KR102420222B1 - 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템 - Google Patents

Abstract

게시된 내용은 복수의 구동모터를 구동시켜 피대상물을 파지하는 핑거그리퍼(finger gripper)의 그립 모션과 진공압으로 피대상물을 흡착(吸着)으로 파지(把持)하는 흡착패드의 버큠(vacuum) 기능의 버큠모션을 동시에 수행하기 위한, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템에 관한 것으로,
본 명세서의 일 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템은
피대상물을 진공압에 의해 흡착하는 흡착패드; 상기 흡착패드를 임의거리만큼 직선이동시키기 위한 제1액츄에이터; 상기 피대상물을 핑거에 의해 파지하기 위한 복수개의 핑거그리퍼; 상기 피대상물을 파지하기 위해 상기 핑거그리퍼를 링크운동시키는 제2액츄에이터; 상기 핑거의 파지표면에 장착되어 상기 피대상물을 파지하는 그립력을 감지하여 검출신호를 전송하는 복수개의 힘 센서; 상기 제1,2액츄에이터를 제어하기 위해 구동부에 제어신호를 인가하기 위한 제어부;를 포함하는, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템에 있어서:
상기 제어부로부터 상기 핑거그리퍼의 위치, 속도 및 그립력을 인가하는 단계;
상기 제1액츄에이터 구동으로 상기 흡착패드를 상기 피대상물쪽으로 임의거리만큼 전진이동시키는 단계;
상기 진공압 공급으로 상기 흡착패드에 의해 상기 피대상물을 진공흡착하는 단계;
상기 제2액츄에이터 구동으로 링크운동하는 상기 핑거그리퍼에 의해 상기 피대상물을 파지하는 단계;
상기 흡착패드에 의해 진공흡착되고 상기 핑거그리퍼에 의해 파지된 상기 피대상물을 상기 제1액츄에이터 구동으로 임의위치로 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템을 제공한다.

Description

다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템{servo gripper control system}

본 명세서는 로봇 서보 그리퍼 제어시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 복수의 구동모터를 구동시켜 피대상물을 파지하는 핑거그리퍼(finger gripper)의 그립 모션과 진공압으로 피대상물을 흡착(吸着)으로 파지(把持)하는 흡착패드의 버큠(vacuum) 기능의 버큠모션을 동시에 수행하기 위한, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

PLC(programmable logic controller)란 산업 플랜트의 자동 제어 및 감시에 사용되는 제어 장치를 의미하는 것으로, 디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통하여 로직, 시퀸싱, 타이밍, 카운팅, 연산과 같은 특수한 기능을 수행하기 위하여 프로그램 메모리를 사용하고 여러 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 동작의 전자장치를 의미한다.

원격으로 제어되는 로봇 시스템의 하나의 중요한 구성요소는 물품을 들어 올리거나, 이동되거나, 또는 조작될 대상을 움켜쥐도록 사용되는 파지 디바이스 또는 그리퍼이다.

일반적인 파지 디바이스는 그러한 파지 동작을 초래하는 액츄에이터에 의해 이동될 수 있는 하나 이상의 로봇 핑거(robot finger)를 포함한다. 사용자(조작자)가 로봇 핑거의 움직임을 제어하는 것을 허용하도록 사용자 인터페이스가 제공된다.

일부 로봇 시스템은 사용자 인터페이스에서 촉각 피드백 힘을 발생시키도록 로봇으로부터의 센서 데이터에 의존하는 촉각 인터페이스를 포함한다.

촉각 피드백 힘은 사용자에게 로봇 시스템의 작동을 제어하기에 유용한 촉각 피드백을 제공하도록 의도된다.

예를 들어, 파지 디바이스의 경우에 센서는 대상물에 대해 로봇 핑거에 의해 가해지는 힘을 측정할 수 있다. 이러한 힘 데이터는 제어 시스템에 전달되고, 여기서 그것은 사용자 인터페이스에서 확인되는 촉각 피이백 힘을 판정하도록 사용된다.

일부 파지 디바이스는 액츄에이터 구동을 측정하는 것에 의해 로봇 핑거에 의해 가해지는 힘을 측정한다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1401844호에 핑거의 베이스에 다중-힘 감지를 갖는 로봇 피지 디바이스가 등록공고되어 있다.

본 명세서의 실시예는, 복수의 구동모터를 구동시켜 피대상물을 파지하는 핑거그리퍼의 그립 모션과, 진공압으로 피대상물을 흡착하는 흡착패드의 버큠 기능의 버큠모션을 동시에 수행함에 따라 서보 그리퍼의 효용성을 극대화시킬 수 있도록 한, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템과 관련된다.

본 명세서의 실시예는, 6축 F/T, 툴 힘 센서 등의 힘 센서 입력값에 대응하여 핑거그리퍼의 파지력을 제어함에 따라 피대상물의 파손, 또는 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템과 관련된다.

상기 및 기타 본 명세서의 목적을 달성하기 위하여 본 명세서의 일 실시예에 따르면,

피대상물을 진공압에 의해 흡착하는 흡착패드; 상기 흡착패드를 임의거리만큼 직선이동시키기 위한 제1액츄에이터; 상기 피대상물을 핑거에 의해 파지하기 위한 복수개의 핑거그리퍼; 상기 피대상물을 파지하기 위해 상기 핑거그리퍼를 링크운동시키는 제2액츄에이터; 상기 핑거의 파지표면에 장착되어 상기 피대상물을 파지하는 그립력을 감지하여 검출신호를 전송하는 복수개의 힘 센서; 상기 제1,2액츄에이터를 제어하기 위해 구동부에 제어신호를 인가하기 위한 제어부;를 포함하는, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템에 있어서:

상기 제어부로부터 상기 핑거그리퍼의 위치, 속도 및 그립력을 인가하는 단계;

상기 제1액츄에이터 구동으로 상기 흡착패드를 상기 피대상물쪽으로 임의거리만큼 전진이동시키는 단계;

상기 진공압 공급으로 상기 흡착패드에 의해 상기 피대상물을 진공흡착하는 단계;

상기 제2액츄에이터 구동으로 링크운동하는 상기 핑거그리퍼에 의해 상기 피대상물을 파지하는 단계;

상기 흡착패드에 의해 진공흡착되고 상기 핑거그리퍼에 의해 파지된 상기 피대상물을 상기 제1액츄에이터 구동으로 임의위치로 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템을 제공한다.

전술한 구성을 갖는 본 명세서의 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템은 아래와 같은 이점을 갖는다.

복수의 구동모터를 구동시켜 피대상물을 파지하는 핑거그리퍼의 그립 모션과, 진공압으로 피대상물을 흡착하는 버큠 기능의 버큠모션을 동시에 수행함에 따라 서보 그리퍼의 작업성 및 효용성을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 6축 F/T, 툴(tool) 힘 센서 등의 힘 센서 입력값에 대응하여 핑거그리퍼의 파지력을 제어하여 피대상물을 파지하게 되므로 피대상물의 표면 훼손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템의 흐름도,
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템의 블록도,
도 3(a,b)은 도 2에 도시된 제어시스템에 사용되는 서보 그리퍼의 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 제어시스템의 기구적인 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템은

피대상물(10)(일 예로서, 스마트공장의 조립라인 또는 제조현장에서 동일한 규격의 부품(parts)을 반복적으로 파지하여 위치이동되는 물품을 의미한다)을 진공압에 의해 흡착하는 흡착패드(11); 흡착패드(11)를 임의거리만큼 직선이동시키기 위한 제1액츄에이터(12)(일 예로서, 리니어 모터 등이 사용될 수 있다); 피대상물(10)을 핑거(13)에 의해 파지하기 위한 복수개의 핑거그리퍼(14); 피대상물(10)을 파지하기 위해 핑거그리퍼(14)를 링크운동시키는 제2액츄에이터(15)(일 예로서, DC 모터, 에어 모터 등이 사용될 수 있다); 핑거(13)의 파지표면(gripping surface)에 장착되어 피대상물(10)을 파지하는 그립력(gripping force)을 감지하여 검출신호를 전송하는 복수개의 힘 센서(16); 제1,2액츄에이터(12,15)를 제어하기 위해 구동부(12a,15a)에 제어신호를 인가하기 위한 제어부(17);를 포함하는, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템에 있어서:

제어부(17)로부터 핑거그리퍼(14)의 위치, 속도 및 그립력을 인가하는 단계(S10);

제1액츄에이터(12) 구동으로 흡착패드(11)를 피대상물(10)쪽으로 임의거리만큼 전진이동시키는 단계(S20);

진공압 형성으로 흡착패드(11)에 의해 피대상물(10)을 진공흡착하는 단계(S30);

제2액츄에이터(15) 구동으로 링크운동하는 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)에 의해 피대상물(10)을 파지하는 단계(S40);

흡착패드(11)에 의해 진공흡착되고 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)에 의해 파지된 피대상물(10)을 제1액츄에이터(12) 구동으로 임의위치로 이동시키는 단계(S60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)에 의해 피대상물(10)을 파지할 경우,

피대상물(10)을 핑거(13)에 의해 파지하는 핑거그리퍼(14)의 그립력을 힘 센서(16)에 의해 감지한 그립력(G1)과 미리설정된(predetermined) 임의의 그립력(G2)을 상호 비교하되, 감지된 그립력(G1)이 미리설정된 그립력(G2)보다 작을 경우(G1〈 G2), 제2액츄에이터(15) 구동에 의해 핑거그리퍼(14)의 파지력을 높이는 단계(S50);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 전술한 흡착패드(11)에 형성되는 진공압에 의해 피대상물(10)을 흡착하고, 핑거그리퍼(14)의 핑거(13) 압착에 의해 피대상물(10)을 파지하는 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이므로 이들의 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도면 중 미 설명부호 18은 제어부(17)로부터 인가되는 전기적 제어신호에 의해 절환되어 흡착패드(11)에 공급되는 공기압을 단속(ON,OFF)하기 위한 솔레노이드밸브이고, 19는 피대상물(10)을 인식할 수 있도록 촬영하여 영상데이터를 제어부(17)에 전송하는 카메라이다.

이하에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템을 첨부도면에 따라 설명한다.

도 1 내지 도 4에서와 같이, 도 1의 S10에서와 같이, 전술한 제어부(17)(즉, 관리자 단말기(PC)를 말함)로부터 핑거그리퍼(14)의 위치, 속도 및 그립력을 인가한다.

도 1의 S20에서와 같이, 전술한 제어부(17)로부터 구동부(12a)에 인가되는 제어신호에 의해 제1액츄에이터(12)를 구동시킴에 따라 흡착패드(11)를 봉 형태의 가이드핀(20)을 따라 피대상물(10)쪽으로 임의거리만큼 전진이동시킨다.

도 1의 S30에서와 같이, 전술한 흡착패드(11)에 형성되는 진공압에 의해 피대상물(10) 일측을 흡착하게 된다. 이때 제어부(17)로부터 인가되는 전기적신호에 의해 솔레노이드밸브(18)가 온(on) 상태로 절환됨에 따라 흡착패드(11)에 진공압을 형성할 수 있게 된다.

도 1의 S40에서와 같이, 전술한 제어부(17)로부터 구동부(15a)에 인가되는 제어신호에 의해 제2액츄에이터(15)가 구동함에 따라 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)를 링크운동시키게 되므로 핑거(13)에 의해 피대상물(10) 외측면을 압착하여 피대상물(10)을 파지할 수 있다.

즉, 제2액츄에이터(15) 구동시 외부링크(21)의 링크운동에 의해 핑거(13)를 힌지핀(22)을 중심으로 회동시켜 피대상물(10)쪽으로 이동시킴에 따라 핑거(13)에 의해 피대상물(10)을 파지할 수 있게 된다.

따라서, 전술한 흡착패드(11)에 의해 피대상물(10)을 흡착하고, 이와 동시에 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)에 의해 피대상물(10)을 파지할 수 있게 된다.

도 1의 S50에서와 같이, 전술한 핑거(13)의 그립에 의해 피대상물(10)을 파지할 경우, 핑거(13)의 파지표면(gripping surface)에 장착된 복수개의 힘 센서(16)에 의해 그립력을 감지하게 되고, 감지된 검출신호는 제어부(17)에 전송된다.

이때, 전술한 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)에 의해 피대상물(10)을 파지할 경우, 핑거(13)의 파지표면에 장착된 힘 센서(16)에 의해 감지한 핑거그리퍼(14)의 그립력(G1)과, 미리 설정된(predetermined) 임의의 그립력(G2)을 상호 비교하되, 감지된 그립력(G1)이 미리 설정된 그립력(G2)보다 작을 경우(G1〈 G2)에는 'S40'으로 진행하고, 이와 반면에 그립력(G1)이 미리 설정된 그립력(G2)보다 클 경우(G1 〉G2)에는 'S60'으로 진행한다.

전술한 핑거(13)에 의해 피대상물(10)을 파지한 그립력(G1)이 미리 설정된 그립력(G2)보다 작을 경우(G1〈 G2), 피대상물(10)을 파지하는 핑거(13)의 그립력을 높일 수 있다.

즉, 제어부(17)로부터 구동부(15a)에 인가되는 제어신호에 의해 제2액츄에이터(15)의 신장운동을 확장시킴에 따라, 힌지핀(22)을 중심으로 링크운동하는 외부링크(21)에 의해 피대상물(10)쪽으로 핑거(13)를 더 회동시킴에 따라 피대상물(10)을 파지하는 핑거(13)의 그립력을 높일 수 있게 된다.

도 1의 S60에서와 같이, 전술한 흡착패드(10)에 의해 흡착되고, 핑거그리퍼(14)의 핑거(13)에 의해 파지된 피대상물(10)을 제1액츄에이터(12) 구동에 의해 임의위치로 이동시킬 수 있게 된다.

여기에서, 전술한 본 명세서에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 명세서의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 명세서를 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10; 피대상물
11; 흡착패드
12; 제1액츄에이터
13; 핑거
14; 핑거그리퍼
15; 제2액츄에이터
16; 힘 센서
17; 제어부
18; 솔레노이드밸브
19; 카메라
20; 가이드핀
21; 외부링크
22; 힌지핀

Claims (2)

1. 피대상물을 진공압에 의해 흡착하는 흡착패드; 상기 흡착패드를 임의거리만큼 직선이동시키기 위한 제1액츄에이터; 상기 피대상물을 핑거에 의해 파지하기 위한 복수개의 핑거그리퍼; 상기 피대상물을 파지하기 위해 상기 핑거그리퍼를 링크운동시키는 제2액츄에이터; 상기 핑거의 파지표면에 장착되어 상기 피대상물을 파지하는 그립력을 감지하여 검출신호를 전송하는 복수개의 힘 센서; 상기 제1,2액츄에이터를 제어하기 위해 구동부에 제어신호를 인가하기 위한 제어부; 상기 제어부로부터 인가되는 전기적 제어신호에 의해 절환되어 상기 흡착패드에 공급되는 공기압을 단속하기 위한 솔레노이드밸브; 상기 피대상물을 인식할 수 있도록 촬영하여 영상데이터를 상기 제어부에 전송하는 카메라;를 포함하는, 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템에 있어서:
   상기 제어부로부터 상기 핑거그리퍼의 위치, 속도 및 그립력을 인가하는 단계;
   상기 제1액츄에이터 구동으로 상기 흡착패드를 상기 피대상물쪽으로 임의거리만큼 전진이동시키는 단계;
   상기 진공압 공급으로 상기 흡착패드에 의해 상기 피대상물을 진공흡착하는 단계;
   상기 제2액츄에이터 구동으로 링크운동하는 상기 핑거그리퍼에 의해 상기 피대상물을 파지하는 단계;
   상기 흡착패드에 의해 진공흡착되고 상기 핑거그리퍼에 의해 파지된 상기 피대상물을 상기 제1액츄에이터 구동으로 임의위치로 이동시키는 단계;
   상기 핑거그리퍼에 의해 상기 피대상물을 파지할 경우, 상기 피대상물을 파지하는 상기 핑거그리퍼의 그립력을 상기 힘 센서에 의해 감지한 그립력과 미리설정된 임의의 그립력을 상호 비교하되, 감지된 그립력이 미리설정된 그립력보다 작을 경우 상기 제2액츄에이터 구동에 의해 상기 핑거그리퍼의 파지력을 높이는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 다중통신 서보 그리퍼 제어시스템.
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