KR20220105072A

KR20220105072A - 개선된 암 구조를 구비하는 협동 로봇 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20220105072A
Application number: KR1020210007679A
Authority: KR
Inventors: 홍하나; 이종원
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2022-07-26
Also published as: CN116669917A; WO2022158790A1; EP4282602A1; US20240001547A1; EP4282602A4

Abstract

본 발명은 협동 로봇 및 그 제어방법에 관한 발명이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇은 구동부, 암부 및 제어부를 포함하는 협동 로봇으로서, 상기 암부는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트의 일면에 배치되며, 상기 협동 로봇과 상기 암부를 연결하는 커넥터, 일면이 상기 제1 플레이트의 타면과 대향하도록 제1 방향으로 이격하여 배치되는 제2 플레이트, 상기 제1 플레이트의 타면 및 상기 제2 플레이트의 일면과 접촉하도록 배치되고, 상기 제1 방향으로 가해지는 하중을 측정하여 상기 제어부로 전달하는 로드셀, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 사이에 적어도 1개 이상 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 지지 샤프트 및 대상체를 파지하는 그립을 포함한다.

Description

개선된 암 구조를 구비하는 협동 로봇 및 그 제어방법{A COBOT WITH AN IMPROVED ARM STRUCTURE AND A METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 협동 로봇 및 그 제어방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 대상체의 하중을 실시간으로 측정하여 페이로드를 변경하고, 측정하고자 하는 하중을 정확히 측정할 수 있는 개선된 암 구조를 구비하는 협동 로봇 및 그 제어방법에 관한 발명이다.

협동 로봇 또는 코봇(cobot)은 인간과 상호 작용하며 협업하는 로봇이다. 협동 로봇은 인력을 대신하는 점에서는 종래의 산업용 로봇과 공통되지만, 종래의 산업용 로봇은 인간과의 접촉으로부터 격리된 장소에서 작업을 수행하는 반면, 협동 로봇은 실내나 인간과 근접한 장소에서 작업을 수행하는 점에서 차이가 있다. 이 때문에 협동 로봇은 외부 물체를 손상시키거나 인체에 상해를 입히지 않도록 작업 중에 외부 충돌을 감지하여 작동을 정지하는 기능을 포함한다.

일반적으로 협동 로봇은 충돌 감지 시 대상체 또는 작업자의 손상을 최소화하기 위해 충돌 완화 기능을 포함한다. 작업 장소나 특성 등을 고려하여 각각의 협동 로봇에는 페이로드(payload; 허용 하중)가 설정되는데, 충돌을 감지한 협동 로봇의 동작은 설정된 페이로드에 영향을 받는다. 그런데 협동 로봇의 페이로드가 잘못 설정된 경우, 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.

예를 들어 페이로드가 실제 작업 하중보다 높게 설정된 경우, 충돌을 감지한 협동 로봇이 충돌 방향과 반대 방향으로 이동하는 거리, 즉 협동 로봇의 정지 거리가 길어진다. 반대로 페이로드가 실제 작업 하중보다 낮게 설정된 경우, 협동 로봇이 고속으로 이동할 때 발생하는 가속도나 협동 로봇이 물체를 집을 때 발생하는 하중 차이를 충돌 상황으로 인지하여, 협동 로봇이 불필요하게 정지할 수 있다.

또한 협동 로봇은 작업하는 동안 다양한 크기와 방향으로 하중 및 토크를 받게 된다. 이에 따라 협동 로봇이 특정 방향으로 가해지는 하중만을 측정하고자 하는 경우에도 다른 방향으로 가해지는 하중과 토크 때문에 이를 정확히 측정할 수 없는 경우가 있다.

또한 협동 로봇에서 하중을 측정하는데 자주 이용되는 로드셀(loadcell)은 지정된 수직 방향이 아닌 다른 수직 방향 또는 돌림 방향으로 하중이 가해질 경우 파손될 위험성이 높은 단점이 있다.

전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.

일본 등록특허공보 제4737123호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 발명으로 대상체의 무게를 실시간으로 측정하고 이를 협동 로봇에 반영하여 안정성을 향상시킬 수 있는 개선된 암 구조를 구비하는 협동 로봇 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇은 구동부, 암부 및 제어부를 포함하는 협동 로봇으로서, 상기 암부는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트의 일면에 배치되며, 상기 협동 로봇과 상기 암부를 연결하는 커넥터, 일면이 상기 제1 플레이트의 타면과 대향하도록 제1 방향으로 이격하여 배치되는 제2 플레이트, 상기 제1 플레이트의 타면 및 상기 제2 플레이트의 일면과 접촉하도록 배치되고, 상기 제1 방향으로 가해지는 하중을 측정하여 상기 제어부로 전달하는 로드셀, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 사이에 적어도 1개 이상 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 지지 샤프트 및 대상체를 파지하는 그립을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇에 있어서 상기 지지 샤프트는 일단부가 상기 제1 플레이트에 고정되고, 타단부가 상기 제2 플레이트의 일측에 이동 가능하도록 삽입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇에 있어서 상기 제2 플레이트는 상기 지지 샤프트의 타단부가 삽입되는 연결공을 구비하고, 상기 지지 샤프트의 타단부를 감싸도록 상기 연결공에 배치되어, 상기 지지 샤프트의 이동 방향을 상기 제1 방향으로 구속하는 리니어 가이드를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇에 있어서 상기 지지 샤프트의 타단부에 배치되며, 상기 지지 샤프트의 상기 제1 방향으로의 이동 거리를 구속하는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇에 있어서 상기 제어부는 상기 로드셀로부터 전달받은 상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드(payload) 이하인 경우, 상기 페이로드를 상기 하중으로 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇의 제어방법은 구동부, 암부 및 제어부를 포함하는 협동 로봇을 제어하는 방법으로서, 상기 협동 로봇이 대상체를 감지하는 단계, 상기 제어부가 상기 구동부를 제어하여 상기 암부로 대상체를 파지하는 단계, 상기 암부에 포함된 로드셀이 상기 대상체의 하중을 측정하는 단계, 상기 제어부가 상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는지 여부를 판정하는 단계, 상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드 이하인 경우, 상기 제어부가 상기 페이로드를 상기 대상체의 하중으로 변경하는 단계 및 상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는 경우, 상기 제어부가 상기 대상체를 파지하는 상기 암부의 그립을 해제하는 단계를 포함한다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇 및 협동 로봇의 제어방법은 측정하고자 하는 하중 방향으로 암부의 지지 샤프트가 기 설정된 방향으로 이동하게 할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇 및 협동 로봇의 제어방법은 여러 방향으로 하중과 토크가 작용하더라도 측정하고자 하는 방향으로 가해지는 하중을 정확히 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇 및 협동 로봇의 제어방법은 협동 로봇의 페이로드를 재설정하여 협동 로봇의 동작 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 암부의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 암부를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 암부의 분해 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇의 제어방법을 나타낸다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)의 구성을 개략적으로 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 암부(100)의 구성을 개략적으로 나타내고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 암부(100)를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 암부(100)의 분해 사시도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)은 사용자와 같은 공간에서 작업하기 위한 협업 운용 조건을 충족하는 산업용 로봇이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)은 대상체를 파지하여 특정 위치로 옮기거나 부품을 조립, 적재 및 포장하는 동작, 조립된 물품을 검사하는 동작, 가공물을 투입하고 완성품을 꺼내는 머신텐딩(machine tending) 동작 또는 폴리싱(polishing) 동작 등을 수행할 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)은 암부(100), 구동부(200), 제어부(300) 및 센서부(400)를 포함한다.

암부(100)는 협동 로봇(10)의 일측에 배치되어 대상체를 직접 파지할 수 있다. 암부(100)의 개수나 형상 등은 특별히 한정하지 않으며 협동 로봇(10)이 수행하는 작업에 따라 적절히 선택될 수 있다.

일 실시예로 암부(100)는 제1 플레이트(110), 커넥터(120), 제2 플레이트(130), 로드셀(140), 지지 샤프트(150), 그립(160), 댐퍼(170) 및 리니어 가이드(180)를 포함할 수 있다. 또한 도면에는 나타내지 않았으나, 암부(100)는 내부 공간에 다른 구성이 배치되어 이들을 외부 충격으로부터 보호하는 하우징 또는 케이스를 더 포함할 수 있다.

제1 플레이트(110)는 암부(100)의 일측에 배치되며, 암부(100)의 다른 부재를 지지하고 서로 연결한다. 예를 들어 제1 플레이트(110)의 일면에는 후술하는 커넥터(120)가 배치되고, 타면에는 후술하는 로드셀(140)이 배치될 수 있다.

제1 플레이트(110)의 형상은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 제1 플레이트(110)는 도 3에 나타낸 바와 같이 일면과 타면이 평평하며, 모서리가 둥글게 모따기된(chamfered) 삼각형 플레이트일 수 있다.

일 실시예로 제1 플레이트(110)는 제1 연결공(111)을 구비할 수 있다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 연결공(111)은 제1 플레이트(110) 상에 적어도 1개 이상 형성될 수 있다. 제1 연결공(111)에는 후술하는 지지 샤프트(150)가 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 연결공(111)은 제1 플레이트(110)의 코너부에 각각 배치될 수 있다.

커넥터(120)는 제1 플레이트(110)의 일면에 배치되며, 암부(100)가 협동 로봇(10)에 결합되는 부분이다. 예를 들어 커넥터(120)는 후술하는 구동부(200)와 연결되며, 구동부(200)가 작동함에 따라 커넥터(120)를 통해 연결된 암부(100)가 작동할 수 있다.

제2 플레이트(130)는 암부(100)의 타측에 배치되며, 암부(100)의 다른 부재를 지지하고 서로 연결한다. 예를 들어 제2 플레이트(130)는 일면이 제1 플레이트(110)의 타면과 대향하도록 제1 방향(예를 들어 도 3의 Z축 방향)으로 이격하여 배치될 수 있다. 제2 플레이트(130)의 일면에는 후술하는 로드셀(140)이 배치되고, 타면에는 후술하는 그립(160)이 연결될 수 있다.

제2 플레이트(130)의 형상은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 제2 플레이트(130)는 제1 플레이트(110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 또는 제2 플레이트(130)는 도 3에 나타낸 바와 같이 일면과 타면이 평평하며, 모서리가 둥글게 모따기된 삼각형 플레이트일 수 있다.

일 실시예로 제2 플레이트(130)는 제2 연결공(131)을 구비할 수 있다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 연결공(131)은 제2 플레이트(130) 상에 적어도 1개 이상 형성될 수 있다. 제2 연결공(131)에는 후술하는 지지 샤프트(150)가 삽입될 수 있다. 예를 들어 제2 연결공(131)은 제2 플레이트(130)의 에지부에 각각 배치될 수 있다. 또한 제2 연결공(131)은 제1 플레이트(110)의 제1 연결공(111)에 대응되도록 배치될 수 있다.

일 실시예로 제2 플레이트(130)는 제3 연결공(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어 제3 연결공(132)은 도 3에 나타낸 바와 같이 제2 플레이트(130)의 코너부에 적어도 1개 이상 형성될 수 있다. 제3 연결공(132)에는 후술하는 그립(160) 또는 그 연결부가 배치될 수 있다.

로드셀(140)은 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(130)의 사이에 배치되며, 협동 로봇(10)의 작동하는 중에 가해지는 하중을 측정할 수 있다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 로드셀(140)은 제1 플레이트(110)의 타면 및 제2 플레이트(130)의 일면과 접촉하도록 배치되며, 제1 방향으로 가해지는 하중을 측정할 수 있다. 또한 로드셀(140)은 측정한 하중을 제어부(300)로 전달할 수 있다.

지지 샤프트(150)는 로드셀(140)에 가해지는 하중의 방향을 구속하는 부재로서, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(130)의 사이에 적어도 1개 이상 배치될 수 있다.

보다 구체적으로 협동 로봇은 대상체를 파지한 상태에서 여러 동작을 수행하며, 이 과정에서 다양한 크기와 방향의 하중 및 토크를 받게 된다. 이로 인해 다른 방향으로 가해지는 하중이나 토크 때문에 협동 로봇이 대상체를 파지했을 때 받는 하중이 상쇄되는 등 정확한 하중을 측정할 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)은 로드셀(140)이 배치되는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(130)의 사이에 제1 방향으로 지지 샤프트(150)를 배치함으로써, 협동 로봇(10)이 동작하는 과정에서 가해지는 하중의 방향을 제1 방향으로 구속할 수 있다.

일 실시예로 지지 샤프트(150)는 제1 방향으로 연장되는 막대 형상의 부재로서 일단부는 제1 플레이트(110)와 연결되고 타단부는 제2 플레이트(130)와 연결될 수 있다.

예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 일단부는 제1 플레이트(110)의 제1 연결공(111)에 삽입되며, 고정된 상태를 유지할 수 있다. 또한 타단부는 제2 플레이트(130)의 제2 연결공(131)에 제1 방향으로 이동 가능하도록 삽입될 수 있다.

이에 따라 제1 플레이트(110)는 제2 플레이트(130)에 대해 상대 이동 가능하도록 구성되며, 그 사이에 배치된 로드셀(140)이 하중을 측정할 수 있다. 특히 지지 샤프트(150)는 이동 방향이 제1 방향으로 구속되기 때문에 협동 로봇(10)이 작업하면서 다양한 크기와 방향의 하중과 토크를 받더라도, 그에 따른 영향을 최소화할 수 있다. 따라서 로드셀(140)은 제1 방향으로 가해지는 하중을 정확히 측정할 수 있다.

지지 샤프트(150)의 개수는 특별히 한정하지 않으며, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(130)의 사이에 배치된 상태에서 균형을 유지할 수 있으면 충분하다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이 3개의 지지 샤프트(150)가 제1 플레이트(110)의 각 코너부에 배치될 수 있다.

일 실시예로 지지 샤프트(150)의 이동 방향을 제1 방향으로 구속하는 리니어 가이드(180)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 리니어 가이드(180)는 지지 샤프트(150)는 제1 방향으로 연장되는 원통 형상의 부재로서, 지지 샤프트(150)의 타단부를 감싸도록 제2 플레이트(130)의 제2 연결공(131)의 내부에 배치될 수 있다. 리니어 가이드(180)의 개수는 특별히 한정하지 않으며 각각의 지지 샤프트(150)에 배치될 수 있다.

이에 따라 지지 샤프트(150)가 제2 플레이트(130)와 직접 접촉하는 것을 방지하고, 지지 샤프트(150)의 이동 방향을 제1 방향으로 보다 확실하게 가이드할 수 있다.

일 실시예로 리니어 가이드(180)는 제2 플레이트(130)의 제2 연결공(131)의 내부에 고정될 수 있다. 이에 따라 지지 샤프트(150)는 고정된 리니어 가이드(180)에 대해 제1 방향으로 상대 이동할 수 있다.

그립(160)은 암부(100)의 일측에 배치되어 대상체를 직접 파지할 수 있다. 도 3 및 도 4에는 나타내지 않았으나, 그립(160)은 제2 플레이트(130)의 타면에 배치될 수 있다. 그립(160)의 형상은 특별히 한정하지 않으며, 집게 또는 핑거 타입이거나 흡착홀을 이용할 수 있다.

댐퍼(170)는 협동 로봇(10)이 제1 방향으로 하중을 받을 때 지지 샤프트(150) 등이 과도하게 이동하지 않도록 하고 순간적으로 큰 하중이 로드셀(140)이나 지지 샤프트(150)에 가해져 파손되는 것을 방지한다. 예를 들어 댐퍼(170)는 지지 샤프트(150)의 타단부에 배치되며, 지지 샤프트(150)가 하방으로 이동할 때 반대 방향으로 완충 작용을 할 수 있다.

일 실시예로 댐퍼(170)는 탄성 부재(171)와 스토퍼(172)를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 탄성 부재(171)는 링 형상의 부재로서 지지 샤프트(150)의 타단부의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다. 또한 탄성 부재(171)는 일면이 리니어 가이드(180)와 접촉하도록 배치될 수 있다.

탄성 부재(171)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 지지 샤프트(150)가 하방으로 이동함에 따라 압축되면 반대 방향으로 복원력을 제공할 수 있으면 충분하다. 예를 들어 지지 샤프트(150)는 우레탄 댐퍼 또는 스프링 댐퍼일 수 있다.

스토퍼(172)는 리니어 가이드(180)와 사이에 탄성 부재(171)가 위치하도록 지지 샤프트(150)의 타단부에 배치될 수 있다. 스토퍼(172)의 일면은 탄성 부재(171)와 접촉할 수 있다. 이에 따라 지지 샤프트(150)가 하방으로 이동하면 스토퍼(172)와의 사이에서 탄성 부재(171)가 압축되고, 탄성 부재(171)의 복원력에 의해 지지 샤프트(150)가 과도하게 하방으로 이동하지 않을 수 있다.

스토퍼(172)의 형상은 특별히 한정하지 않으며, 지지 샤프트(150)의 타단부와 접촉하는 원판 형상일 수 있다. 또한 스토퍼(172)는 탄성 부재(171)보다 큰 외경을 가질 수 있다.

구동부(200)는 제어부(300)에 의해 제어되어 협동 로봇(10)을 구동할 수 있다. 예를 들어 구동부(200)는 암부(100)를 구동하여 대상체를 파지하거나 파지를 해제할 수 있다. 또한 구동부(200)는 협동 로봇(10)을 작업 장소로 이동시킬 수 있다. 구동부(200)의 종류 및 작동 방식 등은 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 구동부(200)는 협동 로봇(10)의 일측에 구비되는 모터 및 이와 연결되는 휠 또는 슬라이더를 포함할 수 있다.

제어부(300)는 암부(100)와 구동부(200)를 제어하여 협동 로봇(10)의 동작을 수행한다. 제어부(300)는 기 설정된 프로그램을 통해 협동 로봇(10)을 제어하거나 외부에서 입력되는 지시를 전달 받아 협동 로봇(10)을 제어할 수 있다.

일 실시예로 제어부(300)는 후술하는 센서부(400)가 대상체를 감지하면, 구동부(200)를 제어하여 대상체로 협동 로봇(10)을 이동시킬 수 있다. 그리고 제어부(300)는 로드셀(140)의 영점을 설정할 수 있다. 여기서 제어부(300)는 구동부(200)를 제어하여 협동 로봇(10)이 대상체를 파지하는 동작을 반영하여 로드셀(140)의 영점을 설정할 수 있다. 이는 협동 로봇(10)이 취하는 자세에 따라 로드셀(140)에 가해지는 하중이 달라질 수 있기 때문에 협동 로봇(10)이 실제로 대상체를 파지하는 동작을 기준으로 로드셀(140)에 가해지는 하중을 정확히 측정하기 위함이다.

다음 제어부(300)는 암부(100) 및 구동부(200)를 제어하여 대상체를 파지한 후, 로드셀(140)을 이용해 하중을 측정한다. 그리고 제어부(300)는 측정된 하중이 기 설정된 페이로드, 예를 들어 최대 허용 페이로드를 초과하는지 여부를 판정한다. 여기서 페이로드는 협동 로봇(10)이 대상체를 파지한 상태에서 동작할 때 받는 하중, 즉 작동 하중을 의미하며 최대 허용 페이로드는 협동 로봇(10)이 허용하는 최대 작동 하중을 의미한다. 로드셀(140)이 측정한 하중이 최대 허용 페이로드를 초과하는 경우, 제어부(300)는 암부(100)의 그립을 해제하여 대상체를 원 위치에 둔다. 다음 제어부(300)는 로드셀(140)의 영점 설정과 하중 측정을 다시 수행한다.

로드셀(140)이 측정한 하중이 최대 허용 페이로드 이하인 경우, 제어부(300)는 측정된 하중을 페이로드에 반영한다. 즉 제어부(300)는 협동 로봇(10)이 실제 대상체를 파지한 상태에서 동작을 수행할 때 가해지는 하중을 측정하고, 이를 협동 로봇(10)의 페이로드로 설정할 수 있다.

일 실시예로 제어부(300)는 로드셀(140)이 측정한 하중에 기초하여 암부(100)가 대상체를 제대로 파지했는지 판단할 수 있다. 예를 들어 제어부(300)는 기 설정된 하중 범위에 기초하여, 해당 하중 범위를 초과하거나 그에 미달하는 경우, 암부(100)가 대상체를 제대로 파지하지 못한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 그립을 해제한 다음 다시 대상체를 파지하도록 암부(100)를 제어할 수 있다.

센서부(400)는 제어부(300)의 일측에 배치되어 대상체를 감지할 수 있다. 센서부(400)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 레이저 등을 이용한 광학 센서 또는 초음파 센서 등을 이용할 수 있다. 센서부(400)가 대상체를 감지하여 그 위치 및 크기 등에 관한 정보를 제어부(300)에 전달하면, 제어부(300)는 암부(100)와 구동부(200)를 제어하여 대상체를 파지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)의 제어방법을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10)의 제어방법은 암부(100), 구동부(200) 및 제어부(300)를 포함하는 협동 로봇(10)을 제어하는 방법으로서, 협동 로봇(10)이 대상체를 파지하는 단계, 제어부(300)가 구동부(200)를 제어하여 암부(100)로 대상체를 감지하는 단계, 암부(100)에 포함된 로드셀(140)이 대상체의 하중을 측정하는 단계, 제어부(300)가 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는지 여부를 판정하는 단계, 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드 이하인 경우, 제어부(4300)가 페이로드를 대상체의 하중으로 변경하는 단계 및 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는 경우, 제어부(300)가 대상체를 파지하는 암부(100)의 그립을 해제하는 단계를 포함할 수 있다.

먼저 협동 로봇(10)은 센서부(400)를 이용해 대상체를 감지한다. 센서부(400)는 레이저 또는 초음파 등을 이용해 대상체를 감지하고, 이를 제어부(300)에 전달한다.

다음 제어부(300)는 센서부(400)로부터 전달받은 대상체의 위치와 크기 등에 관한 정보에 기초하여, 구동부(200)를 제어하여 암부(100)로 대상체를 파지한다. 예를 들어 제어부(300)는 구동부(200)를 제어하여 협동 로봇(10)을 대상체를 파지하기 위한 위치로 이동시킨 다음, 암부(100)를 제어하여 대상체를 파지한다.

일 실시예로 제어부(300)가 로드셀(140)의 영점을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 제어부(300)는 협동 로봇(10)이 대상체의 근처로 이동한 상태에서 구동부(200)를 제어하여 암부(100)가 대상체를 파지하는 자세를 유지할 수 있다. 여기서 암부(100)는 대상체를 파지하지는 않은 상태이며, 협동 로봇(10)이 실제로 대상체를 파지한 상태를 유지할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 이러한 상태에서 로드셀(140)의 영점을 설정한 다음, 암부(100)를 제어하여 대상체를 파지할 수 있다. 이에 따라 협동 로봇(10)이 실제 작동하는 자세를 기준으로 대상체의 하중을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

다음 암부(100)에 포함된 로드셀(140)이 대상체의 하중을 측정한다. 전술한 바와 같이, 암부(100)는 협동 로봇(10)이 동작하는 과정에서 여러 방향으로 하중과 토크가 작용하더라도, 제1 방향(예를 들어 도 3 및 도 4의 Z축 방향)으로 가해지는 하중을 정확하게 측정할 수 있다.

다음 제어부(300)는 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는지 여부를 판정할 수 있다. 예를 들어 제어부(300)는 로드셀(140)이 측정한 하중이 최대 허용 페이로드를 초과하는지 여부를 판정할 수 있다.

제어부(300)는 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는 경우, 대상체가 지나치게 무겁거나 협동 로봇(10)의 동작이 잘못된 것으로 판정하고, 대상체를 파지하는 암부(100)의 그립을 해제할 수 있다.

제어부(300)는 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드 이하인 경우, 측정된 대상체의 하중을 페이로드로 설정한다. 즉 제어부(300)는 기 설정된 페이로드를 대상체의 하중으로 변경한다.

일 실시예로 제어부(300)는 로드셀(140)이 측정한 하중에 기초하여 암부(100)가 대상체를 제대로 파지했는지 판단할 수 있다. 예를 들어 제어부(300)는 로드셀(140)의 영점을 설정한 다음, 대상체를 파지했을 때 측정되는 하중이 기 설정된 하중 범위를 초과하거나 그에 미달하는 경우, 암부(100)가 대상체를 제대로 파지하지 못한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 그립을 해제한 다음 다시 대상체를 파지하도록 암부(100)를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10) 및 협동 로봇(10)의 제어방법은 측정하고자 하는 하중 방향으로 암부(100)의 지지 샤프트(150)가 기 설정된 방향으로 이동하게 할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10) 및 협동 로봇(10)의 제어방법은 여러 방향으로 하중과 토크가 작용하더라도 측정하고자 하는 방향으로 가해지는 하중을 정확히 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협동 로봇(10) 및 협동 로봇(10)의 제어방법은 협동 로봇(10)의 페이로드를 재설정하여 협동 로봇(10)의 동작 안정성을 확보할 수 있다.

이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.

실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

10: 협동 로봇
100: 암부
200: 구동부
300: 제어부
400: 센서부

Claims

구동부, 암부 및 제어부를 포함하는 협동 로봇으로서,
상기 암부는
제1 플레이트;
상기 제1 플레이트의 일면에 배치되며, 상기 협동 로봇과 상기 암부를 연결하는 커넥터;
일면이 상기 제1 플레이트의 타면과 대향하도록 제1 방향으로 이격하여 배치되는 제2 플레이트;
상기 제1 플레이트의 타면 및 상기 제2 플레이트의 일면과 접촉하도록 배치되고, 상기 제1 방향으로 가해지는 하중을 측정하여 상기 제어부로 전달하는 로드셀;
상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 사이에 적어도 1개 이상 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 지지 샤프트; 및
대상체를 파지하는 그립;을 포함하는, 협동 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 지지 샤프트는
일단부가 상기 제1 플레이트에 고정되고, 타단부가 상기 제2 플레이트의 일측에 이동 가능하도록 삽입되는, 협동 로봇.
제2 항에 있어서,
상기 제2 플레이트는 상기 지지 샤프트의 타단부가 삽입되는 연결공을 구비하고,
상기 지지 샤프트의 타단부를 감싸도록 상기 연결공에 배치되어, 상기 지지 샤프트의 이동 방향을 상기 제1 방향으로 구속하는 리니어 가이드를 더 포함하는, 협동 로봇.
제2 항에 있어서,
상기 지지 샤프트의 타단부에 배치되며, 상기 지지 샤프트의 상기 제1 방향으로의 이동 거리를 구속하는 댐퍼;를 더 포함하는, 협동 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 로드셀로부터 전달받은 상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드(payload) 이하인 경우, 상기 페이로드를 상기 하중으로 변경하는, 협동 로봇.
구동부, 암부 및 제어부를 포함하는 협동 로봇을 제어하는 방법으로서,
상기 협동 로봇이 대상체를 감지하는 단계;
상기 제어부가 상기 구동부를 제어하여 상기 암부로 대상체를 파지하는 단계;
상기 암부에 포함된 로드셀이 상기 대상체의 하중을 측정하는 단계;
상기 제어부가 상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는지 여부를 판정하는 단계;
상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드 이하인 경우, 상기 제어부가 상기 페이로드를 상기 대상체의 하중으로 변경하는 단계; 및
상기 대상체의 하중이 기 설정된 페이로드를 초과하는 경우, 상기 제어부가 상기 대상체를 파지하는 상기 암부의 그립을 해제하는 단계;를 포함하는, 협동 로봇의 제어방법.