KR101677044B1

KR101677044B1 - 조립공정용 작업 장치

Info

Publication number: KR101677044B1
Application number: KR1020150051736A
Authority: KR
Inventors: 이상문; 안진웅; 홍대한; 곽정환; 최정현
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-11-18
Also published as: US20160297075A1; KR20160122312A; US9882333B2

Abstract

본 발명에 따른 조립공정용 작업 장치는 메니퓰레이터에 의해 유연체를 이동시켜 커넥터에 체결시키는 공정용 작업 장치에 관한 것으로, 상기 메니퓰레이터에 설치되어 상기 커넥터 측으로 이동되는 몸체 상기 몸체의 내부에 설치되는 구동부 상기 몸체의 하측에 설치되고, 상기 구동부에 의해 상하운동하여 상기 유연체를 가압하여 파지하는 이동부 및 일단이 상기 몸체의 하측에 설치되고, 타단은 상기 이동부의 하측에 위치하여 그 상면에 상기 유연체가 안착되도록 받침판이 구비되는 고정부를 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 조립공정용 작업 장치에 의하면, 상하로 이동하는 이동부와고정되어 있는 고정부 사이에 유연체를 파지하도록 하여유연체를 커넥터에 안정적으로 체결시킬 수 있다. 또한 미세조정부와 고정조정부를 구비하여 유연체에 자유도를 부여함으로써 정밀한 위치제어를 통해 체결성공률을 높이고, 힘 센서모듈을 구비하여 유연체의 손상을 방지한다.

Description

조립공정용 작업 장치{Gripping and assembling device for flexible object}

본 발명은 조립공정용 작업 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커넥터 케이블과 같은 유연체를 파지하여 자동으로 커넥터에 체결시키기 위한 조립공정용 작업 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇의 팔을 구성하는 매니퓰레이터(Manipulator)의 끝에 장착되어 대상체와 접촉을 통해 특정 작업을 수행하는 엔드이펙터(End-effector)는 산업용 로봇뿐만 아니라 서비스 로봇분야에서도 널리 활용되고 있다.

이러한 엔드이펙터의 분야에서 TV 백패널(Back panel)의 조립 등과 같이 커넥터 케이블을 파지하여커넥터와 체결하는 작업은 사람의 손과 같이 정밀하고 능숙한 작업이 대부분을 차지한다. 때문에 사람의 손을 모사하는 다자유도로봇손에 대한 연구들이 진행되고있다. 하지만, 단순 반복 작업에 고가의 로봇손을 적용하는 것은 경제성이떨어지고, 다자유도 로봇손의 제어가 복잡하여 산업현장에서 활용하기가 어렵다는 단점이 있다.

이러한 이유로 커넥터 케이블을파지하여 커넥터와 체결하는 작업은 산업현장에서 단순한 산업용 그리퍼를통해 이용되고 있다. 현재 이용되고 있는 산업용 그리퍼는 집게 형상을 가지고 파지 대상체를 수평방향으로 잡고 옮기는 작업이 대부분이기 때문에 얇은 유연체를 파지하는데 어려움이 있으며, 작업대의위치에 대한 공간의 제약이 많다. 또한, 그리퍼가 강체로 구성되어있어 정밀하게 위치를 제어하고, 그 파지력을 통제하기 어렵다.

한편, 커넥터의 위치가 조립에 따라 상이하기 때문에 보드의 안쪽에 위치한 구조를 가진 커넥터에는 결합이 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내공개특허 제 공개특허 10-2014- (2014.05.09 공고)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 커넥터 케이블과 같은 유연체를 파지하여커넥터에 체결시키는 작업에 있어서 유연체의 위치를 정밀하게 제어하고, 파지력의 통제가 가능하도록 하여 체결성공률을 높인 조립공정용 작업 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조립공정용 작업 장치는, 메니퓰레이터에 의해 유연체를 이동시켜 커넥터에 체결시키는 공정용 작업 장치에 관한 것으로, 상기 메니퓰레이터에 설치되어 상기 커넥터 측으로 이동되는 몸체 상기 몸체의 내부에 설치되는 구동부 상기 몸체의 하측에 설치되고, 상기 구동부에 의해 상하운동하여 상기 유연체를 가압하여 파지하는 이동부 및 일단이 상기 몸체의 하측에 설치되고, 타단은 상기 이동부의 하측에 위치하여 그 상면에 상기 유연체가 안착되도록 받침판이 구비되는 고정부를 포함한다.

여기서 상기 몸체가 상기 커넥터 측으로 이동하여 상기 커넥터와 상기 유연체가 접촉된 상태에서, 상기 고정부는 상기 커넥터의 하단에 배치된 보드에 의해 이동이 제한되고, 상기 이동부는 상기 유연체에 상기 커넥터 방향으로 가압하여 상기 유연체가 상기 커넥터에 체결되도록 할 수 있다.

또한 상기 몸체의 상측에 설치되고, 전진 및 후진, 좌우이동, 회전운동을 통하여 상기 유연체에 자유도를 부여하는 미세조정부를 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 미세조정부는, 상기 몸체의 상측에 설치되고, 회전축을 기준으로 회전운동하는 회전조정부와, 상기 회전조정부의 상측에 설치되고, 상기 커넥터 측으로 전진 및 후진 이동하는 전후조정부와, 상기 전후조정부의 상측에 설치되고, 좌우이동하는 좌우조정부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 회전 조정부, 전후조정부, 좌우조정부는, 볼플런저와 상기 볼플런저와 대향되는 측에 홈이 형성되는 이동체와, 상기 이동체의 끝단에 설치되어 상기 이동체를 탄성지지하는 적어도 하나이상의 탄성체를 포함하며, 상기 이동체는 상기 탄성체와 상기 볼플런저에 의해 원위치로 복원되는 것이 바람직하다.

또한 상기 고정부와 상기 미세조정부 사이에 연결되며, 상기 고정부를 상기 커넥터 측으로 전진 또는 후진 이동시키고, 내부에 설치된 탄성부재에 의해 원위치로 상기 고정부를 복원시키는 고정조정부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 고정부는, 상기 이동부의 상하운동에 의해 상기 유연체가 파지되는 힘을 검출하여 파지력을 조절하는 힘 센서모듈을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 조립공정용 작업 장치에 의하면, 상하로 이동하는 이동부와 고정되어 있는 고정부 사이에 유연체를 파지하도록 하여유연체를 커넥터에 안정적으로 체결시킬 수 있다.

또한 미세조정부와 고정조정부를 구비하여 유연체에 자유도를 부여함으로써 정밀한 위치제어를 통해 체결성공률을 높이고, 힘 센서모듈을 구비하여 유연체의 손상을 방지한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 조립공정용 작업 장치를 도시한 사시도,
도2 는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 정면을 개략적으로 도시한 개략도,
도3은 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 측면을 개략적으로 도시한 개략도,도 4a는 도1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 회전조정부를 도시한 평면도,
도 4b는 도1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 좌우조정부를 도시한 평면도,
도 4c는 도1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 전후조정부를 도시한 평면도,
도 5은 도1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 고정조정부를 도시한 측면도이다.
도6a 내지 도 6c는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 작동을 단계적으로 도시한 사시도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 조립공정용 작업 장치를 도시한 사시도, 도2 는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 정면을 개략적으로 도시한 개략도, 도3은 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 측면을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도 1내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조립공정용 작업 장치(10)은, 메니퓰레이터에 의해 유연체(20)를 이동시켜 커넥터(C)에 체결시키는 조립공정용 작업 장치(10)에 관한 것으로, 몸체(100), 구동부(200), 이동부(300), 고정부(400)를 포함한다. 여기서 상기 유연체(20)는, 도시한 바와 같이 커넥터케이블과 같은 것을 의미하나, 이는 예시적인 것으로서 다른 경우에도 적용될 수 있다. 또한, 상기 커넥터(C)는 TV백패널 등에 장착되는 PCB보드상에 조립되는 것을 의미하지만, 이는 예시적인 것으로서 이에 한정하지는 않는다.

먼저 상기 몸체(100)는, 메니퓰레이터에 의해 상기 커넥터(C) 측으로 이동된다. 상기 몸체(100)는 속이 빈 프레임인 것이 바람직하며, 상기 몸체(100)의 내부에 후술(後述)할 구동부(200)가 설치 될 수 있다.

상기 구동부(200)는 상기 몸체(100)의 내부에 설치된다. 도면에 도시하지는 않았지만 상기 구동부(200)는 구동력을 부여하는 모터를 구비할 수 있다. 또한 상기 모터의 구동력으로 회전하는 볼스크류를 포함할 수 있다. 그리고 상기 볼스크류에 의해 상하운동하는 이동블럭을 포함할 수 있다.

상기 이동부(300)는 상기 몸체(100)의 하측에 설치되고, 상기 구동부(200)에 의해 상하운동한다. 즉 상기 이동부(300)는 상기 이동블럭의 하측에 설치되어 상기 이동블럭의 상하운동에 의해 함께 상하운동한다. 최종적으로 상기 이동부(300)는 상하운동을 통해 상기 유연체(20)를 가압하여 파지한다. 여기서 상기 이동부(300)의 상하운동에 상기 볼스크류를 적용하여 백드라이빙이 발생하지 않도록 한다. 이를 통해 상기 이동부(300)가 상기 유연체(20)를 파지한 후 외부 힘에 의해 상기 유연체(20)가 파지된 위치에서 이탈되는것을 방지 할 수 있다.

상기 고정부(400)는 일단이 상기 몸체(100)의 하측에 설치되고, 타단은 상기 이동부(300)의 하측에 위치한다. 또한 상기 고정부(400)는 그 타단에 받침판(410)을 구비한다.

여기서 상기 받침판(410)은 그 상면에 상기 유연체(20)가 안착된다. 상기 받침판(410) 상에 상기 유연체(20)가 안착되면 상기 이동부(300)가 상기 받침판(410)의 상측으로 상하운동한다. 따라서 상기 받침판(410) 상에 위치한 상기 유연체(20)가 상기 이동부(300)에 의해 가압되어 파지된다. 즉 상기 유연체(20)는 상기 고정부(400)와 상기 이동부(300) 사이에 위치하며, 상기 이동부(300)의 상하운동에 의해 파지된다. 고정부(400)에 대해 상대적으로 이동부(300)가 상하이동하고, 상기 고정부(400)를 파지 기준점으로 설정하여 파지되는 위치 선정이 용이한 구조이다.

또한 상기 고정부(400)는 상기 이동부(300)의 상하운동에 의해 상기 유연체(20)가 파지되는 힘을 검출하여 그 파지력을 조절하는 힘 센서모듈(700)을 더 구비할 수 있다. 상기 힘 센서모듈(700)는 상기 유연체(20)를 파지할 때 그 파지력을 측정하고, 조절한다. 상기 힘 센서모듈(700)을 통하여 상기 유연체(20)의 종류나 형태에 따라 상기 유연체(20)를 올바르게 파지하고, 이를 통해 상기 유연체(20)의 손상을 최소화 할 수 있도록 한다.

또한 상기 이동부(300)와 상기 고정부(200)는 작업환경이나, 상기 유연체(20)의 종류와 형상에 따라 적절한 파지를 위해 다른 형상으로 변경이 가능하도록 탈부착이 가능할 수 있다.상기 조립공정용 작업 장치(10)은 상기 몸체(100)의 상측에 설치되는 미세조정부(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 미세조정부(500)는 전진 및 후진, 좌우이동, 회전운동을 통하여 상기 유연체(20)에 자유도를 부여한다. 여기서 상기 자유도는 상기 몸체(100)를 미세하게 움직이도록 하는 것으로, 이를 통해 사람 손과 동일 한 기능구현이 가능하도록한다. 즉 상기 미세조정부(500)를 구비하여 상기 유연체(20)가 체결될 때 받는 힘과 함께 상기 조립공정용 작업 장치(10)을 미세하게 움직이도록 한다. 상기 미세조정부(500)는 상기 유연체(20)를 커넥터(C)에 체결 시 부드럽게 위치를 제어하고, 체결성공률을 높일 수 있다.

이하에서는 도 4a 내지 도4c를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 미세조정부(500)의 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 4a는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 회전조정부를 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 좌우조정부를 도시한 평면도이며, 도 4c는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 전후조정부를 도시한 평면도이다.

상기 미세조정부(500)는 회전조정부(510), 전후조정부(520), 및 좌우조정부(530)를 포함하는 것이 바람직하다.

도 4a를 참조하면, 상기 회전조정부(510)는 상기 몸체(100)의 상측에 설치되고, 회전축(511)을 기준으로 회전운동한다. 또한 도 4b에서 도시한 바와 같이, 상기 전후조정부(520)는 상기 회전조정부(510)의 상측에 설치되고, 상기 커넥터(C) 측으로 전진 및 후진 이동한다. 또한 도 4c에서 도시한 바와 같이, 상기 좌우조정부(530)는 상기 전후조정부(520)의 상측에 설치되고, 좌우이동한다.

즉 상기 회전조정부(510), 전후조정부(520), 및 좌우조정부(530)는 상기 유연체(20)의 체결에 따라 상기 조립공정용 작업 장치(10)을 회전운동, 전진 및 후진, 좌우이동시킨다. 이를 통해 메니퓰레이트와 같은 장치의 강성으로 인해 상기 유연체(20)를 상기 커넥터(C)에 체결하는 것이 불가할 때 부드러운 동작이 가능하도록하여 안정되게 체결시킬 수 있다. 또한 상기 커넥터(C)의 파손의 위험에 대응하여 미세하게 움직일 수 있다.

여기서 상기 회전조정부(510), 전후조정부(520), 좌우조정부(530)는, 볼플런저(501), 이동체(502), 탄성체(503)를 포함할 수 있다.

상기 볼플런저(501)는 스프링이 구비되고, 상기 스프링의 끝단에 볼이 구비된다. 또한 상기 이동체(502)는 상기 볼플런저(501)의 볼과 대향되도록 홈(502a)이 형성된다. 그리고 상기 탄성체(503)는 상기 이동체(502)의 끝단에 설치되어 상기 이동체(502)를 탄성지지하도록 적어도 하나 이상이 구비된다. 여기서 상기 이동체(502)는 회전운동, 전진 및 후진, 좌우이동 한 후 상기 탄성체(503)과 상기 볼플런저(502)에 의해 원위치로 복원 이동할 수 있다. 이는 상기 조립공정용 작업 장치(10)을 이용하여 상기 유연체(20)를 커넥터(C)에 체결할 시 사람 손처럼 미세이동이 가능하도록 구현하여 체결성공률을 높여주는 기능을 한다.

도 5는 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치의 고정조정부를 도시한 측면도 이다.

도5에 도시한 바와 같이, 상기 조립공정용 작업 장치(10)은 고정조정부(600)를 더 포함할 수 있다.

상기 고정조정부(600)는 상기 고정부(400)와 상기 미세조정부(500) 사이에 연결되며, 상기 고정부(400)를 체결시킬 커넥터(C) 측으로 전진 및 후진 이동하여 상기 유연체(20)에 자유도를 부여한다. 또한 내부에 설치된 탄성부재(610)에 의해 상기 고정부(400)를 원위치로 복원시킬 수 있다. 상기 미세조정부(500)와 마찬가지로 상기 고정조정부(600)는 상기 유연체(20)를 커넥터(C)에 체결할 시 사람 손과 같이 미세이동이 가능하도록 구현하여 체결성공률을 높여주는 기능을 한다. 또한 상기 고정조정부(600)의 이동이 가능하도록 구현하여 상기 커넥터(C)가 PCB와 같은 보드(B)의 가장자리에서 일정거리를 가지고 안쪽에 위치한 경우에도 체결할 수 있다.

이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 도 1에 나타낸 조립공정용 작업 장치(10)의 작동과정을 단계적으로 살펴본다. 여기서 단계적으로 나타낸 작동과정은 상기 커넥터(C)가 PCB와 같은 보드(B)의 가장자리에서 일정거리를 가지고 안쪽에 위치한 경우를 도시하였다.

도 6a는 유연체를 파지하여 커넥터 측으로 진행하고 있는 작동상태를 도시한 사시도이고, 도 6b는 고정부가 보드에 접촉한 작동상태를 도시한 사시도이며, 도6c는 이동부가 유연체를 가압하여 커넥터에 체결시키는 작동상태를 도시한 사시도이다.

먼저 도 6a에서 도시한 바와 같이, 상기 이동부(300)와 상기 고정부(400)를 통해 상기 유연체(20)가 파지되고, 상기 커넥터(C)와 결합하기 위해 상기 커넥터(C)측으로 이동한다.

다음으로, 도 6b에서 도시한 바와 같이 상기 커넥터(C)가 결합된 보드(B)에 상기 고정부(400)가 접촉하고, 상기 커넥터(C)에 상기 유연체(20)가 접촉한다. 상기 고정부(400)는 상기 보드(B)에 의해 진행방향으로의 이동이 제한된다.

마지막으로, 도 6c에서 도시한 바와 같이 상기 고정부(400)는 상기 보드(B)에 의해 진행방향으로 이동이 제한되고, 상기 이동부(300)는 상기 커넥터(C) 방향으로 계속적으로 진행이 가능하여 상기 유연체(20)를 가압하여 상기 커넥터(C)에 체결되도록 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 조립공정용 작업 장치(10)에 의하면, 상하로 이동하는 이동부(300)와 고정되어 있는 고정부(400) 사이에 유연체(20)를 파지하도록 하여유연체(20)를 커넥터(C)에 안정적으로 체결시킬 수 있다.

또한 미세조정부(500)와, 고정조정부(600)를 구비하여 유연체(20)에 자유도를 부여함으로써 정밀한 위치제어를 통해 체결성공률을 높이고, 힘 센서모듈(700)을 구비하여 유연체(20)의 손상을 방지한다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 조립공정용 작업 장치에 의하면, 상하로 이동하는 이동부와고정되어 있는 고정부 사이에 유연체를 파지하도록 하여유연체를 커넥터에 안정적으로 체결시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 조립공정용 작업 장치 20 : 유연체
100 : 몸체 200 : 구동부
300 : 이동부 400 : 고정부
410 : 받침판 500 : 미세조정부
510 : 회전조정부 511 : 회전축
520 : 전후조정부 530 : 좌우조정부
501 : 볼플런저 502 : 이동체
502a : 홈 503 : 탄성체
600 : 고정조정부 610 : 탄성부재
700 : 힘 센서모듈 B : 보드
C : 커넥터

Claims

메니퓰레이터에 의해 유연체를 이동시켜 커넥터에 체결시키는 공정용 작업 장치에 있어서,
상기 메니퓰레이터에 설치되어 상기 커넥터 측으로 이동되는 몸체
상기 몸체의 내부에 설치되는 구동부;
상기 몸체의 하측에 설치되고, 상기 구동부에 의해 상하운동하여 상기 유연체를 가압하여 파지하는 이동부;
일단이 상기 몸체의 하측에 설치되고, 타단은 상기 이동부의 하측에 위치하여 그 상면에 상기 유연체가 안착되도록 받침판이 구비되는 고정부; 및
상기 몸체의 상측에 설치되고, 전진 및 후진, 좌우이동, 회전운동을 통하여 상기 유연체에 자유도를 부여하는 미세조정부를 포함하는 조립공정용 작업 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 몸체가 상기 커넥터 측으로 이동하여 상기 커넥터와 상기 유연체가접촉된 상태에서,
상기 고정부는 상기 커넥터의 하단에 배치된 보드에 의해 이동이 제한되고,
상기 이동부는 상기 유연체에 상기 커넥터 방향으로 가압하여 상기 유연체가 상기 커넥터에 체결되도록 하는 조립공정용 작업 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 미세조정부는,
상기 몸체의 상측에 설치되고, 회전축을 기준으로 회전운동하는 회전조정부와,
상기 회전조정부의 상측에 설치되고, 상기 커넥터 측으로 전진 및 후진 이동하는 전후조정부와,
상기 전후조정부의 상측에 설치되고, 좌우이동하는 좌우조정부를 포함하는 조립공정용 작업 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 회전 조정부, 전후조정부, 좌우조정부는,
볼플런저와,
상기 볼플런저와 대향되는 측에 홈이 형성되는 이동체와,
상기 이동체의 끝단에 설치되어 상기 이동체를 탄성지지하는 적어도 하나이상의 탄성체를 포함하며,
상기 이동체는,
상기 탄성체와 상기 볼플런저에 의해 원위치로 복원되는 조립공정용 작업 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고정부와 상기 미세조정부 사이에 연결되며,
상기 고정부를 상기 커넥터 측으로 전진 또는 후진 이동시키고, 내부에 설치된 탄성부재에 의해 원위치로 상기 고정부를 복원시키는 고정조정부를 더 포함하는 조립공정용 작업 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고정부는,
상기 이동부의 상하운동에 의해 상기 유연체가 파지되는 힘을 검출하여 파지력을 조절하는 힘 센서모듈을 더 구비하는 조립공정용 작업 장치.