KR102486089B1 - 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템에 관련되며, 이때 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템은 직접교시를 통한 작업자와 협동으로 사상 경로가 정확하게 설정되어 다품종 소량 생산에 따른 작업 전환이 신속하게 이루어지고, 특히, 로드셀을 이용하여 사상경로 추출 및 사상가공 시 반발력을 제어하여 사상 정밀도를 향상시킬 수 있도록 로봇팔유닛(100), 사상유닛(200), 지그유닛(300)을 포함하여 주요구성으로 한다.

Description

다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템{Sasang cooperative robot system that is easy for multi-product production}
본 발명은 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템에 관련되며, 보다 상세하게는 직접교시를 통한 작업자와 협동으로 사상 경로가 정확하게 설정되어 다품종 소량 생산에 따른 작업 전환이 신속하게 이루어지고, 특히, 로드셀을 이용하여 사상경로 추출 및 사상가공 시 반발력을 제어하여 사상 정밀도를 향상시킬 수 있는 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템에 관한 것이다.
통상 사상(Burr)은 금형 재료를 가공한 후에 가공선 끝단 가공물에서 떨어지지 않고 끝부분 말림 형상으로 되어, 사상 공정은 이러한 Burr를 제거하기 위한 공정이다.
하지만 기존의 사상 공정은 수작업으로 연마기 및 그라인더로 다양한 제품을 사상을 통하여 Burr를 제거하는 방식으로 이때 발생되는 유해물질 및 단순 노무 인력의 부족으로 고학력의 신규인력을 투입하는 등 큰 어려움을 겪고 있다.
이에 종래에 개시된 등록특허 10-0753557호에서, 로봇 말단부; 내측면은 상기 로봇 말단부에 일체로 결합되고, 외측면은 외향 돌출된 다수 개의 지지다리가 구비된 디커플러; 상기 디커플러의 외측면에 내측단부가 일체로 결합되어 상기 지지다리 사이의 공간에 위치하는 작업명령 힘/토크 센서; 상기 작업명령 힘/토크 센서의 외측단부에 일체로 결합되어 작업자가 조작하는 힘과 토크를 상기 작업명령 힘/토크 센서로 전달하는 조작휠; 상기 조작휠에 접촉됨이 없이 상기 조작휠을 통과한 상기 디커플러 지지다리의 외측단부에 일체로 결합되는 연결부; 내측면은 상기 연결부의 외측면에 일체로 결합되며, 외측면에는 작업 대상물이 결합되며, 작업 환경과의 접촉에 따른 힘과 토크를 감지하는 외력감지 힘/토크 센서; 및, 상기 작업명령 힘/토크 센서 및 상기 외력감지 힘/토크 센서를 포함하는 기술이 선 제시된 바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 작업자(인간)의 움직임을 작업 명령으로 감지하여 이를 추종하고, 작업 과정에서 작업 대상물이 작업 환경과 충돌하게 되면 작업자가 이를 감지하고 반응할 수 있는 것이나, 작업 대상물이 변경시 초기 세팅시간이 지연되어 다품종을 취급하는 용도로 부적합한 폐단이 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 직접교시를 통한 작업자와 협동으로 사상 경로가 정확하게 설정되어 다품종 소량 생산에 따른 작업 전환이 신속하게 이루어지고, 특히, 로드셀을 이용하여 사상경로 추출 및 사상가공 시 반발력을 제어하여 사상 정밀도를 향상시킬 수 있는 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 제어모듈(110)에 의해 이송경로가 제어되도록 구비되는 로봇팔유닛(100); 상기 로봇팔유닛(100)에 장착되고, 피사상물(A)을 사상가공하도록 그라인더 툴(210)이 구비되는 사상유닛(200); 상기 피사상물(A)이 안착되고, 구동부에 의해 가이드레일(310)을 타고 로봇팔유닛(100)에 의한 사상위치로 로딩/언로딩 되도록 구비되는 지그유닛(300);을 포함하고, 상기 로봇팔유닛(100)은 그라인더 툴(210)을 피사상물(A)에 접촉한 상태로 작업자 교시에 의해 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값을 기반으로 로봇팔유닛(100) 작동을 제어하여 사상가공을 자동으로 수행하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 사상유닛(200)은, 로봇팔유닛(100)에 장착되어 압력을 측정하는 로드셀모듈(220)과, 로드셀모듈(220)에 연결되고, 모터(232)가 설치되는 툴하우징(230)과, 툴하우징(230)에 회전운동 및 직선운동 가능하게 설치되고, 내부에 축홀(242)이 형성되며, 단부에 그라인더 툴(210)이 장착되는 홀더(244)가 구비되는 스핀들(240)과, 축홀(242)에 삽입되어 키결합되고, 모터(232)에 의해 회전운동되는 샤프트(250)와, 샤프트(250)에 삽입되어 스핀들(240)을 돌출 방향으로 가압하는 탄성체(260)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사상유닛(200)의 그라인더 툴(210)은 피사상물(A)에 소정의 압력으로 가압된 상태로 탄성체(260)가 압축된 상태로 사상가공이 수행되고, 상기 그라인더 툴(210)은 스핀들(240)과 함께 직선 이동되면서 교시 값과 실제 사상 경로 간에 오차 값이 보정되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어모듈(110)은 로봇팔유닛(100)이 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하는 중에 로드셀모듈(220)을 통하여 이동 좌표에 대한 압력 값을 저장하고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값과 압력 값을 연산하여, 압력 값이 설정 값 오차범위 내에 만족하도록 교시 값을 보정하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사상유닛(200)은 접촉감지모듈(260)에 의해 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 접지 on/off 상태를 검출하고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값을 검출하는 과정 중에 접촉감지모듈(260)을 통하여 접지 on 상태에서 검출되는 사상유닛(200) 이동정보를 교시 값으로 저장하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접촉감지모듈(260)은 스위치(262)에 의해 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 접지 on/off 신호를 임의로 변경가능하도록 구비되고, 상기 피사상물(A)의 사상경로가 복수 지점에 이격 배치되는 경우, 상기 그라인더 툴(210)을 어느 일측 사상경로 말단부에서 다른 일측 사상경로 시작부로 위치 이동되는 중에 스위치 조작으로 접촉감지모듈(260)을 접지 on상태로 설정하여 그라인더 툴(210)의 위치 이동 경로를 교시 값으로 저장하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지그유닛(300)은, 가이드레일(310)을 타고 이동되는 셔틀(320)과, 셔틀(320) 상면에 배치되어 피사상물(A)을 복수 지점에서 지지하는 복수의 받침편(330)과, 받침편(330)에 안착된 피사상물(A)을 상부에 가압하도록 받침축(342)을 중심으로 선회운동되는 밀편(340)과, 받침축(342)에 일단이 연결되어 다른 일단은 셔틀(320)상에 힌지(352)로 연결되어 밀편의 선회반경을 확장하도록 구비되는 링크바(350)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 직접교시를 통한 작업자와 협동으로 사상 경로가 정확하게 설정되어 다품종 소량 생산에 따른 작업 전환이 신속하게 이루어지고, 특히, 로드셀을 이용하여 사상경로 추출 및 사상가공 시 반발력을 제어하여 사상 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템을 평면에서 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템의 사상유닛을 확대하여 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템의 접촉감지모듈을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템의 지그유닛을 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템을 평면에서 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템의 사상유닛을 확대하여 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템의 접촉감지모듈을 나타내는 구성도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템의 지그유닛을 나타내는 구성도이다.
본 발명은 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템에 관련되며, 이때 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템은 직접교시를 통한 작업자와 협동으로 사상 경로가 정확하게 설정되어 다품종 소량 생산에 따른 작업 전환이 신속하게 이루어지고, 특히, 로드셀을 이용하여 사상경로 추출 및 사상가공 시 반발력을 제어하여 사상 정밀도를 향상시킬 수 있도록 로봇팔유닛(100), 사상유닛(200), 지그유닛(300)을 포함하여 주요구성으로 한다.
본 발명에 로봇팔유닛(100)은 제어모듈(110)에 의해 이송경로가 제어되도록 구비된다.
상기 로봇팔유닛(100)은 복수의 암과, 암을 연결하여 각도를 제어하는 관절모듈을 포함하는 조합으로 이루어지고, 제어모듈(110)에 의해 수치제어방식으로 작동된다.
또한, 본 발명에 따른 사상유닛(200)은 로봇팔유닛(100)에 장착되고, 피사상물(A)을 사상가공하도록 그라인더 툴(210)이 구비된다.
그리고, 상기 로봇팔유닛(100)은 그라인더 툴(210)을 피사상물(A)에 접촉한 상태로 작업자 교시에 의해 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하도록 구비되고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값을 기반으로 로봇팔유닛(100) 작동을 제어하여 사상가공을 자동으로 수행하도록 구비된다.
도 3에서, 상기 사상유닛(200)은, 로봇팔유닛(100)에 장착되어 압력을 측정하는 로드셀모듈(220)과, 로드셀모듈(220)에 연결되고, 모터(232)가 설치되는 툴하우징(230)과, 툴하우징(230)에 회전운동 및 직선운동 가능하게 설치되고, 내부에 축홀(242)이 형성되며, 단부에 그라인더 툴(210)이 장착되는 홀더(244)가 구비되는 스핀들(240)과, 축홀(242)에 삽입되어 키결합되고, 모터(232)에 의해 회전운동되는 샤프트(250)와, 샤프트(250)에 삽입되어 스핀들(240)을 돌출 방향으로 가압하는 탄성체(260)를 포함한다.
이때, 상기 축홀(242) 내경과, 샤프트(250)는 외경에 길이방향으로 키홈이 형성되고, 키홈에 강구가 삽입된 상태로 맞물려 키결합된다. 이에 상기 샤프트(250) 구동력이 스핀들(240) 측으로 전달됨과 더불어 스핀들(240)이 샤프트(250) 길이 방향으로 신축 조절가능하게 연결된다.
그리고 상기 로드셀모듈(220)은 그라인더 툴(210)이 피사상물(A)에 접촉되는 압력을 측정하는 센서로서, 교시 값을 추출하거나, 실제 사상가공을 수행하는 중에 그라인더 툴(210)이 피사상물(A) 측으로 가압되는 압력을 실시간으로 측정하게 된다.
또한, 상기 사상유닛(200)의 그라인더 툴(210)은 피사상물(A)에 소정의 압력으로 가압된 상태로 탄성체(260)가 압축된 상태로 사상가공이 수행되고, 상기 그라인더 툴(210)은 스핀들(240)과 함께 직선 이동되면서 교시 값과 실제 사상 경로 간에 오차 값이 보정되도록 구비된다.
일예로서, 상기 그라인더 툴(210)이 피사상물(A)에 미접촉된 상태의 압력이 '0'일 경우, 사상가공을 수행시에는 압력이 '0'보다 높게 설정되도록 그라인더 툴(210)은 피사상물(A)에 가압된 상태로 이송된다.
이때, 상기 제어모듈(110)에 입력된 교시 값과 실제 사상 경로(피사상물(A) 사상위치) 간에 오차가 발생되더라도, 오차 값만큼 그라인더 툴(210)이 탄력적으로 돌출되거나 인입되면서 일정한 압력으로 사상작업을 수행함에 따라 사상 품질이 향상된다.
또한, 상기 제어모듈(110)은 로봇팔유닛(100)이 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하는 중에 로드셀모듈(220)을 통하여 이동 좌표에 대한 압력 값을 저장하고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값과 압력 값을 연산하여, 압력 값이 설정 값 오차범위 내에 만족하도록 교시 값을 보정하도록 구비된다.
즉, 상기 로봇팔유닛(100)이 작업자 교시에 의해 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하는 중에 작업자 교시 조작력이 일정하지 못하여 피사상물(A) 측으로 가해지는 압력에 편차가 발생되더라도, 편차 발생 압력 만큼 교시 값을 보정하여 그라인더 툴(210)이 피사상물(A)의 사상경로를 따라 정밀하게 이동되는 이점이 있다.
또한, 상기 사상유닛(200)은 접촉감지모듈(260)에 의해 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 접지 on/off 상태를 검출하도록 구비된다. 그리고 상기 제어모듈(110)은 교시 값을 검출하는 과정 중에 접촉감지모듈(260)을 통하여 접지 on 상태에서 검출되는 사상유닛(200) 이동정보를 교시 값으로 저장하도록 구비된다.
이때, 상기 접촉감지모듈(260)은 접지 센서 또는 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 전기적인 통전상태를 검출하는 센서, 정전센서, 근접센서를 포함하는 센서 중 어느 하나 이상을 선택적으로 적용한다.
이에 상기 그라인더 툴(210)이 작업자 교시에 의해 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하는 중에 작업자 조작 오류로 그라인더 툴(210)이 사상경로를 이탈하여 피사상물(A)상에서 떨어졌다가 다시 접지되는 경우, 이를 감지하여 작업자 조작 오류로 인해 발생되는 그라인더 툴(210) 이동정보를 교시 값에서 배제하므로 비숙련공도 손쉽게 교시 값을 검출 과정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 접촉감지모듈(260)은 스위치(262)에 의해 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 접지 on/off 신호를 임의로 변경가능하도록 구비된다.
이처럼 상기 피사상물(A)의 사상경로가 복수 지점에 이격 배치되는 경우, 상기 그라인더 툴(210)을 어느 일측 사상경로 말단부에서 다른 일측 사상경로 시작부로 위치 이동되는 중에 스위치(262) 조작으로 접촉감지모듈(260)을 접지 on상태로 설정하여 그라인더 툴(210)의 위치 이동 경로를 교시 값으로 저장하도록 구비된다.
이에 상기 그라인더 툴(210)의 사상경로에 해당하는 교시 값은 물론 사상작업영역으로 이동하는 비절삭 위치이동에 대한 교시 값을 간단하게 입력가능하여, 복잡한 형상의 피사상물(A)에 대한 교시 값 설정작업이 간소화된다.
또한, 본 발명에 따른 지그유닛(300)은 상기 피사상물(A)이 안착되고, 구동부에 의해 가이드레일(310)을 타고 로봇팔유닛(100)에 의한 사상위치로 로딩/언로딩 되도록 구비된다.
상기 지그유닛(300)은 도 1과 같이 1개의 로봇팔유닛(100)에 대해 복수개 설치되고, 이때 상기 지그유닛(300)은 가이드레일(310)을 타고 로봇팔유닛(100)의 작동 반경 내측으로 이동되도록 구비된다.
그리고 상기 지그유닛(300)은, 도 5처럼 가이드레일(310)을 타고 이동되는 셔틀(320)과, 셔틀(320) 상면에 배치되어 피사상물(A)을 복수 지점에서 지지하는 복수의 받침편(330)과, 받침편(330)에 안착된 피사상물(A)을 상부에서 가압하도록 구동부에 의해 받침축(342)을 중심으로 선회운동되는 밀편(340)과, 받침축(342)에 일단이 연결되어 다른 일단은 셔틀(320)상에 힌지(352)로 연결되어 밀편의 선회반경을 확장하도록 구비되는 링크바(350)를 포함한다.
이에 상기 구동부에 의해 밀편(340)이 언클램핑 방향으로 선회되면, 밀편(340)이 링크바(350)의 선회운동에 의해 받침축(342) 위치가 피사상물(A)과 멀어지는 방향으로 이동되면서 언클램핑 영역이 확장됨에 따라 피사상물(A) 로딩/언로딩에 따른 간섭이 방지되고, 또 상기 구동부에 의해 밀편(340)이 클램핑 방향으로 선회되면, 밀편(340)이 링크바(350)의 선회운동에 의해 받침축(342) 위치가 피사상물(A) 측으로 근접하도록 이동되면서 클램핑 작동 중에 피사상물(A)의 밀림현상이 방지되는 이점이 있다.
100: 로봇팔유닛 200: 사상유닛
300: 지그유닛

Claims (7)

  1. 제어모듈(110)에 의해 이송경로가 제어되도록 구비되는 로봇팔유닛(100);
    상기 로봇팔유닛(100)에 장착되고, 피사상물(A)을 사상가공하도록 그라인더 툴(210)이 구비되는 사상유닛(200);
    상기 피사상물(A)이 안착되고, 구동부에 의해 가이드레일(310)을 타고 로봇팔유닛(100)에 의한 사상위치로 로딩/언로딩 되도록 구비되는 지그유닛(300);을 포함하고,
    상기 로봇팔유닛(100)은 그라인더 툴(210)을 피사상물(A)에 접촉한 상태로 작업자 교시에 의해 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하고,
    상기 제어모듈(110)은 교시 값을 기반으로 로봇팔유닛(100) 작동을 제어하여 사상가공을 자동으로 수행하도록 구비되며,
    상기 사상유닛(200)은, 로봇팔유닛(100)에 장착되어 압력을 측정하는 로드셀모듈(220)과, 로드셀모듈(220)에 연결되고, 모터(232)가 설치되는 툴하우징(230)과, 툴하우징(230)에 회전운동 및 직선운동 가능하게 설치되고, 내부에 축홀(242)이 형성되며, 단부에 그라인더 툴(210)이 장착되는 홀더(244)가 구비되는 스핀들(240)과, 축홀(242)에 삽입되어 키결합되고, 모터(232)에 의해 회전운동되는 샤프트(250)와, 샤프트(250)에 삽입되어 스핀들(240)을 돌출 방향으로 가압하는 탄성체(260)를 포함하고,
    상기 축홀(242) 내경과, 샤프트(250)는 외경에 길이방향으로 키홈이 형성되고, 키홈에 강구가 삽입된 상태로 맞물려 키결합되며, 상기 샤프트(250) 구동력이 스핀들(240) 측으로 전달됨과 더불어 스핀들(240)이 샤프트(250) 길이 방향으로 신축 조절가능하게 연결되고,
    상기 사상유닛(200)의 그라인더 툴(210)은 피사상물(A)에 소정의 압력으로 가압된 상태로 탄성체(260)가 압축된 상태로 사상가공이 수행되고, 상기 그라인더 툴(210)은 스핀들(240)과 함께 직선 이동되면서 교시 값과 실제 사상 경로 간에 오차 값이 보정되도록 구비되며,
    상기 제어모듈(110)은 로봇팔유닛(100)이 피사상물(A)의 사상경로를 따라 이동하면서 이동정보를 교시 값으로 저장하는 중에 로드셀모듈(220)을 통하여 이동 좌표에 대한 압력 값을 저장하고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값과 압력 값을 연산하여, 압력 값이 설정 값 오차범위 내에 만족하도록 교시 값을 보정하도록 구비되고,
    상기 지그유닛(300)은, 가이드레일(310)을 타고 이동되는 셔틀(320)과, 셔틀(320) 상면에 배치되어 피사상물(A)을 복수 지점에서 지지하는 복수의 받침편(330)과, 받침편(330)에 안착된 피사상물(A)을 상부에 가압하도록 받침축(342)을 중심으로 선회운동되는 밀편(340)과, 받침축(342)에 일단이 연결되어 다른 일단은 셔틀(320)상에 힌지(352)로 연결되어 밀편(340)의 선회반경을 확장하도록 구비되는 링크바(350)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템.
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  5. 제 1항에 있어서,
    상기 사상유닛(200)은 접촉감지모듈(260)에 의해 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 접지 on/off 상태를 검출하고, 상기 제어모듈(110)은 교시 값을 검출하는 과정 중에 접촉감지모듈(260)을 통하여 접지 on 상태에서 검출되는 사상유닛(200) 이동정보를 교시 값으로 저장하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 접촉감지모듈(260)은 스위치(262)에 의해 그라인더 툴(210)과 피사상물(A) 간에 접지 on/off 신호를 임의로 변경가능하도록 구비되고, 상기 피사상물(A)의 사상경로가 복수 지점에 이격 배치되는 경우, 상기 그라인더 툴(210)을 어느 일측 사상경로 말단부에서 다른 일측 사상경로 시작부로 위치 이동되는 중에 스위치 조작으로 접촉감지모듈(260)을 접지 on상태로 설정하여 그라인더 툴(210)의 위치 이동 경로를 교시 값으로 저장하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 다품종 생산에 용이한 사상 협동 로봇 시스템.
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