KR20190000430A - 양팔 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양팔 로봇 시스템에 관한 것으로, 제 1 로봇 아암은 비전 카메라 및 센서를 이용하여 다수개의 결합부에 대한 좌표값 산출을 위해 이동하고, 제 2 로봇 아암은 산출된 좌표값에 따라 조립 부품을 각 결합부에 삽입 결합하도록 이동함으로써, 제 1 로봇 아암과 제 2 로봇 아암이 각각 서로 다른 작업을 분리 수행하며 이동하게 되어 작업 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 분업화된 작업 방식에 따라 더욱 정확하고 신속한 작업이 가능하며, 제 2 로봇 아암을 통해 조립 부품을 각 결합부에 결합함과 동시에 제 2 로봇 아암의 비전 카메라를 이용하여 각 조립 부품의 삽입 결합 상태를 그 즉시 검사함으로써, 조립 부품의 정상적인 결합 상태를 별도의 검사 공정 없이 신속하게 검사할 수 있고, 조립 부품을 결합부에 삽입 결합하는 과정에서 그리퍼에 전달되는 반발력을 감지함으로써, 로봇 아암의 동작 오차를 산출할 수 있고, 이를 기초로 로봇 아암의 동작 상태를 미세 조정하여 조립 부품을 정확하게 결합부에 삽입할 수 있어 더욱 정확한 조립 작업이 가능한 양팔 로봇 시스템을 제공한다.

Description

양팔 로봇 시스템{Dual Arm Robot System}

본 발명은 양팔 로봇 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 제 1 로봇 아암은 비전 카메라 및 센서를 이용하여 다수개의 결합부에 대한 좌표값 산출을 위해 이동하고, 제 2 로봇 아암은 산출된 좌표값에 따라 조립 부품을 각 결합부에 삽입 결합하도록 이동함으로써, 제 1 로봇 아암과 제 2 로봇 아암이 각각 서로 다른 작업을 분리 수행하며 이동하게 되어 작업 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 분업화된 작업 방식에 따라 더욱 정확하고 신속한 작업이 가능하며, 제 2 로봇 아암을 통해 조립 부품을 각 결합부에 결합함과 동시에 제 2 로봇 아암의 비전 카메라를 이용하여 각 조립 부품의 삽입 결합 상태를 그 즉시 검사함으로써, 조립 부품의 정상적인 결합 상태를 별도의 검사 공정 없이 신속하게 검사할 수 있고, 조립 부품을 결합부에 삽입 결합하는 과정에서 그리퍼에 전달되는 반발력을 감지함으로써, 로봇 아암의 동작 오차를 산출할 수 있고, 이를 기초로 로봇 아암의 동작 상태를 미세 조정하여 조립 부품을 정확하게 결합부에 삽입할 수 있어 더욱 정확한 조립 작업이 가능한 양팔 로봇 시스템에 관한 것이다.

최초의 산업용 로봇이 개발된 이래 산업 자동화의 중심에는 산업용 로봇이 있었으며 현대의 풍요로운 산업화는 자동화 장비를 통한 대량생산에 힘입은 바 크다.

산업용 로봇은 현재까지도 제조 산업에서 매우 중요한 역할을 차지하고 있으며 그 중요도는 점점 커질 것으로 예상된다. 현재의 산업용 로봇은 과거에 비해서 정밀도, 강성, 내구성측면에서 많은 발전을 이루었다. 그러나 그 외형의 측면에서는 큰 변화가 없었으며, 아직도 대부분의 사업장에서는 하나의 팔을 가진 로봇이 이용되고 있다. 이러한 하나의 팔을 가진 전통적인 싱글 암 로봇은 작업자가 두 손을 가지고 작업하는 작업장에는 적용하기 곤란하며, 이는 산업용 로봇의 적용 범위를 제한하는 주된 이유 중의 하나임이 분명하다.

전자제품, 기계부품의 조립작업을 위해서는 인간과 같이 양팔을 가진 형태의 로봇시스템이 매우 효과적이며, 이러한 이유로 해외의 선진사를 중심으로 양팔을 가지는 제조용 로봇의 개발이 이루어지고 있다. 현재 시점에서는 상용화된 양팔 로봇 시스템은 소수에 불과하며, 기능적인 측면에서는 단순한 형태의 작업만이 가능한 실정이다.

특히, 기계 부품의 조립 작업 등에서는 별도의 조립 부품을 파지한 상태로 이동하여 조립 대상물의 결합부에 각각 조립 부품을 삽입 결합하는 작업이 무수히 반복되므로, 이러한 조립 공정의 수행을 자동화 로봇으로 대체하기 위한 연구가 활발하며, 이때, 양팔 로봇을 적용하여 인간과 유사한 동작으로 조립 작업 및 이에 대한 검사 작업을 모두 수행할 수 있는 시스템이 절실히 요구되고 있다.

국내등록특허 제10-1502152호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 제 1 로봇 아암은 비전 카메라 및 센서를 이용하여 다수개의 결합부에 대한 좌표값 산출을 위해 이동하고, 제 2 로봇 아암은 산출된 좌표값에 따라 조립 부품을 각 결합부에 삽입 결합하도록 이동함으로써, 제 1 로봇 아암과 제 2 로봇 아암이 각각 서로 다른 작업을 분리 수행하며 이동하게 되어 작업 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 분업화된 작업 방식에 따라 더욱 정확하고 신속한 작업이 가능한 양팔 로봇 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제 2 로봇 아암을 통해 조립 부품을 각 결합부에 결합함과 동시에 제 2 로봇 아암의 비전 카메라를 이용하여 각 조립 부품의 삽입 결합 상태를 그 즉시 검사함으로써, 조립 부품의 정상적인 결합 상태를 별도의 검사 공정 없이 신속하게 검사할 수 있고, 이에 따라 더욱 정확하고 신속한 조립 공정 수행이 가능한 양팔 로봇 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 조립 부품을 결합부에 삽입 결합하는 과정에서 그리퍼에 전달되는 반발력을 감지함으로써, 로봇 아암의 동작 오차를 산출할 수 있고, 이를 기초로 로봇 아암의 동작 상태를 미세 조정하여 조립 부품을 정확하게 결합부에 삽입할 수 있어 더욱 정확한 조립 작업이 가능한 양팔 로봇 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은, 제 1 로봇 아암 및 제 2 로봇 아암을 이용하여 조립 대상물에 형성된 다수개의 결합부에 각각 조립 부품을 삽입 결합하도록 작동하는 양팔 로봇 시스템에 있어서, 상기 제 1 로봇 아암에 장착되어 다수개의 상기 결합부를 전체적으로 촬영하는 제 1 비전 카메라; 상기 제 1 로봇 아암에 장착되어 다수개의 상기 결합부와의 거리를 각각 측정하는 거리 감지 센서; 상기 제 1 비전 카메라와 상기 거리 감지 센서가 상기 조립 대상물의 상부 방향으로 이격된 동일 수평면상에서 이동하도록 상기 제 1 로봇 아암을 동작 제어하는 제어부; 및 상기 제 1 비전 카메라에 의해 촬영된 영상 정보를 기초로 기준 평면 상에서 상기 결합부에 대한 XY 좌표값을 산출하고, 상기 거리 감지 센서를 통해 측정된 거리를 기초로 상기 결합부에 대한 상기 기준 평면으로부터의 Z 좌표값을 산출하는 연산부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 연산부에 의해 산출된 상기 결합부의 좌표값을 인가받고, 인가받은 좌표값에 따라 상기 제 2 로봇 아암이 이동하여 상기 조립 부품을 상기 결합부에 삽입 결합하도록 상기 제 2 로봇 아암을 동작 제어하고, 상기 제 2 로봇 아암에는 상기 조립 부품을 상기 결합부에 삽입하는 과정에서 발생하는 반발력을 감지하는 반발력 감지 수단이 장착되고, 상기 연산부는 상기 반발력 감지 수단에 의해 감지된 반발력을 기초로 상기 제 2 로봇 아암의 동작 오차를 산출하고, 상기 제어부는 상기 연산부에 의해 산출된 동작 오차를 기초로 상기 제 2 로봇 아암의 동작 상태를 조정하는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템을 제공한다.

이때, 상기 제 1 로봇 아암은 다수개의 상기 결합부의 XY 좌표값에 따라 이동하여 상기 거리 감지 센서가 각각의 상기 결합부의 수직 상부에 위치한 상태에서 상기 결합부의 수직 거리를 순차적으로 측정하도록 상기 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 다수개의 상기 결합부에 대해 상기 거리 감지 센서에 의해 수직 거리가 측정된 순서에 따라 상기 제 2 로봇 아암이 순차적으로 다수개의 상기 결합부에 조립 부품을 삽입 결합하도록 동작 제어하고, 다수개의 상기 결합부의 수직 거리 측정을 위한 상기 제 1 로봇 아암의 이동이 완료되기 이전에 상기 제 2 로봇 아암의 조립 부품 삽입 결합 동작이 수행되도록 동작 제어할 수 있다.

또한, 상기 연산부는 다수개의 상기 결합부의 XY 좌표값을 기초로 각 결합부의 수직 거리 측정을 위한 상기 제 1 로봇 아암의 제 1 이동 경로를 산출하고, 상기 제어부는 상기 제 1 이동 경로를 따라 상기 제 1 로봇 아암이 이동하도록 동작 제어하며, 상기 연산부는 상기 제 1 이동 경로 산출시 조립 부품 삽입 결합 동작을 위한 상기 제 2 로봇 아암의 제 2 이동 경로와 비교하여 간섭이 발생하지 않도록 상기 제 1 이동 경로를 산출할 수 있다.

또한, 상기 반발력 감지 수단은, 상기 조립 부품을 파지하도록 형성되는 상기 제 2 로봇 아암의 그리퍼에 장착되는 압력 센서를 포함하고, 상기 압력 센서는 상기 조립 부품과 가압 접촉하는 상기 그리퍼의 내측면에 다수개 장착될 수 있다.

또한, 상기 연산부는 다수개의 상기 압력 센서에 의해 측정된 각각의 측정값에 대한 차이를 이용하여 상기 제 2 로봇 아암의 동작 오차를 산출할 수 있다.

또한, 상기 제 2 로봇 아암에는 상기 결합부를 촬영할 수 있는 제 2 비전 카메라가 장착되고, 상기 제 2 비전 카메라는 상기 제 2 로봇 아암이 각각의 상기 결합부에 조립 부품을 삽입 결합 완료할 때마다 상기 결합부를 촬영하도록 상기 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.

또한, 상기 양팔 로봇 시스템은, 상기 제 2 비전 카메라에 의해 촬영된 영상 정보를 별도의 기준 영상 정보와 비교하여 조립 부품이 정상적으로 결합되었는지 여부를 판단하는 검사 판단부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제 1 로봇 아암은 비전 카메라 및 센서를 이용하여 다수개의 결합부에 대한 좌표값 산출을 위해 이동하고, 제 2 로봇 아암은 산출된 좌표값에 따라 조립 부품을 각 결합부에 삽입 결합하도록 이동함으로써, 제 1 로봇 아암과 제 2 로봇 아암이 각각 서로 다른 작업을 분리 수행하며 이동하게 되어 작업 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 분업화된 작업 방식에 따라 더욱 정확하고 신속한 작업이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 제 2 로봇 아암을 통해 조립 부품을 각 결합부에 결합함과 동시에 제 2 로봇 아암의 비전 카메라를 이용하여 각 조립 부품의 삽입 결합 상태를 그 즉시 검사함으로써, 조립 부품의 정상적인 결합 상태를 별도의 검사 공정 없이 신속하게 검사할 수 있고, 이에 따라 더욱 정확하고 신속한 조립 공정 수행이 가능한 효과가 있다.

또한, 조립 부품을 결합부에 삽입 결합하는 과정에서 그리퍼에 전달되는 반발력을 감지함으로써, 로봇 아암의 동작 오차를 산출할 수 있고, 이를 기초로 로봇 아암의 동작 상태를 미세 조정하여 조립 부품을 정확하게 결합부에 삽입할 수 있어 더욱 정확한 조립 작업이 가능하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 외형을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 제 1 로봇 아암에 대한 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 제 1 및 제 2 로봇 아암에 대한 이동 경로를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 제 2 로봇 아암에 대한 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 로봇 아암의 반발력 감지 수단에 대한 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 로봇 아암의 반발력 감지 수단에 대한 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 외형을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 제 1 로봇 아암에 대한 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 제 1 및 제 2 로봇 아암에 대한 이동 경로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 제 2 로봇 아암에 대한 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템(10)은 로봇 몸체(100)에 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)이 다관절 형태로 장착되어 자유롭게 이동 가능하도록 구성되며, 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)을 이용하여 조립 대상물(PM)에 형성된 다수개의 결합부(P)에 각각 조립 부품(M)을 삽입 결합하도록 작동한다. 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)의 끝단부에는 조립 부품 등을 파지할 수 있도록 그리퍼(130)가 형성될 수 있다.

이러한 양팔 로봇 시스템(10)은, 제 1 로봇 아암(110)에 장착되는 제 1 비전 카메라(200) 및 거리 감지 센서(300)와, 제 1 및 제 2 로봇 아암(110,120)을 동작 제어하는 제어부(500)와, 결합부(P)에 대한 3차원 좌표(XYZ 좌표)를 산출하는 연산부(600)를 포함하여 구성된다.

제 1 비전 카메라(200)는 제 1 로봇 아암(110)에 장착되어 다수개의 결합부(P)를 전체적으로 촬영하고, 거리 감지 센서(300)는 제 1 로봇 아암(110)에 장착되어 다수개의 결합부(P)와의 거리를 각각 측정한다.

이때, 제 1 로봇 아암(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 비전 카메라(200)와 거리 감지 센서(300)가 조립 대상물(PM)의 상부 방향으로 일정 간격 이격된 동일 수평면 상(XY 평면상)에서 이동하도록 제어부(500)에 의해 동작 제어된다.

즉, 제 1 로봇 아암(110)은 동일 수평면인 XY 평면 상에서 이동하며, 이에 따라 제 1 비전 카메라(200)와 거리 감지 센서(300)의 높이는 항상 일정한 상태로 유지된다.

제 1 비전 카메라(200)는 조립 대상물(PM)의 다수개의 결합부(P)를 전체적으로 동시에 촬영하며, 연산부(600)는 제 1 비전 카메라(200)에 의해 촬영된 영상 정보를 기초로 기준 평면 상에서 결합부(P)에 대한 XY 좌표값을 산출한다. 즉, 다수개의 결합부(P)를 동시에 촬영하고, 촬영 영상 정보는 2차원으로 촬영된 영상 정보이므로, 이를 제 1 비전 카메라(200)의 기준 영상 정보와 비교하여 다수개의 결합부(P) 각각에 대한 기준 평면에서의 XY 좌표값을 산출한다.

이후, 거리 감지 센서(300)를 이용하여 각 결합부(P)와의 수직 거리를 측정하는데, 이를 위해 제 1 로봇 아암(110)은 끝단부에 장착된 거리 감지 센서(300)가 결합부(P)의 수직 상부에 위치하도록 이동해야 한다.

따라서, 제어부(500)는 연산부(600)에 의해 산출된 XY 좌표값에 따라 제 1 로봇 아암(110)을 이동시켜 거리 감지 센서(300)가 각 결합부(P)의 수직 상부에 위치시킨다. 이와 같이 거리 감지 센서(300)가 결합부(P)의 수직 상부에 위치한 상태에서 거리 감지 센서(300)에 의해 결합부(P)와 거리 감지 센서(300)와의 수직 거리가 측정된다.

이와 같은 방식으로 결합부(P)에 대한 수직 거리가 측정되면, 연산부(600)는 기준 평면으로부터 수직 거리인 Z축 좌표값을 산출할 수 있다.

정리하면, 제 1 비전 카메라(200)를 이용하여 다수개 결합부(P)를 전체적으로 촬영하고, 연산부(600)는 제 1 비전 카메라(200)에 의한 촬영 영상 정보를 기초로 결합부(P)에 대한 XY 좌표값을 산출하고, 제어부(500)는 연산부(600)에 의해 산출된 결합부(P)의 XY 좌표값을 인가받고, 인가받은 결합부(P)의 XY 좌표값에 대응하여 제 1 로봇 아암(110)을 이동시킨다. 이때, 제 1 로봇 아암(110)의 끝단부에 장착된 거리 감지 센서(300)가 각 결합부(P)의 수직 상부에 위치하도록 제 1 로봇 아암(110)을 이동시킨다. 이와 같이 제 1 로봇 아암(110)을 이동시킨 후, 각 결합부(P)마다 거리 감지 센서(300)에 의해 결합부(P)에 대한 수직 거리를 측정한다. 연산부(600)는 각 결합부(P)에 대한 수직 거리 측정값을 인가받아 각 결합부(P)에 대한 Z 좌표값을 산출한다.

이와 같은 방식으로 조립 대상물(PM)의 각 결합부(P)에 대한 XYZ 좌표값을 산출할 수 있다.

이후, 제어부(500)는 이상에서 설명한 바와 같이 산출된 각 결합부(P)의 XYZ 좌표값을 연산부(600)로부터 인가받고, 인가받은 좌표값에 따라 제 2 로봇 아암(120)이 이동하여 조립 부품(M)을 각 결합부(P)에 삽입 결합하도록 제 2 로봇 아암(120)을 동작 제어한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템(10)은, 제 1 로봇 아암(110)을 이동 조작하여 조립 대상물(PM)의 다수개의 결합부(P)에 대한 XYZ 좌표값을 산출하고, 이와 같이 산출된 XYZ 좌표값에 따라 제 2 로봇 아암(120)을 이동시켜 조립 부품(M)을 각 결합부(P)에 삽입 결합하도록 작동한다.

이와 같이 제 1 로봇 아암(110)은 제 1 비전 카메라(200) 및 거리 감지 센서(300)를 이용하여 좌표값 산출을 위해 이동하고, 제 2 로봇 아암(120)이 실질적으로 조립 부품(M)을 삽입 결합하도록 이동함으로써, 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)이 각각 서로 다른 작업을 분리 수행하게 되어 더욱 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 제 1 로봇 아암(110)을 이동시켜 각 결합부(P)에 대한 좌표값을 순차적으로 산출하는 동안에 제 2 로봇 아암(120)이 동일한 순서로 결합부(P)에 조립 부품(M)을 삽입 결합할 수 있어 더욱 신속하게 조립 작업을 수행할 수 있다.

이를 위해, 제어부(500)는 다수개의 결합부(P)에 대해 제 1 로봇 아암(110)의 거리 감지 센서(300)에 의해 수직 거리가 측정된 순서에 따라 제 2 로봇 아암(120)이 순차적으로 다수개의 결합부(P)에 조립 부품(M)을 삽입 결합하도록 동작 제어할 수 있으며, 다수개의 결합부(P)의 수직 거리 측정을 위한 제 1 로봇 아암(110)의 이동이 완료되기 이전에 제 2 로봇 아암(120)의 조립 부품 삽입 결합 동작이 수행되도록 동작 제어할 수 있다.

또한, 이와 같이 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)이 동시에 이동하게 되면, 그 이동 과정에서 서로 간섭이 발생하여 정상적인 작업이 어려울 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 연산부(600)는 제 1 로봇 아암(110)의 이동 경로인 제 1 이동 경로를 산출할 수 있고, 이때, 제 1 이동 경로를 일정 시간 간격을 두고 뒤따르는 제 2 로봇 아암(120)의 이동 경로를 고려하여 간섭을 방지할 수 있도록 제 1 이동 경로를 산출할 수 있다.

즉, 연산부(600)는 다수개의 결합부(P)의 XY 좌표값을 기초로 각 결합부(P)의 수직 거리 측정을 위한 제 1 로봇 아암(110)의 제 1 이동 경로를 산출하고, 제어부(500)는 연산부(600)에 의해 산출된 제 1 이동 경로를 따라 제 1 로봇 아암(110)이 이동하도록 동작 제어한다. 이때, 연산부(600)는 제 1 이동 경로 산출시 조립 부품 삽입 결합 동작을 위한 제 2 로봇 아암(120)의 제 2 이동 경로(제 2 이동 경로는 제 1 이동 경로와 동일하며 다만 일정 시간 간격을 두고 발생함)와 비교하여 간섭이 발생하지 않도록 제 1 이동 경로를 산출한다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 조립 대상물(PM)에 5개의 결합부(P1,P2,P3,P4,P5)가 존재하는 경우, 제 1 로봇 아암(110)이 P1,P2,P3,P4,P5의 순서로 이동하도록 제 1 이동 경로를 산출할 수 있고, 이 경우, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)이 일정 시간 간격을 두고 동시에 이동하더라도 간섭이 발생하지 않는다. 만약, 제 1 이동 경로를 예를 들어 P1,P5,P4,P2,P3의 순서로 이동하도록 산출한 경우라면, 제 2 로봇 아암(120)이 순차적으로 해당 이동 경로를 이동하므로, 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)이 이동 과정 중에 간섭이 발생하게 된다.

도 3에 도시된 이동 경로의 경우, 제 1 로봇 아암(110)의 거리 감지 센서(300)가 P1 결합부로부터 이동하여 P2 결합부에 위치한 상태에서, 제 2 로봇 아암(120)의 끝단부 그리퍼(130)가 P1 결합부에 위치할 수 있으며, 이후, P1,P2,P3,P4,P5의 순서대로 제 1 로봇 아암(110)과 제 2 로봇 아암(120)이 순차적으로 이동하더라도 상호 간섭이 발생하지 않는다.

한편, 제 2 로봇 아암(120)에는 조립 대상물(PM)의 결합부(P)를 촬영할 수 있는 제 2 비전 카메라(400)가 장착되고, 제 2 비전 카메라(400)는 제 2 로봇 아암(120)이 각각의 결합부(P)에 조립 부품(M)을 삽입 결합 완료할 때마다 결합부(P)를 촬영하도록 제어부(500)에 의해 동작 제어될 수 있다. 이때, 제 2 비전 카메라(400)는 제 1 비전 카메라(200)와 달리 다수개의 결합부(P)를 전체적으로 촬영하는 것이 아니라 각각의 결합부(P) 부위만을 국부적으로 촬영한다.

즉, 제 2 로봇 아암(120)은 그리퍼(130)에 조립 부품(M)을 파지한 상태로 전술한 바와 같이 각 결합부(P)를 순차적으로 이동하여 조립 부품(M)을 각 결합부(P)에 삽입 결합하는데, 이때, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 조립 부품(M)을 수직 하강 이동하여 해당 결합부(P)에 삽입 결합한 이후, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제 2 비전 카메라(400)를 이용하여 조립 부품(M)을 삽입 완료한 해당 결합부(P)를 촬영한다.

이와 같이 제 2 비전 카메라(400)에 의해 촬영된 영상 정보를 별도의 기준 영상 정보와 비교하여 조립 부품(M)이 정상적으로 결합되었는지 여부를 판단하기 위해 별도의 검사 판단부(700)가 더 구비될 수 있다.

검사 판단부(700)는 제 2 비전 카메라(400)에 의해 촬영된 영상 정보를 미리 저장된 별도의 기준 영상 정보와 패턴 분석 방식 등으로 비교하여 조립 부품(M)의 결합 위치, 조립 부품(M)의 종류 등이 정확한지 여부를 판단할 수 있다.

검사 판단부(700)에 의해 조립 부품(M)의 결합 위치가 잘못되었거나 종류가 다른 것으로 판단되면, 제어부(500)는 별도의 알람 장치(미도시) 등을 작동시켜 사용자에게 경고할 수 있다.

이와 같은 구조에 따라 제 2 로봇 아암(120)을 통해 조립 부품(M)을 결합부(P)에 결합함과 동시에 각 조립 부품(M)의 삽입 결합 상태를 그 즉시 검사할 수 있어 더욱 정확하고 신속하게 조립 작업을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 로봇 아암의 반발력 감지 수단에 대한 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 로봇 아암의 반발력 감지 수단에 대한 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

제 2 로봇 아암(120)은 전술한 바와 같이 조립 부품(M)을 결합부(P)에 삽입 결합하고, 제 2 비전 카메라(400)를 이용하여 삽입 결합 상태를 그 즉시 검사한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 로봇 아암(120)을 이용하여 조립 부품(M)을 결합부(P)에 삽입 결합하는 과정에서 제 2 로봇 아암(120)의 동작 오차를 산출하여 제 2 로봇 아암(120)의 동작 상태를 조정하도록 구성된다.

이를 위해, 제 2 로봇 아암(120)에는 조립 부품(M)을 결합부(P)에 삽입하는 과정에서 발생하는 반발력을 감지하는 반발력 감지 수단(800)이 장착된다.

연산부(600)는 반발력 감지 수단(800)에 의해 감지된 반발력을 기초로 제 2 로봇 아암(120)의 동작 오차를 산출하고, 제어부(500)는 연산부(600)에 의해 산출된 동작 오차를 기초로 제 2 로봇 아암(120)의 동작 상태를 조정한다.

반발력 감지 수단(800)은 도 6에 도시된 바와 같이 조립 부품(M)을 파지하도록 형성되는 제 2 로봇 아암(120)의 그리퍼(130)에 장착되는 압력 센서(810)를 포함한다. 이때, 압력 센서(810)는 조립 부품(M)과 가압 접촉하는 그리퍼(130)의 내측면에 서로 이격되게 다수개 장착된다.

이러한 압력 센서(810)는 그리퍼(130) 및 조립 부품(M)의 형상에 따라 다양한 형태로 그리퍼(130) 내측면에 장착될 수 있는데, 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이 그리퍼(130)의 내측면 양측 상하에 각각 2개씩 4개 장착될 수 있다. 물론, 이외에도, 그리퍼(130)가 원통형일 경우, 원주 방향을 따라 2열로 다수개 장착될 수도 있는 등 그 장착 형태는 다양하게 변경 가능하다.

이러한 반발력 감지 수단(800)의 작동 원리를 살펴보면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 그리퍼(130)에 파지된 조립 부품(M)이 조립 대상물(PM)의 결합부(P)에 정확하게 삽입되지 못하고 도 7에 도시된 방향을 기준으로 좌측으로 어긋난 상태로 결합부(P)에 삽입되는 경우, 조립 부품(M)과 조립 대상물(PM)의 결합부(P)와의 간섭 부분을 중심으로 시계 방향으로 반발력이 발생하게 된다. 따라서, 그리퍼(130)의 내측면에 장착된 다수개의 압력 센서(810)에는 이러한 반발력에 의해 그 측정값이 서로 달라지게 된다. 도 7의 (a)의 경우, 시계 방향의 반발력에 의해 참조번호 812,813의 압력 센서의 측정값이 상대적으로 증가하고, 참조번호 811,814의 압력 센서의 측정값은 상대적으로 감소하게 된다.

반대로, 도 7의 (b)의 경우, 조립 부품(M)과 결합부(P)의 간섭 부분을 중심으로 반시계 방향의 반발력이 발생하게 되고, 이에 따라 참조번호 811,814의 압력 센서의 측정값이 상대적으로 증가하고, 참조번호 812,813의 압력 센서의 측정값이 상대적으로 감소하게 된다.

이때, 조립 부품(M)과 결합부(P)와의 어긋남 정도가 커질수록 시계 방향 또는 반시계 방향의 반발력은 상대적으로 감소하게 되므로, 각 압력 센서의 측정값 차이는 상대적으로 감소하게 된다.

따라서, 연산부(600)는 이러한 압력 센서(810)의 측정값 차이를 이용하여 조립 부품(M)이 어느 방향으로 잘못 삽입되었는지와 어느 정도의 거리가 잘못되었는지를 판단할 수 있다. 즉, 연산부(600)는 다수개의 압력 센서(810)의 측정값 차이를 이용하여 제 2 로봇 아암(120)의 동작 오차를 그 방향 및 거리까지 산출할 수 있다. 제어부(500)는 이와 같이 산출된 동작 오차값을 인가받아 제 2 로봇 아암(120)의 동작 상태를 미세 조정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양팔 로봇 시스템은 이와 같이 반발력을 감지하는 방식으로 제 2 로봇 아암(120)의 조립 부품 결합 동작 오차를 산출할 수 있고, 이를 기초로 제 2 로봇 아암(120)의 동작 상태를 미세 조정하여 조립 부품(M)을 정확하게 결합부(P)에 삽입할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 로봇 몸체
110: 제 1 로봇 아암 120: 제 2 로봇 아암
130: 그리퍼
200: 제 1 비전 카메라
300: 거리 감지 센서
400: 제 2 비전 카메라
500: 제어부
600: 연산부
700: 검사 판단부
800: 반발력 감지 수단
810: 압력 센서
PM: 조립 대상물
P: 결합부 M: 조립 부품

Claims (8)

1. 제 1 로봇 아암 및 제 2 로봇 아암을 이용하여 조립 대상물에 형성된 다수개의 결합부에 각각 조립 부품을 삽입 결합하도록 작동하는 양팔 로봇 시스템에 있어서,
   상기 제 1 로봇 아암에 장착되어 다수개의 상기 결합부를 전체적으로 촬영하는 제 1 비전 카메라;
   상기 제 1 로봇 아암에 장착되어 다수개의 상기 결합부와의 거리를 각각 측정하는 거리 감지 센서;
   상기 제 1 비전 카메라와 상기 거리 감지 센서가 상기 조립 대상물의 상부 방향으로 이격된 동일 수평면상에서 이동하도록 상기 제 1 로봇 아암을 동작 제어하는 제어부; 및
   상기 제 1 비전 카메라에 의해 촬영된 영상 정보를 기초로 기준 평면 상에서 상기 결합부에 대한 XY 좌표값을 산출하고, 상기 거리 감지 센서를 통해 측정된 거리를 기초로 상기 결합부에 대한 상기 기준 평면으로부터의 Z 좌표값을 산출하는 연산부
   를 포함하고, 상기 제어부는 상기 연산부에 의해 산출된 상기 결합부의 좌표값을 인가받고, 인가받은 좌표값에 따라 상기 제 2 로봇 아암이 이동하여 상기 조립 부품을 상기 결합부에 삽입 결합하도록 상기 제 2 로봇 아암을 동작 제어하고,
   상기 제 2 로봇 아암에는 상기 조립 부품을 상기 결합부에 삽입하는 과정에서 발생하는 반발력을 감지하는 반발력 감지 수단이 장착되고,
   상기 연산부는 상기 반발력 감지 수단에 의해 감지된 반발력을 기초로 상기 제 2 로봇 아암의 동작 오차를 산출하고, 상기 제어부는 상기 연산부에 의해 산출된 동작 오차를 기초로 상기 제 2 로봇 아암의 동작 상태를 조정하는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 로봇 아암은 다수개의 상기 결합부의 XY 좌표값에 따라 이동하여 상기 거리 감지 센서가 각각의 상기 결합부의 수직 상부에 위치한 상태에서 상기 결합부의 수직 거리를 순차적으로 측정하도록 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 다수개의 상기 결합부에 대해 상기 거리 감지 센서에 의해 수직 거리가 측정된 순서에 따라 상기 제 2 로봇 아암이 순차적으로 다수개의 상기 결합부에 조립 부품을 삽입 결합하도록 동작 제어하고, 다수개의 상기 결합부의 수직 거리 측정을 위한 상기 제 1 로봇 아암의 이동이 완료되기 이전에 상기 제 2 로봇 아암의 조립 부품 삽입 결합 동작이 수행되도록 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 연산부는 다수개의 상기 결합부의 XY 좌표값을 기초로 각 결합부의 수직 거리 측정을 위한 상기 제 1 로봇 아암의 제 1 이동 경로를 산출하고, 상기 제어부는 상기 제 1 이동 경로를 따라 상기 제 1 로봇 아암이 이동하도록 동작 제어하며,
   상기 연산부는 상기 제 1 이동 경로 산출시 조립 부품 삽입 결합 동작을 위한 상기 제 2 로봇 아암의 제 2 이동 경로와 비교하여 간섭이 발생하지 않도록 상기 제 1 이동 경로를 산출하는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반발력 감지 수단은
   상기 조립 부품을 파지하도록 형성되는 상기 제 2 로봇 아암의 그리퍼에 장착되는 압력 센서를 포함하고,
   상기 압력 센서는 상기 조립 부품과 가압 접촉하는 상기 그리퍼의 내측면에 다수개 장착되는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 연산부는 다수개의 상기 압력 센서에 의해 측정된 각각의 측정값에 대한 차이를 이용하여 상기 제 2 로봇 아암의 동작 오차를 산출하는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 2 로봇 아암에는 상기 결합부를 촬영할 수 있는 제 2 비전 카메라가 장착되고,
   상기 제 2 비전 카메라는 상기 제 2 로봇 아암이 각각의 상기 결합부에 조립 부품을 삽입 결합 완료할 때마다 상기 결합부를 촬영하도록 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 비전 카메라에 의해 촬영된 영상 정보를 별도의 기준 영상 정보와 비교하여 조립 부품이 정상적으로 결합되었는지 여부를 판단하는 검사 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양팔 로봇 시스템.
   

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