KR20220170297A - 피스톤 삽입장치 및 그 방법 - Google Patents

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이승엽
곽동호
김용태
이영석
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현대자동차주식회사
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Abstract

개시된 피스톤 삽입장치는, 복수의 관절을 통해 연결된 복수의 로봇암을 가진 삽입로봇; 상기 삽입로봇에 직접적으로 장착되고, 피스톤 조립체를 그립하고 상기 피스톤 조립체를 실린더블록의 실린더보어에 삽입하도록 구성된 피스톤 삽입모듈; 및 상기 삽입로봇의 작동 및 상기 피스톤 삽입모듈의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

피스톤 삽입장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PISTON INSERTION}
본 발명은 피스톤을 실린더블록의 실린더 보어 내에 정확하게 삽입할 수 있는 피스톤 삽입장치 및 그 방법에 관한 것이다.
차량, 선박, 비행기 등과 같은 운송수단은 내연기관 등과 같은 파워소스에 의해 생성된 동력을 이용하여 이동하도록 구성된다. 내연기관은 실린더블록과, 실린더블록 내에서 회전하는 크랭크샤프트과, 실린더블록의 실린더보어 내에서 왕복이동하는 피스톤과, 피스톤을 크랭크샤프트에 연결하는 커넥팅로드를 포함한다.
내연기관의 조립공정 상에서, 피스톤 조립체는 피스톤 삽입설비에 의해 실린더블록의 실린더보어 내로 삽입된다. 피스톤 조립체는 피스톤, 피스톤링, 및 커넥팅로드를 포함한다.
기존의 피스톤 삽입설비는 완전자동화설비 및 반자동화설비로 구분된다.
완전자동화설비는 피스톤 조립체를 반전하는 반전기와, 피스톤 조립체를 이송하는 피스톤 이송로봇과, 실린더블록을 이송하는 블록 이송로봇과, 피스톤 조립체를 실린더보어 내로 삽입하는 삽입기를 포함한다. 이와 같이 완전자동화설비는 복수의 로봇, 복수의 유닛으로 구성됨에 따라 그 제조비용이 상대적으로 높고, 그 설치공간을 상대적으로 넓게 차지하며, 전체 작동구조 및 인터록시스템이 복잡해짐에 따라 고장수리시간이 상대적으로 길게 소요되는 여러 단점이 있었다.
반자동화설비는 실린더블록을 이송 및 반전하는 블록 이송로봇을 포함한다. 블록 이송로봇이 실린더블록을 반전 및 이송함으로써 실린더블록이 작업위치에 위치하면, 작업자는 지그를 이용하여 피스톤 조립체를 실린더블록의 실린더보어 내로 삽입한다. 이와 같이, 반자동화설비는 피스톤 조립체가 작업자에 의해 수동으로 실린더보어 내로 삽입되므로, 작업자의 숙련도에 따라 그 조립사이클, 피스톤의 삽입품질, 설비의 가동율 등이 일정하지 않는 단점이 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 피스톤을 삽입하는 피스톤 삽입유닛이 삽입로봇에 직접적으로 장착됨에 따라 상대적으로 작은 갯수의 로봇을 적용함으로써 그 설비비용 및 제조비용을 절약할 수 있는 피스톤 삽입장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치는, 복수의 관절을 통해 연결된 복수의 로봇암을 가진 삽입로봇; 상기 삽입로봇에 직접적으로 장착되고, 피스톤 조립체를 그립하고 상기 피스톤 조립체를 실린더블록의 실린더보어에 삽입하도록 구성된 피스톤 삽입모듈; 및 상기 삽입로봇의 작동 및 상기 피스톤 삽입모듈의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
이와 같이, 피스톤 삽입모듈이 삽입로봇에 직접적으로 장착됨으로써 그 레이아웃을 단순화할 수 있고, 그 설비비용 및 제조비용 등을 절감할 수 있으며, 설치공간을 작게 차지하며, 삽입로봇 및 피스톤 삽입모듈의 협동작업에 의해 피스톤의 삽입을 정확하고 효율적으로 진행할 수 있으므로 무인 자동화가 용이하다.
상기 피스톤 삽입모듈은, 상기 피스톤 조립체를 그립 및 언그립하는 그립퍼; 및 수직으로 이동가능한 푸시로드 및 상기 푸시로드를 이동시키는 푸시 엑츄에이터를 포함한 푸시기구;를 포함할 수 있다.
이와 같이, 피스톤 조립체가 그립퍼에 의해 그립될 수 있고, 피스톤 조립체가 푸시기구에 의해 실린더보어 내로 삽입될 수 있으며, 피스톤 삽입모듈은 피스톤 조립체의 그립작동, 피스톤 조립체의 삽입작동을 연속적으로 자동실행할 수 있으므로 피스톤 삽입모듈은 삽입로봇과의 협동을 통해 피스톤 조립체을 실린더보어로 정확하게 용이하게 삽입할 수 있다.
상기 그립퍼는 상기 피스톤 조립체를 그립하는 그립위치 및 상기 피스톤 조립체를 언그립하는 언그립위치 사이로 이동하도록 구성된 복수의 그립부재와, 상기 복수의 그립부재를 이동시키도록 구성된 그립 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 그립 엑츄에이터는 하우징과, 상기 하우징에 이동가능하게 장착된 복수의 플런저를 포함할 수 있다. 복수의 그립부재는 복수의 플런저에 대응한 갯수로 구성될 수 있고, 복수의 그립부재는 복수의 플런저에 개별적으로 연결될 수 있으며, 이에 각 그립부재는 그에 연결된 플런저와 함께 동일방향으로 이동할 수 있다.
이와 같이, 그립퍼는 복수의 그립부재 및 그립 엑츄에이터에 의해 피스톤 조립체를 그 반경방향을 따라 그립 및 언그립함으로써 피스톤 조립체에 대한 그립 및 언그립을 용이하게 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 그립 엑츄에이터는 공기 공급라인 및 공기 회수라인이 연결된 공압실린더일 수 있다. 이에 따라, 공기가 상기 공기 공급라인을 통해 상기 하우징 내로 공급됨에 따라 상기 복수의 플런저는 상기 하우징으로부터 외측으로 이동할 수 있으며, 공기가 상기 공기 회수라인을 통해 상기 하우징으로부터 배출됨에 따라 상기 복수의 플런저는 상기 하우징의 내측으로 이동할 수 있다.
상기 그립 엑츄에이터는 상기 공기 공급라인에 장착된 전공 레귤레이터를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 전공 레귤레이터(electronic pressure regulator)를 제어함으로써 상기 그립 엑츄에이터로 공급되는 공기의 압력을 조절하도록 구성될 수 있다. 상기 전공 레귤레이터는 상기 제어기로부터 전송된 제어신호에 따라 상기 공기의 압력을 조절할 수 있다. 이와 같이, 전공 레귤레이터에 의해 그립 엑츄에이터로 공급되는 공기의 압력이 무단계로 자유롭게 조절될 수 있으므로, 복수의 그립부재가 피스톤 조립체를 그립할 때 작용하는 그립력(gripping force)이 자유롭게 조절될 수 있다.
구체적으로, 피스톤 삽입모듈이 홀더로부터 피스톤 조립체를 피킹(picking)할 경우, 그립 엑츄에이터로 공급되는 공기의 압력이 전공 레귤레이터에 의해 상대적으로 커짐(예컨대, 5bar)으로써 그립퍼는 피스톤 조립체를 상대적으로 큰 그립력으로 그립할 수 있다. 그리고, 푸시기구가 피스톤 조립체를 실린더보어로 푸싱할 경우, 그립 엑츄에이터로 공급되는 공기의 압력(예컨대, 1bar)이 전공 레귤레이터에 의해 상대적으로 작아짐으로써 그립퍼는 피스톤 조립체를 상대적으로 작은 그립력으로 그립할 수 있고, 이를 통해 피스톤 조립체는 실린더보어 내로 원활하게 삽입될 뿐만 아니라 피스톤 조립체가 실린더보어 내로 삽입될 때 작용하는 삽입부하가 상대적으로 낮아질 수 있다.
실시예에 따르면, 각 그립부재는, 상기 피스톤 조립체를 그립하는 그립부와, 상기 그립부의 상단에 제공된 연결부를 포함할 수 있다. 그립부는 상기 피스톤 조립체의 피스톤의 일부 외면에 부합하는 그립면을 가질 수 있고, 상기 연결부는 그에 상응한 플런저의 저면에 연결될 수 있다.
이와 같이, 각 그립부재는 연결부를 통해 그에 상응한 플런저의 저면에 견고하게 장착됨으로써 각 그립부재는 그립 엑츄에이터에 의해 정밀하게 이동할 수 있다.
상기 피스톤 삽입모듈은, 상기 그립퍼 위에 배치되고, 상기 피스톤 조립체의 중심을 상기 실린더보어의 중심에 정렬하도록 구성된 센터링기구를 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 피스톤 조립체는 센터링기구에 의해 실린더블록의 실린더보어에 대해 센터링될 수 있다.
상기 푸시로드는 상기 그립퍼 및 상기 센터링기구를 관통하도록 구성될 수 있고, 상기 푸시 엑츄에이터는 상기 센터링기구의 위에 배치됨으로써 상기 그립퍼, 상기 센터링기구, 및 상기 푸시기구가 수직으로 배열될 수 있다.
이와 같이, 그립퍼, 센터링기구, 푸시기구가 수직으로 배열됨에 따라 피스톤 삽입모듈은 전체적으로 컴팩한 구조로 구성될 수 있고, 이를 통해 피스톤 삽입모듈은 삽입로봇에 용이하게 조립될 수 있다.
상기 피스톤 삽입모듈은, 상기 삽입로봇에 직접적으로 장착되는 어퍼 플레이트; 및 상기 어퍼 플레이트의 아래에 위치한 로어 플레이트;를 포함할 수 있다. 상기 푸시 엑츄에이터는 상기 어퍼 플레이트에 장착될 수 있고, 상기 센터링기구는 상기 로어 플레이트에 장착될 수 있다.
이에 의해, 푸시 엑츄에이터는 어퍼 플레이트에 대해 안정적으로 지지될 수 있고, 센텅링기구는 로어 플레이트에 대해 안정적으로 지지될 수 있다.
상기 센터링기구는, 상기 로어 플레이트에 고정된 고정부; 및 상기 고정부에 대해 상대적으로 이동가능한 플로팅부;를 포함할 수 있다. 상기 그립퍼는 상기 플로팅부에 고정될 수 있다. 이와 같이, 센터링기구는 고정부가 로어 플레이트에 고정되고, 플로팅부가 그립퍼에 고정됨으로써 그립퍼의 위치가 상기 로어 플레이트에 대해 상대적으로 이동될 수 있다.
이와 같이, 센터링기구가 그립퍼의 위치를 조절함으로써 피스톤 조립체의 중심이 실린더보어의 중심에 정렬되는 피스톤 조립체의 센터링작동이 이루어질 수 있다.
상기 삽입로봇은 상기 복수의 관절 및 복수의 로봇암에 작용하는 토크 및 힘을 센싱하는 센서를 포함하고, 상기 피스톤 조립체가 상기 실린더블록의 일부와 접촉할 때 상기 삽입로봇의 센서는 상기 피스톤 조립체 및 상기 실린더블록 사이에 작용하는 힘을 센싱하도록 구성되며, 상기 삽입로봇은 상기 제어기에 의해, 상기 센싱된 힘을 기반으로 상기 피스톤 조립체의 중심을 상기 실린더보어의 중심에 정렬하도록 상기 피스톤 삽입모듈의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 삽입로봇은 센서 및 제어기에 의해 피스톤 조립체의 중심을 실린더보어의 중심에 정렬할 수 있으므로 실린더보어에 대한 피스톤 조립체의 센터링이 보정될 수 있다. 이에, 피스톤 조립체의 중심이 실린더보어의 중심에 보다 정확하게 정렬되어 있으므로 피스톤 조립체가 실린더보어로 삽입될 때 피스톤 조립체 및/또는 실린더보어의 손상 내지 파손 등이 확실하게 방지될 수 있고, 피스톤 조립체의 삽입공정을 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 센싱된 힘이 설정치를 초과할 때 상기 제어기는 상기 피스톤 조립체의 위치를 조절하도록 상기 삽입로봇의 모션을 제어함으로써 상기 피스톤 조립체의 중심을 상기 실린더보어의 중심에 정렬할 수 있다. 상기 센싱된 힘이 설정치 이하일 때, 상기 제어기는 상기 피스톤 조립체를 상기 실린더보어 내로 삽입하도록 상기 피스톤 삽입모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 피스톤 조립체가 실린더보어와 접촉할 때 삽입로봇의 센서는 피스톤 조립체 및 실린더보어 사이에 작용하는 힘을 센싱할 수 있고, 제어기는 센싱된 힘을 설정치와 비교함으로써 피스톤 조립체의 중심이 실린더보어의 중심에 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다. 제어기는 센싱된 힘이 설정치를 초과할 때, 피스톤 조립체의 중심이 실린더보어의 중심에 정렬되도록 삽입로봇의 모션 제어를 통해 피스톤 조립체의 위치를 조절할 수 있다.
상기 피스톤 조립체는, 피스톤과, 피스톤의 외면에 장착된 피스톤링과, 피스톤에 스윙가능하게 연결된 커넥팅로드를 포함할 수 있다. 상기 피스톤 삽입모듈은 상기 그립퍼가 상기 피스톤 조립체를 그립할 때, 상기 커넥팅로드가 상기 피스톤에 대해 스윙함을 방지하는 스윙방지기구를 더 포함할 수 있다.
상기 스윙방지기구는 엑츄에이터와, 상기 엑츄에이터에 피벗가능하게 연결된 한 쌍의 제1아암과, 상기 한 쌍의 제1아암에 개별적으로 결합된 한 쌍의 제2아암을 포함할 수 있다.
그립퍼가 피스톤 조립체를 그립한 이후에, 피스톤 조립체를 실린더보어 위로 위치시킬 때(피스톤 조립체의 피킹), 커넥팅로드가 임의 외력에 의해 피스톤에 대해 스윙할 수 있다. 커넥팅로드의 스윙이 지속될 경우, 피스톤 조립체를 실린더보어 내로 삽입하는 것을 방해할 수 있다. 이에 대해, 한 쌍의 제1아암이 커넥팅로드를 향해 피벗함에 따라 한 쌍의 제2아암은 상기 커넥팅로드의 양측을 일시적으로 누름으로써 커넥팅로드가 임의의 외력에 의해 스윙함을 방지할 수 있고, 이를 통해 피스톤 조립체가 실린더보어 내로 삽입됨이 방해받지 않을 수 있다. 그리고, 피스톤 조립체가 푸시기구에 의해 실린더보어 내로 삽입될 때, 한 쌍의 제1아암은 원위치로 복귀할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치는 상기 실린더블록의 위에 위치한 압축지그를 더 포함할 수 있고, 상기 압축지그는 상기 피스톤링을 상기 피스톤의 반경방향 내측을 향해 압축하도록 구성될 수 있다. 상기 압축지그는 실린더블록의 실린더보어에 정렬되는 압축슬리브를 포함하고, 상기 압축슬리브는 상기 피스톤 조립체를 상기 실린더보어 내로 가이드하고 상기 피스톤링을 상기 피스톤의 반경방향 내측을 향해 압축하도록 구성될 수 있다. 상기 압축슬리브는 상기 실린더보어의 내경에 대응한 내경을 가진 제1가이드부와, 상기 제1가이드부로부터 상향으로 연장된 제2가이드부를 포함할 수 있다. 제1가이드부는 상기 실린더보어의 내면에 정렬되는 제1가이드면을 가질 수 있고, 상기 제2가이드부는 상기 제1가이드면에 대해 일정각도로 테이퍼진 제2가이드면을 가질 수 있다. 상기 제2가이드면은 상기 제1가이드면으로부터 상향으로 갈수록 그 직경이 점차 증가하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 피스톤 조립체가 푸시기구에 의해 실린더보어 내로 삽입될 때, 압축지그가 실린더보어의 위에서 피스톤링을 상기 피스톤의 반경방향 내측으로 압축함에 따라 피스톤 조립체가 실린더보어 내로 보다 용이하게 삽입될 수 있다.
상기 실린더블록은 실린더보어를 한정하는 실린더벽을 가질 수 있고, 상기 실린더벽은 그 상단에 제공된 제1테이퍼면을 가질 수 있으며, 상기 제1테이퍼면은 상향으로 갈수록 그 직경이 점차 증가하도록 구성될 수 있다. 상기 압축슬리브는 그 하단에 제공된 끼움부를 가질 수 있고, 상기 끼움부는 상기 압축슬리브의 하단으로부터 하향으로 돌출할 수 있으며, 상기 끼움부는 상기 실린더벽의 제1테이퍼면에 결합되는 제2테이퍼면을 가질 수 있다.
이에 따라, 압축슬리브의 제2테이퍼면이 실린더벽의 제1테이퍼면에 결합됨에 따라 압축지그의 압축슬리브는 그에 상응한 실린더보어에 정확하게 정렬되고 포지셔닝될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입방법은, 피스톤 조립체를 실린더블록에 접촉시키고, 상기 피스톤 조립체 및 상기 실린더블록 사이에서 작용하는 힘을 센싱하며, 상기 센싱된 힘이 설정치 이하일 경우에 상기 피스톤 조립체를 상기 실린더블록의 실린더보어 내로 삽입할 수 있다.
상기 센싱된 힘이 설정치를 초과할 때, 상기 피스톤 조립체의 중심이 상기 실린더보어의 중심에 정렬되도록 상기 피스톤 조립체의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 피스톤을 삽입하는 피스톤 삽입유닛이 삽입로봇에 직접적으로 장착됨에 따라 상대적으로 작은 갯수의 로봇을 적용함으로써 그 설비비용 및 제조비용을 절약할 수 있고, 설치공간을 상대적으로 작게 차지할 수 있으며, 피스톤 조립체를 실린더보어 내에 정확하고 안정적으로 삽입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치를 도시한 측면도이다.
도 3은 도 2의 화살표 A방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 도 3의 C 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치의 피스톤 삽입모듈을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 피스톤 삽입모듈의 그립퍼를 도시한 도면으로, 그립퍼가 피스톤 조립체를 언그립한 상태를 나타낸다.
도 8은 도 6에 도시된 피스톤 삽입모듈의 그립퍼를 도시한 도면으로, 그립퍼가 피스톤 조립체를 언그립한 상태를 나타낸다.
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 그립퍼의 그립부재들이 피스톤 조립체의 피스톤을 그립 및 언그립한 상태를 도시한 평면도이다.
도 10은 도 7 및 도 8에 도시된 그립퍼의 그립 엑츄에이터를 도시한 평면도로서, 그립 엑츄에이터의 플런저들이 하우징 내로 수용된 것을 나타낸다.
도 11은 도 10의 화살표 D방향에서 바라본 도면이다.
도 12는 도 7 및 도 8에 도시된 그립퍼의 그립 엑츄에이터를 도시한 평면도로서, 그립 엑츄에이터의 플런저들이 하우징의 외부로 돌출한 것을 나타낸다.
도 13은 도 12의 화살표 E방향에서 바라본 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치의 스윙방지기구를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치의 피스톤 홀더를 도시한 평면도이다.
도 16은 피스톤 조립체가 실린더블록의 실린더보어에 정렬된 상태를 도시한 도면이다.
도 17은 피스톤 조립체가 실린더블록의 실린더보어에 정렬되지 않은 상태를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치의 압축지그가 실린더보어에 정렬된 것을 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤 삽입모듈을 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치(10)는, 삽입로봇(11) 및 삽입로봇(11)에 직접적으로 장착된 피스톤 삽입모듈(12)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치(10)는 피스톤 조립체(3)를 실린더블록(5)의 각 실린더보어(6)에 정확하게 삽입하도록 구성될 수 있다.
도 19를 참조하면, 피스톤 조립체(3)는 피스톤(3a)과, 피스톤(3a)에 대해 스윙가능하게 장착된 커넥팅로드(3b)와, 피스톤(3a)의 외면에 장착된 복수의 피스톤링(7a, 7b, 7c)을 포함할 수 있다. 피스톤(3a)은 그 외주에 형성된 복수의 홈을 가질 수 있고, 복수의 피스톤링(7a, 7b, 7c)들은 복수의 홈에 개별적으로 끼워져 있다. 예컨대, 복수의 피스톤링(7a, 7b, 7c)은 2개의 압축링(7a, 7b) 및 오일링(7c)으로 이루어질 수 있다. 실린더블록(5)은 복수의 실린더보어(6)를 가질 수 있고, 복수의 피스톤 조립체(3)가 복수의 실린더보어(6)에 개별적으로 삽입될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 삽입로봇(11)은 서포트(31) 상에 장착된 베이스(20)와, 베이스(20)에 근접한 근위(近位) 로봇암(27, proximal robot arm)과, 베이스(20)로부터 상대적으로 먼쪽에 위치한 원위(遠位) 로봇암(29, distal robot arm)과, 근위 로봇암(27) 및 원위 로봇암(29) 사이에 위치한 하나 이상의 중간 로봇암(28)을 포함할 수 있다. 또한, 삽입로봇은 베이스(20), 근위 로봇암(27), 원위 로봇암(29), 중간 로봇암(28)들을 관절연결하는(articulately connect) 복수의 관절(articulated joint, 21, 22, 23, 24, 25, 26)을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)은 베이스(20)에 대해 연결된 제1관절(21)과, 제1관절(21)에 대해 연결된 제2관절(22)과, 근위 로봇암(27)의 원위단(distal end)에 연결된 제3관절(23)과, 제3관절(23)에 연결된 제4관절(24)과, 중간 로봇암(28)에 연결된 제5관절(25)과, 제5관절(25)에 연결된 제6관절(26)로 이루어질 수 있다. 제1관절(21)은 제1수직축선(X1) 둘레로 회전가능하고, 제2관절(22)은 제1수평축선(X2) 둘레로 회전가능하며, 제3관절(23)은 제2수직축선(X3) 둘레로 회전가능하고, 제4관절(24)은 제2수평축선(X4) 둘레로 회전가능하며, 제5관절(25)은 제3수평축선(X5) 둘레로 회전가능하고, 제6관절(26)은 제3수직축선(X6) 둘레로 회전가능할 수 있다.
삽입로봇(11)은 그 작동 시에 복수의 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26) 및 복수의 로봇암(27, 28, 29)에 작용하는 힘 및 토크를 센싱하는 복수의 센서(91, 92, 93, 94, 95, 96)을 가질 수 있다. 복수의 센서(91, 92, 93, 94, 95, 96)는 삽입로봇의 상태(관절의 회전각, 주행위치 및 가속도 등)를 피드백하기 위하여 이용되고, 외부환경(접촉상태 또는 물체와의 거리 등)을 파악해 상호작용하기 위하여 이용될 수 있다. 예컨대, 센서(91, 92, 93, 94, 95, 96)는 토크센서 및 전류센서 중에서 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각 센서(91, 92, 93, 94, 95, 96)는 각 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26) 내에 장착된 토크센서일 수 있고, 이에 각 센서는 각 관절(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 회전축에 작용하는 토크, 힘 등을 측정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 실린더블록(5)은 지그(15)에 의해 지지될 수 있고, 삽입로봇(11)은 지그(15)에 인접하게 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 지그(15)는 베드(16)에 장착될 수 있고, 베드(16)는 복수의 레그(16a)를 통해 바닥으로부터 상향으로 이격될 수 있다. 복수의 지그(15)는 서로 다른 사양의 내연기관의 실린더블록(5)을 개별적으로 지지하도록 서로 다른 구조 및 사이즈로 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치(10)는 복수의 피스톤 조립체(3)를 홀딩하는 피스톤 홀더(14)와, 피스톤 홀더(14)로 피스톤 조립체(3)를 이송하도록 구성된 이송로봇(13)을 더 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 피스톤 홀더(14)가 지그(15)에 인접하게 배치될 수 있고, 피스톤 홀더(14)는 체결구 등을 통해 베드(16)에 장착될 수 있다. 도 15를 참조하면, 피스톤 홀더(14)는 피스톤 조립체(3)의 커넥팅로드(3b)가 끼워지는 복수의 슬롯(14a)을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치(10)는 지그(15) 및 베드(16) 위에 배치된 하나 이상의 비젼카메라(98)를 더 포함할 수 있다. 비젼카메라(98)는 피스톤 조립체(3)의 기종 및 그 조립방향 등을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 각 피스톤 조립체(3)는 피스톤(3a)의 상면에 화살표 등과 같은 조립방향을 나타내는 마크를 가질 수 있고, 비젼카메라(98)가 피스톤(3a)의 마크를 확인함으로써 피스톤 조립체(3)의 조립방향을 정확하게 확인할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 피스톤 삽입모듈(12)은 어퍼 플레이트(35) 및 어퍼 플레이트(35)의 아래에 이격된 로어 플레이트(36)를 포함할 수 있다. 삽입로봇(11)의 윈위 로봇암(29)은 체결구, 용접 등을 통해 어퍼 플레이트(35)에 결합될 수 있다. 로어 플레이트(36)는 가이드로드(34) 및 가이드부시(33)를 통해 어퍼 플레이트(35)에 연결될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 피스톤 삽입모듈(12)은 피스톤 조립체(3)를 그립 및 언그립하는 그립퍼(40)를 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 그립퍼(40)는 피스톤 삽입모듈(12)의 하부에 위치할 수 있고, 그립퍼(40)는 피스톤 조립체(3)를 그립 및 언그립하도록 구성될 수 있다. 그립퍼(40)는 피스톤 조립체(3)를 그립 및 언그립하도록 이동가능한 복수의 그립부재(41)와, 복수의 그립부재(41)를 이동시키도록 구성된 그립 엑츄에이터(42)를 포함할 수 있다.
복수의 그립부재(41)는 피스톤 조립체(3)의 피스톤(3a)의 외면을 그립 및 언그립하도록 구성될 수 있다. 각 그립부재(41)는 피스톤 조립체(3)를 그립하는 그립위치(도 8, 도 9의 실선 참조) 및 피스톤 조립체(3)를 언그립하는 언그립위치(도 7, 도 9의 일점쇄선 참조) 사이로 이동하도록 구성될 수 있다.
그립 엑츄에이터(42)는 하우징(43)과, 하우징(43)에 이동가능하게 장착된 복수의 플런저(44)를 포함할 수 있다. 복수의 그립부재(41)는 복수의 플런저(44)에 대응한 갯수로 구성될 수 있고, 복수의 그립부재(41)는 복수의 플런저(44)에 개별적으로 연결될 수 있고, 이에 각 플런저(44)는 그에 연결된 플런저(44)와 함께 동일방향으로 이동할 수 있다.
도 6을 참조하면, 그립 엑츄에이터(42)는 공기 공급라인(42a) 및 공기 회수라인(42b)이 연결된 공압실린더일 수 있고, 공기소스(42d, air source)가 공기 공급라인(42a)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 7, 도 8, 도 11, 및 도 13을 참조하면, 피스톤(43a) 및 피스톤로드(43b)가 하우징(43)의 내부에서 수직으로 이동가능하게 장착될 수 있다.
공기가 공기소스(42d)로부터 공기 공급라인(42a)을 통해 하우징(43) 내로 공급될 때, 도 13과 같이 피스톤(43a) 및 피스톤로드(43b)는 하우징(43) 내에서 하향으로 이동할 수 있다. 이에, 도 12와 같이 복수의 플런저(44)는 하우징(43)의 외부로 돌출할 수 있고, 복수의 그립부재(41)는 피스톤 조립체(3)의 반경방향 외측으로 이동함으로써 복수의 그립부재(41)는 언그립위치로 이동할 수 있다.
공기가 하우징(43)의 내부로부터 공기 회수라인(42b)을 통해 배출되고 공기소스(42d)로 회수될 때, 도 11과 같이 피스톤(43a) 및 피스톤로드(43b)는 하우징(43) 내에서 상향으로 이동할 수 있다. 이에, 도 10과 같이 복수의 플런저(44)는 하우징(43)의 내부로 수용될 수 있고, 복수의 그립부재(41)는 피스톤 조립체(3)의 반경방향 내측으로 이동함으로써 복수의 그립부재(41)는 그립위치로 이동할 수 있다.
도 6을 참조하면, 그립 엑츄에이터(42)는 공기 공급라인(42a)에 장착된 전공 레귤레이터(42c, electronic pressure regulator)를 더 포함할 수 있다. 제어기(100)는 전공 레귤레이터(42c)에 제어신호를 전송함으로써 전공 레귤레이터(42c)를 제어할 수 있고, 전공 레귤레이터(42c)는 제어기(100)로부터 전송된 제어신호에 따라 공기 공급라인(42a)을 통해 하우징(43)의 내부로 공급되는 공기의 압력을 무단계로(stepless) 조절 내지 제어할 수 있다. 이와 같이, 전공 레귤레이터(42c)에 의해 그립 엑츄에이터로 공급되는 공기의 압력이 무단계로 자유롭게 조절될 수 있으므로, 복수의 그립부재(41)는 피스톤 조립체를 그립할 때 작용하는 그립력(gripping force)이 자유롭게 조절될 수 있다.
구체적으로, 피스톤 삽입모듈(12)이 피스톤 홀더(14)로부터 피스톤 조립체(3)를 피킹(picking)할 경우, 그립 엑츄에이터(42)의 하우징(43)으로 공급되는 공기의 압력이 전공 레귤레이터(42c)에 의해 상대적으로 커짐(예컨대, 5bar)으로써 그립퍼(40)는 피스톤 조립체(3)를 상대적으로 큰 그립력으로 그립할 수 있다. 그리고, 푸시기구(50)가 피스톤 조립체(3)를 실린더보어로 밀어낼 경우, 그립 엑츄에이터(42)의 하우징(43)로 공급되는 공기의 압력(예컨대, 1bar)이 전공 레귤레이터(42c)에 의해 상대적으로 작아짐으로써 그립퍼(40)는 피스톤 조립체(3)를 상대적으로 작은 그립력으로 그립할 수 있고, 이를 통해 피스톤 조립체(3)는 실린더보어 내로 원활하게 삽입될 뿐만 아니라 피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6) 내로 삽입될 때 작용하는 삽입부하가 상대적으로 낮아질 수 있다. 예컨대, 기존에는 상대적으로 큰 그립력으로 피스톤 조립체를 그립한 상태에서 피스톤 조립체를 실린더보어로 삽입하므로 그 삽입부하가 대략 25kgf이었지만, 본 발명은 상대적으로 작은 그립력으로 피스톤 조립체(3)를 그립한 상태에서 피스톤 조립체를 실린더보어로 삽입함으로써 그 삽입부하가 대략 6kgf일 수 있고, 이에 기존에 비해 그 삽입부하가 대폭 감소할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 각 그립부재(41)는 피스톤 조립체(3)를 그립하는 그립부(41a)와, 그립부(41a)의 상단에 제공된 연결부(41b)를 포함할 수 있다. 그립부(41a)는 피스톤 조립체(3)의 피스톤(3a)의 일부 외면에 부합하는 그립면(41c)을 가질 수 있다. 연결부(41b)는 체결구, 용접 등을 통해 그에 상응한 플런저(44))의 저면에 결합될 수 있다. 이와 같이, 각 그립부재(41)가 연결부(41b)를 통해 그에 상응한 플런저(44)의 저면에 결합됨으로써 각 그립부재(41)는 그립 엑츄에이터(42)에 의해 정밀하게 이동할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 피스톤 삽입모듈(12)은 피스톤 조립체(3)의 중심을 실린더블록(5)의 실린더보어(6)의 중심에 정렬시키는 센터링작동을 실행하는 센터링기구(45)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 센터링기구(45)는 그립퍼(40) 위에 배치될 수 있고, 특히 센터링기구(45)는 그립퍼(40)의 위치를 조절함으로써 그립퍼(40)에 의해 그립된 피스톤 조립체(3)의 중심을 실린더보어(6)의 중심에 정렬시킬 수 있다.
센터링기구(45)는 로어 플레이트(36)에 고정된 고정부(46)와, 고정부(46)에 대해 상대적으로 이동가능한 플로팅부(47)를 포함할 수 있다. 플로팅부(47)는 다양한 엑츄에이터(미도시)에 의해 고정부(46)에 대해 상대적으로 수평방향으로 이동하거나 고정부(46)에 대해 상대적으로 틸팅가능하게 구성될 수 있다. 엑츄에이터는 전기 엑츄에이터, 공압 엑츄에이터일 수 있다. 특히, 그립퍼(40)의 그립 엑츄에이터(42)의 하우징(43)의 상면이 체결구 등을 통해 플로팅부(47)의 저면에 고정될 수 있다. 이와 같이, 센터링기구(45)는 고정부(46)가 로어 플레이트에 고정되고, 플로팅부(47)의 저면이 그립퍼(40)의 그립 엑츄에이터(42)의 상면에 고정되며, 플로팅부(47)가 고정부(46)에 대해 상대적으로 이동함으로써 피스톤 조립체(3)를 그립한 그립퍼(40)의 위치가 실린더보어(6)에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 이에, 센터링기구(45)가 그립퍼(40)의 위치를 조절함으로써 피스톤 조립체(3)의 중심을 실린더보어(6)의 중심에 정확하게 정렬할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 피스톤 삽입모듈(12)은 피스톤 조립체(3)를 실린더블록(5)의 실린더보어(6)로 밀어냄으로써 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)에 삽입하도록 구성된 푸시기구(50)를 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 푸시기구(50)는 수직으로 이동가능한 푸시로드(51)와, 푸시로드(51)를 이동시키는 푸시 엑츄에이터(53)를 포함할 수 있다.
푸시로드(51)는 그립퍼(40) 및 센터링기구(45)를 관통하도록 구성될 수 있다. 푸시패드(52)가 푸시로드(51)의 하단부에 제공될 수 있고, 푸시패드(52)는 피스톤(3a)의 상면에 대응하는 형상일 수 있다.
그립퍼(40)의 그립 엑츄에이터(42)는 그 중심에 제공된 관통공(42f)을 가질 수 있고, 관통공(42f)은 푸시로드(51)의 외경 보다 큰 내경을 가질 수 있다. 센터링기구(45)는 그 중심에 제공된 관통공(45f)을 가질 수 있고, 관통공(45f)은 고정부(46)의 중심 및 플로팅부(47)의 중심을 관통하도록 구성될 수 있으며, 관통공(45f)은 푸시로드(51)의 외경 보다 큰 내경을 가질 수 있다. 이에 따라, 푸시로드(51)는 그립 엑츄에이터(42)의 관통공(42f) 및 센터링기구(45)의 관통공(45f)을 통과할 수 있고, 이에 푸시로드(51)는 그립 엑츄에이터(42)의 관통공(42f) 및 센터링기구(45)의 관통공(45f) 내에서 수직으로 이동할 수 있다.
푸시 엑츄에이터(53)는 센터링기구(45)의 위에 배치될 수 있고, 특히 푸시 엑츄에이터(53)는 어퍼 플레이트(35)의 상면에 장착됨으로써 푸시 엑츄에이터(53)는 어퍼 플레이트(35)에 대해 안정적으로 지지될 수 있다. 이와 같이, 푸시 엑츄에이터(53)가 센터링기구(45)의 위에 배치됨으로써 그립퍼(40), 센터링기구(45), 및 푸시기구(50)가 수직으로 배열될 수 있고, 이에 따라 피스톤 삽입모듈(12)은 전체적으로 컴팩한 구조로 구성될 수 있고, 이를 통해 피스톤 삽입모듈(12)은 삽입로봇(11)의 원위 로봇암(29)에 용이하게 조립될 수 있고, 피스톤 삽입모듈(12) 및 삽입로봇(11)이 서로 간에 간섭되지 않으므로 삽입로봇(11)의 작동에 대한 자유도가 개선될 수 있다. 일 예에 따르면, 푸시 엑츄에이터(53)는 공압 엑츄에이터일 수 있다.
상술한 바와 같이, 피스톤 삽입모듈(12)은 그립퍼(40)에 의해 피스톤 조립체(3)를 그립할 수 있고, 센터링기구(45)에 의해 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)에 대해 센터링할 수 있으며, 피스톤 조립체(3)를 푸시기구(50)에 의해 실린더보어(6) 내로 삽입할 수 있다. 이에 따라, 피스톤 삽입모듈(12)이 피스톤 조립체(3)의 그립작동, 피스톤 조립체(3)의 센터링작동, 피스톤 조립체(3)의 삽입작동을 연속적으로 자동 실행할 수 있으므로 피스톤 삽입모듈(12)은 삽입로봇(11)과의 협동을 통해 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)로 삽입하는 공정을 보다 정확하고 신속하게 실행할 수 있다.
삽입로봇(11)의 로봇암들(27, 28, 29) 및 관절들(21, 22, 23, 24, 25, 26)이 작동함에 따라 원위 로봇암(29)이 피스톤 홀더(14)를 향해 이동하고, 피스톤 삽입모듈(12)의 그립퍼(40)는 피스톤 홀더(14)에 홀딩된 피스톤 조립체(3)를 그립한다.
그립퍼(40)가 피스톤 조립체(3)를 그립한 이후에, 삽입로봇(11)의 작동에 의해 피스톤 삽입모듈(12)은 실린더블록(5)의 실린더보어(6)를 향해 이동하고, 피스톤 조립체(3)의 중심은 피스톤 삽입모듈(12)의 센터링기구(45)에 의해 실린더보어(6)의 중심에 정렬되는 센터링작동이 진행될 수 있다. 피스톤 조립체(3)가 그립퍼(40)에 의해 실린더블록(5)과 일부(실린더블록(5)의 상면 또는 실린더보어(6)의 내면)와 접촉하기 시작할때, 삽입로봇(11)의 적어도 일부 센서는 피스톤 조립체(3) 및 실린더블록(5) 사이에서 작용하는 힘을 센싱할 수 있다. 제어기(100)는 삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘을 기반으로 삽입로봇(11)의 모션을 제어함으로써 피스톤 조립체(3)의 중심을 실린더보어(6)의 중심에 정렬하는 센터링을 추가적으로 실행할 수 있다. 이에 따라, 삽입로봇(11)은 센서 및 제어기(100)에 의해 피스톤 조립체(3)의 센터링을 추가적으로 보정할 수 있다. 특히, 제어기(100)는 블라인드 서치알고리즘(blind search algorithm or uniformed seach algorithm) 등을 통해 삽입로봇(11)의 모션을 제어할 수 있다.
도 16을 참조하면, 피스톤 조립체(3)가 실린더블록(5)의 일부와 접촉하기 시작하고, 그립퍼(40)에 의해 그립된 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬되면, 제어기(100)는 삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘이 설정치 이하인 것으로 판단할 수 있다. 설정치는 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬되는 지의 여부를 판단하기 위한 기준값일 수 있다. 삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘이 설정치 이하이면 제어기(100)는 푸시기구(50)의 푸시 엑츄에이터(53)의 작동을 제어함으로써 푸시기구(50)의 푸시로드(51)는 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)를 향해 밀어낼 수 있고, 이에 따라 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)로 삽입할 수 있다.
도 17을 참조하면, 피스톤 조립체(3)가 실린더블록(5)의 일부와 접촉하기 시작하고, 그립퍼(40)에 의해 그립된 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬되지 않으면, 제어기(100)는 삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘이 설정치를 초과한 것으로 판단할 수 있다. 삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘이 설정치를 초과할 때 제어기(100)는 피스톤 조립체(3)의 위치를 조절하도록 삽입로봇(11)의 모션을 제어함으로써 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)을 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬할 수 있다.
이와 같이, 피스톤 조립체(3)가 실린더블록(5)의 일부와 접촉할 때 삽입로봇(11)의 센서는 피스톤 조립체(3) 및 실린더블록(5) 사이에 작용하는 힘을 센싱할 수 있고, 제어기(100)는 그 센싱된 힘을 설정치와 비교함으로써 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있으며, 제어기(100)는 삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘이 설정치를 초과할 경우 삽입로봇(11)의 모션을 제어함으로써 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬되도록 삽입로봇(11)의 모션 제어를 통해 피스톤 조립체(3)의 위치를 조절할 수 있다.
이와 같이, 삽입로봇(11)이 센서 및 제어기(100)에 의해 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)을 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬할 수 있으므로 실린더보어(6)에 대한 피스톤 조립체(3)의 센터링은 추가적으로 보정될 수 있다. 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 보다 정확하게 정렬된 상태에서 피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6)로 삽입될 수 있으므로 피스톤 조립체(3) 및/또는 실린더보어(6)의 손상 내지 파손 등이 확실하게 방지될 수 있고, 피스톤 조립체(3)의 삽입공정이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
도 5, 도 6, 및 도 14를 참조하면, 피스톤 삽입모듈(12)은 그립퍼(40)가 피스톤 홀더(14)로부터 피스톤 조립체(3)를 피킹(picking)할 때, 커넥팅로드(3b)가 임의 외력에 의해 피스톤(3a)에 대해 스윙함을 방지하는 스윙방지기구(60)를 더 포함할 수 있다.
피스톤 삽입모듈(12)의 그립퍼(40)가 피스톤 조립체(3)의 피스톤(3a)을 그립한 이후에, 삽입로봇(11)이 피스톤 조립체(3)를 실린더블록(5)의 실린더보어(6) 위로 이동시킨다. 즉, 삽입로봇(11) 및 피스톤 삽입모듈(12)이 피스톤 조립체(3)를 피킹한다. 그 이후에, 피스톤 삽입모듈(12)의 센터링기구(45)는 피스톤 조립체(3)의 중심을 실린더보어(6)의 중심에 정렬하는 센터링작동을 실행한다. 그립퍼(40)가 피스톤 조립체(3)의 피스톤(3a)을 그립한 상태에서 피스톤 삽입모듈(12)에 의해 실린더보어(6) 위로 이동하고, 센터링기구(45)가 피스톤 조립체(3)의 센터링을 위하여 작동할 때, 임의 외력이 커넥팅로드(3b)에 가해지므로 커넥팅로드(3b)는 임의 외력에 의해 피스톤(3a)에 대해 스윙할 수 있다. 피스톤 조립체(3)가 푸시기구(50)에 의해 실린더보어(6)로 삽입될 때 커넥팅로드(3b)의 스윙이 지속될 경우 피스톤 조립체(3)의 삽입이 원활하게 진행될 수 없다. 이에, 스윙방지기구(60)는 피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6)로 삽입되기 전에 커넥팅로드(3b)의 스윙을 방지하도록 구성될 수 있다.
스윙방지기구(60)는 그립퍼(40), 센터링기구(45), 푸시기구(50)에 간섭되지 않도록 배치될 수 있다. 특히, 스윙방지기구(60)는 어퍼 플레이트(35)의 단부에 장착될 수 있고, 이에 스윙방지기구(60)는 그립퍼(40), 센터링기구(45), 푸시기구(50)에 대해 충분히 이격될 수 있다.
스윙방지기구(60)는 엑츄에이터(61)와, 엑츄에이터(61)의 양측에 피벗가능하게 장착된 한 쌍의 제1아암(62)과, 한 쌍의 제1아암(62)에 개별적으로 결합된 한 쌍의 제2아암(63)을 포함할 수 있다.
엑츄에이터(61)는 체결구 등을 통해 피스톤 삽입모듈(12)의 어퍼 플레이트(35)에 결합될 수 있다. 엑츄에이터(61)는 그 양측에 피벗가능하게 장착된 한 쌍의 피벗부재(64)를 포함할 수 있고, 피벗부재(64)는 피벗핀(65)을 통해 엑츄에이터(61)에 피벗가능하게 장착될 수 있다. 엑츄에이터(61)는 전기 엑츄에이터 및 공압 엑츄에이터 중에서 어느 하나일 수 있다.
한 쌍의 제1아암(62)은 체결구 등을 통해 한 쌍의 피벗부재(64)에 개별적으로 결합될 수 있다. 각 제1아암(62)은 그에 상응한 피벗부재(64)의 하단으로부터 그립퍼(40)의 아래까지 연장될 수 있고, 각 제1아암(62)의 하단은 그립퍼(40)에 의해 그립된 피스톤 조립체(3)를 향해 절곡될 수 있다.
각 제2아암(63)은 체결구 등을 통해 그에 상응한 제1아암(62)의 하단에 결합될 수 있고, 제2아암(63)은 제1아암(62)의 하단으로부터 그립퍼(40)에 의해 그립된 피스톤 조립체(3)를 향해 연장될 수 있다. 그리고, 제2아암(63)은 커넥팅로드(3b)의 외형에 대응한 홈(63a)을 가질 수 있다.
그립퍼(40)가 피스톤 조립체(3)의 피스톤(3a)을 그립한 상태에서 그립퍼(40)에 그립된 피스톤 조립체(3)가 삽입로봇(11)에 의해 실린더보어(6) 위로 이동하고, 센터링기구(45)가 피스톤 조립체(3)의 센터링을 위하여 작동할 때, 한 쌍의 제1아암(62)은 엑츄에이터(61)에 의해 피스톤 조립체(3)를 향해 피벗할 수 있고, 한 쌍의 제2아암(63)이 피스톤 조립체(3)의 커넥팅로드(3b)의 양측을 대칭적으로 누름으로써 커넥팅로드(3b)가 피스톤(3a)에 대해 스윙함이 방지될 수 있다. 특히, 각 제2아암(63)이 커넥팅로드(3b)를 누를때, 커넥팅로드(3b)는 제2아암(63)의 홈(63a)에 수용됨으로써 커넥팅로드(3b)는 안정적인 수직상태를 유지할 수 있다. 그리고, 푸시기구(50)가 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)로 삽입할 때, 한 쌍의 제1아암(62)은 피스톤 조립체(3)로부터 멀어지도록 피벗함으로써 원위치로 복귀할 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 삽입장치(10)는, 피스톤 조립체(3)의 피스톤링(7a, 7b, 7c)들을 피스톤(3a)의 반경방향 내측을 향해 압축하는 압축지그(17a, 17b)를 더 포함할 수 있다.
피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6)에 삽입되기 전에, 피스톤(3a)의 각 홈에 끼워진 각 피스톤링(7a, 7b, c)은 반경방향 외측으로 팽창한 상태이고, 이에 피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6)로 삽입될 때 피스톤링(7a, 7b, 7c)이 팽창되어 있으므로 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)로 삽입할 때 요구되는 삽입력이 상대적으로 증가할 수 있고, 이로 인해 피스톤 조립체(3)의 삽입부하가 상대적으로 증가할 수 있다. 이에 대응하기 위하여, 본 발명은 피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6)로 삽입될 때 피스톤링(7a, 7b, 7c)들이 압축지그(17a, 17b)에 의해 피스톤(3a)의 반경방향 내측을 향해 압축함으로써 피스톤 조립체(3)를 삽입할 때 요구되는 삽입력을 상대적으로 감소시킬 수 있고, 이를 통해 피스톤 조립체(3)의 삽입품질을 개선할 수 있다.
압축지그(17a, 17b)는 실린더블록(5)의 위에 배치될 수 있고, 피스톤 조립체(3)가 푸시기구(50)에 의해 실린더보어(6)로 삽입될 때 압축지그(17a, 17b)들이 피스톤링(7a, 7b, 7c)들을 피스톤(3a)의 반경방향 내측을 향해 압축함으로써 피스톤 조립체(3)가 실린더보어(6)로 원활하게 삽입될 수 있다. 압축지그(17a, 17b)는 실린더블록(5)의 실린더보어(6)들에 개별적으로 정렬되는 복수의 압축슬리브(70)를 포함할 수 있고, 각 압축슬리브(70)는 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)로 가이드하면서 피스톤링(7a, 7b, 7c)들을 피스톤(3a)의 반경방향 내측을 향해 압축하도록 구성될 수 있다.
도 19를 참조하면, 각 압축슬리브(70)는 실린더보어(6)의 내경에 대응한 내경을 가진 제1가이드부(71)와, 제1가이드부(71)로부터 상향으로 연장된 제2가이드부(72)를 포함할 수 있다. 제1가이드부(71)는 실린더보어(6)의 내면에 정렬되는 제1가이드면(71a)을 가질 수 있고, 제2가이드부(72)는 제1가이드면(71a)에 대해 일정각도(a)로 테이퍼진 제2가이드면(72a)을 가질 수 있다. 특히, 제2가이드면(72a)은 제1가이드면(71a)으로부터 상향으로 갈수록 그 직경이 점차 증가하도록 구성될 수 있다. 피스톤 조립체(3)가 푸시기구(50)에 의해 실린더보어(6)로 삽입될 때, 피스톤(3a)의 외주에 부착된 피스톤링(7a, 7b, 7c)들이 제2가이드부(72)의 제2가이드면(72a) 및 제1가이드부(71)의 제1가이드면(71a)을 타고 하향 이동함에 따라 피스톤링(7a, 7b, 7c)들은 피스톤(3a)의 홈 내에서 그 반경방향 내측으로 압축될 수 있고, 이에 피스톤 조립체(3)는 실린더보어(6)로 상대적으로 작은 삽입력에 의해 용이하게 삽입될 수 있다.
도 18을 참조하면, 복수의 압축지그(17a, 17b)가 실린더블록(5)을 지지하는 지그(15) 위에 배치될 수 있고, 복수의 압축지그(17a, 17b)은 서로 다른 내연기관들의 사양에 따라 그 형상 및 사이즈가 서로 상이할 수 있다. 지그(15)는 리프팅기구(81)에 의해 수직방향으로 이동할 수 있고, 지그(15)가 리프팅기구(81)에 의해 상승할 때 복수의 압축지그(17a, 17b) 중에서 어느 한 압축지그(17a, 17b)가 실린더블록(5)의 상면에 배치될 수 있다. 복수의 압축지그(17a, 17b)는 리니어 가이드 등과 같은 셔틀기구(82)에 의해 수평방향으로 이동할 수 있고, 각 실린더블록(5)의 사양에 부합하는 압축지그(17a, 17b)가 실린더블록(5) 위에 선택적으로 정렬될 수 있다. 이와 같이, 내연기관의 사양에 부합하는 압축지그(17a, 17b)들이 셔틀기구(82)에 의해 그에 상응한 실린더블록(5) 위에 정렬될 수 있으므로 다기종 내연기관의 조립공정에 유연하게 대응할 수 있다.
도 19를 참조하면, 실린더블록(5)은 실린더벽(8)에 의해 각 실린더보어(6)를 한정할 수 있고, 실린더벽(8)은 그 상단에 제공된 제1테이퍼면(8a)을 가질 수 있고, 제1테이퍼면(8a)은 상향으로 갈수록 그 직경이 점차 증가하도록 구성될 수 있다. 각 압축지그(17a, 17b)의 압축슬리브(70)는 그 하단에 제공된 끼움부(73)를 가질 수 있고, 끼움부(73)는 압축슬리브(70)의 하단으로부터 하향으로 돌출할 수 있다. 끼움부(73)는 실린더벽(8)의 제1테이퍼면(8a)에 결합되는 제2테이퍼면(73a)을 가질 수 있고, 제2테이퍼면(73a)이 제1테이퍼면(8a)에 결합됨에 따라 끼움부(73)는 실린더벽(8)의 상단에 끼워질 수 있다. 이에 따라, 압축지그(17a, 17b)의 압축슬리브(70)는 그에 상응한 실린더보어(6)에 정확하게 정렬되고 포지셔닝될 수 있다.
도 7, 도 8, 도 11, 및 도 13을 참조하면, 그립퍼(40)의 각 그립부재(41)는 그 하단에 끼움부(41d)를 가질 수 있고, 압축지그(17a, 17b)가 실린더블록(5)의 상면으로부터 분리된 이후에 그립퍼(40)가 실린더블록(5)을 향해 하향 이동함에 따라 그립부재(41)의 각 끼움부(41d)가 실린더벽(8)의 상단에 끼워질 수 있다. 특히, 각 그립부재(41)의 끼움부(41d)는 실린더벽(8)의 제1테이퍼면(8a)에 결합되는 테이퍼면(41e)을 가질 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 푸시기구(150)가 수직으로 이동가능한 푸시로드(151)와, 푸시로드(151)를 이동시키는 푸시 엑츄에이터(153)를 포함할 수 있다. 푸시로드(151)는 그립퍼(140) 및 센터링기구(45)를 관통하도록 구성될 수 있다. 푸시패드(152)가 푸시로드(151)의 하단부에 제공될 수 있고, 푸시패드(152)는 피스톤(3a)의 상면에 대응하는 형상일 수 있다. 푸시 엑츄에이터(153)는 전자 엑츄에이터일 수 있다.
그립퍼(140)는 피스톤 조립체(3)를 그립 및 언그립하도록 이동가능한 복수의 그립부재(141)와, 복수의 그립부재(141)를 이동시키도록 구성된 그립 엑츄에이터(142)를 포함할 수 있다. 복수의 그립부재(141)는 복수의 장착부재(148)를 통해 그립 엑츄에이터(142)에 개별적으로 연결될 수 있다. 각 그립부재(141)는 그에 상응한 장착부재(148)에 결합된 결합부(141a) 및 결합부(141a)로부터 하향으로 연장된 그립부(141b)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 그립퍼는 피스톤, 볼트, 다월핀, 니플, 스프링 등과 같이 실린더블록에 조립되는 다양한 컴포넌트에 부합하는 형상을 가지도록 변경될 수 있고, 이에 따라 본 발명의 삽입장치는 피스톤 이외에 볼트, 다월핀, 니플, 스프링 등과 같은 다양한 컴포넌트를 실린더블록의 대응하는 부분에 삽입하도록 구성될 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 조립체의 삽입방법을 도시한 순서도이다.
삽입로봇(11)이 작동함에 따라 삽입로봇(11)의 원위 로봇암(29)이 피스톤 홀더(14)를 향해 이동하고, 원위 로봇암(29)에 장착된 피스톤 삽입모듈(12)이 피스톤 홀더(14) 위에 위치한다. 피스톤 삽입모듈(12)의 그립퍼(40)는 피스톤 홀더(14)에 홀딩된 어느 하나의 피스톤 조립체(3)를 그립하고, 그 이후에 피스톤 조립체(3)를 그립한 피스톤 삽입모듈(12)은 삽입로봇(11)의 작동에 의해 실린더블록(5)의 실린더보어(6) 위에 위치한다. 이와 같이, 피스톤 삽입모듈(12)이 실린더블록(5)의 실린더보어(6) 위에 위치할 때, 센터링기구(45)는 피스톤 조립체(3)의 중심을 실린더보어(6)의 중심에 정렬함으로써 삽입로봇(11) 및 피스톤 삽입모듈(12)은 피스톤 조립체(3)를 피킹한다(S1).
삽입로봇(11) 및 피스톤 삽입모듈(12)이 피스톤 조립체(3)를 피킹한 이후에, 삽입로봇(11)은 윈위 로봇암(29)을 하향으로 이동시킴으로써 피스톤 조립체(3)를 실린더블록(5)의 일부와 접촉시킨다(S2).
삽입로봇(11)의 센서(91, 92, 93, 94, 95, 96)들 중에서 적어도 일부의 센서는 피스톤 조립체(3) 및 실린더블록(5) 사이에서 작용하는 힘(F)을 센싱한다(S3).
삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘(F)은 설정치(FH) 이하인 지를 판단한다(S4). 여기서, 설정치(FH)는 피스톤 조립체(3)의 중심(P1)이 실린더보어(6)의 중심(P2)에 정렬되는 지의 여부를 판단하기 위한 기준값일 수 있다.
삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘(F)이 설정치(FH) 이하이면 제어기(100)는 푸시기구(50)의 푸시 엑츄에이터(53)의 작동을 제어함으로써 푸시기구(50)의 푸시로드(51)는 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)를 향해 밀어낼 수 있고, 이에 따라 피스톤 조립체(3)를 실린더보어(6)로 삽입한다(S5).
삽입로봇(11)의 센서에 의해 센싱된 힘(F)이 설정치(FH)를 초과할 때 제어기(100)는 삽입로봇(11)의 모션을 제어함으로써 피스톤 조립체(3)의 위치를 조절한다(S6). 그 이후에, 본 방법은 S3단계로 리턴된다.
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.
3: 피스톤 조립체 5: 실린더블록
6: 실린더보어 10: 피스톤 삽입장치
11: 삽입로봇 12: 피스톤 삽입모듈
13: 이송로봇 14: 피스톤 홀더
15: 지그 16: 베드
17a, 17b: 압축지그 20: 베이스
21, 22, 23, 24, 25, 26: 관절
27: 근위 로봇암 28: 중간 로봇암
29: 원위 로봇암 33: 가이드부시
34: 가이드로드 35: 어퍼 플레이트
36: 로어 플레이트 40: 그립퍼
41: 그립부재 42: 그립 엑츄에이터
43: 하우징 44: 플런저
45: 센터링기구 46: 고정부
47: 플로팅부 50: 푸시기구
51: 푸시로드 52: 푸시패드
53: 푸시 엑츄에이터 60: 스윙방지기구
61: 엑츄에이터 62: 제1아암
63: 제2아암 70: 압축슬리브
71: 제1가이드부 72: 제2가이드부
73: 끼움부 81: 리프팅기구
82: 셔틀기구 91, 92, 93, 94, 95, 96: 센서
100: 제어기

Claims (20)

  1. 복수의 관절을 통해 연결된 복수의 로봇암을 가진 삽입로봇;
    상기 삽입로봇에 직접적으로 장착되고, 피스톤 조립체를 그립하고 상기 피스톤 조립체를 실린더블록의 실린더보어에 삽입하도록 구성된 피스톤 삽입모듈; 및
    상기 삽입로봇의 작동 및 상기 피스톤 삽입모듈의 작동을 제어하는 제어기;를 포함한 피스톤 삽입장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤 삽입모듈은,
    상기 피스톤 조립체를 그립 및 언그립하는 그립퍼; 및
    수직으로 이동가능한 푸시로드 및 상기 푸시로드를 이동시키는 푸시 엑츄에이터를 포함한 푸시기구;를 포함한 피스톤 삽입장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 그립퍼는,
    상기 피스톤 조립체를 그립하는 그립위치 및 상기 피스톤 조립체를 언그립하는 언그립위치 사이로 이동하도록 구성된 복수의 그립부재; 및
    상기 복수의 그립부재를 이동시키도록 구성된 그립 엑츄에이터;를 포함한는 피스톤 삽입장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 그립 엑츄에이터는,
    하우징; 및
    상기 하우징에 이동가능하게 장착된 복수의 플런저;를 포함하고,
    상기 복수의 그립부재는 복수의 플런저에 개별적으로 연결된 피스톤 삽입장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 그립 엑츄에이터는 공기 공급라인 및 공기 회수라인이 연결된 공압실린더이고,
    상기 그립 엑츄에이터는 상기 공기 공급라인에 장착된 전공 레귤레이터를 더포함하며,
    상기 제어기는 상기 전공 레귤레이터를 제어함으로써 상기 그립 엑츄에이터로 공급되는 공기의 압력을 조절하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    각 그립부재는,
    상기 피스톤 조립체를 그립하는 그립부; 및
    상기 그립부의 상단에 제공된 연결부;를 포함하고,
    상기 그립부는 상기 피스톤 조립체의 피스톤의 일부 외면에 부합하는 그립면을 가지며, 상기 연결부는 그에 상응한 플런저의 저면에 연결되는 피스톤 삽입장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤 삽입모듈은 상기 피스톤 조립체의 중심을 상기 실린더보어의 중심에 정렬하도록 구성된 센터링기구를 더 포함하고,
    상기 센터링기구는 상기 그립퍼 위에 배치되며, 상기 푸시 엑츄에이터는 상기 센터링기구의 위에 배치되며,
    상기 푸시로드는 상기 그립퍼 및 상기 센터링기구를 관통하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 피스톤 삽입모듈은,
    상기 삽입로봇에 직접적으로 장착되는 어퍼 플레이트; 및
    상기 어퍼 플레이트의 아래에 위치한 로어 플레이트;를 포함하고,
    상기 푸시 엑츄에이터는 상기 어퍼 플레이트에 장착되며,
    상기 센터링기구는 상기 로어 플레이트에 장착되는 피스톤 삽입장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 센터링기구는,
    상기 로어 플레이트에 고정된 고정부; 및
    상기 고정부에 대해 상대적으로 이동가능한 플로팅부;를 포함하고,
    상기 그립퍼는 상기 플로팅부에 연결되는 피스톤 삽입장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입로봇은 상기 복수의 관절 및 복수의 로봇암에 작용하는 토크 및 힘을 센싱하는 센서를 포함하고,
    상기 피스톤 조립체가 상기 실린더블록의 실린더보어와 접촉할 때 상기 삽입로봇의 센서는 상기 피스톤 조립체 및 상기 실린더보어 사이에 작용하는 힘을 센싱하도록 구성되며,
    상기 삽입로봇은, 상기 제어기에 의해, 상기 센싱된 힘을 기반으로 상기 피스톤 조립체의 중심을 상기 실린더보어의 중심에 정렬하도록 상기 피스톤 삽입모듈의 위치를 조절하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 센싱된 힘이 설정치를 초과할 때 상기 제어기는 상기 피스톤 조립체의 위치를 조절하도록 상기 삽입로봇의 모션을 제어함으로써 상기 피스톤 조립체의 중심을 상기 실린더보어의 중심에 정렬하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 센싱된 힘이 설정치 이하일 때, 상기 제어기는 상기 피스톤 조립체를 상기 실린더보어 내로 삽입하도록 상기 피스톤 삽입모듈을 제어하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는, 피스톤과, 피스톤의 외면에 장착된 피스톤링과, 피스톤에 스윙가능하게 연결된 커넥팅로드를 포함하고,
    상기 피스톤 삽입모듈은 상기 그립퍼가 상기 피스톤 조립체를 그립할 때, 상기 커넥팅로드가 상기 피스톤에 대해 스윙함을 방지하는 스윙방지기구를 더 포함하는 피스톤 삽입장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스윙방지기구는 엑츄에이터, 상기 엑츄에이터의 양측에 피벗가능하게 장착된 한 쌍의 제1아암과, 상기 한 쌍의 제1아암에 개별적으로 결합된 한 쌍의 제2아암을 포함하는 피스톤 삽입장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 실린더블록의 위에 위치한 압축지그를 더 포함하고,
    상기 압축지그는 상기 피스톤링을 상기 피스톤의 반경방향 내측을 향해 압축하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 압축지그는 실린더블록의 실린더보어에 정렬되는 압축슬리브를 포함하고, 상기 압축슬리브는 상기 피스톤 조립체를 상기 실린더보어 내로 가이드하고 상기 피스톤링을 상기 피스톤의 반경방향 내측으로 압축하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 압축슬리브는 상기 실린더보어의 내경에 대응한 내경을 가진 제1가이드부와, 상기 제1가이드부로부터 상향으로 연장된 제2가이드부를 포함하고,
    상기 제1가이드부는 상기 실린더보어의 내면에 정렬되는 제1가이드면을 가지며, 상기 제2가이드부는 상기 제1가이드면에 대해 일정각도로 테이퍼진 제2가이드면을 가지고, 상기 제2가이드면은 상기 제1가이드면으로부터 상향으로 갈수록 그 직경이 점차 증가하도록 구성된 피스톤 삽입장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 실린더블록은 실린더보어를 한정하는 실린더벽을 가지고, 상기 실린더벽은 그 상단에 제공된 제1테이퍼면을 가지며, 상기 제1테이퍼면은 상향으로 갈수록 그 직경이 점차 증가하도록 구성되고,
    상기 압축슬리브는 그 하단에 제공된 끼움부를 가지며, 상기 끼움부는 상기 압축슬리브의 하단으로부터 하향으로 돌출하고, 상기 끼움부는 상기 실린더벽의 제1테이퍼면에 결합되는 제2테이퍼면을 가지는 피스톤 삽입장치.
  19. 피스톤 조립체를 실린더블록에 접촉시키고,
    상기 피스톤 조립체 및 상기 실린더블록 사이에서 작용하는 힘을 센싱하며,
    상기 센싱된 힘이 설정치 이하일 경우에 상기 피스톤 조립체를 상기 실린더블록의 실린더보어 내로 삽입하는 피스톤 삽입방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 센싱된 힘이 설정치를 초과할 때, 상기 피스톤 조립체의 중심이 상기 실린더보어의 중심에 정렬되도록 상기 피스톤 조립체의 위치를 조절하는 피스톤 삽입방법.
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