KR101673978B1 - 로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇암 시스템에 관한 것으로서, 로봇암, 컨트롤러 및 평행도 교정 장치를 포함하며, 상기 로봇암은 끝단축을 가지고 상기 끝단축은 끝단면을 가지며, 평행도 교정 장치는 상기 끝단면에 설치되며 적어도 하나의 거리 측정기를 가진다. 상기 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법은 먼저 끝단축을 기준면에 인접하는 교정 위치로 이동시킨 후 다시 상기 평행도 교정 장치로 하여금 상기 기준면상의 적어도 3개의 피측정점과 상기 끝단 사이의 거리 차를 측정하여 측정 신호를 상기 컨트롤러로 전송하도록 하며, 상기 컨트롤러는 다시 측정 신호에 따라 상기 로봇암의 자세를 조절하여 이들 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리가 모두 서로 같도록 한다. 이로써 본 발명은 로봇암이 다양한 작업 상황에서 모두 작업 평면과 정확한 평행도를 신속하게 이룰 수 있도록 한다.

Description

로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법{Robotic Arm System and Method for calibrating Parallelism of the Same}

본 발명은 로봇암에 관한 것으로 특히 평행도 교정 기능을 가지는 로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법에 관한 것이다.

로봇암은 특정 작업 진행시, 일반적으로 그 끝단면이 작업 평면과 평행하여야 상기 끝단면에 설치된 실행기(effector)가 원활하게 작업을 진행할 수 있다. 예를 들면 상기 끝단 실행기는 축 레버를 클램핑하여 홀 플레이트(hole plate)의 작업 평면상의 삽입 구멍에 삽입하기 위한 클램핑 조(clamping jaw)일 수 있으며 상기 로봇암은 상기 축 레버를 상기 삽입 구멍에 삽입시 반드시 상기 작업 평면에 수직시켜야 하며 이때 상기 끝단면은 반드시 상기 작업 평면에 평행하여야 한다.

미국특허번호 US5218550의 특허를 참조하면 상기 특허는 머신 스테이션에 지지면을 제공하며 로봇암의 베이스를 상기 지지면에 고정하여 상기 로봇암의 특정 부위가 상기 머신 스테이션의 특정 축방향에 평행하도록 한다. 하지만 앞서 서술한 특허가 제공하는 방법으로는 서로 다른 작업 수요에 따라 로봇암의 각도를 임의로 변경할 수 없으며 또한 상기 지지면의 가공 정밀도가 좋지 못하면 상기 로봇암과 상기 머신 스테이션 사이의 평행도를 확보할 수 없다.

사실상 로봇암은 통상적으로 다양한 작업에 사용되며 그 좌표계는 그에 대응하는 작업 장치[예를 들면 픽 앤 플레이스(pick & place) 플랫폼, 홀 플레이트 등]의 좌표계와 일치하기 어려우므로 로봇암의 끝단면과 그에 대응하는 작업 장치의 작업 평면의 평행도 교정에 있어서 상당한 어려움이 있다. 특히 로봇암은 좌표계가 비교적 복잡한 경사 작업 평면에 대응해야 할 필요성이 있을 수 있으며 이런 상황에서 평행도 교정은 더욱 어려워진다.

상기 문제점을 감안하여 본 발명은 다양한 작업에서도 로봇암이 신속하게 작업 평면과 정밀한 평행도에 도달할 수 있도록 할 수 있는 로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 로봇암 시스템을 제공하며, 상기 로봇암 시스템은 로봇암, 상기 로봇암의 작동을 제어하는 컨트롤러，및 평행도 교정 장치를 포함한다. 상기 로봇암은 끝단축을 가지며 상기 끝단축은 끝단면을 가진다. 상기 평행도 교정 장치는 상기 끝단축에 설치되며 적어도 하나의 거리 측정기를 가지며 상기 거리 측정기는 하나의 기준면에서 적어도 3개의 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리 차이를 측정하여 측정 신호를 상기 컨트롤러로 전송한다.

본 발명은 앞서 서술한 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법을 더 제공하며，아래의 단계를 포함한다.

a. 상기 끝단축을 상기 기준면에 인접한 교정 위치로 이동시키는 단계;

b. 상기 평행도 교정 장치가 상기 기준면상의 피측정점과 상기 끝단면의 거리 차이를 측정하여 측정 신호를 상기 컨트롤러로 전송하는 단계; 및

c. 상기 컨트롤러가 상기 평행도 교정 장치가 전송한 측정 신호에 따라 상기 로봇암의 자세를 조절하여 이들 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리가 같도록 하는 단계.

이에 따라 상기 기준면상의 상기 적어도 3개의 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리가 모두 같을 때, 상기 끝단면은 상기 기준면에 평행한다. 상기 기준면은 교정판의 표면일 수 있으며 상기 표면은 상기 로봇암이 상기 단계 c 이후 작업을 진행할 때의 작업 평면과 평행한다. 이와 같이 하면 상기 끝단면이 상기 단계 c 이후 상기 기준면에 평행하므로 작업 평면과도 평행한다. 또는 상기 기준면은 상기 로봇암이 상기 단계 c 이후 작업을 진행할 때의 작업 평면일 수도 있으며 이와 같이 하면 상기 끝단면은 상기 단계 c 이후 작업 평면과 평행하게 된다.

다시 말하서 본 발명은 로봇암의 끝단면과 작업 평면의 평행도에 대하여 직접적으로 교정하거나 또는 교정판을 이용하여 로봇암의 끝단면과 작업 평면의 평행도에 대하여 간접적으로 교정할 수 있으며, 이와 같은 방식은 상당히 빠르고 정확하여 작업 평면을 임의로 변경하더라도 더욱이 좌표계가 비교적 복잡한 경사 작업 평면에 적용하더라도 본 발명은 로봇암의 끝단면을 신속하게 작업 평면과 정밀한 평행도에 도달하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 로봇암 시스템 및 그 평행도 교정 방법의 상세한 구조, 특징, 조립 또는 사용 방식에 관해서는 후술되는 실시방식의 상세한 설명에서 기술된다. 다만, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이들 상세한 설명 및 본 발명을 실시하기 위해 나열된 특정 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 특허청구범위를 한정하기 위한 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면 로봇암이 다양한 작업 상황에서 모두 작업 평면과 정확한 평행도를 신속하게 이룰 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템의 개략적인 사시도이며;
도 2는 본 발명의 상기 제1의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템의 로봇암과 평행도 교정 장치의 사시 분해도이며;
도 3 및 도 4는 본 발명의 상기 제1의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템의 사용 태양의 평면 사시도 및 개략적인 사시도이며;
도 5는 본 발명의 상기 제1의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템의 다른 사용 태양의 평면 사시도이며;
도 6은 본 발명의 제2의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템의 로봇암과 평행도 교정 장치의 개략적인 사시도이다.

설명에 앞서 출원인은 이하에서 설명되는 실시예와 도면에서 동일한 참고부호는 동일 또는 유사한 부품 또는 그 구성 특징을 표시함을 설명하고자 한다. 그리고, 하나의 부품이 다른 부품에 설치되었다고 말할 때에는 전술한 부품이 상기 다른 부품에 바로 설치되거나 또는 전술한 부품이 상기 다른 부품에 간접적으로 설치, 다시 말해 두 부품 사이에 하나 또는 다수의 다른 부품이 더 설치되어 있음을 나타낸다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템(10)은 로봇암(20), 컨트롤러(30) 및 평행도 교정 장치(40)를 포함한다.

상기 로봇암(20)은 종래의 것과 동일하며, 상기 컨트롤러(30)의 제어를 받아 다양한 자세로 변화될 수 있다. 상기 로봇암(20)은 끝단 실행기(미도시)를 장착하기 위한 끝단축(22)을 가지고, 상기 컨트롤러(30)에 의해 상기 로봇암(20)의 작동을 제어한다. 상기 끝단축(22)은 서로 다른 위치로 이동할 수 있으며 서로 다른 각도를 구현하여 서로 다른 작업 수요에 도달할 수 있다. 본 실시예에서 상기 끝단축(22)은 끝단면(222)을 가지며 상기 끝단축(22)은 상기 끝단면(222)에 수직되는 가상 축선(L)을 중심으로 회전할 수 있다.

상기 평행도 교정 장치(40)는 베이스(41) 및 상기 베이스(41)에 고정된 거리 측정기(42)를 포함하며, 상기 베이스(41)는 상기 로봇암(20)의 끝단축(22)의 끝단면(222)에 고정된다. 즉 상기 평행도 교정 장치(40)는 상기 끝단축(22)에 설치되므로, 상기 끝단축(22)과 함께 회전할 수 있다. 본 실시예에서 상기 거리 측정기(42)는 접촉형 측정기로서(예를 들면, 정밀도 0.01mm인 다이얼게이지 또는 정밀도 0.001mm인 다이얼게이지 등)，신축 가능한 측정 레버(422)를 구비한다. 상기 측정 레버(422)는 상기 가상 축선(L)에 평행하며, 다시 말해 상기 끝단면(222)에 수직된다. 그러나，상기 거리 측정기(42)는 비접촉형 측정기(예를 들어 레이저 거리 측정기, 적외선 거리 측정기 등)일 수도 있으며, 이 경우에는 거리 측정기(42)로부터 방출된 측정 광빔이 상기 가상 축선(L)에 평행한다.

이하 도 3 및 도 4에 도시된 사용 태양을 예로 들어 상기 로봇암 시스템(10)의 평행도 교정 방법을 설명한다. 도 3 및 도 4에 작업 테이블(51) 및 상기 작업 테이블(51)의 탑재면(512)에 장착된 작업 장치(52)(예를 들어 픽 앤 플레이스 플랫폼, 홀 플레이트 등)가 표시되어 있어 있으며, 상기 작업 장치(52)는 작업 평면(53)을 구비한다. 상기 평행도 교정 방법은 상기 로봇암(20)이 상기 작업 평면(53)에서 작업을 진행할 때 상기 끝단면(222)을 상기 작업 평면(53)에 평행시키기 위한 것으로, 아래 단계를 포함한다.

a. 상기 끝단축(22)을 기준면(54)에 인접한 교정 위치(P)로 이동시킨다.

본 실시예에서, 상기 작업 테이블(51)의 탑재면(512)에는 교정판(55)이 더 장착되어 있으며，상기 기준면(54)은 상기 교정판(55)의 하나의 표면이며 상기 표면은 상기 작업 평면(53)에 평행한다. 상기 거리 측정기(42)가 접촉형 측정기이므로, 이 단계 a에서는 상기 끝단축(22)이 상기 교정 위치(P)에 위치할 때 상기 거리 측정기(42)의 측정 레버(422)가 상기 기준면(54)에 접촉하도록 한다. 그러나 비접촉형 거리 측정기(42)를 이용할 경우에는 상기 거리 측정기(42)가 상기 기준면(54)에 접촉할 필요가 없으며, 상기 기준면(54)을 측정할 수만 있다면 된다.

b. 상기 평행도 교정 장치(40)가 상기 기준면(54) 위의 적어도 3개의 피측정점과 상기 끝단면(222) 사이의 거리 차를 측정하여, 측정 신호를 상기 컨트롤러(30)로 전송한다.

본 실시예에서 이 단계 b에서는 상기 끝단축(22)을 한바퀴 회전시키면서(소정 각도로만 회전할 수도 있다)，상기 거리 측정기(42)의 측정 레버(422)를 상기 기준면(54)에 지속적으로 접촉시키고 상기 측정 레버(422)를 상기 끝단축(22)을 따라 회전시켜 상기 기준면(54) 위에서 원형(또는 원호형)의 가상 궤적(56)을 따라 슬라이딩시킴으로써 상기 가상 궤적(56)상의 다수의 피측정점을 측정한다. 상기 끝단면(222)이 상기 기준면(54)에 평행하지 않으면, 이들 피측정점과 상기 끝단면(222) 사이의 거리는 차이가 존재하며 이들 차이로 인해 상기 컨트롤러(30)는 상기 기준면(54)에 대한 상기 끝단면(222)의 경사 각도를 추산할 수 있다.

c. 상기 컨트롤러(30)는 상기 평행도 교정 장치(40)가 전송한 측정 신호에 따라 상기 로봇암(20)의 자세를 조절하여 이들 피측정점과 상기 끝단면(222) 사이의 거리가 모두 같도록 한다.

상기 기준면(54) 위의 피측정점과 상기 끝단면(222) 사이의 거리가 모두 같으면 상기 끝단면(222)은 상기 기준면(54)에 평행한다. 이와 같이 하여 이 단계 c 이후, 상기 로봇암(20)이 상기 작업 평면(53)에서 작업할 때, 상기 끝단면(222)은 상기 기준면(54)에 평행하므로 작업 평면(53)에도 평행한다.

다만, 앞서 설명한 로봇암 장치의 평행도 교정 방법은 상기 교정판(55)을 반드시 사용하지 않아도 되며, 상기 작업 테이블(51)의 탑재면(512)을 상기 기준면(54)으로 할 수도 있으며, 또는 상기 작업 평면(53)을 바로 상기 기준면(54)으로 할 수도 있다. 이러한 교정 방식은 더욱 직접적이고 정확하다. 특히 도 5에 도시한 바와 같이 상기 작업 평면(53)이 상기 탑재면(512)에 대해 경사진 경우, 나아가 더욱 복잡한 좌표계가 존재하는 경우에는 상기 작업 평면(53)을 바로 상기 기준면(54)으로 하기만 하면 신속하고도 정확하게 상기 끝단면(222)과 상기 작업 평면(53)의 평행도를 교정할 수 있다.

도 6을 참조하면 본 발명에 따른 제2의 바람직한 실시예에 따른 로봇암 시스템은 제1의 바람직한 실시예와는 다른 평행도 교정 장치(60)를 사용한다. 상기 평행도 교정 장치(60)는 베이스(61) 및 상기 베이스(61)에 고정된, 길이가 고정된 기준 막대(62)와 2개의 거리 측정기(64)를 포함하며 각각의 상기 거리 측정기(64)는 제1의 바람직한 실시예에 따른 거리 측정기(42)와 같아 접촉형 또는 비접촉형 측정기일 수 있다. 상기 기준 막대(62)와 상기 2개의 거리 측정기(64)의 측정 레버(642)(또는 측정 광빔)는 상기 로봇암(20)의 끝단면(222)에 모두 수직된다(도 2에 도시한 바와 같음).

본 실시예에 따른 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법은 제1의 바람직한 실시예와 유사한 단계 a, b, c를 포함한다. 도 3 및 도 6을 참조하면，본 실시예의 단계 a에서는 상기 기준 막대(62)를 상기 기준면(54)에 접촉시킨다. 즉 상기 끝단축(22)이 상기 교정 위치(P)에 위치할 때，상기 기준 막대(62)는 상기 기준면(54)에 접촉하며, 그 접촉점은 피측정점이 된다. 이때 상기 피측정점과 상기 기준면(54) 사이의 거리는 이미 알고 있는 고정값[즉 상기 기준 막대(62)의 길이와 상기 베이스(61)의 두께의 총합]이다. 본 실시예의 단계 b에서 상기 기준 막대(62)는 여전히 상기 피측정점에 접촉하며, 상기 2개의 거리 측정기(64)는 상기 기준면(54)에 접촉하며 그 접촉점은 다른 2개의 피측정점이 된다. 이와 같이 하여, 상기 평행도 교정 장치(60)는 회전시키지 않고도 전술한 3개의 피측정점과 상기 끝단면(222) 사이의 거리 차이를 측정하여 상기 컨트롤러(30)가 상기 기준면(54)에 대한 상기 끝단면(222)의 경사도를 추산할 수 있도록 하며, 상기 로봇암(20)의 자세를 조절함으로써 상기 끝단면(222)을 상기 기준면(54)에 평행시킨다.

정리하면, 본 발명은 로봇암(20)의 끝단면(222)과 작업 평면(53)의 평행도를 직접적으로 교정할 수 있으며，또는 교정판(55)을 이용하여 로봇암(20)의 끝단면(222)과 작업 평면(53)의 평행도를 간접적으로 교정할 수 있다. 이러한 방식은 상당히 신속하고 정확하며, 작업 평면(53)이 임의로 변경되거나 나아가 좌표계가 비교적 복잡한 경사 작업 평면(53)에 적용되는 경우에도 본 발명은 여전히 로봇암(20)의 끝단면(222)이 신속하게 작업 평면(53)과 정확한 평행도를 이루도록 할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 전술한 실시예에서 개시된 구성요소는 예시로서 설명된 것이며 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다. 그밖의 다른 등가 요소의 교체 또는 변화도 본 발명의 특허청구범위에 포함되어야 할 것이다.

10: 로봇암 시스템
20: 로봇암
22: 끝단축
222: 끝단면
30: 컨트롤러
40: 평행도 교정 장치
41: 베이스
42: 거리 측정기
422: 측정 레버
51: 작업 테이블
512: 탑재면
52: 작업 장치
53: 작업 평면
54: 기준면
55: 교정판
56: 가상 궤적(피측정점)
60: 평행도 교정 장치
61: 베이스
62: 기준 막대
64: 거리 측정기
642: 측정 레버
L: 가상 축선
P: 교정 위치

Claims (10)

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2. 삭제
3. 끝단축을 가지며, 상기 끝단축은 끝단면을 가지는 로봇암; 상기 로봇암의 작동을 제어하기 위한 컨트롤러; 및 상기 끝단축의 끝단면에 설치되고, 기준면 위의 적어도 3개의 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리를 측정하여 측정 신호를 상기 컨트롤러로 전송하기 위한 거리 측정기를 가지는 평행도 교정 장치;를 포함하고, 상기 로봇암의 끝단축은 상기 끝단면에 수직되는 가상 축선을 중심으로 회전할 수 있으며, 상기 평행도 교정 장치의 상기 거리 측정기는 상기 가상 축선에서 이탈되어 상기 끝단축에 설치되고, 상기 거리 측정기의 수량은 1인, 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법에 있어서,
   상기 교정 방법은,
   a. 상기 끝단축을 상기 기준면에 인접한 교정 위치로 이동시키는 단계;
   b. 상기 끝단축이 회전한 후, 상기 평행도 교정 장치가 상기 기준면상의 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리 차이를 측정하여 측정 신호를 상기 컨트롤러로 전송하는 단계; 및
   c. 상기 컨트롤러가 상기 평행도 교정 장치가 전송한 측정 신호에 따라 상기 로봇암의 자세를 조절하여 이들 피측정점과 상기 끝단면 사이의 거리가 모두 같도록 하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 로봇암의 끝단축은 상기 끝단면에 수직되는 가상 축선을 중심으로 회전할 수 있으며, 상기 평행도 교정 장치는 상기 가상 축선에서 이탈되어 상기 끝단축에 설치된 하나의 거리 측정기를 포함하며, 상기 단계 b에서는 상기 끝단축을 회전시키며, 상기 거리 측정기는 상기 끝단축의 회전에 따라 다수의 상기 피측정점을 측정하는,
   로봇암 시스템의 평행도 교정 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 끝단축이 상기 교정 위치에 위치할 때와 상기 단계 b에서 상기 거리 측정기는 상기 기준면에 접촉하는, 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 기준면은 교정판의 표면이며, 상기 표면은 상기 로봇암이 상기 단계 c 이후 작업을 진행할 때의 작업 평면과 평행하는, 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 기준면은 상기 로봇암이 상기 단계 c 이후 작업을 진행할 때의 작업 평면인, 로봇암 시스템의 평행도 교정 방법.
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