KR20190042494A - 나사를 체결하는 로봇 조작기의 제어 방법 - Google Patents

나사를 체결하는 로봇 조작기의 제어 방법 Download PDF

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KR20190042494A
KR20190042494A KR1020187033970A KR20187033970A KR20190042494A KR 20190042494 A KR20190042494 A KR 20190042494A KR 1020187033970 A KR1020187033970 A KR 1020187033970A KR 20187033970 A KR20187033970 A KR 20187033970A KR 20190042494 A KR20190042494 A KR 20190042494A
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사미 하다딘
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프랜카 에미카 게엠바하
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Abstract

본 발명은 나사구멍에 적어도 미리 끼워진 나사를 체결하는 가동 로봇 조작기를 제어하는 방법에 관한 것으로, 나사는 툴 맞물림 면을 구비하는 나사 머리를 가지고, 로봇 조작기는 그 원격단에 툴 맞물림 면에 맞물리는 툴을 가지며, 나사가 나사 중심축을 가지고, 툴이 로봇 조작기 상의 툴이 그 둘레로 회전 가능한 툴 중심축을 가진다. 본 발명은, 나사구멍에 적어도 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치를 규정하는 단계(101)와, 툴 맞물림 면 상에 툴을 위치 설정하고, 툴 중심축을 나사 중심축과 동심으로 8°의 최대 편이를 가지도록 방향 설정하는 단계(102)와, 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 운동으로, 툴과 툴 맞물림 면 간에 연결이 이뤄질 때까지 툴을 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로 이동시키는 단계(103)와, 툴에 작용하는 토크/회전력의 규정된 한도값(G1)에 도달하거나 초과할 때까지 나사를 툴의 회전의 제1 방향으로 체결하는 단계(104)와, 한도값(G1)에 도달하거나 초과하고 나면, [0.01° 내지 10°] 범위의 규정된 각도만큼 툴을 회전의 제1 반향 반대쪽으로 역회전시키는 단계(105)와, 그리고 툴 중심축을 따라 툴을 툴 맞물림 면으로부터 분리시키는 단계(106)를 구비한다.

Description

나사를 체결하는 로봇 조작기의 제어 방법
본 발명은 적어도 미리 나사구멍에 끼워진 나사를 체결하는 가동 액튜에이터-작동 로봇 조작기를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 가지는 로봇, 컴퓨터 시스템, 디지털 저장 매체, 컴퓨터 프로그램과 함께 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 발명이 해결을 제안하는 문제는 적어도 미리 나사구멍에 끼워진 나사를 체결하는 가동 로봇 조작기를 제어하는 방법을 제시하는 것이다.
본 발명은 독립 청구항들의 특징들로 명확해질 것이다. 유용한 변형과 실시예들은 종속 청구항들의 주제이다. 추가적인 특징들, 응용 가능성, 본 발명의 이점들은 도 1에 표현된 예시적 실시예와 함께 이하의 명세서로 명확해질 것이다.
본 발명의 제1 국면(aspect)은 적어도 미리 나사구멍에 끼워진 나사를 체결하는 가동 액튜에이터 작동(movable actuator-operated) 로봇 조작기(manipulator)를 제어하는 방법에 관련된다. 로봇 조작기는 바람직하기로 4 내지 7 자유도를 가진다. 나사구멍 자체는 공간에 고정되어 있거나 공간에 고정된 (엔진 블록 등의) 더 큰 물체의 일부로 가정하는 것이 유용할 것이다. 바람직하기로, 예를 들어 1회 이상의 회전으로 나사구멍에 체결됨으로써 나사는 미리 나사구멍에 부분적으로 맞물려있다. 나사는 나사 중심축과 함께 툴 맞물림 면(tool engagement interface)을 구비하는 나사 머리(screw head)를 가진다. 로봇 조작기는 그 원격단(distal end)에 툴 맞물림 면과 맞물리도록 설계된 툴(tool)을 가진다. 또한 툴은 그 둘레로 로봇 조작기의 툴이 회전 가능한 툴 중심축을 가진다.
본 발명은 다음 단계들을 포함한다: 제1 단계에서, 나사구멍에 부분적으로 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치가 정의된다. 제2 단계에서, 툴 맞물림 면에 대한 툴의 위치 설정과, 나사 중심축에 대해 동심으로(concentrically) 8°의 최대 편이(maximum deviation)를 가지는 툴 중심축의 방향 설정(orienting)이 이뤄진다. 제3 단계에서, 툴 중심축의 회전력 조절(force-regulated) 및/또는 임피던스 조절(impedance-regulated) 폐쇄된(closed) 틸팅(tilting) 운동으로, 툴과 툴 맞물림 면 간에 연결이 이뤄질 때까지 툴이 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로 이동한다. 이 연결은 바람직하기로 다음 체결(screw in) 동안(제4 단계) 양(positive)의 록킹(locking) 연결로 수렴하도록 하거나 제3 단계의 종료시 양의 록킹 연결이 미리 이뤄지도록 한다. 제4 단계에서, 툴 상에 작용하는 토크/힘(force)의 규정된 한도값(G1)에 도달하거나 초과될 때까지 툴의 회전의 제1 방향으로 나사가 체결이 이뤄진다. 나사의 체결은 툴이 회전의 제1 방향으로 회전하며 나사구멍의 방향으로 나사 중심축을 따라 이동하도록 이뤄진다. 제5 단계에서, 한도값(G1)에 도달하거나 초과되고 나면 툴은 [0.01° 내지 10°] 범위의 규정된 각도만큼 회전의 제1 방향의 반대쪽으로 역회전된다. 바람직하기로 툴의 역회전은 항복(yielding) 및/또는 회전력 조절 방식으로 이뤄진다. 제6 단계에서 툴은 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로부터 분리된다.
툴의 분리는 바람직하기로 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 운동으로 이뤄진다.
바람직하기로, 제3 및/또는 제6 단계의 툴 중심축의 폐쇄된 틸팅 운동에 추가하여, 툴 중심축의 중첩된 횡방향으로의 마찬가지로 폐쇄된 병진(translatory) 운동 역시 실행될 수 있다. 또한 바람직하기로, 제3 및/또는 제6 단계의 폐쇄된 틸팅 운동은 틸팅 평면 내에서 이뤄진다. 또한 바람직하기로, 제3 및/또는 제6 단계의 툴 중심축의 틸팅 운동은 틸팅 평면 내에서의 한 틸팅 성분과 이에 직교하는 평면 내에서의 한 틸팅 성분을 가진다.
본 발명 방법은 툴 중심축의 폐쇄된 틸팅 운동과 폐쇄된 중첩 횡방향 병진 운동 덕분에 나사를 나사구멍에 나사 결합하는 데 특히 양호한 신뢰성을 가능하게 한다. 또한 본 발명 방법은 고가의 공업용 나사 대신에 표준 나사의 사용을 가능하게 한다.
본 발명 방법의 한 변형은 주어진 조건들 하에서 제3 또는 제4 단계에서 양의 록킹 연결이 이뤄지지 않은 경우, 툴의 위치 설정 및/또는 툴 중심축의 방향 설정을 위한 자동으로 조정된(adapted) 매개변수들로 제2 단계 및 제3 단계가 다시 수행되는 것을 특징으로 한다. 이와는 달리, 이 경우 로봇 조작기가 사전 설정된 자세(posture)로 구동될 수도 있다.
툴의 위치 설정 및/또는 툴 중심축의 방향 설정을 위한 조정된 매개변수의 기반은 바람직하기로 툴 맞물림 면의 규정된 위치의 변화이다. 툴 맞물림 면의 변화된 위치는 바람직하기로 주어진 검색 패턴을 기반으로 발생된다.
바람직하기로, 제4 단계에서 체결하는 동안, 소정의 공칭(nominal) 회전력/토크 또는 회전력/토크의 공칭 프로파일을 유지하기 위해 나사 중심축에 시험 회전력(pilot force) 또는 회전력/토크 조절이 규정된다.
본 발명 방법의 한 유용한 변형은 툴 중심축의 회전력 및/또는 임피던스 조절 횡방향 병진 운동이 2 내지 6차원의 폐쇄 또는 개방된 리사주 도형(Lissajous figure)에 해당하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 툴의 횡방향 병진 운동 동안의 툴 중심축은 나사 중심축으로부터 [0.05mm 내지 5mm] 범위의 최대 횡방향 거리를 가진다. 각각의 가능한 최대 횡방향 거리는 물론 나사의 크기 설정(dimensioning) 또는 나사의 툴 맞물림 면의 크기에 좌우되며, 이에 따라 선택될 것이다.
본 발명 방법의 한 유용한 변형은 툴과 툴 맞물림 면 간에 양의 록킹 연결이 이뤄지지 않은 경우, 툴이 툴 맞물림 면으로부터 축 중심축을 따라 소정 거리만큼 이동하고, 툴이 툴 중심축 둘레로 소정 각도만큼 회전한 다음, 제4 단계가 다시 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 툴 맞물림 면은 다음 나사 머리 설계들 중의 하나에 대응한다:
- 슬롯(slot),
- 외측 정사각형(outside square),
- 내측 정사각형(inside square), 즉 로버트슨(Robertson),
- 내측 육각형(inside hexagon), 즉 인버스(Inbus),
- 핀을 가진 내측 육각형(inside hexagon with pin),
- 필립스(Phillips),
- 포지드라이브(Pozidriv),
- 내측 육각형 라운드(inner hexagon round), 즉 톡스(Torx),
- 핀을 가진 내측 육각형 라운드(inner hexagon round with pin),
- 내측 톱니들(inner multi-tooth), 즉 XZN,
- 일방 슬롯(one-way slot),
- 트라이 윙(Tri-Wing),
- 토크 셋(Torq-Set),
- 펜타로브(Pentalob) 또는
- 브리스톨(Bristol).
본 발명은 또한 데이터 처리 장치를 가지는 컴퓨터 시스템에 관련되는데, 이 데이터 처리 장치는 전술한 방법이 데이터 처리 장치 상에서 실행되도록 설계된다.
본 발명은 또한 전자적으로 판독 가능한 제어 신호들을 가지는 디지털 저장 매체에 관한 것으로, 이 제어 신호들은 전술한 방법이 실행되도록 프로그램 가능한(programmable) 컴퓨터 시스템과 상호작용할 수 있다.
본 발명은 또한 프로그램 코드가 데이터 처리 장치 상에서 실행될 때 전술한 방법을 실행하는, 기계 판독 가능한 저장 매체 상에 저장된 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램 제품에 관련된다.
마지막으로 본 발명은 프로그램이 데이터 처리 장치 상에서 작동(run)될 때 전술한 방법을 수행하는 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램에 관련된다. 이를 위해 데이터 처리 장치는 종래기술에 공지된 어떤 소정의 컴퓨터 시스템으로 설계될 수 있다.
나사구멍에 적어도 미리 끼워진 나사를 체결하는 가동 액튜에이터 작동 로봇 조작기를 제어하는 장치로, 여기서 나사는 툴 맞물림 면을 구비하는 나사 머리를 가지고, 로봇 조작기는 그 원격단에 툴 맞물림 면에 맞물리도록 설계된 툴을 가지며, 나사는 나사 중심축을 가지고, 툴은 그 둘레로 로봇 조작기 상의 툴이 회전 가능한 툴 중심축을 가지며, 여기서 나사구멍에 적어도 미리 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치는 기지(known)이며, 여기서 장치는 다음 단계들을 수행하도록 구성 및 설계된다:
- 툴을 툴 맞물림 면 상에 위치 설정하고 툴 중심축을 나사 중심축에 8°의 최대 편이의 동심으로 방향 설정하는 단계와,
- 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 이동으로, 툴과 툴 맞물림 면 간의 연결이 이뤄질 때까지 툴을 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로 이동시키는 단계와,
- 툴에 작용하는 토크가 규정된 한도값(G1)에 도달되거나 초과될 때까지 나사를 툴의 회전의 제1 방향으로 체결하는 단계와,
- 한도값(G1)에 도달되거나 초과되고 나면 툴을 [0.01° 내지 10°] 범위의 소정 각도만큼 회전의 제1 방향 반대쪽으로 역회전시키는 단계와, 그리고
- 툴 중심축을 따라 툴을 툴 맞물림 면으로부터 분리하는 단계.
(본 발명) 장치의 이점과 유용한 변형들은 본 발명 방법에 관련하여 전술한 설명들의 유추(analogous and logical transfer)로 이뤄질 수 있다.
본 발명의 다른 국면은 전술한 장치를 가지는 로봇 조작기를 구비하는 로봇에 관련된다.
추가적 이점, 특징 및 상세는 도면을 선택적으로 참조하여 상세히 설명된 적어도 하나의 예시적 실시예가 기재된 이하의 명세서로 명확해질 것이다. 동일, 유사 및/또는 기능적으로 동일한 부품들에는 동일한 참조 번호가 부여되었다.
도 1은 본 발명 방법의 과정의 개략적 도시를 보인다.
도 1은 적어도 나사구멍에 미리 끼워진 나사를 체결하는 3D-가동(movable) 로봇 조작기를 제어하는 본 방법 발명의 과정을 개략적으로 보이는데, 나사는 툴 맞물림 면(tool engagement interface)을 구비하는 나사 머리를 가지고, 로봇 조작기는 그 원격단(distal end)에 툴 맞물림 면에 맞물리도록 설계된 툴을 가지며, 나사는 나사 중심축(screw central axis)을 가지고, 그리고 툴은 그 둘레로 로봇 조작기 상의 툴이 회전 가능한 툴 중심축(tool central axis)을 가진다. 이 방법은 다음 단계들을 포함한다: 제1 단계(101)에서, 나사구멍에 적어도 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치가 규정된다. 제2 단계(102)에서, 툴 맞물림 면 상의 툴의 위치 설정(positioning)과 툴 중심축의 나사 중심축에 대해 동심으로(concentrically) 최대 8°의 최대 편이(maximum deviation)의 방향 설정(orienting)이 이뤄진다. 제3 단계(103)에서, 툴 중심축의 회전력 조절(force-regulated) 및/또는 임피던스 조절(impedance-regulated)의 폐쇄된(closed) 틸팅 운동(tilting movements)으로, 툴과 툴 맞물림 면 간에 양의 록킹 연결(positive locking connection)이 이뤄질 때까지 툴이 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로 이동한다. 제4 단계(104)에서, 툴에 작용하는 토크/회전력의 규정된 한도값(G1)에 도달하거나 초과할 때까지 나사가 툴의 회전의 제1 방향으로 체결(screw in)된다. 제5 단계(105)에서, 한도값(G10에 도달하거나 초과하고 나면 [0.01° 내지 10°] 범위의 규정된 각도만큼 툴이 회전의 제1 방향 반대쪽으로 역회전된다. 제6 단계(106)에서, 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 운동으로 툴이 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로부터 분리된다.
이상에서 본 발명을 바람직한 예시적 실시예에 의해 더 구체적으로 예시하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 개시된 예들에 제한되는 것이 아니며 당업계의 통상의 기술을 가진 자라면 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않고도 이로부터 다른 변형들을 도출할 수 있을 것이다. 그러므로 다양한 변형의 옵션들이 존재함이 명확할 것이다. 마찬가지로, 예를 들어 언급된 실시예들은 실제로 예를 들어 본 발명의 보호범위, 응용 가능성, 또는 그 구성을 어떤 방식으로건 제한하지 않는 단순한 예를 표현한 것이라는 것도 명확하다. 그 대신, 선행하는 명세서와 도면의 설명은 당업자가 예시적 실시예를 구체적으로 구현할 수 있게 함으로써, 본 발명의 개시된 개념을 알게 된 당업자가 청구항들과 명세서에 더 상세히 설명된 법적 대응물(correspondence)들로 규정된 보호범위를 벗어나지 않고도, 예를 들어 예시적 실시예들에 언급된 개별적 요소들의 기능과 배치에 대해 다양한 변경을 가할 수 있게 할 수 있다.
101 - 106 : 본 방법 발명의 단계들

Claims (11)

  1. 나사구멍에 적어도 미리 끼워진 나사를 체결하는 가동 로봇 조작기를 제어하는 방법으로,
    나사는 툴 맞물림 면을 구비하는 나사 머리를 가지고, 로봇 조작기는 그 원격단에 툴 맞물림 면에 맞물리는 툴을 가지며, 나사가 나사 중심축을 가지고, 툴이 로봇 조작기 상의 툴이 그 둘레로 회전 가능한 툴 중심축을 가지며, 상기 방법은,
    1.1. 나사구멍에 적어도 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치를 규정하는 단계(101)와,
    1.2. 툴 맞물림 면 상에 툴을 위치 설정하고, 툴 중심축을 나사 중심축과 동심으로 8°의 최대 편이를 가지도록 방향 설정하는 단계(102)와,
    1.3. 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 운동으로, 툴과 툴 맞물림 면 간에 연결이 이뤄질 때까지 툴을 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로 이동시키는 단계(103)와,
    1.4. 툴에 작용하는 토크/회전력의 규정된 한도값(G1)에 도달하거나 초과할 때까지 나사를 툴의 회전의 제1 방향으로 체결하는 단계(104)와,
    1.5. 한도값(G1)에 도달하거나 초과하고 나면, [0.01° 내지 10°] 범위의 규정된 각도만큼 툴을 회전의 제1 반향 반대쪽으로 역회전시키는 단계(105)와, 그리고
    1.6. 툴 중심축을 따라 툴을 툴 맞물림 면으로부터 분리시키는 단계(106)를
    구비하는 로봇 조작기의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 1.6의 분리 단계(106)가 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 운동으로 수행되는 로봇 조작기의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    단계 1.3 및/또는 단계 1.6에서 툴 중심축의 폐쇄된 횡방향 병진 운동이 추가적으로 실행되는 로봇 조작기의 제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주어진 조건들 하의 단계 1.3 또는 단계 1.4에서 툴과 툴 맞물림 면 간에 양의 록킹 연결이 이뤄지지 않은 경우, 툴의 위치 설정 및/또는 툴 중심축의 방향 설정을 위한 자동으로 조정된 매개변수들로 제2 단계 및 제3 단계가 다시 수행되거나 로봇 조작기가 사전 설정된 자세로 구동되는 로봇 조작기의 제어 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 1.3 또는 단계 1.4에서 툴과 툴 맞물림 면 간에 양의 록킹 연결이 이뤄지지 않은 경우, 툴이 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로부터 소정 거리만큼 이동한 뒤, 툴이 툴 중심축 둘레로 소정 각도만큼 회전되고, 단계 1.4가 다시 수행되는 로봇 조작기의 제어 방법.
  6. 데이터 처리 장치를 가지는 컴퓨터 시스템으로, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법이 데이터 처리 장치 상에서 실행되도록 데이터 처리 장치가 설계되는 컴퓨터 시스템.
  7. 전자적으로 판독 가능한 제어 신호들을 가지는 디지털 저장 매체로, 제어 신호들이 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법이 실행되도록 프로그램 가능한 컴퓨터 시스템과 상호작용할 수 있는 디지털 저장 매체.
  8. 프로그램 코드가 데이터 처리 장치 상에서 실행되었을 때 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법이 실행되도록 하는 기계 판독 가능한 매체 상에 저장된 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램 제품.
  9. 프로그램이 데이터 처리 장치 상에서 작동될 때 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램.
  10. 나사구멍에 적어도 미리 끼워진 나사를 체결하는 가동 로봇 조작기를 제어하는 장치로, 나사가 툴 맞물림 면을 구비하는 나사 머리를 가지고, 로봇 조작기가 그 원격단에 툴 맞물림 면에 맞물리는 툴을 가지며, 나사가 나사 중심축을 가지고, 툴이 로봇 조작기 상의 툴이 그 둘레로 회전 가능한 툴 중심축을 가지며, 나사구멍에 적어도 미리 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치가 기지이고, 상기 장치는,
    10.1. 나사구멍에 적어도 끼워진 나사의 툴 맞물림 면의 위치를 규정하는 단계와,
    10.2. 툴 맞물림 면 상에 툴을 위치 설정하고, 툴 중심축을 나사 중심축과 동심으로 8°의 최대 편이를 가지도록 방향 설정하는 단계와,
    10.3. 툴 중심축의 회전력 조절 및/또는 임피던스 조절 폐쇄된 틸팅 운동으로, 툴과 툴 맞물림 면 간에 연결이 이뤄질 때까지 툴을 툴 중심축을 따라 툴 맞물림 면으로 이동시키는 단계와,
    10.4. 툴에 작용하는 토크/회전력의 규정된 한도값(G1)에 도달하거나 초과할 때까지 나사를 툴의 회전의 제1 방향으로 체결하는 단계와,
    10.5. 한도값(G1)에 도달하거나 초과하고 나면, [0.01° 내지 10°] 범위의 규정된 각도만큼 툴을 회전의 제1 반향 반대쪽으로 역회전시키는 단계와, 그리고
    10.6. 툴 중심축을 따라 툴을 툴 맞물림 면으로부터 분리시키는 단계를
    수행하도록 구성 및 설계되는 로봇 조작기의 제어 장치.
  11. 로봇 조작기와 제 10 항의 장치를 구비하는 로봇.
KR1020187033970A 2016-04-24 2017-04-24 나사를 체결하는 로봇 조작기의 제어 방법 KR20190042494A (ko)

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