KR102305719B1 - 나사체결 장치 - Google Patents

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KR102305719B1
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Abstract

본 발명은 나사체결 장치에 관련된 것으로, 이 는 나사머리와 나사머리 드라이브와, 나사붙이 핀을 가지는 나사들의 저장 용기(101)와, 나사머리에 맞춰진 이펙터를 가져 이러한 나사를 취출 및 조작하도록 설계 및 구성된 로봇 조작기(103)와, 저장 용기(101)에 연결되어 각 나사머리가 이펙터에 근접 가능하도록 하는 방식으로 나사를 저장 용기(101)로부터 알려진 위치의 격리된 인터페이스에 제공하는 격리 유닛(102)과, 그리고 로봇 조작기를 제어/조정하는 제어 유닛(104)을 구비하고, 제어 유닛(104)은 다음 제1 제어 프로그램: 이펙터가 로봇 조작기에 의해 인터페이스에 제공된 나사의 나사머리로의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T)를 따라 안내되는데, 궤적(T)의 위치(RT1)들에 대한 궤적(T1)을 따라 이펙터의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이 규정되고, 나사머리를 이펙터에 취출하기 위해, 이펙터에 의한 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타내는, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 및/또는 회전 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과하거나, 및/또는 이펙터에 제공된 출력/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과될 때까지, 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동이 로봇 조작기에 의해 실행되는 제1 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된다.

Description

나사체결 장치
본 발명은 나사들이 저장 용기로부터 나사체결 장치의 나사체결 공구로 자동으로 이송되는 나사체결 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 자동화된 나사체결 공정, 특히 나사체결 공구에 의한 자동화된 나사 수용을 개선하는 것이며, 또한 후속되는 나사체결 공정의 신뢰성을 개선하는 것이다.
본 발명은 독립 청구항들의 특징들로부터 명확히 알 수 있다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 주제이다. 본 발명의 다른 특징, 가능한 응용, 이점들은 이하의 기재와, 또한 도면들에 도시된 본 발명의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명확히 알 수 있다.
본 발명의 첫 번째 국면(aspect)은 나사체결 장치에 관련된다. 본 발명 나사체결 장치(screwing device)는 나사머리(screw head)와 나사머리 드라이브(drive)와, 나사붙이 핀(threaded pin)을 가지는 나사들을 위한 저장 용기를 구비하고, 또한 나사머리 및 나사머리 드라이브에 맞춰져 이러한 나사를 취출(pick up), 조작(handle), 및 해방(release)하도록 설계 및 구성된, 이펙터(effector)를 가지는 로봇 조작기(robot manipulator)를 구비한다. 여기서 "맞춰진(adapted)"이라는 용어는 이펙터가 나사를 취출 또는 파지하고, 나사를 회전, 즉 나사에 토크를 전달하도록 구현되었음을 의미한다.
또한, 나사체결 장치는 저장 용기에 연결된 격리 유닛(isolating unit)을 구비하는데, 이는 저장 용기로부터의 나사들을 각 나사머리가 이펙터에 근접 가능하게 하는 방식으로 알려진 위치에 격리된 (기계적) 인터페이스에 제공한다. 나사머리는 바람직하기로 이펙터가 나사를 나사머리에서 파지 또는 취출하는 한 자유로이 근접 가능하다. 이펙터는 바람직하기로 나사머리를 취출 및/또는 파지하기 위한 파지(gripping) 장치 및/또는 자석 장치를 구비한다.
장치는 또한 로봇 조작기를 제어 및/또는 조정하는 제어 유닛을 더 구비하는데, 이 제어 유닛은 다음의 제1 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된다. 제1 제어 프로그램의 실행은, 인터페이스에 제공된 나사의 나사머리로의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T1)을 따라 이펙터가 로봇 조작기에 의해 안내되는데, 궤적(T1)의 위치(RT1)들에 대한 궤적(T1)을 따라 이펙터의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이 규정되고, 나사머리를 이펙터로 취출하기 위해, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값(limiting value) 조건(G1) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 및/또는 회전 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과하거나, 및/또는 이펙터에 제공된 출력/토크 시그니처 값(signature) 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과하여, 이펙터에 의한 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타낼 때까지, 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사(tilting) 운동 및/또는 병진(translating) 운동이 로봇 조작기에 의해 실행된다.
여기서 "궤적(trajectory)"이라는 용어는 경로 곡선, 특히 3차원 경로 곡선으로 이해되어야 한다.
여기서 "시그니처 값(signature)"이라는 용어는 이펙터에 의한 나사의 취출의 성공적인 완료를 식별하는 소정의 파라미터 데이터 세트의 관련 값들 및/또는 내부 한도값들 및/또는 소정의 시간 거동(예를 들어 시간 도함수로)을 가지는 소정의 데이터 세트를 기술한다. 이에 따라 "시그니처 값"은 파라미터들 및/또는 그 시간 거동을 기술한다. 그러므로 예를 들어 소정의 하중-시간 거동은 나사의 취출의 성공적인 완료를 규정할 수 있다.
이펙터의 회전 및 경사 운동은 바람직하기로 취출될 나사머리로부터 이펙터의 소정의 거리에서부터만 시작된다. 이 거리는 바람직하기로 0.1 내지 2 cm이다. 이 거리는 바람직하기로 나사머리의 크기에 좌우된다. 나사머리가 더 큰 크기를 가지면 이펙터의 하중 제어 회전 및 경사 운동은 바람직하기로 더 큰 거리에서 시작되고 그 역도 마찬가지다. 경사 운동은 바람직하기로 이펙터의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)에 대해 하나, 둘, 또는 세 경사운동 축들(tilting axes) 둘레로 이뤄지는데, 해당 경사 각도는 바람직하기로 목표 방향 Otarget,T1(RT1)에 대해 ± 1°, ± 2°, ± 5°, ± 7°, ± 10°, ± 12°, ± 15°까지의 각도 범위에 있다. 회전 운동은 바람직하기로 회전축 둘레로 주기적으로 이뤄지며, 바람직하기로 ± 1°, ± 2°, ± 5°, ± 7°, ± 10°, ± 12°, ± 15°의 회전 각도 범위에 있다. 경사 운동 및/또는 회전 운동은 바람직하기로 주기적 운동이다. 응용분야에 따라서는 회전 운동 및/또는 경사 운동과 병진 운동은 또한 비주기 운동 또는 비주기 및 주기 운동의 조합이 될 수도 있다. 경사 운동 및/또는 병진 운동은 바람직하기로 폐쇄된(closed) 운동이다. 여기서 폐쇄된 경사 운동은 이펙터의 방향 O(t)에 다음이 적용됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다: t0 < t1일 때 O(t0) = O(t1). 여기서 폐쇄된 병진 운동은 궤적 또는 궤적의 투영(projection)이 폐쇄된 곡선으로 결과됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 경사 운동/회전 운동/병진 운동은 바람직하기로 지속적으로 실행된다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예에서, 나사머리의 취출 동안 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴은 지속적으로 이루어져, 즉 이 경우 이펙터의 해당 운동이 중단되지 않는다. 병진 운동 패턴은 바람직하기로, 이펙터의 운동 경로 또는 적어도 그 투영이 폐쇄된 경로로 결과되는 폐쇄 운동 패턴이다. 경사 운동 역시 바람직하기로 폐쇄 운동인데, 여기서 이펙터는 시간(t0)에서 할당된 제1 방향 O(t0)로부터 다음이 적용된다: t0 < t1일 때 O(t0) = O(t1).
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예에서, 나사머리의 취출 동안 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴은 사이클로(cyclically) 이뤄져, 즉 이펙터의 해당 운동이 (운동-정지-운동-정지 등의) 단계별(step-by-step)로 이뤄진다. 한 바람직한 실시예에서는 운동 단계(phase)와 정지 단계가 동일한 시간 길이chronological length)이고, 다른 바람직한 실시예에서는 이들이 다른 시간 길이들이다.
본 발명 나사체결 장치는 인터페이스로부터 향상된 이점을 가지는 나사의 취출을 가능하게 한다.
본 발명에서 실행되는 병진 운동 패턴은 바람직하기로 지속적 또는 단계별 운동을 사용하여 주기적으로 이뤄진다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예는, 다음 제2 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된 제어 유닛을 특징으로 한다. 제2 제어 프로그램에 따르면, 이펙터에 의해 취출된 나사가 나사의 나사붙이 핀(threaded pin)의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)을 가지는 소정의 궤적(T2)을 따라 알려진 위치에 배치된 나사구멍(thread)으로 공차 대역(tolerance band) 이내로 안내되는데, 나사의 나사붙이 핀의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)은 궤적(T2)의 위치(RT2)에 대한 궤적(T2)을 따라 규정되고, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G4) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G5)에 도달 또는 초과하거나 및/또는 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과하여, 나사의 나사붙이 핀의 자유단이 나사구멍에 성공적으로 도입되었음을 나타낼 때까지, 나사의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴이 로봇 조작기에 의해 실행된다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예에서, 그 목표 방향 Otarget,T2(RT2)에 대한 나사붙이 핀의 경사 운동의 실행이 바람직하기로 지속적으로 이뤄져, 즉 이 경우 이펙터의 해당 운동이 중단되지 않는다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예에서, 회전 운동 및/또는 병진 운동의 실행이 바람직하기로 지속적으로 이뤄져, 즉 이 경우 이펙터의 해당 운동이 중단되지 않는다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예에서, 나사붙이 핀의 회전 운동 및/또는 병진 운동 및/또는 병진 운동 패턴의 실행이 바람직하기로 사이클로 이뤄져, 즉 이펙터의 해당 운동이 (운동-정지-운동-정지 등의) 단계별로 이뤄진다. 한 바람직한 실시예에서는 운동 단계와 정지 단계가 동일한 시간 길이이고, 다른 바람직한 실시예에서는 이들이 다른 시간 길이들이다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예는, 제어 유닛이 다음 제3 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된다. 이 (제3) 제어 프로그램에 따르면, 나사붙이 핀의 자유단의 나사구멍으로의 성공적인 도입 이후, 나사가 나사구멍에 성공적으로 체결되었음을 나타내는, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G6) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G7)에 도달 또는 초과하거나 및/또는 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과할 때까지, 나사의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 나사체결이 실행된다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예에서, 제어 유닛은 전술한 운동의 조정(regulation) 동안, 임피던스, 파일럿 제어력 나선(pilot control force spiral) 및/또는 목표 위치가 시간 변수임을 고려하는 방식으로 설계 및 구성된다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예는, 나사(들)가 강자성(ferromagnetic)이고 이펙터가 자성이어서, 나사의 이펙터 내의 취출 및 파지(holding)가 나사와 이펙터의 자력(magnetic attraction)에 의해 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예는, 나사의 이펙터 내의 취출 및 파지가 부분 진공의 결과로 이뤄지는 것을 특징으로 한다. 나사체결 장치는 이를 위해 해당 부분 진공 펌프를 구비하는데, 이는 이에 따라 제어 유닛에 의해 제어 및/또는 조정된다.
본 발명 나사체결 장치의 한 바람직한 실시예는, (예를 들어 인터넷, LAN(근거리통신망) 등의 데이터 통신망으로의 데이터 인터페이스를 구비하고, 나사체결 장치가 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 추가적 제어 프로그램들을 데이터 통신망으로부터 로딩하도록 설계 및 구성되는 것을 특징으로 한다. 나사체결 장치는 바람직하기로 이를 위한 데이터 인터페이스와 해당 프로그램 메모리를 가진다. 제어 프로그램들은 바람직하기로 각 데이터 통신망 내의 중앙 공급자에 의해 제공된다. 데이터 통신망은 바람직하기로 유선 통신망, 무선 통신망, 또는 그 조합이다.
나사체결 장치는 바람직하기로 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 추가적 제어 프로그램들에 대한 제어 및/또는 조정 파라미터들을 데이터 통신망으로부터 로딩하도록 설계 및 구성된다. 제어 및 조정 파라미터들은 해당 제어 프로그램의 특정한 응용을 규정한다. 제어 및 조정 파라미터들은 특히 해결될 문제에 맞춰진다. 나사체결 장치는 바람직하기로 이를 위한 해당 데이터 메모리를 가진다.
나사체결 장치는 바람직하기로 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 추가적 제어 프로그램들에 대한 제어 및/또는 조정 파라미터들을 체결장치의 수동 입력 인터페이스(예를 들어 체결장치의 영역 내에서 사용 가능한 인간-기계 인터페이스)를 통해 및/또는 로봇 조작기가 수동으로 안내, 즉 사용자에 의한 힘의 인가로 이동하는 "교시 과정(teach-in process)"을 통해 로딩하도록 설계 및 구성된다. 뿐만 아니라, 수동 입력 인터페이스와 로봇 조작기를 사용하여 수행되는 "교시 과정" 양자 모두 데이터 통신망으로부터 로딩한 제어 및 조정 파라미터들의 교정 및/또는 맞춤을 가능하게 한다.
체결장치는 바람직하기로, 데이터 통신망으로부터의 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및/또는 조정 파라미터들의 로딩이, 역시 그 데이터 통신망에 연결된 원격 스테이션에 의해 제어되도록 설계 및 구성된다. 이러한 원격 스테이션은 예를 들어 태블릿 PC, 스마트폰, 노트북, 퍼스널 컴퓨터 등이 될 수 있다. 원격 스테이션은 바람직하기로 중앙 공급자에 의해 운영된다.
나사체결 장치는 바람직하기로, 나사체결 장치 상에 로컬로 존재하는 제어 프로그램 및/또는 관련 조정 및 제어 파라미터들을 데이터 통신망 내의 사용자의 요청 및/또는 예를 들어 소정의 조건이 존재하면 자율적으로 데이터 통신망 내의 다른 사용자에게 전송하도록 설계 및 구성된다. 이러한 "사용자"는 원칙적으로 이 데이터 교환을 위해 구성된 어떤 처리 및/또는 메모리 유닛이 될 수 있다.
나사체결 장치는 바람직하기로, 나사체결 장치 상에 로컬로 로딩된 제어 프로그램이, 역시 데이터 통신망에 연결된 원격 스테이션으로부터 관련 제어 및 조정 파라미터들과 함께 시동하도록 설계 및 구성된다. 이러한 원격 스테이션은 예를 들어 태블릿 PC, 스마트폰, 노트북, 퍼스널 컴퓨터 등이 될 수 있다. 원격 스테이션은 바람직하기로 중앙 공급자에 의해 운영된다.
원격 스테이션 및/또는 나사체결 장치 상의 수동 입력 인터페이스는 바람직하기로 인간 기계 인터페이스를 구비하는데, 이는 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들을 입력; 및/또는 복수의 사용 가능한 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들로부터 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들을 선택하도록 설계 및 구성된다.
인간 기계 인터페이스는 바람직하기로 터치스크린 상의 "드랙앤드롭(drag and drop)" 입력, 안내되는 입력 대화(guided input dialogue), 키보드, 컴퓨터 마우스, 햅틱 입력 인터페이스, 가상현실 안경, 음성 입력 인터페이스, 인체 추적, 근전도(electromyography) 데이터 기반, 뇌파전위(electroencephalography) 데이터 기반, 운영자의 두뇌로의 신경 인터페이스, 또는 이들의 조합을 통한 입력을 가능하게 한다.
인체 기계 인터페이스는 바람직하기로 시청각, 햅틱, 후각, 촉각, 또는 전기 피드백 또는 이들의 조합으로 출력하도록 설계 및 구성된다.
본 발명의 다른 국면은 나사체결 장치를 작동하는 방법에 관련되는데, 나사체결 장치는: 나사머리와 나사머리 드라이브와, 나사붙이 핀을 가지는 나사들의 저장 용기와, 나사머리에 맞춰진 이펙터를 가져 이러한 나사를 취출 및 조작하도록 설계 및 구성된 로봇 조작기와, 저장 용기에 연결되어 이펙터가 각각의 나사머리로 접근할 수 있도록 저장 용기에 있는 나사들을 알려진 위치에 격리된 인터페이스에 제공하는 격리 유닛과, 그리고 로봇 조작기를 제어/조정하는 제어 유닛을 구비하고, 제어 유닛이 다음의 제1 제어 프로그램을 실행한다.
제1 제어 프로그램에 따르면, 인터페이스에 제공된 나사의 나사머리로의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T1)를 따라 이펙터가 로봇 조작기에 의해 안내되는데, 궤적(T1)의 위치(RT1)들에 대한 궤적(T1)을 따라 이펙터의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이 규정되고, 나사머리를 이펙터로 취출하기 위해, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 및/또는 회전 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과하거나, 및/또는 이펙터에 제공된 출력/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과하여, 이펙터에 의한 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타낼 때까지, 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동이 로봇 조작기에 의해 실행된다.
본 발명 방법의 한 바람직한 실시예에서, 나사머리의 취출 동안 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴은 지속적으로 이루어져, 즉 이 경우 이펙터의 해당 운동이 중단되지 않는다.
본 발명 방법의 한 바람직한 실시예에서, 나사머리의 취출 동안 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴은 사이클로 이뤄져, 즉 이펙터의 해당 운동이 (운동-정지-운동-정지 등의) 단계별로 이뤄진다. 한 바람직한 실시예에서는 운동 단계와 정지 단계가 동일한 시간 길이이고, 다른 바람직한 실시예에서는 이들이 다른 시간 길이들이다.
이 명세서에서"시그니처 값(signature)"이라는 용어는 취득된 힘과 토크의 특성 값 조합 및/또는 값 시퀀스(value sequence)에 사용되었다. 기재된 회전 및/또는 경사 운동은 바람직하기로 지속적으로 또는 단계별(step-by-step)로 이뤄지는 주기적 및/또는 폐쇄된 운동이다. 이와는 달리, 회전 및/또는 경사 운동이 비주기 운동일 수 있다. 비주기적 운동과 주기적 운동이 교번할 수 있다. 본 발명에서 병진 운동 패턴은 바람직하기로 지속적 또는 단계별 운동으로 주기적으로 실행된다.
방법의 한 바람직한 실시예는 제어 유닛이 다음의 제2 제어 프로그램을 실행하는 것을 특징으로 한다. 제2 제어 프로그램에 따르면, 이펙터에 의해 취출된 나사가 나사의 나사붙이 핀의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)을 가지는 소정의 궤적(T2)을 따라 알려진 위치에 배치된 나사구멍으로 안내되는데, 나사의 나사붙이 핀의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)은 궤적(T2)의 위치(RT2)에 대한 궤적(T2)을 따라 규정되고, 나사붙이 핀의 자유단이 나사구멍에 성공적으로 도입되었음을 나타내는, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G4) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G5)에 도달 또는 초과하거나 및/또는 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과할 때까지, 나사의 나사붙이 핀의 자유단을 나사구멍에 도입시키도록, 나사의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴이 로봇 조작기에 의해 실행된다.
본 발명 방법의 한 실시예에 따르면, 제어 유닛이 다음 제3 프로그램을 실행한다. 제3 제어 프로그램에 따르면, 나사붙이 핀의 자유단의 나사구멍으로의 성공적인 도입 이후, 나사가 나사구멍에 성공적으로 체결되었음을 나타내는, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G6) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G7)에 도달 또는 초과하거나 및/또는 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과할 때까지, 나사의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 나사체결이 실행된다.
여기서 나사붙이 핀의 자유단의 나사구멍으로의 "성공적" 도입은 나사가 나사구멍 내에 "포착(caught)"되어 나사의 나사구멍으로의 추가적 나사체결이 가능한 방식으로 나사가 나사구멍에 도입된 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 나사체결 장치가 데이터 통신망으로의 데이터 인터페이스를 구비하고, 나사체결 장치가 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 추가적 제어 프로그램들을 데이터 통신망으로부터 로딩하는 것을 특징으로 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 추가적 제어 프로그램들에 대한 제어 및/또는 조정 파라미터들을 데이터 통신망으로부터 로딩하는 것을 특징으로 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 나사체결 장치가 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 추가적 제어 프로그램들에 대한 제어 및/또는 조정 파라미터들을 체결장치의 로컬 입력 인터페이스 및/또는 그 동안 로봇 조작기가 수동으로 안내되는 "교시 과정"을 통해 로딩되는 것을 특징으로 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 데이터 통신망으로부터의 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들의 로딩이, 역시 그 데이터 통신망에 연결된 원격 스테이션에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 나사체결 장치 상에 로컬로 존재하는 제어 프로그램 및/또는 관련 조정 및 제어 파라미터들을 데이터 통신망 내의 사용자의 요청 및/또는 예를 들어 소정의 조건이 존재하면 자율적으로 데이터 통신망 내의 다른 사용자에게 전송하는 것을 특징으로 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 나사체결 장치 상에 로컬로 제공/로딩된 제어 프로그램들이, 역시 데이터 통신망에 연결된 원격 스테이션으로부터 관련 제어 및 조정 파라미터들과 함께 개별적으로 시동(start)되는 것을 특징으로 한다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 원격 스테이션 및/또는 나사체결 장치 상의 수동 입력 인터페이스가 인간 기계 인터페이스를 구비하는데, 여기서 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들의 입력; 및/또는 복수의 사용 가능한 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들로부터 제어 프로그램 및/또는 관련 제어 및 조정 파라미터들의 선택이 이뤄진다.
방법의 한 바람직한 실시예는, 인간 기계 인터페이스 입력이 터치스크린 상의 "드랙앤드롭(drag and drop)" 입력, 안내되는 입력 대화, 키보드, 컴퓨터 마우스, 햅틱 입력 인터페이스, 가상현실 안경, 음성 입력 인터페이스, 인체 추적, 근전도 데이터 기반, 뇌파전위 데이터 기반, 운영자의 두뇌로의 신경 인터페이스, 또는 이들의 조합을 통해 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 국면은 전자적으로 판독 가능한 제어 신호들을 가지는 디지털 저장 매체에 관련되는데, 이 제어 신호들은 전술한 방법이 실행되는 방식으로 프로그래밍 가능한 컴퓨터 시스템과 상호작용할 수 있다.
본 발명의 다른 국면은 기계 판독 가능한 반송체(machine-readable carrier) 상에 저장되는, 프로그램 코드가 데이터 처리 장치 상에서 실행되었을 때 전술한 방법을 수행하는 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램 제품에 관련된다.
본 발명의 다른 국면은 프로그램이 데이터 처리 장치 상에서 실행되었을 때 전술한 방법을 수행하는 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램에 관련된다. 이를 위해 데이터 처리 장치는 종래기술에 알려진 임의의 컴퓨터 시스템으로 설계될 수 있다.
(본 발명의) 다른 이점, 특징, 및 상세는 가능한 경우 도면을 참조하여 적어도 하나의 예시적 실시예를 상세히 기술한 이하의 설명으로부터 명확해진다. 동일, 유사, 및/또는 기능적으로 동등한 부분들은 동일한 참조번호가 부여되었다.
도 1은 본 발명 로봇의 매우 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명 방법의 매우 개략적인 흐름도이다.
도 1은 본 발명 나사체결 장치의 매우 개략적인 구성을 보인다. 나사체결 장치는 나사머리와 나사머리 드라이브와, 나사붙이 핀을 가지는 나사들의 저장 용기(101)와, 나사머리에 맞춰진 이펙터를 가져 이러한 나사를 취출 및 조작하도록 설계 및 구성된 로봇 조작기(103)와, 저장 용기(101)에 연결되어 각 나사머리가 이펙터에 근접 가능하도록 하는 방식으로 나사를 저장 용기(101)로부터 알려진 위치의 격리된 인터페이스에 제공하는 격리 유닛(102)과, 그리고 로봇 조작기를 제어/조정하는 제어 유닛(104)을 구비하고, 제어 유닛(104)은 다음 제1 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된다.
제1 제어 프로그램에 따르면, 이펙터가 로봇 조작기에 의해 인터페이스에 제공된 나사의 나사머리로의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T)를 따라 안내되도록 하는 방식으로 로봇 조작기를 작동시키는데, 궤적(T)의 위치(RT1)들에 대한 궤적(T1)을 따라 이펙터의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이 규정된다.
나사머리를 이펙터에 취출하기 위해, 이펙터에 의한 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타내는, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 및/또는 회전 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과하거나, 및/또는 이펙터에 제공된 출력/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과될 때까지, 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동이 로봇 조작기에 의해 실행된다. 이펙터의 하중 제어 회전 및 경사 운동은 바람직하기로 취출될 나사머리로부터 0.5cm의 소정의 거리에서 시작된다.
도 2는 나사체결 장치를 작동하는 본 발명 방법의 매우 개략적인 흐름도를 도시하는데, 체결 장치는: 나사머리와 나사머리 드라이브와, 나사붙이 핀을 가지는 나사들의 저장 용기와, 나사머리에 맞춰진 이펙터를 가져 이러한 나사를 취출 및 조작하도록 설계 및 구성된 로봇 조작기와, 저장 용기에 연결되어 각 나사머리가 이펙터에 근접 가능하도록 하는 방식으로 나사를 저장 용기로부터 알려진 위치의 격리된 인터페이스에 제공하는 격리 유닛과, 그리고 로봇 조작기를 제어/조정하는 제어 유닛을 구비한다.
제어 유닛은 다음 제1 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된다. 제1 제어 프로그램에 따르면, 이펙터가 로봇 조작기에 의해 인터페이스에 제공된 나사의 나사머리로의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T)를 따라 안내되고(단계 201), 궤적(T)의 위치(RT1)들에 대한 궤적(T1)을 따라 이펙터의 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이 규정되고, 나사머리를 이펙터에 취출(단계 202)하기 위해, 이펙터에 의한 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타내는, 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 및/또는 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 및/또는 회전 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과하거나, 및/또는 이펙터에 제공된 출력/토크 시그니처 값 및/또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과될 때까지, 이펙터의 하중 제어 및/또는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어 회전 운동 및/또는 경사 운동 및/또는 병진 운동이 로봇 조작기에 의해 실행된다.
(이상에서) 본 발명이 바람직한 예시적 실시예들에 의해 더 상세히 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 한정되지 않으며 당업계에 통상의 기술을 가진 자라면 본 발명의 보호 범위 너머로 확장하지 않고도 이로부터 다른 변형예들을 도출할 수 있을 것이다. 이에 따라 다양하게 가능한 변형들이 존재할 것이 명확하다. 예시적 실시예들은 실제로 단지 예들을 나타내며, 어떤 방식으로건 예를 들어 본 발명의 보호 범위, 가능한 응용, 또는 구성의 한정으로 해석되어서는 안 된다는 것도 명확하다. 그 대신, 이상의 기재와 도면의 설명은 당업계에 통상의 기술을 가진 자들 중의 하나가 예시적 실시예들을 구체적으로 구현할 수 있게 하고, 본 발명의 개시된 개념을 알게 된 당업계에 통상의 기술을 가진 자가 청구항들과 예를 들어 이 상세한 설명의 더 구체적인 설명과 같은 법적 등가물로 규정되는 보호 범위를 확장하지 않고도, 예를 들어 예시적 실시예에 기재된 기능 또는 구조에 대해 다양한 변경들을 수행할 수 있게 할 것이다.
101 저장 용기(storage container)
102 격리 유닛(isolating unit)
103 로봇 조작기(robot manipulator)
104 제어 유닛(control unit)
201, 202 방법 단계들(method steps)

Claims (12)

  1. 나사체결 장치에 있어서,
    - 나사머리와 나사머리 드라이브와, 나사붙이 핀을 가지는 나사들을 위한 저장 용기(101)와,
    - 상기 나사머리 및 나사머리 드라이브에 맞춰져 이러한 나사를 취출, 조작, 및 해방하도록 설계 및 구성된, 이펙터를 가지는 로봇 조작기(103)와,
    - 상기 저장 용기에 연결되고, 상기 이펙터가 각각의 나사머리로 접근할 수 있도록 상기 저장 용기(101)에 있는 상기 나사들을 알려진 위치에 격리된 인터페이스에 제공하는 격리 유닛(102)과
    - 상기 로봇 조작기(103)를 제어 또는 조정하는 제어 유닛(104)으로, 상기 제어 유닛(104)이 다음 제1 제어 프로그램:
    ¤ 상기 인터페이스에 제공된 상기 나사의 나사머리로의 목표
    방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T1)을 따라 상기 이펙터가 상기 로봇
    조작기에 의해 안내되는데, 상기 궤적(T1)의 위치(RT1)들에 대한 궤적(T1)을 따라 상기 이펙터의 상기 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이 규정되고, 상기 나사머리를 상기 이펙터로 취출하기 위해, 상기 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 또는 상기 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 또는 경사
    운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는
    초과하거나, 또는 상기 이펙터에 제공된 하중/토크 시그니처 값
    또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과하여, 상기 이펙터에
    의한 상기 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음
    을 나타낼 때까지, 이펙터의 하중 제어 또는 임피던스 제어 또는
    어드미턴스 제어 경사 운동 패턴이 로봇 조작기에 의해 실행되는
    제1 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성된 제어 유닛(104);
    을 포함하여 구성되는 나사체결 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛(104)이 다음 제2 제어 프로그램:
    - 상기 이펙터에 의해 취출된 상기 나사가 상기 나사의 나사붙이 핀의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)을 가지는 소정의 궤적(T2)을 따라 알려진 위치에 배치된 나사구멍으로 공차 대역 이내로 안내되는데, 상기 나사의 상기 나사붙이 핀의 상기 목표 방향 Otarget,T2(RT2)은 상기 궤적(T2)의 위치(RT2)에 대한 궤적(T2)을 따라 규정되고, 상기 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G4) 또는 상기 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G5)에 도달 또는 초과하거나 또는 상기 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과하여, 상기 나사의 나사붙이 핀의 자유단이 상기 나사구멍에 성공적으로 도입되었음을 나타낼 때까지, 상기 나사의 하중 제어 또는 임피던스 제어 또는 어드미턴스 제어 경사 운동 패턴이 상기 로봇 조작기(103)에 의해 실행되는,
    제2 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 유닛(104)이 다음 제3 제어 프로그램:
    - 상기 나사붙이 핀의 자유단이 상기 나사구멍으로 성공적으로 도입된 이후, 상기 나사가 상기 나사구멍에 성공적으로 체결되었음을 나타내는, 상기 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G6) 또는 상기 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G7)에 도달 또는 초과하거나 또는 상기 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과할 때까지, 상기 나사의 하중 제어 또는 임피던스 제어 또는 어드미턴스 제어 나사체결이 실행되는,
    제3 제어 프로그램을 실행하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    데이터 통신망으로의 데이터 인터페이스를 구비하고, 상기 나사체결 장치가 상기 제1, 제2, 제3 또는 추가적 제어 프로그램들 중에서 선택하여 상기 데이터 통신망으로부터 로딩하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 또는 추가적 제어 프로그램들 중에서 선택된 프로그램에 대한 제어 또는 조정 파라미터들을 상기 데이터 통신망으로부터 로딩하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 또는 추가적 제어 프로그램들 중에서 선택된 프로그램에 대한 제어 또는 조정 파라미터들을 상기 체결장치의 수동 입력 인터페이스를 통해 또는 상기 로봇 조작기가 수동으로 안내되는 동안의 "교시 과정"을 통해 로딩하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 데이터 통신망으로부터의 상기 제어 프로그램 또는 관련 제어 또는 조정 파라미터들의 로딩이, 또한 그 데이터 통신망에 연결된 원격 스테이션에 의해 제어되도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 나사체결 장치 상에 로컬로 존재하는 제어 프로그램 또는 관련 조정 및 제어 파라미터들을 상기 데이터 통신망 내의 사용자의 요청 또는 자율적으로 상기 데이터 통신망을 통해 다른 동등한 장치 또는 수신자에게 전송하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 나사체결 장치에 로컬로 로딩된 제어 프로그램이, 역시 그 데이터 통신망에 연결된 원격 스테이션으로부터 관련 제어 및 조정 파라미터들을 사용하여 시동하도록 설계 및 구성되는 나사체결 장치.
  10. 나사체결 장치를 작동하는 방법으로, 상기 나사체결 장치가,
    - 나사머리와 나사머리 드라이브와, 나사붙이 핀을 가지는 나사들을 위한 저장 용기와,
    - 상기 나사머리 및 나사머리 드라이브에 맞춰져 이러한 나사를 취출, 조작, 및 해방하도록 설계 및 구성된, 이펙터를 가지는 로봇 조작기와,
    - 상기 저장 용기에 연결되고, 상기 이펙터가 각각의 나사머리로 접근할 수 있도록 상기 저장 용기에 있는 상기 나사들을 알려진 위치에 격리된 인터페이스에 제공하는 격리 유닛과,
    - 상기 로봇 조작기를 제어 또는 조정하는 제어 유닛을 포함하여 구성되고,
    상기 제어 유닛이 다음 제1 제어 프로그램:
    ¤ 상기 인터페이스에 제공된 상기 나사의 나사머리로의 목표
    방향 Otarget,T1(RT1)을 가지는 궤적(T1)를 따라 상기 이펙터가 상기
    로봇 조작기에 의해 안내되는데, 상기 궤적(T1)의 위치(RT1)들에
    대한 궤적(T1)을 따라 상기 이펙터의 상기 목표 방향 Otarget,T1(RT1)이
    규정되고, 상기 나사머리를 상기 이펙터로 취출하기 위해, 상기 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 또는 상기 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 또는 경사 운동
    패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과
    하거나, 또는 상기 이펙터에 제공된 하중/토크 시그니처 값 또는 위치
    /속도 시그니처 값에 도달하거나 초과하여, 상기 이펙터에 의한 상기
    나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타낼
    때까지, 이펙터의 하중 제어 또는 임피던스 제어 또는 어드미턴스
    제어 경사 운동 패턴이 로봇 조작기에 의해 실행되는
    제1 제어 프로그램을 실행하도록 구성되는 나사체결 장치의 작동 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 나사머리를 상기 이펙터로 취출하기 위해, 상기 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G1) 또는 상기 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G2) 또는 회전 또는 병진 운동 패턴을 수행하는 시간이 소정의 한도값 조건(G3)에 도달 또는 초과하거나, 또는 상기 이펙터에 제공된 하중/토크 시그니처 값 또는 위치/속도 시그니처 값에 도달하거나 초과하여, 상기 이펙터에 의한 상기 나사의 취출이 소정의 공차 내에서 성공적으로 완료되었음을 나타낼 때까지, 이펙터의 하중 제어 또는 임피던스 제어 또는 어드미턴스 제어 회전 운동 또는 병진 운동 패턴이 로봇 조작기에 의해 실행되는 점을 상기 제어 유닛(104)이 더 포함하여 구성되는 나사체결 장치.
  12. 청구항 2에 있어서,
    상기 이펙터에 의해 취출된 상기 나사가 상기 나사의 상기 나사붙이 핀의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)을 가지는 소정의 궤적(T2)을 따라 알려진 위치에 배치된 나사구멍으로 공차 대역 이내로 안내되는데, 상기 나사의 나사붙이 핀의 목표 방향 Otarget,T2(RT2)은 상기 궤적(T2)의 위치(RT2)에 대한 궤적(T2)을 따라 규정되고, 상기 이펙터 상에 작용하는 토크가 소정의 한도값 조건(G4) 또는 상기 이펙터 상에 작용하는 하중이 소정의 한도값 조건(G5)에 도달 또는 초과하거나 또는 상기 이펙터 상에 제공된 하중/토크 시그니처 값 또는 위치/속도 시그니처 값에 도달 또는 초과하여, 상기 나사의 나사붙이 핀의 자유단이 상기 나사구멍에 성공적으로 도입되었음을 나타낼 때까지, 상기 나사의 하중 제어 또는 임피던스 제어 또는 어드미턴스 제어 회전 운동 또는 병진 운동 패턴이 상기 로봇 조작기(103)에 의해 실행되는 점을 제2 제어 프로그램이 포함하는 나사체결 장치.
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