KR102598336B1 - 차량 글라스 룸미러 장착 시스템 - Google Patents

차량 글라스 룸미러 장착 시스템 Download PDF

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KR102598336B1
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Abstract

본 발명은 차량 글라스 룸미러 장착 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 다관절 로봇의 암부에 제1 3D스캔모듈과 그리퍼를 장착하며, 룸미러의 후면을 스캐닝하여 얻은 제1 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품피킹용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 룸미러를 파지하는 제1 협동로봇과, 제1 협동로봇으로부터 전달받은 룸미러를 파지한 제2 협동로봇의 암부가 정면에 접근 시에 룸미러의 후면에 위치한 로드 끝단의 단부면을 정밀 스캐닝하는 제2 3D스캔모듈과, 다관절 로봇의 암부에 그리퍼를 장착하며, 룸미러를 파지한 암부를 제2 3D스캔모듈로 접근시켜 정밀 스캐닝되게 한 다음 암부를 제어하여 룸미러를 차량 글라스에 장착하되, 로드의 단부면을 스캐닝하여 얻은 제2 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품장착용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 룸미러의 단부면이 차량 글라스의 고정편에 장착되게 하는 제2 협동로봇, 및 제1, 제2 협동로봇과 제1, 제2 3D스캔모듈을 제어하며, 제1, 제2 3D스캔모듈의 스캐닝 결과로부터 각 위치편차를 분석하여 제1, 제2 협동로봇으로 전달하는 제어모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 3D 스캔모듈과 연동하는 복수의 협동 로봇을 이용하여 차량 글라스를 내측의 체결부에 룸미러의 로드 끝단을 정확하게 장착할 수 있다.

Description

차량 글라스 룸미러 장착 시스템{System for mounting room mirror on vehicle glass}
본 발명은 차량 글라스 룸미러 장착 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 협동 로봇과 3D 스캔모듈을 이용하여 차량 글라스의 룸미러 체결 부위에 룸미러의 로드 끝단을 정확하게 결합 장착할 수 있는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템에 관한 것이다.
차량의 룸미러는 차량 전면 글라스 상에 부착된 장착부에 삽입 장착된다. 예를 들어, 차량 전면 글라스의 내측에 부착된 체결 소켓에 룸미러의 로드 끝단부가 삽입 체결된다.
현재까지 대부분의 룸미러는 작업자에 의해 수동으로 장착되고 있으나, 로봇에 의한 장착도 일부 이루어지고 있다.
일반적으로 로봇을 통한 부품 피킹(picking) 작업의 경우 피킹 대상이 되는 대상체 위치의 변화를 산출하고 로봇에 위치 편차를 전달하여 부품 피킹을 수행하고 있다.
그런데 룸미러의 경우 후면에 회동하게 결합되어 있는 로드의 각도 위치가 제각각 다르기 때문에 이 부분에 대한 편차를 구한 후에 이를 보정하여 장착해줄 수 있어야 한다.
따라서, 룸미러를 피킹한 후에 룸미러 후면에 결합된 로드의 각도나 위치 변화를 고려하여 로드 끝단에 형성된 체결편을 차량 글라스의 장착부에 정확하게 조준하여 장착할 수 있는 자동화 로봇 시스템이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2011-0035461호(2011.04.06 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 협동 로봇과 3D 스캔모듈을 이용하여 차량 글라스의 룸미러 체결 부위에 룸미러의 로드 끝단의 체결편을 정확하게 결합 장착할 수 있는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 다관절 로봇의 암부에 제1 3D스캔모듈과 그리퍼를 장착하며, 암부를 이동시켜 트레이에 대기중인 룸미러의 후면을 스캐닝하고, 기준모델 대비 현재 스캐닝모델의 틀어진 제1 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품피킹용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 상기 룸미러를 파지하는 제1 협동로봇과, 상기 제1 협동로봇으로부터 전달받은 룸미러를 파지한 제2 협동로봇의 암부가 정면에 접근 시에 상기 룸미러의 후면을 스캐닝하되, 차량 글라스에 장착된 상태로 회동하는 룸미러의 로드의 끝단의 단부면을 정밀 스캐닝하는 제2 3D스캔모듈과, 다관절 로봇의 암부에 그리퍼를 장착하며, 룸미러를 파지한 암부를 상기 제2 3D스캔모듈로 접근시켜 정밀 스캐닝되게 한 다음 스캐닝 결과에 따라 암부를 제어하여 상기 룸미러를 차량 글라스에 장착하되, 로드 끝단면 기준모델 대비 현재 로드 끝단면 스캐닝모델의 틀어진 제2 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품장착용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 상기 룸미러의 끝단면이 차량 글라스의 고정편에 장착되게 하는 제2 협동로봇, 및 상기 제1, 제2 협동로봇과 상기 제1, 제2 3D스캔모듈을 제어하며, 상기 제1, 제2 3D스캔모듈의 스캐닝 결과로부터 각 위치편차를 분석하여 상기 제1, 제2 협동로봇으로 전달하는 제어모듈을 포함하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템을 제공한다.
또한, 상기 제1 위치편차 또는 제2 위치편차는, 기 설정된 기준모델의 기준 위치에 대비한 현재의 스캐닝모델의 3차원 상의 위치 및 회전 이동량을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 상기 제1 3D 스캔모듈을 통해 상기 룸미러의 후면 테두리 모양을 스캐닝한 스캐닝모델과 기 저장된 기준모델을 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 이용하여 3D 매칭하여 상기 제1 위치편차를 연산하고, 상기 제2 3D 스캔모듈을 통해 상기 룸미러 후면의 로드 끝단면 모양을 스캐닝한 스캐닝모델과 기 저장된 로드 끝단면 기준모델을 ICP 알고리즘을 이용하여 3D 매칭하여 상기 제2 위치편차를 연산할 수 있다.
또한, 상기 제1 협동로봇은, 상기 기준모델을 기준으로 생성된 상기 제품피킹용 로봇 자세를 디폴트 자세로 기 저장하고, 상기 제2 협동로봇은, 상기 로드 끝단면 기준모델을 기준으로 생성된 상기 제품장착용 로봇 자세를 디폴트 자세로 기 저장할 수 있다.
또한, 상기 제1 협동로봇은, 스캐닝 결과에 따라 암부를 제어하여 상기 룸미러를 파지한 다음, 측면에 이웃하여 배치된 상기 제2 협동로봇으로 전달하고, 상기 제2 협동로봇은, 상기 제1 협동로봇과 서로 암부 간이 마주한 상태로 상기 룸미러를 전달받는 다음, 자세 변경을 통해 암부를 설정 위치의 상기 제2 3D스캔모듈의 정면을 향해 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 협동로봇과 상기 제2 협동로봇은, 각각의 그리퍼가 상기 룸미러의 테두리를 파지하되, 룸미러 전달 과정에서 그리퍼 간 간섭이 없도록 상기 룸미러의 서로 다른 테두리 부분을 파지할 수 있다.
또한, 상기 차량 글라스는, 상기 제1 및 제2 협동로봇 사이에 마련된 거치대 위에 오목한 면이 위를 향하도록 배치되어 사전에 준비될 수 있다.
또한, 상기 제1 협동로봇 또는 제2 협동로봇의 좌표계를 기준으로 상기 제1 협동로봇 또는 제2 협동로봇과 상기 제1 3D스캔모듈 또는 제2 3D스캔모듈 간의 좌표 캘리브레이션이 사전에 이루어져 협동로봇과 3D스캔모듈 간 공통 좌표계를 가질 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 입체 구조의 캘리브레이션 오브젝트가 제1 또는 제2 협동로봇에 장착된 상태에서 로봇 자세를 변화하면서 상기 제1 또는 제2 3D 스캔모듈을 통해 상기 오브젝트를 스캔하여 획득되는 복수의 로봇 포즈와 복수의 오브젝트 스캔 결과를 바탕으로 상기 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 협동 로봇과 3D 스캔모듈을 이용하여 차량 글라스의 룸미러 체결 부위에 룸미러의 로드 끝단면을 정확하게 결합 장착할 수 있다.
또한, 룸미러의 로드 끝단부 형상의 3D 스캐닝을 기반으로 현재 스캔된 모델이 기준모델로부터 틀어진 위치편차를 분석하여 로봇 자세를 변경할 수 있어 로드의 끝단부가 글라스의 체결부에 정확히 정조준되어 체결 가능하다.
이에 따르면, 룸미러 제품 별로 룸미러에 대해 로드 끝단부의 위치 편차가 존재하더라도 해당 제품의 틀어진 상태에 맞게 룸미러 장착 과정에서 로봇 자세가 적응적으로 변경될 수 있어 장착 작업의 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 글라스 룸미러 장착 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 룸미러 장착 시스템을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 실제 구현 모습을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일반적인 룸미러의 구조를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1 협동로봇의 제품피킹 작업을 설명한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 협동로봇의 제품장착 작업을 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 캘리브레이션 오브젝트를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 피킹 작업 알고리즘의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 장착 작업 알고리즘의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차량 글라스 룸미러 장착 과정을 예시적으로 설명한 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 글라스 룸미러 장착 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 룸미러 장착 시스템을 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 실제 구현 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량 글라스 룸미러 장착 시스템(100)은 제1 3D스캔모듈(115)이 구비된 제1 협동로봇(110), 제2 3D스캔모듈(120), 제2 협동로봇(130), 제어모듈(140)을 포함한다.
제어모듈(140)은 각 협동로봇(110,130) 및 각 3D스캔모듈(115,120)의 동작을 제어할 수 있고, 이들과 각각 유선, 무선 혹은 유무선 혼합 네트워크를 통해 연결되어 서로 통신하고 다양한 정보를 실시간 주고받을 수 있다
제1 및 제2 협동로봇(110,130)은 6축 다관절 로봇으로 구현되며, 암부에는 룸미러(10)를 파지하기 위한 그리퍼(111,131)가 각각 장착된다.
제1 협동로봇(110)은 앞쪽의 트레이에 준비된 룸미러(10)를 피킹(picking)하여 제2 협동로봇(130) 쪽으로 전달하는 피킹 로봇이고, 제2 협동로봇(110)은 전달받은 룸미러(10)를 일측에 준비된 차량 전면 글라스(20)(이하, 차량 글라스)의 고정편(21) 부위로 장착하기 위한 장착 로봇에 해당한다.
제1 3D스캔모듈(115)과 제2 3D스캔모듈(120)은 각각 제1 협동로봇(110)을 통한 피킹 작업과 제2 협동로봇(130)을 통한 장착 작업의 정확도를 높이기 위해 사용된다. 이들 3D스캔모듈은 통상의 3D 스캔센서, 3D 스캐너 장치류에 해당하며 구조광 방식 등의 스캔이 사용될 수 있다.
차량 글라스(20)는 작업 전에 사전에 준비되는데, 예를 들어, 도 2 및 도 3과 같이 제1 및 제2 협동로봇(110,130) 사이에 마련된 거치대(22) 위에 오목한 면이 위를 향하도록 배치되어 사전에 준비될 수 있다. 오목한 면의 일측에는 룸미러(10)의 로드(11)의 끝단에 해당한 끝단면이 결합되기 위한 고정편(21)이 마련되어 있다.
본 발명의 실시예에서는 룸미러(10)의 로드(11)의 끝단의 단부면(12)이 차량 글라스(20)의 오목한 내측면에 마련된 고정편(21)에 슬라이드 방식으로 끼워 삽입 장착되는 것을 대표 예시로 한다. 여기서 로드 끝단의 단부면(12)이란 글라스의 고정편(21)에 체결되는 체결편을 의미한다.
도 4는 일반적인 룸미러의 구조를 예시한 도면이다. 도 4와 같이, 룸미러(10)는 거울이 설치된 전면과 반대되는 후면에 각도 조절이 가능한 로드(11)가 설치된다. 이때 로드의 끝단에 형성된 단부면 즉, 체결편(12)이 차량 글라스(20)의 고정편(21)과 결합되면서 룸미러(10)가 장착된다. 이때 주로 암수 체결, 슬라이딩 결합 방식 등이 적용된다.
그런데, 룸미러(10)의 후면에 위치한 로드(11) 부분 혹은 그 로드(11) 끝단의 단부면(12)은 외력 등에 의해 각도가 변형될 수 있다. 이러한 이유로, 제조된 완성품의 룸미러(10)들은 로드(11) 혹은 그 끝단부(12)의 꺽인 방향이나 각도가 제각각 상이한 상태로 출고되게 된다.
이와 같이, 완성된 각 제품마다 룸미러(10)에 대한 로드(11)의 위치 편차가 존재하며 위치 편차는 제각각이기 때문에, 로드(11)의 끝단면이 글라스(20)의 고정편(21)에 정확하게 조준되어 장착되기 위해서는 각 제품마다 그에 맞는 로봇 자세의 보정은 필수적이다.
본 발명에 따르면, 복수의 협동로봇이 3D 스캔모듈의 스캔 결과와 연동하여 룸미러(10)의 로드(11)의 끝단부(12)를 차량 글라스 내측의 고정편(21)에 정확하게 접근시켜 장착할 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 시스템의 동작을 보다 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3과 같이, 제1 협동로봇(110)은 다관절 로봇의 암부에 제1 3D스캔모듈(115)과 그리퍼(111)를 장착하며, 암부를 이동시켜 트레이(30)에 대기중인 룸미러(10)의 후면을 스캐닝하고, 기준모델 대비 현재 스캐닝모델의 틀어진 제1 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품피킹용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 룸미러(10)를 파지한다.
제품피킹용 로봇 자세는 기준모델을 기준으로 사전 등록된 로봇 자세를 나타내며, 사전에 제1 협동로봇(110)에 등록될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 로봇 자세는 피킹 동작에 필요한 시계열 자세 정보를 포함하며, 자세 정보는 실시간 제어되는 로봇 관절이나 암부의 각도, 위치 등의 정보를 포함한다.
트레이(30)의 상부에는 룸미러(10)의 후면이 상부를 향하도록 뒤집힌 상태로 준비되며 제1 협동로봇(110)은 이러한 룸미러(10)를 향해 암부를 이동시켜 룸미러(10)의 후면을 스캐닝한다. 이에 따라, 룸미러(10)의 후면 형상을 스캔하는데, 후면 테투리 모양을 스캔하고 스캔한 모델을 미리 저장된 기준모델과 비교하여 기준모델 대비 틀어진 정도를 확인할 수 있다.
제1 협동로봇(110)은 스캐닝 결과에 따라 암부를 제어하여 룸미러를 정위치로 파지한 다음, 측면에 이웃하여 배치된 제2 협동로봇(130)으로 전달한다. 제1 협동로봇(110)은 그리퍼(111)를 통해 룸미러(10)이 테두리 부분을 파지하여 제2 협동로봇(130)으로 전달한다.
여기서, 제1 협동로봇(110)과 제2 협동로봇(130)의 동작 타이밍은 제어모듈(140)에 의해 제어될 수 있으며, 제어모듈(140)은 각 로봇(110,130)과 3D스캔모듈(115,120)와 실시간으로 정보를 교환하여 동작 상태를 파악하고 각종 데이터 처리 및 연산 동작을 수행할 수 있다.
제2 협동로봇(130)은 제1 협동로봇(110)으로부터 룸미러(10)를 전달받을 때 제1 협동로봇(110)과 마주한 상태로 그리퍼(131)를 조작하여 룸미러(10)를 전달받는다. 즉, 제1 협동로봇(110)과 제2 협동로봇(130)은 서로 간의 암부가 마주한 상태로 룸미러(10)를 교환한다.
이때, 제2 협동로봇(130) 역시 룸미러(10)를 건내받는 과정에서 그리퍼(131)가 룸미러(10)의 테두리를 파지하도록 한다. 다만, 전달 받는 과정에서 그리퍼(111,131) 간에 간섭이 없도록 각각의 그리퍼(111,131)는 룸미러(10)를 다른 테두리 부분을 파지한다. 이는 그리퍼의 간격 조절을 통해 가능한데, 예를 들어 제2 협동로봇(130)은 제1 협동로봇(110)보다 넓은 간격으로 그리퍼를 제어하여 룸미러를 파지할 수 있다.
제2 3D스캔모듈(120)은 제1 협동로봇(110)으로부터 전달받은 룸미러(10)를 파지한 제2 협동로봇(130)의 암부가 정면에 접근 시에, 룸미러(10)의 후면을 스캐닝하되, 차량 글라스(20)에 장착된 상태로 회동하는 룸미러(10)의 로드(11)의 끝단면(12)을 정밀 스캐닝한다.
제2 협동로봇(130)은 다관절 로봇의 암부에 그리퍼(131)를 장착하며, 제1 협동로봇(110)과 암부 간이 마주한 상태로 룸미러(10)를 전달받는다. 따라서, 룸미러(10)의 후면이 외부를 향한다. 그리고, 제2 협동로봇(130)은 룸미러(10)를 파지한 암부를 미리 알고 있는 위치의 제2 3D스캔모듈(120)의 정면에 접근시켜 룸미러(10)의 후면이 정밀 스캐닝되게 한다.
이와 같이, 제2 협동로봇(130)은 제1 협동로봇(110)과 암부 간이 마주한 상태로 룸미러(10)를 전달받은 다음, 로봇 자세 변경을 통해 암부를 설정 위치의 제2 3D스캔모듈(120)의 정면을 향해 이동시켜서, 정밀 스캐닝이 이루어지도록 한다.
이에 따라, 제2 3D스캔모듈(120)은 룸미러(10)의 후면 형상을 스캔하는데, 특히 후면 후면의 로드 단부면(12) 모양을 스캔하고 스캔한 모델을 미리 저장된 로드 단부면 기준모델과 비교하여 기준모델 대비 틀어진 정도를 확인 가능하게 한다.
제2 협동로봇(130)은 제2 3D스캔모듈(120)을 통한 스캐닝 결과에 따라 암부를 제하여 룸미러(10)를 하측에 마련된 차량 글라스(20)에 장착하되, 로드 끝단면 기준모델 대비 현재 로드 끝단면 스캐닝모델의 틀어진 제2 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품장착용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여, 룸미러(10)의 로드 끝단면(12)이 차량 글라스(20)의 고정편(21)에 장착되게 한다.
즉, 차량 전면 글라스(20)의 내측에 부착된 고정편(21)에 룸미러(10)의 로드 끝단부(12)가 정확하게 조준되어 삽입 체결된다. 여기서 제품장착용 로봇 자세는 로드 끝단면 기준모델을 기준으로 사전 등록된 로봇 자세를 나타내며, 사전에 계산되어 제2 협동로봇(130)에 등록될 수 있다.
제어모듈(140)은 제1 협동로봇(110), 제2 협동로봇(130)과, 제1 3D스캔모듈(115), 제2 3D스캔모듈(120)을 제어하며, 제1 및 제2 3D스캔모듈(115)의 스캐닝 결과로부터 각 위치편차를 분석하여 제1 및 제2 협동로봇(115,120)으로 각각 전달한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1 협동로봇의 제품피킹 작업을 설명한 도면이다.
도 5에서 룸미러 파트 마스터는 룸미러 기준모델(M1_ref)에 해당한다. 여기서, 기준모델(M1_ref)은 예를들어 미리 지정된 위치(기준 위치)에 놓여진 룸미러를 제1 3D스캔모듈(115)을 통해 스캔하여 획득한 모델 또는 설계도면을 포인트클라우드 데이터로 변환한 모델이며, 이는 작업자에 의해 트레이(30)의 임의 위치에 놓인 룸미러에 대한 미리 지정된 기준위치 대비한 위치편차를 구하기 위해 사용되는 참조모델이다. 여기서 위치편차는 해당 부분의 위치 이동과 회전 이동을 포함하는 개념이다.
제어모듈(140)은 제1 협동로봇(110)의 제1 3D스캔모듈(115)을 통해 룸미러 후면 테두리 모양을 스캔한 스캐닝모델(M1)을 얻고, 이러한 스캐닝모델(M1)과 미리 알고 있는 기 저장된 기준모델(M1_ref)을 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘과 3D 패턴매칭 알고리즘을 통해 3D 매칭하여 기준모델의 기준위치 대비 이동량을 계산하고 이동량에 따른 제1 위치편차를 제1 협동로봇(110)으로 전달한다. 이때 이동량은 위치 및 회전 이동량을 포함한다.
즉, 위치편차는 기준모델(M1_ref)의 기준 위치에 대비한 현재의 스캐닝모델(M1)의 3차원 상의 위치 및 회전 이동량을 포함하며, 3축의 위치 편차와 3축의 기울기 편차를 포함한 총 6개의 파라미터(Δx,Δy,Δz,ΔRx,ΔRy,ΔRz)로 이루어질 수 있다.
여기서 제1 협동로봇(110)은 이러한 기준모델(M1_ref)을 기준으로 기 생성된 제품피킹용 로봇 자세를 디폴트 자세로 기 저장하고 있다. 이러한 디폴트 자세는 기준 모델에 해당한 룸미러의 테두리 부분을 정위치로 피킹하는데 필요한 로봇 자세를 의미할 수 있다.
따라서, 제1 협동로봇(110)은 기준모델(M1_ref)에 대응하여 기 저장된 제품피킹용 로봇 자세를 제1 위치편차를 이용하여 보정함으로써, 현재 놓인 제품의 틀어진 정도에 맞게 로봇 자세를 변경하여 피킹을 수행하게 된다. 이와 같이, 제1 협동로봇(110)은 제품피킹용 로봇 자세에 제1 위치편차를 반영하여 로봇 자세를 변경하고 이를 기반으로 암부를 제어하여 제품의 피킹을 수행하게 된다.
도 6는 본 발명의 실시예에서 제2 협동로봇의 제품장착 작업을 설명한 도면이다. 도 6에 나타낸 마스터는 룸미러의 로드 단부면 기준모델(M2_ref)에 해당한다. 로드 단부면 기준모델(M2_ref)은 제2 협동로봇(130)에서 기준모델을 정위치로 파지한 상태에서 제2 3D스캔모듈(120)로 접근시켜 제2 3D스캔모듈(120)을 통하여 스캔하여 획득된다. 여기서 물론 로드 단부면 기준모델(M2_ref)는 룸미러 본체에 대해 로드 단부면(12)이 각도 틀어짐이 없는 정위치 상태에서 획득된 것에 해당하며, 단부면(12) 부분을 확대하여 스캔한 영상에 해당할 수 있다.
이러한 로드 단부면 기준모델(M2_ref)는 룸미러 후면의 단부면(12)에 대한 미리 지정된 기준위치 대비한 위치편차를 구하기 위해 사용되는 참조모델이다. 위치편차는 해당 부분의 위치 이동과 회전 이동을 포함한다.
제어모듈(140)은 제2 3D스캔모듈(120)을 통해 룸미러 후면의 로드 단부면(12) 모양을 확대 스캔한 스캐닝모델(M2)을 얻고, 이러한 스캐닝모델(M2)과 기 저장된 기준모델(M2_ref)을 ICP 알고리즘과 3D 패턴 매칭 알고리즘을 통해 3D 매칭하여 기준모델의 기준위치 대비한 이동량을 계산하고, 이동량에 따른 제1 위치편차를 제1 협동로봇(110)으로 전달한다. 이때 이동량은 위치 및 회전 이동량을 포함한다.
즉, 위치편차는 기준모델(M2_ref)의 기준 위치에 대비한 현재의 스캐닝모델(M2)의 3차원 상의 위치 및 회전 이동량을 포함하며, 이 역시 총 6개의 파라미터(Δx,Δy,Δz,ΔRx,ΔRy,ΔRz)로 이루어질 수 있다.
여기서, 제2 협동로봇(130)은 로드 단부면 기준모델(M2_ref)을 기준으로 기 생성된 제품장착용 로봇 자세를 디폴트 자세로 기 저장하고 있다. 이러한 디폴트 자세는 기준 모델에 해당한 룸미러의 로드 단부면(12) 부분이 차량 글라스(20)의 고정편(21)에 정위치 조준되어 장착되기 위해 필요한 로봇 자세를 나타낼 수 있다.
따라서, 제2 협동로봇(130)은 기준모델(M2_ref)에 대응하여 기 저장된 제품장착용 로봇 자세를 제2 위치편차를 이용하여 보정함으로써, 현재 단부면(12)의 틀어진 정도에 맞게 로봇 자세를 변경하여 차량 글라스(20)의 고정편(21)에 정확하게 장착할 수 있다. 이와 같이, 제2 협동로봇(130)은 기 등록된 제품장착용 로봇 자세에 제2 위치편차를 반영하여 로봇 자세를 변경하고 이를 기반으로 암부를 제어하여 제품의 피킹을 수행하게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 협동 로봇의 좌표계를 기준으로 전체 구성이 공통 좌표계를 가질 수 있다. 이를 위해, 제1 협동로봇(110) 또는 제2 협동로봇(130)과 제1 3D스캔모듈(115) 또는 제2 3D스캔모듈(120) 간의 좌표 캘리브레이션이 제1 협동로봇(110) 또는 제2 협동로봇(130)의 좌표계를 기준으로 사전에 이루어져, 협동로봇과 3D스캔모듈 간 공통 좌표계를 가질 수 있다. 이에 따라 3D스캔모듈을 통해 얻은 스캐닝 영상의 좌표가 협동로봇의 로봇 베이스 좌표계를 기준으로 변경될 수 있다.
캘리브레이션 과정은 캘리브레이션 오브젝트를 협동로봇에 장착한 상태에서 로봇 자세를 변경해가면서 3D 스캔모듈을 통해 캘리브레션 오브젝트를 스캐닝하는 과정을 통해 수행될 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 입체 구조의 캘리브레이션 오브젝트를 활용한다.
구체적으로 제어모듈(140)은 입체 구조의 캘리브레이션 오브젝트가 제1 또는 제2 협동로봇에 장착된 상태에서 로봇 포즈를 변화하면서 제1 또는 제2 3D 스캔모듈을 통해 오브젝트를 스캔하여 획득되는 복수의 로봇 포즈와 복수의 오브젝트 스캔 결과 세트를 바탕으로 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
제1 3D스캔모듈(115)은 제1 협동로봇(110)의 로봇 툴에 장착되어 있고, 제2 3D스캔모듈(120)은 별도의 프로파일에 고정되어 있다. 예를 들어, 제1 협동로봇(110)이 캘리브레이션 오브젝트를 장착한 상태에서 로봇 포즈를 변경하면서 제2 3D스캔모듈(120)에 오브젝트를 스캔하여 캘리브레이션을 수행할 수 있고, 제2 협동로봇(130)이 오브젝트를 장착한 상태에서 로봇 포즈를 변경하면서 제2 3D스캔모듈(120)에 오브젝트를 스캔하여 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 캘리브레이션 오브젝트를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 캘리브레이션 오브젝트의 실물을 나타내고, (b)는 이를 스캔모듈로 스캐닝한 영상을 나타낸다. 그리고 도 7의 (c)는 오브젝트를 쥔 로봇 포즈를 변경하면서 3D 스캔모듈에 오브젝트를 스캐닝한 이미지를 나타낸다.
캘리브레이션 오브젝트는 피라미드 구조와 같이 외곽으로 갈수록 직경이 점차 넓어지며 네 개의 면이 결합된 구조를 가진다. 여기서 네 개의 면은 기울어진 각도가 모두 상이하게 구현되어 캘리브레이션 정확도를 높인다.
이와 같이, 복수의 로봇 자세(포즈)와 오브젝트 스캔 결과를 이용하면 로봇의 베이스 좌표(로봇 좌표계)와 3D 스캔모듈의 좌표 사이의 관계가 만들어진다. 이를 통해 3D스캔모듈에서 얻어지는 모든 좌표값을 로봇 좌표계를 기준으로 캘리브레이션할 수 있다. 이와 같이, 제1, 제2 협동로봇과 제1,제2 스캔센서 간에 캘리브레이션이 수행되어 공통좌표계가 생성될 수 있다. 또한 협동로봇들 간에도 캘리브레이션이 이루어지며 캘리브레이션을 통해 얻은 좌표변환 행렬 등을 이용하여 공통좌표계를 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션 개념도이다. 이러한 도 8에서 3D스캔 센서는 프로파일에 고정된 제2 3D스캔모듈로 가정하고 로봇1과 로봇2는 각각 제1, 제2 협동로봇으로 가정한다. H는 행렬을 나타내며, 각 구성요소 간의 관계에 따른 변환 행렬에 해당한다.
은 로봇1에서 3D 스캔 센서 간의 회전과 위치이동값을 나타내는 4×4 행렬이며 아래 수학식 1과 같으며, 이러한 회전과 위치이동 좌표를 로봇 포즈값으로로 변환하여 표현할 수도 있다. 은 협동로봇2에서 3D 스캔 센서 간의 회전과 위치이동값을 나타내는 4×4 행렬이며 로봇 포즈값이다. 로봇1과 로봇2와의 관계는 로 나타낼 수 있다. 일련의 과정을 통하여 로봇간의 공통좌표계 생성이 가능하다.
캘리브레이션을 통한 좌표계 변환은 전변환 행렬이나 좌표축의 자세를 표현하는 직관적인 방법인 오일러 각도 변환(Euler Angle Transform)을 활용할 수 있다. 이러한 기술은 기 공개된 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.
다음은 협동로봇 연동 알고리즘에 관하여 개략적으로 설명한다. 먼저, 로봇-스캐너 시스템을 이용한 Bin picking 작업의 구성을 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 피킹 작업 알고리즘의 개념도이다. 이러한 도 9는 빈 피킹 알고리즘의 개념으로, 로봇을 기준으로 위아래 두 개의 경로로 나뉘어져 있는데 위쪽은 기준위치에 놓인 기준모델의 대상물(룸미러)을 피킹하는 경우에 대한 것이고 아래 쪽은 임의 위치에 놓인 대상물을 스캔하여 피킹하는 상황을 나타낸다. 즉, 이러한 도 9는 기준모델에 대한 현재 스캐닝모델의 위치 편차와 관련된다.
도면에서 로봇은 협동로봇1이고 로봇툴은 협동로봇1에서 스캐너가 장착된 툴 부분을 의미하고, 스캐너는 3D 스캔 센서1을 나타낸다. 대상물(트레인)은 트레이에 놓여진 기준위치의 대상물로 기준모델에 대응한다. 그 아래 보이는 대상물(픽킹)은 현재 트레이의 임의 위치에 놓여진 대상물로 스캐닝모델에 대응한다.
먼저, 대상물(트레인)을 스캔하고 이때의 포즈를 로 저장한다. 로 회전과 위치이동을 포함한 행렬이다. 이때 R은 회전(rotation), t는 위치이동(translation)을 나타낸다. 이를 로봇 좌표로 변환하면 의 6축 좌표로 나타낼 수 있다.
그리고 작업 대상이 되는 대상물(픽킹)과 관련한 포즈 는 다음 수학식 2로 표현될 수 있다.
여기서 는 3D스캐너와 협동로봇1의 엔드이팩터 간의 관계를 나타내는 행렬로 회전과 위치이동으로 구성된 행렬이다. 는 대상체의 이동 편차를 나타내는 회전과 위치이동으로 구성된 행렬이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 장착 작업 알고리즘의 개념도이다.
도 10의 상단 그림은 협동로봇2에 그립된 대상물을 3D 스캔센서2로 스캔하는 개념으로, 이때 협동로봇2를 기준으로 로봇툴에 기준모델이 장착된 상태에서 스캔되는 경우와 현재 그립된 대상물의 로드 단부면이 스캐닝되는 경우로 구분되며 상호 간 편차가 존재한다.
도 10의 하단 그림은 협동로봇2에 그립된 대상물을 장착하는 경우에 대한 것이다. 여기서, 기준모델과 대비하여 현재 대상물의 장착에 필요한 포즈는 Hinstall로 표현되며 이는 수학식 3과 같이 정의된다.
여기서, 수학시 2와 3에 언급된 각 파라미터는 아래 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
이때 사용되는 모든 행렬은 수학식 1과 같은 4×4 행렬의 형태를 가진다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차량 글라스 룸미러 장착 과정을 예시적으로 설명한 도면이다.
도 11의 상측 그림들은 제1 협동로봇(110)에 장착된 제1 3D스캔모듈(115)을 이용하여 트레이(30)에 놓인 룸미러(10)의 뒤집힌 후면 테두리를 스캔한 다음, 스캐닝 결과에 따라 보정된 로봇 자세를 바탕으로 제품을 그리퍼(111)로 피킹하여 이동하는 모습을 나타낸다.
다음의 그림들은 제1 협동로봇(110)이 제2 협동로봇(130)과 마주보는 상태로 룸미러(10)를 전달하는 모습을 보여준다. 전달 완료 후 제1 협동로봇(110)은 초기 위치로 복귀하여 대기한다.
하측 그림들은 제2 협동로봇(130)이 룸미러(10)를 그립한 상태로 제2 3D스캔모듈(120)의 전방에 암무를 접근하여 룸미러 후면의 로드 끝단부를 정밀 스캐닝한 후에, 스캐닝 결과에 따라 보정된 로봇 자세를 바탕으로 룸미러(10)를 차량 글라스의 고정편에 장착한 다음 그립을 해제하는 모습을 나타낸다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 협동 로봇과 3D 스캔모듈을 이용하여 차량 글라스의 룸미러 체결 부위에 룸미러의 로드 끝단면을 정확하게 결합 장착할 수 있다.
또한, 룸미러의 로드 끝단부 형상의 3D 스캐닝을 기반으로 현재 스캔된 모델이 기준모델로부터 틀어진 위치편차를 분석하여 로봇 자세를 변경할 수 있어 로드의 끝단부가 글라스의 체결부에 정확히 정조준되어 체결 가능하다.
이에 따르면, 룸미러 제품 별로 룸미러에 대해 로드 끝단부의 위치 편차가 존재하더라도 해당 제품의 틀어진 상태에 맞게 룸미러 장착 과정에서 로봇 자세가 적응적으로 변경될 수 있어 장착 작업의 정확도를 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 차량 글라스 룸미러 장착 시스템
110: 제1 협동로봇 111: 그리퍼
115: 제1 3D스캔모듈 120: 제2 3D스캔모듈
130: 제2 협동로봇 131: 그리퍼
140: 제어모듈

Claims (9)

  1. 다관절 로봇의 암부에 제1 3D스캔모듈과 그리퍼를 장착하며, 암부를 이동시켜 트레이에 대기중인 룸미러의 후면을 스캐닝하고, 기준모델 대비 현재 스캐닝모델의 틀어진 제1 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품피킹용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 상기 룸미러를 파지하는 제1 협동로봇;
    상기 제1 협동로봇으로부터 전달받은 룸미러를 파지한 제2 협동로봇의 암부가 정면에 접근 시에 상기 룸미러의 후면을 스캐닝하되, 차량 글라스에 장착된 상태로 회동하는 룸미러의 로드 끝단의 단부면을 정밀 스캐닝하는 제2 3D스캔모듈;
    다관절 로봇의 암부에 그리퍼를 장착하며, 룸미러를 파지한 암부를 상기 제2 3D스캔모듈로 접근시켜 정밀 스캐닝되게 한 다음 스캐닝 결과에 따라 암부를 제어하여 상기 룸미러를 차량 글라스에 장착하되, 로드 단부면 기준모델 대비 현재 로드 단부면 스캐닝모델의 틀어진 제2 위치편차를 바탕으로 기 설정된 제품장착용 로봇 자세를 변경하여 변경된 로봇 자세로 암부를 제어하여 상기 룸미러의 로드 단부면이 차량 글라스의 고정편에 장착되게 하는 제2 협동로봇; 및
    상기 제1, 제2 협동로봇과 상기 제1, 제2 3D스캔모듈을 제어하며, 상기 제1, 제2 3D스캔모듈의 스캐닝 결과로부터 각 위치편차를 분석하여 상기 제1, 제2 협동로봇으로 전달하는 제어모듈을 포함하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 위치편차 또는 제2 위치편차는,
    기 설정된 기준모델의 기준 위치에 대비한 현재의 스캐닝모델의 3차원 상의 위치 및 회전 이동량을 포함하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 제1 3D 스캔모듈을 통해 상기 룸미러의 후면 테두리 모양을 스캐닝한 스캐닝모델과 기 저장된 기준모델을 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 이용하여 3D 매칭하여 상기 제1 위치편차를 연산하고,
    상기 제2 3D 스캔모듈을 통해 상기 룸미러 후면의 로드 단부면 모양을 스캐닝한 스캐닝모델과 기 저장된 로드 단부면 기준모델을 ICP 알고리즘을 이용하여 3D 매칭하여 상기 제2 위치편차를 연산하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 협동로봇은,
    상기 기준모델을 기준으로 생성된 상기 제품피킹용 로봇 자세를 디폴트 자세로 기 저장하고,
    상기 제2 협동로봇은,
    상기 로드 단부면 기준모델을 기준으로 생성된 상기 제품장착용 로봇 자세를 디폴트 자세로 기 저장하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 협동로봇은,
    스캐닝 결과에 따라 암부를 제어하여 상기 룸미러를 파지한 다음, 측면에 이웃하여 배치된 상기 제2 협동로봇으로 전달하고,
    상기 제2 협동로봇은,
    상기 제1 협동로봇과 서로 암부 간이 마주한 상태로 상기 룸미러를 전달받는 다음, 자세 변경을 통해 암부를 설정 위치의 상기 제2 3D스캔모듈의 정면을 향해 이동시키는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 협동로봇과 상기 제2 협동로봇은,
    각각의 그리퍼가 상기 룸미러의 테두리를 파지하되, 룸미러 전달 과정에서 그리퍼 간 간섭이 없도록 상기 룸미러의 서로 다른 테두리 부분을 파지하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 글라스는,
    상기 제1 및 제2 협동로봇 사이에 마련된 거치대 위에 오목한 면이 위를 향하도록 배치되어 사전에 준비된 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 협동로봇 또는 제2 협동로봇의 좌표계를 기준으로 상기 제1 협동로봇 또는 제2 협동로봇과 상기 제1 3D스캔모듈 또는 제2 3D스캔모듈 간의 좌표 캘리브레이션이 사전에 이루어져 협동로봇과 3D스캔모듈 간 공통 좌표계를 가지는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    입체 구조의 캘리브레이션 오브젝트가 제1 또는 제2 협동로봇에 장착된 상태에서 로봇 포즈를 변화하면서 상기 제1 또는 제2 3D 스캔모듈을 통해 상기 오브젝트를 스캔하여 획득되는 복수의 로봇 포즈와 복수의 오브젝트 스캔 결과를 바탕으로 상기 캘리브레이션을 수행하는 차량 글라스 룸미러 장착 시스템.
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