KR102317033B1 - 로봇의 학습 데이터 수집 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피킹 로봇이 파지 대상물을 반복적으로 파지하고 조립하여 학습하는 과정에서 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집하기 위한 로봇의 학습 데이터 수집 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템은 상부에 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트, 플레이트에 진동을 발생시켜 복수의 파지 대상물을 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 가진기, 플레이트에 구비된 파지 대상물이 조립되는 조립부, 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 조립부에 조립하는 과정을 반복적으로 수행하며, 파지 상태 및 조립 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하는 피킹 로봇을 포함한다.

Description

로봇의 학습 데이터 수집 시스템 및 방법{Learning data collection system of robots and method}
본 발명은 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피킹 로봇이 파지 대상물을 반복적으로 파지하고 조립하여 학습하는 과정에서 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집하기 위한 로봇의 학습 데이터 수집 시스템 및 방법에 관한 것이다.
생산 공정 자동화에 적용되기 시작한 산업용 로봇은, 일정한 위치에 배치되어 있는 물체(예를 들어, 부품)의 조립 또는 포장 공정에 사용되어 생산성을 향상시켜 왔다. 그러나 유동성 있는 생산 공정 라인에 대한 필요성이 증가되면서 셀 생산(cell manufacturing) 방식이 도입되었다.
이에 따라 빈피킹(bin-picking) 방식으로 물체들을 조립하거나 포장하기 위한 연구들이 활발히 진행 중이다. 빈피킹 방식은 무작위로 쌓인 물체들 가운데 조립이나 포장할 물체의 위치를 검출하고, 검출된 물체를 집어내는 과정을 반복하여 포장이나 조립을 완성하는 방식이다.
이러한 빈피킹의 자동화를 위하여 인공 지능을 이용하여 학습 데이터를 수집하여 피킹 로봇을 학습시키는 연구가 진행되고 있다.
피킹 로봇의 학습 데이터를 수집하기 위해서는 개발자가 일일이 피킹 로봇을 조작하거나, 피킹 로봇의 움직임이 프로그래밍 되어 있는 상태에서 파지할 물체의 위치를 특정하여 학습 데이터를 수집하는 방법이 일반적이다.
그러나 이와 같은 학습 방법은 파지할 물체의 위치에 대한 랜덤성이 확보되지 않은 상태이기 때문에 무작위로 겹쳐 쌓인 여러 물체 중에서 물체를 순차적으로 파지하여 지정된 장소로 옮기는 빈피킹에는 적용하기 힘든 문제점이 있었다.
이를 극복하기 위하여, 최근에는 학습 과정에서 파지를 성공하게 되면, 파지한 물체를 랜덤하게 다시 내려놓는 방법이 사용되고 있으나, 이와 같은 방법은 파지에 성공한 경우에만 랜덤성을 확보한 것이기 때문에 양질의 학습 데이터를 얻지 못하는 문제점이 있었다.
또한 피킹 로봇이 파지한 물체를 조립할 경우, 사람이 일일이 조립된 물체를 다시 분해해야 하는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제2013-0059990호(2013.06.07)
따라서 본 발명의 목적은 피킹 로봇이 파지 대상물을 반복적으로 파지하고 조립하여 학습하는 과정에서, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 적용하여 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집하기 위한 로봇의 학습 데이터 수집 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템은 상부에 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트, 상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 가진기, 상기 플레이트에 구비된 파지 대상물이 조립되는 조립부, 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 상기 조립부에 조립하는 과정을 반복적으로 수행하며, 파지 상태 및 조립 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하는 피킹 로봇을 포함한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템은 상기 플레이트에 구비된 파지 대상물이 조립되는 조립부를 더 포함하고, 상기 피킹 로봇은 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 상기 조립부에 조립하는 과정을 반복적으로 수행하며, 파지 상태 및 조립 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 피킹 로봇은, 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하고, 상기 조립부에 조립하는 파지부, 상기 파지부가 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 상기 조립부에 조립하도록 제어하며, 상기 파지부의 파지 상태 및 조립 상태에 따른 데이터를 수집하여 학습하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 파지부는 그립 또는 흡착 방식을 통해 상기 파지 대상물을 파지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 플레이트 상에 구비된 복수의 파지 대상물을 촬영하는 피킹 조망 카메라, 상기 파지부가 파지 대상물을 파지하면 파지 상태를 촬영하는 파지 조망 카메라, 상기 파지부가 파지 대상물을 상기 조립부에 조립하면 상기 조립부를 촬영하는 조립 조망 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 피킹 조망 카메라를 통해 상기 복수의 파지 대상물 중 선택된 파지 대상물을 인식하여 상기 파지부가 파지하도록 제어하고, 상기 파지 조망 카메라를 통해 상기 파지부의 파지 상태를 확인하고, 상기 조립 조망 카메라를 통해 상기 조립부에 조립된 상기 파지 대상물의 조립 상태를 확인하여 학습 데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 가진기는 기 설정된 파지 횟수 또는 시간마다 상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 파지부가 파지하여 상기 조립부에 조립된 파지 대상물을 상기 플레이트로 회귀시키는 컨베이어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 조립부는 상기 파지 대상물이 조립되는 조립 지그, 상기 조립 지그에 조립된 상기 파지 대상물의 조립을 해제하는 해제부, 상기 해제부에 의해 조립이 해제되면, 상기 조립 지그를 이동시켜 상기 파지 대상물을 상기 컨베이어로 이송시키는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 해제부는 상기 조립 지그의 중심부에 형성된 관통홀을 통해 상기 파지 대상물을 밀어내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 이송부는 상기 컨베이어의 상부에 위치한 상기 조립 지그를 회전시켜 파지 대상물이 중력에 의해 상기 컨베이어로 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 있어서, 상기 조립부는 상기 이송부를 고정시키거나 고정을 해제하는 리니어 엑츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 방법은 학습 데이터 수집 시스템이 피킹 로봇을 통해 플레이트 상에 구비된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 조립부에 조립하는 과정을 반복적으로 수행하도록 하며, 파지 상태 및 조립 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하도록 하는 단계, 학습 데이터 수집 시스템이 가진기를 통해 상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템은 가진기를 통해 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트에 진동을 발생시켜 복수의 파지 대상물을 플레이트 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보하여 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템은 파지 상태 확인이 완료되면 조립부에 파지 대상물을 조립하고, 조립이 완료된 파지 대상물을 컨베이어를 통해 플레이트로 회귀되도록 하고, 가진기를 통해 플레이트 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 양질의 학습 데이터를 수집할 수 있고, 자동화를 통한 반복적인 학습이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습데이터 수집 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피킹 로봇의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습데이터 수집 방법을 설명하기 위한 도면이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 플레이트(10), 가진기(20), 피킹 로봇(30) 및 조립부(70)를 포함한다. 여기서 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 피킹 조망 카메라(40), 파지 조망 카메라(50), 조립 조망 카메라(80) 및 컨베이어(60)를 더 포함할 수 있다.
플레이트(10)는 복수의 파지 대상물을 상부에 안착할 수 있는 구성이다. 이러한 플레이트(10)는 가진기(20)에 결합될 수 있으며, 가진기(20)에 의해 진동이 발생되어 복수의 파지 대상물을 랜덤하게 위치시킬 수 있다. 또한 플레이트(10)는 가진기의 진동에 의해 파지 대상물이 외부로 이탈하지 않도록 외측부에 걸림턱이 형성될 수 있다.
가진기(20)는 플레이트(10)에 진동을 발생시켜 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물을 랜덤하게 위치시킬 수 있다. 바람직하게 가진기(20)는 플레이트(10)의 하부에 위치하여 플레이트(10)에 진동을 발생시킬 수 있다. 가진기(20)는 기 설정된 파지 횟수, 기 설정된 시간에 따라 진동을 발생시킬 수 있다. 즉 가진기(20)는 피킹 로봇(30)이 플레이트(10) 상에 구비된 파지 대상물을 반복적으로 파지하고 조립한 후 다시 플레이트(10)에 회귀 시키게 되면, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성이 결여되기 때문에, 피킹 로봇(30)이 기 설정된 횟수 또는 시간 만큼 반복적으로 파지와 조립을 수행하게 되면 진동을 발생시켜 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보시킬 수 있다. 이러한 가진기(20)는 기계식, 전기식, 전기 유압식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.
피킹 로봇(30)은 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지하고 조립한다. 또한 피킹 로봇(30)은 파지 상태와 조립 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습한다.
이러한 피킹 로봇(30)은 파지부(31), 저장부(32) 및 제어부(33)를 포함할 수 있다.
파지부(31)는 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하고 조립하기 위한 구성으로, 그립 방식 또는 흡착 방식이 사용될 수가 있다. 하지만 이에 한정된 것은 아니고 플레이트(10) 상에 안착된 파지 대상물을 파지하고 조립할 수 있는 다양한 파지 방식이 적용될 수 있다. 이러한 파지부(31)는 복수의 관절로 이루어질 수 있다. 예컨데 파지부(31)는 복수의 관절을 통해 선택된 파지 대상물로 이동하거나, 파지 대상물을 파지한 상태로 파지 조망 카메라(50)로 이동하거나, 파지 대상물을 조립부(70)로 이동시켜 조립시킬 수 있다.
저장부(32)는 피킹 로봇(30)의 데이터를 저장하기 위한 장치로, 피킹 로봇(30)의 기능 동작에 필요한 다양한 프로그램을 저장할 수 있다. 예컨데 저장부(32)는 파지부(31)를 제어하기 위한 프로그램, 파지부(31)의 파지 상태를 확인하는 프로그램, 조립부(70)의 조립 상태를 확인하는 프로그램, 파지부(31)를 학습하기 위한 프로그램 등을 저장할 수 있다. 특히 저장부(32)는 학습 데이터 DB를 포함하여 파지부(31)의 파지 상태 및 조립 상태에 따른 학습 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(33)는 저장부(32)에 저장된 학습 알고리즘을 통해 파지부(31)가 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지하고, 조립부(70)에 조립하도록 제어한다. 또한 제어부(33)는 파지부(31)의 파지 상태 및 조립 상태에 따른 데이터를 수집하여 학습한다.
여기서 제어부(33)는 파지 대상물을 파지할 경우, 후술할 피킹 조망 카메라(40)로부터 전달받은 영상을 통해 학습 알고리즘에 의해 선택된 파지 대상물을 인식하여 선택된 파지 대상물의 위치를 파악할 수 있다. 즉 제어부(33)는 피킹 조망 카메라(40)를 통해 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물에 대한 종류 및 높이 등을 분석할 수 있다.
또한 제어부(33)는 피킹 조망 카메라(40)를 통해 선택된 파지 대상물을 위치를 파악한 후 파지부(31)를 제어하여 선택된 파지 대상물에 대한 파지를 수행한다. 이후 제어부(33)는 파지부(31)를 제어하여 후술할 파지 조망 카메라(50) 위치로 파지부(31)를 이동시킨다.
또한 제어부(33)는 파지 조망 카메라(50)를 통해 파지부(31)에 파지된 파지 대상물과 함께 파지부(31)의 파지 상태를 확인한다. 예컨데 제어부(33)는 파지부(33)가 그립 방식으로 구성될 경우, 파지 조망 카메라(50)로부터 전달받은 영상에서 그립 사이에 파지 대상물이 정확하게 위치하였는지, 즉 파지 대상물의 각도, 그립에 대한 파지 대상물의 위치 등을 통해 파지부(31)의 파지 상태를 확인할 수 있다. 여기서 제어부(33)는 파지부(31)의 파지 상태를 통해 성공과 실패 여부를 판단하여 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 제어부(33)는 파지 상태가 확인된 파지 대상물을 조립부(70)로 이동시켜 후술할 조립 지그(71)에 조립시킬 수 있다. 여기서 제어부(33)는 조립이 완료되면, 조립 조망 카메라(80)를 통해 조립 상태를 확인하고, 조립 상태를 통해 성공과 실패 여부를 판단하여 학습 데이터를 수집할 수 있다. 즉 제어부(33)는 파지 대상물의 각도, 조립에 대한 파지 대상물의 위치 등을 통해 조립 상태를 확인할 수 있다.
조립부(70)는 조립 지그(71), 해제부(73) 및 이송부(72)를 포함한다. 그리고 조립부(70)는 고정부(74)를 더 포함할 수 있다.
조립 지그(71)는 파지 대상물이 조립되는 틀을 의미한다. 이러한 조립 지그(71)는 학습된 피킹 로봇(30)이 실제로 조립할 조립 대상체와 동일한 형상으로 형성되거나, 조립이 실제로 이루어지는 조립홈(71a)만 동일하도록 형성될 수 있다. 이러한 조립 지그(71)는 파지 대상물이 조립되는 조립홈(71a)이 형성될 수 있으며, 조립홈(71a)의 중심에는 해제부(73)가 이동하는 경로를 만드는 관통홀이 형성될 수 있다.
해제부(73)는 조립 지그(71)의 하부에 설치될 수 있으며, 조립 지그(71)에 조립된 파지 대상물의 조립을 해제할 수 있다. 이러한 해제부(73)는 리니어 엑츄에이터로 구성될 수 있다. 즉 해제부(73)는 파지부(31)에 의해 조립 지그(71)에 파지 대상물의 조립이 완료되고, 조립 상태를 확인한 후에 조립 지그(71)에 조립된 파지 대상물이 컨베이어(60)로 이송되는 것을 용이하게 할 수 있도록 조립 지그(71)의 하부에서 조립 지그(71)의 관통홀을 통해 파지 대상물을 밀어내어 조립을 해제시킬 수 있다.
이송부(72)는 조립 지그(71)를 지지하며, 해제부(73)에 의해 조립이 해제되면, 조립 지그(71)를 이동시켜 파지 대상물을 컨베이어로 이송시킬 수 있다. 이러한 이송부(72)는 모터로 구성될 수 있다. 즉 이송부(72)는 컨베이어(60)의 상부에 위치한 조립 지그(71)를 회전시켜 파지 대상물이 중력에 의해 컨베이어(60)로 이동하도록 할 수 있다.
고정부(74)는 조립 지그(71)를 고정시키거나 고정을 해제할 수 있다. 여기서 고정부(74)는 리니어 엑츄에이터로 구성될 수 있다. 즉 고정부(74)는 조립 중에는 조립 지그(71)를 고정시키고, 이송부(72)에 의해 조립 지그(71)가 회전할 시에는 고정을 해제할 수 있다.
피킹 조망 카메라(40)는 플레이트(10)의 상부에 위치하여 플레이트(10) 상부에 안착된 복수의 파지 대상물을 촬영할 수 있다. 한편 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 조망 카메라(40)는 플레이트(10)의 상부에 위치한 것으로 설명하였지만, 이에 한정된 것은 아니고, 파지부(31)에 구비되어 플레이트(10)를 스캔하는 형태로 구현될 수 있다. 예컨데 피킹 조망 카메라(40)는 RGB 카메라가 될 수 있다.
파지 조망 카메라(50)는 플레이트(10)와 인접하게 구비되어 선택된 파지 대상물을 파지하고 있는 파지부(31)를 촬영할 수 있다. 바람직하게 파지 조망 카메라(50)는 플레이트(10)의 측부에 위치하여, 파지부(31)가 최단 거리로 경유하여 컨베이어(60)로 이동하는 경로 상에 위치할 수 있다.
조립 조망 카메라(80)는 조립 지그(71)의 상부에 구비되어 조립 지그(71)에 조립된 파지 대상물을 촬영할 수 있다. 예컨데 피킹 조망 카메라(40)는 RGB 카메라가 될 수 있다.
컨베이어(60)는 파지부(31)가 플레이트(10) 상의 물체를 파지하고, 학습이 완료된 파지 대상물을 다시 플레이트(10)의 일정 위치로 회기시키는 동작을 수행한다. 예컨데 컨베이어(60)는 벨트 컨베이어, 롤러 컨베이어, 휠 컨베이어 등 다양한 방식의 컨베이어가 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 가진기(20)를 통해 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트(10)에 진동을 발생시켜 복수의 파지 대상물을 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보하여 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 파지 상태 확인이 완료되면 조립부(70)에 파지 대상물을 조립하고, 조립이 완료된 파지 대상물을 컨베이어(60)를 통해 플레이트(10)로 회귀되도록 하고, 가진기(20)를 통해 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 양질의 학습 데이터를 수집할 수 있고, 자동화를 통한 반복적인 학습이 용이할 수 있다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습데이터 수집 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 먼저 S10 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 피킹 로봇(30)을 통해 파지부(31)를 제어하여 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하도록 한다. 여기서 피킹 로봇(30)은 피킹 조망 카메라(40)를 통해 선택된 파지 대상물을 위치를 파악한 후 파지부(31)를 제어하여 선택된 파지 대상물에 대한 파지를 수행한다.
다음으로 S20 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 피킹 로봇(30)을 통해 파지부(31)가 파지 조망 카메라(50)에 위치하도록 이동시키고, 파지 조망 카메라(50)를 통해 파지부(31)에 파지된 파지 대상물과 함께 파지부(31)의 파지 상태를 확인한다. 그리고 학습 데이터 수집 시스템(100)은 파지부(31)의 파지 상태를 통해 성공과 실패 여부를 판단하여 학습 데이터를 수집할 수 있다.
다음으로 S30 단계에서는 S20 단계를 통해 파지부(31)가 파지 대상물의 파지에 실패한 경우, S10 단계에서 파지 대상물에 대한 파지를 다시 수행하게 된다. 여기서 파지에 성공한 경우, S40 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 도 6에 도시된 바와 같이, 파지 상태 확인이 완료된 파지 대상물에 대하여 조립부(70)로 이동시켜 조립부(70)에 조립되도록 할 수 있다.
다음으로 S50 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 조립 조망 카메라(80)를 통해 파지 대상물에 대한 조립 상태를 통해 성공과 실패 여부를 판단하여 학습 데이터를 수집할 수 있다.
다음으로 S60 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 해제부(73)를 통해 파지 대상물의 조립을 해제시키고, 이송부(72)를 제어하여 조립 지그(71)를 회전시킴으로써, 조립 지그(71)에 조립되었던 파지 대상물을 컨베이어(60)로 이동시켜 다시 플레이트(10)로 파지 대상물을 회귀시킬 수 있다.
S70 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 피킹 로봇(30)이 기 설정된 횟수 만큼 반복적으로 파지 및 조립을 하였을 경우, S80 단계에서 도 8에 도시된 바와 같이, 가진기(20)를 동작시켜 진동을 발생하여 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물을 랜덤하게 위치시킬 수 있다. 즉 S60 단계에서 회귀된 파지 대상물은 컨베이어(60)에 의해 플레이트(10)의 한쪽에 회귀될 수 있으며, S80 단계에서 가진기(20)에 의해 플레이트(10)의 중심부로 이동하면서 랜덤하게 위치할 수 있다.
그리고 S90 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 학습 종료를 판단하고, 학습이 종료되지 않을 경우 S10 단계에서 파지 대상물을 파지하는 동작을 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 가진기(20)를 통해 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트(10)에 진동을 발생시켜 복수의 파지 대상물을 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보하여 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 파지 상태 확인이 완료되면 조립부(70)에 파지 대상물을 조립하고, 조립이 완료된 파지 대상물을 컨베이어(60)를 통해 플레이트(10)로 회귀되도록 하고, 가진기(20)를 통해 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 양질의 학습 데이터를 수집할 수 있고, 자동화를 통한 반복적인 학습이 용이할 수 있다.
이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피킹 로봇의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 플레이트(10), 가진기(20) 및 피킹 로봇(30)을 포함한다. 여기서 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 피킹 조망 카메라(40), 파지 조망 카메라(50) 및 컨베이어(60)를 더 포함할 수 있다.
플레이트(10)는 복수의 파지 대상물을 상부에 안착할 수 있는 구성이다. 이러한 플레이트(10)는 가진기(20)에 결합될 수 있으며, 가진기(20)에 의해 진동이 발생되어 복수의 파지 대상물을 랜덤하게 위치시킬 수 있다. 또한 플레이트(10)는 가진기의 진동에 의해 파지 대상물이 외부로 이탈하지 않도록 외측부에 걸림턱이 형성될 수 있다.
가진기(20)는 플레이트(10)에 진동을 발생시켜 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물을 랜덤하게 위치시킬 수 있다. 바람직하게 가진기(20)는 플레이트(10)의 하부에 위치하여 플레이트(10)에 진동을 발생시킬 수 있다. 가진기(20)는 기 설정된 파지 횟수, 기 설정된 시간에 따라 진동을 발생시킬 수 있다. 즉 가진기(20)는 피킹 로봇(30)이 플레이트(10) 상에 구비된 파지 대상물을 반복적으로 파지한 후 다시 플레이트(10)에 회귀 시키게 되면, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성이 결여되기 때문에, 피킹 로봇(30)이 기 설정된 횟수 또는 시간 만큼 반복적으로 파지를 수행하게 되면 진동을 발생시켜 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보시킬 수 있다. 이러한 가진기(20)는 기계식, 전기식, 전기 유압식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.
피킹 로봇(30)은 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지한다. 또한 피킹 로봇(30)은 파지 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습한다.
이러한 피킹 로봇(30)은 파지부(31), 저장부(32) 및 제어부(33)를 포함할 수 있다.
파지부(31)는 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하기 위한 구성으로, 그립 방식 또는 흡착 방식이 사용될 수가 있다. 하지만 이에 한정된 것은 아니고 플레이트(10) 상에 안착된 파지 대상물을 파지할 수 있는 다양한 파지 방식이 적용될 수 있다. 이러한 파지부(31)는 복수의 관절로 이루어질 수 있다. 예컨데 파지부(31)는 복수의 관절을 통해 선택된 파지 대상물로 이동하거나, 파지 대상물을 파지한 상태로 파지 조망 카메라(50)로 이동하거나, 컨베이어(60)로 이동하여 파지 대상물을 회귀시킬 수 있다.
저장부(32)는 피킹 로봇(30)의 데이터를 저장하기 위한 장치로, 피킹 로봇(30)의 기능 동작에 필요한 다양한 프로그램을 저장할 수 있다. 예컨데 저장부(32)는 파지부(31)를 제어하기 위한 프로그램, 파지부(31)의 파지 상태를 확인하는 프로그램, 파지부(31)를 학습하기 위한 프로그램 등을 저장할 수 있다. 특히 저장부(32)는 학습 데이터 DB를 포함하여 파지부(31)의 파지 상태에 따른 학습 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(33)는 저장부(32)에 저장된 학습 알고리즘을 통해 파지부(31)가 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지하도록 제어한다. 또한 제어부(33)는 파지부(31)의 파지 상태에 따른 데이터를 수집하여 학습한다.
여기서 제어부(33)는 파지 대상물을 파지할 경우, 후술할 피킹 조망 카메라(40)로부터 전달받은 영상을 통해 학습 알고리즘에 의해 선택된 파지 대상물을 인식하여 선택된 파지 대상물의 위치를 파악할 수 있다. 즉 제어부(33)는 피킹 조망 카메라(40)를 통해 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물에 대한 종류 및 높이 등을 분석할 수 있다.
또한 제어부(33)는 피킹 조망 카메라(40)를 통해 선택된 파지 대상물을 위치를 파악한 후 파지부(31)를 제어하여 선택된 파지 대상물에 대한 파지를 수행한다. 이후 제어부(33)는 파지부(31)를 제어하여 후술할 파지 조망 카메라(50) 위치로 파지부(31)를 이동시킨다.
또한 제어부(33)는 파지 조망 카메라(50)를 통해 파지부(31)에 파지된 파지 대상물과 함께 파지부(31)의 파지 상태를 확인한다. 예컨데 제어부(33)는 파지부(33)가 그립 방식으로 구성될 경우, 파지 조망 카메라(50)로부터 전달받은 영상에서 그립 사이에 파지 대상물이 정확하게 위치하였는지, 즉, 파지 대상물의 각도, 그립에 대한 파지 대상물의 위치 등을 통해 파지부(31)의 파지 상태를 확인할 수 있다. 여기서 제어부(33)는 파지부(31)의 파지 상태를 통해 성공과 실패 여부를 판단하여 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 제어부(33)는 파지 상태 확인이 완료된 파지 대상물에 대하여 후술할 컨베이어(60)로 이동시켜 다시 플레이트(10)로 파지 대상물을 회귀시킬 수 있다. 이때 제어부(33)에 의해 회귀된 파지 대상물은 컨베이어(60)에 의해 플레이트(10)의 한쪽에 회귀될 수 있으며, 가진기(20)에 의해 플레이트(10)의 중심부로 이동하면서 랜덤하게 위치할 수 있다.
피킹 조망 카메라(40)는 플레이트(10)의 상부에 위치하여 플레이트(10) 상부에 안착된 복수의 파지 대상물을 촬영할 수 있다. 한편 본 발명의 제2 실시예에 따른 피킹 조망 카메라(40)는 플레이트(10)의 상부에 위치한 것으로 설명하였지만, 이에 한정된 것은 아니고, 파지부(31)에 구비되어 플레이트(10)를 스캔하는 형태로 구현될 수 있다. 예컨데 피킹 조망 카메라(40)는 RGB 카메라가 될 수 있다.
파지 조망 카메라(50)는 플레이트(10)와 인접하게 구비되어 선택된 파지 대상물을 파지하고 있는 파지부(31)를 촬영할 수 있다. 바람직하게 파지 조망 카메라(50)는 플레이트(10)의 측부에 위치하여, 파지부(31)가 최단 거리로 경유하여 컨베이어(60)로 이동하는 경로 상에 위치할 수 있다.
컨베이어(60)는 파지부(31)가 플레이트(10) 상의 물체를 파지하고, 학습이 완료된 파지 대상물을 다시 플레이트(10)의 일정 위치로 회기시키는 동작을 수행한다. 예컨데 컨베이어(60)는 벨트 컨베이어, 롤러 컨베이어, 휠 컨베이어 등 다양한 방식의 컨베이어가 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 가진기(20)를 통해 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트(10)에 진동을 발생시켜 복수의 파지 대상물을 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보하여 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 학습 데이터 수집 시스템(100)은 파지 상태 확인이 완료되면 파지 대상물을 컨베이어(60)를 통해 플레이트(10)로 회귀하도록 하고, 가진기(20)를 통해 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 양질의 학습 데이터를 수집할 수 있고, 자동화를 통한 반복적인 학습이 용이할 수 있다.
이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법을 나타낸 순서도이고, 도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습데이터 수집 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 먼저 S10 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 피킹 로봇(30)을 통해 파지부(31)를 제어하여 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하도록 한다. 여기서 피킹 로봇(30)은 피킹 조망 카메라(40)를 통해 선택된 파지 대상물을 위치를 파악한 후 파지부(31)를 제어하여 선택된 파지 대상물에 대한 파지를 수행한다.
다음으로 S20 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 피킹 로봇(30)을 통해 파지부(31)가 파지 조망 카메라(50)에 위치하도록 이동시키고, 파지 조망 카메라(50)를 통해 파지부(31)에 파지된 파지 대상물과 함께 파지부(31)의 파지 상태를 확인한다. 그리고 학습 데이터 수집 시스템(100)은 파지부(31)의 파지 상태를 통해 성공과 실패 여부를 판단하여 학습 데이터를 수집할 수 있다.
다음으로 S30 단계에서는 S20 단계를 통해 파지부(31)가 파지 대상물의 파지에 실패한 경우, S10 단계에서 파지 대상물에 대한 파지를 다시 수행하게 된다. 여기서 파지에 성공한 경우, S40 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 도 6에 도시된 바와 같이, 파지 상태 확인이 완료된 파지 대상물에 대하여 컨베이어(60)로 이동시켜 다시 플레이트(10)로 파지 대상물을 회귀시킬 수 있다.
다음으로 S50 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 피킹 로봇(30)이 기설정된 횟수만큼 반복 파지를 수행하였는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 피킹 로봇(30)이 기 설정된 횟수만큼 반복적으로 파지 하지 않았을 경우, 다시 S10 단계에서 파지 대상물을 파지하는 동작을 수행할 수 있다.
S50 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 피킹 로봇(30)이 기 설정된 횟수만큼 반복적으로 파지하였을 경우, S60 단계에서 도 7에 도시된 바와 같이, 가진기(20)를 동작시켜 진동을 발생하여 플레이트(10) 상에 안착된 복수의 파지 대상물을 랜덤하게 위치시킬 수 있다. 즉 S40 단계에서 회귀된 파지 대상물은 컨베이어(60)에 의해 플레이트(10)의 한쪽에 회귀될 수 있으며, S60 단계에서 가진기(20)에 의해 플레이트(10)의 중심부로 이동하면서 랜덤하게 위치할 수 있다.
그리고 S70 단계에서 학습 데이터 수집 시스템(100)은 학습 종료를 판단하고, 학습이 종료되지 않을 경우 S10 단계에서 파지 대상물을 파지하는 동작을 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법은 가진기(20)를 통해 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트(10)에 진동을 발생시켜 복수의 파지 대상물을 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 파지 대상물의 위치에 대한 랜덤성을 확보하여 효과적으로 대량의 학습 데이터를 수집할 수 있다.
또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 피킹 로봇의 학습 데이터 수집 방법은 파지 상태 확인이 완료되면 파지 대상물을 컨베이어(60)를 통해 플레이트(10)로 회귀하도록 하고, 가진기(20)를 통해 플레이트(10) 상에 랜덤하게 위치시킴으로써, 양질의 학습 데이터를 수집할 수 있고, 자동화를 통한 반복적인 학습이 용이할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 플레이트 20 : 가진기
30 : 피킹 로봇 31 : 파지부
32 : 저장부 33 : 제어부
40 : 피킹 조망 카메라 50 : 파지 조망 카메라
60 : 컨베이어 70 : 조립부
71 : 조립 지그 72 : 이송부
73 : 해제부 74 : 고정부
80 : 조립 조망 카메라 100 : 학습 데이터 수집 시스템

Claims (13)

  1. 상부에 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트;
    상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 가진기;
    상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지하며, 파지 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하는 피킹 로봇;
    상기 플레이트에 구비된 파지 대상물이 조립되는 조립부;
    상기 조립부에 조립된 파지 대상물을 상기 플레이트로 회귀시키는 컨베이어; 를 포함하고,
    상기 조립부는,
    상기 파지 대상물이 조립되는 조립 지그;
    상기 조립 지그에 조립된 상기 파지 대상물의 조립을 해제하는 해제부;
    상기 해제부에 의해 조립이 해제되면, 상기 조립 지그를 이동시켜 상기 파지 대상물을 상기 컨베이어로 이송시키는 이송부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피킹 로봇은 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 상기 조립부에 조립하는 과정을 반복적으로 수행하며, 파지 상태 및 조립 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피킹 로봇은,
    상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하고, 상기 조립부에 조립하는 파지부;
    상기 파지부가 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 파지하여 상기 조립부에 조립하도록 제어하며, 상기 파지부의 파지 상태 및 조립 상태에 따른 데이터를 수집하여 학습하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파지부는 그립 또는 흡착 방식을 통해 상기 파지 대상물을 파지하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트 상에 구비된 복수의 파지 대상물을 촬영하는 피킹 조망 카메라;
    상기 파지부가 파지 대상물을 파지하면 파지 상태를 촬영하는 파지 조망 카메라;
    상기 파지부가 파지 대상물을 상기 조립부에 조립하면 상기 조립부를 촬영하는 조립 조망 카메라;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 피킹 조망 카메라를 통해 상기 복수의 파지 대상물 중 선택된 파지 대상물을 인식하여 상기 파지부가 파지하도록 제어하고, 상기 파지 조망 카메라를 통해 상기 파지부의 파지 상태를 확인하고, 상기 조립 조망 카메라를 통해 상기 조립부에 조립된 상기 파지 대상물의 조립 상태를 확인하여 학습 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가진기는 기 설정된 파지 횟수 또는 시간마다 상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 해제부는 상기 조립 지그의 하부에 설치되어 상기 조립 지그의 중심부에 형성된 관통홀을 통해 상기 파지 대상물을 밀어내는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 컨베이어의 상부에 위치한 상기 조립 지그를 회전시켜 파지 대상물이 중력에 의해 상기 컨베이어로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 조립부는,
    상기 조립 지그를 고정시키거나 고정을 해제하는 고정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템.
  13. 상부에 복수의 파지 대상물이 구비되는 플레이트, 상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 가진기, 상기 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지하며, 파지 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하는 피킹 로봇, 상기 플레이트에 구비된 파지 대상물이 조립되는 조립부, 상기 조립부에 조립된 파지 대상물을 상기 플레이트로 회귀시키는 컨베이어를 포함하고, 상기 조립부가 상기 파지 대상물이 조립되는 조립 지그, 상기 조립 지그에 조립된 상기 파지 대상물의 조립을 해제하는 해제부, 상기 해제부에 의해 조립이 해제되면, 상기 조립 지그를 이동시켜 상기 파지 대상물을 상기 컨베이어로 이송시키는 이송부를 포함하는 로봇의 학습 데이터 수집 시스템의 로봇의 학습 데이터 수집 방법에 있어서,
    학습 데이터 수집 시스템이 피킹 로봇을 통해 플레이트 상에 구비된 복수의 파지 대상물 중 적어도 하나를 반복적으로 파지하도록 하며, 파지 상태에 따른 학습 데이터를 수집하여 학습하도록 하는 단계;
    학습 데이터 수집 시스템이 가진기를 통해 상기 플레이트에 진동을 발생시켜 상기 복수의 파지 대상물을 상기 플레이트 상에 랜덤하게 위치시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 학습 데이터 수집 방법.
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