KR101702173B1 - 능동 핸들링 장치 및 접촉 태스크들을 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

자동 또는 로봇이 지원하는 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치가 개시된다. 상기 핸들링 장치는 이하의 구성요소들을 가진다: 상기 핸들링 장치를 조작자에게 해제가능하게 또는 고정적으로 연결하기 위한 기계적 인터페이스; 도구를 고정하기 위해, 상기 인터페이스와 관련하여 이동가능한, 홀더; 상기 인터페이스와 관련하여 상기 조작자에게 상기 홀더를 위치시키기 위해, 적어도 하나의 정지 마찰없는 조정 요소; 상기 적어도 하나의 조정 요소에 작용하는 힘을 직접 또는 간접적으로 결정하기 위한 센서 장치; 및 상기 핸들링 장치와 소정의 표면 사이에 접촉이 있을 때 미리 정의될 수 있는 힘 프로파일에 따라 상기 접촉력을 조절하도록 구성되는 조절 장치.

Description

능동 핸들링 장치 및 접촉 태스크들을 위한 방법{ACTIVE HANDLING APPARATUS AND METHOD FOR CONTACK TASKS}
본 발명은 능동 핸들링 장치 뿐만 아니라, 예를 들어 장착(mounting), 적재(stacking), 정렬(sorting)과 같은 작업들 동안, 예를 들어 기계 요소들 또는 작업편들의 조작 또는 로봇이 지원하는 표면들의 프로세싱과 같은, 자동 접촉 태스크들(조작 및 위치시킴 태스크들)을 위한 방법에 관한 것이다.
서로 다른 장치들이 기계 요소들 또는 작업편들의 조작(적재, 팔레트로 운반하기, 장착 등) 뿐만 아니라, 로봇이 지원하는, 예를 들어 표면들의 프로세싱(연마(grinding), 마감(polishing) 등)과 같은 자동 접촉 태스크들을 위해 알려져 있다. US 5,299,389의 공개내용에 설명된 연마 장치가 예로서 거론될 수 있다. 이러한 장치의 경우에 있어서, 회전 연마 디스크는 산업용 로봇을 이용해 연마되는 표면을 향해 이동된다. 상기 연마 디스크와 상기 표면 사이의 접촉은 상기 연마 디스크를 구동하는 모터의 적재 전류(load current)를 통해 인식되는데, 이것은 많은 응용들에서 매우 부정확한 방법을 제공한다. 일반적으로, 로봇이 물체에 접촉하는 로봇이 지원하는 자동 시스템들의 경우에 있어서, 문제는 접촉 모멘트를 인식하고 또한 접촉력을 조절하는 것이다.
현대의 힘 조절 시스템들의 경우에 있어서조차, 상기 로봇 상에 장착되는 도구가 접촉되는 표면에 접촉될 때, 충격에 형성되는 접촉력은 발생하는데, 이것은 많은 경우들에 있어서는 문제가 되지 않을 수 있지만, 정확함이 중요하거나 또는 매우 민감한 작업편들이 프로세싱되거나 처리되어야 하는 응용들에 있어서는, 매우 문제이고 바람직하지 않다. 로봇이 표면에 접촉하기만 하면, 접촉력을 조절하는 것이 바람직하고, 결과적으로 실제 응용들에서 상기 언급된 충격에 형성되는 접촉력은 (예를 들어 드라이브 트레인(drive train)에 수동적인 연성 요소를 삽입하는 것에 의해) 분명히 감소될 수 있지만 제거될 수 없는 필요악이다. 하지만, 스프링 방식의 수동적인 유연성(passive flexibility)은 제어되지 않은 방식으로 행동하고, 또한 소망하는 프로세스 진행을 방해할 수 있다.
알려진 힘-조절 시스템들은 종종 매우 빠른(즉 고주파) 교란, 예를 들어 갑작스런 움직임(jerk) 또는 충격(impact)의 경우에 있어서 충분히 빨리 반응할 수 없는데, 조절된 드라이브 트레인은 대응하는 반응 시간으로 귀결되는, 어떤 관성(inertia)을 가지기 때문이다. (예를 들어, 표준 산업 로봇들과 같은) 강성 시스템들의 경우에 있어서, 너무 빨리 영향을 준다면 최소의 변위들이 결과적으로 힘에 있어서의 커다란 증가로 귀결된다.
본 발명에 내재된 목적은 조작자를 위한 능동 핸들링 장치(이펙터)를 제공하는 데 있고, 상기 핸들링 장치는 실제적으로 충격이 없는 방식으로 표면들에 접촉하고 또한 후속적으로 갑작스런 움직임이 없는 방식으로 접촉력을 조절하는 것을 목적으로 하는 것으로 인식된다.
상기 목적은 청구항 1에 청구된 바와 같은 장칠르 통해 달성된다. 상기 장치의 다른 예시적인 개발들 및 사용들은 종속항들의 목적이다.
자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치가 기술된다. 본 발명의 일 예로 청구된 바와 같이, 상기 핸들링 장치는 이하의 구성요소들을 가진다: 상기 핸들링 장치를 조작자(manipulator)에게 해제가능하게 또는 고정적으로 연결하기 위한 기계적 인터페이스; 도구(tool)를 수신하기 위해, 상기 인터페이스와 관련하여 이동가능한, 홀더; 상기 인터페이스와 관련하여 상기 홀더를 상기 조작자에게 위치시키기 위해, 적어도 하나의 기어없는, 특히 정지 마찰없는 조정 요소; 상기 적어도 하나의 조정 요소에 작용하는 힘을 직접 또는 간접적으로 결정하기 위한 센서 장치; 및 상기 핸들링 장치와 소정의 표면 사이에 접촉이 없는 한 정지단(end stop)에 대하여 조정가능한 최소 힘(F0)으로 상기 홀더를 누르고, 상기 핸들링 장치와 소정의 표면 사이에 접촉이 있을 때 미리 결정될 수 있는 힘 진행에 따라 상기 접촉력을 조절하고, 이때 접촉이 인식되기만 하면, 상기 접촉력은 상기 최소 힘(F0)으로부터 미리 결정될 수 있는 필요한 힘(FREQUIRED)까지 증가되는, 것을 목적으로 실현되는 조절 장치(controller).
정지-마찰 및 상기 조정 요소의 갑작스러운 움직임이 없기 위한 전제 조건은 기어없는 엑츄에이터의 사용이다. 이러한 종류의 엑츄에이터들은, 예를 들어, 피스톤없는, 공기 엑츄에이터들(pneumatic actuators, 쿠션 타입 공기 실린더들 및 공기 근육들(pneumatic muscles)), 정지-마찰없는 방식으로 장착된 피스톤 있는 공기 실린더들(예를 들어 흑연 피스톤을 가지는 유리 실린더) 및 정지-마찰없는 방식으로 장착된 전기자(armature)(예를 들어, 공기-베어링 또는 자기-베어링 전기자들)를 가지는 기어없는, 전기적 선형 유닛들이다. 수동적(즉, 조절되지 않은) 경우에 있어서, 상기 핸들링 장치의 매우 편평한 힘-변위 특성 곡선들은 이러한 종류들의 엑츄에이터들을 이용해 달성될 수 있다.
본 발명은 이하의 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 통해 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1은 조작자, 연마 기계, 및 상기 조작자와 상기 연마 기계 사이에 배치되는 상기 연마 기계를 위한 핸들링 장치를 가진 로봇이 지원하는 자동 연마 장치를 나타낸다.
도 2는 대략적인 도식을 통해 자유도 1을 가지는 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치의 예를 보여주는데, 스프링 힘에 반대로 작동하는 쿠션 타입 공기 실린더가 엑츄에이터로서 제공된다.
도 3은 도 2로부터의 예에 따라 만들어지는 핸들링 장치를 통한 상세 단면을 보여준다.
도 4는 대략적인 도식을 통해 자유도 1을 가지는 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치의 다른 예를 보여주는데, 스프링 힘에 반대로 작동하는 공기 근육이 엑츄에이터로서 제공된다.
도 5는 대략적인 도식을 통해 자유도 1을 가지는 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치의 다른 예를 보여주는데, 스프링 힘에 반대로 작동하는 3개의 쿠션 타입 공기 실린더들이 엑츄에이터들로서 제공된다.
도 6은 상기 도구와 상기 작업편 사이에서 접촉 뿐만 아니라 접촉 손실이 생성될 때 조절된 힘 진행을 보여준다.
도 7은 스프링들 및 쿠션 타입 공기 실린더들의 힘-변위 특성 곡선들 뿐만 아니라 변형된 스프링 특성 곡선을 보여준다.
도 8은 스프링의 힘-변위 특성 곡선을 변형하기 위한 레버 메카니즘을 보여준다.
도 9는 (a) 도 8로부터의 상기 메카니즘에 의해 설립된 판들 사이의 서리 및 스프링 길이 사이의 관계 뿐만 아니라 (b) 도 8로부터의 상기 메카니즘의 변형된 힘-변위 특성 곡선을 보여준다.
도면들에서 동일한 참조부호들은 동일한 또는 유사한 의미로 동일한 또는 유사한 구성요소들을 지시한다.
본 발명의 일 예로서, 도 1은 조작자(20)로서 산업 로봇, 작업편(workpiece)으로서 연마 기계(grinding machine, 40), 및 상기 조작자(20)의 끝단 이펙터 플랜지(end effector flange, 21)와 상기 도구(40) 사이에 배치되고, 프로세싱되는 작업편(50)과 관련하여 상기 도구(40)의 이동을 실질적으로 정확한 방식으로 조절하거나 정확함 제어를 위해서 뿐만 아니라 상기 도구(40)에 의해 상기 작업편(50)에 행사되는 힘을 조절하기 위해 사용되는 핸들링 장치(30')를 가진 로봇이 지원하는 자동 연마 장치(robot-supported automated grinding device)를 나타낸다. 상기 조작자(20)의 구조는 이하에서 2차적인 중요도를 가진다. 4개의 암 세그먼트들(20a, 20b, 20c, 20d)을 가지는 표준 산업용 로봇이 해당 예에서 사용된다. 상기 조작자의 태스크는 처리되는 상기 작업편(50) 상의 작업 위치에 상기 도구(40)의 위치시킴에 필수적으로 존재한다. 정확한 방식으로 그 위치를 조절하는 것 및 특히 정확한 방식으로 그 힘을 조절하는 것은 상기 핸들링 장치(30')를 이용해 수행된다. 후자는 상기 도구(40)(연마 기계)를 상기 작업편(50)을 향해 이동시키고 또한 접촉시, 상기 작업편(50)에 접촉력을 행사하는 목적으로 이 경우에 있어서 실현된다. 그러므로, 예를 들어 상기 연마 기계의 연마 디스크는 예를 들어, 소정의 연마 효과를 획득하기 위해 소정의 힘으로 상기 작업편(50) 상에 눌러질 수 있다. 상기 힘의 조절의 결과로서, 상기 힘은 또한 예를 들어 만약 연마 디스크가 부분적으로 마모되었다면 일정하게 유지될 수 있다. 상기 힘을 조절하기 위해, 상기 접촉력을 위한 측정 변수를 결정하는 것이 필요한데, 이것은 예를 들어, 적재 셀을 이용해 또는 상기 연마 기계의 모터 전류를 이용해 실현될 수 있다. 도 1에 도시된 자동 연마 장치의 예는 예를 들어, US 5,299,389 공개내용에 보다 상세하게 설명되어 있다.
상기 도구(40)의 정확한 위치시킴 뿐만 아니라 상기 조작자만을 가지고 힘을 조절하는 것이 원칙적으로 가능하지만, 상기 태스크들은 상기 조작자에게 매우 높은 요구사항들을 주게 된다. 정확한 위치시킴 뿐만 아니라 정확하고 빠른 방식으로 힘을 조절하는 것이, 필요하다면, 예를 들어 많은 접촉 태스크들을 위해 필요하다면, 이것은 매우 고가의 조작자들을 이용해서만 가능하다. 이러한 이유로, 핸들링 장치는 상기에서 언급한 위치시킴 및 힘 조절 태스크를 넘겨받고, 상기 조작자의 상기 말단 이펙터 플랜지와 실제 도구(예. 연마 또는 마감 기계, 그리퍼(gripper) 등) 사이에 위치된다. 상기 조작자에의 정확함 요구사항들은 상대적으로 작아질 것이다. 이러한 종류들의 핸들링 장치들은 또한 "능동 플랜지들"이라고 지칭된다.
일반적으로 로봇이 지원하는 또는 로봇이 물체에 접촉하는 자동 시스템들의 경우에 있어서, 문제는 접촉이 발생하는 순간을 인식하고 상기 접촉력을 조절하는 것이다. 로봇이 표면에 접촉될 때까지 상기 접촉력을 조절하는 것은 가능하지 않다. 이러한 이유로, 모든 알려진 힘 조절 시스템들의 경우에 있어서, 충격이 형성하는 접촉력은 상기 로봇에 장착된 도구와 접촉되는 표면 사이에서 접촉이 발생한 때 처음으로 발생한다. 이러한 충돌의 경우에 있어서, 상기 핸들링 장치 및 상기 도구의 질량(즉, 관성 및 결과적으로 운동 에너지) 뿐만 아니라, 그 드라이브들과 함께 전체 조작자의 질량 또는 운동 에너지가 존재한다. 이 질량은 필수적으로 (피해야 되는) 충격 에너지를 결정한다.
최종적으로 충격이 형성하는 접촉력은 많은 경우에 있어서 문제가 되지 않을 수 있지만, 정확함이 중요하거나 매우 민감한 작업편을 프로세싱하거나 처리해야 하는 응용들에 있어서는, 매우 방해가 되고 바람직하지 않다. 이것은 실제 힘이 필요한 힘 진행에 비하여 지나치다는 것을 의미한다. 또한 표면의 프로세싱 동안(또는 물체의 핸들링 동안) 상기 도구의 위치는 필요한 접촉력을 유지하기 위해 조정되어야 한다. 이 경우에 있어서, 무엇보다도 접촉력 진행에 있어서 일시적인 지나침(overshooting)으로 이어질 수 있는 것은 정지-마찰 효과들(소위 스틱 슬립 효과, stick-slip effect)이다. 이에 더하여, 기어가 있는 드라이브들의 경우에 있어서, 기어 휠들의 톱니의 맞물림은 원하지 않는 진동들의 갑작스런 움직임의 충격들을 야기시킬 수 있다. 물체들을 핸들링 또는 프로세싱할 때, 이러한 효과들은 품질에 있어서 문제들로 귀결될 수 있다.
상기에서 설명한 지나침은 보통 수동 탄성 요소들을 드라이브 트레인으로 삽입하는 것에 의해 로봇공학에서는 감소된다. 하지만, 상기 요소들은 기계적으로 정의된 성능 특성(힘-변위 특성 곡선)이 고정적으로 미리 결정되고 또한 자동 방식으로 제어될 수 없기 때문에, 제어되지 않은 방식으로 수행하고 결과적으로 정확한 핸들링 및 접촉 태스크들을 위해 사용될 수 없다.
도 2는 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치(능동 플랜지)의 예를 보여준다. 상기 장치의 제1플랜지 부분은 조작자(예를 들어 도 1로부터의 조작자(20)의 말단 이펙터 플랜지(21))에의 인터페이스(31)를 형성한다. 제2플랜지 부분(32)은 (예를 들어, 연마 기계 또는 그리핑 수단과 같은) 도구를 위한 홀더(32)를 형성한다. 정지-마찰없는 선형 엑츄에이터는, 해당 예에 있어서 쿠션-타입 공기 실린더(34)로서 구현되는데, 2개의 플랜지 부분들 사이에 배치된다. 정지-마찰없는 엑츄에이터들은, 예를 들어, 쿠션-타입 공기 실린더들 및 공기 인공 근육들(pneumatic artificial muscles, PAMs)이다. 이것의 대체로는, 보통 유리로 구성되고 흑연 피스톤을 가지고 작동하는, 정지-마찰없는 방식으로 장착된 피스톤을 가지는 공기 실린더들을 사용하는 것이 가능하다. 다른 대체는 (예. 볼-베어링들, 자기 또는 공기-쿠션 베어링들을 이용해) 정지-마찰없는 방식으로 장착되는 전기적 직접 드라이브들, 특히 기어없는 선형 드라이브들에 의해 제공된다. 이러한 종류의 드라이브들은 또한 (공기 엑츄에이터들의 경우에 있어서) 공기의 압축성의 결과로서 또는 (전기적 직접 드라이브들의 경우에 있어서) 자기 복원력의 결과로서, 원래 탄성적이다.
상기 장치는 상기 정지-마찰없는 선형 엑츄에이터(34)의 운동 자유도를 제외하고, 운동 자유도 전부를 막는, 가이드 장치(35)를 추가적으로 포함한다. 상기 가이드 장치(35)는 이것과 그 안에 가이드되는 섀프트(352) 사이에서 감지할 수 있는 정지-마찰을 허용해서는 안된다. 상기 정지-마찰로부터의 자유는 예를 들어 선형 볼 베어링들, 특히 재순환 볼 베어링들과 같은, 예를 들어 롤러 베어링들의 사용에 의해, 보장될 수 있다. 도 2에 도시된 예에 있어서, 회전가능한 고정된 섀프트 가이드(35, 352)에는 재순환 볼 베어링(351)이 마련되어 있다. 결과적으로, 상기 핸들링 장치는, 상기 선형 엑츄에이터(쿠션 타입 공기 실린더(34))의 긴 축(343)에 자연스럽게 평행하게 정렬된 소위 상기 섀프트 가이드(35)의 긴 축(353) 방향으로의 병진 운동으로, 정확하게 자유도 1을 가진다.
압축기(60)는 상기 공기 선형 엑츄에이터(34)를 구동시키기 위해 상기 공기 시스템에 필요한 과압력(overpressure)을 생성한다. 이 경우에 있어서, 도 2에 도시된 상기 쿠션-타입 공기 실린더(34)는 신장시 압축력만을 생성할 수 있다. 상기에서 언급한 공기 인공 근육은, 이와 대조되게, 수축시 장력만을 생성한다. 이러한 이유로, 복원력이 예를 들어, (신장 또는 압축) 스프링에 의해 제공되고, 상기 선형 엑츄에이터에 작용해야 한다. 도 2로부터의 예에 있어서, 상기 섀프트 가이드의 상기 섀프트(352)는 상기 압축 스프링(36)에 의해 고정되어, 미리 압박된 힘이 상기 하부 플랜지 부분(상기 조작자로의 인터페이스(31)) 방향으로 상기 상단 플랜지 부분(홀더(32))에 작용한다. 상기 선형 엑츄에이터(34)는 상기 미리-압박된 힘에 반대로 능동적으로 이동된다. 상기 선형 엑츄에이터(34)에서의 과압력은 상기 압축기(60)를 이용해 생성되고 또한 필요한 값(필요한 압력)에 따라 전자적으로 활성화되는 제어 밸브(61)를 이용해 조정가능하다. 상기 선형 엑츄에이터(34)에서의 실제 압력(실제 압력)은 압력 센서(62)를 이용해 측정된다. 이에 더하여, 선형 분압계가 상기 선형 엑츄에이터(34)의 전류 편향에 대한 측정값 및 결과적으로 (상기 조작자의 말단 이펙터 플랜지와 관련하여 또는 상기 조작자의 인터페이스(31)와 관련하여) 상기 홀더(32)의 상대적 위치를 공급하는 변위 센서(63)로서 제공된다.
상기 압력에 종속하는 상기 공기 선형 엑츄에이터의 힘-변위 특성 곡선은 보통 상기 선형 엑츄에이터(34)에 의해 상기 플랜지 부분들(31, 32)에 제공되는 엑츄에이터 힘은 간접 측정에 접근가능한 것으로 알려져 있다. 즉, 상기 엑츄에이터 힘은 상기 엑츄에이터의 측정된 압력 및 상기 엑츄에이터의 측정된 편향(상승)으로부터 쉽게 계산될 수 있다. 이 경우에 있어서, 공기 선형 엑츄에이터들의 상기 힘-변위 특성 곡선에는 보통 이동 방향이 힘 계산에 포함되어 있는 히스테리시스가 마련되어 있다. 전기적 직접 드라이브의 경우에 있어서, 상기 엑츄에이터 힘은, 예를 들어 유사한 방식으로 예를 들어 특성 곡선을 이용해 전류 소비를 이용해, 결정될 수 있다.
복원 스프링 힘 또한 상기 스프링 및 측정된 편향의 힘-변위 특성 곡선으로부터 계산될 수 있다. 상기 핸들링 장치의 홀더(32)에 고정된 도구가 작업편에 접촉하면, 상기 엑츄에이터 힘과 상기 복원력 사이의 차이는 그때 종래의 방식으로 조절될 수 있는 상기 도구에 행사되는 순 힘(net force)이 된다. 이로부터 상기 표면 상에 실제로 작용하는 힘을 결정하기 위해, 상기 도구(40)의 무게(도 1 참조) 및 상기 작업편의 표면과 관련한 그 공간적 위치가 추가적으로 고려되어야 한다.
어떠한 접촉 없이 상기 엑츄에이터(34)의 편향을 위한 측정 값만으로 그 위치를 조절하는 것이 가능하다. 이에 더하여, 상기 핸들링 장치(30)의 연성(또는 강성)은 조절(임피던스 조절)될 수 있는데, 즉, 상기 복원 스프링 및 상기 선형 엑츄에이터로부터 생성된 상기 배치의 강성은 필요한 값에 따라 조절된다.
공기 엑츄에이터 본래의 탄성 및 상기 배치의 정지-마찰로부터의 자유도의 결과로서, 상기에서 언급한 상기 접촉력의 지나침은 최소로 감소된다. 상기 탄성 성능 특성의 결과로서, 상기 조작자의 이동 요소들(로봇 암들 및 드라이브들)의 관성 및 질량은 상기 도구로부터 그 결과 상기 작업편으로부터 상기 탄성의 유효 방향으로 결합해제된다. 결과적으로, 상기 도구의 더 작은 질량만으로 운동 에너지가 결정된다. 이것은 상기 작업편과 상기 도구 사이에 접촉이 있을 때 상기에서 이미 언급한 충격 에너지를 감소시킨다.
이에 더하여, 정지-마찰로부터의 자유도 및 기어없는 드라이브의 결과로서, 상기 접촉력의 지나침은 실제로 능동 힘 조절이 있을 때 작업에서 완전히 제거된다. 갑작스런 움직임 없는 방식으로 힘을 조절하는 것은 그러므로 가능하게 되는데, 종래의 핸들링 장치들의 경우에 있어서, 정지-마찰 효과들의 결과로서, 원하지 않는 변형들은 언제나 접촉력에서 발생하고, 조절을 이용해 이러한 원하지 않는 변형들을 보상하는 것은 쉽지 않다.
도 3은 도 2에 도시된 원리에 따라 만들어지는 핸들링 장치를 통한 상세 단면을 보여준다. 도시된 능동 플랜지는 상기 조작자에 대한 인터페이스로서 제1플랜지 부분(31), 도 1에 예를 들어 도시된 말단 이펙터 플랜지(21), 뿐만 아니라 도구를 위한 수신 수단 또는 홀더로서 제2플랜지 부분(32)을 포함한다. 상기 2개의 플랜지 부분들의 기하구조는 로봇학에서는 표준이다. 하우징 부분(37)은, 여기에 도 2에 도시된 동일한 원리에 따라 제어 밸브(61) 및 정지-마찰없는 섀프트 가이드가 복원 스프링을 가지고 배치되는데, 상기 제1플랜지 부분(31)에 견고하게 연결된다. 먼지 및 다른 오염물들에 대해 보호하기 위해, 충격 흡수제가 상기 플랜지 부분들(31, 32) 사이에 커버(39)로서 제공된다. 상기 커버는 또한 물 속, 거친 환경 또는 깨끗한 방에서의 사용을 위해, 액체 및/또는 먼지 방지 방식으로 실현될 수 있다. 상기 쿠션-타입 공기 실린더(34)는 정지-마찰없는, 기어없는 선형 엑츄에이터로서 기능한다. 상기 선형 엑츄에이터는 상기 제1하우징 부분(37)과 상기 홀더(32)에 견고하게 연결되는 제2하우징 부분(38) 사이에 배치된다.
도 2에 도시된 변위 센서(63)는 해당 예에 있어서는 상기 가이드 장치(35)에 의해 덮여 있고 보이지 않는다. 압력 센서 및 압축기는 명확함을 이유로 도 3의 도시에는 포함되어 있지 않다. 입구 공기 덕트 및 배출 공기 덕트(38)을 위한 연결이 예를 들어, 상기 제1하우징 부분(37)에 배치될 수 있다. 상기 입구 공기 덕트로의 연결은, 예를 들어 호스를 통해 상기 압축기(60)에 연결된다. 상기 배출 공기 덕트를 위한 연결은, 예를 들어 음향 흡수제에 의해 덮여 있다. 물속 응용들을 위해, 본 발명의 일 예에서 청구한 바와 같이, 상기 공기 시스템으로 물의 진입을 막기 위해 상기 배출 공기 덕트는 또한 상기 배출 공기를 상기 물의 표면까지 안내하는 호스에 연결될 수 있다. 상기 배출 공기 덕트가 호스로서 실현되는 결과로서, 배출 공기는 또한 민감한 프로세스들의 경우에 있어서 밖으로 흐르는 것이 방지된다.
도 4는 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치의 다른 예를 보여주는데, 공기 인공 근육(34')이 쿠션-타입 공기 실린더를 대신해 사용된다. 이 예의 경우에 있어서 상기 스프링(36)은 상기 2개의 플랜지 부분들(31, 32)(홀더 및 조작자에 대한 인터페이스)가 서로 떨어져서 누르도록 배치되는 한편, 상기 공기 인공 근육(34')은 상기 스프링력에 반대로 안내되는 장력을 행사한다. 나머지에 대하여, 도 4로부터의 배치는 도 2에 도시된 예와 동일한 방식으로 설계된다. 압력없는 상태에 있어서, 도 4로부터의 장치는 하지만 최대 편향의 끝 위치로 이동하고, 도 2로부터의 장치는 최소 편향(즉, 상기 플랜지 부분들(31, 32) 사이의 거리)의 끝 위치로 이동하는데, 이것은 안전 문제들에서 유리할 수 있다.
매우 일반적으로 말해서, 본 발명에서 청구된 장치의 장점은 그 중에서도 에너지 손실의 경우에 있어서, 상기 시스템이 시작 위치로 돌아오고 또한 그럼에도 불구하고 수동적으로 움직일 수 있게 남아 있다. (예. 용인할 수 있는 최대 힘을 초과하기 때문에) 긴급 셧다운된 후에도 상기 장치는 수동적으로 계속 보충하고 어떠한 가능한 압축된 부분들은 해제될 수 있다.
도 5는 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치의 다른 예의 간단한 도시를 보여준다. 도 5로부터 도시된 상기 핸들링 장치(능동 플랜지)는 도 2 내지 도 4에 도시된 예들과 비교하여 자유도 3, 소위 하나의 병진 자유도(상기 쿠션-타입 공기 실린더들(34a, 34, 34c)의 긴 축들의 방향으로의 변위) 및 2개의 회전 자유도(상기 쿠션-타입 공기 실린더들(34a, 34, 34c)의 긴 축들에 대하여 수직으로 놓여 있는 2개의 회전 축들 주위로의 틸팅)를 가진다. 자유도 3의 경우에 있어서, 이 경우에 있어서 상기 핸들링 장치의 중심 축 주위로 고르게 배치되어 있는 3개의 정지-마찰없는 공기 선형 엑츄에이터들(34a, 34, 34c)을 가지는 것이 필요하다. 예를 들어, 상기 정지-마찰없는 공기 선형 엑츄에이터들의 활성화과 같은, 상기 핸들링 장치의 나머지 설계는, 원리적으로 도 2 내지 도 4로부터의 예들과 동일하다. 상기 정지-마찰없는 가이드 장치(35)는 또한 도 4로부터의 예와 실질적으로 동일한 방식으로 만들어지지만(이 경우에 있어서, 장력 스프링(36')은 상기 쿠션-타입 공기 실린더를 위한 복원력을 생성하는 데 사용됨), 상기 가이드 섀프트(352)는 상기에서 언급된 틸팅 운동이 가능하게 하기 위해, (상기 홀더(32)를 형성하는) 상기 상단 플랜지 부분에 경고하게 연결되지 않고, 예를 들어 볼 조인트 또는 카르단 조인트(Cardan joint, 미도시)를 이용해 연결된다. 응용에 따라서는, 상기 조인트는 (현재 예에서와 같이) 상기 상단 플랜지 부분의 틸팅 움직임들만 가능하고 회전이 되지 않도록 회전가능하게 고정될 수 있다.
복원력은 원칙적으로 스프링에 의해 생성되어야 하는 것은 아니고, 제2 정지-마찰없는 공기 선형 엑츄에이터에 의해 제공될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 도 2로부터 예에 있어서, 상기 쿠션-타입 실린더에 평행하게 배치되는 공기 인공 근육(PAM, 도 4 참조)은 또한 상기 스프링(36) 대신 사용될 수 있다. 이것의 대체로서, 이중-작동 정지-마찰없는 공기 실린더의 사용 또한 가능하다.
도 6에서, 본 발명의 일 예에서 청구되는 핸들링 장치의 조절이 상세하게 설명된다. 도 6a는 본 발명의 일 예에서 청구되는 (조절된) 접촉력 진행을 보여주고, 도 6b는 이 경우에 있어서 실제로 정지-마찰없는 방식으로 상기 실린더 안에서 슬라이드하는 피스톤들을 가지는 이중-작동 공기 실린더(81)인, 상기 핸들링 장치를 구동하는 엑츄에이터의 제어 수단(80)(조절 장치, controller)의 대략적인 도시를 보여준다. 도 6c는 수동(제어되지 않는) 경우에 있어서 매우 편평한 상기 핸들링 장치의 힘-변위 특성 곡선의 장점을 보여주는데, 상기 작업편에 접촉하는 충격력들은 매우 작다.
도 6a에 있어서, 상기 핸들링 장치(30)에 의해 상기 작업편에 행사되는 힘 F(t)가 시간의 진행에 따라 도시되어 있는데, 상기 힘 F는 상기 핸들링 장치(30)와 상기 작업편(50)(도 1 참조) 사이에 접촉이 없을 때 최소값 F0으로 조절된다. 상기 최소값 F0는 거의 0일 수 있고, 상기 핸들링 장치(30)가 완전히 신장된 (또는, 힘의 방향에 따라서는 완전히 수축된) 채로 남아 있기에 충분히 크다, 이러한 상태에 있어서, 접촉 감시는, 접촉이 생성될 때, 상기 접촉력의 조절을 활성화시키고 또한 능동적이 된다. 도 6a에 도시된 예에 있어서, t<t0 및 t>t3 순간들에서 상기 핸들링 장치(30)와 상기 작업편(50) 사이에는 접촉이 없고 (더욱 상세하게는, 상기 핸들링 장치에 장착된 상기 도구(40)를 이용해 간접적으로 접촉이 발생하고) 또한 공기 제어 수단(80)은 정지단에 대하여 최소 힘 F0으로 상기 핸들링 장치(도 2 참조)의 홀더(32)를 고정한다. 현재 예에 있어서, 접촉은 t0 순간에 인식된다. 가능한 한 접촉을 "보충"하는 것을 보장하기 위해, 매우 작은 시작 힘 F0 (이상적으로는 0)가 필요하고, 접촉이 인식되기만 하면, 상기 핸들링 장치(30)의 홀더(32)는 더 이상 정지단에 대해 있지 않고 상기 접촉력은 개별적인 접촉 태스크(예. 마감, 연마 등)에 필요하거나 원하는 필요한 힘 FREQUIRED까지 선형적으로 증가된다. 최소 힘 F0로부터 필요한 힘 FREQUIRED까지 힘에 있어서의 증가는 정의된 시간 간격 TR 안에서 일어난다. 현재의 예에 있어서, 상기 필요한 힘은 t1 순간에 획득되고 상기 작업편(50)은 상기 핸들링 장치에 의해 프로세싱(또는 다른 방식으로 핸들링)된다. 이후자 동안, 상기 제어 수단(89)에 의한 접촉 감시는 가능한 접촉 손실을 인식하기 위해 다시 능동적이 된다.
현재 예에 있어서, 이러한 접촉 손실은 t2 순간에 발생한다. 이에 대한 반응으로서, 상기 핸들링 장치(30)의 홀더(32)는 상기 정지단에 대해 움직이고, 가능한 한 "보충"하는 방식으로 다시 새로운 접촉을 발전시키기 위해, 상기 제어 수단은 힘을 시간 간격 TR 안에서 상기 필요한 힘 FREQUIRED으로부터 상기에서 언급한 최소 힘 F0까지 감소시킨다. 현재 경우에 있어서, 접촉 후 램프가 형성되는 증가 및 접촉 손실 후 힘에 있어서 램프가 형성되는 하강은 (양 경우 다 TR에 있어서) 동일한 길이이다. 응용에 따라서, 접촉 손실시 힘에 있어서의 하강은 또한 보다 빠르게 발생될 수 있다(예. 공기 실린더의 압력없는 스위칭을 이용해 가능한 한 빨리 배출되는 힘).
도 6c는 상기에서 언급한, 힘-변위 특성 곡선을 이용해 상기 핸들링 장치와 상기 작업편 사이의 부드러운 접촉을 보여준다. 상기 핸들링 장치의 이 수동(즉, 조절되지 않는) 힘-변위 특성 곡선은 상기에서 언급한 핸들링 장치의 적절한 기계적인 구조를 이용해 매우 편평한 방식(연속적인 특성 곡선)으로 설정될 수 있다. 예를 들어 단지 3 N/mm의 변위의 값들을 획득하는 것이 가능할 것이다. 이와 비교하여, 알려진 힘이 조절되는 시스템들은 상대적으로 강성이고 또한 예를 들어 갑작스러운 움직임들 또는 충격들과 같은, 매우 빠른 (즉, 고주파) 방해들의 경우에 있어서는 충분히 빠르게 반응할 수 없는데, 이는 조절된 드라이브 트레인은 소정의 관성을 가지고, 대응하는 반응 시간으로 귀결되기 때문이다. (예를 들어, 표준 산업용 로봇들과 같은) 강성 시스템들의 경우에 있어서, 가장 작은 변위들 Δs는, 너무 빠르게 영향을 받으면, 결과적으로 힘에 있어서 높은 증가 Δfrob로 귀결되고, 본 발명에서 청구되는 핸들링 장치는, 그 편평한 특성 곡선 때문에, 힘에 있어서 대략 무시할 수 있을 만큼 작은 변화 Δfflange를 가져오고 또한 상기 힘의 조절은 접촉이 인식되기만 하면 부드럽게 삽입된다.
접촉 인식 및 접촉 손실 인식에 대한 서로 다른 가능성들의 상세사항들은 이하에서 주어진다. 상기에서 언급한 최소 힘 F0 및 필요한 힘 FREQUIRED는 언제나 동일한 진행 부호(preceing sign)를 가지고 상기 홀더(32)는 접촉 손실이 있을 때 언제나 개별적인 정지단에 대해 이동한다. 상기 끝 위치는 예를 들어 변위 센서(63)(도 2 참조)를 이용해 인식될 수 있다. 상기 핸들링 장치(30)의 홀더(32)가 정지단에 위치될 때, 이로부터 매번 상기 핸들링 장치(30)와 상기 작업편(50) 사이에 접촉이 없다는 것이 추측될 수 있다. 상기 상태(정지단에 대한 홀더(32))로부터 전진할 때, 상기 조작자 인터페이스(31)와 관련하여 상기 홀더(32)가 상기 필요한 힘 FREQUIRED에 반대로 접촉이 검출된다(예를 들어 상기 변위 센서(63)에 의해 검출되는 위치에 있어서의 변화). 그 순간 힘이 최소 값 F0으로 조절되고 또한 공기 엑츄에이터가 기본적으로 타고난 연성을 가지기 때문에, 상기 접촉은 매우 부드럽고 상기 핸들링 장치(30)와 상기 작업편(50) 사이에 갑작스런 움직임들은 없다.
예를 들어, 상기 핸들링 장치(30)의 홀더(32)의 속도에 있어서의 변화가 미리 결정될 수 있는 가속도 값을 초과할 때마다, 접촉 손실이 인식된다. 접촉 손실의 순간 상기 조작자 인터페이스(31)에 대한 상기 홀더(32)의 속도가 저장된다. (정지단이 접근하지 않고) 상기 속도가 다시 이하로 떨어지면, 다시 접촉이 인식된다. 속도에 있어서의 변화는 변위 센서(62)를 이용해 또는 가속도 센서를 이용해 측정될 수 있다.
많은 실제 응용들에서 발생하는 문제는, 이상적이지 않은 상기 쿠션-타입 공기 실린더 또는 공기 인공 근육 및 스프링의 힘-변위 특성 곡선들로부터 귀인한다(도 7의 특성 곡선 도 참조). 스프링들은 일반적으로 편향이 증가함에 따라 (긴장해제 상태로부터) 선형적으로 증가되는 복원력을 가지는 한편, 쿠션-타입 공기 실린더들 (뿐만 아니라 공기 인공 근육)은 주어진 내부 압력에서 심하게 비선형성을 가지는 하강 특성 곡선을 가진다. 도 2 또는 도 3으로부터 예는 아래에서 살펴본다. 지속 상태에서, 접촉되는 표면에 작용하는 접촉력은, 상기 쿠션-타입 공기 실린더(34)의 힘 FB와 상기 스프링(36)의 복원력 FK 사이의 차이와 동일하다. 하지만, 외부 접촉력이 0인 경우에 있어서, 상기 핸들링 장치의 조정 경로(편향)은, 상기 스프링 특성 곡선과 상기 엑츄에이터 힘 특성 곡선 사이의 교차점의 좌측에 놓여 있는 상기 힘-변위 특성 곡선의 범위로 한정된다. 접촉력이 0보다 더 클 때, 최대 조정 경로는 이에 대응하여 더 작아진다. 상기 선형 엑츄에이터의 이론적으로 가능한 최대 상승을 실제로 이용할 수 있도록 하기 위해, 상기 스프링 특성 곡선이 하강 특성 곡선(변형된 특성 곡선 FK' 참조)을 가지는 것이 바람직할 것이다. 이상적인 경우에 있어서, 상기 스프링 특성 곡선은 상기 엑츄에이터 힘 특성 곡선과 동일한 형태를 가질 것이다. -이 경우에 있어서는 압력에 있어서의 변화들을 이용해 조정가능한 - 상기 특성 곡선들 사이의 오프셋은, 상기 특성 곡선들이 이러한 방식으로 맞게 변형되면, 상기 엑츄에이터의 편향에 독립적으로 생성될 수 있는 접촉력에 대응한다.
도 8은 간단한 운동 배치를 이용해, 어떻게 스프링 힘 특성 곡선이 적어도 대략적으로 엑츄에이터의 특성 곡선으로 변형되는지에 대한 가능성을 보여준다. 도 8에 도시된 메카니즘의 경우에 있어서, 상기 베어링들(361, 362)은 플랜지 부분(예를 들어 조작자에 대한 인터페이스(31))에 견고하게 연결되고 또한 상기 연결 막대(363)의 상단은 다른 플랜지 부분(예를 들어 상기 도구를 위한 홀더(32))에 연결된다. 가이드 레버(364)는, 예를 들어 L자형인데, 상기 베어링(362) 상에 피봇가능하게 장착된다. (대략적으로 선형 특성 곡선을 가지는) 상기 스프링(36)은 상기 가이드 레버(364)의 레그의 말단과 상기 베어링(361) 사이에 고정된다. 상기 연결 막대(363)는 상기 가이드 레버(364)의 다른 레그의 말단과 상기 제2플랜지 부분 사이에 배치된다. 상기 2개의 플랜지 부분들(31, 32) 사이의 간격은 도 8의 참조부호 hP를 이용해 도시되어 있다. 간격 hP에 종속하여 판들 사이에서 작용하는 상기 복원력의 힘-변위 특성 곡선은 도 9b에 도시되어 있다. 도 9a는 상기 스프링의 길이와 상기 간격 hP 사이의 관계를 도시하고 있다. 도 8b에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 8에 도시된 시스템의 힘-변위 특성 곡선은, 스프링과 가이드 메카니즘에 의해 만들어지고, 쿠션-타입 공기 실린더 또는 공기 인공 근육의 힘-변위 특성 곡선과 동일하고, 그 결과 정지-마찰없는 공기 선형 엑츄에이터의 가능한 상승 또한 훨씬 더 좋은 방식으로 사용될 수 있다.
상기 정지-마찰없는 설계의 결과, 본 발명에서 청구하는 핸들링 장치는 또한 접촉력에 대한 "보충" (즉, 연성) 센서 유닛으로서만 작동될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 도구의 위치시킴은 상기 조작자(도 1의 조작자(20) 참조)에 의해 부분적으로 또는 배타적으로 일어난다. 이 경우에 있어서, "혼합 모드" 및 "센서-가이드 모드" 모두 가능하다. "혼합 모드"에 있어서, 작고 높은 주파수 위치들의 변형 및 힘의 조절은 상기 핸들링 장치에 의해 추측되고, 큰-영역, 더 높은 랭킹 운동 (대충의 위치시킴)은 조작자에 의해 보장된다. "센서-가이드 모드"에 있어서, 핸들링 장치는 수동 센서 유닛으로서 작동하고 조절 작업은 상기 조작자에 의해 추측된다. 이러한 센서 유닛의 연성은 그럼에도 불구하고 힘이 실질적으로 갑작스런 움직임 없는 방식으로 조절되는 것을 허용한다. 순수한 센서 모드에 있어서, 상기 장치의 연성, 즉 힘-변위 성능 특성 (또한 임피던스로 지칭됨) 또한 능동적으로 조정가능하고 개별적인 응용에 맞게 변형될 수 있다.
접촉력 및/또는 조작자의 말단 이펙터 플랜지와 관련된 도구의 위치에 관하여 핸들링 장치를 이용해 판단되는 정보(측정 데이터)는 두가지 경우들("혼합 모드" 뿐만 아니라 "센서-가이드 모드" 동안) 모두에서 조작자의 드라이브(또는 드라이브 유닛들)로 피드백된다. 이와 대조적으로, "독립형 모드"에 있어서, 상기 핸들링 장치는 상기 조작자와 독립적으로 작동하고 상기 핸들링 장치를 이용해 판단되는 측정 데이터의 상기 드라이브 제어 수단 또는 상기 조작자의 드라이브 조절 수단으로의 피드백은 없다. 상기 조작자는 (예를 들어 상기 작업편에 상기 도구를 위치시키기 위한) 미리 결정된 운동을 실행한다. 정확한 제어 및 힘의 조절은, 상기에서 언급한 바와 같이, 상기 조작자에 독립적으로, 상기 핸들링 장치에 의해 추측된다.
상기 복원 스프링 및 상기 정지-마찰없는 선형 엑츄에이터의 본래의 탄성의 결과로서, (능동 플랜지와 같은 모드에서 및 순수 측정 모드에서 모두) 상기 핸들링 장치는, 접촉력에 있어서의 갑작스런 증가로 귀결되고 보통 로봇 조절 수단은 이를 보상할 수 없는, 갑작스런 움직임들, 충격들 및 유사한 단기간 이벤트들로부터 상기 조작자를 보호한다.
상기 힘 측정의 정확도를 증가시키기 위해, 적재 셀은 선형 엑츄에이터 및 플랜지 부분(31 또는 32) 사이에 배치될 수 있어, 상기 힘은 (예를 들어 운동 방향, 압력 및 편향으로부터) 산술적 방식으로 결정될 뿐만 아니라, 직접 측정될 수 있다.
본 발명의 일 예는 물체들을 핸들링하거나 또는 조작자, 예를 들어 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같은 상기 조작자에 배치되는 핸들링 장치 뿐만 아니라 물체 또는 표면에 접촉이 일어나는 도구를 가지는 표면들을 프로세싱하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 상기 핸들링 장치를 이에 대응하여 편향시키는 것에 의해 상기 도구를 위치시켜 접촉 힘이 미리 결정된 필요한 값에 대응시키는 단계를 포함하는데, 이것은 상기 필요한 값이 상기 조작자의 위치에 종속되도록 하는 것이 가능하다. 상기 방법은 상기 물체를 핸들링(예를 들어 위치시킴, 적재 등)하거나 또는 표면을 프로세싱(예를 들어 연마, 마감, 등)하는 단계를 추가적으로 포함한다. 이 경우에 있어서, 상기 핸들링 장치를 이용해 결정되는 접촉력 및 상기 도구의 위치는 상기 핸들링 또는 프로세싱 작업 동안 연속적으로 감시되고 이때 필요하면 기록된다. 결과적으로, 프로세싱 리포트가 모든 작업편에 대해 준비될 수 있고 또한 상기 작업편은 이에 대응하여 (예를 들어 소정의 힘의 오차들이 프로세싱 또는 핸들링 동안 계속된다면 B 등급 제품으로) 분류될 수 있다.
본 발명에 청구된 핸들링 장치의 몇몇의 중요한 측면들은 예로서 아래에 요약된다.
자동 접촉 태스크들에 적절한 핸들링 장치(능동 플랜지)는 상기 핸들링 장치를 상기 조작자에 해제가능하게 또는 고정적으로 연결하기 위한, 기계적 인터페이스로서 제1플랜지 부분 뿐만 아니라 상기 제1플랜지 부분과 관련하여 이동가능하고 도구를 수신하기 위한 홀더로서 실현되는 제2플랜지 부분을 포함한다. 적어도 하나의 기어없는, 정지-마찰없는 조정 요소는 상기 제1플랜지 부분과 관련하여 상기 홀더를 위치시키기 위해 기능하다. 이에 더하여, 센서 장치는 직접 또는 간접적으로 상기 적어도 하나의 조정 요소에 작용하는 상기 힘을 결정하기 위해 제공된다. 마지막으로, 조절 장치는, - 상기 홀더 상에 장착되는 도구와 표면 사이의 접촉 시 - 미리 결정될 수 있는 힘 진행에 따라 접촉력의 조절을 보장한다.
이에 더하여, 기계적 가이드 장치는, (예를 들어, 롤러 베어링 또는 공기-쿠션 베어링을 이용해) 정지 마찰 없이 장착되는데, 상기 2개의 플랜지 부분들 사이에 배치될 수 있다. 상기 기계적 가이드 장치는 상기 적어도 하나의 조정 요소에 의해 조정될 수 있는 자유도를 제외한 모든 기계적 자유도를 막는다. 하나의 단일 자유도 이벤트에 있어서, 예를 들어 회전가능하게 고정된 섀프트 가이드는 상기 조정 요소의 이동에 대응하는 하나의 병진 자유도까지 모든 자유도를 막을 수 있다.
상기 핸들링 장치는 추가적으로 상기 정지-마찰없는 조정 요소의 힘의 효과에 반대로 안내되는 상기 2개의 플랜지 부분들 사이에서 복원력을 생성하는 스프링 요소를 가질 수 있다. 상기 핸들링 장치에 의해 외부 몸체(예를 들어 상기 작업편)에 행사되는 순 힘은 상기 엑츄에이터 힘과 상기 스프링의 복원력 사이의 차이에 따라 대응한다.
기어없는 정지-마찰없는 조정 요소 뿐만 아니라 상기에서 언급된 스프링 요소 각각은 특징적인 힘-변위 특성 곡선을 가진다. 단순한 스프링의 경우에 있어서, 상기 특성 곡선은 선형적으로 증가되고, 공기 엑츄에이터의 경우에 있어서, 그것은 감소되고 압력에 따라 변한다. 상기 특성 곡선들은 함께 상기 핸들링 장치의 탄성 성능 특성을 결정한다(즉, 순 힘 대 상기 조작자와 관련된 홀더의 위치). 상기 조절 장치는 상기 조정 요소(또는 조정 요소들)의 힘-변위 특성 곡선을 조정하는 목적으로 실현되어, 상기 핸들링 장치는 미리 결정된 탄성 성능 특성을 가질 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 상기 조정 요소는 피스톤없는 공기 엑츄에이터, 정지-마찰없는 공기 실린더 또는 전기적 기어없는 직접 드라이브일 수 있다. 상기 전기적 직접 드라이브의 경우에 있어서, 압력에 따라 변하는 힘-변위 특성 곡선 대신 전류에 따라 변하는 힘-변위 특성 곡선이 있다.
상기 스프링 요소의 상기 힘-변위 특성 곡선을 적어도 대략적인 방식으로 상기 엑츄에이터의 특성 곡선에 맞게 변형하기 위해, 상기 스프링의 외부로 향하는 유효한 힘-변위 특성 곡선은 운동 배치(즉, 레버 메카니즘)에 의해 상기 정지-마찰없는 공기 조정 요소의 힘-변위 특성 곡선에 맞게 변형될 수 있다.
상기 센서 장치는 상기 개별적인 조정 요소의 길이를 측정하기 위해 각각의 조정 요소를 위한 위치 센서를 가질 수 있다. 이것의 대체로서, 상기 제1플랜지 부분과 관련하여(즉, 상기 조작자에 대한) 상기 홀더의 위치를 결정하는 목적으로 실현되는 센서를 제공하는 것이 가능하다.
공기 엑츄에이터들의 경우에 있어서, 상기 센서 장치는 상기 적어도 하나의 조정 요소의 측정 길이로부터 및 상기 조정 요소에 퍼져 있는 압력으로부터 상기 제1플랜지 부분과 관련하여 상기 홀더의 위치 뿐만 아니라 상기 조정 요소에 작용하는 힘을 계산하는 목적으로 실현될 수 있다.
물 속에서 응용들을 위해 또는 공기 흐름들이 성가신 일인 응용들을 위해, 상기 공기 조정 요소의 배출 공기 덕트는 상기 배출 공기를 상기 핸들링 장치로부터 멀리 안내하는 호스에 연결될 수 있어, 공기 흐름들이 상기 장치 주변에서 발생하지 않을 수 있다. 이에 더하여, 상기 핸들링 장치는 물 및/또는 먼지의 진입에 대하여 밀봉될 수 있다.
본 발명의 다른 예는 적어도 하나의 자유도를 가지는 조작자, 상기에서 언급한 조작자에 고정되는 핸들링 장치, 및 접촉 태스크들을 위해 상기 핸들링 장치에 배치되는 도구를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 이에 더하여, 상기 도구에 의해 작업편에 행사되는 힘을 조절하기 위한 조절 유닛이 제공되는데, 이때 상기 조절 유닛은 상기 조작자를 이용해 상기 작업편을 대충 위치시키고 또한 상기 핸들링 장치를 이용해 정확한 위치시킴 및 힘의 조정을 수행하는 목적으로 실현된다.
이것의 대체로서, 상기 핸들링 장치는 센서 유닛으로 순수하게 수동적인 방식으로 작동되고 상기 힘은 상기 조작자의 드라이브를 이용해서만 조절된다. 양 경우들에 있어서, 상기 핸들링 장치의 조정가능한 탄성을 이용해 상기 작업편과 상기 조작자의 관성 질량 사이의 기계적 결합해제가 있다.

Claims (26)

  1. 핸들링 장치를 조작자에게 해제가능하게 또는 고정적으로 연결하기 위한 기계적 인터페이스(31);
    도구를 수신하기 위해, 상기 인터페이스(31)와 관련하여 이동가능한, 홀더(32);
    상기 인터페이스와 관련하여 상기 홀더를 조작자에게 위치시키기 위해, 공기 실린더 또는 공기 근육의 적어도 하나의 기어없는, 정지 마찰력없는 조정 요소;
    상기 적어도 하나의 조정 요소에 작용하는 힘을 직접 또는 간접적으로 결정하기 위한 센서 장치; 및
    상기 핸들링 장치와 소정의 표면 사이에 접촉이 없는 한 정지단에 대하여 조정가능한 최소 힘(F0)으로 상기 홀더를 누르고,
    상기 핸들링 장치와 소정의 표면 사이에 접촉이 있을 때 미리 결정될 수 있는 힘 진행에 따라 접촉력을 조절하고, 이때 접촉이 인식되기만 하면, 상기 접촉력은 상기 최소 힘(F0)으로부터 미리 결정될 수 있는 필요한 힘(FREQUIRED)까지 증가되는 것을 목적으로 실현되는 조절 장치(controller)를 포함하되,
    상기 센서 장치는 상기 인터페이스(31)와 상기 홀더(32) 사이의 상대적인 위치를 측정하기 위한, 변위 센서(63)를 가지고,
    상기 조절 장치는 상기 홀더(32)가 상기 인터페이스(31)와 관련하여 상기 최소 힘(F0)의 방향과 반대로 이동될 때 접촉을 인식하는 목적으로 실현되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조절 장치는 추가적으로 접촉 손실을 인식하고, 이에 대한 반응으로서 상기 조정 요소에 의해 제공되는 상기 필요한 힘(FREQUIRED)을 상기 최소 힘(F0)까지 감소시키기 위한 목적으로 실현되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉력을 상기 최소 힘(F0)으로부터 상기 필요한 힘(FREQUIRED)까지 증가시키거나 또는 상기 조정 요소에 의해 제공되는 힘을 상기 필요한 힘(FREQUIRED)으로부터 상기 최소 힘(F0)까지 감소시키는 것은 미리 결정될 수 있는 시간 간격들(TR) 안에서 선형적으로 발생되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 장치는 상기 인터페이스(31)와 상기 홀더(32) 사이의 상대적인 위치를 측정하기 위한, 변위 센서(63)를 가지고,
    상기 조절 장치는 상기 홀더가 상기 조정 요소에 의해 제공되는 힘의 결과로서 정지단을 향해 이동될 때 접촉 부족을 인식하는 목적으로 실현되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 조절 장치는 상기 인터페이스(31)와 관련하여 상기 홀더(32)의 속도에 있어서의 변화가 미리 결정된 임계값을 초과할 때 접촉 손실을 인식하는 목적으로 실현되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 접촉 손실이 인식될 때, 상기 인터페이스(31)와 관련하여 상기 홀더(32)의 속도는 저장되고, 상기 속도가 그 이하로 떨어질 때 접촉이 인식되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 핸들링 장치는 상기 홀더와 상기 인터페이스 사이에서 정지 마찰없는 방식으로 상기 조작자에 장착되는 기계적 가이드 장치를 추가적으로 가지는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 핸들링 장치는 상기 홀더 상에 상기 정지 마찰력 없는 조정 요소의 힘 작용에 반대로 가이드되는 복원력을 행사하는 스프링 요소를 추가적으로 가지거나, 상기 핸들링 장치는 이중-작용 공기 실린더를 가지는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 정지마찰없는 조정 요소 뿐만 아니라 상기 스프링 요소는 상기 핸들링 장치의 탄성 성능 특성을 함께 결정하는 힘-변위 특성 곡선들을 가지고, 상기 조절 장치는 상기 힘-변위 특성 곡선을 조정하여 상기 핸들링 장치가 미리 결정된 탄성 성능 특성을 가지는 목적으로 실현되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 조정 요소는 선형 엑츄에이터로서, 피스톤없는 공기 엑츄에이터, 정지 마찰없는 공기 실린더 또는 전기적, 기어없는 직접 드라이브 중 어느 하나인, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 장치는 상기 조정 요소의 길이를 측정하기 위한, 또는 상기 인터페이스와 관련하여 상기 홀더의 상기 조작자에 대한 위치를 측정하기 위한 조정 요소를 위한 위치 센서를 가지는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 센서 장치는 상기 조정 요소 뿐만 아니라, 상기 적어도 하나의 조정 요소의 측정된 길이로부터 및 상기 조정 요소에 퍼져 있는 압력으로부터, 상기 인터페이스와 관련하여 상기 홀더의 상기 조작자에 대한 위치에 작용하는 힘을 계산하는 목적으로 실현되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 스프링의 힘-변위 특성 곡선은 상기 정지 마찰력 없는 조정 요소의 힘-변위 특성 곡선에 부합하는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 조정 요소는 피스톤없는 공기 엑츄에이터 또는 정지 마찰없는 공기 실린더이고, 이때 상기 조정 요소의 배출 공기 덕트는 배출 공기를 상기 핸들링 장치로부터 멀어지도록 유도하는 호스에 연결되는, 자동 접촉 태스크들을 위한 핸들링 장치.
  16. 조작자, 상기 조작자에 배치되는 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 청구된 핸들링 장치 뿐만 아니라 물체 또는 표면에 접촉하는 도구를 가지고, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 인터페이스(31)와 상기 홀더(32) 사이의 상대적 위치를 측정하는 단계;
    조정 요소가 조정가능한 최소 힘을 제공하도록 조정 요소를 활성화시키고, 상기 도구와 상기 표면 사이에서 접촉이 있는지 여부를 감시하는 단계;
    상기 홀더(32)가 상기 인터페이스(31)와 관련하여 상기 최소 힘(F0)의 방향과 반대로 이동될 때 접촉을 인식하는 단계;
    상기 조작자를 이에 대응하여 활성화시키는 것에 의해 및/또는 상기 도구와 상기 표면 사이에서 접촉이 검출될 때까지 상기 핸들링 장치를 편향시키는 것에 의해 상기 도구를 위치시키는 단계;
    상기 조정 요소에 의해 제공되는 힘을 증가시켜 접촉력이 최소값으로부터 소정 시간 안에서 미리 결정된 필요한 값까지 증가되도록 하는 단계;
    물체를 핸들링하거나 상기 표면을 프로세싱하고 접촉 손실이 발생하는지 여부를 감시하는 단계; 및
    접촉 손실이 인식될 때 상기 조정 요소에 의해 제공되는 힘을 상기 최소힘까지 감소시키는 단계를 포함하는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 핸들링 또는 프로세싱 작업 동안, 상기 핸들링 장치에 의해 제공되는 측정된 값들로부터 결정되는 위치와 상기 접촉력을 기록하는 단계를 추가적으로 포함하는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 핸들링 또는 프로세싱 작업 동안, 상기 접촉력이 필요한 값 주위의 미리 결정된 오차 범위 안에 있는지 여부를 점검하는 단계를 추가적으로 포함하는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 접촉력은 상기 핸들링 장치의 편향에 의존하며, 상기 접촉력은 상기 핸들링 장치의 편향에 따라 미리 결정된 힘-변위 특성 곡선에 자동적으로 부합되는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 접촉력은 상기 최소힘(F0)으로부터 필요한 힘(FREQUIRED)까지 진행함에 있어 선형 방식으로 증가되는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 접촉력은 상기 최소힘(F0)으로부터 필요한 힘(FREQUIRED)까지 진행하는 미리 결정된 시간 간격 안에서 증가되는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 핸들링 장치가 정지단까지 이동할 때 접촉 부족 또는 접촉 손실이 인식되는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  23. 제 16 항에 있어서, 인터페이스(31)와 관련하여 상기 핸들링 장치의 홀더(32)의 속도에 있어서 변화가 미리 결정된 임계값을 초과할 때 접촉 손실이 인식되는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 접촉 손실이 인식될 때, 상기 인터페이스(31)와 관련하여 상기 홀더(32)의 속도가 저장되고, 상기 속도가 다시 그 이하로 떨어질 때 접촉이 인식되는, 표면들을 프로세싱하거나 또는 물체들을 핸들링하기 위한 방법.
  25. 적어도 하나의 자유도를 가지는 조작자, 상기 조작자에 고정된 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 청구된 핸들링 장치, 상기 핸들링 장치에 배치되는 접촉 태스크를 위한 도구뿐만 아니라 상기 도구에 의해 작업편에 행사되는 힘을 조절하기 위한 조절 유닛을 포함하여 구성되며,
    상기 조절 유닛은 상기 조작자를 이용해 상기 작업편을 대략의 위치에 위치시키게 되고, 상기 핸들링 장치를 이용해 정확한 위치시킴 및 힘의 조정을 수행하게 하는 유닛인, 시스템.
  26. 적어도 하나의 자유도를 가지는 조작자, 상기 조작자에 고정된 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 청구된 핸들링 장치, 상기 핸들링 장치에 배치되는 접촉 태스크를 위한 도구뿐만 아니라 상기 도구에 의해 작업편에 행사되는 힘을 조절하기 위한 조절 유닛을 포함하여 구성되며,
    상기 조절 유닛은 상기 조작자를 이용해 상기 작업편을 작업 위치에 위치시키고, 상기 핸들링 장치를 이용해 힘의 조정을 위해 필요한 힘 측정을 수행하게 하는 유닛이고,
    상기 핸들링 장치의 탄성 성능 특성은 필요한 값에 따라 조정가능한 것인, 시스템.
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