KR102131017B1 - Apparatus and method for multi-layer component alignment - Google Patents

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Abstract

다층부품 정렬 장치 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 다층부품의 조립을 위해 적층 상태를 정렬하는 다층부품 정렬 장치는 다관절 로봇, 일측면에 형성된 마운트를 통해 상기 로봇의 엔드이펙터에 장착되는 브라켓, 상기 브라켓의 하면에 결합된 그리퍼, 상기 그리퍼의 핑거에 의해 파지된 상태로 상기 다층부품의 정렬홀에 삽입되는 핀지그 및 상기 로봇의 기구학적 자세제어를 통해 상기 핀지그를 상기 다층부품에 형성된 정렬홀이 위치한 체결작업점으로 위치시키고, 상기 정렬홀에 상기 핀지그가 삽입되는 수직방향으로 일정량의 힘을 가하는 힘제어를 수행하며, 상기 핀지그에 외력에 의한 수직부하가 감지되면 상기 로봇의 회전모션제어를 통해 상기 정렬홀을 탐색하는 제어기를 포함한다.Disclosed is an apparatus for aligning multilayer parts and a method therefor.
In accordance with an embodiment of the present invention, a multi-layered part alignment device for arranging stacked states for assembly of multi-layer parts is a multi-joint robot, a bracket mounted to the end effector of the robot through a mount formed on one side, and a bottom surface of the bracket. A combined gripper, a pin jig inserted into the alignment hole of the multi-layer component in a state gripped by the finger of the gripper, and a fastening operation in which the alignment hole formed in the multi-layer component is located in the pin jig through the mechanical posture control of the robot Positioned by a point, and performs force control to apply a certain amount of force in the vertical direction in which the pin jig is inserted into the alignment hole, and when a vertical load due to an external force is sensed to the pin jig, through the rotation motion control of the robot, And a controller for searching the alignment hole.

Description

다층부품 정렬 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MULTI-LAYER COMPONENT ALIGNMENT}Multi-layer part alignment device and its method{APPARATUS AND METHOD FOR MULTI-LAYER COMPONENT ALIGNMENT}

본 발명은 다층부품 정렬 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇을 이용한 핀삽입을 통해 다층부품의 정렬작업을 자동화하는 다층부품 정렬 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-layer part alignment device and method, and more particularly, to a multi-layer part alignment device and method for automating the alignment of multi-layer parts through pin insertion using a robot.

일반적으로 산업현장이나 자동차의 생산공정에서는 필요에 따라 여러 개의 부품이나 소재를 다층으로 겹쳐 나란히 정렬하는 작업이 수행되고 있다.In general, in industrial sites or automobile production processes, multiple parts or materials are stacked in multiple layers as needed to align them side by side.

예컨대, 도 1은 종래에 부품을 다층정렬 하는 방식을 나타낸다.For example, FIG. 1 shows a conventional method of aligning components in multiple layers.

첨부된 도 1(A)를 참조하면, 차량에 적용되는 밸브바디와 같은 유압제어 부품은 복수의 서브 모듈로 구성되며, 조립 시 작업자가 서브 모듈의 각 층을 관통하는 정렬홀(H)에 핀지그(P)를 수동으로 삽입하여 부품의 다층정렬을 실시하고 있다.Referring to the attached FIG. 1(A), a hydraulic control component such as a valve body applied to a vehicle is composed of a plurality of sub-modules, and when assembled, an operator pins through an alignment hole (H) through each layer of the sub-module. The jig (P) is inserted manually to perform multi-layer alignment of parts.

이는 작업자의 촉각에 의지하여 일정한 힘으로 핀지그(P)를 정렬홀(H)에 밀어 넣는 완전한 수작업으로 진행된다. 이 때, 작업자는 서브 모듈의 정렬홀(H)의 관통구멍이 서로 정확히 일치하지 않는 경우 핀지그(P)를 삽입 시 부품과 접촉되는 부하를 촉각으로 감지하고 핀지그(P)의 위치를 조정하여 삽입하고 있다.This is done by complete manual operation of pushing the pin jig (P) into the alignment hole (H) with a constant force depending on the tactile sense of the operator. At this time, when the through holes of the alignment holes H of the sub-modules do not exactly match each other, the operator senses the load in contact with the component when inserting the pin jig P and adjusts the position of the pin jig P Is inserted.

한편, 이러한 단순 수작업을 자동화하기 위하여 위치제어 방식의 로봇(또는 액추에이터)를 이용해 핀지그(P)를 정렬홀(H)에 삽입하는 방식이 제안되었다.On the other hand, in order to automate this simple manual operation, a method of inserting the pin jig P into the alignment hole H using a position-controlled robot (or actuator) has been proposed.

그러나, 로봇을 이용한 방식은 정렬홀(H)의 관통구멍이 서로 정확히 일치하지 않는 경우 핀지그(P)을 삽입하기 위한 대처가 불가능하여 자동화에 어려움이 있다.However, the method using the robot has difficulty in automation because it is impossible to cope with the insertion of the pin jig P when the through holes of the alignment hole H do not exactly match each other.

예컨대, 첨부된 도 1(B)를 참조하면, 종래의 위치제어 로봇을 이용한 다층정렬 방식에서는 로봇이 일정한 힘으로 핀지그(P)를 정렬홀(H)에 삽입 시 관통구멍이 일자로 정확히 일치하지 않는 경우 핀지그(P)의 선단이 중간에 걸리려 외력이 발생되는 수직부하를 감지하지 못하여 핀지그(P)가 손상되는 문제점이 있다. For example, referring to the attached FIG. 1(B), in a multi-layer alignment method using a conventional position control robot, when the robot inserts the pin jig (P) into the alignment hole (H) with a constant force, the through holes coincide exactly with the date. If not, there is a problem that the pin jig (P) is damaged because the front end of the pin jig (P) is caught in the middle and the external load generated by external force is not sensed.

또한, 로봇의 부하제어가 불가능한 문제로 정렬 작업을 계속할 경우 부품이 파손될 수 있으며, 심각하게는 고가의 로봇에 고장이나 오류가 발생되는 문제점이 있다.In addition, if the alignment operation is continued due to a problem in which load control of the robot is impossible, parts may be damaged, and seriously, there is a problem in that a failure or error occurs in an expensive robot.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The items described in the background art section are written to improve the understanding of the background of the invention, and may include matters that are not known to those skilled in the art to which this technology belongs.

본 발명의 실시 예는 로봇의 힘제어를 통해 핀지그와 부품 간의 접촉부하를 감지하고 부품과의 접촉 시 핀지그의 모션제어를 통해 정렬홀(H)을 탐색하여 핀지그를 안정적으로 삽입함으로써 로봇을 이용한 다층부품 정렬 공정을 자동화할 수 있는 다층부품 정렬 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention detects the contact load between the pin jig and the part through the force control of the robot and searches for the alignment hole (H) through the motion control of the pin jig when contacting the part to stably insert the pin jig. It is intended to provide a multi-layer component alignment device and a method for automating a multi-layer component alignment process using.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다층부품의 조립을 위해 적층 상태를 정렬하는 다층부품 정렬 장치는, 다관절 로봇; 일측면에 형성된 마운트를 통해 상기 로봇의 엔드이펙터에 장착되는 브라켓; 상기 브라켓의 하면에 결합된 그리퍼; 상기 그리퍼의 핑거에 의해 파지된 상태로 상기 다층부품의 정렬홀에 삽입되는 핀지그; 및 상기 로봇의 기구학적 자세제어를 통해 상기 핀지그를 상기 다층부품에 형성된 정렬홀이 위치한 체결작업점으로 위치시키고, 상기 정렬홀에 상기 핀지그가 삽입되는 수직방향으로 일정량의 힘을 가하는 힘제어를 수행하며, 상기 핀지그에 외력에 의한 수직부하가 감지되면 상기 로봇의 회전모션제어를 통해 상기 정렬홀을 탐색하는 제어기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a multi-layer component alignment device for aligning a stacked state for assembling a multi-layer component includes: a multi-joint robot; A bracket mounted to the end effector of the robot through a mount formed on one side; A gripper coupled to a lower surface of the bracket; A pin jig inserted into the alignment hole of the multi-layer component while being gripped by the finger of the gripper; And a force control for positioning the pin jig to a fastening working point where an alignment hole formed in the multi-layer component is located through the mechanical posture control of the robot, and applying a predetermined amount of force in the vertical direction in which the pin jig is inserted into the alignment hole. And a controller for searching the alignment hole through the rotation motion control of the robot when a vertical load due to an external force is sensed in the pin jig.

또한, 상기 로봇은 상기 엔드이펙터가 거동 가능한 영역의 입체 좌표계를 형성하며, 상기 다층부품의 정렬홀이 위치한 상기 체결작업점의 위치를 감지할 수 있다.In addition, the robot forms a three-dimensional coordinate system in a region in which the end effector is movable, and can detect the position of the fastening work point in which the alignment holes of the multi-layer parts are located.

또한, 상기 제어기는 상기 힘제어를 통해 상기 정렬홀에 핀지그가 삽입되는 방향으로 일정한 속도와 크기의 힘을 가하는 하강제어와 상기 핀지그의 하강 시 부품과의 접촉으로 발생되는 외력에 의한 수직부하 감지 기능을 수행할 수 있다.In addition, the controller through the force control in the direction in which the pin jig is inserted into the alignment hole, the downward control to apply a force of a constant speed and size and the vertical load caused by external force generated by contact with a component when the pin jig descends. It can perform the sensing function.

또한, 상기 제어기는 상기 힘제어 상태에서 외력에 의해 상기 로봇이 수평방향으로 움직이는 수평부하가 감지되면, 상기 수평 방향으로 움직인 변위에 비례하여 상기 체결작업점의 목표위치 및 상기 핀지그의 삽입방향인 목표축으로의 복원력이 작용하도록 탄성적 힘제어를 수행할 수 있다.In addition, when the horizontal load that the robot moves in the horizontal direction is sensed by an external force in the force control state, the controller adjusts the target position of the fastening work point and the insertion direction of the pin jig in proportion to the displacement moved in the horizontal direction. Elastic force control can be performed so that the restoring force to the phosphorus target axis acts.

또한, 상기 제어기는 상기 로봇 및 그리퍼와 각각 제어라인을 연결하여 다층부품 정렬을 위한 제어신호를 송수신하는 인터페이스; 상기 그리퍼의 핑거를 제어하여 상기 핀지그를 파지하는 그리퍼 제어 모듈; 상기 로봇의 다층부품 정렬 작업을 위한 기구학적 자세제어 정보를 저장하고, 상기 로봇의 자세제어에 따라 이동되는 상기 핀지그의 위치를 추적하는 로봇 제어 모듈; 상기 힘제어를 통한 상기 핀지그의 하강 시 외력에 의한 수직부하 및 수평부하를 감지하는 부하 센싱 모듈; 다층부품 정렬을 위한 각종 프로그램, 데이터 및 설정정보를 저장하는 저장 모듈; 및 다층부품 정렬 알고리즘에 따른 상기 그리퍼 제어 모듈과 로봇 제어 모듈을 통해 상기 그리퍼와 로봇을 제어하여 상기 핀지그의 목표위치 삽입에 따른 상기 정렬홀의 위치가 일치되도록 하는 작업 제어 모듈을 포함할 수 있다.In addition, the controller is connected to each of the robot and the gripper control line to the interface for transmitting and receiving a control signal for multi-layer component alignment; A gripper control module that controls the finger of the gripper to grip the pin jig; A robot control module that stores kinematic posture control information for aligning the multi-layer parts of the robot and tracks the position of the pin jig moved according to the posture control of the robot; A load sensing module that senses vertical load and horizontal load due to external force when the pin jig descends through the force control; A storage module for storing various programs, data and setting information for multi-layer component alignment; And a work control module that controls the gripper and the robot through the gripper control module and the robot control module according to the multi-layer component alignment algorithm to match the positions of the alignment holes according to the insertion of the target position of the pin jig.

또한, 상기 자세제어는 상기 로봇의 거동 가능한 입체 좌표계 내에서 추적되는 상기 핀지그의 위치제어, 이동방향 및 정렬홀 탐색을 위한 모션제어를 포함할 수 있다.In addition, the posture control may include motion control for the position control of the pin jig tracked in the movable three-dimensional coordinate system of the robot, a movement direction, and an alignment hole search.

또한, 상기 그리퍼는 상기 다층부품의 평면에 형성된 복수의 정렬홀 간격과 대응하는 위치에 2개의 브라켓이 듀얼 모드로 결합될 수 있다.In addition, the gripper may be combined in a dual mode with two brackets at positions corresponding to the spacing of the plurality of alignment holes formed on the plane of the multilayer component.

또한, 상기 핀지그는 길이방향으로 연장된 선단에 볼이 회전되어 부품과의 마찰을 저감하는 볼케스터가 결합될 수 있다.In addition, the pin jig may be coupled to a ball caster to reduce friction with the component by rotating the ball to the tip extending in the longitudinal direction.

또한, 상기 핀지그는 원통형으로 구성되어 일부 외주면의 둘레를 따라 오목하게 형성된 그리퍼 파지부를 형성하고 하면 중앙에 내측공간으로 관통된 관통구가 형성된 몸체; 상기 몸체에 비해 작은 직경을 가지며 길이방향으로 일단에 형성된 원반형 핀 헤드가 상기 몸체의 내측공간에 수납되는 핀; 및 상기 내측공간의 상면과 핀 헤드 사이에는 형성되는 탄성체를 포함할 수 있다.In addition, the pin jig is composed of a cylindrical body to form a gripper gripping portion formed concave along the circumference of the outer peripheral surface, and a body having a through hole penetrated into the inner space at the center thereof; A pin having a smaller diameter than the body and having a disk-shaped pin head formed at one end in the longitudinal direction; And an elastic body formed between the upper surface of the inner space and the pin head.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 다층부품 제어 장치의 제어기가 다층부품의 조립을 위해 적층 상태를 정렬하는 다층부품 정렬 방법은, a) 로봇에 장착된 그리퍼를 통해 핀지그를 파지하고 상기 다층부품의 로딩을 대기하는 단계; b) 상기 다층부품이 로딩되면 상기 로봇의 자세제어를 통해 상기 핀지그를 상기 다층부품의 정렬홀이 위치한 체결작업점으로 이동하는 단계; c) 상기 로봇의 힘제어를 통해 상기 핀지그를 수직방향으로 일정한 속도와 일정한 크기의 힘으로 하강하는 단계; d) 상기 핀지그에 외력에 의한 수직부하가 감지되면 상기 로봇의 회전모션제어를 통해 상기 정렬홀을 탐색하는 단계; 및 e) 상기 핀지그의 선단이 목표위치에 도달하면 상기 핀지그를 상승하여 상기 정렬홀에서 분리하는 단계를 포함한다.On the other hand, according to an aspect of the present invention, a multi-layer component alignment method in which a controller of a multi-layer component control device arranges a stacked state for assembly of a multi-layer component, a) grips a pin jig through a gripper mounted on a robot, and the multi-layer Waiting for loading of the part; b) when the multi-layer component is loaded, moving the pin jig to the fastening work point where the alignment hole of the multi-layer component is located through posture control of the robot; c) descending the pin jig with a force of a constant speed and a constant size in the vertical direction through the force control of the robot; d) when the vertical load is detected by an external force on the pin jig, searching for the alignment hole through the rotation motion control of the robot; And e) when the tip end of the pin jig reaches the target position, the pin jig is raised and separated from the alignment hole.

또한, 상기 a) 단계는, 상기 로봇의 엔드이펙터의 좌표로부터 상기 그리퍼를 통해 장착된 상기 핀지그의 선단에 해당되는 상대좌표를 계산하고 그 이동상태를 추적하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, step a) may include the step of calculating the relative coordinates corresponding to the tip of the pin jig mounted through the gripper from the coordinates of the end effector of the robot and tracking the movement state.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 수직부하가 감지되면 상기 힘제어에 따라 설정된 일정 크기의 힘을 초과하지 않도록 제한하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, step d) may include limiting a force of a predetermined size set according to the force control when the vertical load is sensed.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 회전모션제어 시 상기 다층부품의 조립공차를 고려하여 상기 핀지그를 설정된 회전반경 내에서만 움직이도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step d) may include controlling the pin jig to move only within a set rotational radius in consideration of an assembly tolerance of the multi-layer component during the rotation motion control.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 수직방향으로의 힘제어와 회전 모션제어가 결합된 나선형 회전모션제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, step d) may include performing a spiral rotational motion control in which the force control and the rotational motion control in the vertical direction are combined.

또한, 상기 c) 단계 이후에는, 하강되는 상기 핀지그가 상기 정렬홀의 일부 내측면과 접촉된 외력에 의한 수평부하를 감지하는 단계; 및 상기 핀지그가 수평방향으로 움직인 변위에 비례하여 상기 체결작업점의 목표위치 및 목표축으로의 복원력이 작용하도록 탄성적 힘제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step c), detecting the horizontal load due to the external force that the pin jig descending is in contact with a part of the inner surface of the alignment hole; And performing elastic force control so that the restoring force to the target position and the target axis of the fastening work point is proportional to the displacement of the pin jig in the horizontal direction.

본 발명의 실시 예에 따르면, 로봇의 힘제어를 모션제어를 통해 핀지그의 접촉부하를 감지하고 정렬홀(H)을 능동적으로 탐색하여 안정적으로 삽입함으로써 로봇을 이용한 다층부품의 조립 공정을 자동화할 수 있으며 이를 통해 생산비용을 절감할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the robot's force control is automatically detected by detecting the contact load of the pin jig through motion control, and actively searching and stably inserting the alignment hole H to automate the assembly process of the multi-layer parts using the robot. This can reduce production costs.

또한, 정렬홀(H)에 핀을 삽입하는 방식에서 다층부품의 정렬작업 시 부품과의 접촉에 따른 충격을 흡수하고 마찰을 저감할 수 있는 핀지그를 구현함으로써 조립부품의 내구성 향상과 다층부품이 손상되는 문제를 해결할 수 있다.In addition, in the method of inserting the pin into the alignment hole (H), by implementing a pin jig capable of absorbing shock and reducing friction due to contact with the parts during the alignment of the multi-layer parts, the durability of the assembled parts and the multi-layer parts are improved. You can solve the problem that is damaged.

또한, 별도 로봇과 연동되는 별도의 센서 없이 로봇 제어기 내에서 모든 작업이 제어되므로 내부 연산시간 최소화로 작업 속도가 향상될 수 있으며, 부품의 적층개수나 모양에 상관 없이 다양한 조건의 적응 가능한 효과를 기대할 수 있다.In addition, since all operations are controlled within the robot controller without a separate sensor interlocked with a separate robot, the operation speed can be improved by minimizing the internal computation time, and an adaptive effect of various conditions can be expected regardless of the number or shape of parts stacked. Can.

도 1은 종래에 부품을 다층정렬 하는 방식을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치가 적용되는 공정을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 그리퍼와 핀지그의 결합구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 핀지그의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 방법에서의 회전모션제어와 탄성적 힘제어를 설명하기 위한 과정을 나타낸다.Figure 1 shows a conventional method of aligning the components in multiple layers.
2 shows a process to which a multilayer component alignment device according to an embodiment of the present invention is applied.
Figure 3 shows the configuration of a multi-layer component alignment device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the coupling structure of the gripper and the pin jig according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing the configuration of a pin jig according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram schematically showing the configuration of a controller according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart schematically illustrating a method of aligning a multilayer component according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 show a process for explaining the rotational motion control and the elastic force control in the multi-layer component alignment method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a multi-layer component alignment device and a method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

차량에는 여러 개의 부품을 다층으로 결합하여 사용하는 공정이 증가되고 있으며, 먼저 이를 자동화하기 위한 다층부품 제작공정의 개념을 간단히 설명한다.In a vehicle, the process of combining several components in multiple layers is increasing, and the concept of a multi-layer component manufacturing process for automating it is briefly described first.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치가 적용되는 공정을 나타낸다.2 shows a process to which a multilayer component alignment device according to an embodiment of the present invention is applied.

첨부된 도 2를 참조하면, S1 단계의 다층부품 세팅 공정에서는 복수의 부품(1a~1c)이 적층된 다층부품으로 세팅된다. 이 때, 제1 부품(1a), 제2 부품(1b) 및 제3 부품(1c)을 포함하는 다층부품(1)은 체결부재가 체결되는 후행공정을 위해 각각에 형성된 정렬홀(H)이 일자로 정렬되는 것이 바람직하지만 상기 세팅과정에서는 각 정렬홀(H)이 서로 어긋나게 세팅될 수 있다.Referring to FIG. 2, in the multi-layer component setting process of step S1, a plurality of components 1a to 1c are set as multi-layer components. At this time, the multi-layer component 1 including the first component 1a, the second component 1b, and the third component 1c has an alignment hole H formed in each for a subsequent process in which the fastening member is fastened. It is preferable to align the dates, but in the setting process, each alignment hole H may be set to be offset from each other.

그러므로, S2 단계의 다층부품 정렬 공정에서는 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치(100)가 설치되며 로봇의 자세제어(위치제어)로 그리퍼(130)에 파지된 핀지그(140)를 체결작업점(Tool Center Point, TCP)에 위치시키고 다층부품(1)에 형성된 정렬홀(H)에 삽입하여 일자로 정렬하는 작업을 수행한다. Therefore, in the multilayer component alignment process of step S2, the multilayer component alignment device 100 according to an embodiment of the present invention is installed and the pin jig 140 gripped by the gripper 130 is controlled by the robot's posture control (position control). It is located at the work point (Tool Center Point, TCP) and inserted into the alignment hole (H) formed in the multi-layered part (1) to perform alignment.

이 때, 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치(100)는 로봇의 힘제어를 통해 핀지그와 부품 간의 접촉부하를 감지하고 부품과의 접촉 시 핀지그의 모션제어를 통해 정렬홀(H)을 탐색하여 핀지그를 안정적으로 삽입함으로써 로봇을 이용한 다층정렬 공정을 자동화하는 것을 목적으로 한다.At this time, the multi-layer component alignment device 100 according to an embodiment of the present invention detects the contact load between the pin jig and the part through the force control of the robot, and the alignment hole (H) through the motion control of the pin jig in contact with the part The goal is to automate the multi-layer alignment process using a robot by searching for) and stably inserting the pin jig.

이후, S3 단계의 다층부품 결합공정에서는 상기 정렬된 체결홀(H)에 체결부재(B)가 각각 삽입되어 다층부품(1)이 일체로 결합될 수 있다. Subsequently, in the multi-step component bonding process in step S3, the fastening members B are respectively inserted into the aligned fastening holes H, so that the multi-layer components 1 can be integrally combined.

이상의 설명에서는 편의상 핀지그가 삽입되는 정렬홀(H)과 체결부재(2a, 2b)가 삽입되는 체결홀(H)을 동일하게 설명하였으나 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않으며 체결홀(H)은 별도로 구성될 수 있다. 즉, 핀지그가 삽입되는 정렬홀(H)과 체결부재(2a, 2b)가 삽입되는 체결홀(H)은 각각 별도로 형성될 수 있으며 체결홀(H)은 정렬홀(H)의 정렬작업을 통해 동시에 정렬될 수 있다.In the above description, for convenience, the alignment hole H into which the pin jig is inserted and the fastening hole H into which the fastening members 2a and 2b are inserted are identically described, but the embodiment of the present invention is not limited thereto and the fastening hole H Can be configured separately. That is, the alignment hole H into which the pin jig is inserted and the fastening hole H into which the fastening members 2a and 2b are inserted may be formed separately, and the fastening hole H may be used to align the alignment hole H. Can be aligned simultaneously.

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치의 구성을 나타낸다.On the other hand, Figure 3 shows the configuration of a multi-layer component alignment device according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 장치(100)는 로봇(110), 브라켓(120), 그리퍼(130), 핀지그(140) 및 제어기(150)를 포함한다.Referring to the attached Figure 3, the multi-layer component alignment device 100 according to an embodiment of the present invention includes a robot 110, a bracket 120, a gripper 130, a pin jig 140 and a controller 150 do.

로봇(110)은 6축 이상 다관절 매니퓰레이터(manipulator)로 구성될 수 있으며, 엔드이펙터(111)가 거동 가능한 영역의 입체 좌표계(3d; x, y, z)를 형성하여 다층부품(1)의 정렬홀(H)이 위치한 체결작업점(TCP)의 위치를 감지할 수 있다.The robot 110 may be composed of a multi-joint manipulator of six or more axes, and the end effector 111 forms a three-dimensional coordinate system (3d; x, y, z) in a movable area to form a multi-layered part (1). It is possible to detect the position of the fastening work point (TCP) where the alignment hole H is located.

로봇(110)은 작업대에 다층부품(1)이 셋팅되면 엔드이펙터(111)에 고정 장착된 핀지그(140)를 자세제어를 통해 체결작업점(TCP)으로 위치시키고 정렬홀(H)에 핀지그(140)가 삽입되는 수직방향으로 일정량의 힘을 가하는 힘제어(Force Control) 기능 및 수평방향으로의 복원력을 가하는 탄성적 힘제어 기능을 수행한다.When the multilayer component 1 is set on the work table, the robot 110 positions the pin jig 140 fixedly mounted on the end effector 111 to the fastening work point (TCP) through posture control and pins the alignment hole (H). The jig 140 performs a force control function that applies a certain amount of force in the vertical direction, and an elastic force control function that applies a restoring force in the horizontal direction.

여기서, 상기 힘제어는 로봇(110)에 적용된 힘 센서 또는 토크센서를 이용하여, 로봇(110)이 다층부품의 정렬홀(H)에 해당되는 체결작업점(TCP)을 기준으로 핀지그(140)가 삽입되는 방향으로 일정한 속도와 크기의 힘을 지그시 가하는 것을 의미한다. 또한, 상기 힘제어는 핀지그(140)의 삽입시 외력에 의한 삽입부하(수직부하)의 감지 기능을 포함하는 로봇 제어 방식을 의미한다.Here, the force control using a force sensor or a torque sensor applied to the robot 110, the robot 110 is a pin jig 140 based on the fastening work point (TCP) corresponding to the alignment hole (H) of the multilayer component ) Means to apply a force of constant speed and size in the direction of insertion. In addition, the force control refers to a robot control method including a detection function of an insertion load (vertical load) by an external force when the pin jig 140 is inserted.

상기 탄성적 힘제어는 힘제어 상태에서 외력에 의해 로봇(110)이 수평방향으로 움직인 경우 상기 수평 방향으로 움직인 변위에 비례하여 체결작업점(TCP)의 목표위치 및 핀지그(140)가 삽입되는 방향인 목표축으로의 복원력을 작용하는 로봇 제어 방식을 의미한다.In the elastic force control, when the robot 110 is moved in the horizontal direction by an external force in the force control state, the target position and the pin jig 140 of the fastening working point (TCP) are proportional to the displacement moved in the horizontal direction. Refers to the robot control method that acts on the restoring force to the target axis, which is the direction of insertion.

브라켓(120)은 일측면에 형성된 마운트(121)를 통해 로봇(110)의 엔드이펙터(111)에 장착된다.The bracket 120 is mounted to the end effector 111 of the robot 110 through the mount 121 formed on one side.

그리퍼(130)는 브라켓(120)의 하면에 결합된 상태로 로봇의 엔드이팩트(111)에 장착되며, 다층부품의 정렬홀(H)에 삽입되는 핀지그(140)를 집게형식의 핑거(131)를 통해 파지한다.The gripper 130 is mounted to the end 111 of the robot in a state of being coupled to the lower surface of the bracket 120, and the pin jig 140 inserted into the alignment hole H of the multi-layer component is clamped to the finger 131. ).

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 그리퍼와 핀지그의 결합구조를 나타낸다.Figure 4 shows the coupling structure of the gripper and the pin jig according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 그리퍼(130)는 핑거(131)의 유격을 조절하여 핀지그(140)를 파지하거나 상기 파지를 해제할 수 있으며, 로봇(110)의 자세제어에 따른 핀지그(140)의 움직임을 규제한다.4, the gripper 130 may grip the pin jig 140 or release the grip by adjusting the clearance of the finger 131, and the pin jig according to the posture control of the robot 110 ( 140).

그리퍼(130)는 다층부품(1)의 평면에 형성된 복수의 정렬홀(H) 간격과 대응되는 위치의 2개의 브라켓(120)이 듀얼 모드로 결합될 수 있다(도 2 참조). 이를 통해 듀얼 모드의 그리퍼(130)가 각각 핀지그(140)를 파지한 상태에서 한번의 다층정렬 작업으로 2점 이상의 정렬홀(H)이 형성된 다층부품(1)의 평면상 홀 정렬을 완료할 수 있는 효과가 있다.As for the gripper 130, two brackets 120 at positions corresponding to the spacing of the plurality of alignment holes H formed on the plane of the multilayer component 1 may be combined in a dual mode (see FIG. 2 ). Through this, in the state in which the gripper 130 in the dual mode grips the pin jig 140, the alignment of the holes in the plane of the multi-layer component 1 in which two or more alignment holes H are formed is completed in one multi-layer alignment operation. It has the effect.

핀지그(140)는 로봇(110)의 엔드이펙터(111)에 장착된 그리퍼(130)에 파지된 상태로 위치가 이동되어 다층부품(1)에 형성된 복수의 정렬홀(H)에 삽입된다.The pin jig 140 is moved to a position gripped by the gripper 130 mounted on the end effector 111 of the robot 110 and inserted into a plurality of alignment holes H formed in the multi-layer component 1.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 핀지그(140)는 작업자가 아닌 로봇(110)에 의해 정렬홀(H)에 삽입되는 특성상 안전을 고려하여 다음과 같이 구성될 수 있다.On the other hand, the pin jig 140 according to an embodiment of the present invention may be configured as follows in consideration of safety due to the nature of being inserted into the alignment hole H by the robot 110 rather than the operator.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 핀지그의 구성을 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the configuration of a pin jig according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 핀지그(140)는 몸체(141), 그리퍼 파지부(142), 핀(143), 관통구(144), 내측공간(145), 핀 헤드(146), 탄성체(147) 및 볼캐스터(148)를 포함한다. 5, the pin jig 140 according to an embodiment of the present invention includes a body 141, a gripper gripping part 142, a pin 143, a through hole 144, an inner space 145, It includes a pin head 146, an elastic body 147 and a ball caster 148.

몸체(141)는 원통형으로 구성되어 일부 외주면의 둘레를 따라 오목하게 형성된 그리퍼 파지부(142)를 형성하고, 하면 중앙에 핀(143)이 관통되는 관통구(144)가 형성된다.The body 141 is formed in a cylindrical shape to form a gripper gripping portion 142 formed concavely along the circumference of some outer circumferential surface, and a through hole 144 through which a pin 143 penetrates is formed in the center of the lower surface.

핀(143)은 몸체(141)에 비해 작은 직경을 가지며 일단에 형성된 원반형 핀 헤드(146)가 몸체(141)의 하부에 형성된 내측공간(145)에 수납되고, 상기 관통구(144)를 관통하여 길이방향으로 연장된 선단에 볼케스터(148)가 결합된다.The pin 143 has a smaller diameter than the body 141, and the disk-shaped pin head 146 formed at one end is accommodated in the inner space 145 formed under the body 141, and penetrates the through hole 144. Thus, the ball caster 148 is coupled to the tip extending in the longitudinal direction.

이 때, 상기 내측공간(145)의 상면과 핀 헤드(146) 사이에는 탄성체(147)가 구성되어 로봇(110)의 힘제어로 하강되는 핀(143)이 부품과의 물리적 접촉 시 외력에 의한 충격을 흡수함과 동시에 상기 외력에 의한 삽입부하를 로봇(110)으로 전달하는 역할을 한다.At this time, between the upper surface of the inner space 145 and the pin head 146, an elastic body 147 is formed, and the pin 143 descending due to the force control of the robot 110 is caused by external force when physical contact with the component. Simultaneously absorbs the shock and serves to transfer the insertion load due to the external force to the robot 110.

볼케스터(148)는 핀지그(140)가 부품과 접촉되어 모션제어 되는 경우 모션방향으로 볼이 회전되어 부품과의 마찰을 저감하고 내구성을 향상시킬 수 있다.When the pin jig 140 is in motion control by contacting the parts, the ball caster 148 may rotate the ball in the motion direction to reduce friction with the parts and improve durability.

제어기(150)는 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬을 위한 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨터 장치로 구성된다.The controller 150 is configured as a computer device that controls the overall operation for aligning multi-layer parts according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram schematically showing the configuration of a controller according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(150)는 인터페이스(151), 그리퍼 제어 모듈(152), 로봇 제어 모듈(153), 부하 센싱 모듈(154), 저장 모듈(155) 및 작업 제어 모듈(156)을 포함한다.6, the controller 150 according to an embodiment of the present invention includes an interface 151, a gripper control module 152, a robot control module 153, a load sensing module 154, and a storage module 155 ) And a job control module 156.

인터페이스(151)는 로봇(110) 및 그리퍼(130)와 각각 제어라인을 연결하여 다층부품 정렬을 위한 제어신호를 송수신한다.The interface 151 connects the control line to the robot 110 and the gripper 130, respectively, and transmits and receives control signals for multi-layer component alignment.

또한, 인터페이스(151)는 외부의 서버(미도시)와 통신을 연결하여 다층부품 정렬을 위한 부품 설계정보와 세팅정보를 수집할 수 있다.In addition, the interface 151 may communicate with an external server (not shown) to collect component design information and setting information for multi-layer component alignment.

그리퍼 제어 모듈(152)은 그리퍼(130)의 핑거(131)를 제어하여 핀지그(140)의 그리퍼 파지부(142)를 파지한다.The gripper control module 152 controls the finger 131 of the gripper 130 to grip the gripper grip portion 142 of the pin jig 140.

로봇 제어 모듈(153)은 로봇(110)의 다층부품 정렬 작업을 위한 기구학적 자세제어 정보를 저장하고, 로봇(110)의 자세제어에 따라 이동되는 핀지그(140)의 위치를 추적한다. 여기서, 상기 자세제어는 로봇(110)의 거동 가능한 입체 좌표계 내에서 추적되는 핀지그(140)의 정렬위치, 이동방향 및 정렬홀(H)을 탐색하기 위한 모션을 포함한다.The robot control module 153 stores kinematic posture control information for the multi-layer part alignment operation of the robot 110 and tracks the position of the pin jig 140 that is moved according to the posture control of the robot 110. Here, the posture control includes a motion for searching the alignment position, the moving direction and the alignment hole (H) of the pin jig 140 tracked in the movable three-dimensional coordinate system of the robot 110.

로봇 제어 모듈(153)은 핀지그(140)를 다층부품의 정렬홀(H)에 삽입하기 위하여 하강 제어 시 힘제어 명령을 통해 로봇(110)의 일정한 힘으로 지그시 핀지그(140)를 하강하도록 한다.The robot control module 153 is configured to descend the pin jig 140 when jig with a constant force of the robot 110 through a force control command when controlling the descent to insert the pin jig 140 into the alignment hole H of the multilayer component. do.

또한, 로봇 제어 모듈(153)은 상기 힘제어로 핀지그(140)를 삽입시 외력에 의해 수평부하가 발생되면 상기 수평방향으로의 복원력을 가하는 탄성적 힘제어를 수행하여 상기 핀지그(140)가 상기 체결작업점(TCP)의 목표축으로 복귀되도록 한다.In addition, the robot control module 153 performs elastic force control to exert a restoring force in the horizontal direction when a horizontal load is generated by an external force when the pin jig 140 is inserted as the force control, so that the pin jig 140 is performed. Is to be returned to the target axis of the fastening work point (TCP).

부하 센싱 모듈(154)은 상기 힘제어를 통한 핀지그(140)의 하강 시 외력에 의한 수직부하(예; z축 방향)를 감지한다.The load sensing module 154 senses a vertical load (eg, z-axis direction) due to external force when the pin jig 140 is lowered through the force control.

또한, 부하 센싱 모듈(154)은 핀지그(140)의 하강 시 정렬홀(H)의 일측면과 접촉하여 가해지는 외력에 의한 수평부하(예; x축/y축 방향)를 감지한다.In addition, the load sensing module 154 detects a horizontal load (eg, x-axis/y-axis direction) due to an external force applied in contact with one side of the alignment hole H when the pin jig 140 descends.

저장 모듈(155)은 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬을 위한 각종 프로그램, 데이터 및 설정정보를 저장한다.The storage module 155 stores various programs, data, and setting information for sorting multilayer parts according to an embodiment of the present invention.

작업 제어 모듈(156)은 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬을 위한 상기 각부의 전반적인 동작을 제어하는 중앙처리장치이다.The job control module 156 is a central processing unit that controls the overall operation of the respective parts for the alignment of multi-layer parts according to an embodiment of the present invention.

작업 제어 모듈(156)은 다층부품 정렬 알고리즘에 따른 그리퍼 제어 모듈(152)과 로봇 제어 모듈(153)을 통해 그리퍼(130)와 로봇(110)을 제어하여 핀지그(140)의 삽입에 따른 다층부품(1)에 형성된 정렬홀(H)들의 위치가 일치되도록 정렬한다.The work control module 156 controls the gripper 130 and the robot 110 through the gripper control module 152 and the robot control module 153 according to the multi-layer component alignment algorithm, and the multi-layer according to the insertion of the pin jig 140. Align the positions of the alignment holes H formed in the part 1 to match.

여기서, 그리퍼 제어 모듈(152), 로봇 제어 모듈(153) 및 작업 제어 모듈(156)은 다층부품 정렬 장치(100)의 구동을 위한 제어구성이므로 하나의 제어기(150)로 통칭될 수 있다.Here, since the gripper control module 152, the robot control module 153, and the work control module 156 are control structures for driving the multi-layer component alignment device 100, they may be collectively referred to as one controller 150.

그러므로, 이하 전술한 다층부품 정렬 장치(100)의 구성을 바탕으로 하는 본 발명의 실시 에에 따른 다층부품 정렬 방법을 설명함에 있어서 그 방법의 주체를 제어기(150)로 하여 설명하도록 한다.Therefore, in the following description of a method for aligning a multilayer component according to an embodiment of the present invention based on the configuration of the above-described multi-layer component alignment apparatus 100, the main body of the method will be described as the controller 150.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart schematically illustrating a method of aligning a multilayer component according to an embodiment of the present invention.

도 8과 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다층부품 정렬 방법에서의 회전모션제어와 탄성적 힘제어를 설명하기 위한 과정을 나타낸다.8 and 9 show a process for explaining the rotational motion control and the elastic force control in the multi-layer component alignment method according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 에에 따른 다층부품 정렬 방법은 앞서 도 2의 S2 단계의 다층부품 정렬 공정의 구체적인 흐름을 보여준다.Referring to the attached Figures 7 to 9, the multi-layer component alignment method according to an embodiment of the present invention shows a specific flow of the multi-layer component alignment process in step S2 of FIG.

제어기(150)는 그리퍼(130)를 통해 핀지그(140)를 파지한 상태에서 다수의 부품이 다층으로 세팅된 다층부품(1)의 로딩을 대기한다(S21). 이 때, 제어기(150)는 외부의 관제서버로부터 상기 다층부품(1)의 설계정보와 세팅정보를 수신하여 로봇(110)의 입체 좌표계상에 다층부품(1) 상의 정렬홀(H)이 위치한 체결작업점(TCP), 체결작업점(TCP)으로부터 수직한 목표축 및 핀지그(140)의 삽입종료 지점인 목표위치를 설정할 수 있다.The controller 150 waits for loading of the multi-layer component 1 in which a plurality of components are set in a multi-layer state while the pin jig 140 is gripped through the gripper 130 (S21). At this time, the controller 150 receives the design information and setting information of the multi-layer part 1 from an external control server, and the alignment hole H on the multi-layer part 1 is located on the three-dimensional coordinate system of the robot 110. It is possible to set a target position that is a vertical target axis from the fastening work point (TCP), a fastening work point (TCP), and an insertion end point of the pin jig 140.

제어기(150)는 다층부품(1)이 로딩되면 로봇(110)의 자세제어를 통해 핀지그(140)를 정렬홀(H)이 위치한 체결작업점(TCP)으로 이동한다(S22). 이 때, 제어기(150)는 로봇(110)의 엔드이펙터(111)의 좌표로부터 브라켓(120)과 그리퍼(130)를 통해 장착된 핀지그(140)의 선단에 해당되는 상대좌표를 계산하고 그 이동상태를 추적할 수 있다.When the multilayer component 1 is loaded, the controller 150 moves the pin jig 140 to the fastening working point (TCP) where the alignment hole H is located through the posture control of the robot 110 (S22). At this time, the controller 150 calculates the relative coordinates corresponding to the tip of the pin jig 140 mounted through the bracket 120 and the gripper 130 from the coordinates of the end effector 111 of the robot 110, and You can track your movement.

제어기(150)는 핀지그(140)의 선단이 체결작업점(TCP)에 위치되면 로봇(110)의 힘제어를 통해 핀지그(140)를 수직방향으로 일정한 속도와 일정한 크기의 힘으로 지그시 하강한다(S23). When the tip of the pin jig 140 is positioned at the fastening working point (TCP), the controller 150 descends the jig 140 at a constant speed and a constant size through the force control of the robot 110. (S23).

이 때, 다층부품(1)의 정렬홀(H)이 정상적으로 일직선으로 세팅된 경우를 가정할 때, 핀지그(140)는 체결작업점(TCP)을 기준 수직방향(즉, 삽입방향)의 목표축을 따라 하강되며, 부품과 물리적 접촉이 없으므로 수직 부하가 감지되지 않고(S24; 아니오), 수평 부하도 감지되지 않는다(S26; 아니오). 그리고, 제어기(150)는 핀지그(140)의 선단이 목표위치에 도달하면(S28; 예), 다층정렬 작업이 완료된 것으로 판단하고 핀지그(140)를 상승하여 정렬홀(H)에서 분리한다(S9).At this time, assuming the case where the alignment hole H of the multi-layered component 1 is normally set in a straight line, the pin jig 140 is a target in the vertical direction (that is, the insertion direction) with respect to the fastening working point (TCP). As it descends along the axis, there is no physical contact with the part, so vertical load is not detected (S24; No), and horizontal load is not detected (S26; No). Then, when the tip of the pin jig 140 reaches the target position (S28; YES), the controller 150 determines that the multi-layer alignment operation is completed and lifts the pin jig 140 to separate it from the alignment hole H. (S9).

한편, 상기 S23 단계에서 다층부품(1)의 정렬홀(H)이 불일치하게 세팅된 경우를 가정할 때의 다층부품의 정렬 방법을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the alignment method of the multi-layer component when assuming the case where the alignment hole H of the multi-layer component 1 is set in step S23 is as follows.

반면, 도 7 및 도 8을 참조하여 로봇(110)의 나선형 회전모션 제어에 따른 다층부품의 정렬 방법을 설명한다.On the other hand, with reference to Figures 7 and 8 will be described the alignment method of the multi-layer parts according to the spiral rotational motion control of the robot (110).

제어기(150)는 힘제어를 통해 핀지그(140)를 수직방향으로 하강 시 외력에 의해 수직부하가 감지되면(S24; 예), 핀지그(140)의 선단과 부품이 접촉된 것으로 판단하고 핀지그(140)의 회전모션제어를 통해 정렬홀(H)을 탐색한다(S25). When the vertical load is sensed by an external force when the pin jig 140 descends in the vertical direction through force control (S24; YES), the controller 150 determines that the front end of the pin jig 140 is in contact with the component and the pin The alignment hole H is searched through the rotation motion control of the jig 140 (S25).

이 때, 제어기(150)는 상기 수직부하가 감지되면 상기 힘제어에 따라 설정된 일정 크기의 힘을 초과하지 않도록 제한하여 핀지그(140)나 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있다. At this time, the controller 150 may prevent the pin jig 140 or the member from being damaged by restricting the vertical load from exceeding a force of a predetermined size set according to the force control.

또한, 핀지그(140)에 형성된 탄성체(147)를 통해 외력에 의한 충격을 흡수하고, 핀지그(140)의 회전모션 시 볼캐스터(148)를 통해 부품과의 마찰을 저감한다.In addition, through the elastic body 147 formed in the pin jig 140 absorbs the impact caused by external force, and reduces friction with the parts through the ball caster 148 during the rotation motion of the pin jig 140.

또한, 상기 회전모션제어는 다층부품(1)의 조립공차를 고려하여 핀지그(140)가 설정된 회전반경 내에서만 움직이도록 제어될 수 있다. In addition, the rotation motion control may be controlled so that the pin jig 140 moves only within a set rotational radius in consideration of the assembly tolerance of the multi-layer component 1.

또한, 제어기(150)는 상기 수직방향으로의 힘제어와 회전 모션제어가 결합된 나선형 회전모션제어를 수행할 수 있다. In addition, the controller 150 may perform helical rotation motion control in which the force control in the vertical direction and rotation motion control are combined.

또한, 제어기(150)는 핀지그(140)의 접촉이 감지되지 않으면 부품간 정렬이 바르게 된다고 판단하여 회전모션제어를 중단하고 힘제어를 통한 핀지그(140)의 하강을 계속 제어할 수 있다.In addition, the controller 150 may determine that the alignment between the parts is correct if the contact of the pin jig 140 is not sensed, thereby stopping the rotation motion control and continuously controlling the descending of the pin jig 140 through force control.

이후, 제어기(150)는 핀지그(140)의 선단이 목표위치에 도달하면(S28; 예), 다층정렬 작업이 완료된 것으로 판단하고 핀지그(140)를 상승하여 정렬홀(H)에서 분리한다(S9). Thereafter, when the tip of the pin jig 140 reaches the target position (S28; YES), the controller 150 determines that the multi-layer alignment operation is completed and lifts the pin jig 140 to separate it from the alignment hole H. (S9).

다음, 도 7 및 도 9를 참조하여 로봇(110)의 탄성적 힘제어 기능에 따른 다층부품의 정렬 방법을 설명한다.Next, with reference to FIGS. 7 and 9, a method of aligning multilayer components according to the elastic force control function of the robot 110 will be described.

제어기(150)는 힘제어를 통해 핀지그(140)를 수직방향으로 하강 시 외력에 의해 수직부하가 감지되지 않으면(S24; 아니오), 핀지그(140)를 계속 하강한다.The controller 150 continues to descend the pin jig 140 if the vertical load is not sensed by an external force when the pin jig 140 is lowered in the vertical direction through force control (S24; No).

제어기(150)는 하강되는 핀지그(140)가 정렬홀(H)의 일부 내측면과 접촉된 수평부하가 감지되면(S26; 예), 외력에 의해 핀지그(140)가 수평방향으로 움직인 변위에 비례하여 체결작업점(TCP)의 목표위치 및 목표축으로의 복원력이 작용하도록 탄성적 힘제어를 수행한다(S27). 이 때, 상기 탄성적 힘제어를 통해 핀지그(140)에 접촉된 상기 정렬홀(H)이 수평방향으로 움직여 목표축으로 정렬된다.When the horizontal load in which the descending pin jig 140 comes into contact with a part of the inner surface of the alignment hole H is detected (S26; yes), the controller 150 moves the pin jig 140 in the horizontal direction by an external force. Elastic force control is performed so that the restoring force to the target position and the target axis of the fastening working point (TCP) is proportional to the displacement (S27). At this time, the alignment hole H in contact with the pin jig 140 through the elastic force control moves in a horizontal direction and is aligned with a target axis.

제어기(150)는 핀지그(140)의 하강을 계속하여 선단이 목표위치에 도달하면(S28; 예), 다층정렬 작업이 완료된 것으로 판단하고 핀지그(140)를 상승하여 정렬홀(H)에서 분리한다(S9). The controller 150 continues to descend the pin jig 140, and when the tip reaches the target position (S28; YES), it is determined that the multi-layer alignment operation is completed and the pin jig 140 is raised to raise the pin jig 140 in the alignment hole H. Separate (S9).

한편, 상기 S9 단계 이후에, 다음 다층부품(1)이 더 존재하면 리턴하여 다층정렬 작업을 반복하고, 더 이상 존재하지 않으면 작업을 종료한다.On the other hand, after the step S9, if the next multi-layer component 1 is further returned, the multi-layer alignment operation is repeated, and if no longer exists, the operation is terminated.

이상의 도 7 내지 도 9를 통한 다층부품 정렬 방법은 설명의 편의상 수직부하 감지에 따른 회전모션제어와 수평부하 감지에 따른 탄성적 힘제어의 흐름을 각각 구분하여 설명하였으나 다층부품(1)이 여러 층으로 구성되는 특성상 부하의 감지상황에 따라 복합적 제어될 수 있음은 자명하다.Although the multi-layer component alignment method through FIGS. 7 to 9 has been described for the convenience of description, the flows of rotational motion control according to vertical load detection and elastic force control according to horizontal load detection are separately described, but the multi-layer component 1 has several layers. It is obvious that it can be complexly controlled according to the sensing condition of the load due to the characteristics consisting of.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 로봇의 힘제어를 모션제어를 통해 핀지그의 접촉부하를 감지하고 정렬홀(H)을 능동적으로 탐색하여 안정적으로 삽입함으로써 로봇을 이용한 다층부품의 조립 공정을 자동화할 수 있으며 이를 통해 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the assembly process of a multi-layered part using a robot is performed by detecting the contact load of the pin jig through the motion control of the robot force control and actively searching and stably inserting the alignment hole H. It is possible to automate and thereby reduce production costs.

또한, 정렬홀(H)에 핀을 삽입하는 방식에서 다층부품의 정렬작업 시 부품과의 접촉에 따른 충격을 흡수하고 마찰을 저감할 수 있는 핀지그를 구현함으로써 조립부품의 내구성 향상과 다층부품이 손상되는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the method of inserting the pin into the alignment hole (H), by implementing a pin jig capable of absorbing shock and reducing friction due to contact with the parts during the alignment of the multi-layer parts, the durability of the assembled parts and the multi-layer parts are improved. It has the effect of solving the damaged problem.

또한, 별도 로봇과 연동되는 별도의 센서 없이 로봇 제어기 내에서 모든 작업이 제어되므로 내부 연산시간 최소화로 작업 속도가 향상될 수 있으며, 부품의 적층개수나 모양에 상관 없이 다양한 조건의 적응 가능한 효과가 있다.In addition, since all operations are controlled within the robot controller without a separate sensor interlocked with a separate robot, the operation speed can be improved by minimizing the internal computation time, and there are adaptable effects in various conditions regardless of the number or shape of parts stacked. .

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiment of the present invention is not implemented only through the apparatus and/or method described above, and is implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium in which the program is recorded, and the like. Alternatively, such an implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

100: 다층부품 정렬 장치 110: 로봇
111: 엔드이펙터 120: 브라켓
121: 마운트 130: 그리퍼
131: 핑거 140: 핀지그
141: 몸체 142: 그리퍼 파지부
143: 핀 144: 관통구
145: 내측공간 146: 핀 헤드
147: 탄성체 148: 볼캐스터
150: 제어기 151: 인터페이스
152: 그리퍼 제어 모듈 153: 로봇 제어 모듈
154: 부하 센싱 모듈 155: 저장 모듈
156: 작업 제어 모듈100: multi-layer parts alignment device 110: robot
111: end effector 120: bracket
121: mount 130: gripper
131: finger 140: pin jig
141: body 142: gripper grip portion
143: pin 144: through hole
145: inner space 146: pin head
147: elastic body 148: ball caster
150: controller 151: interface
152: gripper control module 153: robot control module
154: load sensing module 155: storage module
156: job control module

Claims (15)

다층부품의 조립을 위해 적층 상태를 정렬하는 다층부품 정렬 장치에 있어서,
다관절 로봇;
일측면에 형성된 마운트를 통해 상기 로봇의 엔드이펙터에 장착되는 브라켓;
상기 브라켓의 하면에 결합된 그리퍼;
상기 그리퍼의 핑거에 의해 파지된 상태로 상기 다층부품의 정렬홀에 삽입되는 핀지그; 및
상기 로봇의 기구학적 자세제어를 통해 상기 핀지그를 상기 다층부품에 형성된 정렬홀이 위치한 체결작업점으로 위치시키고, 상기 정렬홀에 상기 핀지그가 삽입되는 수직방향으로 일정량의 힘을 가하는 힘제어를 수행하며, 상기 핀지그에 외력에 의한 수직부하가 감지되면 상기 로봇의 회전모션제어를 통해 상기 정렬홀을 탐색하는 제어기를 포함하며,
상기 제어기는 상기 회전모션제어 시 상기 다층부품의 조립공차를 고려하여 상기 핀지그를 설정된 회전반경 내에서만 움직이도록 제어하되, 상기 수직방향으로의 힘제어와 회전 모션제어가 결합된 나선형 회전모션제어를 제어하는 다층부품 정렬 장치.In the multi-layer component alignment device for aligning the stacked state for the assembly of the multi-layer component,
Articulated robot;
A bracket mounted to the end effector of the robot through a mount formed on one side;
A gripper coupled to a lower surface of the bracket;
A pin jig inserted into the alignment hole of the multi-layer component while being gripped by the finger of the gripper; And
Through the kinematic posture control of the robot, the pin jig is positioned as a fastening working point where an alignment hole formed in the multilayer component is located, and force control is applied to apply a predetermined amount of force in the vertical direction in which the pin jig is inserted into the alignment hole. Performing, when the vertical load is detected by the external force on the pin jig includes a controller for searching the alignment hole through the rotational motion control of the robot,
The controller controls the pin jig to move only within a set radius of rotation in consideration of the assembly tolerance of the multi-layer parts during the rotation motion control, but the spiral rotation motion control combined with the force control in the vertical direction and rotation motion control is controlled. Multi-layer part alignment device to control. 제1항에 있어서,
상기 로봇은
상기 엔드이펙터가 거동 가능한 영역의 입체 좌표계를 형성하며, 상기 다층부품의 정렬홀이 위치한 상기 체결작업점의 위치를 감지하는 다층부품 정렬 장치.According to claim 1,
The robot
The end effector forms a three-dimensional coordinate system in a movable area, and the multi-layer component alignment device detects the position of the fastening working point where the alignment hole of the multi-layer component is located. 제1항에 있어서,
상기 제어기는
상기 힘제어를 통해 상기 정렬홀에 핀지그가 삽입되는 방향으로 일정한 속도와 크기의 힘을 가하는 하강제어와 상기 핀지그의 하강 시 부품과의 접촉으로 발생되는 외력에 의한 수직부하 감지 기능을 수행하는 다층부품 정렬 장치.According to claim 1,
The controller
Through the force control to perform a downward control to apply a force of a constant speed and size in the direction in which the pin jig is inserted into the alignment hole and to perform a vertical load detection function by external force generated by contact with a component when the pin jig is lowered Multi-layer part alignment device. 제3항에 있어서,
상기 제어기는
상기 힘제어 상태에서 외력에 의해 상기 로봇이 수평방향으로 움직이는 수평부하가 감지되면, 상기 수평 방향으로 움직인 변위에 비례하여 상기 체결작업점의 목표위치 및 상기 핀지그의 삽입방향인 목표축으로의 복원력이 작용하도록 탄성적 힘제어를 수행하는 다층부품 정렬 장치.According to claim 3,
The controller
When the horizontal load of the robot moving in the horizontal direction is sensed by the external force in the force control state, to the target position of the fastening working point and the target axis of the pin jig in proportion to the displacement moved in the horizontal direction. Multi-layer part alignment device that performs elastic force control so that the restoring force acts. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는
상기 로봇 및 그리퍼와 각각 제어라인을 연결하여 다층부품 정렬을 위한 제어신호를 송수신하는 인터페이스;
상기 그리퍼의 핑거를 제어하여 상기 핀지그를 파지하는 그리퍼 제어 모듈;
상기 로봇의 다층부품 정렬 작업을 위한 기구학적 자세제어 정보를 저장하고, 상기 로봇의 자세제어에 따라 이동되는 상기 핀지그의 위치를 추적하는 로봇 제어 모듈;
상기 힘제어를 통한 상기 핀지그의 하강 시 외력에 의한 수직부하 및 수평부하를 감지하는 부하 센싱 모듈;
다층부품 정렬을 위한 각종 프로그램, 데이터 및 설정정보를 저장하는 저장 모듈; 및
다층부품 정렬 알고리즘에 따른 상기 그리퍼 제어 모듈과 로봇 제어 모듈을 통해 상기 그리퍼와 로봇을 제어하여 상기 핀지그의 목표위치 삽입에 따른 상기 정렬홀의 위치가 일치되도록 하는 작업 제어 모듈;
을 포함하는 다층부품 정렬 장치.The method according to any one of claims 1 to 4,
The controller
An interface for connecting a control line to the robot and the gripper, and transmitting and receiving a control signal for alignment of multi-layer parts;
A gripper control module that controls the finger of the gripper to grip the pin jig;
A robot control module that stores kinematic posture control information for aligning the multi-layer parts of the robot and tracks the position of the pin jig moved according to the posture control of the robot;
A load sensing module that senses vertical load and horizontal load due to external force when the pin jig descends through the force control;
A storage module for storing various programs, data and setting information for multi-layer component alignment; And
A work control module that controls the gripper and the robot through the gripper control module and the robot control module according to the multi-layer component alignment algorithm so that the positions of the alignment holes according to the target position insertion of the pin jig match;
Multi-layer component alignment device comprising a. 제5항에 있어서,
상기 자세제어는
상기 로봇의 거동 가능한 입체 좌표계 내에서 추적되는 상기 핀지그의 위치제어, 이동방향 및 정렬홀 탐색을 위한 모션제어를 포함하는 다층부품 정렬 장치.The method of claim 5,
The posture control is
A multi-layered part alignment device comprising motion control for position control, movement direction and search for alignment holes of the pin jig tracked in a movable three-dimensional coordinate system of the robot. 제1항에 있어서,
상기 그리퍼는
상기 다층부품의 평면에 형성된 복수의 정렬홀 간격과 대응하는 위치에 2개의 브라켓이 듀얼 모드로 결합되는 다층부품 정렬 장치.According to claim 1,
The gripper
A multi-layer component alignment device in which two brackets are combined in a dual mode at positions corresponding to a plurality of alignment hole spacings formed on a plane of the multi-layer component. 제1항에 있어서,
상기 핀지그는 길이방향으로 연장된 선단에 볼이 회전되어 부품과의 마찰을 저감하는 볼케스터가 결합되는 다층부품 정렬 장치.According to claim 1,
The pin jig is a multi-layer component alignment device in which a ball caster to reduce friction with a component is rotated by rotating a ball at a tip extending in the longitudinal direction. 제1항 또는 제8항에 있어서,
상기 핀지그는
원통형으로 구성되어 일부 외주면의 둘레를 따라 오목하게 형성된 그리퍼 파지부를 형성하고 하면 중앙에 내측공간으로 관통된 관통구가 형성된 몸체;
상기 몸체에 비해 작은 직경을 가지며 길이방향으로 일단에 형성된 원반형 핀 헤드가 상기 몸체의 내측공간에 수납되는 핀; 및
상기 내측공간의 상면과 핀 헤드 사이에는 형성되는 탄성체;
를 포함하는 다층부품 정렬 장치.The method of claim 1 or 8,
The pin jig
The body is formed in a cylindrical shape to form a gripper gripping portion formed concave along the periphery of the outer circumferential surface, and a body having a through hole penetrating into the inner space at the center thereof;
A pin having a smaller diameter than the body and having a disk-shaped pin head formed at one end in the longitudinal direction; And
An elastic body formed between the upper surface of the inner space and the pin head;
Multi-layer component alignment device comprising a. 다층부품 제어 장치의 제어기가 다층부품의 조립을 위해 적층 상태를 정렬하는 다층부품 정렬 방법에 있어서,
a) 로봇에 장착된 그리퍼를 통해 핀지그를 파지하고 상기 다층부품의 로딩을 대기하는 단계;
b) 상기 다층부품이 로딩되면 상기 로봇의 자세제어를 통해 상기 핀지그를 상기 다층부품의 정렬홀이 위치한 체결작업점으로 이동하는 단계;
c) 상기 로봇의 힘제어를 통해 상기 핀지그를 수직방향으로 일정한 속도와 일정한 크기의 힘으로 하강하는 단계;
d) 상기 핀지그에 외력에 의한 수직부하가 감지되면 상기 로봇의 회전모션제어를 통해 상기 정렬홀을 탐색하는 단계; 및
e) 상기 핀지그의 선단이 목표위치에 도달하면 상기 핀지그를 상승하여 상기 정렬홀에서 분리하는 단계를 포함하며,
상기 d) 단계는 상기 회전모션제어 시 상기 다층부품의 조립공차를 고려하여 상기 핀지그를 설정된 회전반경 내에서만 움직이도록 제어하되, 상기 수직방향으로의 힘제어와 회전 모션제어가 결합된 나선형 회전모션제어를 수행하는 단계를 포함하는 다층부품 정렬 방법.A method of aligning a multilayer component in which a controller of a multilayer component control device aligns a stacked state for assembly of the multilayer component,
a) gripping a pin jig through a gripper mounted on the robot and waiting for loading of the multilayer component;
b) when the multi-layer component is loaded, moving the pin jig to the fastening work point where the alignment hole of the multi-layer component is located through posture control of the robot;
c) descending the pin jig with a force of a constant speed and a constant size in the vertical direction through the force control of the robot;
d) when the vertical load is detected by an external force on the pin jig, searching for the alignment hole through the rotation motion control of the robot; And
e) when the tip of the pin jig reaches the target position, the step of raising the pin jig and separating it from the alignment hole,
In the step d), the pin jig is controlled to move only within a set rotational radius in consideration of the assembly tolerance of the multi-layer parts during the rotation motion control, but a spiral rotation motion combining force control and rotation motion control in the vertical direction is combined. A method of aligning a multilayer component, comprising performing control. 제10항에 있어서,
상기 a) 단계는,
상기 로봇의 엔드이펙터의 좌표로부터 상기 그리퍼를 통해 장착된 상기 핀지그의 선단에 해당되는 상대좌표를 계산하고 그 이동상태를 추적하는 단계를 포함하는 다층부품 정렬 방법.The method of claim 10,
Step a) is,
And calculating a relative coordinate corresponding to the tip of the pin jig mounted through the gripper from the coordinates of the end effector of the robot and tracking the moving state. 제10항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 수직부하가 감지되면 상기 힘제어에 따라 설정된 일정 크기의 힘을 초과하지 않도록 제한하는 단계를 포함하는 다층부품 정렬 방법.The method of claim 10,
Step d),
And when the vertical load is sensed, limiting so that the force of a predetermined size set according to the force control is not exceeded. 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 c) 단계 이후에는,
하강되는 상기 핀지그가 상기 정렬홀의 일부 내측면과 접촉된 외력에 의한 수평부하를 감지하는 단계; 및
상기 핀지그가 수평방향으로 움직인 변위에 비례하여 상기 체결작업점의 목표위치 및 목표축으로의 복원력이 작용하도록 탄성적 힘제어를 수행하는 단계;
를 더 포함하는 다층부품 정렬 방법.The method of claim 10,
After step c),
Detecting a horizontal load caused by an external force in which the descending pin jig contacts a part of the inner surface of the alignment hole; And
Performing elastic force control so that the restoring force to the target position and the target axis of the fastening work point is proportional to the displacement in which the pin jig moves in the horizontal direction;
Multi-layer component alignment method further comprising a.
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