KR100414526B1 - 정밀 위치 결정장치의 파지기구 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀 위치 결정장치의 파지기구에 관한 것으로서, 특히 로봇 손목부에 장착되어 가공물(5)을 파지함과 동시에 그 가공물(5)을 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠(15)와, 상기 로봇 손목부와 좌우 한쌍의 죠(15) 사이에 장착되어 좌우 한쌍의 죠(15)가 상기 가공홈(7a)과 가공물(5)의 반력(F)에 의해 벌어지도록 압력을 제어하는 에어 실린더(13)로 되어 있으므로, 에어 실린더(13)에 의해 좌우 한쌍의 죠(15)에서 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15) 사이의 거리를 제어할 수 있어 정밀도를 한층 더 높일 수 있으며, 에어 실린더(13)의 사용으로 인하여 부피를 줄일 수 있음과 동시에 단가를 낮출 수 있는 것이다.

Description

정밀 위치 결정장치의 파지기구 및 제어방법{CONTROL METHOD AND GRIPPER FOR PRECISION MICRO-POSITIONER}

본 발명은 미세 정밀 복합 프레스장치(예컨대, 복합 프레스장치)를 위한 정밀 위치 결정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복합 프레스장치에서 가공되어지는 소재(예컨대, 가공물)의 위치와 자세를 결정하며, 이 위치 결정을 위한 X-Y-Z 선형 스테이지 위에 자세를 결정해주는 회전모듈을 장착하고, 위치 결정 기구 전체에 대한 기구학 및 동역학적 모델링을 수행하였고, 설계시 고려되어야 될 설계변수를 일반화시킴으로써 가공물의 치수에 대해 유연성을 가지도록 한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 및 제어방법에 관한 것이다.

최근 산업발달과 함께 고정밀, 고품질의 요소 부품의 수요가 증가함에 따라 정밀 성형가공기의 사용이 산업전반에 걸쳐 보편화되어가고 있으며, 성형가공기의 정밀도 향상을 위한 개발이 활발히 진행되고 있다. 현재 소형화되어가고 있는 소비재 물품과 이를 가공, 생산하는 제조단계의 공정 등에서 밀리(㎜)단위의 미소기구물(Kinematic-Milli-Structure)이 많이 이용되고 있으나, 이 미소기구물의 대부분이 일체형이며 복합구조물의 경우 여러 성형 과정을 걸쳐서 만들어지게 된다.

또한, 복합구조의 미소기구물을 대량 생상할 경우 이를 각 공정별로 재료를 이동시키고 위치와 자세를 유지할 수 있는 장치가 필요하게 된다.

그리고, 미소요소 가공용 프레스에 사용되는 이송시스템의 파지기구는 가공물의 효율적인 가공을 위해 가공물의 다양한 자세를 구현할 수 있어야 하며, 특히 높은 위치 정밀도와 반복 정밀도가 구현되어야 한다. 다양한 자세 구현과 높은 정밀도를 동시에 이루기 위해서는 매우 많은 비용의 부수 장비가 필요하기 때문에 현재 일반적으로 시행되고 있는 수가공의 고비용을 절감하기 위한 방법이 많이 연구되고 있다.

복합 프레스장치는 다단계의 복합 프레스공정을 통해서 일체의 미소기구물을 만들어내는 장치이다. 이 시스템은 복합 프레스장치 부분과 공정별로 가공물을 적절한 위치와 자세를 유지시켜주는 정밀 위치 결정장치로 크게 나눌 수 있다. 미세 정밀 복합 프레스장치는 제어용 컴퓨터에서 나온 명령이 컨트롤 보드를 통해서 드라이버에 신호가 전달되면, 이 신호에 따라 드라이버는 프레스의 시퀀스와 정밀 위치 결정장치의 모터를 구동하게 되는데, 이때 정밀 위치 결정장치의 끝단(End-effector)에서 측정된 위치 데이터는 제어용 컴퓨터로 피드백(Feedback)된다.

또, 복합 프레스장치는 절단 공정에서 일정 크기로 절단된 가공물을 공급부의 정밀 위치 결정장치가 파지해서 가공위치까지 회전 및 이동후 하부다이(Lower Die)의 가공 홈(Hole)에 고정시킨다. 이때 정밀 위치 결정장치는 가공물이 상기 가공홈에 고정될때 가공물과 분리된후 초기위치로 이동되고, 상기 하부다이의 가공홈에 삽입된 가공물은 상부프레스의 하강동작에 따라 예를 들어 의료용 치주 고정용 나사(Implant Fixture) 등으로 가공되어 진다.

여기서, 상기 정밀 위치 결정장치는 회전모듈(Rotation Modular), 파지기구 (Gripper), 선형 스테이지(Linear Stage)로 구성으로 되어 있고, 병진 방향의 3자 유도(X-Y-Z)와 회전 방향의 1자 유도(θ)를 가진다. 그래서 절단된 수평방향의 가공물은 정밀 위치 결정장치에 의해 파지된(Grasping)후 90°회전되어 수직방향으로 가공위치까지 이송되게 된다.

종래의 파지기구는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 로봇 손목부(미도시)에 장착되어 충격력을 흡수하는 컴플라이언스(Compliance)(1)와, 상기 컴플라이언스(1)의 하부에 장착되어 공압 구동기(미도시)에 의해 이동되는 슬라이더(Slider)(3)와, 상기 슬라이더(3)의 일측에 장착되어 슬라이더(3)의 이동에 따라 연동되면서 개폐동작에 의해 가공물(5)을 파지함과 동시에 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠(Jaws)(9)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 파지기구는 좌우 한쌍의 죠(9)에 의해 가공물(5)을 파지해서 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 가공물(5)을 삽입시킬때 도 1과 같이 가공물(5)이 하부다이(7)의 가공홈(7a) 개구에 충돌하게 되는데, 이때 컴플라이언스(1)는 그 충격력을 흡수함과 동시에 소정각도로 움직이면서 가공물(5)이 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 용이하게 삽입될 수 있도록 돕는다.

즉, 컴플라이언스(1)는 로봇에서 발생한 위치 및 각도의 오차를 보정하지만, 이러한 보정은 가공물(5)과 하부다이(7)의 가공홈(7a)과의 반력(F)에 의해 이루어진다.

그래서, 종래의 컴플라이언스(1)는 수동적인 형태를 가지기 때문에 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라, 부피가 크고 단가가 높다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에어 실린더를 장착함으로써 파지기구의 부피를 줄이고 단가를 낮출 수 있도록 한 정밀 위치 결정장치의 파지기구를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 에어 실린더에 의해 좌우 한쌍의 죠에서 파지력과 좌우 한쌍의 죠 사이의 거리를 제어함으로써 정밀도를 높이도록 한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명에 의한 정밀 위치 결정장치의 파지기구는 로봇 손목부에 장착되어 가공물을 파지함과 동시에 그 가공물을 하부다이의 가공홈에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠를 구비한 정밀 위치 결정장치의 파지기구에 있어서, 상기 로봇 손목부와 좌우 한쌍의 죠 사이에 장착되어 좌우 한쌍의 죠가 상기 가공홈과 가공물의 반력에 의해 벌어지도록 압력을 제어하는 에어 실린더를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법은, 로봇 손목부에 장착되어 가공물을 파지함과 동시에 그 가공물을 하부다이의 가공홈에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠를 구비한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법에 있어서, 상기 가공물과 하부다이의 가공홈과의 접촉(충돌)에 의해 발생된 반력이 좌우 한쌍의 죠를 통해 에어 실린더로 전달되어 에어 실린더내의 공압 변화를 일으킬때 이 공압 변화를 감지하는 단계와, 상기 감지 신호를 디지털량으로 변화시키는 단계와, 상기 디지털량으로 변화된 압력 신호를 받아 파지 압력을 산출하는 단계와, 상기 산출된 파지 압력을 아날로그량으로 변화시키는 단계와, 상기 아날로그량으로 변화된 압력 제어 신호를 서보 밸브에 전달하는 단계와, 상기 서보 밸브에 의해 에어 실린더내의 피스톤 공급압력을 조절하는 단계와, 상기 에어 실린더의 제어에 따라 좌우 한쌍의 죠의 파지력과 좌우 한쌍의 죠간의 거리를 조절하여 가공물의 자세를 조정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 에어 실린더의 공압 변화 감지는 압력센서에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 컴플라이언스를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입되면서 반력을 받는 상태를 도시한 개략도,

도 2는 종래의 컴플라이언스를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입 완료된 상태를 도시한 개략도,

도 3은 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입되면서 자세 조정을 받는 상태를 도시한 개략도,

도 4는 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입 완료된 상태를 도시한 개략도,

도 5는 본 발명의 파지기구에 대한 제어 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

5 : 가공물 7 : 하부다이

7a : 가공홈 13 : 에어 실린더

15 : 죠 F : 반력

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

참고로, 도면에서 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일명칭 및 동일부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입되면서 자세 조정을 받는 상태를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입 완료된 상태를 도시한 개략도로서, 파지기구는 로봇 손목부(미도시)에 장착되어 압력이 제어되는 에어 실린더(13)와, 상기 에어 실린더(13)의 일측에 장착되어 에어 실린더(13)의 제어에 따라 연동되면서 상기 하부다이(7)의 가공홈(7a)과 가공물(5)의 반력(F)에 의해 벌어지는 좌우 한쌍의 죠(15)로 구성되어 있다.

도 5는 본 발명의 파지기구에 대한 제어 플로우 차트로서, 도5에서 S는 스텝(STEP)을 표시한다.

상기 가공물(5)과 하부다이(7)의 가공홈(7a)과의 접촉(충돌)에 의해 발생된 반력(F)이 좌우 한쌍의 죠(15)를 통해 에어 실린더(13)로 전달되어 에어 실린더(13)내의 공압 변화를 일으킬때 이 공압 변화를 감지하는 단계(S1)와, 상기감지 신호를 디지털량으로 변화시키는 단계(S2)와, 상기 디지털량으로 변화된 압력 신호를 받아 파지 압력을 산출하는 단계(S3)와, 상기 산출된 파지 압력을 아날로그량으로 변화시키는 단계(S4)와, 상기 아날로그량으로 변화된 압력 제어 신호를 서보 밸브(Servo Valve)에 전달하는 단계(S5)와, 상기 서보 밸브에 의해 에어 실린더(13)내의 피스톤 공급압력을 조절하는 단계(S6)와, 상기 에어 실린더(13)의 제어에 따라 좌우 한쌍의 죠(15)의 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15)간의 거리를 조절하여 가공물(5)의 자세를 조정하는 단계(S7)를 갖는다.

이와 같이 구성된 파지기구는 로봇의 이동에 따라 이에 연동되는 좌우 한쌍의 죠(15)가 가공물(5)을 파지해서 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 접근시키면, 로봇에서 발생된 위치 및 각도의 오차에 의해 상기 가공물(5)이 도 3과 같이 하부다이(7)의 가공홈(7a)측 개구 벽면과 접촉(충돌)하게 되고, 이 접촉에 따라 반력(F)이 발생되면서 그 반력(F)이 좌우 한쌍의 죠(15)를 통해 에어 실린더(13)로 전달된다.

즉, 에어 실린더(13)로 공급되는 공압 변화를 압력센서가 감지하게 되면(S1), 이 감지된 신호는 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter;ADC)를 통해(S2) 제어시스템에 압력 정보가 전달됨으로써 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키기 위한 파지 압력이 산출된다.(S3)

그리고, 제어시스템에서 산출된 측정값은 디지털 아날로그 컨버터(Digital Analog Converter;DAC)를 통해(S4) 서보 밸브에 압력 제어 신호가 전달되면(S5), 서보 밸브에서 에어 실린더(13)내의 피스톤 공급압력이 조절(S6)됨과 동시에 상기좌우 한쌍의 죠(15)의 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15)간의 거리가 제어함으로써(S7) 가공물(5)의 자세가 조정되고, 이에 따라 가공물(5)은 도 4와 같이 하부다이(7)의 가공홈(7a)과 대응하는 방향으로 수직되게 세워져 삽입된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 및 제어방법은 에어 실린더에 의해 좌우 한쌍의 죠에서 파지력과 좌우 한쌍의 죠 사이의 거리를 제어함으로써 정밀도를 높이고, 부피를 줄임과 동시에 단가를 낮출 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 로봇 손목부에 장착되어 가공물(5)을 파지함과 동시에 그 가공물(5)을 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠(15)를 구비한 정밀 위치 결정장치의 파지기구에 있어서,

   상기 로봇 손목부와 좌우 한쌍의 죠(15) 사이에 장착되어 좌우 한쌍의 죠(15)가 상기 가공홈(7a)과 가공물(5)의 반력(F)에 의해 벌어지도록 압력을 제어하는 에어 실린더(13)를 포함함을 특징으로 하는 정밀 위치 결정장치의 파지기구.
2. 로봇 손목부에 장착되어 가공물(5)을 파지함과 동시에 그 가공물(5)을 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠(15)를 구비한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법에 있어서,

   상기 가공물(5)과 하부다이(7)의 가공홈(7a)과의 접촉(충돌)에 의해 발생된 반력(F)이 좌우 한쌍의 죠(15)를 통해 에어 실린더(13)로 전달되어 에어 실린더(13)내의 공압 변화를 일으킬때 이 공압 변화를 감지하는 단계와,

   상기 감지 신호를 디지털량으로 변화시키는 단계와,

   상기 디지털량으로 변화된 압력 신호를 받아 파지 압력을 산출하는 단계와,

   상기 산출된 파지 압력을 아날로그량으로 변화시키는 단계와,

   상기 아날로그량으로 변화된 압력 제어 신호를 서보 밸브에 전달하는 단계와,

   상기 서보 밸브에 의해 에어 실린더(13)내의 피스톤 공급압력을 조절하는 단계와,

   상기 에어 실린더(13)의 제어에 따라 좌우 한쌍의 죠(15)의 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15)간의 거리를 조절하여 가공물(5)의 자세를 조정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 정밀 위치 결정장치의 파지기구.
3. 제2항에 있어서,

   상기 에어 실린더(13)의 공압 변화 감지는 압력센서에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법.