KR20130080999A - The equipments which automatically assemble the components - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 부품 자동 조립설비에 관한 것으로서, 비전카메라를 이용하여 조립대상물에 부품을 조립하는 매니퓰레이터의 작동을 실시간으로 제어함으로써 부품 조립의 정확도를 높일 수 있는 부품 자동 조립설비에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic component assembly facility, and to a component automatic assembly facility that can increase the accuracy of the assembly of parts by controlling the operation of the manipulator for assembling the parts to the assembly object using a vision camera in real time.
지능로봇 및 각종 서비스 로봇이 이동하면서 작업을 행할 때 로봇을 조작해야 하는 인간은 여러 가지 복잡한 문제에 부딪히게 된다.When robots and various service robots move and perform tasks, humans who have to manipulate robots face various complex problems.
그 중에서도 이동 매니퓰레이터가 작업을 행하면서 작업대상을 보기 위해 작업용 로봇의 팔(Arm)이나 모바일로봇(MobileRobot) 본체에는 카메라가 부착되어 있는데, 매니퓰레이터가 작업을 시작하면서 카메라가 부착되어 있는 위치가 변하기 때문에 작업대상의 위치파악 및 작업대상의 캡쳐를 할 수 없게 되어 원거리 작업을 하기에 어려운 문제점이 있다. Among them, a camera is attached to the arm of the working robot or the body of the mobile robot to see the work target while the mobile manipulator is working. Since the position where the camera is attached changes as the manipulator starts working. The location of the work target and the capture of the work can not be captured, there is a problem that is difficult to work long distance.
즉 이동 매니퓰레이터가 최초에 작업대상을 확인하고 작업대상 가까이로 이동을 할 때 까지는 작업대상을 확인하고 가지만, 매니퓰레이터의 작동이 시작되면 매니퓰레이터의 작업방향과 카메라의 부착 위치에 따라 전체적인 화면을 볼 수 없으므로 작업대상을 확인하지 못하거나 작업대상을 찾을 수 없게 되는 문제점이 있었다.In other words, until the moving manipulator first checks the work object and moves to the work object, it checks the work object, but when the manipulator starts to operate, the entire screen cannot be seen depending on the work direction of the manipulator and the attachment position of the camera. There was a problem that the work object could not be confirmed or the work object could not be found.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 조립대상물에 부품을 조립하는 부품 자동 조립설비에 있어서 매니퓰레이터와 함께 움직이며 매니퓰레이터의 엔드 이펙터의 위치에 따라서 조립대상물에 대한 영상을 실시간으로 획득하여 보다 정확하고 쉽게 매니퓰레이터의 작동을 제어할 수 있는 부품 자동 조립설비를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems as described above move in conjunction with the manipulator in the automatic parts assembly equipment for assembling the parts to the assembly object and according to the position of the end effector of the manipulator to obtain a more accurate image of the assembly object in real time The aim is to provide an automatic assembly facility for parts that can control the operation of the manipulator.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비는 조립대상물들을 이송하며 상기 조립대상물들을 순차적으로 설정된 위치에 위치하도록 이송하는 이송유닛과, 상기 이송유닛을 따라 이송되는 상기 조립대상물의 조립지점에 부품을 조립하는 조립용 툴이 마련된 매니퓰레이터와, 상기 매니퓰레이터의 단부에 설치되어 상기 이송유닛을 따라 이동하는 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때 상기 조립지점에 대한 영상을 획득하는 것으로 상기 조립용 툴과 나란하게 연장되며 내부에 중공부가 형성된 가이드와 상기 가이드의 전단에 결합된 집광렌즈와 상기 가이드의 후단에 결합된 발산렌즈와 상기 중공부에 설치되어 상기 집광부에서 집광된 빛을 상기 발산렌즈로 전달하는 광파이버 및 상기 발산렌즈를 통과하는 빛을 수광하는 이미지센서를 포함하는 비전카메라유닛과, 상기 조립용 툴이 상기 조립지점에 대응하는 정 위치에 위치할 때 상기 비전카메라유닛에서 획득된 기준영상을 저장하고 있고 상기 이송유닛에 의해 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때마다 상기 비전카메라유닛에서 각각 획득된 현재의 영상과 상기 기준영상을 비교하여 상기 조립용 툴을 상기 조립지점에 정 위치시킬 수 있도록 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 중앙처리유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.The automatic assembly of parts according to the present invention for achieving the above object is a transfer unit for transferring the assembly objects and to sequentially position the assembly objects, and the assembly object to be transported along the transfer unit Obtaining an image of the assembly point when the manipulator is provided with an assembly tool for assembling parts at the assembly point, and when the assembly object is installed at the end of the manipulator to move along the transfer unit is located in the set position The light guide lens extends in parallel with the assembly tool and has a hollow portion formed therein, a condensing lens coupled to the front end of the guide, a diverging lens coupled to the rear end of the guide, and installed in the hollow portion to collect light collected from the condensing portion. Optical fiber passing to the diverging lens and the light passing through the diverging lens A vision camera unit including an image sensor for receiving light, and a reference image obtained from the vision camera unit when the assembling tool is positioned at a position corresponding to the assembling point and stored by the transfer unit. The central processing unit which controls the motion of the manipulator so that the assembly tool can be positioned at the assembly point by comparing the current image obtained from the vision camera unit with the reference image each time it is located at the set position. It characterized by having a.
상기 조립대상물에 각각 부착된 코드를 스캔하여 상기 조립대상물들의 모델 및 사양정보를 각각 획득하는 코드리더기를 구비하고, 상기 중앙처리유닛은 상기 모델 및 사양정보에 따른 상기 각 조립대상물들에 대한 기준영상을 각각 저장하고 있고, 상기 각 조립대상물에 따라서 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 것을 특징으로 한다.A code reader for scanning the codes attached to the assembly objects to obtain model and specification information of the assembly objects, respectively, and the central processing unit includes a reference image for each of the assembly objects according to the model and specification information. Each of them is stored, and characterized in that for controlling the motion of the manipulator according to each assembly object.
본 발명에 따른 부품 자동 조립설비는 조립용 툴이 설치되어 있는 지그판에 실시간으로 조립대상물의 조립지점에 대한 영상을 획득하는 비전카메라유닛을 통해 조립용 툴의 위치를 정밀하게 실시간으로 조절할 수 있다.Automated assembly of parts according to the present invention can precisely adjust the position of the assembly tool in real time through the vision camera unit to obtain an image of the assembly point of the assembly object in real time on the jig plate on which the assembly tool is installed. .
또한, 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비는 코드리더기에서 획득된 정보에 따라 중앙처리유닛을 통해 조립용 툴의 조립지점에 대한 위치를 각각 다르게 조절할 수 있어 조립대상물의 모델 및 사양에 따른 적용범위를 넓힐 수 있다.In addition, the automatic parts assembly according to the present invention can adjust the position of the assembly point of the assembly tool through the central processing unit according to the information obtained from the code reader, respectively, so that the application range according to the model and specification of the assembly object You can widen it.
도 1은 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비를 나타난 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 매니퓰레이터의 요부를 나타낸 발췌사시도.
도 3은 도 2에 도시된 매니퓰레이터 및 비전카메라유닛을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 중앙처리유닛과 각 구성요소들 간 연결관계를 나타낸 블럭도.1 is a perspective view showing the automatic assembly of parts according to the present invention.
Figure 2 is an excerpt perspective view showing the main portion of the manipulator shown in FIG.
3 is a cross-sectional view showing a manipulator and a vision camera unit shown in FIG.
Figure 4 is a block diagram showing the connection between the central processing unit and each component in accordance with the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부품 자동 조립설비에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the automatic component assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 부품 자동 조립설비(1)는 이송유닛(100)과, 매니퓰레이터(200)와, 비전카메라유닛(300)과, 중앙처리유닛(400)을 포함한다.1 to 3 show the automatic assembly of parts according to the present invention. 1 to 3, the automatic component assembly 1 of the present invention includes a
이송유닛(100)은 조립대상물(2)을 이송하며 조립대상물(2)들을 순차적으로 설정된 위치에 위치하도록 이송하는 것으로서, 공장 내부에 길게 연장된 이송프레임(110)과, 지면에 고정되어 이송프레임(110)을 지면으로부터 상방으로 이격되게 지지하는 지지프레임들 및 이송프레임(110)에 회전가능하게 설치되어 있는 지지롤러(120)들과, 지지롤러(120)들의 상부 및 하부에 배치되어 무한궤도로 회전하면서 조립대상물(2)을 일 측에서 타 측으로 이송하는 이송벨트(130)를 포함한다. The
도면에 도시되어 있지 않지만 상기 이송프레임(110)의 양단 측에는 상기의 이송벨트(130)를 회전가능하게 지지하며 이송벨트(130)를 회전시키는 구동롤러와 아이들롤러 및 구동롤러를 회전시키는 이송서보모터(140)가 설치되어 있다. Although not shown in the drawings, both ends of the
상기의 이송유닛(100)은 이송벨트(130)를 통해 조립대상물(2)을 일 측에서 타 측으로 이송하되 상기 조립대상물(2)들이 설정된 위치에서 소정시간 동안 정지할 수 있도록 후술하는 중앙처리유닛(400)에 의해 이송 또는 정지상태가 결정된다.The
매니퓰레이터(200)는 상기의 이송유닛(100)을 따라 이송되는 조립대상물(2)의 조립지점(2a)에 부품을 조립할 수 있게 단부측에 조립용 툴(270)이 마련된 것으로 하우징(210)과, 회전부(220), 제1암부(230), 제2암부(240), 제3암부(250), 지그판(260)을 포함한다. 상기의 조립지점(2a)은 조립용 툴(270)에 의해 볼트, 나사와 같은 부품이 체결되는 체결홈이다.Manipulator 200 is a
하우징(210)은 이송유닛(100)에 인접하도록 지면에 고정되어 있고, 내부에는 제1서보모터(211)(미도시)가 설치되어 있다.The
회전부(220)는 회전가능하게 설치되어 있고, 하우징(210) 내부에 설치되어 있는 제1서보모터(211)에 의해 좌우로 회전된다.The rotating
제1암부(230)는 회전부(220)의 상부에 마련된 회전브라켓(221)에 결합되어 있고, 제1브라켓에는 회전부(220)에 대하여 제1암부(230)를 회전시킬 수 있도록 제2서보모터(221)가 설치되어 있다. 상기 제1암부(230)는 제2서보모터(221)에 의해 회전부(220)를 기준으로 상하로 회전된다.The
제2암부(240)는 제1암부(230)의 단부에 회전가능하게 결합되어 있고, 제1암부(230)의 단부에는 제1암부(230)에 대하여 제2암부(240)를 회전시키는 제3서보모터(231)가 설치되어 있다.The
제3암부(250)는 제2암부(240)의 단부에 회전가능하게 결합되어 있고, 제2암부(240)의 단부에는 제2암부(240)에 대하여 제3암부(250)를 회전시키는 제4서보모터(241)가 설치되어 있다.The
상기 제1 내지 제3암부(250)는 하중을 줄일 수 있게 내부가 비어 있는 금속프레임으로 구성되며, 각 암부의 내부는 서로 연통된다.The first to
지그판(260)은 제3암부(250)의 단부에 고정되어 있고 전면에는 부품을 조립대상물(2)에 조립하는 조립용 툴(270)이 고정되어 있으며 후면에는 조립용 툴(270)을 구동하는 툴서보모터(261)가 설치되어 있다.Jig
조립용 툴(270)은 지그판(261)에 고정된 보스와, 상기 보스로부터 지그판의 전면방향으로 돌출되게 설치되는 전동드라이버를 구비한다. 상기 조립용 툴(270)은 엔드 이펙터(End-effector)이다.The assembling
상기 제1 내지 제4서보모터(241)는 조립용 툴(270)이 조립지점(2a)에 정확히 도달하여 부품을 조립할 수 있도록 후술하는 중앙처리유닛(400)에 의해 각각 독립적으로 제어된다.The first to
비전카메라는 이송유닛(100)을 따라 이동하는 조립대상물(2)이 설정된 위치에서 정지할 때 조립대상물(2)의 조립지점(2a)에 대한 영상을 획득하는 것으로 가이드(310)와, 집광렌즈(320), 발산렌즈(340), 광파이버(330), 이미지센서(350)를 포함한다.The vision camera acquires an image of the
가이드(310)는 내부에 중공부가 형성되어 있고, 일 단이 지그판(260)의 전면을 향하여 조립용 툴(270)과 나란하게 연장되어 있으며, 타 단은 제1 내지 제3암부(250)의 각 내부를 통해 연장되어 있다.The
상기 가이드(310)의 전단과 후단 사이에는 상기 가이드(310)를 지그판(260)에 고정할 수 있게 지그판(260)에 나사결합되는 렌즈장착부가 마련되어 있다.Between the front and rear ends of the
집광렌즈(320)는 조립대상체에서 반사된 빛을 집속하도록 가이드(310)의 전단에 마련된 제1렌즈장착부(320)에 고정되어 있고, 광파이버(330)는 가이드(310)의 길이방향을 따라 연장되어 중공부에 삽입되어 있으며, 발산렌즈(340)는 가이드(310)의 후단에 마련된 제2렌즈장착부(330)에 고정되어 광파이버(330)를 통해 전달된 빛을 후술하는 이미지센서(350)로 발산한다.The
상기 집광렌즈(320)와 상기 발산렌즈(340)는 각각 제1렌즈장착부(320)와 제2렌즈장착부(330)에 삽입고정되어 있다.The
상기 집광렌즈(320)는 광파이버(330)로 많은 양의 빛을 입사시킬 수 있게 고배율을 갖는 것을 적용하는 것이 바람직하고, 발산렌즈(340) 또한 집광렌즈(320)와 대응하는 배율을 갖는 것을 적용하는 것이 바람직하다.Preferably, the
이미지센서(350)는 집광렌즈(320)에서 집광되어 광파이버(330) 및 발산렌즈(340)를 통해 전달되는 조립대상체로부터 반사된 빛을 수광하는 부분으로 발산렌즈(340)와 인접하여 설치되어 있다.The
상기 이미지센서(350)는 피사체 정보를 검지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품으로 금속화합물반도체(MOS) 또는 전하결합소자(CCD)를 적용할 수 있다.The
중앙처리유닛(400)은 조립용 툴(270)이 조립지점(2a)에 대응하는 정 위치에 위치할 때 상기 비전카메라유닛(300)에서 획득된 기준영상을 저장하고 있고, 이송유닛(100)에 의해 조립대상물(2)이 설정된 위치에 정지할 때마다 비전카메라유닛(300)에서 각각 획득된 현재영상과 기준영상을 비교하여 조립용 툴(270)을 조립지점(2a)에 정 위치시킬 수 있도록 매니퓰레이터(200)의 모션을 제어한다.The
상기 중앙처리유닛(400)은 기준영상과 현재영상을 저장하는 메모리부(410), 비전카메라유닛(300)에서 획득된 기준영상 및 현재영상에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 처리하는 영상처리부(420), 기준영상과 현재영상에 각각 위치하는 조립지점(2a)에 대한 좌표를 추출하는 좌표추출부(430), 기준영상의 조립지점(2a)에 대한 좌표값(이하, '기준좌표값'이라 함)과 현재영상의 조립지점(2a)에 대한 좌표값(이하, '비교좌표값'이라 함)을 비교하여 기준좌표값에 대한 비교좌표값을 비교하여 조립용 툴(270)이 이동해야 할 변위를 산출하는 변위산출부(440), 변위산출부(440)에서 산출된 변위에 따라 매니퓰레이터(200)의 작동을 제어하는 구동제어부, 이송유닛(100)의 작동을 제어하는 이송제어부(450)를 포함한다.The
상기 중앙처리유닛(400)은 이송제어부(450)를 통해 조립대상물(2)이 정지할 때 비전카메라유닛(300)을 구동하도록 제어한다.The
상기 비전카메라유닛(300)은 중앙처리유닛(400)에 의해 실시간으로 매니퓰레이터(200)의 작동을 제어할 수 있게 조립대상물(2)이 정지되었을 때 되도록 많은 영상을 획득하는 것이 바람직하다.The
그리고, 영상처리부(420)는 좌표추출부(430)에서 기준좌표값과 비교좌표값을 정확하게 추출해낼 수 있게 칼만 필터, 중간값 필터와 같은 노이즈필터를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 조립대상물(2)에 부착된 코드를 스캔하여 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보를 획득하는 코드리더기(500)를 더 구비한다.The automatic component assembly 1 according to the present invention further includes a
상기 코드리더기(500)는 이송유닛(100)을 따라 이송되는 조립대상물(2)에 부착된 코드를 스캔할 수 있게 이송프레임(110)에 설치되어 있고, 코드리더기(500)에서 획득된 정보는 중앙처리유닛(400)으로 전송된다.The
상기 조립대상물(2)에 부착된 코드는 바코드(Bar Code) 또는 QR코드(Quick response Code)를 적용할 수 있다.The code attached to the
상기 중앙처리유닛(400)의 메모리부(410)에는 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보에 따른 조립대상물(2)에 대한 기준영상이 저장되어 있다.The
코드리더기(500)에서 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보가 획득되면 좌표추출부(430)에서는 메모리부(410)에 저장된 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보에 따른 각각의 기준영상을 불러와 기준좌표값을 추출하고, 비전카메라유닛(300)에서 획득된 현재영상에 대한 비교좌표값을 추출하게 된다. 이후의 과정은 각각의 좌표값을 비교하여 변위를 산출하고, 매니퓰레이터(200)의 작동을 제어하도록 된 중앙처리유닛(400)의 처리 과정과 동일하다.When the model and specification information of the
상기와 같은 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 조립용 툴(270)이 설치되어 있는 지그판(260)에 실시간으로 조립대상물(2)의 조립지점(2a)에 대한 영상을 획득하는 비전카메라유닛(300)을 통해 조립용 툴(270)의 위치를 정밀하게 실시간으로 조절할 수 있다.Automated assembly of parts 1 according to the present invention as described above to obtain an image of the assembly point (2a) of the assembly object (2) in real time on the
또한, 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 코드리더기(500)에서 획득된 정보에 따라 중앙처리유닛(400)을 통해 조립용 툴(270)의 조립지점(2a)에 대한 위치를 각각 다르게 조절할 수 있어 조립대상물(2)의 모델 및 사양에 따른 적용범위를 넓힐 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the information obtained from the
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The automatic assembly of parts 1 according to the present invention as described above has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but this is only an example, and those skilled in the art have various modifications therefrom. And other equivalent embodiments are possible.
따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.
100 : 이송유닛
200 : 비전카메라유닛
300 : 매니퓰레이터
400 : 중앙처리유닛
500 : 코드리더기100: Feed unit
200: vision camera unit
300: Manipulator
400: central processing unit
500: code reader
Claims (2)
상기 이송유닛을 따라 이송되는 상기 조립대상물의 조립지점에 부품을 조립하는 조립용 툴이 마련된 매니퓰레이터와;
상기 매니퓰레이터의 단부에 설치되어 상기 이송유닛을 따라 이동하는 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때 상기 조립지점에 대한 영상을 획득하는 것으로, 상기 조립용 툴과 나란하게 연장되며 내부에 중공부가 형성된 가이드와, 상기 가이드의 전단에 결합된 집광렌즈와, 상기 가이드의 후단에 결합된 발산렌즈와, 상기 중공부에 설치되어 상기 집광부에서 집광된 빛을 상기 발산렌즈로 전달하는 광파이버 및 상기 발산렌즈를 통과하는 빛을 수광하는 이미지센서를 포함하는 비전카메라유닛과;
상기 조립용 툴이 상기 조립지점에 대응하는 정 위치에 위치할 때 상기 비전카메라유닛에서 획득된 기준영상을 저장하고 있고, 상기 이송유닛에 의해 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때마다 상기 비전카메라유닛에서 각각 획득된 현재의 영상과, 상기 기준영상을 비교하여 상기 조립용 툴을 상기 조립지점에 정 위치시킬 수 있도록 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 중앙처리유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 자동 조립설비. A transfer unit for transferring assembly objects and transferring the assembly objects to sequentially set positions;
A manipulator provided with an assembly tool for assembling parts at an assembly point of the assembly object to be conveyed along the transfer unit;
The guide is installed at the end of the manipulator to obtain an image of the assembly point when the assembly object moving along the transfer unit is located in a set position, and extends in parallel with the assembly tool and has a hollow formed therein. And a condensing lens coupled to the front end of the guide, a diverging lens coupled to the rear end of the guide, an optical fiber and the diverging lens installed in the hollow part for transferring the light collected by the condensing part to the diverging lens. A vision camera unit comprising an image sensor for receiving light passing therethrough;
When the assembling tool is located at the correct position corresponding to the assembly point, the reference image obtained from the vision camera unit is stored, and the vision camera is placed whenever the assembly object is set by the transfer unit. And a central processing unit for controlling the motion of the manipulator so that the assembly tool can be positioned at the assembly point by comparing the current image obtained in each unit with the reference image. Assembly equipment.
상기 조립대상물에 각각 부착된 코드를 스캔하여 상기 조립대상물들의 모델 및 사양정보를 각각 획득하는 코드리더기;를 구비하고,
상기 중앙처리유닛은
상기 모델 및 사양정보에 따른 상기 각 조립대상물들에 대한 기준영상을 각각 저장하고 있고, 상기 각 조립대상물에 따라서 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 것을 특징으로 하는 부품 자동 조립설비.The method of claim 1,
And a code reader for scanning the codes attached to the assembly objects, respectively, and obtaining model and specification information of the assembly objects.
The central processing unit
And storing reference images of the respective assembly objects according to the model and the specification information, and controlling the motion of the manipulator according to the assembly objects.
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