KR102631128B1 - 로봇 자동화 시스템의 툴로킹 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 기반의 자동화 시스템에서 툴로킹을 위한 장치에 있어서: 상기 로봇(10)에 지그툴(15)을 착탈하도록 작업툴(13)과 동심으로 설치되는 홀더부(11); 상기 홀더부(11)에 고정부(21)를 개재하여 결합되고, 동일 원주상에 복수의 착탈부(25)를 구비하는 로킹판재(20); 및 상기 로킹판재(20)의 착탈부(25)와 맞물림 가능하도록 상기 지그툴(15) 상에 복수로 고정되는 로킹핀재(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 로봇 기반의 자동화 양산 현장에서 자동 툴체인저를 비롯한 다른 작업용 툴과 병행하여 수동식 툴체인저로 장착하므로 로봇의 활용성을 높여 공정의 유연성과 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

로봇 자동화 시스템의 툴로킹 장치{Tool locking apparatus for robot automation system}

본 발명은 로봇의 툴로킹 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 각종 로봇을 이용한 자동화 생산 시스템에서 툴을 핸들링하기 위한 로봇 자동화 시스템의 툴로킹 장치에 관한 것이다.

자동화 양산 현장에서 제품을 구성하는 각종 부품의 제작과 조립을 위해 로봇을 기반으로 다양한 툴(지그)을 연계적으로 활용한다. 자동차의 경우 차체 골격의 플로워패널, 사이드패널, 도어패널, 루프패널 등을 생산하는 공정에서 로봇과 툴체인저의 역할이 중요하다. 이러한 자동화 생산 시스템에서 작업용 배선/배관 조인트를 갖춘 자동 툴체인저가 중심이 되지만 배선/배관이 필요없는 단순한 작업을 위한 무동력의 수동식 툴체인저도 갖추어야 한다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록실용신안공보 제0406443호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1917321호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 서로 규격을 달리하는 작업물을 공용으로 클램핑 방식의 파지 툴을 구비토록 하는 한편 진공흡착 방식을 요하는 작업물의 파지를 위해 별도의 흡착식 파지 툴을 별도의 결합구 없이 클램핑 방식의 파지 툴과 연결되도록 함으로써 다품종의 작업물을 원활히 핸들링하여 전체적인 공정라인의 축소, 설비비의 감소 및 생산효율의 향상을 기대한다.

선행문헌 2는 로봇용 툴 체인저의 구조를 단순화하여 제작 및 세팅이 용이하게 하고, 전장모듈을 PCB로 대체하여, 설치상 제약조건을 제거하고 작동매커니즘을 후크브라켓과 샤프트브라켓으로 단순화하여 유지ㆍ보수가 용이하고, 다양한 대상물의 핸들링이 가능하여 설치공간의 효율성을 높이고, 소품종 다량생산시 로봇 사용률을 향상하는 효과를 기대한다.

다만 상기한 선행문헌에 의하면 다른 작업용 툴과 병행하여 로봇에 장착하기 용이하지 않아 개선의 여지를 보이고 있다.

한국 등록실용신안공보 제0406443호 "간이 툴 체인저 기능을 구비하는 다기능 로봇핸드" (공개일자 : 2006.01.23.) 한국 등록특허공보 제1917321호 "로봇용 수동 툴 체인저" (공개일자 : 2018.11.07.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 차체와 같은 비교적 중량물을 생산하는 로봇 기반의 자동화 양산 현장에서 자동 툴체인저를 비롯한 다른 작업용 툴과 병행하여 수동식 툴체인저로 장착할 수 있는 로봇 자동화 시스템의 툴로킹 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로봇 기반의 자동화 시스템에서 툴로킹을 위한 장치에 있어서: 상기 로봇에 지그툴을 착탈하도록 작업툴과 동심으로 설치되는 홀더부; 상기 홀더부에 고정부를 개재하여 결합되고, 동일 원주상에 복수의 착탈부를 구비하는 로킹판재; 및 상기 로킹판재의 착탈부와 맞물림 가능하도록 상기 지그툴 상에 복수로 고정되는 로킹핀재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 로킹판재는 통공부를 통하여 작업툴과 간섭 없이 동심을 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 로킹판재의 착탈부는 연통로를 중심으로 일측과 타측에 대경공과 소경공을 각각 연통시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 대경공과 소경공은 동일한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 소경공은 일단에 일정 각도의 구배면을 동심으로 구비하여 구배면의 양단에 변곡선을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 로킹핀재는 일단의 헤드부에 인접하여 안착부와 축경부를 동심으로 연결한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 헤드부와 안착부 사이에 로킹판재의 구배면에 밀착되는 구배부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 로봇 기반의 자동화 양산 현장에서 자동 툴체인저를 비롯한 다른 작업용 툴과 병행하여 수동식 툴체인저로 장착하므로 로봇의 활용성을 높여 공정의 유연성과 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 로봇 자동화 시스템의 예시도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치를 결합 상태로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 로킹판재를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 장치의 로킹핀재를 나타내는 구성도

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

본 발명은 로봇 기반의 자동화 시스템에서 툴로킹을 위한 장치에 관하여 제안한다. 양산 현장에서 제품을 구성하는 각종 부품(부분품)을 제작ㆍ조립하는 로봇 자동화 시스템을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 차체 골격인 플로워패널, 사이드패널, 도어패널, 루프패널처럼 비교적 중량물에 적합한 툴로킹 구조를 요체로 하지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명에 따르면 상기 로봇(10)에 지그툴(15)을 착탈하도록 작업툴(13)과 동심으로 홀더부(11)를 설치한다.

도 1을 참조하면, 로봇(10)의 말단부에 홀더부(11), 툴체인저(12), 작업툴(13) 등을 장착하고 지그툴(15)을 핸들링하는 상태를 나타낸다. 홀더부(11)는 볼팅, 자기력, 전자기력 등의 공지된 방식을 적용하여 클램핑하는 구조이다. 툴체인저(12)는 작업용 배선/배관 조인트를 갖춘 자동 방식을 적용할 수 있다. 작업툴(13)은 판금작업용 롤러, 용접작업용 토치 등을 포함할 수 있다. 지그툴(15)은 작업용 배선/배관 조인트를 갖추지 않은 수동 방식을 적용한다.

일예로, 도 1의 시스템은 자동차의 도어패널을 판금작업으로 제작하기 위한 헤밍 공정에 적용할 수 있다. 도어패널은 외부패널에 내부패널을 겹친 다음 지그툴(15)로 누른 상태에서 작업툴(13)을 이용하여 가장자리를 헤밍하여 접합한다. 로봇(10)은 지그툴(15)을 로딩/언로딩하는 작업과 도어패널을 헤밍하는 작업을 순차적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 동일 원주상에 복수의 착탈부(25)를 구비하는 로킹판재(20)가 상기 홀더부(11)에 고정부(21)를 개재하여 결합되는 구조이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 로킹판재(20)를 구성하는 고정부(21), 착탈부(25), 오목부(27) 등이 나타난다. 로킹판재(20)는 고정부(21)를 개재하여 로봇(10)의 홀더부(11)에 결합된다. 착탈부(25)는 수동적 툴체인저 기능을 수행하면서 하중을 분산하도록 복수로 형성된다. 착탈부(25)는 후술하는 로킹핀재(40)와 동시에 착탈되도록 원주상에 동심으로 배치된다. 로킹판재(20)의 가장자리는 착탈부(25)의 영역을 제외하고 간섭을 피하도록 오목부(27)를 형성한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 로킹판재(20)는 통공부(23)를 통하여 작업툴(13)과 간섭 없이 동심을 유지하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2에서, 로킹판재(20)의 고정부(21)와 동심으로 통공부(23)가 형성된 상태를 나타낸다. 로봇(10)에 홀더부(11)와 툴체인저(12)가 동시에 장착되는 경우 홀더부(11)의 로킹판재(20)와 툴체인저(12)의 작업툴(13) 간의 충분한 이격으로 간섭 우려를 배제한다. 물론 툴체인저(12)는 홀더부(11)에 중첩적으로 연결될 수도 있으며, 어느 경우에나 로봇(10)에 작업툴(13)과 로킹판재(20)를 병용하여 순차적인 작업이 가능하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 로킹판재(20)의 착탈부(25)는 연통로(31)를 중심으로 일측과 타측에 대경공(32)과 소경공(33)을 각각 연통시킨 것을 특징으로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 착탈부(25)를 구성하는 연통로(31), 대경공(32), 소경공(33)이 나타난다. 직경이 상이한 대경공(32)과 소경공(33)을 중첩시키고 그 사이를 직선 통로인 연통로(31)로 연결한 구조이다. 대경공(32)은 후술하는 로킹핀재(40)이 출입하는 영역이고 소경공(33)은 로킹핀재(40)이 맞물리는 영역이다. 착탈부(25)의 연통로(31), 대경공(32), 소경공(33)은 수동적인 툴체인저 기능을 수행하는 요체이다. 로킹판재(20)의 3개소에 착탈부(25)를 형성하는 것이 구성적으로 간편하면서 작동 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 대경공(32)과 소경공(33)은 동일한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

도 4에서, 로킹판재(20)의 중심을 기준으로 반시계방향으로 이동하면 각각의 착탈부(25)의 대경공(32)과 소경공(33)이 반복된다. 이는 3개의 로킹핀재(40)를 3개의 착탈부(25)에 신속하게 착탈하기 위함이다. 즉 로봇(10)이 말단의 로킹판재(20)를 일정한 각도로 회전시키는 것에 의하여 로킹핀재(40)의 착탈과 지그툴(15)의 로딩/언로딩이 가능하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 소경공(33)은 일단에 일정 각도의 구배면(35)을 동심으로 구비하여 구배면(35)의 양단에 변곡선(37)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

도 4에서, 로킹판재(20)의 착탈부(25)를 구성하는 소경공(33)에 구배면(35)과 변곡선(37)이 나타난다. 구배면(35)은 소경공(33)에서 로봇(10)에 대향하는 일면의 가장자리에 대략 45˚로 경사지게 형성된다. 변곡선(37)은 구배면(35)의 양단에서 연통로(31)와 교차하는 부분에 형성된다. 후술하는 것처럼 구배면(35)과 변곡선(37)은 로킹핀재(40)의 긴밀한 안착을 유발하면서 임의적 이탈을 구속한다. 대경공(32)와 소경공(33)의 직경차이, 연통로(31)의 길이, 구배면(35)의 경사길이 등에 따라 변곡선(37)의 치수가 달라지고 툴로킹 과정에서 착탈의 작동 신뢰성과 내구성에 영향을 줄 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 로킹핀재(40)가 상기 로킹판재(20)의 착탈부(25)와 맞물림 가능하도록 상기 지그툴(15) 상에 복수로 고정되는 구조이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 로킹판재(20)의 착탈부(25)에 대응하는 수량으로 로킹핀재(40)가 구비되는 상태를 나타낸다. 로킹핀재(40)는 지그툴(15)의 무게중심에 고정된다. 로봇(10)은 로킹판재(20)를 이용하여 지그툴(15)의 로킹핀재(40)에 대한 수동적 툴체인저 기능을 수행한다.

한편, 도 1에서 부호 20′는 지그툴(15)의 로킹핀재(40)에 로봇(10)의 로킹판재(20)가 연결된 상태를 가상적으로 나타내고, 부호 40′는 로봇(10)의 로킹판재(20)에 지그툴(15)의 로킹핀재(40)가 연결된 상태를 가상적으로 나타낸다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 로킹핀재(40)는 일단의 헤드부(41)에 인접하여 안착부(43)와 축경부(46)를 동심으로 연결한 것을 특징으로 한다.

도 5를 참조하면, 로킹핀재(40)를 구성하는 헤드부(41), 안착부(43), 구배부(45), 고정부(48) 등이 동심으로 연결된 상태를 나타낸다. 가장 직경이 큰 헤드부(41)는 로킹판재(20)의 대경공(32)을 원활하게 통과하도록 형성된다. 헤드부(41)의 외주면에 구배를 형성하는 것이 좋다. 헤드부(41)에 연결되는 안착부(43)는 로킹판재(20)의 소경공(33)에 보통 끼워맞춤 내지 헐거운 끼워맞춤을 유지하도록 형성된다. 안착부(43)에 연결되는 축경부(46)는 로킹판재(20)의 연통로(31)를 원활하게 통과하도록 형성된다. 축경부(46)에 연결되는 고정부(48)는 지그툴(15) 등에 볼팅 등으로 긴밀하게 고정되도록 형성된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 헤드부(41)와 안착부(43) 사이에 로킹판재(20)의 구배면(35)에 밀착되는 구배부(45)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

도 5에서, 로킹핀재(40)의 헤드부(41)와 안착부(43) 사이에 구배부(45)가 형성되는 상태를 나타낸다. 로킹핀재(40)의 구배부(45)는 로킹판재(20)의 구배면(35)과 긴밀하게 접촉되도록 형성된다. 로봇(10)의 로킹판재(20)가 지그툴(15)의 로킹핀재(40)에 맞물린 상태에서 구배면(35)과 구배부(45)가 밀착되면 변곡선(37)에 의하여 로킹핀재(40)이 소경공(33)에서 대경공(32)으로 임의적으로 이동하는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 착탈 과정에서 접촉되는 로킹판재(20)의 소경공(33)-구배면(35)과 로킹핀재(40)의 안착부(43)-구배부(45)는 표면경도를 높게 유지한다.

작동의 일예로서, 로봇(10)이 로킹판재(20)를 지그툴(15)의 로킹핀재(40)로 접근시킨 후에 대경공(32)으로 헤드부(41)와 축경부(46)까지 밀어 넣고, 도 2의 시계방향으로 로킹판재(20)를 회전시키면 축경부(46)가 소경공(33)로 진입하고, 로킹판재(20)를 살짝 들면 안착부(43)가 소경공(33)에 밀착되면서 도 3처럼 구배부(45)와 구배면(35)도 밀착되어 구속된다. 이 상태에서 로봇(10)으로 지그툴(15)의 자세를 변동하여도 로킹핀재(40)가 로킹판재(20)에서 임의로 이탈되지 않는다. 물론 로킹판재(20)에서 지그툴(15)을 분리하는 것은 상기한 역순으로 진행된다. 로봇(10)이 지그툴(15)의 로딩(투입)을 완료한 후에는 작업툴(13)을 이용하여 헤밍 등의 작업을 처리할 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: 로봇 11: 홀더부
12: 툴체인저 13: 작업툴
15: 지그툴 17: 가압부
20: 로킹판재 21: 고정부
23: 통공부 25: 착탈부
27: 오목부 31: 연통로
32: 대경공 33: 소경공
35: 구배면 37: 변곡선
40: 로킹핀재 41: 헤드부
43: 안착부 45: 구배부
46: 축경부 48: 고정부

Claims (7)

1. 말단에 툴체인저(12)와 작업툴(13)을 장착 가능한 로봇 기반의 자동화 시스템에서 툴로킹을 위한 장치에 있어서:
   로봇(10)에 지그툴(15)을 착탈하도록 작업툴(13)과 동심으로 설치되는 환형의 홀더부(11);
   상기 홀더부(11)에 환형의 고정부(21)를 개재하여 결합되고, 동일 원주상에 복수의 착탈부(25)를 구비하는 로킹판재(20); 및
   상기 로킹판재(20)의 착탈부(25)와 맞물림 가능하도록 상기 지그툴(15) 상에 복수로 고정되는 로킹핀재(40);를 포함하되,
   상기 로킹판재(20)는 통공부(23)를 통하여 작업툴(13)과 간섭 없이 동심을 유지하고,
   상기 로킹판재(20)의 착탈부(25)는 연통로(31)를 중심으로 일측과 타측에 대경공(32)과 소경공(33)을 각각 연통시키면서 상기 대경공(32)과 소경공(33)은 동일한 방향으로 배치되고,
   상기 소경공(33)은 일단에 일정 각도의 구배면(35)을 동심으로 구비하여 구배면(35)의 양단에 변곡선(37)을 형성하고,
   상기 로킹핀재(40)는 일단의 헤드부(41)에 인접하여 안착부(43)와 축경부(46)를 동심으로 연결하면서, 상기 헤드부(41)와 안착부(43) 사이에 로킹판재(20)의 구배면(35)에 밀착되는 구배부(45)를 형성하는 것을 특징으로 하는 로봇 자동화 시스템의 툴로킹 장치.
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