KR102471860B1 - 협동로봇에 부착된 직접교시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 협동로봇에 부착하여 직접적인 교시가 가능한 장치에 있어서: 원통형 아암(11)에 맞물림 가능하도록 호형 단면을 갖추는 본체(20); 상기 본체(20)에 교시를 위한 입력용 버튼을 탑재하는 입력부재(40); 및 상기 본체(20)에 탑재되어 입력부재(40)의 신호를 처리하는 제어기판(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 스마트 팩토리에서 작업자와의 협력을 전제로 함에 장착홀이 배제되고 원통형 아암의 형태를 취하는 다관절 협동로봇의 특성 상 다양한 외경을 갖는 원통형 링크, 관절의 형상에 제한받지 않는 구조로 장착의 용이성을 가지며 무선 통신을 기반으로 하여 조작기의 장탈착이나 위치 변동이 용이하므로 생력화의 실효성을 증대하는 효과가 있다.

Description

협동로봇에 부착된 직접교시 장치 {Direct teaching apparatus attached to collaborative robot}

본 발명은 로봇의 교시에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 산업현장에서 스마트 팩토리를 실현하기 위해 작업자와의 협력을 전제로 하는 협동로봇에 부착된 직접교시 장치에 관한 것이다.

급속한 기술발전에 따라서 각종 산업현장의 경우 연관 기술의 발전과 함께 인간의 노동을 대체하는 개념을 벗어나서 인간과 협력이 가능한 협동로봇 개념으로 전환되어 가고 있다. 제조용 협동로봇은 작업성과 안전성을 고려하여 6축 이상의 다관절 메커니즘을 기반으로 한다.

다관절 구조의 협동로봇은 작업자와의 긴밀한 협력을 위해 경량, 슬림화 구조를 이루고 있다. 협동로봇의 직접교시, 핸드가이딩 시에 티칭팬던트와 로봇팔을 동시에 만지면서 작업이 가능하다. 다만 2가지 방식으로 교시하는 점에 기인하여 작업자의 불편함이 수반된다.

이에 대한 대책과 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2014-0056895호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제2148251호(선행문헌 2) 등의 선행특허를 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 산업용 로봇에서 교시조작기의 케이스 상에 탈부착이 용이하도록 적어도 하나 이상의 자석을 포함하고, 자석의 일측에는 자성을 단속할 수 있도록 스위치가 마련되며, 케이스 상에 점착 부재가 출입가능하도록 권취기가 마련된다. 이에, 교시조작기를 보관 및 고정할 수 있어 사용상에 용이함을 향상하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 고정 브라켓의 장착부에 탈부착 가능한 고정부가 형성된 몸체 및 몸체에 결합되어 로봇을 교시할 수 있는 핸들을 포함하며, 몸체의 고정부가 고정 브라켓의 장착부에 결합되는 교시 핸들;을 포함하여 이루어진다. 이에, 원하는 부위에 교시장치를 장착하므로 작업조건이나 로봇의 자세에 따라 작업 용이성을 향상하는 효과를 기대한다.

그러나, 선행문헌에 의하면 원통형 아암 형태를 취하는 다관절 협동로봇에 있어서는 미리 정의된 위치에만 적용이 가능한 제한 사항이 존재하고, 로봇에 일단 부착한 후에 위치 변동이 용이하지 않으며, 장착부의 홀이 로봇의 작동성과 내구성 저하를 초래할 우려가 있다.

한국 공개특허공보 제2014-0056895호 "자석부착 로봇 교시조작기" (공개일자 : 2014.05.12.) 한국 등록특허공보 제2148251호 "탈부착식 로봇 교시장치" (공개일자 : 2020.06.02.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 산업현장의 스마트 팩토리에서 작업자와의 협력을 전제로 함에 장착홀이 배제되고 원통형 아암의 형태를 취하는 다관절 협동로봇의 특성 상 다양한 외경을 갖는 원통형 링크, 관절의 형상에 제한받지 않는 구조로 장착의 용이성을 가지며 무선 통신을 기반으로 하여 조작기의 장탈착이나 위치 변동이 용이한 협동로봇에 부착된 직접교시 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 협동로봇에 부착하여 직접적인 교시가 가능한 장치에 있어서: 원통형 아암에 맞물림 가능하도록 호형 단면을 갖추는 본체; 상기 본체에 교시를 위한 입력용 버튼을 탑재하는 입력부재; 및 상기 본체에 탑재되어 입력부재의 신호를 처리하는 제어기판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체는 아암의 다양한 외경에 부합하도록 호형의 탄성밴드를 케이스로 감싸는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 본체는 양단에서 가이드링을 개재하여 호형으로 출입되는 파지블록을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 본체는 일측에서 힌지를 개재하여 연결되는 입력부재의 적어도 일부를 탑재하는 원판형의 보조체를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기판은 원통형 아암의 설정된 위치에 대응하여 가동되는 무선통신부와 무선충전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 스마트 팩토리에서 작업자와의 협력을 전제로 함에 장착홀이 배제되는 무선 통신을 기반으로 하여 조작기의 장탈착이나 위치 변동이 용이하므로 생력화의 실효성을 증대하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 사용 상태로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 세부 구조를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 변형예를 나타내는 모식도
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 변형예를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 협동로봇에 부착하여 직접적인 교시가 가능한 장치에 관하여 제안한다. 작업자와의 긴밀한 협력이 가능한 다관절 구조의 협동로봇을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 교시 장치는 티칭 펜던트로서 협동로봇은 물론 작업자 신체에도 부착 가능한 구조가 선호된다.

본 발명에 따르면 본체(20)가 원통형 아암(11)에 맞물림 가능하도록 호형 단면을 갖추는 구조를 이루고 있다.

도 1을 참조하면, 다수의 아암(11)을 갖춘 협동로봇(10)이 컨트롤러(15)와 연결된 상태를 나타낸다. 본체(20)는 직접 교시 버튼 장치(티칭 펜던트)의 골격을 이루는 요체로서 호형의 단면으로 형성한다. 본체(20)는 엔드 이펙터가 장착되는 최종단 아암(11)에 주로 부착되지만 필요에 따라 여타의 아암(11)에도 부착이 가능하다. 아암(11)에 대한 본체(20)의 맞물림은 자세 변동을 허용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체(20)는 아암의 다양한 외경에 부합하도록 호형의 탄성밴드(21)를 케이스(22)로 감싸는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본체(20)를 구성하는 탄성밴드(21)와 케이스(22)가 나타난다. 탄성밴드(21)는 고탄성을 지닌 강재 또는 수지재를 호형으로 형성한 구조이다. 케이스(22)는 탄성밴드(21)를 내부에 수용하면서 협동로봇 또는 작업자 신체에 밀착되는 구조이다. 케이스(22)는 탄성밴드(21) 외에 완충성, 수밀성, 쿠션성을 보완하는 소재를 갖춘다. 본체(20)는 양단을 벌려서 아암(11)에 장탈착하기 용이하고 아암(11) 상으로 회전시켜 자세를 조정하기도 용이하다.

한편, 협동로봇의 아암(11)에 환상의 요철부(13)를 형성하고 케이스(22)의 요철부(23)와 맞물리도록 하는 구성도 가능하다. 요철부(13)(23)는 일측에 요홈을 타측에 돌기를 형성하여 맞물리며, 본체(20)가 아암(11)의 축방향으로 미끄러지는 현상을 방지한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 본체(20)는 양단에서 가이드링(33)을 개재하여 호형으로 출입되는 파지블록(31)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 3을 참조하면, 본체(20)의 양단에 각각 구동부재(30)를 설치한 상태를 나타낸다. 구동부재(30)는 파지블록(31)과 가이드링(33)을 기반으로 하고 파지구동기(35)를 포함할 수도 있다. 파지블록(31)은 가이드링(33)을 개재하여 본체(20)에 근접 또는 이격되도록 설치된다. 호형으로 형성되는 가이드링(33)은 본체(20)에 출입 가능하게 긴밀하게 지지된다. 본체(20)를 아암(11)에 끼운 후에 파지블록(31)을 인출하면 긴밀한 파지가 가능하다. 파지구동기(35)는 모터와 피니언으로 구성되고 가이드링(33)에 장착된 래크와 맞물린다. 이는 작업자가 버튼(도시 생략)을 누름에 의해 파지블록(31)을 전동력으로 출입시킨다.

도 3의 구성에 의하면 도 2의 구성에 비하여 본체(20)의 길이를 축소하는데 유리하다. 도 3의 본체(20)는 아암(11)의 중심을 기준으로 180˚ 이하의 각도 범위에 걸치도록 형성되어도 장탈착이 원활하다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 본체(20)는 일측에서 힌지(27)를 개재하여 연결되는 입력부재(40)의 적어도 일부를 탑재하는 원판형의 보조체(25)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 호형의 본체(20)와 원판형의 보조체(25)가 힌지(27)로 결합된 상태를 나타낸다. 힌지(27)는 본체(20)와 보조체(25) 간의 임의적 상대운동이 방지되도록 마찰저항을 갖도록 구성한다. 보조체(25)는 티칭 펜던트의 기능에 있어서 본체(20)와 적어도 부분적으로 중복 가능하다. 도 4처럼 아암(11)의 축방향 평탄면에서 보조체(25)를 밀착시켜 사용할 수 있다. 도 5처럼 아암(11)의 반경방향 원주면에서 본체(20)를 밀착시키고 보조체(25)를 90˚ 이상으로 회전시켜 사용할 수 있다.

한편, 본체(20)와 보조체(25)를 힌지(27)로 결합한 구조일지라도 협동로봇의 아암(11)은 물론 작업자의 신체에 착용할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따르면 입력부재(40)가 상기 본체(20)에 교시를 위한 입력용 버튼을 탑재하는 구조를 이루고 있다.

도 1에서, 입력부재(40)를 구성하는 프리버튼(42), 설정버튼(44), 저장버튼(46), 취소버튼(48) 등이 나타난다. 프리버튼(42)은 아암(11)의 모든 관절의 자유로운 움직임을 허용하기 위한 교시 모션을 입력하는 부분이다. 설정버튼(44)은 축 고정, 면 고정, 점 고정, 각 고정 등의 할당된 포즈에 해당하는 조건으로 입력하는 부분이다. 저장버튼(46)은 프리버튼(42)과 설정버튼(44)의 입력을 최근 포즈로 저장하는 부분이다. 취소버튼(48)은 시계열로 입력된 최근 포즈를 순차적으로 삭제하는 부분이다.

이때, 입력부재(40)는 본체(20)에 탑재되는 것이지만 보조체(25)에도 적어도 일부가 탑재될 수 있다. 어느 경우에나 직접 교시 포인트로의 이동, 포인트의 선택이 용이하다. 협동로봇의 관절 동작, 위치 제한을 통한 정밀한 교시 작업이 직관적으로 이루어질 수 있어 편의성을 증진시킨다.

또한, 본 발명에 따르면 제어기판(50)이 상기 본체(20)에 탑재되어 입력부재(40)의 신호를 처리하는 구조를 이루고 있다.

도 2에서, 케이스(22)의 내부에 탄성밴드(21)와 제어기판(50)이 일정한 틈새를 유지하도록 수용된 상태를 나타낸다. 제어기판(50)은 플렉시블 PCB로 구성하고 프리버튼(42), 설정버튼(44), 저장버튼(46), 취소버튼(48) 등과 회로적으로 연결한다. 제어기판(50)은 본체(20) 및 보조체(25)에서 아암(11)과 인접한 내측 영역에 배치하는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기판(50)은 원통형 아암(11)의 설정된 위치에 대응하여 가동되는 무선통신부(54)와 무선충전부(56)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 2에서, 제어기판(50)에 탑재되는 무선통신부(54)와 무선충전부(56)가 나타난다. 제어기판(50)은 마이컴 회로의 제어부(52)를 기반으로 하고 충전 가능한 배터리와 근거리 무선통신용 모듈을 탑재한다. 도시에는 생략하나 협동로봇은 아암(11)의 적어도 일부 영역에 제어기판(50)의 무선통신부(54) 및 무선충전부(56)와 대응하는 무선통신/무선충전 기능을 갖춘다.

이와 같이 무선 방식의 제어기판(50)을 적용하는 경우 아암(11)에 기계적ㆍ전기적 연결용 장착홀이 배제되므로 내구성 저하를 방지할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 협동로봇 11: 아암
13: 요철부 15: 컨트롤러
20: 본체 21: 탄성밴드
22: 케이스 23: 요철부
25: 보조체 27: 힌지
30: 구동부재 31: 파지블록
33: 가이드링 35: 파지구동기
40: 입력부재 42: 프리버튼
44: 설정버튼 46: 저장버튼
48: 취소버튼 50: 제어기판
52: 제어부 54: 무선통신부
56: 무선충전부

Claims (5)

1. 협동로봇에 부착하여 직접적인 교시가 가능한 장치에 있어서:
   원통형 아암(11)에 맞물림 가능하도록 호형 단면을 갖추는 본체(20);
   상기 본체(20)에 교시를 위한 입력용 버튼을 탑재하는 입력부재(40); 및
   상기 본체(20)에 탑재되어 입력부재(40)의 신호를 처리하는 제어기판(50);을 포함하되,
   상기 본체(20)는 양단에서 가이드링(33)을 개재하여 호형으로 출입되는 파지블록(31)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 협동로봇에 부착된 직접교시 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체(20)는 아암(11)의 다양한 외경에 부합하도록 호형의 탄성밴드(21)를 케이스(22)로 감싸는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 협동로봇에 부착된 직접교시 장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체(20)는 일측에서 힌지(27)를 개재하여 연결되는 입력부재(40)의 적어도 일부를 탑재하는 원판형의 보조체(25)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 협동로봇에 부착된 직접교시 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기판(50)은 원통형 아암(11)의 설정된 위치에 대응하여 가동되는 무선통신부(54)와 무선충전부(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 협동로봇에 부착된 직접교시 장치.

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