KR102661330B1 - 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR102661330B1 KR1020210194429A KR20210194429A KR102661330B1 KR 102661330 B1 KR102661330 B1 KR 102661330B1 KR 1020210194429 A KR1020210194429 A KR 1020210194429A KR 20210194429 A KR20210194429 A KR 20210194429A KR 102661330 B1 KR102661330 B1 KR 102661330B1
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Abstract

비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법 및 시스템이 개시된다. 컴퓨팅 장치부는 카메라가 촬영한 원단의 이미지를 분석하여 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 복수의 그리핑 지점의 위치를 구한다. 로봇팔 제어부가 타겟 원단의 위치 정보 및/또는 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 로봇팔을 타겟 원단 위에 정렬시키고, 그리퍼 포지셔너 제어부가 그 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 그리퍼 모듈들이 각각 장착된 복수의 가변길이형 팔기구의 길이와 회전을 제어하여 복수의 그리퍼 모듈을 타겟 원단의 복수의 그리핑 지점에 정렬시킨다. 그리핑 제어부가 그리핑 동작신호에 따라 복수의 그리퍼 모듈이 상기 타겟 원단을 그리핑하게 한다. 상기 로봇팔부가 타겟 원단을 그리핑하고 있는 그리퍼 포지셔닝부를 지정된 목표 위치까지 이동시키고, 복수의 그리퍼 모듈이 그리핑을 해제하여 상기 타겟 원단을 놓아준다.

Description

비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법 및 시스템 {Fabric Transferring Method and System Using Vision-based Fabric Gripping}
본 발명은 섬유나 그와 유사한 성질을 지닌 소프트한 원단을 파지하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 소프트한 원단이 쌓여있는 원단 스택에서 원단을 한 장씩 집어내어 원하는 곳으로 이송하는 작업을 수행하는 방법과 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
의류 제조용 원단을 이용하여 의류를 제조하는 과정은 여러 가지 제조 공정을 포함한다. 그 의류 제조 공정은 원단을 한 장씩 잡아 재단기나 재봉 기계 등에 옮기거나 정렬하는 과정을 비롯한 수많은 공정들을 포함한다. 의류제조에 사용되는 섬유 원단은 거의 대부분이 잘 접히거나 가해지는 힘에 따라 손쉽게 모양이 변형되는 소프트한 속성을 가진다. 이런 속성 때문에 섬유 원단을 다루는 작업이 쉽지 않다. 섬세하고 정교한 취급이나 작업이 필요한 경우가 많다. 게다가 의류 제조를 위해 의류 원단을 다루는 섬세한 작업을 할 수 있는 하드웨어 기술 개발이 충분히 뒷받침되지 못하고 있다. 이런 이유 때문에 의류 제조 공정의 상당 부분은 자동화 되지 못하고 여전히 작업자들의 수동 작업에 의존하고 있다.
봉제 공정에 투입될 섬유 원단은 여러 장이 한 뭉치로 적층되어 있고, 한 장씩 집어내어 사용하는 것이 일반적이다. 소프트한 원단을 낱장으로 집어내는 공정은 뭉치로 쌓여있는 원단 중에서 한 장만을 집어내고 이를 다시 원하는 지점에서 내려놓을 수 있게 제어하는 것이 중요하다. 이 과정에서 원단이 손상 되거나 오염되는 가능성을 최소화 하는 것 또한 중요하다.
섬유 원단을 낱장으로 집어내어 원하는 위치로 이송하는 작업은 아직 기계를 이용한 자동화가 실현되지 못하고 있다. 이 작업에는 여전히 많은 작업 인력이 투입되고 있다. 이러한 필수불가결한 인력 사용 때문에 봉제 공정 전반이 불완전하게 자동화되어 있는 실정이다. 이 작업은 의류 생산시스템의 유기적인 설계 및 최적화를 가로막는 장애들 중 하나이다. 미래 의류 산업의 핵심은 디자인, 생산, 물류, 유통을 모두 아우르는 자동화와 지능화에 있다. 하지만 이것은 섬유 원단의 낱장 파지와 이송의 비자동화로 인해 제약을 받고 있다. 뿐만 아니라 생산성 향상에 제한이 생기고 원가도 상승하게 되는 등 노동력과 인건비의 절감이 효율적으로 이루어지지 못하는 문제점을 야기한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 진공 펌프를 활용하여 압력 차이를 만들어 섬유 원단을 수직으로 빨아올리는 형태로 집어 올리는 기술이 제시된 바 있다. 이와 관련하여 독일 공개특허공보 DE3830701A1은 진공 펌프를 활용하여 원단을 집어내는 원단 집게를 개시한다. 많은 종류의 섬유 원단은 다공성 조직 구조를 갖는다. 그런 다공성 조직의 섬유 원단은 공기가 통과하기 때문에 진공을 이용하여 섬유 원단의 양쪽에 압력 차이를 만들어 주는 것이 거의 불가능하다. 그렇기 때문에 압력차를 이용한 섬유 원단 그리핑 방법은 많은 종류의 섬유 원단에 대해서는 적합하지 않다. 상기 방법을 이용하는 경우, 섬유 원단의 재질에 따라 여러 장씩 집히게 되거나 아예 집히지 않게 된다는 문제점이 있다. 상기 종래 기술은 의류 공정의 자동화와 지능화에 따라 다양한 원단에 대해 범용성을 갖춰야 하는 요구를 만족시키기에는 부족하다.
한편 바늘을 활용하여 원단을 집어내는 기술도 제시된 바 있다. 해당 기술은 가이드를 따라 움직이게끔 설치된 바늘을 직접 제어함으로써 원단을 한 장씩 집어내는 방식을 활용하고 있다. 납작하고 단단한 접촉면 뒤로 설치되어 있는 바늘이 가이드를 따라 제어되어 접촉면과 원단을 순차적으로 관통하며 원단에 삽입되고, 다시 바늘이 회수되면서 원단을 분리하게 된다. 이 기술은 현재 신발 밑창 등을 집어 올리는 공정에 활용되고 있다. 하지만, 가이드에 설치된 제어가 용이한 바늘은 그 직경의 크기가 의류 원단에 활용되기에는 지나치게 커서 원단에 눈에 띄는 구멍을 내는 등 손상을 입힐 수 있다. 따라서 상기 기술은 의류 제조를 위한 섬유 원단 파지 및 이송 공정에 투입되기에는 무리가 있다.
그외에도 원단을 파지하는 다른 종래기술들도 많이 알려져 있다. 하지만, 그 기술들은 특정 재질의 원단 혹은 정해진 형상의 원단만 파지가 가능하여 다양한 재질과 형상을 취급하는 의류 제조 공정에서 폭넓게 활용되기에는 한계가 있다. 극히 일부만 자동화가 가능해 특정 조건에서만 원단 파지가 가능하거나 이송을 하되 원하는 위치에 배치하는 기술은 없다고 할 수 있다. 이를 보완하는 작업은 여전히 인력으로 운영되고 있어 의류 제조 공정의 전체적인 자동화율은 낮은 실정이다.
본 발명의 실시예들은 겹쳐진 원단 스택에서 비전을 통해 파지할 원단의 형상을 인식하고 그리퍼가 이에 맞춰 모양을 변형한 후 원단을 1장씩 파지할 수 있는 비전 기반 원단 그리핑 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 위와 같이 원단을 파지한 상태에서 그 원단을 원하는 지점으로 이송할 수 있는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 본 발명의 일 목적을 실현하기 위한 실시예들에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템은 카메라부, 컴퓨팅 장치부, 원단 그리핑부, 그리퍼 포지셔닝부, 그리고 로봇팔부를 포함한다. 상기 카메라부는 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성한다. 상기 컴퓨팅 장치부는 상기 원단 이미지를 분석하여 상기 타겟 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점의 위치를 산출하고, 상기 타겟 원단의 그리핑과 이송을 제어한다. 상기 원단 그리핑부는 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 제어신호에 따라 복수의 그리퍼 모듈을 이용하여 상기 타겟 원단을 그리핑하는 동작과 상기 타겟 원단의 그리핑 상태를 해제하는 동작을 수행하도록 구성된다. 상기 그리퍼 포지셔닝부는 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된다. 상기 로봇팔부는, 상기 그리퍼 포지셔닝부와 결합되어, 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 위치이동 제어신호에 따라, 상기 그리퍼 포지셔닝부를 이동시켜 상기 타겟 원단과 정렬되도록 한 다음, 상기 그리퍼 포지셔닝부와 상기 복수의 그리퍼 모듈에 의해 그리핑된 상기 타겟 원단을 지정된 목표 위치까지 이동시키도록 구성된다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 원단 그리핑부는, 형상의 찌그러짐을 통해 상기 타겟 원단을 그리핑하고, 형상의 원상회복을 통해 상기 타겟 원단의 그리핑을 해제하도록 구성된 복수의 그리퍼 모듈; 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 그리퍼 포지셔닝부의 복수의 위치에 각각 하나씩 고정시켜주는 복수의 그리퍼 모듈 고정부; 상기 복수의 그리퍼 모듈의 형상 쪼그러짐과 원상회복을 야기하는 구동력을 생성하여 상기 복수의 그리퍼 모듈에 인가하도록 구성된 그리퍼 구동부; 및 상기 그리핑 제어신호에 따라 상기 그리퍼 구동부의 구동력 생성 및 해제를 제어하도록 구성된 그리핑 제어부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 그리퍼 구동부는, 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각과 관을 통해 연통되게 결합되고 상기 그리핑 제어부의 제어에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각의 내부에 진공분위기를 형성하거나 그 진공분위기를 해제할 수 있도록 구성되는 공압부를 포함하고, 상기 복수의 그리퍼 모듈은 내부의 진공분위기 형성 여부에 따라 상기 타겟 원단을 그리핑하거나 그리핑 해제를 하는 할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 그리퍼 포지셔닝부는, 상기 복수의 그리퍼 모듈이 각각 장착되고 회전 및/또는 길이가변을 통하여 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각을 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔너; 및 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 상기 그리퍼 포지셔너의 회전 및/또는 길이가변을 제어하도록 구성된 그리퍼 포지셔너 제어부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 그리퍼 포지셔너는 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 포함할 수 있다. 상기 복수의 그리퍼 포지셔너 팔 각각은, 상기 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 하나의 조립체가 되게 결합시켜주면서 상기 로봇팔과도 결합되는 연결부재; 상기 연결부재의 제1 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 회전력을 생성하는 제1 모터부; 상기 연결부재의 제2 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 동력을 생성하는 제2 모터부; 상기 제2 모터부와 결합되어 상기 제2 모터부의 동력에 의해 2차원 평면에서 회전할 수 있고, 상기 제1 모터부와 결합되어 상기 제1 모터부의 회전력에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있도록 구성된 길이 가변형 팔기구(length-variable arm mechanism); 및 하나의 그리퍼 모듈을 상기 길이가변형 팔기구에 장착되게 해주는 그리퍼 모듈 고정부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 길이가변형 팔기구는, 서로 활주 가능하게 결합되어 활주 운동을 통해 길이의 연장과 수축이 가능하도록 구성된 다단 팔부재; 상기 다단 팔부재들 간에 길이연장방향과 길이 수축방향 중 어느 한 방향으로 힘을 가하도록 배치된 복수의 탄성부재; 및 상기 제1 모터부의 회전력을 상기 다단 팔부재에 전달하는 것을 통해 상기 복수의 탄성부재의 힘을 극복하여 상기 다단 팔부재의 길이 연장과 수축을 조절하도록 구성된 힘전달부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 로봇팔부는, 길이의 신축이 가능한 복수의 팔부재들이 다축 관절을 통해 서로 연결되고 일측 단부는 상기 그리퍼 포지셔너와 결합되고 타측 단부는 임의의 기부에 고정되어 상기 복수의 팔부재의 신축과 방향 전환을 통해 상기 그리퍼 포지셔너를 상기 타겟 원단의 위치와 상기 목표 위치 사이를 왕복 이동시키도록 구성된 로봇팔; 및 상기 컴퓨팅 장치가 제공하는 상기 위치이동 제어신호에 따라 상기 로봇팔을 구동하여 상기 왕복 이동을 가능하게 제어하는 로봇팔 제어부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치부에서, 상기 복수의 그리핑 지점의 위치를 구하기 위해, 상기 타겟 원단에 외접하면서 면적이 가장 작은 직사각형을 구하고, 구해진 직사각형의 각 꼭지점으로부터 가장 가까운 상기 타겟 원단의 테두리선상의 점의 위치를 산출하며, 산출된 테두리선상의 점들을 대각선 방향으로 연결하고 각 테두리선상의 점으로부터 상기 타겟 원단의 내부로 상기 대각선 방향을 따라 소정 거리(오프셋) 떨어진 지점을 상기 복수의 그리핑 지점의 위치로 산출할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 실시예들에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법은, 카메라가 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성하는 단계; 컴퓨팅 장치부가 상기 원단 이미지를 분석하여 상기 타겟 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점의 위치를 산출하는 단계; 로봇팔 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부로부터 제공되는 상기 타겟 원단의 위치 정보 및/또는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 로봇팔을 상기 타겟 원단 위에 정렬시키는 단계; 그리퍼 포지셔너 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부로부터 제공되는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키는 단계; 그리핑 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 동작신호에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈이 상기 타겟 원단을 그리핑하게 하는 단계; 상기 로봇팔 제어부가, 상기 타겟 원단이 상기 복수의 그리퍼 모듈에 의해 그리핑된 상태에서, 상기 그리퍼 포지셔닝부를 지정된 목표 위치까지 이동시키도록 상기 로봇팔을 제어하는 단계; 및 상기 그리핑 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 동작신호에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈이 그리핑을 해제하여 상기 타겟 원단을 놓아주도록 제어하는 하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 복수의 그리핑 지점의 위치를 산출하는 단계는, 상기 타겟 원단에 외접하면서 면적이 가장 작은 직사각형을 구하는 단계; 구해진 직사각형의 각 꼭지점으로부터 가장 가까운 상기 타겟 원단의 테두리선상의 점의 위치를 산출하는 단계; 산출된 테두리선상의 점들을 대각선 방향으로 연결하고 각 테두리선상의 점으로부터 상기 타겟 원단의 내부로 상기 대각선 방향을 따라 소정 거리(오프셋) 떨어진 지점을 상기 복수의 그리핑 지점의 위치로 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키는 것은 상기 복수의 그리퍼 모듈이 장착된 그리퍼 포지셔너를 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 회전시키는 것 및/또는 길이를 가변시키는 것을 통해 이루어질 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 실시예들에 따른 비전 기반 원단 그리핑 장치는, 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성하는 카메라부; 상기 원단 이미지를 분석하여 상기 타겟 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점을 산출하고, 상기 타겟 원단의 그리핑 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치부; 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 제어신호에 따라 복수의 그리퍼 모듈을 이용하여 상기 타겟 원단을 그리핑하는 동작과 상기 타겟 원단의 그리핑 상태를 해제하는 동작을 수행하도록 구성된 원단 그리핑부; 및 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔닝부를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 원단 그리핑부는, 형상의 찌그러짐을 통해 상기 타겟 원단을 그리핑하고, 형상의 원상회복을 통해 상기 타겟 원단의 그리핑을 해제하도록 구성된 복수의 그리퍼 모듈; 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 그리퍼 포지셔닝부의 복수의 위치에 각각 하나씩 고정시켜주는 복수의 그리퍼 모듈 고정부; 상기 복수의 그리퍼 모듈의 형상 쪼그러짐과 원상회복을 야기하는 구동력을 생성하여 상기 복수의 그리퍼 모듈에 인가하도록 구성된 그리퍼 구동부; 및 상기 그리핑 제어신호에 따라 상기 그리퍼 구동부의 구동력 생성 및 해제를 제어하도록 구성된 그리핑 제어부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 그리퍼 포지셔닝부는, 상기 복수의 그리퍼 모듈이 각각 장착되고 회전 및/또는 길이가변을 통하여 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각을 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔너; 및 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 상기 그리퍼 포지셔너의 회전 및/또는 길이가변을 제어하도록 구성된 그리퍼 포지셔너 제어부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 그리퍼 포지셔너는 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 포함할 수 있다. 각 그리퍼 포지셔너 팔은, 상기 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 하나의 조립체가 되게 결합시켜주도록 구성된 연결부재; 상기 연결부재의 제1 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 회전력을 생성하는 제1 모터부; 상기 연결부재의 제2 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 동력을 생성하는 제2 모터부; 상기 제2 모터부와 결합되어 상기 제2 모터부의 동력에 의해 2차원 평면에서 회전할 수 있고, 상기 제1 모터부와 결합되어 상기 제1 모터부의 회전력에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있도록 구성된 길이가변형 팔기구(length-variable arm mechanism); 및 하나의 그리퍼 모듈을 상기 길이가변형 팔기구에 장착되게 해주는 그리퍼 모듈 고정부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법과 시스템은 원단의 형상을 인식하고 그에 맞춰 그리퍼 모양을 변형해 원단을 파지하기 때문에 파지 자동화가 가능하다. 또한, 로봇 팔을 통해 파지된 원단을 원하는 위치에 배치할 수 있기 때문에 기존 인력이 원단을 특정 위치에 배치하는 작업을 대체할 수 있다. 원단의 파지와 이송은 단순 반복 작업으로서, 이를 자동으로 수행함으로써 의류 제조 공정 전체의 자동화율을 크게 상승시킬 뿐만이 아니라 공정 속도가 향상되고 불량률을 크게 저하시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너의 조립상태와 분해상태를 각각 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 길이가변형 그리퍼 포지셔너 팔의 구성을 보여주는 분해도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 길이가변형 그리퍼 포지셔너 팔의 수축 상태와 신장 상태를 보여준다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너의 길이가변형 그리퍼 포지셔너 팔들이 신장된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너와 로봇팔이 결합된 상태를 보여준다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템으로 원단에 대한 이송 작업을 수행하는 상황을 예시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템으로 원단에 대한 이송 작업을 수행하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 타겟 원단의 그리핑 지점을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 타겟 원단의 그리핑 지점을 구하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템의 구성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템(10)은 비전 기반 원단 그리핑 장치와 로봇팔부(100)를 포함할 수 있다. 비전 기반 원단 그리핑 장치는 카메라부(20), 컴퓨팅 장치(30), 원단 그리핑부(40), 그리퍼 포지셔닝부(70)를 포함할 수 있다.
카메라부(20)는 촬영각 내에 타겟 원단(12)이 들어오는 소정 위치에 고정되게 설치되어 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성할 수 있다. 카메라부(20)는 컴퓨팅 장치(30)와 통신 가능하게 연결되어, 촬영한 타겟 원단(12)의 이미지를 컴퓨팅 장치(30)에 제공할 수 있다.
컴퓨팅 장치(30)는 카메라부(20)로부터 제공받은 원단 이미지를 컴퓨터 비전 기술을 이용하여 분석하여 타겟 원단(12)의 형상 및 위치를 인식하기 위한 처리를 수행할 수 있다. 또한, 인식된 원단(12)의 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점(15-1 ~15-4)의 위치를 소정의 알고리즘을 통해 산출하고(후술할 도 10 및 도 11에 관한 설명 참조), 그 산출된 정보에 기초하여 타겟 원단(12)의 그리핑과 이송을 제어할 수 있다.
원단 이미지로부터 형상 및 위치 인식과 그에 기초한 그리핑 지점의 위치 정보 산출, 산출된 위치 정보에 기초하여 타겟 원단(12)의 그리핑 및 이송 등의 전반적인 제어를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 작성될 수 있다. 그 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치(30)가 판독할 수 있는 저장매체(비도시)에 기록될 수 있다. 컴퓨팅 장치(30)는 그 저장매체로부터 상기 컴퓨터 프로그램을 읽어와서 실행함으로써 위와 같은 데이터 처리 및 제어를 수행할 수 있다.
원단 그리핑부(40)는 컴퓨팅 장치부(30)가 제공하는 그리핑 제어신호 즉, 그리핑 동작신호와 그리핑 해제신호에 따라 복수의 그리퍼 모듈(50)을 이용하여 타겟 원단(12)을 그리핑하는 동작과 타겟 원단(12)의 그리핑 상태를 해제하는 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 원단 그리핑부(40)는 복수의 그리퍼 모듈(50), 복수의 그리퍼 모듈 고정부(52), 그리퍼 구동부(65), 그리고 그리핑 제어부(60)을 포함할 수 있다.
원단 그리퍼부는 도 2와 도 5에 도시된 것과 같이 원단을 직접 파지하는 여러 개의 그리퍼 모듈(50)을 포함할 수 있다. 각 그리퍼 모듈(50)은 신속한 파지를 위해 공압으로 원단을 핀칭(pinching) 방식으로 원단을 파지할 수 있다. 그리퍼 모듈(50)은 예컨대 공압으로 원단을 파지하는 데 사용될 수 있는 어떠한 모듈이라도 대체해서 적용될 수 있다. 그리퍼 모듈(50)을 제어하는 그리핑 제어부(60)는 예컨대 서보모터, DC모터, 그리핑 모듈 제어기(공압 사용 시 공압 펌프에 연결된 솔레노이드 밸브)를 제어함으로써 그리퍼의 형상을 바꿔 원단을 파지할 수 있다. 이에 관해서는 이미 공지된 기술들이 있으며, 대표적인 예로는 대한민국 등록특허 제10-1988219호(원단을 파지하는 방법과 장치)를 들 수 있다. 이 선행 특허에 개시된 기술은 이 참조에 의해 본 발명의 원단 그리핑부(40)의 일 실시예로서 포함하기로 한다. 다만 본 발명의 원단 그리핑부(40)에 관해서는 본 출원인이 후속 출원을 더 한 상태인 바, 그러한 후속 출원에 개시된 원단 그리핑 장치의 기술도 원단 그리핑부(40)의 다른 실시예로 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 각 그리퍼 모듈(50)은 형상의 찌그러짐을 통해 타겟 원단(12-1)을 그리핑하고, 형상의 원상회복을 통해 타겟 원단(12-1)의 그리핑을 해제하도록 구성될 수 있다. 각 그리퍼 모듈 고정부(52)는 각 그리퍼 모듈(50)을 그리퍼 포지셔닝부(70)의 그리퍼 포지셔너(80)의 소정 위치에 고정시켜준다. 그리퍼 구동부(65)는 복수의 그리퍼 모듈(50)의 형상 쪼그러짐과 원상회복을 야기하는 구동력을 생성하여 그 복수의 그리퍼 모듈(50)에 인가하도록 구성될 수 있다. 그리핑 제어부(60)는 컴퓨터 장치부(30)가 제공하는 그리핑 동작신호에 따라 그리퍼 구동부(65)의 구동력 생성을 제어하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 그리퍼 구동부(65)는 복수의 그리퍼 모듈(50) 각각과 관을 통해 연통되게 결합되는 공압부(비도시)를 포함할 수 있다. 공압부는 그리핑 제어부(60)의 제어에 따라 복수의 그리퍼 모듈(50) 각각의 내부에 진공분위기를 형성하거나 그 진공분위기를 해제할 수 있도록 구성될 수 있다. 그 공압부는 예컨대 진공펌프로 구현될 수 있다. 공압부에 의한 공기압 조절에 의해, 복수의 그리퍼 모듈(50) 각각은 내부의 진공분위기 형성 여부에 따라 타겟 원단(12-1)을 그리핑하거나 그리핑 해제를 할 수 있다.
그리퍼 포지셔닝부(70)는 컴퓨팅 장치부(30)가 제공하는 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 따라 복수의 그리퍼 모듈(50)을 타겟 원단(12-1)의 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)에 정렬시키도록 구성될 수 있다. 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치는 타겟 원단의 형상과 크기에 따라 달라질 수 있다. 따라서 그리퍼 포지셔닝부(70)는 복수의 그리퍼 모듈(50)의 위치를 원하는 대로 변경할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 그리퍼 포지셔닝부(70)는 원단의 형상에 맞춰 각 그리퍼 모듈(50)을 가변형 팔에 매달아서 그 가변형 팔의 선형운동과 회전운동을 가능하게 하는 선형운동용 모터와 회전운동용 모터를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 서보모터는 그리핑 모듈의 회전운동이 가능하게 하도록 장착되고, 직류모터는 그리핑 모듈의 선형운동이 가능하게 하도록 장착될 수 있다. 서보모터와 직류모터의 구동을 제어함으로써 그리핑 모듈의 위치 변경할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 그리퍼 포지셔닝부(70)는 그리퍼 포지셔너(80)와 그리퍼 포지셔너 제어부(85)를 포함할 수 있다. 그리퍼 포지셔너(80)에는 복수의 그리퍼 모듈(50)이 각각 장착될 수 있다. 그리퍼 포지셔너(80) 각각은 회전 및/또는 길이가변을 통하여 복수의 그리퍼 모듈(50) 각각을 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성될 수 있다. 그리핑 포지셔너 제어부(85)는 컴퓨팅 장치(30)로부터 제공받은 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 복수의 그리퍼 포지셔너(80) 각각의 회전 및/또는 길이가변을 제어하도록 구성될 수 있다.
컴퓨팅 장치부(30)와 카메라(20), 그리핑 제어부(60), 그리퍼 포지셔너 제어부(85), 그리고 로봇팔 제어부(95)에는 컴퓨터의 로봇 운영 체제(Robot Operating System: ROS)가 설치될 수 있다. 이들 구성요소들은 그 ROS를 통해 서로 데이터 통신이 가능하게 연결될 수 있어, 전체 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템(10)의 원단 파지 및 이송을 정확하고 신속히 수행할 수 있도록 한다.
도 2와 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너의 조립상태와 분해상태를 각각 보여준다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 그리퍼 포지셔너(80)는 연결부재(110)와 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 포함할 수 있다. 그 복수의 그리퍼 포지셔너 팔 각각은 제1 모터부(120), 그리고 길이가변형 팔기구(length-variable arm mechanism)(140)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 연결부재(110)는 복수의 길이가변형 팔기구(148)를 하나의 조립체가 되게 결합시킴과 동시에 로봇팔(90)에도 결합되어, 그리퍼 포지셔너(80)와 로봇팔(90)이 한 몸체로 움직일 수 있도록 연결시켜줄 수 있다. 연결부재(110)는 로봇팔(90)과 결합되는 결합부(114)와, 그 결합부(114)에서 방사상으로 연장되는 복수의 연결팔(110)을 포함할 수 있다. 그 복수의 연결팔(110)에 복수의 그리퍼 포지셔너 팔들이 각각 하나씩 결합될 수 있다.
제1 모터부(120)는 연결부재(110)의 제1 복수의 지점에 장착되고 그리퍼 포지셔너 제어부(85)의 제어에 따라 구동되어 회전력을 생성할 수 있다. 제1 모터부(120)가 생성하는 회전력은 길이 가변형 팔기구(140)의 길이를 수축하거나 신장하는 데 사용될 수 있다. 제1 모터부(120)는 예컨대 직류모터로 구현될 수 있다.
제2 모터부(130)는 연결부재(110)의 제2 복수의 지점에 장착되고 그리퍼 포지셔너 제어부(85)의 제어에 따라 구동되어 동력을 생성할 수 있다. 제2 모터부(130)가 생성하는 동력은 길이가변형 팔기구(140)를 회전시키는 데 사용될 수 있다. 제2 모터부(130)는 예컨대 서보모터로 구현될 수 있다. 길이 가변형 팔기구(140)는 제2 모터부(130)를 통해 연결부재(110)에 회전가능하게 매달린 형태로 결합되므로, 제2 모터부(130)의 회전량에 따라 길이가변형 팔기구(140)는 연결부재(110)의 원주방향으로 회전할 수 있다.
길이 가변형 팔기구(140)는 일측 단부가 제2 모터부(130)와 결합되어 그 제2 모터부(130)를 통해 연결부재(110)에 매달리는 형태로 결합될 수 있다. 이에 따라, 길이 가변형 팔기구(140)는 제2 모터부(130)의 동력에 의해 2차원 평면에서 회전할 수 있다. 또한, 길이 가변형 팔기구(140)는 제1 모터부(120)와도 동력을 전달받을 수 있도록 결합되어 그 제1 모터부(120)의 회전력에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있도록 구성될 수 있다.
그리퍼 모듈 고정부(52)는 그리퍼 모듈(50)을 길이 가변형 팔기구(140)의 타측 단부에 고정시켜준다. 그리퍼 모듈(50)은 그 그리퍼 모듈 고정부(52)를 통해 길이 가변형 팔기구(140)의 말단에 고정되어 그 길이 가변형 팔기구(140)의 길이 수축 또는 신장에 따라 연결부재(110)의 반경방향으로의 위치가 변하게 된다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너 팔의 구성을 좀 더 구체적으로 보여준다. 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 길이가변형 그리퍼 포지셔너 팔의 수축 상태와 신장 상태를 보여준다.
도 4와 도 5를 참조하면, 길이 가변형 팔기구(140)는 다단 구조의 팔부재(142), 복수의 탄성부재(147-1, 147-2), 그리고 힘 전달부(122, 146-1~146-5, 150)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 다단 구조의 팔부재(142)는 도 4에 도시된 것처럼 소정 길이로 연장된 복수 개의 ㄷ-형 팔부재(142-1, 142-2, 142-3)가 서로 활주 가능하게 결합되어 활주 운동을 통해 길이의 연장과 수축이 가능하도록 구성될 수 있다. 복수 개의 ㄷ-형 팔부재(142-1, 142-2, 142-3)는 다층 구조로 결합될 수 있다. 도시된 예에 따르면, 팔부재(142)는 총 3개의 층으로 이루어지며, 인접 층끼리는 리니어 가이드로 연결되어 최소한의 마찰로 기구부를 펼치고 줄일 수 있도록 연결될 수 있다. 또한, 각 층 사이에 용수철과 같은 탄성부재를 달아 그 용수철의 복원력을 통해 연결된 두 층의 팔부재의 길이는 자동으로 줄어들 수 있도록 구성될 수 있다.
제1 ㄷ-형 팔부재(142-1)는 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)를 내포하고, 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)는 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3)를 내포할 수 있다. 제1 활주부재(145-1)는 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)의 외측벽에 고정되고, 제1 선형 활주 가이드부재(144-1)는 제1 ㄷ-형 팔부재(142-1)의 내측벽에 고정되어, 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)는 제1 ㄷ-형 팔부재(142-1)에 대하여 활주 운동을 할 수 있고, 그에 따라 제1 및 제2 ㄷ-형 팔부재(142-1, 142-2)의 연결 길이가 가변될 수 있다. 또한, 제2 활주부재(145-2)는 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3)의 외측벽에 고정되고, 제2 선형 활주 가이드부재(144-2)는 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)의 내측벽에 고정되어, 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3)는 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)에 대하여 활주 운동을 할 수 있고, 그에 따라 제2 및 제3 ㄷ-형 팔부재(142-2, 142-3)의 연결 길이가 가변될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 복수의 탄성부재(147-1, 147-2)는 다단 팔부재들(142-1, 142-2, 142-3) 사이에 길이연장방향과 길이수축방향 중 어느 한 방향으로 힘을 가하도록 배치될 수 있다. 도 4에 따르면, 제1 탄성부재(147-1)는 제1 ㄷ-형 팔부재(142-1)와 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2) 사이에 배치되어 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)를 제1 ㄷ-형 팔부재(142-1) 안으로 끌어들이는 방향으로(즉, 길이수축방향으로) 힘을 가할 수 있다. 제2 탄성부재(147-2)는 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)와 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3) 사이에 배치되어 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3)를 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2) 안으로 끌어들이는 방향으로(즉, 길이수축방향으로) 힘을 가할 수 있다. 따라서 외력이 가해지지 않는 동안에는, 도 5의 (A)에 도시된 것처럼, 제1 및 제2 탄성부재(147-1, 147-2)의 탄성력에 의해 제2 및 제3 ㄷ-형 팔부재(142-2, 142-3)가 각각 제1 및 제2 ㄷ-형 팔부재(142-1, 142-2) 안으로 끌려들어가 있는 상태여서 다단 팔부재들(142-1, 142-2, 142-3)의 전체 길이는 최소가 된다.
힘 전달부(122, 146-1~146-5, 150)는 제1 모터부(120)의 회전력을 다단 팔부재(142)에 전달하는 것을 통해 복수의 탄성부재(147-1, 147-2)의 힘을 극복하여 그 다단 팔부재(142)의 길이 연장과 수축을 조절하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 힘 전달부는 보빈(122), 복수 개의 도르래(146-1 ~ 146-5), 그리고 스트링(150)을 포함할 수 있다. 보빈(122)은 제1 모터부(120)의 회전축에 고정되어 스트링(150)을 감거나 풀어줄 수 있다. 제1 및 제2 도르래(146-1, 146-2)는 제1 ㄷ-형 팔부재(142-1)의 외측선단과 내부에 각각 고정된다. 마찬가지로, 제3 및 제4 도르래(146-3, 146-4)는 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)의 외측선단과 내부에 각각 고정된다. 제5 도르래(146-5)는 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3)의 외측선단에 고정된다. 스트링(150)은 그 일측 단부가 보빈(122)에 고정되고 제1 내지 제5 도르래(146-1 ~ 146-5)를 경유하여 타측 탄부가 그리퍼 모듈 고정부(52)에 고정될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 제1 모터부(120)의 회전력(외력)에 의해 보빈(122)이 스트링(150)을 감아 스트링(150)의 길이가 짧아지면 도 5의 (B)에 도시된 것처럼, 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2)는 제1 ㄷ-형 팔부재(142-1) 바깥으로 끌려나오고 제3 ㄷ-형 팔부재(142-3)도 제2 ㄷ-형 팔부재(142-2) 바깥으로 끌려나오게 되어, 다단 팔부재들(142-1, 142-2, 142-3)의 전체 길이는 최대가 될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너(80)의 길이가변형 그리퍼 포지셔너 팔기구들(140)이 최대 길이로 신장된 상태를 보여준다. 이에 대비되는 것이 도 2로서 길이가변형 그리퍼 포지셔너 팔기구들(140)이 최소 길이로 축소된 상태를 보여준다. 즉, 스트링(150)을 제1 모터부(120)에 연결하여, 제1 모터부(120)가 스트링(150)을 잡아당기면 다단 팔부재(142)가 펼쳐져서 길이가 늘어나고, 스트링(50)을 풀어주면 용수철(147-1, 147-2)의 복원력에 의해 다단 팔부재(142)가 접혀서 길이가 줄어들 수 있다.
이상에서 설명한 것처럼 제1 모터부(120)의 회전량을 제어함으로써, 그리퍼 포지셔녀 팔기구들(140)의 길이 제어가 가능하고, 제2 모터부(130)의 회전량을 제어함으로써 그리퍼 포지셔녀 팔기구들(140)의 2차원 평면상의 수평방향 회전각 제어가 가능하다. 이러한 그리퍼 포지셔녀 팔기구들(140)의 길이 및 회전각 제어는 그리퍼 포지셔닝 제어부(85)가 컴퓨팅 장치부(30)로부터 제공받는 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 수행될 수 있다. 이 작동 방식을 통해 제1 및 제2 모터부(120, 130)를 제어하면 그에 연동된 한 개의 그리퍼 모듈(50)의 위치를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 그리퍼 포지셔너(80)가 로봇팔(90)에 결합된 상태를 보여준다.
도 1과 도 7을 참조하면, 로봇팔부(100)는 그리퍼 포지셔닝부(70)의 그리퍼 포지셔너(80)와 결합될 수 있다. 로봇팔부(100)는 컴퓨팅 장치부(30)가 제공하는 위치이동 제어신호에 따라, 그리퍼 포지셔너(80)를 이동시켜 타겟 원단(12)과 정렬되도록 한 다음, 그 복수의 그리퍼 모듈(50)에 의해 그리핑된 타겟 원단(12-1)을 지정된 목표 위치까지 이동시키도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 로봇팔부(100)는 로봇팔(90)과 로봇팔 제어부(95)를 포함할 수 있다. 로봇팔(90)은 고정지지부(92), 연결부(94), 그리고 다관절 팔부재(96)를 포함할 수 있다. 다관절 팔부재(96)는 복수의 팔부재들이 다축 관절을 통해 길이의 신축과 회전이 가능하도록 연결될 수 있다. 고정지지부(92)는 복수의 팔부재(96)의 일측 단부와 결합되고 예컨대 작업대(17) 등과 같은 외부 기부에 고착되어 그 복수의 팔로봇팔(90)을 지지해줄 수 있다. 연결부(94)는 그리퍼 포지셔너(80)의 연결부재(114)와 일체로 결합될 수 있다. 이런 구조를 갖는 로봇팔(90)은 소정의 반경 범위의 공간 내에서 그리퍼 포지셔너(80)를 자유로이 이동시킬 수 있다.
로봇팔 제어부(95)는 컴퓨팅 장치(30)가 제공하는 위치이동 제어신호에 따라 로봇팔(90)을 구동하여 그리퍼 포지셔너(80)를 타겟 원단(12-1) 상의 정렬 위치와 소정의 목표 위치 사이를 왕복 이동시키도록 제어할 수 있다.도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템(10)으로 원단에 대한 이송 작업을 수행하는 상황을 예시한다.
도 8을 참조하면, 제1 작업대(17) 위에 로봇팔(90)이 고정되어 있고, 그리퍼 모듈(50)들이 장착된 그리퍼 포지셔너(80)가 그 로봇팔(90)에 결합되어 있다. 제2 작업대(19) 위에는 이송 대상인 타겟 원단 스택(12)이 올려져 있다. 카메라(20)는 타겟 원단(12)을 촬영할 수 있는 각도로 작업대(19) 위에 설치되어 있다. (참고로 컴퓨팅 장치(30)와 각 제어부(60, 85, 95)는 도시하지 않았음)
도 9의 흐름도는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템(10)으로 원단의 이송 작업을 수행하는 절차를 나타낸다.
도 8과 도 9를 도 1과 함께 참조하면, 먼저 카메라(20)가 이송할 타겟 원단(12)을 촬영하여 원단 이미지를 생성할 수 있다(S10 단계). 생성된 원단 이미지는 컴퓨팅 장치부(30)로 전송될 수 있다(S20 단계).
컴퓨팅 장치부(30)에서는 전송받은 그 원단 이미지를 분석하여 타겟 원단(12-1)의 형상 및 위치를 인식하는 처리를 수행할 수 있다. 그리고 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치를 산출할 수 있다(S30 단계).
그리핑 지점의 위치 산출과 관련하여, 도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임의의 형상을 갖는 타겟 원단(180)의 그리핑 지점을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 타겟 원단의 그리핑 지점을 구하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10과 도 11을 참조하면, 카메라(20)가 제공하는 영상은 타겟 원단(180)을 모두 포함하는 더 큰 사이즈의 영상이다. 컴퓨팅 장치부(30)에서는 그런 원단 영상에 대해서 다음과 같은 처리를 통해 복수의 그리핑 지점(g1~g4)의 위치 정보를 구할 수 있다. 먼저 그 타겟 원단(180)에 외접하면서 면적이 가장 작은 직사각형(182)을 구한다(S110 단계). 그런 다음, 구해진 직사각형(182)의 네 꼭지점(P1~P4)으로부터 가장 가까운 타겟 원단(180)의 테두리선 상의 점들(P'1~P'4)의 위치를 산출한다(S120 단계). 이 때, 네 꼭지점(P1~P4)으로부터 테두리선상의 네 점들(P'1~P'4)까지의 거리들(R1~R4)은 서로 다를 수 있다. 그 산출된 테두리선상의 점들(P'1~P'4)을 서로 대각선 방향으로 연결하고 그 테두리선상의 네 점(P'1~P'4) 각각으로부터 타겟 원단(180)의 내부로 그 대각선 방향을 따라 소정 거리(오프셋) 떨어진 지점을 복수의 그리핑 지점(g1~g4)의 위치 정보로 산출할 수 있다(S130 단계). 도 10에 예시된 것과 다른 형상의 원단에 대해서도 위와 동일한 방법으로 그리핑 지점(15-1 ~15-4)의 위치를 구할 수 있다. 위와 같은 방법을 그리핑 지점을 구하면, 원단을 파지할 때 최대한 처지는 부분이 없어야 하고 이송 후 배치할 때 접히는 부분이 없도록 할 수 있다.
이와 같은 방법으로 구한 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치 정보는 원단 이미지 좌표계에서의 위치 정보이므로, 컴퓨팅 장치부(30)에서는 그 좌표를 로봇팔 기준 좌표계에서의 위치 정보로 변환한다. 그런 다음, 컴퓨팅 장치부(30)는 그 변환된 타겟 원단(12-1)의 위치 정보 및/또는 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치 정보를 로봇팔 제어부(95)로 제공할 수 있다. 컴퓨팅 장치부(30)는 또한 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치 정보를 그리퍼 포지셔너 제어부(85)에 제공할 수 있다(S40 단계).
로봇팔 제어부(95)는 제공받은 그 타겟 원단(12-1)의 위치 정보 및/또는 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치 정보에 기초하여 로봇팔(90)을 타겟 원단(12-1) 위에 정렬시킬 수 있다. 예컨대 그리퍼 포지셔너(80)의 중심이 타겟 원단(12-1)의 중심에 정렬되도록 할 수 있다. 또한, 그리퍼 포지셔너 제어부(85)는 그 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)의 위치 정보에 기초하여 제1 모터부(120)와 제2 모터부(130)를 구동하여 길이 가변형 팔기구(140)의 길이 및 회전을 제어할 수 있다. 이를 통해 복수의 그리퍼 모듈(80)을 타겟 원단(12-1)의 복수의 그리핑 지점(15-1 ~ 15-4)에 정렬시킬 수 있다(S50 단계). 이와 같은 정렬이 완료되면, 로봇팔 제어부(95)와 그리퍼 포지셔너 제어부(85)는 컴퓨팅 장치부(30)에 정렬 완료 신호를 보낸다.
정렬 완료를 보고받은 컴퓨팅 장치부(30)는 그리핑 제어부(60)에 그리핑 동작신호를 전송할 수 있다(S60 단계).
그리핑 동작신호를 수신한 그리핑 제어부(60)는 그 그리핑 동작신호에 따라 그리퍼 구동부(65)를 작동시켜 복수의 그리퍼 모듈(50)로 하여금 타겟 원단(12-1)을 그리핑하게 할 수 있다(S60 단계). 그리핑 제어부(60)는 그리퍼 모듈(50)들이 타겟 원단(12-1)을 성공적으로 그리핑한 것을 확인한 후, 그리핑 완료 신호를 컴퓨팅 장치부(30)에 보낸다(S70 단계).
타겟 원단(12-1)이 복수의 그리퍼 모듈(50)에 의해 그리핑된 상태임을 보고받게 되면, 컴퓨팅 장치부(30)는 로봇팔 제어부(95)에 이송 신호를 보낼 수 있다. 그에 따라, 로봇팔 제어부(95)는 로봇팔(90)을 작동시켜 타겟 원단(12-1)이 그리핑된 그리퍼 포지셔너(80)를 지정된 목표 위치까지 이동시키도록 제어할 수 있다(S80 단계). 타겟 원단(12-1)을 목표 위치까지 이송을 완료한 후, 로봇팔 제어부(95)는 이송 완료 신호를 컴퓨팅 장치부(30)에 보낼 수 있다.
이송 완료를 보고받은 컴퓨팅 장치부(30)는 그리핑 해제신호를 그리핑 제어부(60)에 전송할 수 있다. 그리핑 제어부(60)는 수신된 그리핑 해제신호에 따라 그리퍼 구동부(65)의 작동을 중지시킴으로써 복수의 그리퍼 모듈(50)이 타겟 원단(12-1)을 그리핑한 상태를 해제할 수 있다(S90 단계). 이에 의해, 타겟 원단(12-1)은 복수의 그리퍼 모듈(50)로부터 자유롭게 풀려나서 목표 위치에 안치될 수 있다.
위에서 설명한 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법과 시스템(10)은 의류 산업에서 사용되는 원단의 형상을 카메라 비전으로 인식한 후 로봇 팔(90)에 달린 그리퍼 모듈(50)로 타겟 원단(12)을 파지하여 특정 위치로 옮길 수 있다. 그리퍼 포지셔너(80)는 안정적이고 정확한 파지를 위해 원단의 형상에 맞춰 그리퍼 모듈(50)들의 위치변경이 가능하다.
의류 시장은 전 세계적으로 큰 시장을 유지하고 있으며 매출액 대비 인건비 비율이 굉장히 높은 시장이다. 업계 종사자가 점점 노화하고, 신규인력 수급이 어려워지기 때문에 미래에는 인력 의존도를 최소화하고 의류 생산 공정에 자동화 기술을 도입해야 한다. 본 발명의 시스템과 방법은 의류 시장의 제조 공정에서 원단의 파지 및 이송하는 작업을 자동으로 수행할 수 있다. 따라서 인력 대체 및 공정 일부 자동화가 가능하다. 본 발명은 의류 제조 공정에서 원단의 파지 및 이송하는 작업을 수행하여 공정 자동화 분야에 적용될 수 있다.
본 발명은 기본적으로 의류용 원단을 봉제 가공하는 의류 봉제 산업에 활용될 수 있다. 하지만, 이용가능한 분야는 이에 국한되지 않는다. 본 발명은 그리핑 모듈만 적절하게 대체하면 타 기술분야에서도 활용이 가능하다. 예를 들어 단순 물품 분류 공정이 들어간 분야에서도 활용이 가능하고 반도체 생성 공정에서 기판 혹은 디스플레이의 파지 및 이송이 가능하다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
10: 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 12: 타겟 원단 스택
20: 카메라부 30: 컴퓨팅 장치부
40: 원단 그리핑부 50: 그리퍼 모듈
70: 그리퍼 포지셔닝부 80: 그리퍼 포지셔너
100: 로봇팔부 140: 길이가변형 팔기구

Claims (16)

  1. 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성하는 카메라부;
    상기 원단 이미지를 분석하여 상기 타겟 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점의 위치를 산출하고, 상기 타겟 원단의 그리핑과 이송을 제어하는 컴퓨팅 장치부;
    상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 제어신호에 따라 복수의 그리퍼 모듈을 이용하여 상기 타겟 원단을 그리핑하는 동작과 상기 타겟 원단의 그리핑 상태를 해제하는 동작을 수행하도록 구성된 원단 그리핑부;
    상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔닝부; 및
    상기 그리퍼 포지셔닝부와 결합되어, 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 위치이동 제어신호에 따라, 상기 그리퍼 포지셔닝부를 이동시켜 상기 타겟 원단과 정렬되도록 한 다음, 상기 그리퍼 포지셔닝부와 상기 복수의 그리퍼 모듈에 의해 그리핑된 상기 타겟 원단을 지정된 목표 위치까지 이동시키도록 구성된 로봇팔부를 구비하고,
    상기 그리퍼 포지셔닝부는, 상기 복수의 그리퍼 모듈이 각각 장착되고 회전 및/또는 길이가변을 통하여 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각을 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔너; 및 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 상기 그리퍼 포지셔너의 회전 및/또는 길이가변을 제어하도록 구성된 그리퍼 포지셔너 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원단 그리핑부는, 형상의 찌그러짐을 통해 상기 타겟 원단을 그리핑하고, 형상의 원상회복을 통해 상기 타겟 원단의 그리핑을 해제하도록 구성된 복수의 그리퍼 모듈; 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 그리퍼 포지셔닝부의 복수의 위치에 각각 하나씩 고정시켜주는 복수의 그리퍼 모듈 고정부; 상기 복수의 그리퍼 모듈의 형상 쪼그러짐과 원상회복을 야기하는 구동력을 생성하여 상기 복수의 그리퍼 모듈에 인가하도록 구성된 그리퍼 구동부; 및 상기 그리핑 제어신호에 따라 상기 그리퍼 구동부의 구동력 생성 및 해제를 제어하도록 구성된 그리핑 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그리퍼 구동부는, 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각과 관을 통해 연통되게 결합되고 상기 그리핑 제어부의 제어에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각의 내부에 진공분위기를 형성하거나 그 진공분위기를 해제할 수 있도록 구성되는 공압부를 포함하고, 상기 복수의 그리퍼 모듈은 내부의 진공분위기 형성 여부에 따라 상기 타겟 원단을 그리핑하거나 그리핑 해제를 하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 그리퍼 포지셔너는 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 포함하고,
    상기 복수의 그리퍼 포지셔너 팔 각각은, 상기 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 하나의 조립체가 되게 결합시켜주면서 상기 로봇팔부와도 결합되는 연결부재; 상기 연결부재의 제1 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 회전력을 생성하는 제1 모터부; 상기 연결부재의 제2 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 동력을 생성하는 제2 모터부; 상기 제2 모터부와 결합되어 상기 제2 모터부의 동력에 의해 2차원 평면에서 회전할 수 있고, 상기 제1 모터부와 결합되어 상기 제1 모터부의 회전력에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있도록 구성된 길이 가변형 팔기구(length-variable arm mechanism); 및 하나의 그리퍼 모듈을 상기 길이가변형 팔기구에 장착되게 해주는 그리퍼 모듈 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 길이가변형 팔기구는, 서로 활주 가능하게 결합되어 활주 운동을 통해 길이의 연장과 수축이 가능하도록 구성된 다단 팔부재; 상기 다단 팔부재들 간에 길이연장방향과 길이 수축방향 중 어느 한 방향으로 힘을 가하도록 배치된 복수의 탄성부재; 및 상기 제1 모터부의 회전력을 상기 다단 팔부재에 전달하는 것을 통해 상기 복수의 탄성부재의 힘을 극복하여 상기 다단 팔부재의 길이 연장과 수축을 조절하도록 구성된 힘전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 로봇팔부는, 길이의 신축이 가능한 복수의 팔부재들이 다축 관절을 통해 서로 연결되고 일측 단부는 상기 그리퍼 포지셔너와 결합되고 타측 단부는 임의의 기부에 고정되어 상기 복수의 팔부재의 신축과 방향 전환을 통해 상기 그리퍼 포지셔너를 상기 타겟 원단의 위치와 상기 목표 위치 사이를 왕복 이동시키도록 구성된 로봇팔; 및 상기 컴퓨팅 장치가 제공하는 상기 위치이동 제어신호에 따라 상기 로봇팔을 구동하여 상기 왕복 이동을 가능하게 제어하는 로봇팔 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치부에서, 상기 복수의 그리핑 지점의 위치를 구하기 위해, 상기 타겟 원단에 외접하면서 면적이 가장 작은 직사각형을 구하고, 구해진 직사각형의 각 꼭지점으로부터 가장 가까운 상기 타겟 원단의 테두리선상의 점의 위치를 산출하며, 산출된 테두리선상의 점들을 대각선 방향으로 연결하고 각 테두리선상의 점으로부터 상기 타겟 원단의 내부로 상기 대각선 방향을 따라 소정 거리(오프셋) 떨어진 지점을 상기 복수의 그리핑 지점의 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 시스템.
  9. 카메라가 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성하는 단계;
    컴퓨팅 장치부가 상기 원단 이미지를 분석하여 상기 타겟 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점의 위치를 산출하는 단계;
    로봇팔 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부로부터 제공되는 상기 타겟 원단의 위치 정보 및/또는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 로봇팔을 상기 타겟 원단 위에 정렬시키는 단계;
    그리퍼 포지셔너 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부로부터 제공되는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키는 단계;
    그리핑 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 동작신호에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈이 상기 타겟 원단을 그리핑하게 하는 단계;
    상기 로봇팔 제어부가, 상기 타겟 원단이 상기 복수의 그리퍼 모듈에 의해 그리핑된 상태에서, 그리퍼 포지셔닝부를 지정된 목표 위치까지 이동시키도록 상기 로봇팔을 제어하는 단계; 및
    상기 그리핑 제어부가 상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 동작신호에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈이 그리핑을 해제하여 상기 타겟 원단을 놓아주도록 제어하는 하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 그리핑 지점의 위치를 산출하는 단계는,
    상기 타겟 원단에 외접하면서 면적이 가장 작은 직사각형을 구하는 단계; 구해진 직사각형의 각 꼭지점으로부터 가장 가까운 상기 타겟 원단의 테두리선상의 점의 위치를 산출하는 단계; 산출된 테두리선상의 점들을 대각선 방향으로 연결하고 각 테두리선상의 점으로부터 상기 타겟 원단의 내부로 상기 대각선 방향을 따라 소정 거리(오프셋) 떨어진 지점을 상기 복수의 그리핑 지점의 위치로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키는 것은 상기 복수의 그리퍼 모듈이 장착된 그리퍼 포지셔너를 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 회전시키는 것 및/또는 길이를 가변시키는 것을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 비전 기반 그리핑을 이용한 원단 이송 방법.
  12. 타겟 원단을 촬영하여 원단 이미지를 생성하는 카메라부;
    상기 원단 이미지를 분석하여 상기 타겟 원단의 형상 및 위치를 인식하고, 인식된 원단 형상에 적합한 복수의 그리핑 지점을 산출하고, 상기 타겟 원단의 그리핑 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치부;
    상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 그리핑 제어신호에 따라 복수의 그리퍼 모듈을 이용하여 상기 타겟 원단을 그리핑하는 동작과 상기 타겟 원단의 그리핑 상태를 해제하는 동작을 수행하도록 구성된 원단 그리핑부; 및
    상기 컴퓨팅 장치부가 제공하는 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 따라 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 타겟 원단의 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔닝부를 구비하고,
    상기 그리퍼 포지셔닝부는, 상기 복수의 그리퍼 모듈이 각각 장착되고 회전 및/또는 길이가변을 통하여 상기 복수의 그리퍼 모듈 각각을 상기 복수의 그리핑 지점에 정렬시키도록 구성된 그리퍼 포지셔너; 및 상기 복수의 그리핑 지점의 위치 정보에 기초하여 상기 그리퍼 포지셔너의 회전 및/또는 길이가변을 제어하도록 구성된 그리퍼 포지셔너 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 원단 그리핑 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 원단 그리핑부는, 형상의 찌그러짐을 통해 상기 타겟 원단을 그리핑하고, 형상의 원상회복을 통해 상기 타겟 원단의 그리핑을 해제하도록 구성된 복수의 그리퍼 모듈; 상기 복수의 그리퍼 모듈을 상기 그리퍼 포지셔닝부의 복수의 위치에 각각 하나씩 고정시켜주는 복수의 그리퍼 모듈 고정부; 상기 복수의 그리퍼 모듈의 형상 쪼그러짐과 원상회복을 야기하는 구동력을 생성하여 상기 복수의 그리퍼 모듈에 인가하도록 구성된 그리퍼 구동부; 및 상기 그리핑 제어신호에 따라 상기 그리퍼 구동부의 구동력 생성 및 해제를 제어하도록 구성된 그리핑 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 원단 그리핑 장치.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서, 상기 그리퍼 포지셔너는 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 포함하고,
    각 그리퍼 포지셔너 팔은, 상기 복수의 그리퍼 포지셔너 팔을 하나의 조립체가 되게 결합시켜주도록 구성된 연결부재; 상기 연결부재의 제1 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 회전력을 생성하는 제1 모터부; 상기 연결부재의 제2 복수의 지점에 장착되고 상기 그리퍼 포지셔너 제어부의 제어에 따라 동력을 생성하는 제2 모터부; 상기 제2 모터부와 결합되어 상기 제2 모터부의 동력에 의해 2차원 평면에서 회전할 수 있고, 상기 제1 모터부와 결합되어 상기 제1 모터부의 회전력에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있도록 구성된 길이가변형 팔기구(length-variable arm mechanism); 및 하나의 그리퍼 모듈을 상기 길이가변형 팔기구에 장착되게 해주는 그리퍼 모듈 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 원단 그리핑 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치부에서, 상기 복수의 그리핑 지점의 위치를 구하기 위해, 상기 타겟 원단에 외접하면서 면적이 가장 작은 직사각형을 구하고, 구해진 직사각형의 각 꼭지점으로부터 가장 가까운 상기 타겟 원단의 테두리선상의 점의 위치를 산출하며, 산출된 테두리선상의 점들을 대각선 방향으로 연결하고 각 테두리선상의 점으로부터 상기 타겟 원단의 내부로 상기 대각선 방향을 따라 소정 거리(오프셋) 떨어진 지점을 상기 복수의 그리핑 지점의 위치로 산출하는 것을 특징으로 하는 비전 기반 원단 그리핑 장치.
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