KR102034543B1 - 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법 - Google Patents

부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법 Download PDF

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KR102034543B1
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박병학
정광욱
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주식회사 성우하이텍
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Abstract

부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법은 부품 조립을 위한 작업공간을 비전유닛의 카메라를 통해 인식되는 가상의 비전 좌표계를 통해 인식하고, 행거가 장착된 복수의 행거 로봇과 용접기가 장착된 하나 이상의 용접 로봇을 이용하여 부품규제, 위치보정, 부품결합 및 용접과 제품검사 등의 작업을 자동으로 수행할 수 있도록 하며, 특히, 서로 매칭되는 부품들을 작업공간상의 상호 일정 거리 이격된 위치에서, 비전 좌표계 상의 각 위치좌표를 이격좌표 값과 함께 비교 분석하여 부품간의 간섭을 미리 예측 판단하여 부품의 위치 보정을 통해 부품간의 간섭을 회피한 상태로 조립한다.

Description

부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법{A ROBOT SYSTEM COMPONENT ASSSEMBLY AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부품 조립을 위한 작업공간을 비전유닛의 카메라를 통해 인식되는 가상의 비전 좌표계상의 위치좌표를 이용하여 부품에 대한 비전 좌표계와 모델 좌표계 상의 위치를 일치시켜 부품간의 간섭을 회피한 상태로 조립할 수 있는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업분야에서, 부품들을 조립하기 위해서는 부품들을 전용 지그를 통하여 규제한 상태로 용접 설비를 이용하여 조립작업을 진행한다.
즉, 부품들을 조립하는 과정은 작업자가 각 부품들을 전용 지그 상에 안착시켜 센서 등을 통하여 부품의 누락여부, 안착상태 등을 감지한 후, 클램퍼로 각 부품들을 고정한 상태로, 용접용 로봇이 정해진 경로를 따라 용접기를 진입시켜 용접작업을 진행하여 조립한다.
그러나 종래의 경우에는 부품 조립 작업 시, 고정된 전용 지그 상에 작업자가 부품들을 고정한 후, 용접용 로봇이 정해진 경로를 따라 용접기를 진입시켜 용접작업을 진행하기 때문에 부품들의 성형 공차에 능동적으로 대응하지 못하는 문제점이 있다.
이와 같이, 부품들의 성형 공차나 작업자의 실수 등으로 인하여 부품 간에 용접불량이 발생하는 경우, 수동으로 보강 용접을 진행하거나, 불량 제품으로 폐기하게 되는 문제로 이어진다.
한편, 상기와 같은 전용 지그는 해당 부품들의 전용설비로 제작되는 바, 신규 차종을 개발할 때마다 새롭게 제작해야 하며, 이로 인해 매번 지그 제작비 및 전장공사 등의 설비 투자비가 발생하는 단점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 부품 조립을 위한 작업공간을 비전유닛의 카메라를 통해 인식되는 가상의 비전 좌표계를 통해 인식하고, 복수의 행거 로봇과 하나 이상의 용접 로봇을 이용하여 부품규제, 위치보정, 부품결합 및 용접과 제품검사 등의 작업을 자동으로 수행할 수 있는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 서로 매칭되는 부품들을 작업공간상의 상호 일정 거리 이격된 위치에서, 비전 좌표계 상의 각 위치좌표를 이격좌표 값과 함께 비교 분석하여 부품간의 간섭을 미리 예측 판단하여 부품의 위치 보정을 통해 부품간의 간섭을 회피한 상태로 조립하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 카메라를 구비하는 비전유닛, 각 행거를 구비하는 복수의 행거 로봇, 용접기를 구비하는 하나 이상의 용접 로봇, 비전 제어기, 및 로봇 제어기를 포함하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 있어서, 각 행거 로봇의 최소 3점 거동에 따른 각 행거 로봇 상의 보정툴의 위치를 상기 카메라로 스캔하여 생성되는 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표와 로봇 좌표계 상의 해당 3점 위치좌표를 비교하여 산출되는 보정치로 상기 로봇 좌표계를 보정하여 비전 좌표계와 로봇 좌표계를 일치시키는 제1 보정단계(S1); 상기 각 행거 로봇의 행거를 통하여 조립할 각 부품을 그립하여 각 행거에 규제하는 부품규제단계(S2); 상기 각 행거 로봇 상의 상기 보정툴과 상기 각 행거 상에 규제된 부품에 대해 비전유닛의 카메라로 스캔하여 상기 보정툴과 상기 부품의 비전 좌표계 상의 각 위치좌표의 좌표 차이값으로 산출되는 보정치로 제1 보정단계에서 보정된 로봇 좌표계를 다시 보정하여 상기 부품을 기준으로 로봇 좌표계를 설정하는 제2 보정단계(S3); 상기 각 행거 로봇을 제어하여 조립을 위해 상호 매칭되는 부품 중, 하나의 부품에 조립되는 다른 하나의 부품에 이격좌표 값을 적용하여 작업공간 상의 상호 일정 거리 이격된 위치에 상기 부품들을 이동시키는 부품이격단계(S4); 상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상에서 상호 일정 거리 이격된 상기 부품들을 스캔하면, 상기 비전 제어기가 상기 부품들의 비전 좌표계 상의 각 위치좌표를 생성하고, 상기 각 위치좌표와 상기 이격좌표 값을 함께 비교 분석하여 상기 부품간의 간섭을 예측하여 상기 부품들의 각 위치좌표의 좌표 간섭값에 대한 제3 보정치를 산출하며, 상기 부품들 중, 하나의 부품에 매칭되는 다른 하나의 부품에 대한 위치좌표에 상기 제3 보정치를 적용하여 위치를 보정하는 제3 보정단계(S5); 상기 다른 하나의 부품을 행거로 규제하는 행거 로봇을 제어하여 작업공간에서 상기 하나의 부품에 상기 다른 하나의 부품을 이격좌표 값만큼 복귀시켜 상기 부품들을 상호 매칭시키는 부품매칭단계(S6); 상기 하나 이상의 용접 로봇과 용접기를 제어하여 상호 매칭된 부품들의 용접부를 용접하는 용접단계(S7); 및 상기 부품들의 용접부를 용접한 제품을 상기 카메라로 스캔하여 생성되는 비전 좌표계상의 위치좌표를 모델 좌표계상의 모델 데이터 좌표와 비교하여 허용오차범위여부에 따른 불량검사를 진행하는 검사단계(S8)를 포함할 수 있다.
상기 제1 보정단계(S1)는 상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상에서 각 행거 로봇의 최소 3점 거동에 따른 각 행거 로봇 상의 보정툴의 꼭지점을 스캔하면, 상기 비전 제어기가 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표를 생성하고, 상기 로봇 제어기로부터 수신되는 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 로봇 좌표계 상의 해당 3점 위치좌표와 상기 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표를 비교하여 좌표 차이값에 대한 제1 보정치를 산출하고, 상기 로봇 제어기에 설정된 로봇 좌표계에 상기 제1 보정치를 적용하여 제1 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제1 보정단계(S1)는 상기 로봇 제어기가 각 행거 로봇을 제어하여 작업공간상의 임의의 3점 위치로 3점 거동하는 단계(S11); 상기 비전유닛의 카메라를 통해 각 행거 로봇의 3점 거동에 따른 임의의 3점 위치에 대해 각 행거 로봇의 아암 선단에 고정된 보정툴의 꼭지점을 스캔하여 영상정보를 출력하는 단계(S12); 상기 각 행거 로봇의 임의의 3점 위치에 대한 상기 보정툴의 영상정보를 분석하여 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표를 생성하는 단계(S13); 상기 각 행거 로봇의 임의의 3점 위치의 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표를 상기 로봇 제어기로부터 수신하는 단계(S14); 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표 값과 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표의 좌표 차이값에 대한 제1 보정치를 산출하는 단계(S15); 및 상기 제1 보정치를 상기 로봇 제어기에 송출하여 로봇 좌표계를 제1 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계(S16)를 포함할 수 있다.
상기 제2 보정단계(S3)는 상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상에서 각 행거 로봇 상의 보정툴의 꼭지점과, 각 행거 상에 규제된 부품상의 임의의 한 점을 스캔하면, 상기 비전 제어기가 상기 보정툴의 꼭지점과 상기 부품상의 임의의 한 점에 대한 비전 좌표계 상의 각 위치좌표를 생성하고, 상기 각 위치좌표의 좌표 차이값에 대한 제2 보정치를 산출하며, 상기 제1 보정단계에서 상기 로봇 제어기에 보정된 로봇 좌표계에 상기 제2 보정치를 적용하여 제2 보정 로봇 좌표계로 다시 보정하여 설정하는 단계로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제2 보정 로봇 좌표계는 상기 각 행거 로봇의 제어를 위한 기준좌표를 보정툴의 꼭지점인 로봇 회전 중심점(RRCP)에서 부품상의 임의의 한 점인 부품 회전 중심점(PRCP)으로 이동시킨 좌표계로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제2 보정단계(S3)는 상기 로봇 제어기가 각 행거 로봇을 제어하여 각 행거 로봇상의 각 행거에 규제된 부품을 작업공간상의 설정위치에 위치시키는 단계(S31); 상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상의 각 행거 로봇의 아암 선단에 고정된 보정툴의 꼭지점과, 각 행거에 규제된 부품의 임의의 한 점을 스캔하여 영상정보를 출력하는 단계(S32); 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상의 로봇 회전 중심점(RRCP)이 되는 제1 위치좌표를 생성하는 단계(S33); 상기 부품의 임의의 한 점에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상의 부품 회전 중심점(PRCP)이 되는 제2 위치좌표를 생성하는 단계(S34); 비전 좌표계 상의 상기 제1, 제2 위치좌표의 좌표 차이값에 대한 제2 보정치를 산출하는 단계(S35); 및 상기 제2 보정치를 상기 로봇 제어기에 송출하여 상기 제1 보정단계에서 보정된 로봇 좌표계를 제2 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계(S36)를 포함할 수 있다.
상기 제3 보정단계(S5)는 하나의 행거 로봇이 하나의 부품을 도면 프로그램에 설정된 모델 좌표계 상의 모델 데이터 좌표로 작업공간상에 위치시키는 단계(S51); 다른 행거 로봇이 상기 하나의 부품에 조립되는 다른 하나의 부품을 도면 프로그램에 설정된 모델 좌표계 상의 모델 데이터 좌표에서 일정 거리 이격된 위치의 이격좌표 값을 적용하여 작업공간상에 위치시키는 단계(S52); 상기 비전유닛의 카메라를 통해 상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품에 대한 상호 매칭 포인트를 스캔하여 영상정보를 출력하는 단계(S53); 상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상에서 이격된 상태의 각 매칭 포인트에 대한 제1, 제2 위치좌표를 생성하는 단계(S54); 비전 좌표계 상의 상기 제1, 제2 위치좌표를 상기 이격좌표 값과 함께 비교 연산하여 좌표 간섭값으로 상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품 사이에 간섭 유무를 판단하는 단계(S55); 상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품 사이에 간섭 발생 시, 상기 좌표 간섭값에 대한 제3 보정치를 산출하는 단계(S56); 및 상기 제3 보정치를 상기 로봇 제어기에 송출하여 상기 다른 하나의 부품에 대한 로봇 좌표계 상의 위치좌표에 적용하여 상기 다른 하나의 부품의 작업공간상의 위치를 보정하는 단계(S57)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모델 데이터 좌표는 상기 부품의 도면 프로그램 상의 모델 데이터에 비전 좌표계상의 좌표 기준이 되는 기준핀의 데이터를 삽입하여 상기 기준핀의 위치좌표를 기준좌표로 하는 부품 모델의 좌표값으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예는 부품 조립을 위한 작업공간을 비전유닛의 카메라를 통해 인식되는 가상의 비전 좌표계를 통해 인식하고, 행가가 장착된 복수의 행거 로봇과 용접기가 장착된 하나 이상의 용접 로봇을 이용하여 부품규제, 위치 보정, 부품결합 및 용접과 제품검사 등의 작업을 하나의 공정에서 자동으로 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예는 비전 좌표계로 인식되는 작업공간상에서, 복수의 행거 로봇과 하나 이상의 용접 로봇을 이용하여 부품의 조립을 수행하므로, 종전의 복잡한 전용 지그유닛 등의 설비가 불필요하며, 다양한 사양의 부품에 대한 호환성이 있어 조립을 위한 전장 설비비를 절약할 수 있으며, 제품의 불량 검사를 위한 검사치구 등의 장비를 별도로 구비할 필요가 없다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 서로 매칭되는 부품들을 작업공간상의 상호 일정 거리 이격된 위치에서, 비전유닛의 카메라를 통해 인식되는 비전 좌표계상의 각 위치좌표를 이격좌표 값과 함께 비교 분석하여 부품간의 간섭을 미리 예측 판단하고, 부품의 위치 보정을 통해 부품간의 간섭을 회피한 상태로 조립할 수 있도록 한다.
이에 따라, 부품 간의 간섭에 의한 억지 조립으로 발생하는 변형 산포나 조립 제품의 품질 산포를 방지할 수 있으며, 전용 검사치구의 제작이 불필요하여 치구 제작비를 절감할 수 있다.
이외에도 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제어방법이 적용되는 부품 조립용 로봇 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제어방법이 적용되는 부품 조립용 로봇 시스템 상의 비전유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어방법이 적용되는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제1 보정단계(S1)의 제어 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제1 보정 단계(S1)의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제2 보정단계(S3)의 제어 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제2 보정 단계(S3)의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제3 보정단계(S5)의 제어 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제3 보정 단계(S5)의 예시도이다.
이하, 첨부된 도면과 상세한 설명을 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템 및 제어방법의 실시 예에 대한 구성 및 작동 원리를 상세히 설명한다.
다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것으로, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 그 정의는 본 발명의 기술 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예는 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명하며, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템에 적용되는 비전유닛의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템은 부품 조립이 이루어지는 작업공간상에 설비되는 비전유닛(VU), 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)으로 구성되는 3기의 행거 로봇(R1,R2,R3), 및 1기의 용접 로봇(R4)을 포함하며, 상기 비전유닛(VU)의 제어를 위한 비전 제어기(VC), 및 상기 3기의 행거 로봇(R1,R2,R3)과 1기의 용접 로봇(R4)의 제어를 위한 로봇 제어기(RC)를 포함한다.
상기 비전유닛(VU)은 작업공간의 일측에 설치되는 프레임(13)과, 상기 프레임(13) 상의 일측에 구성되어 좌표 기준이 되는 기준핀(15)과, 상기 프레임(13)에 대하여 상하방향으로 이동하는 제1 리니어 레일(LR1), 상기 제1 리니어 레일(LR1) 상에서 좌우방향으로 이동하는 제2 리니어 레일(LR2), 상기 제2 리니어 레일(LR2) 상에서 전후방향으로 이동하면서, 상기 제1, 제2 리니어 레일(LR1)(LR2)의 이동과 함께 전체 6축 방향 거동이 가능하게 설치되는 카메라(11)를 포함한다.
상기 프레임(13)은 사각의 빔으로 형성되는 2개의 기둥빔(13a)이 작업공간상의 양측에 고정 설치되고, 상부빔(13b)이 양측 기둥빔(13a)의 각 상단을 연결하여 설치된다.
이 외에, 상기 프레임(13)은 바닥면에 대해 양측 기둥빔(13a)의 고정을 위하여 별도의 지지빔을 추가적으로 설치할 수 있으나, 본 발명의 실시 예에서는 생략한다.
상기 기준핀(15)은 상기 상부빔(13b)의 하면 양측에 각각 2개씩 설치되는데, 각각의 선단은 뾰족하게 정밀 가공되어 구성된다.
상기 제1 리니어 레일(LR1)은 상기 양측 기둥빔(13a) 사이에 배치되어 구동수단을 통하여 양측 기둥빔(13a)을 따라 상하로 이동하면서 회전 가능하게 구성된다.
상기 구동수단은 제1 모터(M1)가 상기 상부빔(13b)의 전면 중앙에 고정되고, 양측 연결축(41)이 상기 상부빔(13b)의 전면 양측에 각각 회전 가능하게 설치되어 상기 상부빔(13b)의 전면 중앙에 설치되는 기어박스(GB)를 통하여 상기 제1 모터(M1)의 구동축과 동력 전달 가능하게 구성된다.
또한, 양측 안내레일(43, 일측 미도시)이 상기 양측 기둥빔(13a)의 길이방향 각 내측면을 따라 상하방향으로 구성되고, 양측 스크루 축(45)이 상기 양측 기둥빔(13a)의 길이방향 각 전면을 따라 상하방향으로 배치되어 회전 가능하게 설치된다.
상기 양측 스크루 축(45)은 각 상단부가 상기 양측 기둥빔(13a)의 각 상단 전면에 설치되는 기어박스(GB)를 통해 상기 양측 연결축(41)의 각 외측단부와 동력 전달 가능하게 연결되어 제1 모터(M1)의 회전동력을 전달받는다.
여기서, 상기 기어박스(GB)는 제1 모터(M1)의 회전동력을 90도로 변환하여 전달하기 위한 각종 기어가 내장되어 있는 박스를 의미하며, 이때, 내부에 적용되는 각종 기어로는 직선, 곡선, 헬리컬, 제롤 타입의 베벨 기어 또는 웜 기어, 하이포이드 기어 등이 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 모터의 회전동력을 일정각 변환하여 전달할 수 있는 기어세트이면 적용이 가능하다.
상기 양측 기둥빔(13a) 상의 각 안내레일(43)과 각 스크루 축(45)에는 각각 스크루 축(45)에 치합된 상태로, 각 안내레일(43)을 따라 상하방향으로 이동 가능하게 양측 승하강 슬라이더(51)(53)가 구성된다.
여기서, 일측 승하강 슬라이더(51) 상에는 감속기(55)를 포함하는 제2 모터(M2)가 설치되고, 타측 승하강 슬라이더(53) 상에는 베어링 블록(BB)이 설치된다.
또한, 상기 양측 승하강 슬라이더(51)(53) 사이에는 회전판(57)이 양단을 통하여 상기 감속기(55)와 상기 베어링 블록(BB)에 각각 설치되고, 상기 회전판(57)은 제2 모터(M2)의 회전동력을 감속기(55)를 통해 감속하여 전달받아 양측 승하강 슬라이더(51)(53)에 대하여 360도 회전 작동한다.
여기서, 상기 제1 리니어 레일(LR1)은 상기 회전판(57) 상에 설치되어 상기 회전판(57)과 함께 회전 작동하며, 상기 제1 리니어 레일(LR1) 상에는 레일방향인 좌우방향으로 슬라이드 이동하는 제1 슬라이더(SR1)가 구성된다.
상기 제2 리니어 레일(LR2)은 상기 제1 리니어 레일(LR1) 상에 제1 슬라이더(SR1)를 통하여 중앙부가 설치되며, 상기 제2 리니어 레일(LR2) 상에는 레일방향인 전후방향으로 슬라이드 이동하는 제2 슬라이더(SR2)가 구성된다.
이때, 상기 제2 리니어 레일(LR2)은 상기 제1 리니어 레일(LR1) 상에 제1 슬라이더(SR1)를 통하여 설치되는바, 상기 회전판(57)과 함께 회전 작동한다.
여기서, 상기 제1, 제2 리니어 레일(LR1)(LR2)은 통상의 모터와 스크루 구동방식의 직선형 레일이 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 코일에 공급되는 전류에 의한 자속과 자석의 자속이 작용하여 발생되는 추력을 이용하는 리니어 모터가 적용될 수 있다.
상기 카메라(11)는 상기 제2 리니어 레일(LR2) 상에 제2 슬라이더(SR2)를 통하여 설치되며, 피사체의 공간좌표 생성을 위한 3D 영상을 획득할 수 있도록 3D 비전 카메라가 적용될 수 있다.
이러한 카메라(11)는 상기 제2 리니어 레일(LR2)을 따라 전후방향으로 이동하여 상기 제1, 제2 리니어 레일(LR1)(LR2)의 이동과 함께 전체 6축 방향으로 거동하면서 피사체를 촬영하여 영상정보를 출력한다.
즉, 이러한 비전유닛(VU)은 카메라(11)를 통해 기준핀(15)의 선단을 인식하고, 이를 기준좌표(원점좌표)로 하여 작업공간을 가상의 비전 좌표계로 인식할 수 있도록 하며, 작업공간상에 위치되는 각 로봇(R1,R2,R3)과 부품(P1,P2,P3) 등의 피사체를 카메라(11)로 인식하여 상기 기준핀(15)을 기준좌표로 하는 영상정보를 출력한다.
그리고 상기 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)은 6축 서보모터의 구동으로 제어되는 다관절 로봇의 아암 선단에 부품 규제를 위한 각 행거(H1)(H2)(H3)가 설치되어 구성되며, 작업공간상에서 상기 비전유닛(VU)의 전방 일측과 양 측방에 각각 구성된다.
본 발명의 실시 예에서는 상기 행거 로봇(R1,R2,R3)을 3기로 한정하였으나, 2기 또는 4기를 구성할 수 있으며, 작업공간과 조립되는 부품의 개수를 고려하여 효율적 운용이 가능한 수준에서 결정될 수 있다.
또한, 상기 용접 로봇(R4)은 6축 서보모터의 구동으로 제어되는 다관절 로봇의 아암 선단에 용접기(W)가 설치되어 구성되며, 작업공간상에서 상기 비전유닛(VU)의 후방 일측에 구성된다.
이때, 상기 용접기(W)는 아크 용접기, 저항 용접기, 마찰교반 용접기, 셀프 피어싱 리벳팅 접합기, 레이저 용접기 등 용접방식에 한정되지 않으나, 부품 소재의 용접 특성, 용접부의 구조적 특징, 작업공간상에서 운용성 등을 고려하여 효율적인 용접법에 따라 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 상기 용접 로봇(R4)을 1기로 한정하였으나, 2기 또는 3기를 구성할 수 있으며, 작업공간과 적용되는 용접방법 등을 고려하여 효율적 운용이 가능한 수준에서 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 다관절 로봇을 6축 서보모터로 구동 제어하는 것으로 한정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 부품(P1,P2,P3) 또는 용접기(W)의 위치 선정에 지장이 없는 범위에서 서보모터의 개수가 정해질 수 있다.
여기서, 상기 행거 로봇(R1,R2,R3)과 용접 로봇(R4)은 사용 용도에 따라 구분하기 위하여 명칭을 달리하였을 뿐이며, 동일한 로봇으로 구성될 수 있으며, 자세제어를 위한 로봇 제어기(RC)의 제어신호에 의해 전반적인 동작이 제어된다.
상기 비전 제어기(VC)는 작업공간상의 외부 일측에 구비되어 카메라(11)의 위치제어를 위해 비전유닛(VU)의 전반적인 기구학적 설정정보를 저장하며, 각 로봇(R1,R2,R3)과 부품(P1,P2,P3)을 인식하도록 카메라(11)의 위치제어를 위한 전반적인 동작을 제어하고, 카메라(11)를 통해 인식된 각 로봇(R1,R2,R3)과 부품(P1,P2,P3) 등의 영상정보를 통해 작업공간상에서의 정확한 위치정보로 생성하거나, 좌표보정을 통해 보정치를 설정한다.
이러한 비전 제어기(VC)는 카메라(11)의 위치제어를 위한 프로그램 및 데이터를 활용하는 적어도 하나 이상의 프로세서가 구성될 수 있으며, 상기 카메라(11)의 위치제어는 비전유닛(VU)의 기구학적 설정정보를 토대로 계산되는 이상적인 이론값으로 해당 카메라(11)를 순차적으로 이동시키기 위한 복수의 이동지점과 각 이동지점에서 취할 수 있는 적어도 하나의 자세를 포함한다.
또한, 상기 비전 제어기(VC)는 비전유닛(VU) 상의 기준핀(15)을 좌표 기준으로 하여 작업공간을 카메라(11)를 통해 인식되는 가상의 비전 좌표계로 설정하고, 작업공간상에 위치되는 각 로봇(R1,R2,R3)과 부품들(P1,P2,P3)의 비전 좌표계 상의 좌표값을 토대로 각 로봇(R1,R2,R3)과 부품(P1,P2,P3)의 위치보정을 위한 캘리브레이션을 수행하며, 카메라(11)의 위치, 원하는 위치로의 이동 및 자세제어를 통한 적어도 하나의 작업을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 비전 좌표계(Vx,Vy,Vz)는 비전 제어기(VC)에서, 비전유닛(VU)의 카메라(11)를 통하여 작업공간 내의 임의의 한 점을 기준으로 작업공간을 가상의 공간좌표로 표시하는 좌표계로써, 부품 조립을 위한 작업공간 내에서 카메라(11)를 통해 인식되는 각 로봇(R1,R2,R3) 또는 부품(P1,P2,P3)의 위치를 기준핀(15)의 꼭지점을 기준으로 하는 공간좌표로 표시할 수 있다.
이러한 비전 제어기(VC)는 부품 조립을 위한 작업공간상에서 각 로봇(R1,R2,R3)과 부품(P1,P2,P3)의 전반적인 좌표생성 및 좌표보정을 위한 프로그램과 데이터를 활용하는 다수의 프로세서가 구성된 메인 제어기로서, PLC(Programable Logic Controller), PC, WORKSTATION 등일 수 있거나 이들에 의해 제어될 수 있다.
상기 로봇 제어기(RC)는 작업공간상의 외부 일측에 구비되어 로봇의 자세제어를 위한 기구학적 설정정보를 저장하며, 부품 조립 및 용접 작업을 위해 로봇의 자세제어를 위한 전반적인 동작을 제어한다.
이러한 로봇 제어기(RC)는 로봇의 자세제어를 위한 프로그램 및 데이터를 활용하는 적어도 하나 이상의 프로세서가 구성될 수 있으며, 상기 로봇의 자세제어는 로봇의 기구학적 설정정보를 토대로 계산되는 이상적인 이론값으로 해당 로봇을 순차적으로 거동시키기 위한 복수의 이동지점과 각 이동지점에서 취할 수 있는 적어도 하나의 자세를 포함한다.
또한, 상기 로봇 제어기(RC)는 로봇 좌표계에 기초하여 작업공간상에서 각 로봇(R1,R2,R3,R4)의 거동 및 자세제어를 위한 캘리브레이션을 수행하며, 각 로봇(R1,R2,R3,R4)의 위치, 원하는 위치로의 이동 및 자세제어를 통한 적어도 하나의 작업을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 로봇 좌표계(Rx,Ry,Rz)는 로봇 제어기(RC)를 통하여 각 행거(H1,H2,H3)의 거동을 인식하기 위한 로봇의 고유 좌표계로써, 로봇 제어기(RC)에 프로그램된 좌표계로 정의하며, 로봇 아암 상의 보정툴(미도시)의 꼭지점 위치를 공간좌표로 표시할 수 있다.
또한, 상기 로봇 제어기(RC)는 3기의 행거 로봇(R1,R2,R3) 상의 각 행거(H1,H2,H3)의 작동, 및 1기의 용접 로봇(R4) 상의 용접기(W)의 작동을 제어하기 위한 제어로직을 포함한다.
한편, 본 발명의 실시에서는 모델 좌표계(Mx,My,Mz)가 사용되는데, 상기 모델 좌표계(Mx,My,Mz)는 각 부품(P1,P2,P3)의 도면 프로그램 상에서, 부품 모델의 형상을 공간좌표로 표시하는 좌표계로서, 비전 좌표계상의 좌표 기준이 되는 기준핀(15)을 도면 프로그램 상의 모델 데이터에 삽입하여 상기 기준핀(15)의 위치좌표를 기준좌표로 하는 모델 데이터 좌표(즉, car-line 좌표라고도 함)를 생성하여 운용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템에는 모니터(21)와 경보기(31)를 더 포함할 수 있다.
상기 모니터(21)는 상기 로봇 제어기(RC) 또는 비전 제어기(VC)의 작동 중에 발생되는 각 행거 로봇(R1,R2,R3)과 용접 로봇(R4) 등의 동작 정보 및 결과 정보를 표시할 수 있다. 즉, 상기 모니터(21)는 비전유닛(VU)의 카메라(11)로 촬영한 영상정보 및 각 행거 로봇(R1,R2,R3)과 용접 로봇(R4)의 이동경로정보를 좌표값으로 표시할 수 있으며, 작업공간 내의 각 부품(P1,P2,P3)의 위치정보 등을 좌표값으로 표시할 수 있다.
또한, 상기 모니터(21)는 상기 로봇 제어기(RC)와 비전 제어기(VC)의 제어에 따라 불량정보를 문자 등으로 표시할 수 있다.
이러한 모니터(21)는 동작 정보 및 결과 정보 등을 표시할 수 있으면 그 종류는 무관하다. 예를 들어, 상기 모니터(21)는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광 장치(Organic Light Emitting Display: OLED), 전기 영동 표시 장치(Electro Phoretic Display: EPD), 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 표시 장치 중 하나일 수도 있다.
또한, 상기 경보기(31)는 상기 로봇 제어기(RC) 또는 비전 제어기(VC)의 제어에 따라 부품(P1,P2,P3)의 불량 정보를 출력하는데, 여기서, 상기 불량 정보는 부품(P1,P2,P3) 또는 제품에 불량이 발생하였다는 것을 작업자에게 알려주기 위한 정보를 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 상기 불량 정보는 음성, 그래픽, 빛 등으로 이루어질 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 부품 조립용 로봇 시스템을 통하여 작업공간상에서, 비전유닛(VU), 3기의 행거 로봇(R1,R2,R3)과 각 행거(H1)(H2)(H3) 및 1기의 용접 로봇(R4)과 용접기(W)를 이용하여 다수의 부품들(P1,P2,P3)을 상호 조립하기 위한 부품 조립용 로봇 시스템의 비전 제어기(VC)와 로봇 제어기(RC)에 의한 제어방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법은 제1 보정단계(S1), 부품규제단계(S2), 제2 보정단계(S3), 부품이격단계(S4), 제3 보정단계(S5), 부품매칭단계(S6), 용접단계(S7), 및 검사단계(S8)와 같이, 전체 8단계의 작업공정을 순차적으로 진행하여 이루어진다.
이러한 각 단계(S1 ~ S8)는 로봇 제어기(RC)와, 상기 로봇 제어기(RC)와 통신하는 비전 제어기(VC)를 주체로 하여 설명한다.
먼저, 상기 제1 보정단계(S1)는 상기 로봇 제어기(RC)의 제어에 의해 작업공간상에서 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)이 각 3점 거동하는 동안, 상기 비전 제어기(VC)의 제어에 의해 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3) 상의 각 보정툴(T)의 꼭지점을 상기 비전유닛(VU)의 카메라(11)를 통해 스캔하면, 상기 비전 제어기(VC)가 상기 각 보정툴(T)의 꼭지점에 대한 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 생성한다.
상기 비전 제어기(VC)는 로봇 제어기(RC)로부터 수신되는 상기 보정툴(T)의 꼭지점에 대한 로봇 좌표계 상의 해당 3점 위치좌표(Rx,Ry,Rz)와 상기 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 비교하여 좌표 차이값에 대한 보정 좌표값으로 이루어지는 제1 보정치를 산출한다.
상기 비전 제어기(VC)는 상기 로봇 제어기(RC)에 제1 보정치를 송출하여 로봇 제어기(RC)에 설정된 로봇 좌표계에 상기 제1 보정치를 적용하여 제1 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계로 이루어진다.
이러한 제1 보정단계(S1)는 로봇 제어기(RC)에 고유 좌표계로 설정된 로봇 좌표계를 제1 보정치로 보정하여 비전 좌표계와 일치시킨다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제1 보정단계(S1)의 제어 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제1 보정 단계(S1)의 예시도이다.
도 5와 도 6을 참조하여 상기 제1 보정단계(S1)를 세부 단계별로 상세하게 설명한다.
즉, 상기 제1 보정단계(S1)는 상기 로봇 제어기(RC)가 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)을 순차적으로 제어하여 작업공간상의 임의의 3점 위치로 3점 거동시킨다.(S11)
이때, 상기 비전 제어기(VC)는 상기 비전유닛(VU)을 제어하여 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 3점 거동에 따른 임의의 3점 위치에 대해 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 각 아암 선단에 고정된 각 보정툴(T)의 꼭지점을 카메라(11)를 통해 스캔하여 영상정보를 출력한다.(S12)
이어서, 상기 비전 제어기(VC)는 상기 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 임의의 3점 위치에 대한 상기 각 보정툴의 영상정보를 분석하여 각 보정툴(T)의 꼭지점에 대한 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 생성한다.(S13)
이때, 상기 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)는 Vx1,Vy1,Vz1와, Vx2,Vy2,Vz2, 및 Vx3,Vy3,Vz3 로 표시되는 3차원 공간좌표인 3D 좌표로 생성될 수 있다.
그리고 상기 비전 제어기(VC)는 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 임의의 3점 위치의 상기 보정툴(T)의 꼭지점에 대한 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Rx,Ry,Rz)를 상기 로봇 제어기(RC)로부터 수신한다.(S14)
이때, 상기 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Rx,Ry,Rz)는 Rx1,Ry1,Rz1와, Rx2,Ry2,Rz2, 및 Rx3,Ry3,Rz3 로 표시되는 3차원 공간좌표인 3D 좌표로 생성될 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 임의의 거동을 3점으로 한정하였으나, 이는 상기 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)와 상기 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Rx,Ry,Rz)로 각각 3차원 공간좌표인 3D 좌표를 생성하기 위한 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 3D 좌표 생성의 신뢰성에 필요하다면 3점 이상의 거동을 통해 이루어질 수 있다.
이후, 상기 비전 제어기(VC)는 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Rx,Ry,Rz) 값과 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 비교하여 좌표 차이값에 대한 보정 좌표값으로 이루어지는 제1 보정치를 산출한다.(S15)
상기 비전 제어기(VC)는 상기 제1 보정치를 로봇 제어기(RC)에 송출하면, 상기 로봇 제어기(RC)가 로봇 좌표계에 제1 보정치를 적용하여 제1 보정 로봇 좌표계로 보정하여 로봇 좌표계를 다시 설정한다.(S16)
상기 부품규제단계(S2)는 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 로봇 제어기(RC)가 상기 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3) 및 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 제1, 제2, 제3 행거(H1)(H2)(H3)를 제어하여 조립할 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)을 각각 그립하여 규제한다.
상기 제2 보정단계(S3)는 상기 비전 제어기(VC)의 제어에 의해 작업공간상에서 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3) 상의 각 보정툴(T)의 꼭지점과, 제1, 제2, 제3 행거(H1)(H2)(H3) 상에 규제된 각 부품(P1,P2,P3)상의 임의의 한 점(D)을 상기 비전유닛(VU)의 카메라(11)를 통해 스캔하면, 상기 비전 제어기(VC)가 각 보정툴(T)의 꼭지점과 각 부품(P1,P2,P3)상의 임의의 한 점(D)에 대한 비전 좌표계 상의 각 위치좌표(Vxt,Vyt,Vzt)(Vxd,Vyd,Vzd)를 생성한다.
상기 비전 제어기(VC)는 각 위치좌표(Vxt,Vyt,Vzt)(Vxd,Vyd,Vzd)의 좌표 차이값에 대한 보정 좌표값으로 제2 보정치를 산출한다.
상기 비전 제어기(VC)는 상기 로봇 제어기(RC)에 제2 보정치를 송출하여 상기 제1 보정단계(S1)에서 상기 로봇 제어기(RC)에 보정된 제1 보정 로봇 좌표계에 상기 제2 보정치를 적용하여 제2 보정 로봇 좌표계로 다시 보정하여 설정하는 단계로 이루어진다.
이러한 제2 보정단계(S3)는 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 거동을 위한 로봇 좌표계를 제2 보정치로 보정하여 각 행거 로봇(R1,R2,R3)이 각 부품(P1,P2,P3)을 기준으로 거동되도록 한다.
여기서, 상기 제2 보정 로봇 좌표계는 상기 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 제어를 위한 각각의 기준좌표를 각 보정툴(T)의 꼭지점인 로봇 회전 중심점(RRCP)에서 해당 부품(P1,P2,P3)상의 임의의 한 점(D)인 부품 회전 중심점(PRCP)으로 이동시킨 좌표계로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제2 보정단계(S3)의 제어 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제2 보정 단계(S3)의 예시도이다.
도 7과 도 8을 참조하여 상기 제2 보정단계(S3)를 세부 단계별로 상세하게 설명한다.
즉, 상기 제2 보정단계(S3)는 상기 로봇 제어기(RC)가 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)을 순차적으로 제어하여 제1, 제2, 제3 행거(H1)(H2)(H3)에 규제된 부품(P1,P2,P3)을 작업공간상의 설정위치에 위치시킨다.(S31)
상기 비전 제어기(VC)가 상기 비전유닛(VU)을 제어하여 작업공간상의 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 아암 선단에 고정된 각 보정툴(T)의 꼭지점과, 제1, 제2, 제3 행거(H1)(H2)(H3)에 규제된 각 부품(P1,P2,P3)의 임의의 한 점(D)을 카메라(11)를 통해 스캔하여 영상정보를 출력한다.(S32)
상기 비전 제어기(VC)는 상기 각 보정툴(T)의 꼭지점에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상의 각 로봇 회전 중심점(RRCP)이 되는 각각의 제1 위치좌표(Vxt,Vyt,Vzt)를 생성한다.(S33)
이때, 상기 비전 좌표계 상의 각각의 제1 위치좌표(Vxt,Vyt,Vzt)는 Vxt1,Vyt1,Vzt1와, Vxt2,Vyt2,Vzt2, 및 Vxt3,Vyt3,Vzt3로 표시되는 3차원 공간좌표인 3D 좌표로 생성될 수 있다.
이어서, 상기 비전 제어기(VC)는 상기 각 부품(P1,P2,P3)의 임의의 한 점에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상의 각 부품 회전 중심점(PRCP)이 되는 각각의 제2 위치좌표(Vxd,Vyd,Vzd)를 생성한다.(S34)
이때, 상기 비전 좌표계 상의 각각의 제2 위치좌표(Vxd,Vyd,Vzd)는 Vxd1,Vyd1,Vzd1와, Vxd2,Vyd2,Vzd2, 및 Vxd3,Vyd3,Vzd3로 표시되는 3차원 공간좌표인 3D 좌표로 생성될 수 있다.
이후, 상기 비전 제어기(VC)는 비전 좌표계 상의 상기 제1, 제2 위치좌표(Vxt,Vyt,Vzt) (Vxd,Vyd,Vzd)의 좌표 차이값에 대한 보정 좌표값으로 이루어지는 제2 보정치를 산출한다.(S35)
상기 비전 제어기(VC)는 상기 제2 보정치를 로봇 제어기(RC)에 송출하면, 상기 로봇 제어기(RC)가 상기 제1 보정단계(S1)에서 보정된 제1 보정 로봇 좌표계를 제2 보정 로봇 좌표계로 보정하여 로봇 좌표계를 다시 설정한다.(S36)
상기 부품이격단계(S4)는 상기 로봇 제어기(RC)가 상기 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)을 제어하여 조립을 위해 제1 부품(P1)에 대하여 매칭되는 제2, 제3 부품(P2)(P3)에 순차적으로 이격좌표 값을 적용하여 작업공간상의 제1 부품(P1)에 대해 일정 거리 이격된 위치에 제2, 제3 부품(P2)(P3)을 각각 이동시킨다.
상기 제3 보정단계(S5)는 상기 비전 제어기(VC)의 제어에 의해 상기 부품이격단계(S4)에서 작업공간의 제1 부품(P1)과, 상기 제1 부품(P1)에 대하여 일정 거리 이격된 제2, 제3 부품(P2)(P3)을 상기 비전유닛(VU)의 카메라(11)를 통해 스캔하면, 상기 비전 제어기(VC)가 상기 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)의 비전 좌표계 상의 각 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 생성한다.
상기 비전 제어기(VC)는 상기 각 위치좌표(Vx,Vy,Vz)와 상기 이격좌표(Dx,Dy,Dz) 값을 함께 비교 분석하여 상기 제1 부품(P1)에 대한 제2, 제3 부품(P2)(P3)의 간섭을 예측하고, 상기 제1 부품(P1)에 대한 제2, 제3 부품(P2)(P3)의 각 위치좌표(Vx,Vy,Vz)의 좌표 간섭값에 대한 보정 좌표값으로 각각의 제3 보정치를 산출한다.
상기 비전 제어기(VC)는 상기 로봇 제어기(RC)에 상기 각각의 제3 보정치를 송출하여 상기 제1 부품(P1)에 매칭되는 제2, 제3 부품(P2)(P3)에 대한 각 위치좌표(Vx,Vy,Vz)에 각각의 제3 보정치를 적용하여 상기 제1 부품(P1)에 대한 제2, 제3 부품(P2)(3)의 각 위치를 보정하는 단계로 이루어진다.
이러한 제3 보정단계(S5)는 작업공간상의 제1 부품(P1)에 대하여 매칭되는 제2, 제3 부품(P2)(P3)을 제1 부품(P1)과 일정 거리 이격 위치상에서 비전 좌표계 상의 각 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 이용하여 각 부품(P1,P2,P3)간의 간섭을 미리 예측하여 비전 좌표계와 모델 좌표계 상의 각 부품(P1,P2,P3)에 대한 위치좌표(Vx,Vy,Vz)(Mx,My,Mz)를 일치시키는 위치 보정을 이루게 된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제3 보정단계(S5)의 제어 흐름도이다고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 따른 제3 보정 단계(S5)의 예시도이다.
도 9와 도 10을 참조하여 상기 제3 보정단계(S5)를 세부 단계별로 상세하게 설명한다.
즉, 상기 제3 보정단계(S5)는 상기 로봇 제어기(RC)가 제1 행거 로봇(R1)을 제어하여 제1 부품(P1)을 도면 프로그램에 설정된 모델 좌표계 상의 모델 데이터 좌표(Mx,My,Mz)로 비전 좌표계 상의 작업공간에 위치시킨다.(S51)
이어서, 상기 로봇 제어기(RC)가 제2, 제3 행거 로봇(R2)(R3)을 순차적으로 제어하여 상기 제1 부품(P1)에 조립되는 제2, 제3 부품(P2)(P3)을 도면 프로그램에 설정된 모델 좌표계 상의 모델 데이터 좌표(Mx,My,Mz)에서 일정 거리 이격된 위치의 이격좌표(Dx,Dy,Dz) 값을 적용하여 비전 좌표계 상의 작업공간에 위치시킨다.(S52)
이후, 상기 비전 제어기(VC)는 상기 비전유닛(VU)을 제어하여 상기 제1 부품(P1)과, 상기 제1 부품(P1)에 매칭되는 제2, 제3 부품(P2)(P3)의 각 매칭 포인트를 카메라(11)를 통해 스캔하여 영상정보를 출력한다.(S53)
상기 비전 제어기(VC)는 상기 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)의 각 매칭 포인트에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상에서 이격된 상태의 각 매칭 포인트에 대한 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 생성한다.(S54)
이때, 상기 비전 좌표계 상의 각각의 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)는 Vx1,Vy1,Vz1와, Vx2,Vy2,Vz2, 및 Vx3,Vy3,Vz3로 표시되는 3차원 공간좌표인 3D 좌표로 생성될 수 있다.
이어서, 상기 비전 제어기(VC)는 비전 좌표계 상의 상기 제1, 제2, 제3 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 상기 이격좌표(Dx,Dy,Dz) 값과 함께 비교 연산하여 좌표 간섭값으로 상기 제1 부품(P1)에 대한 제2, 제3 부품(P2)(P3)의 간섭 유무를 판단한다.(S55)
이때, 상기 비전 제어기(VC)는 상기 제1 부품(P1)에 대해 제2 부품(P2) 또는 제3 부품(P3)의 간섭 발생 시, 상기 좌표 간섭값에 대한 보정 좌표값으로 해당 부품(P2)(P3)의 제3 보정치를 산출한다.(S56)
상기 비전 제어기(VC)는 상기 제3 보정치를 로봇 제어기(RC)에 송출하면, 상기 로봇 제어기(RC)가 상기 제1 부품(P1)에 간섭되는 제2 부품(P2) 또는 제3 부품(P3)에 대한 로봇 좌표계 상의 위치좌표(Rx,Ry,Rz)에 해당 제3 보정치를 적용하여 상기 제1 부품(P1)에 간섭되는 부품(P2 or P3)의 작업공간상의 위치를 보정한다.(S57)
이러한 제3 보정단계(S5)에서, 상기 모델 데이터 좌표(Mx,My,Mz)는 상기 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)의 도면 프로그램 상의 각 모델 데이터에 비전 좌표계상의 좌표 기준이 되는 기준핀(15)의 데이터를 삽입하여 상기 기준핀(15)의 위치좌표를 기준좌표로 하는 부품 모델의 좌표값으로 이루어질 수 있다.
상기 부품매칭단계(S6)는 상기 로봇 제어기(RC)가 상기 제2, 제3 부품(P2)(P3)을 각 행거(H2)(H3)로 규제하는 제2, 제3 행거 로봇(R2)(R3)을 순차적으로 제어하여 작업공간에서 상기 제1 부품(P1)에 대해 상기 제2, 제3 부품(P2)(P3)을 이격좌표(Dx,Dy,Dz) 값만큼 순차적으로 복귀시켜 상기 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)을 각 매칭 포인트에서 상호 매칭시킨다.
이후, 상기 용접단계(S7)는 상기 로봇 제어기(RC)가 상기 용접 로봇(R4)과 용접기(W)를 제어하여 상호 매칭된 상기 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)의 각 용접부를 용접하여 조립한다.
그리고 상기 검사단계(S8)는 상기 비전 제어기(VC)가 상기 비전유닛(VU)을 제어하여 상기 제1, 제2, 제3 부품(P1)(P2)(P3)의 각 용접부를 용접한 제품을 카메라(11)로 스캔하여 영상정보를 출력하면, 상기 비전 제어기(VC)는 상기 제품에 대한 비전 좌표계상의 위치좌표(Vx,Vy,Vz)를 모델 좌표계상의 모델 데이터 좌표(Mx,My,Mz)와 비교하여 좌표 차이값이 허용 오차 범위 내에 있는지를 판단하여 불량검사를 진행한다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템 및 제어방법은 비전유닛(VU)에 의해 비전 좌표계로 인식되는 작업공간 상에서, 상호 조립하기 위한 복수의 부품들(P1,P2,P3)을 자동으로 규제하여 위치 보정한 상태로 용접을 통해 조립한 후, 제품검사까지 조립작업을 한 번에 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템 및 제어방법은 비전 좌표계로 인식되는 작업공간상에서, 제1, 제2, 제3 행거 로봇(R1)(R2)(R3)과 용접 로봇(R4)을 이용하여 부품(P1,P2,P3)의 조립작업을 수행하므로, 종전의 복잡한 전용 지그유닛 등의 설비가 불필요하고, 다양한 사양의 부품에 대한 호환성이 있어 조립을 위한 전용장비 구축을 위한 설비비를 절약할 수 있다. 또한, 제품의 불량 검사를 위한 검사치구 등의 장비를 별도로 구비할 필요가 없다.
또한, 종래에는 초기 비전유닛(VU)과 각 로봇을 먹줄 또는 레이저 레벨러 등을 이용하여 장비간의 틀어짐을 최소화 하여 정확한 위치에 설치하여도 비전유닛(VU)과 각 로봇은 좌표계 왜곡이 발생하여 로봇의 이동좌표와 비전유닛(VU)의 인식좌표는 상이하여 수차례의 보정작업에 의해 생산성이 저하되는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템 및 제어방법은 상기한 제1 보정단계(S1)를 통해 비전 좌표계와 로봇 좌표계를 일치시켜 로봇 제어기(RC)가 비전 좌표계 상의 작업공간상에서 각 행거 로봇(R1)(R2)(R3)의 거동 위치를 정확하게 인식할 수 있도록 하고, 동시에 보정된 좌표값으로 부품(P1,P2,P3)의 이동량 및 회전각 등을 정확하게 제어할 수 있도록 한다.
또한, 종래에는 행거 로봇을 통한 부품의 규제 및 이송 시, 로봇의 기준좌표를 로봇 상의 한 점으로 설정하고, 수동으로 기준좌표를 티칭하여 로봇 좌표계를 형성하였으나, 이에 따라, 부품에 변화가 생기거나 완전히 동일한 부품을 규제하지 못한 경우, 이의 검출 및 좌표보정이 불가능하여 부품간의 매칭 오차로 용접 불량의 원인이 되는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템 및 제어방법은 상기한 제2 보정단계(S3)를 통해 비전 좌표계 상의 부품(P1,P2,P3)을 기준으로 보정된 제2 보정 로봇 좌표계를 통해 각 행거 로봇(R1,R2,R3)을 제어할 수 있도록 하여 각 행거 로봇(R1,R2,R3)의 반복 거동에 따른 부품 규제 오차나 부품(P1,P2,P3)의 성형 공차 또는 부품(P1,P2,P3)의 용접에 따른 변형 오차 등의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 제2 보정 로봇 좌표계를 통해 각 행거 로봇(R1,R2,R3)의 각 행거(H1)(H2)(H3)에 규제되는 부품(P1,P2,P3)에 변형이 생기거나, 완전하게 동일한 형상의 부품이 규제되지 않더라도 정확한 회전 좌표값을 산출할 수 있으며, 좌표값의 보정도 용이하다.
또한, 종래에는 상호 조립되는 부품들(P1,P2,P3)을 도면 프로그램 상의 모델 데이터 좌표(Mx,My,Mz)를 기준으로 작업공간상에 이동시키는 경우, 부품(P1,P2,P3)간에 간섭이 발생하여 부품의 품질 문제인지, 로봇 이송 시에 발생하는 산포인지 등의 원인분석이 불가하여 동일한 품질의 제품을 연속적으로 생산할 수 없는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 부품 조립용 로봇 시스템 및 제어방법은 서로 매칭되는 부품들(P1,P2,P3)을 작업공간상의 상호 일정 거리 이격된 위치에서 비전유닛(VU)의 카메라(11)를 통해 인식되는 위치좌표 값으로 부품(P1,P2,P3)간의 간섭을 미리 예측 판단하여 부품의 위치 보정을 통해 부품(P1,P2,P3)간의 간섭을 회피한 상태로 용접할 수 있다.
이에 따라, 부품(P1,P2,P3) 간의 간섭에 의한 억지 조립으로 발생하는 변형 산포나 조립 제품의 품질 산포를 방지할 수 있으며, 전용 검사치구의 제작이 불필요하여 치구 제작비를 절감할 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
VU: 비전유닛
R1,R2,R3: 제1, 제2, 제3 행거 로봇
R4: 용접 로봇
VC: 비전 제어기
RC: 로봇 제어기
11: 카메라
13: 프레임
13a: 기둥빔
13b: 상부빔
15: 기준핀
21: 모니터
31: 경보기
41: 연결축
43: 안내레일
45: 스크루 축
51,53: 승하강 슬라이더
55: 감속기
57: 회전판
LR1,LR2: 제1, 제2 리니어 레일
SR1, SR2: 제1, 제2 슬라이더
M1,M2: 제1, 제2 모터
P1,P2,P3: 제1, 제2, 제3 부품
T: 보정툴
H1,H2,H3: 제1, 제2, 제3 행거
W: 용접기
GB: 기어박스

Claims (8)

  1. 카메라를 구비하는 비전유닛, 각 행거를 구비하는 복수의 행거 로봇, 용접기를 구비하는 하나 이상의 용접 로봇, 비전 제어기, 및 로봇 제어기를 포함하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법에 있어서,
    각 행거 로봇의 최소 3점 거동에 따른 각 행거 로봇 상의 보정툴의 위치를 상기 카메라로 스캔하여 생성되는 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표와 로봇 좌표계 상의 해당 3점 위치좌표를 비교하여 산출되는 보정치로 상기 로봇 좌표계를 보정하여 비전 좌표계와 로봇 좌표계를 일치시키는 제1 보정단계(S1);
    상기 각 행거 로봇의 행거를 통하여 조립할 각 부품을 그립하여 각 행거에 규제하는 부품규제단계(S2);
    상기 각 행거 로봇 상의 상기 보정툴과 상기 각 행거 상에 규제된 부품에 대해 비전유닛의 카메라로 스캔하여 상기 보정툴과 상기 부품의 비전 좌표계 상의 각 위치좌표의 좌표 차이값으로 산출되는 보정치로 제1 보정단계에서 보정된 로봇 좌표계를 다시 보정하여 상기 부품을 기준으로 로봇 좌표계를 설정하는 제2 보정단계(S3);
    상기 각 행거 로봇을 제어하여 조립을 위해 상호 매칭되는 부품 중, 하나의 부품에 조립되는 다른 하나의 부품에 이격좌표 값을 적용하여 작업공간 상의 상호 일정 거리 이격된 위치에 상기 부품들을 이동시키는 부품이격단계(S4);
    상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상에서 상호 일정 거리 이격된 상기 부품들을 스캔하면, 상기 비전 제어기가 상기 부품들의 비전 좌표계 상의 각 위치좌표를 생성하고, 상기 각 위치좌표와 상기 이격좌표 값을 함께 비교 분석하여 상기 부품간의 간섭을 예측하여 상기 부품들의 각 위치좌표의 좌표 간섭값에 대한 제3 보정치를 산출하며, 상기 부품들 중, 하나의 부품에 매칭되는 다른 하나의 부품에 대한 위치좌표에 상기 제3 보정치를 적용하여 위치를 보정하는 제3 보정단계(S5);
    상기 다른 하나의 부품을 행거로 규제하는 행거 로봇을 제어하여 작업공간에서 상기 하나의 부품에 상기 다른 하나의 부품을 이격좌표 값만큼 복귀시켜 상기 부품들을 상호 매칭시키는 부품매칭단계(S6);
    상기 하나 이상의 용접 로봇과 용접기를 제어하여 상호 매칭된 부품들의 용접부를 용접하는 용접단계(S7); 및
    상기 부품들의 용접부를 용접한 제품을 상기 카메라로 스캔하여 생성되는 비전 좌표계상의 위치좌표를 모델 좌표계상의 모델 데이터 좌표와 비교하여 허용오차범위여부에 따른 불량검사를 진행하는 검사단계(S8);
    를 포함하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보정단계(S1)는
    상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상에서 각 행거 로봇의 최소 3점 거동에 따른 각 행거 로봇 상의 보정툴의 꼭지점을 스캔하면, 상기 비전 제어기가 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표를 생성하고, 상기 로봇 제어기로부터 수신되는 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 로봇 좌표계 상의 해당 3점 위치좌표와 상기 비전 좌표계 상의 3점 위치좌표를 비교하여 좌표 차이값에 대한 제1 보정치를 산출하고, 상기 로봇 제어기에 설정된 로봇 좌표계에 상기 제1 보정치를 적용하여 제1 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계로 이루어지는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 보정단계(S1)는
    상기 로봇 제어기가 각 행거 로봇을 제어하여 작업공간상의 임의의 3점 위치로 3점 거동하는 단계(S11);
    상기 비전유닛의 카메라를 통해 각 행거 로봇의 3점 거동에 따른 임의의 3점 위치에 대해 각 행거 로봇의 아암 선단에 고정된 보정툴의 꼭지점을 스캔하여 영상정보를 출력하는 단계(S12);
    상기 각 행거 로봇의 임의의 3점 위치에 대한 상기 보정툴의 영상정보를 분석하여 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표를 생성하는 단계(S13);
    상기 각 행거 로봇의 임의의 3점 위치의 상기 보정툴의 꼭지점에 대한 로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표를 상기 로봇 제어기로부터 수신하는 단계(S14);
    로봇 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표 값과 비전 좌표계 상의 제1, 제2, 제3 위치좌표의 좌표 차이값에 대한 제1 보정치를 산출하는 단계(S15); 및
    상기 제1 보정치를 상기 로봇 제어기에 송출하여 로봇 좌표계를 제1 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계(S16);
    를 포함하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 보정단계(S3)는
    상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상에서 각 행거 로봇 상의 보정툴의 꼭지점과, 각 행거 상에 규제된 부품상의 임의의 한 점을 스캔하면, 상기 비전 제어기가 상기 보정툴의 꼭지점과 상기 부품상의 임의의 한 점에 대한 비전 좌표계 상의 각 위치좌표를 생성하고, 상기 각 위치좌표의 좌표 차이값에 대한 제2 보정치를 산출하며, 상기 제1 보정단계에서 상기 로봇 제어기에 보정된 로봇 좌표계에 상기 제2 보정치를 적용하여 제2 보정 로봇 좌표계로 다시 보정하여 설정하는 단계로 이루어지는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 보정 로봇 좌표계는
    상기 각 행거 로봇의 제어를 위한 기준좌표를 보정툴의 꼭지점인 로봇 회전 중심점(RRCP)에서 부품상의 임의의 한 점인 부품 회전 중심점(PRCP)으로 이동시킨 좌표계로 이루어지는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 보정단계(S3)는
    상기 로봇 제어기가 각 행거 로봇을 제어하여 각 행거 로봇상의 각 행거에 규제된 부품을 작업공간상의 설정위치에 위치시키는 단계(S31);
    상기 비전유닛의 카메라를 통해 작업공간상의 각 행거 로봇의 아암 선단에 고정된 보정툴의 꼭지점과, 각 행거에 규제된 부품의 임의의 한 점을 스캔하여 영상정보를 출력하는 단계(S32);
    상기 보정툴의 꼭지점에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상의 로봇 회전 중심점(RRCP)이 되는 제1 위치좌표를 생성하는 단계(S33);
    상기 부품의 임의의 한 점에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상의 부품 회전 중심점(PRCP)이 되는 제2 위치좌표를 생성하는 단계(S34);
    비전 좌표계 상의 상기 제1, 제2 위치좌표의 좌표 차이값에 대한 제2 보정치를 산출하는 단계(S35); 및
    상기 제2 보정치를 상기 로봇 제어기에 송출하여 상기 제1 보정단계에서 보정된 로봇 좌표계를 제2 보정 로봇 좌표계로 보정하여 설정하는 단계(S36);
    를 포함하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 보정단계(S5)는
    하나의 행거 로봇이 하나의 부품을 도면 프로그램에 설정된 모델 좌표계 상의 모델 데이터 좌표로 작업공간상에 위치시키는 단계(S51);
    다른 행거 로봇이 상기 하나의 부품에 조립되는 다른 하나의 부품을 도면 프로그램에 설정된 모델 좌표계 상의 모델 데이터 좌표에서 일정 거리 이격된 위치의 이격좌표 값을 적용하여 작업공간상에 위치시키는 단계(S52);
    상기 비전유닛의 카메라를 통해 상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품에 대한 상호 매칭 포인트를 스캔하여 영상정보를 출력하는 단계(S53);
    상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품에 대한 영상정보를 분석하여 비전 좌표계 상에서 이격된 상태의 각 매칭 포인트에 대한 제1, 제2 위치좌표를 생성하는 단계(S54);
    비전 좌표계 상의 상기 제1, 제2 위치좌표를 상기 이격좌표 값과 함께 비교 연산하여 좌표 간섭값으로 상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품 사이에 간섭 유무를 판단하는 단계(S55);
    상기 하나의 부품과 다른 하나의 부품 사이에 간섭 발생 시, 상기 좌표 간섭값에 대한 제3 보정치를 산출하는 단계(S56); 및
    상기 제3 보정치를 상기 로봇 제어기에 송출하여 상기 다른 하나의 부품에 대한 로봇 좌표계 상의 위치좌표에 적용하여 상기 다른 하나의 부품의 작업공간상의 위치를 보정하는 단계(S57);
    를 포함하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모델 데이터 좌표는
    상기 부품의 도면 프로그램 상의 모델 데이터에 비전 좌표계상의 좌표 기준이 되는 기준핀의 데이터를 삽입하여 상기 기준핀의 위치좌표를 기준좌표로 하는 부품 모델의 좌표값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부품 조립용 로봇 시스템의 제어방법.
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