모드에서 부품의 조립 오차가 발생하는 경우 작업자가 추가 교시하여 로봇의 위치 및 동작 정보를 보정하는 모드이고,
상기 협업 시스템 제어기는,
작업자의 교시력 정보를 통해 로봇의 경로 및 동작 특성을 결정하기 위한 로봇 경로 및 동작 생성부;
상기 로봇의 경로 및 동작 특성 정보를 로봇 동기 신호로 변환시킨 후 로봇의 구동 장치로 전달하기 위한 로봇 구동 장치 제어부;
작업자의 최초 교시 또는 추가 교시에 의한 로봇의 위치 및 동작 정보를 저장하는 교시 데이터 저장부;
작업자의 추가 교시를 통해 저장된 정보를 보정하기 위한 교시 데이터 보정부; 및
상기 교시 데이터 저장부 또는 교시 데이터 보정부에 전달된 정보를 로봇의 재생 모드시 로봇이 추종해야 할 각종 신호로 변환할 수 있는 교시 데이터 재생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템.A robot capable of gripping and moving parts;
An interface capable of transmitting a command of a worker to a robot or delivering external environment information to a worker at work;
An encoder capable of identifying position information of the robot; And
A cooperative system controller capable of performing the robot in an initial teach mode, a play mode, and an additional teach correction mode,
The initial teaching mode is a mode for storing the position and operation information of the robot while operating the robot by performing direct assembly of the operator when assembling the first part to perform assembly of the parts,
The regeneration mode is a mode for automatically assembling parts based on the information of the robot stored in the initial teaching mode,
The additional teaching correction mode is a mode in which an operator additionally teaches and corrects the position and motion information of the robot when an assembly error of a component occurs in the regeneration mode.
The collaboration system controller,
A robot path and motion generation unit for determining a path and a motion characteristic of the robot through the teaching force information of the worker;
A robot driving device control unit for converting the path and motion characteristic information of the robot into a robot synchronization signal and then transmitting the robot driving device to the robot driving device;
A teaching data storage unit for storing the position and motion information of the robot by the first teaching or additional teaching of the operator;
A teaching data correction unit for correcting stored information through additional teaching of an operator; And
Human-robot collaboration for assembly of parts comprising a teaching data reproducing unit for converting the information transmitted to the teaching data storage unit or the teaching data correction unit to various signals to be followed by the robot in the reproduction mode of the robot; system.
상기 협업 시스템 제어기는,
부품 간 접촉 상황에서 접촉력 정보와 부품의 임피던스 파라미터를 통해 로봇의 경로 및 동작 특성을 재정의하기 위한 임피던스 제어기; 및
비접촉 상황에서 발생되는 로봇의 경로 추종 성능 저하를 보완하기 위한 위치 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템.The method of claim 12,
The collaboration system controller,
An impedance controller for redefining the path and motion characteristics of the robot through the contact force information and the impedance parameters of the parts in the inter-part contact situation; And
A human-robot collaboration system for assembling parts, further comprising a position controller for compensating for the path following performance degradation of the robot generated in a non-contact situation.
상기 협업 시스템 제어기는,
로봇을 초기 자세로 복귀시키기 위한 스위치, 작업물을 파지하기 위한 로봇 그리퍼 ON/OFF 스위치, 교시 모드와 재생 모드를 선택하기 위한 스위치, 재생 모드시 발생되는 비상 상황을 알리기 위한 알람등, 로봇의 현재 작업 상태를 로봇의 운동 특성별로 구분하여 표시하는 창, 작업자의 교시력, 부품 간 접촉시 발생되는 접촉력, 작동하고 있는 로봇의 툴 좌표계 및 도달해야 할 로봇의 툴 좌표계 정보를 표시하는 창을 포함한 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템.The method of claim 12,
The collaboration system controller,
The robot's present, such as a switch for returning the robot to its initial position, a robot gripper ON / OFF switch for gripping the workpiece, a switch for selecting the teaching mode and the regeneration mode, an alarm for an emergency situation during the regeneration mode, and the like. Monitoring including window displaying job status by robot's movement characteristics, operator's teaching power, contact force generated when contacting parts, tool coordinate system of working robot and tool coordinate system of robot to be reached A human-robot collaboration system for assembling parts, further comprising a part.
작업자의 교시력 신호를 측정하기 위한 다축 힘/토크 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 조립을 위한 인간-로봇 협업 시스템.The method of claim 12,
And a multi-axis force / torque sensor for measuring the teaching signal of the operator.
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