KR102380237B1 - 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치는 로봇 암의 말단에 장착되는 제 1 플레이트, 툴이 장착되는 제 2 플레이트, 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이에 회동 가능하게 연결되는 복수의 링크 및 각각의 상기 링크를 구동시켜 상기 제 2 플레이트를 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치{TOOL COUPLING DEVICE FOR ROBOT BEING CAPABLE OF ACTIVE MOVING}
본 발명은 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇 암의 말단에 결합되어 볼팅 또는 커넥팅 등의 조립공정을 수행하는 툴을 장착시키며 정밀하게 능동적인 움직임이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 관한 것이다.
생산 공정의 많은 부분들이 로봇에 의해 자동화 되고 있으나, 조립작업은 그 난이도가 높아서 로봇에 의한 자동화가 어렵다. 종래 수직 다관절 로봇에 사람이 사용하는 툴을 장착하여 로봇의 정밀도에 의존하여 일부 수작업 공정을 자동화하였지만, 볼팅, 커넥팅과 같은 조립공정은 정밀한 위치 제어만으로는 작업을 완결하는 것이 어렵다.
조립 성능을 향상시키기 위해 말단의 툴에 유연성을 부여하는 것이 종래 알려져 있다. 로봇 암의 말단에 결합되어 툴을 장착시키고, 툴에 작용하는 외부의 힘에 의해 수동으로 움직이며 외부의 힘에 대한 강성을 조절할 수 있는 수동 툴 결합 장치이다. 상기 수동 툴 결합 장치는 외부의 힘에 의한 변형 정도를 조절하는 강성 조절 기능이 있지만, 능동적으로 움직일 수가 없어서 센싱된 값에 따른 모션이 불가능하다. 따라서, 상기 수동 툴 결합 장치로는 볼팅, 커넥팅과 같은 정밀도가 높은 조립공정을 수행하는데 있어 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제 10-1688867호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로봇 암의 말단에 결합되어 볼팅 또는 커넥팅 등을 수행하는 툴을 장착시키며 로봇 암의 말단에서 능동적으로 툴을 구동시킬 수 있는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 로봇 암의 말단에 장착되는 제 1 플레이트; 툴이 장착되는 제 2 플레이트; 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이에 회동 가능하게 연결되는 복수의 링크; 및 각각의 상기 링크를 구동시켜 상기 제 2 플레이트를 구동시키는 구동부를 포함하는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 툴은 전동 드라이버, 전동 그리퍼, 마그네틱 그리퍼, 공압 그리퍼 중 어느 하나를 포함하는 전동 또는 공압에 의해 동작하는 로봇말단장치일 수 있다.
여기서, 상기 구동부는 링크에 연결되는 모터 및 상기 모터를 제어하는 서보 드라이버를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 외력을 추정하는 외력 추정부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외력 추정부는 상기 모터의 입력 전류값과 상기 모터의 출력 전류값 사이의 차를 이용하여 모터에 작용하는 외력을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 외력 추정부는 각 모터에 대하여 추정된 외력을 스튜어트 플랫폼 정기구학을 이용한 변환으로 상기 제 2 플레이트에 작용하는 외력을 구하고, 상기 제 2 플레이트에 작용하는 외력을 제 2 플레이트와 상기 툴 사이의 좌표 공간 변환으로 변환시켜 상기 툴에 작용하는 외력을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 외력 추정부는 상기 툴의 위치 명령값과 상기 위치 명령값에 따른 상기 툴의 현재 위치값 사이의 차를 이용하여 상기 툴에 작용하는 외력을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 강성을 조절하는 강성 조절부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 강성 조절부는 상기 툴의 위치 명령값에 따른 각 모터의 변위 값을 입력으로 상기 모터의 출력을 구하는 제어식의 제어 상수를 변경시켜 상기 모터의 강성을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 외력을 추정하는 외력 추정부를 더 포함하고, 상기 툴의 위치 명령값에, 상기 외력 추정부에 의해 추정되는 상기 툴에 작용하는 외력을 입력으로 외력에 따른 위치 추정 알고리즘을 통해 구한 위치 오차를 더한 값을 기초로 상기 모터의 구동을 제어하는데, 상기 강성 조절부는 상기 외력에 따른 위치 추정 알고리즘의 제어 상수를 변경시켜 상기 툴의 강성을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 로봇용 툴 결합 장치에 탈부착이 가능하며, 로봇의 작업을 직접 교시하는 로봇 교시부를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 따르면 로봇 암의 말단에서 툴을 능동적으로 구동시킬 수가 있어서 볼팅 또는 커넥팅과 같은 정밀한 조립공정의 자동화가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 별도의 센서 없이 스튜어트 플랫폼의 링크를 구동하는 모터의 입출력 제어신호로부터 각 모터 또는 툴에 작용하는 외력을 추정할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 스튜어트 플랫폼의 링크를 구동하는 모터의 입출력 제어신호로부터 각 모터 또는 툴의 강성을 조절할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 탈부착이 가능한 직접 교시 장치를 결합시켜 볼팅 또는 커넥팅과 같은 정밀한 조립공정의 조립 교시가 가능하다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치가 장착된 로봇을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 볼팅을 위한 전동 드라이버가 장착된 것을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 커넥팅을 위한 그리퍼가 장착된 것을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스튜어트 플랫폼의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 모터에 작용하는 외력을 추정하는 추정 알고리즘의 일 예를 도시한다.
도 6은 툴에 작용하는 외력을 추정하는 추정 알고리즘의 일 예를 도시한다.
도 7은 툴에 작용하는 외력을 추정하는 추정 알고리즘의 다른 일 예를 도시한다.
도 8은 모터의 강성을 조절하는 강성 조절 알고리즘의 일 예를 도시한다.
도 9는 툴의 강성을 조절하는 강성 조절 알고리즘의 일 예를 도시한다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치가 장착된 로봇을 도시하고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 볼팅을 위한 전동 드라이버가 장착된 것을 도시하고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치에 커넥팅을 위한 그리퍼가 장착된 것을 도시하고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스튜어트 플랫폼의 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)는 제 1 플레이트(110), 제 2 플레이트(120), 링크(130), 및 구동부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 외력 추정부(미도시) 또는 강성 조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 로봇 교시부(150)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 일단부는 로봇 암(300)의 말단에 장착되고, 타단부에는 자동 조립을 위한 툴(200)이 장착된다. 즉, 로봇 암(300)의 말단과 툴(200) 사이에 배치된다.
이때, 본 발명에 따른 로봇용 툴 결합 장치(100)는 능동 구동이 가능하다. 즉, 툴에 외력이 가해졌을 때 외력에 따라 수동으로 움직이는 것이 아니라 제어 신호에 따라서 로봇용 툴 결합 장치(100)를 구동시켜 직접 툴(200)을 구동시킬 수가 있다.
본 발명에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100) 없이 상기 툴(200)을 직접 로봇 암(300)의 말단에 결합시키는 경우, 자동 조립을 위해서 툴(200)을 이동시키는 경우 로봇 암(300)의 움직임으로 툴(200)을 이동시켜야 한다. 하지만, 로봇 암(300)은 무게로 인하여 관성이 크고, 다축의 로봇 암(300)으로 형성되는 경우 자중에 의해 로봇 암의 처짐이 발생하여, 로봇 암(300) 말단의 위치를 정밀하게 위치 제어하는 것은 쉽지 않다. 본 발명에 따른 로봇용 툴 결합 장치(100)는 로봇 암(300)의 움직임과는 별개로 자체적으로 정밀 구동이 가능하기 때문에 말단에 장착되는 툴(200)의 움직임을 정밀하게 제어하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)는 스튜어트 플랫폼 형태로 형성될 수 있다. 두 개의 플레이트(110, 120) 사이에 6개의 링크(130)가 각각 양단이 모두 회동 가능하게 결합하고, 각 링크(130)의 움직임에 따라서 6자유도의 움직임이 가능하다. 여기서 6자유도라고 하면 직교좌표계를 중심으로 하는 직선 이동 및 회전 이동을 의미한다.
스튜어트 플랫폼을 구성하는 제 1 플레이트(110)는 원형의 플레이트 형태로 형성될 수 있으며 로봇 암(300)의 말단에 장착되어, 그 위치가 고정된다.
제 2 플레이트(120)도 원형의 플레이트 형태로 형성될 수 있으며 제 1 플레이트(110)와 이격되어 제 1 플레이트(110)의 하측에 배치되고, 제 2 플레이트(120)에는 볼트 작업을 위한 전동 드라이버(200a) 또는 조립을 위해 부품을 파지하는 조립용 그리퍼(200b) 등이 장착될 수 있다. 도 2에서는 본 발명에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)에 볼팅을 위한 전동 드라이버(200a)가 장착된 상태를 도시하고, 도 3에서는 조립용 그리퍼(200b)가 장착된 상태를 도시한다. 장착되는 툴(200)의 종류는 이에 한정되는 것은 아니고, 전동 또는 공압의 힘으로 구동하는 로봇말단장치를 모두 포함할 수가 있다. 예를 들어, 상기 조립용 그리퍼(200b)는 전기에 의한 힘으로 링크를 움직여 물체를 파지하는 전동 그리퍼, 전자기력을 포함하는 자성의 힘으로 물체를 파지하는 마그네틱 그리퍼, 공압에 의한 흡착으로 물체를 파지하는 공압 그리퍼일 수가 있다.
도 2에서 전동 드라이버(200a)는 제 2 플레이트(120)의 측면부에 조립용 그리퍼(200b)는 제 2 플레이트(120)의 하측면에 장착되어 있으나, 툴(200)이 장착되는 위치는 조립 환경, 툴(200)의 형태 등에 따라서 바뀔 수가 있다.
이때, 본 발명에서는 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)의 직경이 10cm~15cm 정도로 전체 크기가 작은 스튜어트 플랫폼을 형성한다.
제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120) 사이에는 복수의 링크(130)가 양단이 회동 가능하게 연결된다. 이때, 링크(130)의 개수는 6개일 수가 있다. 또한, 각 링크(130)의 길이는 구동부의 제어에 따라 신축 가능하게 형성될 수 있다. 따라서, 구동부의 제어에 따라 링크(130)의 길이가 가변적으로 변함에 따라서 로봇 암(300)의 말단에 고정된 제 1 플레이트(110)를 중심으로 제 2 플레이트(120)를 직선 이동 및 회전 이동시킬 수가 있다.
이때, 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 각 링크(130)는 제 1 플레이트(110)와 제 2 플레이트(120)의 반경 방향 바깥쪽에 회동 가능하게 결합되는 것이 바람직하며, 6개의 링크(130)는 이웃하는 링크(130)들끼리 서로 반대 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 즉, 이웃하는 2개의 링크(130)는 쌍으로 상측의 제 1 플레이트(110)에서 인접하게 배치되고, 마찬가지로 인접하는 2개의 링크(130)는 쌍으로 하측의 제 2 플레이트(120)에서 인접하게 배치될 수가 있다. 참고로 도 4에서는 제 1 플레이트(110)가 분리된 형태를 도시한다.
구동부는 링크(130)에 연결되는 모터 및 모터를 제어하는 서보 드라이버로 구성될 수 있다. 구동부는 제 1 플레이트(110)의 상측에 배치되는 것이 바람직하며, 구동부를 구성하는 모터 및 서보 드라이버는 각 링크(130)에 대응하는 개수로 형성된다. 이때, 링크(130)는 예를 들어 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 볼스크류로 형성되어 모터에 의해 회전할 때 신축이 가능할 수가 있다. 구동부에 의해 링크(130)를 구동시키는 구성은 이에 한정되지 않고 공지된 다른 방법들을 사용할 수가 있다.
이와 같이 본 발명의 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)를 로봇 암(300)의 말단에 장착시키면, 조립 공정을 위해 공정 대상에 근접 이동시킨 상태에서 로봇 암(300)을 제어하여 툴(200)의 위치 제어를 하는 것이 아니라 로봇 암(300)의 위치가 고정된 상태이거나 로봇 암(300)의 구동과 함께 구동부의 제어로 제 2 플레이트(120)를 이동시켜 말단의 툴(200)의 미세 위치를 능동적으로 제어할 수가 있다.
나아가, 본 발명에서는 별도의 센서 없이 외력을 추정할 수가 있다. 또한, 별도의 추가 장치 없이 외력에 대한 로봇용 툴 결합 장치(100)의 강성을 조절할 수가 있다. 따라서, 조립공정 중 접촉력을 센싱하고 이에 따라 로봇용 툴 결합 장치(100)의 강성을 능동적으로 변화시킬 수가 있어서 조립공정의 정밀성 및 유연성을 더욱 높일 수가 있다.
이하, 도 5 내지 도 9를 참조로 외력 추정부 및 강성 조절부에 관하여 설명하기로 한다.
도 5는 모터에 작용하는 외력을 추정하는 추정 알고리즘의 일 예를 도시하고, 도 6은 툴에 작용하는 외력을 추정하는 추정 알고리즘의 일 예를 도시하고, 도 7은 툴에 작용하는 외력을 추정하는 추정 알고리즘의 다른 일 예를 도시하고, 도 8은 모터의 강성을 조절하는 강성 조절 알고리즘의 일 예를 도시하고, 도 9는 툴의 강성을 조절하는 강성 조절 알고리즘의 일 예를 도시한다.
외력 추정부는 각 링크(130)의 구동을 제어하는 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 외력을 추정한다. 외력 추정부와 후술하는 강성 조절부는 회로 기판에 실장되어 서보 드라이브 등과 제어 신호를 송수신하며 이를 기초로 연산을 수행하는 연산 장치로 구성될 수 있다.
외력 추정부가 외력을 추정하는 일 예로, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 명령 토크값 (
Figure 112020038616921-pat00001
)에 따라서 모터의 전류 생성기에서 생성되는 모터의 입력 전류값(
Figure 112020038616921-pat00002
)과 입력 전류값 (
Figure 112020038616921-pat00003
)에 따른 실제 모터로부터 출력되는 출력 전류값 (
Figure 112020038616921-pat00004
) 사이의 차를 이용해서 모터에 작용하는 외력 (
Figure 112020038616921-pat00005
)을 추정할 수 있다. 예를 들어, 외력 추정부는 모터의 외력 추정 알고리즘 식(
Figure 112020038616921-pat00006
)으로부터 모터에 작용하는 외력을 추정할 수가 있다. 모터에 작용하는 외력(
Figure 112020038616921-pat00007
)은 모터의 입력 전류값(
Figure 112020038616921-pat00008
)과 출력 전류값(
Figure 112020038616921-pat00009
) 사이의 차에 선형적으로 비례하는 관계를 가진다. 즉, 모터에 작용하는 외력(
Figure 112020038616921-pat00010
)이 커질수록 입력 전류값(
Figure 112020038616921-pat00011
)과 출력 전류값(
Figure 112020038616921-pat00012
) 사이의 차 값이 커지게 된다. 여기서,
Figure 112020038616921-pat00013
,
Figure 112020038616921-pat00014
는 모터가 가지고 있는 고유의 특성값으로 모터의 종류에 따라서 달라질 수가 있는 상수이다.
상기와 같이 각 모터에 작용하는 외력을 추정하고 이에 따라 각 모터의 출력값 또는 강성을 제어하는 것도 바람직하나, 실제 툴에 작용하는 외력을 추정하는 것도 중요하다.
이에, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 외력 추정부는 모터의 외력 추정 알고리즘으로부터 각 모터에 대하여 추정된 외력(
Figure 112020038616921-pat00015
)을 스튜어트 플랫폼 정기구학을 이용한 변환식으로 변환시켜 제 2 플레이트(120)의 무게 중심에 작용하는 외력(
Figure 112020038616921-pat00016
)으로 변환시키고, 이를 다시 제 2 플레이트(120)와 툴 사이의 좌표 공간 변환식으로 변환시켜 툴에 작용하는 외력(
Figure 112020038616921-pat00017
)을 구할 수가 있다.
또 다른 방법으로, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 외력 추정부는 작업 공간에서의 툴의 위치오차를 활용하여 툴에 작용하는 외력을 추정할 수가 있다. A 지점에서 B지점으로 툴을 이동시킬 때 외력이 없는 일반적인 경우에는 위치오차가 거의 0이다. 따라서, 위치오차를 생기게 하는 요인은 외력이다. 위치오차와 외력 사이의 관계는 복잡한 관계식을 가지지만 예를 들어 선형의 관계를 가지는 것으로 볼 경우, 툴의 위치 명령값(
Figure 112020038616921-pat00018
)과 이에 따른 툴의 현재 위치값(
Figure 112020038616921-pat00019
) 사이의 차로부터 위치오차(
Figure 112020038616921-pat00020
)를 구하고, 이를 작업공간에서의 툴에 작용하는 외력 추정식(
Figure 112020038616921-pat00021
)에 대입하여 툴에 작용하는 외력(
Figure 112020038616921-pat00022
)을 구할 수가 있다. 이때,
Figure 112020038616921-pat00023
는 툴이 가지는 관성값으로 각 툴마다 가지는 고유의 값이다.
툴의 현재 위치값(
Figure 112020038616921-pat00024
)은 모터의 현재 변위값(각도)(
Figure 112020038616921-pat00025
)을 감지하여 이를 스튜어트 플랫폼 정기구학 변환식을 통해 변환시켜 구할 수가 있다.
다음, 강성 조절부는 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 로봇용 툴 결합 장치(100)의 위치 변형을 위한 강성을 조절한다.
일 예로, 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 강성 조절부는 툴을 A지점에서 B지점으로 이동시킬 때 A 지점에서의 모터의 현재 변위값(각도)(
Figure 112020038616921-pat00026
)과 스튜어트 플랫폼 역기구학 변환식을 이용하여 B지점에서의 변위값 (
Figure 112020038616921-pat00027
)을 구하고 이로부터 구한 이동해야 할 각 모터의 변위값(각도) (
Figure 112020038616921-pat00028
)을 입력으로 모터의 출력 (
Figure 112020038616921-pat00029
)을 구하는 제어식(
Figure 112020038616921-pat00030
) 의 제어 상수(예를 들어,
Figure 112020038616921-pat00031
(스프링 상수),
Figure 112020038616921-pat00032
(댐핑 상수))를 변환시켜 각 모터의 출력 토크를 결정할 때 스프링과 댐퍼의 성질을 가지도록 하여 각 모터의 강성을 조절할 수가 있다.
상기와 같이 각 모터에 작용하는 강성을 조절하도록 하는 것도 바람직하나, 실제 작업 공간에서 툴에 작용하는 외력을 추정하여 추정된 외력에 따라 강성을 가변적으로 조절하도록 하는 것도 고려할 수 있다.
도 9에 도시되어 있는 것과 같이 강성 조절부는 툴을 A지점에서 B지점으로 이동시킬 때 위치 명령값(
Figure 112020038616921-pat00033
)에 따른 각 모터의 변위 값을 구하여 모터를 구동시키는 것이 아니라, 위치 명령값(
Figure 112020038616921-pat00034
)에 외력에 의한 툴의 위치오차 값(
Figure 112020038616921-pat00035
)을 더하여 수정된 위치 명령값(
Figure 112020038616921-pat00036
)을 기초로 스튜어트 플랫폼 역기구학 변환식으로부터 각 모터의 변위값(
Figure 112020038616921-pat00037
)을 구하도록 한다. 이때, 외력의 크기에 따른 위치오차값(
Figure 112020038616921-pat00038
)을 수정하여 강성을 조절하는 것이다.
이때, 외력에 의한 툴의 위치오차 값(
Figure 112020038616921-pat00039
)은, 예를 들어, 외력 추정부에서 구한 작업 공간에서의 툴에 작용하는 외력(
Figure 112020038616921-pat00040
)을 입력으로 외력에 따른 위치오차 추정 알고리즘(
Figure 112020038616921-pat00041
)으로부터 구할 수가 있다. 여기서,
Figure 112020038616921-pat00042
는 관성값이고,
Figure 112020038616921-pat00043
는 사용자가 임의로 결정하는 댐핑 상수이며,
Figure 112020038616921-pat00044
는 사용자가 임의로 결정하는 스프링 상수이다. 이때, 댐핑 상수와 스프링 상수를 조절하여 추정되는 위치오차를 변경시킬 수가 있고, 이를 수정된 위치 명령값(
Figure 112020038616921-pat00045
)에 반영시켜 외력에 따른 강성을 조절할 수가 있다.
다시 도 2 내지 도 3을 참조로 설명을 하면, 본 발명에 따른 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)는 로봇 교시부(미도시)를 더 포함할 수가 있다. 로봇 교시부는 탈부착이 가능하며 볼팅 또는 커넥팅과 같은 조립공정의 교시 절차를 수행하는 직접 교시 장치이다.
작업자는 로봇 암(300) 및 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치(100)를 직접 구동시켜 볼팅 또는 커넥팅의 조립 공정을 수행하고, 상기 과정에서 로봇 교시부는 로봇 암(300) 및 로봇용 툴 결합 장치(100)의 동작 및 툴의 동작을 저장하여 교시하게 된다. 본 발명에서는 로봇 암(300)의 말단에 직접 로봇 교시부를 장착하여 사용자의 직관적인 로봇 교시가 가능하며 교시 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 로봇용 툴 결합 장치
110: 제 1 플레이트
120: 제 2 플레이트
130: 링크
150: 로봇 교시부
200: 툴
200a: 전동 드라이버
200b: 그리퍼
300: 로봇 암

Claims (11)

  1. 로봇 암의 말단에 장착되는 제 1 플레이트;
    툴이 장착되는 제 2 플레이트;
    상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이에 회동 가능하게 연결되며 길이가 가변적으로 변하는 복수의 링크;
    상기 링크의 길이가 가변적으로 변하도록 상기 링크에 연결되는 모터 및 상기 모터를 제어하는 서보 드라이버를 포함하며, 각각의 상기 링크를 구동시켜 상기 제 2 플레이트를 구동시키는 구동부;
    상기 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 외력을 추정하는데, 상기 툴의 위치 명령값과 상기 위치 명령값에 따른 상기 툴의 현재 위치값 사이의 차를 이용하여 실제 작업 공간에서 상기 툴에 작용하는 외력을 추정하는 외력 추정부; 및
    상기 모터의 입출력 제어 신호를 기초로 강성을 조절하는 강성 조절부를 포함하고,
    상기 강성 조절부는 상기 툴의 위치 명령값에, 상기 외력 추정부에 의해 추정되는 상기 툴에 작용하는 외력을 입력으로 외력에 따른 위치 추정 알고리즘을 통해 구한 위치 오차를 더한 값을 기초로 상기 모터의 구동을 제어하는데, 상기 위치 추정 알고리즘의 상수를 조절하여 추정되는 위치오차를 변경시키며 추정된 외력에 따라 상기 툴의 강성을 가변적으로 조절하는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 툴은 전동 드라이버, 전동 그리퍼, 마그네틱 그리퍼, 공압 그리퍼 중 어느 하나를 포함하는 전동 또는 공압에 의해 동작하는 로봇말단장치인 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외력 추정부는 상기 모터의 입력 전류값과 상기 모터의 출력 전류값 사이의 차를 이용하여 모터에 작용하는 외력을 추정하는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외력 추정부는 각 모터에 대하여 추정된 외력을 스튜어트 플랫폼 정기구학을 이용한 변환으로 상기 제 2 플레이트에 작용하는 외력을 구하고, 상기 제 2 플레이트에 작용하는 외력을 제 2 플레이트와 상기 툴 사이의 좌표 공간 변환으로 변환시켜 상기 툴에 작용하는 외력을 추정하는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성 조절부는 상기 툴의 위치 명령값에 따른 각 모터의 변위 값을 입력으로 상기 모터의 출력을 구하는 제어식의 제어 상수를 변경시켜 상기 모터의 강성을 조절하는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 로봇용 툴 결합 장치에 탈부착이 가능하며, 로봇의 작업을 직접 교시하는 로봇 교시부를 더 포함하는 능동 구동이 가능한 로봇용 툴 결합 장치.
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