KR20230027436A - 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템 - Google Patents

Abstract

모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템을 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 모듈부품을 체결대상에 체결 체결자동화를 위한 로봇시스템에 있어서, 제1 매니퓰레이터, 모듈부품을 체결대상에 체결하기 위해 제1 매니퓰레이터의 일단에 결합되는 체결툴 및 체결툴이 향하는 방향을 촬영하도록 배치된 제1 카메라를 포함하는 체결로봇; 제2 매니퓰레이터 및 모듈부품을 파지하기 위해 제2 매니퓰레이터의 일단에 결합되는 그리퍼를 포함하는 로딩로봇; 및 체결로봇 및 로딩로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치를 포함하는 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템을 제공한다.

Description

모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템{Robot System for Automated Assembly of Module Part}

본 개시는 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

스마트팩토리(smart factory)분야가 산업에 전반적으로 적용되고 있다. 스마트팩토리에서는 제품의 각 부품을 조립할 때에도 로봇에 의해 자동화되어 조립된다. 제품을 조립하는 로봇은 일반적으로 로딩로봇(loading robot), 체결로봇(assembly robot) 및 부품공급로봇(part providing robot)으로 구성되어 있다. 여기서 로딩로봇은 모듈부품을 파지하여 체결대상의 체결되는 위치에 이동 및 정렬시키는 역할을 수행한다. 체결로봇은 로딩로봇이 정렬시킨 모듈부품을 체결대상에 체결시키는 역할을 수행한다. 부품공급로봇은 로딩로봇이 파지할 부품을 외부로부터 공급하는 역할을 수행한다.

종래의 체결자동화 로봇의 경우 사람이 가조립해 놓은 볼트를 단순히 로봇이 완체결하는 방식을 가지고 있어, 사람의 관여가 없는 완전한 체결자동화에 대한 개발이 계속되고 있다.

일 실시예에 따른 모듈부품 체결자동화를 위한 체결시스템은, 모듈부품을 파지하여 체결되는 위치에 이동 및 정렬시키고, 모듈부품을 체결대상에 체결시키는 일련의 과정을 자동화할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시예에 의하면, 모듈부품을 체결대상에 체결 체결자동화를 위한 로봇시스템에 있어서, 제1 매니퓰레이터, 모듈부품을 체결대상에 체결하기 위해 제1 매니퓰레이터의 일단에 결합되는 체결툴 및 체결툴이 향하는 방향을 촬영하도록 배치된 제1 카메라를 포함하는 체결로봇; 제2 매니퓰레이터 및 모듈부품을 파지하기 위해 제2 매니퓰레이터의 일단에 결합되는 그리퍼를 포함하는 로딩로봇; 및 체결로봇 및 로딩로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치를 포함하는 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템을 제공한다.

일 실시예에 의하면, 모듈부품 체결자동화를 위한 체결시스템은 모듈부품을 체결하기 위한 인력을 최소화하여 비용을 절감하는 효과가 있고, 사람의 수동작업을 배제한 체결자동화 시스템을 구성하여 생산성을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 지그의 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 로딩로봇 단부에 연결되는 그리퍼의 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A를 기준으로 자른 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B를 기준으로 자른 단면도이다.
도 7은 그리퍼가 원형의 모듈부품을 파지한 상태를 도시한 측면도이다.
도 8 및 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 협동로봇을 이용하는 부품 체결방법의 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 체결툴의 측면도이다.
도 11은 도 10의 텔레스코퍼의 단면도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 체결툴이 볼트에 면착되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 소켓체인저의 사시도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 소켓체인저의 정면도이다.
도 15a 내지 도 15d는 체결툴에 장착된 소켓이 소켓체인저에 의해 교체되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 소켓체인저를 이용한 소켓 교체방법의 흐름도이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 체인저의 사시도이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 탈부착 장치의 측면도이다.
도 19a 내지 도 19d는 배터리 탈부착 장치를 이용하여 체결툴 단부에 장착된 배터리를 이탈하는 과정을 도시한 도면이다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 탈부착 장치의 제어방법 중 체결툴 단부에 장착된 배터리를 이탈하여 충전기에 장착시키는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 21a 내지 도 21c는 배터리 탈부착 장치를 이용하여 체결툴 단부에 배터리를 장착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 탈부착 장치의 제어방법 중 충전기에 장착된 배터리를 이탈하여 체결툴의 단부에 장착시키는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 중량보상로봇의 사시도이다.
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 중량보상로봇의 측면도이다.
도 25는 도 24의 중량보상로봇이 중량보상모듈을 그리퍼에 연결하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 도 25의 중량보상모듈을 그리퍼에 연결시킨 후 로딩로봇이 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 개시의 제2 실시예에 따른 중량보상로봇의 사시도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템의 사시도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템의 블록도이다. 여기서, 협동로봇(collaborative robot)은 로딩로봇(loading robot, 14) 및 체결로봇(assembly robot, 15)을 포함한다.

협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템(10)은 베이스(base, 11), 부품공급로봇(part providing robot, 12), 지그(jig, 13), 로딩로봇(14), 체결로봇(15), 배터리 체인저(battery changer, 17), 소켓 체인저(socket changer, 19), 그리퍼 거치부(50), 체결툴 거치부(40) 및 제어장치(control device, 1)의 전부 또는 일부를 포함한다.

제어장치(1)는 로딩로봇(14), 체결로봇(15), 부품공급로봇(12), 소켓 체인저(19) 및 배터리 체인저(17)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 제어장치(1)는 로딩로봇(14)의 동작을 제어하는 로딩로봇제어부, 체결로봇(15)의 동작을 제어하는 체결로봇제어부, 및 부품공급로봇(12)의 동작을 제어하는 부품공급로봇제어부를 포함할 수 있다. 각각의 제어부는 서로 인접하여 배치될 수 있지만, 각각 해당되는 로봇과 인접하도록 서로 이격되어 배치될 수 있다. 한편 각 제어부의 제어는 하나의 제어장치(1) 내에서 이루어질 수도 있다.

로딩로봇(14)은 지그(13) 상에 고정적재된 모듈부품(modular component, 132)을 파지하여 모듈부품(132)을 체결대상(21)과 체결되는 체결영역으로 이동 및 정렬시킨다. 체결대상(21)은 컨베이어벨트(conveyor belt, 20) 등의 장치에 의해 이동되어 체결영역 내에 배치된다. 여기서 체결영역은 로딩로봇(14) 및 체결로봇(15)의 이동반경 내에 있는 컨베이어벨트(20) 상의 영역으로서, 로딩로봇(14) 및 체결로봇(15)에 의해 모듈부품(132)을 체결할 수 있는 위치를 의미한다.

로딩로봇(14)은 제2 매니퓰레이터(manipulator, 141), 제2 카메라(camera, 142) 및 그리퍼(gripper, 16)를 포함할 수 있다. 제2 매니퓰레이터(141)의 일단은 그리퍼(16)와 연결되고, 타단은 회전지지부(145)에 고정된다.

제2 매니퓰레이터(141)와 그리퍼(16)는 상호 분리가능하도록 구성된다. 로딩로봇(14)은 모듈부품(132)의 형상에 따라 다른 종류의 그리퍼(16)를 사용할 수 있다.

그리퍼(16)는 교체 가능하다. 그리퍼 거치부(50)에는 제2 매니퓰레이터(141)의 일단에 탈부착 가능한 적어도 하나 이상의 종류의 그리퍼(16)가 거치되어 있다. 파지하고자 하는 모듈부품(132)의 형상에 따라 그에 대응되는 그리퍼(16)를 로딩로봇(14)에 장착시킬 수 있다. 그리퍼 거치부(50)에는 그리퍼(16)의 종류에 따라 정해진 거치위치에 거치된다. 제어장치(1)에는 그리퍼(16)의 종류에 따라 각각의 정해진 거치위치에 관한 정보가 저장될 수 있다.

제2 카메라(142)는 그리퍼(16) 측 방향의 영상을 촬영하도록 배치된다. 제2 카메라(142)는 로딩로봇(14)에게 비전(vision)을 제공하여 로딩로봇(14)이 지그(13) 상에 적재된 모듈부품(132)을 파지(grip)할 때 정밀하게 파지할 수 있도록 한다. 예를 들어, 로딩로봇(14)은, 제2 카메라(142)에서 획득된 비전 정보에 기초하여, 모듈부품(132)을 체결대상(21)에 정렬시킬 수도 있다. 다시 말하면, 서로 다른 2개의 과정, 예를 들면, 파지과정(S320, 도 9 참조) 및 정렬과정(S340, 도 9 참조)에서, 로딩로봇(14)의 제어는, 로딩로봇(14)에 배치된 동일한 제2 카메라(142)를 이용하여 획득한 비전 정보에 기초하여 수행될 수 있다.

한편, 로딩로봇(14)에는 제2 카메라(142)가 생략될 수 있다. 이 경우, 로딩로봇(14)은 비전기반 제어가 아닌 위치기반 제어를 이용하여 지그(13) 상의 모듈부품(132)을 파지할 수 있다. 제2 카메라(142)를 생략한 경우 제어방법에 대해서는 후술한다.

로딩로봇(14)의 하부에는 승강 및/또는 회전가능한 로딩로봇 지지대(60)가 배치될 수 있다. 로딩로봇(14)의 하부에 로딩로봇 지지대(60)가 배치됨으로써, 로딩로봇(14)의 작업반경이 확장될 수 있다.

체결로봇(15)은 체결대상(21)과 모듈부품(132)을 체결시킨다. 체결로봇(15)은 제1 매니퓰레이터(151), 제1 카메라(153) 및 체결툴(152)을 포함할 수 있다. 제1 매니퓰레이터(151)의 일단은 체결툴(152)과 연결된다.

체결로봇(15)은 제1 카메라(153)가 제공하는 비전을 이용하여 체결영역 내에서 체결툴(152)을 정렬시킬 수 있다. 제1 카메라(153)는 체결툴(152)이 향하는 방향을 촬영하도록 배치될 수 있다. 체결로봇(15)은 제1 매니퓰레이터(151)를 구동하여 체결툴(152)을 체결영역으로 이동시켜 체결대상(21)과 모듈부품(132)을 체결시킬 수 있다.

체결툴(152)은 교체 가능하다. 체결툴 거치부(40)에는 교체 가능한 여러 종류의 체결툴(152)이 배치되어 있다. 제어장치(1)는 상황에 따라 필요한 모양의 체결툴(152)을 체결로봇(15)에 장착시킬 수 있다. 체결툴 거치부(40)에는 체결툴(152)의 종류에 따라 정해진 위치에 배치된다. 제어장치(1)에는 체결툴(152)의 종류에 따라 정해진 고유의 위치에 관한 정보가 저장될 수 있다.

체결로봇(15)의 하부에는 승강 및/또는 회전가능한 체결로봇 지지대(70)가 배치될 수 있다. 체결로봇(15)의 하부에 체결로봇 지지대(70)가 배치됨으로써, 체결로봇(15)의 작업반경이 확장될 수 있다.

로딩로봇(14)은 로딩로봇제어부에 의해 제어된다. 로딩로봇제어부는 체결대상(21)에 모듈부품(132)을 체결시키기 위해, 위치기반 제어를 이용해 지그(13) 상에 적재된 모듈부품(132)을 파지하여 모듈부품(132)을 체결영역으로 이동시키는 과정에 대한 제어를 수행한다. 로딩로봇(14)은 카메라를 이용하지 않고 위치기반 제어를 수행함으로써 보다 신속하게 지그(13) 상의 모듈부품(132)을 체결영역으로 이동시킬 수 있다.

로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 체결영역으로 이동시킬 때, 로딩로봇제어부는 체결로봇(15)에 배치된 제1 카메라(153)를 이용하여 제어를 수행할 수 있다. 체결대상(21)에 모듈부품(132)을 체결시키기 위해서는 모듈부품(132)을 정확한 위치에 정확한 방향으로 정렬시켜야 하는데, 정밀성을 위해 체결로봇(15)의 제1 카메라(153)를 이용하여 모듈부품(132)을 정렬시킨다. 이때 체결로봇(15)은 제1 카메라(153)가 체결대상측 비전을 제공할 수 있도록 구동된다.

로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 체결영역으로 이동시킨 후, 체결로봇제어부는 체결로봇(15)에 배치된 제1 카메라(153)를 이용하여 모듈부품(132)을 체결대상(21)에 체결시키는 제어를 수행한다.

로딩로봇(14)은 로딩로봇제어부에 의해 구동되기 이전에는 부품공급로봇(12)의 동작을 물리적으로 간섭하지 않도록 부품공급로봇(12)의 구동반경에서 떨어진 제1 중간영역에 위치한다. 여기서 제1 중간영역은 로딩로봇(14)의 구동범위 중 로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 파지하는 영역과 체결영역 사이에 존재하는 영역을 의미한다.

로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 체결영역으로 이동시킨 후에는, 체결로봇제어부가 체결로봇(15)에 배치된 제1 카메라(153)를 이용하여 모듈부품(132)을 체결대상(21)에 체결시키는 제어를 수행한다.

부품공급로봇(12)은 외부로부터 모듈부품(132)을 전달받아 지그(13) 상의 정해진 위치로 모듈부품(132)을 위치시킨다. 부품공급로봇(12)은 제3 매니퓰레이터(121), 제3 카메라(122) 및 공급파지부(123)를 포함할 수 있다. 제3 매니퓰레이터(121)의 일단에는 공급파지부(123)가 배치되어 있다. 부품공급로봇(12)은 공급파지부(123)를 이용하여 모듈부품(132)을 공급부(E)에서 파지하여 지그(13) 상 정해진 위치에 위치시킨다. 부품공급로봇(12)이 공급부(E)에 있는 모듈부품(132)을 파지할 때 제3 카메라(122)의 비전을 이용할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 지그의 사시도이다.

모듈부품(132)은 지그(13) 상의 정해진 위치에 위치된다. 도 3에 도시된 바와 같이 체결대상(21)에 체결되는 모듈부품(132)의 종류 및 형상은 다양할 수 있다. 도 3에 도시된 모듈부품(132)의 형상은 예시적인 것으로서 이에 한정되지 않는다.

지그(13)는 제1 모듈부품 내지 제5 모듈부품(132a 내지 132e)이 지정된 위치에 놓여질 수 있도록 각 모듈부품(132)의 형상에 맞게 형성되어 있다. 즉, 지그(13)는 모듈부품(132)의 형상에 따라 서로 다른 정해진 위치에 배치되도록 형성된다. 제1 모듈부품(132a)은 제1 위치(133a)에 배치되고, 제2 모듈부품(132b)은 제2 위치(133b)에 배치되고, 제3 모듈부품(132c)은 제3 위치(133c)에 배치되고, 제4 모듈부품(132d)은 제4 위치(133d)에 배치되며, 그리고 제5 모듈부품(132e)은 제5 위치(133e)에 배치된다. 로딩로봇(14)에 제2 카메라(142)가 생략되고 위치기반 제어가 수행될 경우, 이러한 지그(13)의 특징은 정해진 위치에서 원하는 모듈부품(132)을 원하는 각도로 파지할 수 있게 한다.

로딩로봇(14)은 위치기반 제어를 이용하여 모듈부품(132)을 파지하기 위해, 제1 모듈부품 내지 제5 모듈부품(132a 내지 132e)을 파지해야 하는 위치에 대한 정보는 제어장치(1)에 미리 저장될 수 있다.

지그(13)는 지그(13) 상에 모듈부품(132)이 적재되었는지 여부를 감지하는 근접센서(134)를 포함할 수 있다. 복수의 근접센서(134)가 제1 위치(133a) 내지 제5 위치(133e)에 각각 배치될 수 있다. 제어장치(1)는 근접센서(134)로부터 감지신호를 수신함으로써 지그(13) 상에 정해진 위치에 모듈부품(132)이 적재되었는지 여부를 판단할 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 1의 로딩로봇 단부에 연결되는 그리퍼의 사시도이다. 도 5는 도 4의 A-A를 기준으로 자른 단면도이다. 도 6는 도 4의 B-B를 기준으로 자른 단면도이다. 도 4 내지 도 6에 도시된 그리퍼는 본 개시에서 다양한 형상(예: 원형)의 모듈부품(132b 또는 132c)을 파지하기 위해서 사용되는 그리퍼로서, 이외에 다른 형상을 가진 그리퍼도 제2 매니퓰레이터(141)의 단부에 연결되어 사용할 수 있다. 이하, 모듈부품(132b 또는 132c) 중 그리퍼에 접촉하는 면에 해당하는 단면이 원형인 경우를 예시를 들어 설명하기로 한다.

여기서 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)은 원기둥 형상 또는 구 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되지 않고, 그리퍼(16)가 부품을 파지할 때 그립핑거(162)에 대응되는 부분이 일정 곡률 반경을 가지면 족하다. 도 1에 도시된 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)은 예시적인 것으로서 이에 한정되지 않는다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 그리퍼(16)는 로봇연결부(robot connector, 161), 그립핑거(grip finger, 162), 탄성가압부(elastic pressure part, 163) 및 구동부(driving part, 165)를 포함할 수 있다.

그립핑거(162)는 파지부(1622)를 포함할 수 있다. 그리퍼(16)는 두 개의 그립핑거(162)를 포함하며, 두 개의 그립핑거(162)는 그리퍼(16)의 가운데에 위치하는 X-Z평면을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다.

구체적으로, 그립핑거(162)는 몸체(164)와 접하고 구동부(165)로부터 동력을 전달받는 지지부(1621), 지지부(1621)의 일단으로부터 몸체(164)의 길이방향으로 연장되는 제1 파지홈(1621a)이 형성된 제1 파지부(1622a), 및 지지부(1621)의 타단으로부터 몸체(164)의 길이방향으로 연장되는 제2 파지홈(1621b)이 형성된 제2 파지부(1622b)를 포함할 수 있다. 여기서 몸체(164)의 길이방향은 도 4의 X축 방향을 의미한다. 제1 파지홈(1621a)과 제2 파지홈(1621b)은 같은 반경의 곡률(curvature)을 가질 수 있다.

파지부(1622)에는 파지홈(1621)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 파지홈(1621)의 형상은 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)이 그립핑거(162)에 접하는 부분의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들어, 제1 파지홈(1621a) 및/또는 제2 파지홈(1622a)은 각각 일정 반경의 곡률을 가질 수 있다.

탄성가압부(163)는 두 개의 그립핑거(162) 사이에 몸체(164)의 일단과 인접하게 배치된다. 탄성가압부(163)는 복수의 탄성부재(1632) 및 가압판을 포함할 수 있다. 여기서 탄성부재(1632)는 스프링일 수 있다.

복수의 탄성부재(1632)는 일단이 그리퍼(16)의 몸체(164)와 접하고 타단이 가압판의 일면과 접하도록 배치될 수 있다. 탄성가압부(163)가 그리퍼(16)의 몸체(164) 측으로 가압되는 경우 복수의 탄성부재(1632)는 몸체(164)의 반대방향으로 탄성력을 제공한다.

가압판은 탄성부재(1632)의 일단에 결합되어 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)을 가압하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 가압판은, 특정 형상(예: 아크 형상, 삼각형, 사각형 등)의 가압홈(1631)을 가질 수 있다. 가압홈(1631)의 형상은 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)이 탄성가압부(163)에 접하는 부분의 형상에 대응되는 아크 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 탄성가압부(163)의 가압판에 접하는 부분의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시되는 것처럼, 원형의 모듈부품(132b 및 132c)의 중앙부의 직경이 더 크고, 단부의 직경이 더 작은 경우, 가압홈(1631)의 곡률 반경(radius of curvature)은 파지홈(1621a 및 1621b)의 곡률반경보다 크게 형성될 수 있다.

가압홈(1631)은 그립핑거(162)의 높이방향으로 소정의 간격을 두고 이격 형성되며, 복수의 라인홈(1631a)은 그립핑거(162)의 높이방향에 수직한 방향으로 연장되어 홈을 형성한다. 여기서, 그립핑거(162)의 높이방향은 도 4의 Y축 방향을 의미하고, 그립핑거(162)의 높이방향에 수직한 방향은 도 4에서 Z축 방향을 의미한다. 상술한 라인홈(1631a)에 의하면, 그립핑거(162)의 파지력을 보다 향상시킴으로써, 이송 및/또는 체결 과정에서 모듈 부품이 미끄러짐으로써, 정렬 상태가 어긋나는 문제를 보다 효율적으로 방지할 수 있다.

탄성가압부(163)는 그리퍼(16)가 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)을 파지할 때, 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)의 일부와 접하여 몸체(164) 측 방향으로 가압된다. 이때 탄성가압부(163)의 탄성력에 의해 가압판이 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)을 가압한다. 가압에 의해 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)은 그리퍼(16) 내에서 회전되지 않고 고정될 수 있다.

로봇연결부(161)는 몸체(164)의 타단과 인접하고, 로딩로봇(14)과 연결되도록 일단에 배치된다. 로딩로봇(14)의 제2 매니퓰레이터(141)의 일단도 로봇연결부(161)와 연결 가능하도록 구성되어 있다.

구동부(165)는 두 개의 그립핑거(162)를 이동시키도록 몸체(164) 내에 배치된다. 구동부(165)는 두 개의 그립핑거(162)를 몸체(164)의 외측 방향으로 서로 멀어지거나 가까워지도록 할 수 있다. 예컨대, 도 5와 같이 두 개의 그립핑거는 Z축 방향으로 서로 멀어지거나 가까워지도록 움직일 수 있다.

그리퍼(16)가 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)을 파지하기 전에, 로딩로봇제어부는 구동부(165)를 제어하여 두 개의 그립핑거(162) 사이의 거리가 멀어지도록 제어한다. 그리퍼(16)가 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)을 파지할 때에는 로딩로봇제어부가 구동부(165)를 제어하여 두 개의 그립핑거(162) 사이의 거리가 가까워지도록 제어한다. 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)이 두 개의 그리퍼(16)의 파지홈(1621)에 안착되어 고정되면, 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)이 탄성가압부(163)를 가압함으로써 원형의 회전 또한 고정된다.

도 7은 그리퍼가 원형의 모듈부품을 파지한 상태를 도시한 측면도이다.

그리퍼(16)가 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)를 파지할 때, 원형의 모듈부품(132b 또는 132c)의 중력방향(G)과 일정 각도(A)를 이루는 대각선 방향으로 파지할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 도 7에 도시된 것처럼, 로딩로봇(14)에 간섭을 받지 않고, 체결로봇(15)이 체결 작업을 수행할 수 있는 공간을 충분히 확보함으로써, 체결 작업을 원활하게 수행할 수 있다. 따라서, 주변 구조물의 간섭을 회피하기 위하여, 체결로봇(15)의 체결툴을 특정한 형상으로 제작하지 않고도, 다양한 형상의 체결툴을 사용하여 체결 작업을 수행할 수 있다.

협동로봇 중 로딩로봇(14)은 전술한 도 4 내지 도 6에 따른 그리퍼를 장착하여 원형의 모듈부품(132b 및 132c)를 파지한 후 체결영역으로 이동하여 고정시킬 수 있다. 협동로봇 중 체결로봇(15)은 로딩로봇(14)이 고정시킨 원형의 모듈부품(132b 및 132c)을 체결시킬 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 협동로봇을 이용하는 부품 체결방법의 흐름도이다.

도 8에 도시된 흐름도는 모듈부품(132)을 외부로부터 파지하여 체결대상(21)에 체결하기까지의 여러 제어과정 중 하나를 나타낸 흐름도이다.

제어장치(1)의 제어 하에 부품공급로봇(12)은 모듈부품(132)을 지그(13) 상의 정해진 위치에 적재한다(S81). 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 부품공급로봇(12)은 제1 모듈부품(132a)을 제1 위치(133a)에 적재한다.

제어장치(1)는 모듈부품(132)이 지그(13) 상에 정해진 위치에 적재되었는지 여부를 판단한다(S82). 지그(13) 자체 또는 그 주변에는 모듈부품(132)이 정해진 위치에 적재되었는지 여부를 감지할 수 있는 근접센서(134)가 포함될 수 있다. 제어장치(1)는 근접센서(134)로부터 감지신호를 수신해 모듈부품(132)이 지그(13) 상에 정해진 위치에 적재되었는지 여부를 판단할 수 있다.

모듈부품(132)이 지그(13) 상에 정해진 위치에 적재되었다고 판단한 경우, 제어장치(1)는 로딩로봇(14)에 대해 위치기반 제어를 수행하여 모듈부품(132)을 파지하도록 제어를 수행한다(S83). 여기서 위치기반 제어는 카메라의 비전을 이용하지 않고, 각 모듈부품(132)마다 파지해야 하는 위치를 미리 저장하여, 저장된 위치정보를 기초로 모듈부품(132)을 파지하는 제어를 의미한다. 한편, 이는 하나의 예시에 불과하며, 로딩로봇(14)은 제2 카메라(142)의 비전에 기초하여 모듈부품(132)을 파지 및 이송시킬 수도 있다.

로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 파지한 후, 제어장치(1)의 제어 하에 로딩로봇(14)은 체결로봇(15)에 배치된 제1 카메라(153)를 이용하여 모듈부품(132)이 체결영역에서 정렬되도록 로딩로봇(14)을 동작한다(S84). 제어장치(1)는 체결로봇(15)의 움직임을 제어하여 체결로봇(15)에 장착된 제1 카메라(153)가 체결영역측 비전을 제공하도록 제어한다. 예를 들어, 제1 카메라(153)는, (i) 입체 영상 촬영이 가능한 3D 비전 카메라이거나, (ii) 2D 영상에 추가적으로 깊이 인식 기능을 갖춘 2.5D 비전 카메라일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제1 카메라(153)의 시선(line of sight)을 조정하기 위하여, 체결로봇(15)을 움직일 필요 없이, 로딩 작업 및/또는 체결 작업에 요구되는 충분한 정보를 획득하는 것이 가능하다.

모듈부품(132)이 체결영역에서 정렬된 후에는, 제어장치(1)는 제1 카메라(153)의 비전을 이용하여 모듈부품(132)이 체결대상(21)에 체결되도록 체결로봇을 제어한다(S85). 이와 같은 동작에 의하면, 전체 카메라 수를 줄임으로써 제조 비용 및 유지보수에 필요한 노력을 낮출 수 있다.

도 9는 협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템이 작동하는 과정에 있어서 각 구성의 제어과정을 나누어 도시한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 제어장치(1)는 부품공급로봇(12)에 대해 S110 내지 S120, 지그(13)에 대해 S210 및 S230 내지 S250, 로딩로봇(14)에 대해 S310 내지 S340, 그리고 체결로봇(15)에 대해 S410 내지 S430의 제어과정을 반복하여 수행할 수 있다. 이하, 제어장치(1)를 부품공급로봇제어부, 로딩로봇제어부 및 체결로봇제어부로 나누어 설명한다.

부품공급로봇제어부는 부품공급로봇(12)이 외부에서 모듈부품(132)을 파지하도록 제어한다(S110). 부품공급로봇(12)이 외부에서 모듈부품(132)을 파지한 후에는 부품공급로봇제어부가 그 모듈부품(132)을 지그(13)로 이송하도록 제어한다(S120).

지그(13)로 이송된 모듈부품(132)을 부품공급로봇제어부가 지그(13) 상에 정해진 위치에 안착시키도록 부품공급로봇(12)을 제어한다(S210). 그 후 근접센서(134)는 이용하여 모듈부품(132)이 감지되었는지 여부를 판단한다(S230). 근접센서(134)가 모듈부품(132)을 감지하지 못한 경우 모듈부품(132) 안착 불량 에러(misplacement error)를 알람한다(S250). 근접센서(134)가 모듈부품(132)을 감지한 경우, 근접센서(134)의 감지신호를 로딩로봇제어부로 전송한다(S240).

모듈부품(132)에 대한 감지신호가 수신되기 전, 로딩로봇제어부는 로딩로봇(14)을 제1 중간영역에서 대기시킨다(S310). 여기서 제1 중간영역은 로딩로봇(14)의 구동범위 중 로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 파지하는 영역과 체결영역 사이에 존재하는 영역을 의미한다.

로딩로봇제어부가 모듈부품(132) 감지신호를 수신한 후에는 위치기반 제어를 이용하여 로딩로봇(14)이 지그(13) 상에 적재된 모듈부품(132)을 파지하도록 제어한다(S320). 로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 파지한 후, 로딩로봇제어부는 로딩로봇(14)을 제어하여 모듈부품(132)을 체결대상(21)이 있는 체결영역으로 이송시킨다(S330).

모듈부품(132)을 체결영역으로 이동시킬 때, 로딩로봇제어부는 체결로봇제어부에게 체결신호를 송신한다.

체결로봇제어부는 체결신호를 수신하기 전 체결로봇(15)을 대기영역에서 대기시킨다(S410). 여기서 대기영역은 체결로봇(15)이 작동하지 않을 때 로딩로봇(14)의 구동반경을 방해하지 않는 영역을 의미한다.

체결로봇제어부는 체결신호를 수신한 경우 체결로봇(15)을 제2 중간영역으로 이동시켜, 체결로봇(15)에 배치된 제1 카메라(153)의 비전이 체결대상(21)을 지향하도록 체결로봇(15)의 자세를 제어한다(S420). 여기서 체결로봇(15)의 구동범위 내에서 제2 중간영역은 대기영역과 체결영역 사이의 영역을 의미한다.

S420 과정 이후 체결로봇(15)의 제1 카메라의 비전에 기초하여, 로딩로봇제어부는 로딩로봇(14)을 정밀 제어함으로써 체결대상(21)에 모듈부품(132)을 위치시킨다(S440).

모듈부품(132)이 체결대상(21)에 위치되어 로딩로봇(14)의 위치 정렬이 마무리된 상태에서, 체결로봇제어부는 체결로봇(15)이 체결작업을 수행하도록 제어한다(S430).

예를 들어, S340 과정 및 S430 과정을 수행함에 있어서, 로딩로봇(14)이, 모듈부품(132)을 체결대상(21)에 정렬시킨 상태에서, 체결로봇(15)은, 모듈부품(132) 및 체결대상(21)을 연결하는 복수의 체결부위 중 적어도 하나 이상의 체결부위를 체결시킬 수 있다. 예를 들어, 체결로봇(15)이 복수의 체결부위 중 일부만 체결시킨 상태에서(부분 체결 과정), 로딩 로봇(14)은 체결영역으로부터 후퇴하고(후퇴 과정), 체결로봇(15)이 나머지 체결부위를 체결시킬 수 있다(나머지 체결 과정). 이와 같은 구성 및 과정에 의하면, 체결로봇(15)의 체결 작업을 위한 공간을 효율적으로 확보할 수 있다.

예를 들어, 정렬과정(S340) 및/또는 체결과정(S430)이 수행되는 동안, 적재과정(S210)이 수행되게 하고, 정렬과정(S340) 이후에 대기과정(S310)을 생략하고 바로 파지과정(S320)이 수행되도록 함으로써, 대기과정(S310)에서 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 체결툴의 측면도이다.

도 10을 참조하면, 체결툴(152)은 체결로봇 결합부(1524), 너트러너(1522), 텔레스코퍼(155), 배터리(154) 및 소켓(156)의 전부 또는 일부를 포함한다.

체결툴(152)은 체결로봇(15)의 자유단에 결합되며, 체결로봇(15)과 결합되기 위한 체결로봇 결합부(1524)를 포함한다. 체결로봇 결합부(1524)는 체결로봇(15)과 전기적으로 연결되도록 구비된 연결단자 및 체결로봇(15)으로부터 공압(air pressure)을 공급받기 위해 구비된 공압연결부(pneumatic connector)를 포함할 수 있다.

너트러너(1522)는 단부에 출력 샤프트가 구비되어 있다. 출력 샤프트가 회전하면서 출력 샤프트에 직접적 또는 간접적으로 결합된 소켓을 회전시킴으로써 볼트가 체결대상(21)에 삽입될 수 있다. 너트러너(1522)는 전동 또는 압축공기를 이용하여 볼트나 너트를 신속하게 조이거나 푸는 장치이다. 너트러너(1522)의 일단에 배터리(154)가 장착되는 경우, 너트러너(1522)는 무선방식으로 구동될 수 있다. 배터리(154)로부터 공급되는 전원에 의해 너트러너(1522) 내부의 모터를 회전시켜 출력 샤프트를 회전시킬 수 있다. 너트러너(1522)의 일단에 장착된 배터리(154)는 배터리 체인저(17, 도 17 참조)를 이용하여 자동으로 교체될 수 있다. 배터리 체인저(17)에 대한 상세한 설명은 도 17 내지 도 22에서 자세히 설명한다.

너트러너(1522)는 직선형(straight type) 또는 앵글형(angle type)으로 구비될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 도 10에 도시된 체결툴(152)의 너트러너(1522)는 앵글형 너트러너(1522)이며, 직선형의 경우 출력 샤프트의 회전축이 너트러너(1522)의 길이방향과 평행하도록 형성된다.

텔레스코퍼(155)는 일단이 출력 샤프트에 연결되고, 길이가 가변되도록 구성된다. 텔레스코퍼(155)의 타단에는 교체가능한 소켓(156)이 장착될 수 있다. 즉, 텔레스코퍼(155)는 소켓(156)과 너트러너(1522) 사이에 배치될 수 있다.

소켓(156)은 일단에 볼트의 헤드부를 삽입하기 위한 볼트삽입홈(1562a) 및 타단에 텔레스코퍼(155) 또는 출력샤프트에 장착되기 위한 소켓삽입홈(1552b)을 포함한다. 체결툴(152)에는 여러 종류의 소켓(156) 중 하나가 장착될 수 있다. 여러 종류의 소켓(156)은 50 mm, 80 mm, 100 mm, 120 mm 및 200 mm 등의 길이를 가지는 소켓(156)일 수 있다. 따라서, 제어장치(1)는 필요에 따라 적절한 길이의 소켓(156)로 교체하여 체결대상(21)에 모듈부품(132)을 체결시킬 수 있다.

볼트삽입홈(1562a)의 직경은 볼트의 종류에 따라 다양한 직경을 가질 수 있다. 예컨대, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 14 mm 및 17 mm 직경의 헤드부를 가지는 볼트를 사용할 경우, 소켓(156)의 볼트삽입홈(1562a)의 크기는 볼트의 헤드부의 크기에 대응되도록 여러 종류가 구비될 수 있다.

도 11은 도 10의 텔레스코퍼의 단면도이다.

도 11을 참조하면, 텔레스코퍼(155)는 제1 연결부재(1552), 탄성부재(1553) 및 제2 연결부재(1551)를 포함한다.

제1 연결부재(1552)는 일단이 개구되며, 내부에 제1 연결부재(1552)의 적어도 일부를 관통하는 중공부를 가지고 타단에 소켓(156)과 연결되는 소켓삽입부(1552a)를 포함한다. 소켓삽입부(1552a)는 다각기둥의 형상을 가진다. 소켓삽입부(1552a)는 소켓(156)의 소켓삽입홈(1552b)에 삽입되는데, 소켓삽입홈(1552b)의 형상은 소켓삽입부(1552a)의 형상에 대응된다. 예컨대, 소켓삽입부(1552a)가 사각기둥의 형상을 가지는 경우, 소켓삽입홈(1552b)은 소켓(156)의 적어도 일부가 사각기둥의 형상으로 형성될 수 있다.

제2 연결부재(1551)는 적어도 일부가 제1 연결부재(1552)의 중공부 내에 배치되고, 너트러너(1522)의 출력 샤프트에 연결되도록 배치된다.

탄성부재(1553)는 적어도 일부가 제1 연결부재(1552)의 중공부에 배치된다. 탄성부재(1553)의 일단은 제1 연결부재(1552)와 접하고 타단은 제2 연결부재(1551)와 접하도록 배치된다.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 체결툴이 볼트에 면착되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 12의 (a)를 참조하면, 제어장치(1)는 소켓(156)의 볼트삽입홈(1562a)이 체결하고자 하는 볼트(30)의 헤드부(31)에 삽입되도록 체결로봇(15) 및 체결툴(152)의 동작을 제어한다. 소켓(156)의 단면(1562b)이 볼트(30)의 날개부(32)에 면착되지 않은 채로 너트러너(1522)를 구동할 경우, 볼트(30)의 헤드부(31)가 파손되거나 모듈부품(132)과 체결대상(21) 간의 체결 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 볼트삽입홈(1562a)이 볼트(30)의 헤드부(31)에 삽입된 후 도 12의 (b)의 과정을 더 진행하여, 볼트(30)의 날개부(32)와 소켓(156)의 단면(1562b)이 면착되도록 체결툴(152)을 볼트(30) 측 방향으로 가압한다. 이때, 텔레스코퍼(155)가 볼트(30)의 날개부(32)와 소켓(156)의 단면(1562b)을 면착 상태를 개선시킬 수 있다.

텔레스코퍼(155)는 제어장치(1)가 체결툴(152)을 볼트(30) 측 방향으로 가압할 때 압축되며, 내부의 탄성부재(1553) 또한 함께 압축되어서 볼트(30) 측으로 팽창력을 제공할 수 있다. 따라서 탄성부재(1553)의 팽창력에 의해 소켓(156)이 볼트(30)의 날개부(32)와 효과적으로 밀착될 수 있다.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 소켓체인저의 사시도이다. 도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 소켓체인저의 정면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 소켓체인저(19)는 소켓체인저 프레임(191), 소켓 탈부착유닛(192), 유동방지유닛(193), 가이드레일(194), 제1 구동실린더(195) 및 제2 구동실린더(196)의 전부 또는 일부를 포함한다.

소켓체인저 프레임(191)은 하면(lower face), 하면의 양끝단으로부터 수직하게 상측으로 연장되는 두 개의 측면(side face), 및 두개의 측면을 수평하게 연결하는 상면(upper face)을 갖는다. 소켓체인저 프레임(191)은 상면에 복수의 제1 걸림홈(1911)을 포함한다. 제1 걸림홈(1911)은 체결로봇(15)이 체결툴(152)의 소켓을 장착 또는 이탈할 때 체결툴(152)의 움직임을 고정하기 위한 홈이다. 체결툴(152)의 텔레스코퍼(155)의 일부 또는 너트러너(1522)의 일부가 제1 걸림홈(1911)에 걸려 움직임이 고정될 수 있다.

복수의 제1 걸림홈(1911)은 소정의 간격 이격되어 형성될 수 있으며, 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 제1 걸림홈(1911)의 형상은 반원 형상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

소켓 탈부착유닛(192)은 소켓체인저 프레임(191)의 양 측면 사이에 배치된다. 소켓 탈부착유닛(192)은 소켓 탈부착유닛(192) 내에서 상하방향으로 승강하도록 구비된다. 소켓 탈부착유닛(192)과 소켓체인저 프레임(191)의 양 측면 사이에는 가이드레일(194)이 배치된다. 가이드레일(194)은 소켓체인저 프레임(191)이 승강하는 경로를 가이드하도록 소켓체인저 프레임(191)의 양 측면의 내벽에 배치된다.

소켓 탈부착유닛(192)은 복수의 제2 걸림홈(1921)을 포함하고 있다. 소켓(156)에는 제2 걸림홈(1921)의 형상에 대응되는 걸림부(1561)를 포함할 수 있다. 체결툴(152)이 소켓(156)을 이탈하기 위해 텔레스코퍼(155) 또는 너트러너(1522)가 제1 걸림홈(1911)에 걸릴 때, 소켓(156)의 걸림부(1561)는 제2 걸림홈(1921)에 걸린다.

제2 걸림홈(1921)의 개수는 제1 걸림홈(1911)의 개수와 대응되도록 형성될 수 있다. 제1 걸림홈(1911)과 제2 걸림홈(1921)은 도 14에 도시된 바와 같이 상하방향으로 일렬로 배치될 수 있다. 제2 걸림홈(1921)의 형상은 반원 형상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

제1 구동실린더(195)는 소켓 탈부착유닛(192)을 상하방향으로 구동하도록 구비된다. 제1 구동실린더(195)는 소켓 탈부착유닛(192)을 제1 위치와 제1 위치보다 낮은 제2 위치 사이를 상하로 이동하도록 구비된다.

제1 구동실린더(195)에는 모터가 구비되어 있다. 제1 구동실린더(195)는 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환함으로써 소켓 탈부착유닛(192)을 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 제1 구동실린더(195)는 소켓 탈부착유닛(192)의 하면 중 일부와 접하고, 소켓체인저 프레임(191) 하면의 적어도 일부를 관통하도록 배치될 수 있다.

체결툴(152)이 소켓(156)을 이탈하기 위해 제1 걸림홈(1911) 및 제2 걸림홈(1921)에 접하여 위치한 후, 소켓 탈부착유닛(192)을 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킴으로써 소켓(156)을 체결툴(152)로부터 이탈시킬 수 있다. 이와 다르게, 체결툴(152)이 소켓(156)을 장착하기 위해 제1 걸림홈(1911)에 접하여 위치한 후, 소켓 탈부착유닛(192)을 제2 위치에서 제1 위치로 이동시킴으로써 소켓(156)을 체결툴(152)에 장착시킬 수 있다.

유동방지유닛(193)은 체결툴(152)이 내부에 탄성부재(1553)를 포함하여 길이가 가변되도록 구성된 텔레스코퍼(155)를 더 포함하는 경우(도 11 및 도 12 참조), 소켓(156) 탈부착시 텔레스코퍼(155)가 유동되는 것을 방지하기 위해 구비된다. 유동방지유닛(193)은 소켓체인저 프레임(191)의 상면과 소켓 탈부착유닛(192) 사이에 배치되며, 복수의 제3 걸림홈(1931)을 포함한다.

복수의 제3 걸림홈(1931)은 텔레스코퍼(155)의 상부 중 일부가 이에 걸리도록 형성된다. 구체적으로, 체결툴(152)에 소켓(156)을 탈부착 하기 위해, 체결툴(152)은 텔레스코퍼(155)의 제2 연결부재(1551)를 제3 걸림홈(1931)과 접하도록 이동된다. 따라서, 유동방지유닛(193)이 하강되면서, 제1 연결부재(1552)를 눌러 탄성부재(1553)에 의한 유동을 방지시킬 수 있다.

복수의 제3 걸림홈(1931)은 서로 소정의 간격 이격되어 배치된다. 제3 걸림홈(1931)은 반원 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 제1 걸림홈(1911), 제2 걸림홈(1921) 및 제3 걸림홈(1931)은 상하방향으로 일렬로 배치된다.

제2 구동실린더(196)는 유동방지유닛(193)을 상하방향으로 구동하도록 구비된다. 제2 구동실린더(196)에는 모터가 구비되어 있는데, 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환함으로써 유동방지유닛(193)을 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 제1 구동실린더(195)는 유동방지유닛(193)의 상면 중 일부와 접하고, 소켓체인저 프레임(191)의 상면 중 일부를 관통하도록 배치될 수 있다.

도 15a 내지 도 15d는 체결툴에 장착된 소켓이 소켓체인저에 의해 교체되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 15a 내지 도 15d에서는, 텔레스코퍼(155)를 구비한 체결툴(152)의 소켓을 탈부착하는 방법을 기준으로 설명한다.

도 15a는 체결툴(152)에 장착된 소켓(156)을 이탈시키기 위해 체결툴(152)을 소켓체인저(19)의 소켓 탈부착유닛(192)에 걸리도록 이동시키는 과정이 도시되어 있다.

도 15a를 참조하면, 제어장치(1)는 체결로봇(15) 및 체결툴(152)을 제어하여, 체결툴(152)에 장착된 소켓(156)의 걸림부(1561)가 제2 걸림홈(1921)에 접하도록 이동시킨다. 소켓(156)은 다양한 종류가 있는데, 각 종류마다 고유의 위치가 정해질 수 있다. 제어장치(1)에는 소켓(156)의 종류 별로 지정된 위치 데이터가 저장되어 있어, 저장된 데이터를 기반으로 복수의 제2 걸림홈(1921) 중 어느 제2 걸림홈(1921)으로 이동시켜야 하는지 판단할 수 있다.

전술한 바와 같이 제1 걸림홈(1911), 제2 걸림홈(1921) 및 제3 걸림홈(1931)은 상하방향으로 일렬로 배치되어 있으므로, 체결툴(152)에 장착된 소켓(156)의 걸림부(1561)가 제2 걸림홈(1921)에 걸린 경우, 너트러너(1522) 또는 텔레스코퍼(155)도 함께 제1 걸림홈(1911)에 걸리고, 텔레스코퍼(155)의 상부 중 일부도 제3 걸림홈(1931)에 걸린다. 따라서 출력 샤프트와 소켓(156)이 수직 방향으로 일렬로 고정된다.

도 15b는 텔레스코퍼(155)의 유동을 방지하기 위해 유동방지유닛(193)을 하강시키는 과정이 도시되어 있다.

도 15b를 참조하면, 제어장치(1)는 제2 구동실린더(196)를 제어하여 유동방지유닛(193)을 하강시킨다. 유동방지유닛(193)을 하강시킬 경우 텔레스코퍼(155)의 제1 연결부재(1552)를 아래로 누른다. 따라서, 소켓(156)을 장착 또는 이탈하는 도중에 제1 연결부재(1552)의 내부에 배치된 탄성부재(1553)의 유동이 발생하여도, 제1 연결부재(1552)는 아래방향으로 눌린 상태에서 고정되어 있다. 따라서, 소켓(156)이 걸려있는 소켓 탈부착유닛(192)을 이동시킬 때 탄성부재(1553)에 대한 영향 없이 안정적으로 소켓(156)을 체결툴(152)에 장착 또는 이탈시킬 수 있다.

도 15c는 체결툴(152)로부터 소켓(156)을 분리하기 위해 소켓 탈부착유닛(192)을 하강시키는 과정이 도시되어 있다.

도 15c를 참조하면, 제어장치(1)는 제1 구동실린더(195)를 제어하여 소켓 탈부착유닛(192)을 하강시킨다. 너트러너(1522) 및 텔레스코퍼(155)는 제1 걸림홈(1911) 및 제3 걸림홈(1931)에 의해 고정된 상태에서, 제2 걸림홈(1921)에 걸려있는 소켓(156)을 하강시킴으로써 체결툴(152)과 소켓(156)이 분리된다. 소켓(156)이 체결툴(152)로부터 분리된 이후에는, 제어장치(1)는 제2 구동실린더(196)를 제어하여 유동방지유닛(193)을 상승시킨 후, 체결툴(152)을 체결하고자 하는 소켓(156)이 있는 위치로 이동시킨다.

도 15d는 체결툴(152)에 소켓(156)을 장착시키는 과정이 도시되어 있다.

도 15d를 참조하면, 제어장치(1)는 우선 도 15a에서 설명한 바와 같이, 체결하고자 하는 소켓(이하, '체결대상 소켓'이라 한다.)이 위치한 곳에 대응되는 제1 걸림홈(1911) 및 제3 걸림홈(1931)에 체결툴(152)을 고정시킨다. 그 후 제어장치(1)는 도 15b에서 설명한 바와 같이 유동방지유닛(193)을 하강시켜 소켓(156)의 장착시 발생될 수 있는 유동을 방지한다.

유동방지유닛(193)을 하강시킨 후, 소켓 탈부착유닛(192)을 상승시켜 소켓(156)의 소켓삽입홈(1552b)을 텔레스코퍼(155)의 소켓삽입부(1552a)에 삽입시킴으로써 소켓(156)을 체결툴(152)에 장착시킨다. 이때, 소켓삽입홈(1552b)과 소켓삽입부(1552a)는 서로 대응되는 형상의 다각형 단면을 가지고 있는데, 소켓삽입홈(1552b)과 소켓삽입부(1552a)의 결합시 형상을 맞추기 위한 조치가 추가적으로 필요하다. 이러한 조치의 예로서, 제어장치(1)는 소켓 탈부착유닛(192)을 상승시킬 때, 체결툴(152)을 구동하여 소켓삽입부(1552a)를 회전시킨다. 소켓삽입부(1552a)가 소켓삽입홈(1552b)에 삽입되도록 형상이 맞춰진 이후에는 소켓(156)도 함께 회전하면서 결합이 마무리된다.

도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 소켓체인저를 이용한 소켓 교체방법의 흐름도이다. 이하 도 16에서는, 텔레스코퍼(155)를 구비한 체결툴(152)의 소켓을 탈부착하는 방법을 기준으로 설명한다. 이하, 도 15a 내지 도 15d에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.

제어장치(1)는 체결툴(152)을 소켓체인저(19)의 소켓 탈부착유닛(192)에 걸리도록 이동시키는 제어를 수행한다(S160). S160 과정은 도 15a에 대해 설명한 내용에 대응된다.

제어장치(1)는 텔레스코퍼(155) 내의 탄성부재(1553)에 의해 발생되는 유동을 방지시키기 위해 유동방지유닛(193)을 하강시키는 제어를 수행한다(S161). S161 과정은 도 15b에 대해 설명한 내용에 대응된다. S161 과정은, 체결툴(152)이 텔레스코퍼(155)를 포함하지 않는 경우 생략할 수 있는 과정이다.

제어장치(1)는 소켓 탈부착유닛(192)을 제1 위치에서 제1 위치보다 낮은 제2 위치로 이동시켜 소켓(156)을 체결툴(152)로부터 이탈시키는 제어를 수행한다(S162). S162 과정은 도 15c에 대해 설명한 내용에 대응된다.

제어장치(1)는 체결툴(152)을 교체대상 소켓이 위치한 곳으로 이동시키는 제어를 수행한다(S164).

제어장치(1)는 소켓 탈부착유닛(192)을 제2 위치에서 제1 위치로 상승시켜 교체대상 소켓(156)을 체결툴(152)에 장착시키는 제어를 수행한다(S166). S166 과정은 도 15d에 대해 설명한 내용에 대응된다.

도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 체인저의 사시도이다.

배터리 체인저(17)는 체결로봇(15)의 단부에 배치된 체결툴(152)의 배터리(154)를 자동으로 교체하도록 구비된 장치이다. 배터리 체인저(17)는 두 개의 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)로 구성될 수 있다.

배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)는 체결툴(152)의 배터리(154)를 장착 및 이탈하도록 구성된다. 구체적으로, 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)는, 체결툴(152)의 단부(1521)에 배치된 배터리(154)를 이탈하여 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b) 내의 충전기로 이송하거나, 충전기(176)에 결합된 완충된 배터리(154)를 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착한다.

배터리 체인저(17)는 적어도 제1 배터리 탈부착 장치 및 제2 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)를 포함한다. 제어장치(1)는 체결툴(152)에 장착된 배터리(154)의 충전 잔량이 기 설정된 값 이하로 내려갔다고 판단한 경우, 체결로봇(15)의 움직임을 제어하여 배터리(154)를 배터리 탈부착 영역(P)로 이동시킬 수 있다. 배터리(154)가 배터리 탈부착 영역(P)으로 이동된 후, 제어장치(1)는 배터리(154)를 완충된 배터리(154)로 교체하는 과정을 수행할 수 있다.

여기서 배터리 탈부착 영역(P)은 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b) 내에서 체결툴(152)의 단부(1521)에 배터리(154)의 장착 또는 이탈이 이루어지는 위치를 의미한다. 제어장치(1)에는 배터리 탈부착 영역(P)에 관한 좌표 정보가 기 저장되어 있어, 별도의 카메라와 같은 비전 센서 없이 체결툴(152)을 정해진 위치로 이동시킬 수 있다.

제어장치(1)는 배터리(154)를 교체하기 위해, 제1 배터리 탈부착 장치 및 제2 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b) 중 충전기(176)에 배터리(154)가 충전 중이지 않은 곳으로 이동시킨다. 즉, 제어장치(1)는 충전기(176)에 배터리(154)가 결합되지 않은 곳의 배터리 탈부착 영역(P)으로 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)를 이동시킨다. 예컨대, 제어장치(1)가 제1 배터리 탈부착 장치(17a)의 배터리 탈부착 영역(P)으로 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)를 이동시킨 경우, 제1 배터리 탈부착 장치(17a)에서는 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)를 이탈시켜 충전기(176)로 이동시킨다. 그 후 제어장치(1)는 제2 배터리 탈부착 장치(17b)의 배터리 탈부착 영역(P)에 체결툴(152)의 단부(1521)가 위치하도록 이동시킨다. 제2 배터리 탈부착 장치(17b)에서는 제어장치(1)가 충전기(176)와 결합되어 있는 완충된 배터리(154)를 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착시키는 제어를 수행한다.

도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 탈부착 장치의 측면도이다.

도 18을 참조하면, 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)는 탈부착 프레임(attaching/detaching frame, 171), 체결툴 고정부(assembly tool fixing part, 172), 제1 언락로드(unlock rod, 173), 제2 언락로드(174), 배터리 이송부(battery transport unit, 175) 및 충전기(charger, 176)의 전부 또는 일부를 포함한다.

충전기(176)는 탈부착 프레임(171) 내에 배치된다. 충전기(176)는 충전단자(1762)가 상부를 향하도록 배치될 수 있다.

체결툴 고정부(172)는 탈부착 프레임(171)의 상부에, 배터리 탈부착 영역(P)에 인접하여 배치되어 있다. 체결툴 고정부(172)는 체결툴(152)에 장착된 배터리가 장착 또는 이탈될 때, 체결툴(152)의 유동을 고정하기 위한 장치이다.

체결툴 고정부(172)는 체결툴(152)이 배터리 탈부착 영역(P)에 배치된 후 체결툴(152)측 방향으로 전진하도록 구성된다. 체결툴 고정부(172)의 자유단에는 체결툴(152)의 단면 형상에 대응되는 형상을 가지는 고정홈(1721)이 구비되어 있다. 예컨대, 고정홈(1721)은 원형 단면을 가지는 체결툴(152)을 고정하기 위한 반원 형상일 수 있다.

체결툴 고정부(172)는 체결툴(152)이 배터리 탈부착 영역(P)에 배치되지 않은 경우에는 탈부착 프레임(171)의 외측 방향으로 후진된 상태로 유지된다. 체결툴 고정부(172)는 공압실린더에 의해 전진 또는 후진할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 언락로드(173)는 탈부착 프레임(171)의 길이방향 일단에 배치될 수 있다. 이는 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리를 이탈할 때, 배터리(154)를 배터리 이송부(175)측 방향으로 밀도록 하기 위함이다. 제1 언락로드(173)는 상기 탈부착 프레임(171)의 내측 방향으로 전진하여 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)를 푸쉬할 수 있도록 배치된다.

제1 언락로드(173)가 전진하여 배터리 탈부착 영역(P)에 있는 배터리(154)를 밀어 배터리(154)와 체결툴(152)의 결합을 고정하는 고정핀을 해제할 수 있다. 고정핀이 해제된 후에는 체결툴(152)의 단부(1521)에 결합된 배터리(154)는 슬라이딩 방식으로 이탈된다. 이탈된 배터리(154)는 대기 중인 배터리 이송부(175)측 방향으로 이동하게 된다.

제1 언락로드(173)는 공압실린더에 의해 전진 또는 후진할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 언락로드(174)는 탈부착 프레임(171)의 길이방향 타단에 배치된다. 제2 언락로드(174)는 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)가 아닌 충전기(176)에 결합되어 충전 중인 상태일 때, 충전기(176)에 결합된 배터리(154)를 이탈하도록 배치된다. 즉, 제2 언락로드(174)는 충전기(176)에 결합된 배터리(154)를 배터리 이송부(175)로 이동시킬 때, 배터리(154)를 배터리 이송부(175)측 방향으로 밀도록 구비된다. 제2 언락로드(174)는 상기 탈부착 프레임(171)의 내측 방향으로 전진하여 충전기(176)에 결합된 배터리(154)를 푸쉬할 수 있도록 배치된다.

제2 언락로드(174)가 전진하여 충전기(176)에 있는 배터리(154)를 밀어 배터리(154)와 충전기(176)의 결합을 고정하는 고정핀을 해제할 수 있다. 고정핀이 해제된 후에는 충전기(176)에 결합된 배터리(154)는 슬라이딩 방식으로 이탈된다. 이탈된 배터리(154)는 대기 중인 배터리 이송부(175)측 방향으로 이동하게 된다. 제2 언락로드(174)는 공압실린더에 의해 전진 또는 후진할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

배터리 이송부(175)는 체결툴(152)의 단부(1521)와 충전기(176) 사이를 이동경로로 하여 이동하며 배터리(154)를 이송하는 장치이다. 구체적으로, 배터리 이송부(175)는 배터리(154)가 충전기(176)로부터 체결툴(152)의 단부(1521)로 이동하여 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착되거나, 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)로부터 충전기(176)로 이동하여 충전기(176)에 장착되도록 배터리(154)를 이송하는 장치이다.

배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)는 협동로봇을 이용하는 부품 체결시스템(10)의 베이스(11)와 같은 평면의 상부에 배치될 수 있다. 따라서 체결툴(152)이 배터리 탈부착 영역(P)에 위치할 경우 배터리(154)는 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착되기 위해 배터리(154)의 단자(1541)가 상부를 향하여야 한다.

반대로, 충전기(176)는 충전단자(1762)가 상부를 향하여 배치되어 있으므로, 배터리(154)가 충전기(176)에 장착되기 위해 배터리(154)의 단자(1541)가 하부를 향하여야 한다. 따라서, 배터리 이송부(175)가 배터리(154)를 체결툴(152)의 단부(1521)와 충전기(176) 사이에서 이송할 때 배터리(154)를 회전시켜 배터리(154)의 단자(1541)의 위치를 상하반전(upside down)시킬 수 있도록 별도의 구동부가 구비될 수 있다. 예컨대, 배터리 이송부(175)가 배터리(154)를 180도 회전시켜 배터리(154)의 단자(1541)가 향하는 방향을 상하반전시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

구동부는 전기 모터 또는 공압 실린더를 이용하는 방식으로 구비될 수 있다. 배터리 이송부(175)는 체결툴(152)의 단부 위치 및 충전기(176)의 충전단자(1762)의 위치에 따라 배터리(154)를 회전시키는 정도를 조절할 수 있고, 반드시 배터리(154)를 180도 회전하여 배터리(154)의 단자(1541)의 위치를 상하반전하여야 하는 것은 아니다.

도 19a 내지 도 19d는 배터리 탈부착 장치를 이용하여 체결툴 단부에 장착된 배터리를 이탈하는 과정을 도시한 도면이다.

도 19a는 체결툴(152)이 배터리 탈부착 영역(P)에 배치되어 체결툴 고정부(172)에 의해 움직임을 고정시키는 과정을 도시한다.

도 19a를 참조하면, 제어장치(1)가 체결툴(152) 및 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)를 배터리 탈부착 영역(P)로 이동시킨 후 체결툴 고정부(172)가 체결툴(152)측 방향으로 전진하여 체결툴(152)의 움직임을 고정시킨다.

도 19b는 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)가 제1 언락로드(173)에 의해 이탈되는 과정을 도시한다.

도 19b를 참조하면, 제1 언락로드(173)는 공압실린더에 의해 배터리(154)측 방향으로 전진한다. 배터리 이송부(175)는 이탈되는 배터리(154)를 전달받기 위해 배터리 탈부착 영역(P) 부근 정해진 위치에서 대기한다. 전진된 제1 언락로드(173)는 배터리(154)와 체결툴(152)의 단부(1521)의 결합을 고정하는 고정핀을 해제시킨 후, 배터리(154)를 이탈하여 배터리 이송부(175)측으로 전달한다.

도 19c는 이탈된 배터리(154)가 배터리 이송부(175)에 의해 충전기(176)로 이송되는 과정을 도시한다.

도 19c를 참조하면, 체결툴(152)의 단부(1521)로부터 이탈된 배터리(154)의 단자(1541)는 상부를 향하도록 배치되어 있다. 배터리(154)를 충전기(176)에 장착시키기 위해서는 충전기(176)의 충전단자(1762)와 배터리(154)의 단자(1541)가 서로 접하도록 결합시켜야 한다. 따라서 제어장치(1)는 배터리 이송부(175)를 제어하여 배터리(154)의 단자(1541)가 상부에서 하부를 향하도록 회전시킨다. 배터리 이송부(175)는 체결툴(152)의 단부(1521)와 충전기(176) 사이의 위치에서 배터리(154)를 회전시킨다. 배터리(154)의 단자(1541)를 상하반전시킨 후 배터리 이송부(175)는 충전기(176)측으로 이동한다.

도 19d는 배터리(154)가 충전기(176)에 장착되는 과정을 도시한다.

도 19d를 참조하면, 배터리 이송부(175)가 충전기(176)측으로 이동되면서 배터리 이송부(175) 내에 있는 배터리(154)가 충전기(176)에 장착된다. 배터리(154)는 충전기(176)에 슬라이딩 방식으로 장착되면서 배터리(154)의 단자(1541)와 충전기(176)의 충전단자(1762)가 접하여 배터리(154)가 충전될 수 있다. 배터리(154)가 충전기(176)의 상단에 슬라이딩 장착될 때, 배터리(154)의 고정핀에 의해 배터리(154)와 충전기(176) 사이의 결합이 고정될 수 있다.

도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 탈부착 장치의 제어방법 중 체결툴 단부에 장착된 배터리를 이탈하여 충전기에 장착시키는 과정을 도시한 흐름도이다.

제어장치(1)는 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된 배터리(154)를 배터리 탈부착 영역(P)로 이동시키도록 제어를 수행한다(S200). 제어장치(1)는 배터리 탈부착 영역(P)에서 체결툴(152)이 상부를 향하고 배터리(154)가 하부를 향하도록 제어할 수 있다.

제어장치(1)에는 배터리 탈부착 영역(P)에 관한 좌표 정보가 기 저장되어 있어, 제어장치(1)가 체결툴(152)을 배터리 탈부착 영역(P)로 이동시킬 때 카메라와 같은 비전 센서를 필요로 하지 않지만, 이에 제한되지 않는다.

제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)를 체결툴(152)측 방향으로 전진시켜 체결툴(152)의 움직임을 고정하도록 제어를 수행한다(S201). 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)와 연결된 공압실린더의 공압을 제어하여 체결툴 고정부(172)의 전진 또는 후진을 제어할 수 있다. 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)의 고정홈(1721)이 체결툴(152)과 접할 때까지 체결툴 고정부(172)를 체결툴(152) 측으로 전진시킬 수 있다.

제어장치(1)는 배터리 탈부착 영역(P)에 배치된 제1 언락로드(173)를 이용하여 배터리(154)의 고정핀을 해제하는 제어를 수행한다(S202). 제어장치(1)는 제1 언락로드(173)를 배터리(154)측으로 전진시킴으로써 고정핀을 해제한 후, 슬라이딩 방식으로 배터리(154)를 체결툴(152)의 단부(1521)로부터 이탈시킬 수 있다. 이탈된 배터리(154)는 배터리 이송부(175)측 방향으로 이동한다. 배터리(154)가 체결툴(152)로부터 이탈된 후에는, 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)를 후퇴시켜 체결툴(152)의 고정을 해제할 수 있다.

제어장치(1)는 충전기(176)와 배터리 탈부착 영역(P) 사이를 이동하는 배터리 이송부(175)를 이용하여 배터리(154)를 충전기(176)로 이송시키는 제어를 수행한다(S203). 이때, 체결툴(152)의 단부(1521)로부터 분리되었을 때의 배터리(154)의 단자(1541)의 위치와, 충전기(176)에 결합하기 위한 배터리(154)의 단자(1541)의 위치가 다를 수 있다. 따라서 제어장치(1)는 배터리 이송부(175)에 있는 배터리(154)를 회전시켜 배터리(154)의 단자(1541)의 위치를 변경시키도록 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 배터리 이송부(175) 내의 배터리(154)를 180도 회전시켜 배터리(154)의 단자(1541)를 상부에서 하부로 이동시킬 수 있다.

제어장치(1)는 배터리(154)를 충전기(176)에 슬라이딩 방식으로 장착시키는 과정에 대한 제어를 수행한다(S204). 제어장치(1)는 배터리 이송부(175)를 충전기(176)측으로 이동시킴으로써 배터리(154)의 단자(1541)가 충전기(176)의 충전단자(1762)와 쉽게 접하도록 장착시킬 수 있다. 배터리(154)가 충전기(176)에 장착되면 고정핀에 의해 결합이 고정된다.

도 21a 내지 도 21c는 배터리 탈부착 장치를 이용하여 체결툴 단부에 배터리를 장착하는 과정을 도시한 도면이다.

도 21a는 충전기(176)에 장착된 배터리(154)가 제2 언락로드(174)에 의해 이탈되는 과정을 도시한다.

도 21a를 참조하면, 제2 언락로드(174)는 공압실린더에 의해 배터리(154) 측 방향으로 전진한다. 배터리 이송부(175)는 이탈되는 배터리(154)를 전달받기 위해 충전기(176) 부근의 정해진 위치에서 대기한다. 전진된 제2 언락로드(174)는 배터리(154)와 충전기(176)의 결합을 고정하는 고정핀을 해제시킨 후, 배터리(154)를 이탈하여 배터리 이송부(175)측으로 전달한다.

도 21b는 이탈된 배터리(154)가 배터리 이송부(175)에 의해 체결툴(152)의 단부(1521)로 이송되는 과정을 도시한다.

도 21b를 참조하면, 충전기(176)로부터 이탈된 배터리(154)의 단자(1541)는 하부를 향하도록 배치되어 있다. 배터리(154)를 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착시키기 위해서는 체결툴(152)의 단부(1521)에 배터리(154)의 단자(1541)가 접하도록 장착시켜야 한다. 따라서 제어장치(1)는 배터리 이송부(175)를 제어하여 배터리(154)의 단자(1541)가 하부에서 상부를 향하도록 회전시킨다. 배터리 이송부(175)는 체결툴(152)의 단부(1521)와 충전기(176) 사이의 위치에서 배터리(154)를 회전시킨다. 배터리(154)의 단자(1541)를 상하반전시킨 후 배터리 이송부(175)는 체결툴(152)의 단부(1521)측으로 이동한다.

도 21c는 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착되는 과정을 도시한다.

도 21c를 참조하면, 배터리 이송부(175)가 체결툴(152)의 단부(1521) 측으로 이동되면서 배터리 이송부(175) 내에 있는 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착된다. 배터리(154)는 체결툴(152)의 단부(1521)에 슬라이딩 방식으로 장착되면서 배터리(154)의 단자(1541)와 체결툴(152)의 단부(1521)가 접하게 된다. 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)에 슬라이딩 장착될 때, 배터리(154)의 고정핀에 의해 배터리(154)와 체결툴(152) 사이의 결합이 고정될 수 있다.

도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 탈부착 장치의 제어방법 중 충전기에 장착된 배터리를 이탈하여 체결툴의 단부에 장착시키는 과정을 도시한 흐름도이다.

제어장치(1)는 충전기(176)에 인접하여 배치된 제2 언락로드(174)를 이용하여 배터리(154)의 고정핀을 해제하는 제어를 수행한다(S220). 제어장치(1)는 제2 언락로드(174)를 충전기(176) 상에 배치된 배터리(154) 측으로 전진시킴으로써 고정핀을 해제한 후, 슬라이딩 방식으로 배터리(154)를 충전기(176)로부터 이탈시킬 수 있다. 이탈된 배터리(154)는 배터리 이송부(175)측 방향으로 이동한다.

제어장치(1)는 충전기(176)와 배터리 탈부착 영역(P) 사이를 이동하는 배터리 이송부(175)를 이용하여 배터리(154)를 충전기(176)로 이송하는 제어를 수행한다(S221). 이때, 체결툴(152)의 단부(1521)로부터 분리되었을 때의 배터리(154)의 단자(1541)의 위치와, 충전기(176)에 결합하기 위한 배터리(154)의 단자(1541)의 위치가 다를 수 있다. 따라서 제어장치(1)는 배터리 이송부(175)에 있는 배터리(154)를 회전시켜 배터리(154)의 단자(1541)의 위치를 변경시키도록 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 배터리 이송부(175) 내의 배터리(154)를 180도 회전시켜 배터리(154)의 단자(1541)를 하부에서 상부로 이동시킬 수 있다.

제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)를 체결툴(152) 측 방향으로 전진시켜 체결툴(152)의 움직임을 고정하도록 제어를 수행한다(S222). 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)와 연결된 공압실린더의 공압을 제어하여 체결툴 고정부(172)의 전진 또는 후진을 제어할 수 있다. 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)의 고정홈(1721)이 체결툴(152)과 접할 때까지 체결툴 고정부(172)를 체결툴(152) 측으로 전진시킬 수 있다. S222 과정은 반드시 S220 과정 및 S221 과정이 수행된 후에 이루어져야 하는 것은 아니고, S220 과정 이전에 수행되거나, S220 과정 및 S221 사이에 이루어지거나, S220 과정 또는 S221 과정과 동시에 수행될 수 있다.

제어장치(1)는 배터리(154)를 체결툴(152)의 단부(1521)에 슬라이딩 방식으로 장착시키는 제어를 수행한다(S223). 제어장치(1)는 배터리 이송부(175)를 체결툴(152)의 단부(1521)측으로 이동시킴으로써 배터리(154)의 단자(1541)가 체결툴(152)의 단부(1521)와 쉽게 접하도록 장착시킬 수 있다. 배터리(154)가 충전기(176)에 장착되면 고정핀에 의해 결합이 고정된다. 배터리(154)가 체결툴(152)과 결합된 후에는, 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)를 후퇴시켜 체결툴(152)의 고정을 해제할 수 있다.

배터리 체인저(17)는 제1 배터리 탈부착 장치 및 제2 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)로 구성될 수 있다. 따라서, 체결툴(152)에 장착된 배터리(154)를 교체할 때, 제1 배터리 탈부착 장치(17a) 및 제2 배터리 탈부착 장치(17b) 중 어느 하나는 체결툴(152)에 장착된 배터리(154)를 이탈시키는 과정을 수행하고, 나머지 하나는 완충된 배터리(154)를 체결툴(152)에 장착시키는 과정을 수행한다.

이하에서는, 제1 배터리 탈부착 장치(17a)에서 체결툴(152)에 장착된 배터리(154)를 이탈시키는 과정이 수행되는 한편, 제2 배터리 탈부착 장치(17b)에서 완충된 배터리(154)가 체결툴(152)에 장착되는 과정이 수행되는 경우를 예를 들어 설명한다.

제1 배터리 탈부착 장치(17a)는 도 20의 S130 과정 내지 S134 과정이 수행됨으로써, 체결툴(152)에 장착된 배터리(154)가 이탈되어 충전기(176)에 장착된다. 제2 배터리 탈부착 장치(17b)에서는 도 22의 S220 과정 내지 S223 과정이 수행됨으로써, 체결툴(152)에 완충된 배터리(154)가 장착된다.

이하, 배터리 체인저(17)에서, 전술한 도 20 및 도 22에 도시된 제어과정 외에 추가되는 부분에 대해 상세히 설명한다.

제1 배터리 탈부착 장치(17a)에서는 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)로부터 이탈되는 과정인 S132 과정이 수행된 후, 제어장치(1)는 체결툴 고정부(172)를 후진 이동시키고 체결툴(152)이 제 2 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)의 배터리 탈부착 영역(P)로 이동되도록 제어를 수행한다. 제1 배터리 탈부착 장치(17a)는 체결툴(152)이 제1 배터리 탈부착 장치(17a)의 배터리 탈부착 영역(P)로 이동된 후 나머지 S133 과정 및 S134 과정을 수행한다. 이와 달리, 제어장치(1)는 제1 배터리 탈부착 장치(17a)에서 S133 과정 및 S134 과정을 마친 후에 체결툴(152)을 제2 배터리 탈부착 장치(17b)의 배터리 탈부착 영역(P)로 이동시킬 수 있다. 제어장치(1)는 제1 배터리 탈부착 장치(17a)에서 체결툴(152)과 배터리(154)가 분리된 후에는 S133 과정 및 S134 과정의 진행 여부와 관계없이 언제든지 체결툴(152)을 제2 배터리 탈부착 장치(17b)의 배터리 탈부착 영역(P)로 이동시킬 수 있다.

제2 배터리 탈부착 장치(17b)에서는 S220 과정 및 S221 과정이 수행된 후 체결툴(152)이 제2 배터리 탈부착 장치(17b)에 배치되거나, 체결툴(152)이 제2 배터리 탈부착 장치(17b)에 배치된 후 S220 과정 및 S221 과정이 수행될 수 있다. 한편, 선후관계에 상관없이 S220 과정, S221 과정이 수행되고 체결툴(152)이 제2 배터리 탈부착 장치(17b)의 배터리 탈부착 영역(P)에 배치된 후에는 S222 및 S223 과정이 수행되면서 완충된 배터리(154)가 체결툴(152)의 단부(1521)에 장착될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 및 제2 배터리 탈부착 장치(17a 및 17b)로 이루어진 배터리 체인저(17)를 이용하여 무선으로 동작하는 체결툴(152)에 장착된 배터리(154)를 수작업 없이 자동으로 교체할 수 있다.

도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 중량보상로봇의 사시도이다. 도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 중량보상로봇의 측면도이다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 중량보상로봇은 로딩로봇(14), 중량보상모듈(80) 및 제어장치(1)를 포함한다. 제어장치(1)는 로딩로봇(14) 및 중량보상모듈(80)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 로딩로봇(14)에 대한 자세한 설명은 이하 생략한다.

중량보상모듈(80)은 지주(81), 붐대(82), 와이어(83), 중량보상부(85) 및 그리퍼 결합부(84)의 전부 또는 일부를 포함한다. 중량보상모듈(80)은 로딩로봇(14)의 기 설정된 제한중량보다 크거나 같은 모듈부품(132)을 파지하여 옮길 때, 로딩로봇(14)의 일부와 연결되어 모듈부품(132)의 중량을 보조해줄 수 있다.

지주(81)는 로딩로봇(14)의 회전지지부(145)로부터 연장되어 배치된다. 지주(81)는 회전지지부(145)로부터 상측으로 수직한 방향으로 연장되어 배치된다.

붐대(82)는 지주(81)의 상부에 결합된다. 붐대(82)는 지주(81)와 수직하도록 지주(81)의 상부에 결합된다. 붐대(82)는 로딩로봇(14)이 회전지지부(145)로부터 연장되는 방향과 평행한 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 붐대(82)는 내부가 빈 구조로 형성될 수 있다. 붐대(82)는 서로 단면적을 달리하는 복수개의 붐을 포함할 수 있다. 복수개의 붐이 텔레스코프 방식으로 연장 또는 축소되어, 붐대(82)의 길이가 가변될 수 있다.

붐대(82)는 회전지지부(145)가 회전할 때 함께 회전할 수 있다. 즉, 회전지지부(145)의 회전축을 중심으로 로딩로봇(14)이 회전할 때, 지주(81) 또한 함께 회전할 수 있다.

와이어(83)는 붐대(82)를 관통하고 붐대(82)의 일단으로부터 중력 방향으로 연장되도록 배치된다. 붐대(82)의 일단에는 와이어(83)의 움직임을 가이드하도록 롤러(86)가 배치될 수 있다.

와이어(83)는 일단은 고정단(831)으로 고정되어 있고, 타단은 자유단으로 형성된다. 와이어(83)의 자유단에는 그리퍼(16)의 결합고리(168)에 결합되도록 구비된 그리퍼 결합부(84)가 결합되어 배치된다. 와이어(83)의 고정단(831)에는 중량보상부(85)가 연결된다. 여기서 중량보상부(85)는 스프링 발란서(spring balancer)일 수 있다. 그리퍼 결합부(84)가 그리퍼(16)의 결합고리(168)에 연결되고, 로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 파지할 때 와이어(83)의 고정단(831)에 연결된 중량보상부(85)가 모듈부품(132)의 중량의 일부를 보조할 수 있다.

와이어(83)는 붐대(82)의 일단에서 중력 방향으로 하강 또는 상승하도록 길이가 연장 또는 수축될 수 있다. 제어장치(1)는 와이어(83)의 길이를 제어하여 와이어(83)의 자유단에 결합된 그리퍼 결합부(84)의 승강을 조절할 수 있다.

도 25는 도 24의 중량보상로봇이 중량보상모듈을 그리퍼에 연결하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 26은 도 25의 중량보상모듈을 그리퍼에 연결시킨 후 로딩로봇이 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 제어장치(1)는 일반적으로 도 1에 도시된 전자장비 각각의 동작을 전반적으로 제어할 수 있으나, 이하 로딩로봇(14)과 중량보상모듈(80)의 동작을 제어하는 경우를 예를 들어 설명한다.

제어장치(1)는 와이어(83)의 길이를 조절하여 그리퍼 결합부(84)를 하강시킨다. 이때, 제어장치(1)는 그리퍼(16)의 결합고리(168)가 그리퍼 결합부(84)가 하강하는 동선에 위치하도록 제어한다. 그리퍼(16)의 결합고리(168)가 그리퍼 결합부(84)와 결합되기 위한 위치에 관한 정보는 제어장치(1)에 미리 저장될 수 있다. 제어장치(1)는 미리 저장된 정보를 이용하여 그리퍼(16)의 위치를 제어할 수 있다.

로딩로봇(14)의 단부에는 여러 형상의 그리퍼(16)가 장착될 수 있고, 그리퍼(16)마다 결합고리(168)의 위치가 다를 수 있다. 이 경우 제어장치(1)는 그리퍼(16)의 종류에 따라 그리퍼 결합부(84)와 결합하기 위한 위치에 관한 정보가 각각 저장될 수 있다.

제어장치(1)가 그리퍼 결합부(84)를 하강시켜 그리퍼(16)의 결합고리(168)와 결합시킨 후에는, 로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 파지하도록 제어한다.

제어장치(1)는 모듈부품(132)의 중량에 따라 그리퍼 결합부(84)를 그리퍼(16)의 결합고리(168)에 결합시킬지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 제어장치(1)는 로딩로봇(14)이 기 설정된 제한중량 미만인 제1 모듈부품을 로딩한다고 판단할 경우, 그리퍼 결합부(84)를 결합고리(168)에 결합시키지 않는다. 여기서 기 설정된 제한중량은 로딩로봇(14)이 모듈부품(132)을 스스로 로딩가능한 최대중량으로 설정될 수 있으며, 이에 제한되지 않고 로딩로봇(14)의 사양에 따라 달라질 수 있다.

제어장치(1)는 로딩로봇(14)이 기 설정된 제한중량 이상인 제2 모듈부품을 로딩한다고 판단할 경우, 그리퍼 결합부(84)를 그리퍼(16)의 결합고리(168)에 결합시키는 제어를 수행한다. 그리퍼 결합부(84)와 결합고리(168)의 결합은 그리퍼(16)가 제2 모듈부품을 파지하기 전에 수행된다. 제어장치(1)는 결합고리(168)가 기 설정된 결합위치에 위치하도록 로딩로봇(14)의 동작을 제어한다. 이후 제어장치(1)는 그리퍼 결합부(84)를 하강시킴으로써 그리퍼 결합부(84)와 결합고리(168)를 결합시킨다. 여기서 기 설정된 결합위치는 그리퍼 결합부(84)가 중력 방향으로 하강하는 경로 상에 위치할 수 있다.

도 26을 참조하면, 그리퍼 결합부(84)와 결합고리(168)가 결합된 후에, 제어장치(1)는 로딩로봇(14)의 동작을 제어하여 제2 모듈부품을 로딩시킨다. 제2 모듈부품의 중량 중 일부는 그리퍼 결합부(84)와 연결된 와이어(83)에 전달되고, 와이어(83)의 고정단(831)에 결합된 중량보상부(85)에 의해 중량이 보조될 수 있다.

또한, 그리퍼 결합부(84)와 결합고리(168)가 결합된 후에, 중량보상모듈(80)은 로딩로봇(14)의 움직임에 따라 함께 움직인다. 그리퍼(16)가 회전지지부(145)로부터 멀어지도록 제어하는 경우, 그에 맞춰 붐대(82) 또한 길어진다. 그리퍼(16)가 회전지지부(145) 측으로 가까워지도록 제어하는 경우에는 붐대(82) 또한 짧아진다. 즉, 그리퍼(16)의 동작위치에 따라 붐대(82)의 길이가 가변될 수 있다.

제2 모듈부품(132)의 로딩을 마친 후에, 제어장치(1)는 더 이상 중량보상모듈(80)의 보조가 필요없다고 판단한 경우, 그리퍼(16)를 다시 기 설정된 결합위치로 이동시킨 후 그리퍼 결합부(84)와 결합고리(168)를 분리시킨다.

도 27은 본 개시의 제2 실시예에 따른 중량보상로봇의 사시도이다. 전술한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

제2 실시예에 따른 중량보상로봇은 붐대(82)의 자유단에 가이드캡(88)을 더 포함하고 있다. 가이드캡(88)은 내부가 비어있는 형태로 구성되며, 일단이 붐대(82)의 자유단과 결합되고, 타단은 그리퍼 결합부(84)의 움직임을 고정하도록 구성된다. 와이어(83)는 가이드캡(88)의 내부를 관통하여 배치된다.

가이드캡(88)의 타단의 단면 형상은 그리퍼 결합부(84)의 단면 형상에 대응된다. 따라서 그리퍼 결합부(84)는 중량보상부(85)에 의해 당겨져 가이드캡(88)의 타단에 일부가 삽입될 수 있다. 그리퍼 결합부(84)는 일부가 가이드캡(88)의 타단에 삽입됨으로써 흔들림 또는 움직임을 방지할 수 있다.

제2 실시예에서는, 제어장치(1)가 그리퍼(16)를 기 설정된 위치로 이동시킨 후 와이어(83)를 하강시켜 그리퍼 결합부(84)를 결합고리(168)에 결합시키지 않는다. 반대로, 도 27에 도시된 바와 같이, 제어장치(1)가 로딩로봇(14)을 제어하여 그리퍼(16)의 결합고리(168)를 그리퍼 결합부(84) 측으로 이동시킨다. 이 때, 그리퍼 결합부(84)는 가이드캡(88)에 삽입되어 움직임이 고정되므로, 그리퍼(16)의 결합고리(168)가 안정적으로 그리퍼 결합부(84)에 결합될 수 있다.

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

11: 베이스 12: 부품공급로봇
13: 지그 14: 로딩로봇
15: 체결로봇 154: 배터리
16: 그리퍼 17: 배터리 체인저
17a: 제1 배터리 탈부착 장치 17b: 제2 배터리 탈부착 장치
19: 배터리 체인저 20: 컨베이어벨트
21: 체결대상

Claims (17)

1. 모듈부품을 체결대상에 체결 체결자동화를 위한 로봇시스템에 있어서,
   제1 매니퓰레이터, 상기 모듈부품을 상기 체결대상에 체결하기 위해 상기 제1 매니퓰레이터의 일단에 결합되는 체결툴 및 상기 체결툴이 향하는 방향을 촬영하도록 배치된 제1 카메라를 포함하는 체결로봇;
   제2 매니퓰레이터 및 상기 모듈부품을 파지하기 위해 상기 제2 매니퓰레이터의 일단에 결합되는 그리퍼를 포함하는 로딩로봇; 및
   상기 체결로봇 및 상기 로딩로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치
   를 포함하는 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모듈부품이 상기 그리퍼에 의해 파지되기 위해, 상기 모듈부품이 정해진 위치에 적재되도록 구비된 지그를 더 포함하는 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 모듈부품을 상기 지그의 정해진 위치에 배치시키는 부품공급로봇을 더 포함하는 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 매니퓰레이터의 일단에 탈부착 가능한 적어도 하나 이상의 그리퍼를 거치하는 그리퍼 거치부를 더 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 하나 이상의 그리퍼는 각각 상기 그리퍼 거치부 내에 거치위치가 정해져 있으며,
   상기 제어장치는, 상기 하나 이상의 그리퍼 각각의 상기 거치위치에 대한 정보를 저장하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 체결툴은,
   상기 체결툴의 단부에 장착되어 상기 체결툴의 구동을 위한 전원을 공급하는 배터리를 더 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 배터리를 상기 체결툴의 단부에 자동으로 탈부착시키기 위한 배터리 체인저를 더 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 배터리 체인저는 두 개의 배터리 탈부착 장치로 구성되며,
   상기 배터리 탈부착 장치는,
   탈부착 프레임;
   상기 탈부착 프레임 내에 배치된 충전기;
   상기 충전기와 상기 체결툴 사이의 이동경로로 상기 배터리를 이송하는 배터리 이송부; 및
   상기 체결툴의 단부에 장착된 배터리를 이탈시킬 때, 상기 배터리를 상기 배터리 이송부측 방향으로 밀도록, 상기 탈부착 프레임의 길이방향 일단에 배치된 제1 언락로드를 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 배터리 이송부는,
   상기 배터리를 상기 충전기로 이동시킬 때, 상기 배터리의 단자가 상기 충전기의 단자와 결합되도록 상기 배터리를 회전시키는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 충전기에 결합된 상기 배터리를 상기 배터리 이송부로 이동시킬 때,
    상기 배터리를 상기 배터리 이송부측 방향으로 밀도록, 상기 탈부착 프레임의 길이방향 타단에 배치된 제2 언락로드를 더 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 체결툴은,
    상기 체결로봇과 결합되는 체결로봇 결합부;
    일단에 출력 샤프트를 포함하는 너트러너;
    상기 출력 샤프트에 연결되고, 길이가 가변되도록 구성된 텔레스코퍼; 및
    일단에 볼트의 헤드부를 삽입하기 위한 볼트삽입홈 및 타단에 상기 텔레스코퍼에 장착되기 위한 소켓삽입홈을 포함하는 교체가능한 소켓
    을 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 소켓을 교체하기 위한 소켓체인저를 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 소켓체인저는,
    상면에 복수의 제1 걸림홈을 포함하는 소켓체인저 프레임; 및
    상기 소켓체인저 프레임의 양 측면 사이에 배치되며, 복수의 제2 걸림홈을 포함하고, 제1 위치 및 상기 제1 위치보다 낮은 제2 위치 사이를 이동하도록 구비된 소켓 탈부착유닛
    을 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
14. 제12항에 있어서,
    상기 소켓체인저는 탈부착 가능한 형상이 서로 다른 복수의 소켓이 배치되어 있으며, 상기 복수의 소켓은 형상에 따라 각각 정해진 위치에 배치되는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 카메라는 2.5D 비전 카메라인, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
16. 제1항에 있어서,
    상기 로딩로봇은,
    상기 그리퍼가 향하는 방향을 촬영하도록 배치된 제2 카메라를 더 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.
17. 제1항에 있어서,
    상기 로딩로봇의 하부에 배치되며, 승강 및/또는 회전되는 로딩로봇 지지대; 및
    상기 체결로봇의 하부에 배치되며, 승강 및/또는 회전되는 체결로봇 지지대를 더 포함하는, 모듈부품 체결자동화를 위한 로봇시스템.

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