KR101453832B1

KR101453832B1 - 로봇핸드 툴체인저

Info

Publication number: KR101453832B1
Application number: KR1020140042506A
Authority: KR
Inventors: 박경율
Original assignee: 미주오토텍주식회사; (주)대운씨스템
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-10-24

Abstract

본 발명의 목적은 자동차 부품 제조시 사용되는 2 종류 이상의 툴을 하나의 로봇핸드에 선택적으로 탈착 및 부착시켜 가면서 자동차 부품의 제조공정수의 효율화를 도모하고 공장설비의 설치 소요면적과 시설 투자비용을 최소화할 수 있게 하며, 더불어 툴 체인지를 통한 사용 대기상태에 놓여지게 될 직전에 사용된 툴의 안전한 보관과 로봇핸드에의 부드럽고 정확한 탈착 및 부착을 가능하게 하는 로봇핸드 툴체인저를 제공하는데 있다.
본 발명의 로봇핸드 툴체인저는 자동차 패널 이송용 클램프(40)가 장착된 로봇핸드(50)의 일측에 커플러(51)를 통해 부설되며 캡쳐작동기(31)와 보스그립퍼(32)로 이루어진 실러툴캡쳐(30)와, 상기 실러툴캡쳐의 보스그립퍼(32)에 의해 상기 로봇핸드에 탈착 및 부착되는 실러노즐(22)과 실러툴보스(21)가 마련된 실러툴(20)과, 상기 로봇핸드(50)에서 분리 탈착된 실러툴(20)이 위치할 홈포지셔너(12) 및 이 홈포지셔너가 장착될 스탠드(10)와, 상기 홈포지셔너에 위치한 실러툴(20)을 지지하기 위해 스탠드의 측면에 설치된 파킹실린더(13)와 이 파킹실린더의 피스톤로드(14)에 결합된 파킹링커(15)와 이 파킹링커의 선단부 하부면에 장착된 콘택터(16)로 이루어진 실러툴 파킹장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇핸드 툴체인저{Robot hand tool changer}

본 발명은 자동차 부품 제조시 사용되는 2 종류 이상의 툴(tool)을 하나의 로봇핸드에 선택적으로 탈착 및 부착시켜 가면서 자동차 부품의 제조공정수의 효율화를 도모하고 공장설비의 설치 소요면적과 시설 투자비용을 최소화할 수 있게 하기 위한 로봇핸드 툴체인저에 관한 것으로, 특히 툴체인저의 사용 대기상태에 놓여지게 될 툴의 안전한 보관과 로봇핸드에의 부드럽고 정확한 탈착 및 부착을 가능하게 하는 로봇핸드 툴체인저를 제공하는데 있다.

금속 판재를 성형하고 용접하는 등의 가공에 따른 자동차 조립용 각종 부품 생산에는 대부분 로봇작업으로 이루어진다.

기본적으로 로봇에 의한 자동차 부품생산은 사전 프로그램에 따라 정교하게 동작하는 로봇핸드의 동일 반복 작업을 통해 이루어지게 되는데, 자동차 부품의 어셈블리화나 부품구조의 복잡성이 수반되는 경우 하나의 로봇핸드에서 2 이상의 작업이 진행되도록 하면 제품생산성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 용접과 실링의 병합 공정을 통해 완성되는 자동차 패널을 제조한다고 할 때, 하나의 용접로봇은 오직 용접만 실시하고 실링공정을 수행하는 로봇은 오직 실링공정만 반복 수행하여 패널제품을 완성하는 것보다 하나의 로봇핸드에서 용접작업과 실링작업을 일괄 작업하는 경우가 반제품 상태의 중간물류 이동시간을 최소화할 수 있어 생산성이 높아질 수 있다.

이를 위해 하나의 로봇핸드에 서로 다른 작업을 수행시키기 위한 툴(tool)을 선택적으로 장착할 수 있도록 하는 다양한 기능의 툴 체인저 자동차 부품 제조설비들이 전문기업에 의해 연구 개발되어 발표되고 있다.

대표적으로, 특허출원번호 10-1999-0066276(출원일자 1999년12월30일)의 자동차용 플로팅 툴 체인저 발명에 따르면, 먼저 플로팅 툴 하우징을 클램핑 할 수 있는 상부 에어척 실린더 및 상부 그립과 플로팅 툴 몸체를 클램핑 할 수 있는 하부 에어척 실린더 및 하부 그립의 2쌍으로 구성되며, 상기 상부 에어척 실린더 및 상부그립은 실린더형 로봇에 의해 상하 이동가능하고, 플로팅 툴 하우징의 상승위치를 감지하는 제1근접 센서와, 안전장치로서 플로팅 툴 소켓 및 하우징의 위치 여부를 감지하여 상기 상부 에어척 실린더 및 상부 그립 언클램핑 동작을 구속하는 제2근접 센서와, 상기 각각의 부재들을 지지하는 브라켓 수단 및 프레임 수단을 유기적으로 결합시켜서, 그립수단 등을 통해 2종류의 플로팅 툴을 지지할 수 있는 동시에 소정의 상승수단을 구비하여 서로 나란하게 배치되는 다른 종류의 플로팅 툴을 용이하게 교환할 수 있도록 함으로써 다양한 차종의 조립라인에 일괄적으로 적용할 수 있고, 나아가 플로팅 툴 사용과 관련한 작업의 효율화를 도모할 수 있으며 궁극적으로 생산성 향상 및 작업성 향상의 효과를 기대할 수 있도록 하고 있다.

또한 특허출원번호 10-2005-0112231(출원일자 2005년11월23일)의 로봇용 오토 툴체인저의 스위칭장치는 하우징과, 상기 하우징의 양측 벽과 하부면에 각각 구비되는 A, B단자와 C단자, 상기 하우징의 내측공간을 둘로 분할하며 하단이 힌지고정되어 상단이 상기 A,B단자 사이를 회동함과 더불어 하단면이 상기 C단자에 상시접촉되는 스위칭부재, 상기 하우징의 양측 벽에 각각 형성되는 A유입공과 B유입공을 갖추고, 상기 A유입공에 툴측 툴체인저B의 급기부가 연결되고, 상기 B유입공에 툴측 툴체인저A의 급기부가 연결되는 구조로 이루어지며, 상기 A단자에 툴측 툴체인저A 급전부의 R상단자가 연결되고, 상기 B단자에 툴측 툴체인저B 급전부의 R상단자가 연결되며, 상기 C단자는 툴측 급전부의 R상단자에 연결되는 R상연결스위치와; 상기 R상연결스위치와 동일한 구조로 이루어지되, 상기 A단자에 툴측 툴체인저A 급전부의 어스선단자가 연결되고, 상기 B단자에 툴측 툴체인저B 급전부의 어스선단자가 연결되며, 상기 C단자는 툴측 급전부의 어스선단자에 연결되는 어스선연결스위치와; 상기 R상연결스위치와 동일한 구조로 이루어지되, 상기 A단자에 툴측 툴체인저A 급전부의 T상단자가 연결되고, 상기 B단자에 툴측 툴체인저B 급전부의 T상단자가 연결되며, 상기 C단자는 툴측 급전부의 T상단자에 연결되는 T상연결스위치; 로 구성하여, 작은 크기의 스위치들로 스위칭장치를 구성할 수 있게 됨으로써 스위칭장치를 툴에 일체로 설치할 수 있도록 하고, 스위칭장치는 툴체인저를 통해 공급되는 에어압에 의해 작동되도록 하여 무배선으로 구성할 수 있게 된다는 점을 설명하고 있다.

그러나 위의 선행발명들은 단순히 툴체인저의 단순 탈,부착 구성에 대한 툴 스위치 방안을 제시하고 있지만 그것을 현실적으로 어떻게 구현할 것인가에 대한 문제 해결방안은 아직 미진한 상태라고 할 수 있다.

특히 자동차 부품 생산을 위한 로봇핸드의 툴체인저는 하나의 로봇핸드에 2가지 이상의 툴을 결합시켜 구성한다고 하면 각종 제어 및 센싱을 위한 세서의 부착 개소, 공압제어라인, 전기배선 등 여러가지 해결하기 어려운 문제점을 초래하게 된다.

따라서 대부분의 툴체인저는 툴의 헤드부분만 로봇핸드에 택일적으로 탈부착시켜 사용할 수 있도록 설계되고 있다.

그런데, 여기서 고려해야할 사항이 사용 대기상태에 놓여지게 될 스탠바이 상태의 툴을 어떻게 관리할 것인지에 대한 문제와 툴 체인지시의 기계격 충격을 최소화 할 수 있으면서 부드럽고 정확하고 신속하게 교환시킬 것인지에 대한 해결되지 않은 문제를 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자동차 부품 제조시 사용되는 2 종류 이상의 툴을 하나의 로봇핸드에 선택적으로 탈착 및 부착시켜 가면서 자동차 부품의 제조공정수의 효율화를 도모하고 공장설비의 설치 소요면적과 시설 투자비용을 최소화할 수 있게 하며, 더불어 툴 체인지를 통한 사용 대기상태에 놓여지게 될 직전에 사용된 툴의 안전한 보관과 로봇핸드에의 부드럽고 정확한 탈착 및 부착을 가능하게 하는 로봇핸드 툴체인저를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇핸드 툴체인저는 자동차 패널 이송용 클램프가 장착된 로봇핸드의 일측에 커플러를 통해 부설되며 캡쳐작동기와 보스그립퍼로 이루어진 실러툴캡쳐와, 상기 실러툴캡쳐의 보스그립퍼에 의해 상기 로봇핸드에 탈착 및 부착되는 실러노즐과 실러툴보스가 마련된 실러툴과, 상기 로봇핸드에서 분리 탈착된 실러툴이 위치할 홈포지셔너 및 이 홈포지셔너가 장착될 스탠드와, 상기 홈포지셔너에 위치한 실러툴을 지지하기 위해 스탠드의 측면에 설치된 파킹실린더와 이 파킹실린더의 피스톤로드에 결합된 파킹링커와 이 파킹링커의 선단부 하부면에 장착된 콘택터로 이루어진 실러툴 파킹장치를 포함한다.

본 발명은 자동차 부품 제조시 사용되는 2 종류 이상의 툴을 하나의 로봇핸드에 선택적으로 탈착 및 부착시켜 가면서 자동차 부품의 제조공정수의 효율화를 극대화 할 수 있다.

또한 본 발명은 공장설비의 설치 소요면적과 시설 투자비용을 최소화할 수 있게 하며, 더불어 툴 체인지를 통한 사용 대기상태에 놓여지게 될 직전에 사용된 툴의 안전한 보관과 로봇핸드에의 부드럽고 정확한 탈착 및 부착을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 실러툴 및 그 파킹장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실러툴 및 그 파킹장치의 좌측면도이다.
도 3은 본 발명의 실러툴 및 그 파킹장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실러툴 및 그 파킹장치의 우측면도이다.
도 5는 본 발명의 실러툴과 로봇핸드가 커플러에 의해 결합된 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실러툴과 캡쳐작동기와 파킹장치의 상호 관계를 설명하는 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 실러툴과 파킹장치 실시예의 실제사진이다.
도 8은 본 발명의 캡쳐작동기 및 보스그립퍼의 결합관계를 설명하는 부분 확대사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 실러툴캡쳐와 클램프가 장착된 로봇핸드의 실시예 참고 사진이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

통상 자동차용 패널은 금속판재를 성형 및 절곡, 스탬핑 가공하여 일정한 형태로 제작되며, 이렇게 제작된 패널의 절곡라인에는 방수 방청을 위한 실링작업 공정과 다른 부품들의 장착을 위한 스터드볼트 용접 공정 등을 추가로 실시하여 패널 완제품을 완성하게 된다.

이때 로봇핸드는 본 발명에 따른 실러툴 선택적으로 체인지 해가면서 이 로봇핸드에 부설된 용접기(도시생략)를 이용하여 패널을 용접하고 절곡라인을 따라 실러를 주입하는 용접공정과 실링공정의 2가지 공정을 일괄 수행하게 된다.

도 1은 자동차 패널제품의 제작에 사용되는 본 발명의 로봇핸드 툴체인저용 실러툴 및 그 실러툴을 일시적으로 파킹시키기 위한 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 로봇핸드 툴체인저를 구성하는 실러툴 및 그 파킹장치의 좌측면도이고, 도 3은 본 발명의 로봇핸드 툴체인저를 구성하는 실러툴 및 그 파킹장치의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 로봇핸드 툴체인저를 구성하는 실러툴 및 그 파킹장치의 우측면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 실러툴캡쳐와 클램프가 장착된 로봇핸드의 실시예의 참고사진이다.

여기에서 참고되는 바와 같이, 로봇핸드(50)의 일측에는 자동차 패널 이송용 클램프(40)가 장착되고 있으며 더불어 캡쳐작동기(31)와 보스그립퍼(32)로 이루어진 실러툴캡쳐(30)가 부설되고 있다. 또한 도면에는 나타나있지 않지만 도 9의 실러툴캡쳐(30) 장착 로봇핸드에는 클램프(40)외에 패널 간 스폿 용접을 위한 패널용접기나 스터드볼트 용접을 위한 볼트용접기가 장착될 수 있다.

로봇핸드(50)에 장착된 실러툴캡쳐(30)는 도 8에서 자세히 보이고 있는 바와 같이 캡쳐작동기(31)가 보스그립퍼(32)를 확장 및 수축 제어하여 실러툴(20)상에 마련된 실러툴보스(21)를 그립하거나 그립해제 하도록 구성하고 있다. 여기서 상기 캡쳐작동기(31)는 보스그립퍼(32)를 슬라이드 작동시키기 위해 대칭형 공압실린더 또는 전동모터 중 어느 하나로 구성할 수 있다.

상기 실러툴(20)에는 앞서 설명한 바와 같이 상기 실러툴캡쳐의 보스그립퍼(32)의 슬라이딩 작동에 의해 상기 로봇핸드에 탈착 및 부착이 가능하게 되는 실러툴보스(21)를 마련하고 있으며, 더불어 패널판재의 절곡부분에 대한 실링을 위한 실러주입용 실러노즐(22)과 이 실러노즐에 실러를 공급하기 위한 호스연결구(23)를 마련하고 있다. 이러한 구성의 실러툴(20)은 실링재의 효율적인 주입처리를 위한 실러가열장치(도시생략)를 포함함은 자명한 사항이다.

스탠드(10)에는 파킹실린더(13)와 이 파킹실린더의 피스톤로드(14)에 결합된 파킹링커(15)로 이루어진 실러툴 파킹장치가 마련되며, 상기 스탠드의 일측에는 상기 파킹실린더 및 실린더 노즐 등에 작동 에어공급라인을 접속하기 위한 터미널 블록(19)이 마련되고 있다.

상기 실러툴 파킹장치의 구성을 구체적으로 살펴보면, 먼저 스탠드(10)의 상부에는 홈포지셔너(12)가 설치되며 이 홈포지셔너는 작업대기를 위해 로봇핸드(50)에서 분리된 실러툴(20)이 일시적으로 안착되도록 구성하고 있다.

또한 상기 홈포지셔너(12)에 안착된 실러툴(20)은 파킹링커(15)의 선단부 하부에 마련된 콘택터(16)가 실러툴(20)의 일측에서 연장 형성된 플랜지(24)를 가압하여 일시 고정 지지하도록 구성한다.

그리고 상기 파킹링커(15)의 콘택터가 장착된 부분의 반대쪽 선단부와 중앙부에는 각각 힌지축(17)과 힌지축(18)을 넣어 각각 피스톤로드(14)와 고정프레임(11)에서 회동가능하게 설치하고, 상기 고정프레임(11)과 피스톤로드(14)를 갖는 파킹실린더(13)는 각각 스탠드(10)에 고정시켜 구성한다.

도 5는 상기 로봇핸드(50)에 부설되는 실러툴캡쳐(30)는 로봇핸드의 선단부와 실러툴캡처 내 캡쳐작동기(31)의 상부면을 잇는 L형 커플러(51)에 의해 고정 결착시킨 결합구성을 보이고 있다.

도 6은 위에서 설명한 실러툴의 구성과 캡쳐작동기, 그리고 파킹장치간 상호 구성 관계가 명확히 구분되도록 각 구성부위 별로 색감을 부여한 참고도이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 로봇핸드 툴체이저의 작용을 도 5 내지 도 9를 참고로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

로봇핸드(50)에 장착된 클램프(40)와 용접기(도시생략)를 이용하여 자동차 패널을 이송하고 그 이송 패널의 특정개소에 용접을 실시하고 난 다음 실링작업이 요구되는 단계에 이르면, 로봇핸드(50)는 스탠드(10)상에 일시 배치되고 있는 실러툴(20)로 이동한다.

이후 로봇핸드는 실러툴캡쳐(30)의 캡쳐작동기(31)를 스탠드에 파킹된 실러툴(20)의 실러툴보스(21)에 일치시켜 접근시킨 다음 상기 캡쳐작동기(31)를 작동시켜 그의 보스그립퍼(32)가 실러툴보스(21)를 그립하도록 제어한다.

로봇핸드(50)의 실러툴캡쳐(30)에 의한 실러툴(20) 그립이 완료되면 상기 로봇핸드의 동작에 순차 연동하여 파킹장치를 구성하는 파킹실린더(13)가 작동하게 된다. 이러한 유기적인 관련 동작은 로봇핸드 툴체인저 통합제어반(도시생략)의 제어에 의해 이루어지게 된다.

파킹장치의 파킹실린더(13)가 작동하면 그의 피스톤로드(14)가 첨부 도면상 아래쪽으로 이동하게 되고 이어서 힌지축(17,18)을 중심으로 한 파킹링커(15)의 위치가 위를 향해 이동하여 완전히 오픈상태로 되어, 그동안 콘택터(16)에 의해 눌림 지지되고 있던 로봇핸드(50)결착상태의 실러툴(20)은 로봇 프로그램 위치제어되어 자동차 패널의 접합영역을 따라 실러노즐(22)에 의한 실링작업을 실시하게 된다.

이후, 툴체인저에 의한 실링공정이 완료되면 다음의 패널 용접공정 등을 위해 로봇핸드(50)는 실러툴(20)을 스탠드(10)상의 홈포지셔너(12)위치로 이동시켜 안착시키고, 이어서 로봇핸드 툴체인저 제어반을 통해 파킹장치의 파킹실린더(13)를 원래위치(파킹위치)로 돌아가도록 구동 제어한다.

파킹실린더(13)의 구동에 의해 그의 피스톤이 첨부 도면상 상향 이동하게 되고 이에 따라 파킹링커의 선단하부에 장착된 콘택터(16)가 실러툴(20)의 플랜지(24)를 눌러 지지하는 상태가 되면 로봇핸드의 실러툴캡쳐(30)의 캡쳐작동기(31)가 그동안 실러툴보스(21)를 그립하고 있던 실러툴그립퍼(32)를 해제시켜 로봇핸드로부터 실러툴(20)이 분리되어 스탠드상의 홈포지션에 일시 대기되게 된다.

10 : 스탠드
11 : 고정프레임
12 : 홈포지션너
13 : 파킹실린더
14 : 피스톤로드
15 : 파킹링커
16 : 콘택터
17,18 : 힌지축
19 : 터미널블록
20 : 실러툴
21 : 실러툴보스
22 : 실러노즐
23 : 호스연결구
24 : 플랜지
30 : 실러툴캡쳐
31 : 캡쳐작동기
32 : 보스그립퍼
40 : 클램프
50 : 로봇핸드
51 : 커플러

Claims

삭제
자동차 패널 이송용 클램프(40)가 장착된 로봇핸드(50)와, 상기 로봇핸드(50)의 일측에 부설되며 캡쳐작동기(31)와 보스그립퍼(32)로 이루어진 실러툴캡쳐(30)와, 상기 실러툴캡쳐의 보스그립퍼(32)에 의해 상기 로봇핸드에 탈착 및 부착되는 실러노즐(22)과 실러툴보스(21)가 마련된 실러툴(20)과, 상기 로봇핸드(50)에서 분리 탈착된 실러툴(20)이 위치할 홈포지셔너(12) 및 이 홈포지셔너가 장착될 스탠드(10)와, 상기 홈포지셔너에 위치한 실러툴(20)을 지지하기 위해 스탠드의 측면에 설치된 파킹실린더(13)와 이 파킹실린더의 피스톤로드(14)에 결합된 파킹링커(15)로 이루어진 실러툴 파킹장치를 포함하는 툴체인저에 있어서, 상기 로봇핸드(50)에 부설되는 실러툴캡쳐(30)는 로봇핸드의 선단부와 실러툴캡처 내 캡쳐작동기(31)의 상부면을 잇는 L형 커플러(51)에 의해 고정 결착시키는 것을 특징으로 하는 로봇핸드 툴체인저.
제 2항에 있어서, 상기 파킹링커(15)의 선단부 하부면에는 실러툴(20)의 일측에서 연장 형성된 플랜지(24)를 가압하여 일시 고정 지지하기 위한 콘택터(16)가 장착된 것을 특징으로 하는 로봇핸드 툴체인저.
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