KR20230018774A - 로봇을 활용한 물체 조립 방법 - Google Patents

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KR20230018774A
KR20230018774A KR1020210100696A KR20210100696A KR20230018774A KR 20230018774 A KR20230018774 A KR 20230018774A KR 1020210100696 A KR1020210100696 A KR 1020210100696A KR 20210100696 A KR20210100696 A KR 20210100696A KR 20230018774 A KR20230018774 A KR 20230018774A
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배지훈
박재한
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 로봇을 활용한 물체 조립 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체를 잡고 있는 로봇을 이용하여 피조립체에 형성된 조립홀에 상기 물체를 조립하는 방법으로, 상기 물체를 상기 조립홀의 상부로 이동시키는 단계; 상기 물체를 상기 조립홀의 중심축과 상기 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계; 상기 물체를 기울이는 단계; 상기 물체를 상기 피조립체 측으로 이동시켜서 상기 물체와 상기 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계; 상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 상기 물체를 세우는 단계; 및 상기 조립홀에 상기 물체를 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

로봇을 활용한 물체 조립 방법{An object assembly method using a robot}
본 발명은 로봇을 활용한 물체 조립 방법에 관한 것이다.
로봇을 이용한 물체조립 작업은 로봇 자동화 분야에서 가장 실용화가 느린 분야중의 하나이다.
조립 작업을 실시할 수 있는 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1914011호의 '볼트 체결장치 및 이를 이용한 볼트 체결방법'가 있다.
종래기술을 비롯한 기존의 로봇을 이용한 물체 조립 작업의 경우, 로봇 말단에 특수하게 설계된 Compliant device 등을 설치하여 위치오차를 흡수하면서 물체의 조립이 성공할 때까지 정해진 Searching path로 물체를 반복 이동시켜 피조립체의 조립홀에 물체를 조립하는 방법이 주로 사용되었다.
다시 말해, 물체의 중심축과 피조립체의 조립홀의 중심축을 일치시키는데 오랜 시간이 소요되었다.
이와 같이, 종래의 로봇을 이용한 물체 조립 작업 방법은 작업 시간이 오래걸리고, 특히 작업 완료까지의 시간이 들쭉날쭉하여 작업 공정 시간의 예측이 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는 물체를 피조립체의 조립홀에 빠르게 삽입할 수 있을 뿐만 아니라, 물체 조립 작업에 소요되는 시간의 편차를 줄여 작업 공정 시간의 예측이 가능하도록 한 로봇을 활용한 물체 조립 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체를 잡고 있는 로봇을 이용하여 피조립체에 형성된 조립홀에 상기 물체를 조립하는 방법으로, 상기 물체를 상기 조립홀의 상부로 이동시키는 단계; 상기 물체를 상기 조립홀의 중심축과 상기 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계; 상기 물체를 기울이는 단계; 상기 물체를 상기 피조립체 측으로 이동시켜서 상기 물체와 상기 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계; 상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 상기 물체를 세우는 단계; 및 상기 조립홀에 상기 물체를 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 물체를 상기 조립홀의 상부로 이동시키는 단계에서, 상기 조립홀의 중심축을 기준으로 하나의 방향을 설정하고 상기 설정된 방향 측으로 상기 물체를 배치시킬 수 있다.
또한, 상기 물체를 상기 조립홀의 중심축과 상기 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계에서, 상기 물체의 하단면과 상기 조립홀이 평행하도록 배치시킬 수 있다.
또한, 상기 물체를 기울이는 단계에서, 상기 물체를 상기 설정된 방향의 반대 방향으로 기울일 수 있다.
또한, 상기 물체와 상기 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계는, 상기 물체와 상기 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계; 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계; 및 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점을 생성시키는 단계 중 어느 한 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계는, 상기 물체와 상기 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점이 생성되는 경우, 상기 물체를 상기 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점이 생성되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 상기 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 및 상기 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계는, 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점이 생성되는 경우, 상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 상기 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 및 상기 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계는, 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되는 경우, 상기 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 생성되는 접촉점에서의 접촉각도는 상기 물체의 재질과 상기 피조립체의 재질에 따른 정지마찰계수에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 생성되는 접촉점에서의 접촉각도는
Figure pat00001
이고, 이때,
Figure pat00002
는 상기 접촉각도,
Figure pat00003
는 상기 물체의 재질과 상기 피조립체의 재질에 따른 정지마찰계수일 수 있다.
또한, 상기 물체가 기울어지는 기울임 각도는 상기 접촉각도 이상일 수 있다.
또한, 상기 물체를 세우는 단계에서, 상기 물체는 상기 조립홀과 중심축이 일치되도록 세워질 수 있다.
또한, 상기 조립홀에 상기 물체를 삽입하는 단계에서는 상기 물체를 흔들며 상기 조립홀에 삽입시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체를 기울여 물체의 일부분을 피조립체의 조립홀에 삽입한 후 물체를 세우고, 물체를 조립홀에 삽입함으로써, 물체를 피조립체의 조립홀에 빠르게 삽입할 수 있을 뿐만 아니라, 물체 조립 작업에 소요되는 시간의 편차를 줄여 작업 공정 시간의 예측이 가능하므로, 작업 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 자동차 부품 조립 공정, IT 제품 조립공정, 가구 등 일상용품 조립공정 등 다양한 산업 분야에 폭†Ÿ게 응용이 가능하며 이를 통해 비용절감, 생산성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체의 일부분을 조립홀에 삽입하는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 조립홀의 중심축과 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 기울이는 단계를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 세우는 단계를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 조립홀에 물체를 삽입하는 단계를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법의 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체를 잡고 있는 로봇을 이용하여 피조립체의 조립홀에 물체를 조립하는 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 12를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체를 조립홀의 상부로 이동시키는 단계(S100), 물체를 조립홀의 중심축과 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계(S200), 물체를 기울이는 단계(S300), 물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계(S400), 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S500), 물체를 세우는 단계(S600), 조립홀에 물체를 삽입하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.
물체를 조립홀의 상부로 이동시키는 단계(S100)는 물체(100)를 조립홀(200h)의 상부로 이동시킬 수 있다.
그리고, 물체를 조립홀의 상부로 이동시키는 단계(S100)에서, 조립홀의 중심축을 기준으로 하나의 방향을 설정하고 설정된 방향(TF) 측으로 물체를 배치시킬 수 있다.
여기서, 설정된 방향(TF)은 예를 들어, 조립홀(200h)의 우측 방향, 좌측 방향, 전방 또는 후방 등이 될 수 있다. 좀 더 자세히 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체(100)를 조립홀(200h)의 일방향(TF) 측에 배치한 후, 물체(100)를 기울이고, 물체(100)를 일방향(TF)의 반대방향(TB)으로 이동시키며 물체(100)를 피조립체 측으로 누름으로써, 물체(100)의 하부를 조립홀(200h)에 삽입시킬 수 있다.
물체를 조립홀의 중심축과 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계(S200)는 물체(100)와 조립홀(200h)의 중심축이 평행하도록 물체(100)를 배치시킬 수 있다. 다시 말해, 물체(100)의 하단면과 조립홀(200h)이 평행하도록 배치시킬 수 있다.
물체를 기울이는 단계(S300)는 물체를 기울일 수 있다. 그리고, 물체를 기울이는 단계(S300)에서, 물체(100)를 설정된 방향(TF)의 반대 방향(TB)으로 기울일 수 있다.
그리고, 물체를 기울이는 단계(S300)가 실시됨으로써, 로봇이 조립홀(200h)을 빠르게 찾을 수 있다. 좀 더 자세히 말하자면, 로봇의 이동 오차를 최소한으로 하기 위해서는 조립홀(200h)의 위치를 빠르게 찾아야 한다.
조립홀(200h)의 중심축과 물체(100)의 중심축이 평행하도록 배치되는 경우에는 물체(100)의 하단부 전체가 조립홀(200h)에 삽입되어야 하므로 물체(100)와 조립홀(200h)의 중심축이 일치되는 경우에만 로봇이 조립홀(200h)의 위치를 찾을 수 있다.
물체(100)가 기울어진 경우에는 물체(100)의 하단부 일부가 조립홀(200h)에 삽입될 수 있으므로 물체(100)와 조립홀(200h)의 중심축이 일치하지 않는 경우에도 로봇이 조립홀(200h)의 위치를 찾을 수 있게 된다. 다시 말해, 물체(100)의 하단부 일부가 조립홀(200h)에 삽입되는 경우, 로봇이 조립홀(200h)의 위치를 찾게 되는 것이다.
정리하면, 물체(100)가 기울어진 경우에는 조립홀(200h)의 위치를 근사값을 통해서도 찾을 수 있어, 조립홀(200h)의 위치를 빠르게 찾을 수 있다.
물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계(S400)는 물체(100)를 피조립체(200) 측으로 이동시켜서 물체(100)와 피조립체(200)의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시킬 수 있다.
그리고, 물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계(S400)는 물체와 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S410), 물체와 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S420), 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S430) 중 어느 한 단계를 포함할 수 있다.
물체와 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S410)는 물체(100)와 피조립체(200)의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점(C0)을 생성시킬 수 있다.
물체와 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S420)는 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 한 개의 접촉점(C1)을 생성시킬 수 있다.
물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S430)는 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 두 개의 접촉점(C1, C2)을 생성시킬 수 있다.
다시 말해, 물체를 피조립체 측으로 이동시켜서 물체와 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계(S400)는 물체와 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S410)를 통해 물체(100)와 피조립체(200)의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점(C0)을 생성시키거나, 물체와 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S420)를 통해 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 한 개의 접촉점(C1)을 생성시키거나, 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S430)를 통해 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 두 개의 접촉점(C1, C2)을 생성시킬 수 있다.
물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S500)는 물체(100)를 하부방향으로 밀면서 물체(100)를 기설정된 방향(TF)의 반대 방향(TB)으로 슬라이딩 시켜 접촉점(C1, C2)에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시킬 수 있다.
그리고, 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S500)는 물체(100)와 피조립체(200)의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점(C0)이 생성되는 경우, 즉 물체와 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S410)가 실시되는 경우, 물체를 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 물체와 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점이 생성되도록 물체를 이동시키는 단계(S510), 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 물체를 이동시키는 단계(S520) 및 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S530)를 포함할 수 있다.
물체를 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 물체와 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점이 생성되도록 물체를 이동시키는 단계(S510)는 물체(100)를 기설정된 방향(TF)의 반대방향(TB)으로 밀어서 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 한 개의 접촉점(C1)이 생성되도록 물체(100)를 이동시킬 수 있다.
물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 물체를 이동시키는 단계(S520)는 물체(100)를 하부방향으로 밀면서 물체(100)를 기설정된 방향(TF)의 반대방향(TB)으로 밀어서 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 두 개의 접촉점(C1, C2)이 생성되도록 물체(100)를 이동시킬 수 있다.
두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S530)는 두 개의 접촉점(C1, C2)에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체(100)를 이동시킬 수 있다.
도 12를 참고하면, 접촉점(C1)과 접촉점(C2)을 잇는 가상의 선이 조립홀(200h)의 중심축을 지나는 경우, 접촉점(C1) 및 접촉점(C2)에서의 수평방향 합력이 0이 될 수 있다.
또한, 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S500)는 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 한 개의 접촉점(C1)이 생성되는 경우, 즉 물체와 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S420)가 실시되는 경우, 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 물체를 이동시키는 단계(S520) 및 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S530)를 포함할 수 있다.
물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 물체를 이동시키는 단계(S520) 및 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S530)는 상기에서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 물체를 하부방향으로 밀면서 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S500)는 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 두 개의 접촉점(C1, C2)이 생성되는 경우, 즉 물체와 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점을 생성시키는 단계(S430)가 실시되는 경우, 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S530)를 포함할 수 있다.
두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 물체를 이동시키는 단계(S530)는 상기에서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고, 물체(100)와 조립홀(200h)의 가장자리에서 접촉점(C1)이 형성되는 경우, 물체(100)가 기울어진 상태에서 피조립체(200)와 접촉되므로, 접촉점(C1)에서는 물체(100)와 피조립체(200)의 사이에 경사진 접선(ML)이 형성될 수 있다. 따라서, 접촉점(C1)에서는 접촉각도(
Figure pat00004
)가 형성될 수 있다. 여기서, 접촉각도(
Figure pat00005
)는 피조립체(200)에서 조립홀(200h) 측의 표면과 접촉점(C1)에서의 접선(ML)이 이루는 각도일 수 있다.
그리고, 물체(100)는 로봇(미도시)으로부터 조립홀(200h)의 중심축 방향에 평행한 방향으로 힘을 전달받게 되는데, 접촉점(C1)에서의 접촉각도(
Figure pat00006
)는 물체(100)의 재질과 피조립체(200)의 재질에 따른 정지마찰계수(
Figure pat00007
)에 의해 결정될 수 있다.
좀 더 자세히 말하자면, 도 10의 (a)에서와 같이, 로봇(미도시)으로부터 전달되는 힘(F)은 조립홀(200h)의 중심축 방향에 평행한 방향으로 작용될 수 있다. 상기 힘(F)은 도 10의 (b)에서와 같이 접선방향에 수직한 힘(
Figure pat00008
)과 접선방향에 수평한 힘(
Figure pat00009
)으로 분리될 수 있다. 그리고, 접선방향에 수평한 힘(
Figure pat00010
)의 반대 방향으로 마찰력(
Figure pat00011
Figure pat00012
)이 작용될 수 있다.
정리하면, 접선방향에 수평한 힘(
Figure pat00013
)이 마찰력(
Figure pat00014
Figure pat00015
)보다 클 경우, 물체(100)의 하단부가 조립홀(200h)로 삽입될 수 있다. 이는 다음과 같은 수학식1로 도출될 수 있다.
Figure pat00016
이때,
Figure pat00017
는 접촉점에서의 접촉각도,
Figure pat00018
는 물체의 재질과 피조립체의 재질에 따른 정지마찰계수일 수 있다.
여기서, 물체(100)의 재질과 피조립체(200)의 재질에 따른 정지마찰계수(
Figure pat00019
)는 다음과 같은 표1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00020
수학식1을 정리하면 접촉점(C1)에서의 접촉각도(
Figure pat00021
)가 도출될 수 있다.
따라서, 접촉점(C1)에서의 접촉각도(
Figure pat00022
)는 다음과 같은 수학식2로 도출될 수 있다.
Figure pat00023
이고, 이때,
Figure pat00024
는 접촉점에서의 접촉각도,
Figure pat00025
는 물체의 재질과 피조립체의 재질에 따른 정지마찰계수일 수 있다.
정리하면, 접촉점(C1)에서의 접촉각도(
Figure pat00026
)가 tan-1(
Figure pat00027
)보다 큰 경우, 물체(100)의 하단부가 조립홀(200h)로 삽입될 수 있다. 그리고, 접촉점(C1)에서의 접촉각도(
Figure pat00028
)가 클수록, 물체(100)의 하단부가 조립홀(200h)로 원활하게 삽입될 수 있다.
그리고, 물체(100)가 기울어지는 기울임 각도(G)는 접촉각도(
Figure pat00029
) 이상으로 마련될 수 있다.
물체를 세우는 단계(S600)는 물체(100)를 세울 수 있다. 이 때, 물체(100)는 조립홀(200h)과 중심축이 일치되도록 세워질 수 있다.
좀 더 자세히 말하자면, 두 개의 접촉점(C1, C2)에서의 수평방향 합력이 0이 되는 지점에서 물체(100)가 세워지면, 물체(100)의 중심축과 조립홀(200h)의 중심축이 일치될 수 있다.
조립홀에 물체를 삽입하는 단계(S700)는 조립홀(200h)에 물체(100)를 삽입할 수 있다. 그리고, 조립홀에 물체를 삽입하는 단계(S700)에서 물체(100)를 흔들며 조립홀(200h)에 삽입함으로써, 물체(100)가 조립홀(200h)에 용이하게 삽입될 수 있다.
조립홀에 물체를 삽입하는 단계(S700)를 끝으로 로봇을 활용한 물체 조립 방법이 종료될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 활용한 물체 조립 방법은 물체(100)를 기울여 물체(100)의 일부분을 피조립체(200)의 조립홀(200h)에 삽입한 후 물체(100)를 세우고, 물체(100)를 조립홀(200h)에 삽입함으로써, 물체(100)를 피조립체(200)의 조립홀(200h)에 빠르게 삽입할 수 있을 뿐만 아니라, 물체 조립 작업에 소요되는 시간의 편차를 줄여 작업 공정 시간의 예측이 가능하므로, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100 : 물체
200 : 피조립체 200h : 조립홀
C1 : 접촉점 C2 : 접촉점

Claims (13)

  1. 물체를 잡고 있는 로봇을 이용하여 피조립체에 형성된 조립홀에 상기 물체를 조립하는 방법으로써,
    상기 물체를 상기 조립홀의 상부로 이동시키는 단계;
    상기 물체를 상기 조립홀의 중심축과 상기 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계;
    상기 물체를 기울이는 단계;
    상기 물체를 상기 피조립체 측으로 이동시켜서 상기 물체와 상기 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계;
    상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 기설정된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩 시켜 상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계;
    상기 물체를 세우는 단계; 및
    상기 조립홀에 상기 물체를 삽입하는 단계를 포함하는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 물체를 상기 조립홀의 상부로 이동시키는 단계에서, 상기 조립홀의 중심축을 기준으로 하나의 방향을 설정하고 상기 설정된 방향 측으로 상기 물체를 배치시키는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 물체를 상기 조립홀의 중심축과 상기 물체의 중심축이 평행하도록 배치시키는 단계에서, 상기 물체의 하단면과 상기 조립홀이 평행하도록 배치시키는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 물체를 기울이는 단계에서, 상기 물체를 상기 설정된 방향의 반대 방향으로 기울이는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 물체와 상기 피조립체의 사이에 적어도 하나 이상의 접촉점을 생성시키는 단계는,
    상기 물체와 상기 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계;
    상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점을 생성시키는 단계; 및
    상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점을 생성시키는 단계 중 어느 한 단계를 포함하는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계는, 상기 물체와 상기 피조립체의 상부면 사이에서 한 개의 접촉점이 생성되는 경우,
    상기 물체를 상기 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점이 생성되도록 상기 물체를 이동시키는 단계;
    상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 상기 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 및
    상기 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계를 포함하는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계는, 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 한 개의 접촉점이 생성되는 경우,
    상기 물체를 하부방향으로 밀면서 상기 물체를 상기 기설정된 방향의 반대방향으로 밀어서 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되도록 상기 물체를 이동시키는 단계; 및
    상기 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계를 포함하는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계는, 상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 두 개의 접촉점이 생성되는 경우,
    상기 두 개의 접촉점에서의 수평방향 합력이 0이 되도록 상기 물체를 이동시키는 단계를 포함하는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  9. 제6 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 생성되는 접촉점에서의 접촉각도는 상기 물체의 재질과 상기 피조립체의 재질에 따른 정지마찰계수에 의해 결정되는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 물체와 상기 조립홀의 가장자리에서 생성되는 접촉점에서의 접촉각도는
    Figure pat00030

    이고, 이때,
    Figure pat00031
    는 상기 접촉각도,
    Figure pat00032
    는 상기 물체의 재질과 상기 피조립체의 재질에 따른 정지마찰계수인 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 물체가 기울어지는 기울임 각도는 상기 접촉각도 이상인 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 물체를 세우는 단계에서, 상기 물체는 상기 조립홀과 중심축이 일치되도록 세워지는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 조립홀에 상기 물체를 삽입하는 단계에서는 상기 물체를 흔들며 상기 조립홀에 삽입시키는 로봇을 활용한 물체 조립 방법.
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