KR20220028655A - 봉제기로 공급되는 원단을 좌,우로 틀어주며 자유로운 형태로 곡선 봉제가 가능한 봉제 제어 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 봉제기에 의해 수평한 X방향으로 이동하며 봉제되는 원단의 자세를 제어하는 봉제 제어 로봇에 관한 것으로, 상기 봉제 제어 로봇은, 상기 X방향의 축을 기준으로 회전가능하게 구비되고, 상기 원단과 접촉된 상태에서 회전될 시 상기 원단에 상기 X방향과 직교하는 수평한 Y방향으로 힘을 가하는 휠 유닛을 포함한다.

Description

봉제기로 공급되는 원단을 좌,우로 틀어주며 자유로운 형태로 곡선 봉제가 가능한 봉제 제어 로봇{Sewing control robot capable of sewing in a free curved shape by handling the fabric supplied to a sewing machine to the left and right}

본 발명은 원단을 곡선으로 봉제할 수 있도록 한 봉제 제어 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 휠을 이용하여 봉제기로 공급되는 원단을 좌, 우로 틀어주는 간단한 제어를 통해 자유로운 형태의 곡선 봉제를 가능케 한 봉제 제어 로봇에 관한 것이다.

원단을 곡선으로 봉제하는 종래의 봉제 시스템은, 봉제기는 고정되고 원단을 고정하는 지그판이 2차원 또는 3차원 곡선으로 움직이는 방식으로, 상기 지그판의 운동은 캐드나 컴퓨터 기반의 프로그램화된 패턴에 따라 자동으로 제어된다.

그런데, 이러한 종래의 봉제 시스템은 원단이 지그판에 완전히 올려져야 하기 때문에, 지그판 보다 큰 원단을 봉제할 수 없고, 지그판과 봉제기의 동기가 정확하게 이루어지지 못할 경우 봉제 불량이 발생되는 문제가 있었다.

종래 다른 방식으로 자수기나 패턴기를 사용하고 이들과 지그판의 운동을 동기화하는 방식도 있으나, 상기 자수기나 패턴기는 고가일 뿐만 아니라 지그판의 운동을 동기화하기 위해서는 숙련된 엔지니어에 의한 정밀한 작업이 필요하므로 최종 봉제물의 단가가 상승되는 문제가 있었다.

JP 2016-165323 A

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 첫째, 자수기나 패턴기와 같은 고성능의 제어기를 사용하지 않고도 높은 자율 곡선을 봉제할 수 있는 봉제 제어 로봇을 제공하는 것이다.

둘째, 봉제가 이루어지는 있는 원단을 좌, 우로 틀어주는 정도를 제어함으로써 원하는 곡선 형태로 봉제가 가능한 봉제 제어 로봇을 제공하는 것이다.

셋째, 숙련된 인력에 의한 수작업 못지 않는 정밀도와 자유도를 갖는 곡선 봉제를 가능하게 하는 봉제 제어 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 봉제 제어 로봇은, 봉제기에 의해 수평한 X방향으로 이동하며 봉제되는 원단의 자세를 제어하고, 상기 X방향의 축을 기준으로 회전가능하게 구비되고, 상기 원단과 접촉된 상태에서 회전될 시 상기 원단에 상기 X방향과 직교하는 수평한 Y방향으로 힘을 가하는 휠 유닛을 포함한다.

상기 봉제 제어 로봇은, 상기 휠 유닛을 회전시키는 회전 구동부와, 상기 휠 유닛을 승강시키는 승강 구동부를 더 포함하고, 상기 휠 유닛은 상기 승강 구동부에 의해 하강된 위치에서 상기 원단과 접촉될 수 있다.

상기 봉제 제어 로봇은, 다 관절을 갖는 로봇 암을 더 포함할 수 있고, 상기 승강 구동부는 상기 로봇 암에 고정되된 상태에서 피니언을 회전시키는 선회 제어모터와, 상기 피니언과 치합되는 랙을 포함할 수 있고, 상기 휠 유닛은 상기 랙에 고정될 수 있다.

상기 휠 유닛은, 상기 원단의 상기 X방향으로의 이동은 허용하고, 상기 원단에 상기 Y방향으로는 힘을 작용하는 적어도 하나의 옴니 휠을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 옴니 휠은, 상기 X방향의 축을 공통으로 갖는 제 1 옴니 휠과 제 2 옴니 휠을 포함할 수 있고, 상기 제 1 옴니 휠과 상기 제 2 옴니 휠은 각각 상기 X방향의 축을 중심으로 하는 소정의 원주에 대한 접선 방향으로 연장되는 축을 중심으로 회전되는 복수의 프리 휠을 포함할 수 있고, 상기 X축 방향으로 바라볼 시, 상기 제 1 옴니 휠에 구비된 인접한 한 쌍의 상기 이송 휠 사이의 영역은 적어도 일부가 상기 제 2 옴니 휠에 구비된 상기 프리 휠과 중첩될 수 있다.

본 발명의 봉제 제어 로봇은, 자수기나 패턴기와 같은 복잡한 동기화 제어기를 필요로 하지 않고도 정밀한 곡선 봉제가 가능하여 봉제선의 자유도를 높이면서도 봉제 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

둘째, 원단을 좌우로 트는 것을 통해 봉제 방향만을 조절하여 곡선 봉제를 가능하게 하며, 따라서, 종래와 같이 원단을 받쳐줄 지그가 필요 없고 봉제 가능한 원단 크기에도 제약이 없다.

셋째, 봉제가 이루어지는 방향으로의 간섭 없이 봉제 방향을 전환할 수 있어 봉제 공정의 흐름이 끊기지 않고, 봉제 불량도 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉제 제어 로봇을 보이는 사시도이다.
도 2는 봉제 제어 로봇의 주요부 간의 제어 관계를 도시한 블록도이다.
도 3은 봉제 제어 로봇을 다른 각도에서 바라본 부분 사시도이다.
도 4는 원단 제어기구를 보이는 도면이다.
도 5는 도 4를 부분적으로 확대한 것이다.
도 6은 원단 제어기구를 다른 각도에서 바라본 확대도이다.
도 7a는 휠 유닛을 X방향에서 바라본 것이고, 도 7b는 휠 유닛을 Y방향에서 바라본 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉제 제어 로봇을 보이는 사시도이다. 도 2는 봉제 제어 로봇의 주요부 간의 제어 관계를 도시한 블록도이다. 도 3은 봉제 제어 로봇을 다른 각도에서 바라본 부분 사시도이다. 도 4는 원단 제어기구를 보이는 도면이다. 도 5는 도 4를 부분적으로 확대한 것이다. 도 6은 원단 제어기구를 다른 각도에서 바라본 확대도이다. 도 7a는 휠 유닛을 X방향에서 바라본 것이고, 도 7b는 휠 유닛을 Y방향에서 바라본 것이다. 이하, 도 1 내지 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉제 제어 로봇을 설명한다.

봉제기(2)는 원단(4)을 기 정해진 수평한 방향(이하, X방향)으로 이동시키며 봉제한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 봉제 제어 로봇(1)은 봉제기(2)에 의해 봉제가 이루어지는 지점(이하, '봉제지점'이라고 함.)에 대한 원단의 선회 동작(또는, 회전)을 제어한다.

봉제기(2)는 고정된 위치에서 봉제를 수행하며 이 과정에서 원단은 X방향(도 1 참조)으로 이동되는데, 이때, 봉제 제어 로봇(1)이 X방향을 가로지는 방향으로 원단(4)을 밀거나 당겨줌으로써 곡선 형태의 봉제가 이루어질 수 있게 한다. X방향을 가로지는 방향은, 바람직하게는 X방향과 직교하는 수평한 Y방향(도 1 참조)이나 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.

보다 상세하게, 봉제 제어 로봇(1)은 X방향의 축(Ax, 도 6 참조.)을 기준으로 회전가능하게 구비되는 휠 유닛(30)을 구비한 원단 제어기구(20)를 포함할 수 있다. 휠 유닛(30)과 원단(4)의 사이에는 소정의 마찰력이 작용하며, 따라서, 휠 유닛(30)이 원단(4)과 접촉된 상태에서 회전되면 원단(4)에 Y방향으로 힘이 가해지고, 봉제지점(O)에 대한 원단(4)의 선회 동작이 유도된다. 특히, 이러한 선회 동작은 봉제가 이루어지는 중에(즉, 원단(4)이 X방향으로 이동되는 중에) 이루어지기 때문에, 봉제선은 휠 유닛(30)의 회전에 대응하여 Y방향으로 방향을 전환하면서 전체적으로는 X방향으로 진행하는 곡선 형태를 이루게 된다. 휠 유닛(30)은 봉제지점(O)의 선단(즉, Y방향으로 바라볼 시, 봉제지점(O))으로부터 -X방향으로 이격된 소정의 지점)에 위치할 수 있다.(도 6 참조.)

원단 제어기구(20)는 휠 유닛(30)을 회전시키는 회전 구동부(40)를 포함할 수 있다. 회전 구동부(40)는 휠 유닛(30)에 회전력을 제공하는 선회 제어모터(41)를 포함할 수 있다. 선회 제어모터(41)의 회전은 제어부(90)에 의해 제어되며, 이에 한하지 않고 제어부(90)는 후술하는 다른 구성들의 동작을 포함한 봉제 제어 로봇(1)의 전반적인 제어를 담당할 수 있다. 선회 제어모터(41)의 회전력을 휠 유닛(30)으로 전달하는 하나 이상의 기어가 구비될 수 있다. (도 4 참조.)

선회 제어모터(41)는 회전의 방향과 속도가 제어될 수 있는 것이다. 제어부(90)는 기 설정된 알고리즘에 따라 선회 제어모터(41)의 회전 방향, 회전 속도 및/또는 회전량을 제어할 수 있다. 선회 제어모터(41)의 회전 제어에 따라 휠 유닛(30)이 단위 시간당 원단을 밀거나 끌어 당기는 거리(또는, 원단 제어 변위)와 봉제지점(O)에 대해 원단이 단위 시간당 선회되는 각도(또는, 각도 변화량)가 달라지게 되고, 그에 대응하여 봉제선의 궤적 또는 형태도 변하게 된다.

한편, 봉제 제어 로봇(1)은 다관절의 로봇 암(11)을 포함할 수 있으며, 원단 제어기구(20)는 로봇 암(11)에 연결될 수 있다. 원단 제어기구(20)와 후술하는 가압 유닛(70)은 브래킷(12)에 의해 로봇 암(11)에 결합될 수 있다.

작업대(3) 상에 수평한 지지판(5)이 배치되고, 지지판(5) 상에 원단(4)이 놓일 수 있다. 로봇 암(11)은 6축 다관절 로봇일 수 있으며, 이 경우, 제어부(90)는 로봇 암(11)을 구성하는 관절의 동작을 제어하여 휠 유닛(30)의 위치와 자세를 정렬할 수 있다.

도 4를 참조하면, 원단 제어기구(20)는 휠 유닛(30)을 승강시키는 승강 구동부(50)를 포함할 수 있다. 승강 구동부(50)는 회전력을 제공하는 제 1 승강 모터(51)와, 제 1 승강 모터(51)에 의해 회전되는 피니언(52)과, 피니언(52)과 치합되는 랙(53)을 포함할 수 있다.

피니언(52)은 로봇 암(11)에 대해 고정 배치될 수 있다. 제 1 승강 모터(51)의 회전시 피니언(52)과 치합된 랙(53)이 승강될 수 있다. 휠 유닛(30)은 랙(53)에 배치되어, 랙(53)과 일체로 승강될 수 있다.

휠 유닛(30)은 하강된 위치에서 원단(4)과 접촉되며, 이 상태에서 회전 구동부(40)에 의해 회전되면, 회전 방향에 따라 원단(4)을 +Y 또는 -Y 방향으로 끌거나 밀어주게 된다. 즉, 휠 유닛(30)과 원단(4) 사이에 작용하는 마찰력에 의해 원단(4)이 부분적으로 Y방향으로 끌리거나 당겨지게 된다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 휠 유닛(30)은 적어도 하나의 옴니 휠(31a, 31b)을 포함할 수 있다. 옴니 휠(31a, 31b)은 전체적으로는 Y방향의 제 1 축(B1)을 중심으로 회전된다. 옴니 휠(31a, 31b)은 제 1 축(B1)으로부터 소정 거리 이격된 위치에서 제 1 축(B1)과 직교하는 제 2 축(B2)을 기준으로 자유롭게 회전 가능하게 구비되는 프리 휠(32a, 32b)을 포함할 수 있다.

원단(4)은 X방향으로 이동하고, 프리 휠(32a, 32b)은 X방향과 직교하는 제 2 축(B2)을 중심으로 회전되기 때문에, 프리 휠(32a, 32b)의 회전이 원단(4)의 이동을 방해하지 않는다.

그리고, 옴니 휠(31a, 31b)에 의해 원단(4)이 이동되는 방향(Y방향)은, 원단(4)과 접촉하고 있는 상태의 프리 휠(32a, 32b)의 회전축과 대응하는 방향, 다시 말해, 프리 휠(32a, 32b)의 회전축을 정사영 수평면에 정사영한 직선과 같은 방향이기 때문에, 프리 휠(32a, 32b)이 헛돌지 않고 원단(4)을 Y방향으로 밀거나 당겨주게 된다.

상기 적어도 하나의 옴니 휠(31a, 31b)은 X방향의 축(B1)을 공통으로 갖는 제 1 옴니 휠(31a)과 제 2 옴니 휠(31b)을 포함할 수 있다. 제 1 옴니 휠(31a)과 제 2 옴니 휠(31b)은 각각, X방향의 축(B1)을 중심으로 하는 소정의 원주에 대한 접선 방향으로 연장되는 축(B2)을 중심으로 회전되는 복수의 프리 휠(32a, 32b)을 포함할 수 있다.

X축 방향으로 바라볼 시, 제 1 옴니 휠(31a)에 구비된 인접한 한 쌍의 상기 프리 휠(32a) 사이의 영역은 적어도 일부가 제 2 옴니 휠(31b)에 구비된 프리 휠(32b)과 중첩될 수 있다. 제 1 옴니 휠(31a)이 회전되는 중에 프리 휠(32a)이 원단(4)과 이격되더라도 제 2 옴니 휠(31b)의 프리 휠(32b)이 원단(4)과 접촉되기 때문에 휠 유닛(30)과 원단(4) 간의 접촉이 항시 유지될 수 있다.

봉제 제어 로봇(1)은 가압 유닛(70)을 승강시키는 제 2 승강 구동부(150)를 포함할 수 있다. 제 2 승강 구동부(150)는 회전력을 제공하는 제 2 승강 모터(151)와, 제 2 승강 모터(151)에 의해 회전되는 제 2 피니언(152)과, 제 2 피니언(152)과 치합되는 제 2 랙(153)을 포함할 수 있다

X방향으로 봉제가 이루어지는 과정에서 원단(4)의 끝단이 휠 유닛(30)을 통과한 후 부터는 가압 유닛(70)이 원단(4)을 규제할 수 있다. 가압 유닛(70)은 하단에 평평한 누름판(71)을 구비할 수 있다. 누름판(71)은 제 2 랙(153)과 연동하며 승강될 수 있다.

누름판(71)은 하강된 상태에서 원단(4)과 접촉되나, 그 접촉은 원단(4)을 비교적 약하게 눌러 원단의 이송이 허용되도록 하는 정도가 바람직하다. 즉, 가압 유닛(70)이 하강된 위치에서 누름판(71)은 지지판(5)으로부터 소정 간격 이격되어 있으며, 상기 간격 사이에서 원단(4)은 누름판(71)과의 사이에 작용하는 마찰력을 극복하면서 X방향으로 이동하게 된다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서 또는 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 봉제기에 의해 수평한 X방향으로 이동하며 봉제되는 원단의 자세를 제어하는 봉제 제어 로봇에 있어서,
   상기 X방향의 축을 기준으로 회전가능하게 구비되고, 상기 원단과 접촉된 상태에서 회전될 시 상기 원단에 상기 X방향과 직교하는 수평한 Y방향으로 힘을 가하는 휠 유닛을 포함하는 봉제 제어 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠 유닛을 회전시키는 회전 구동부; 및
   상기 휠 유닛을 승강시키는 승강 구동부를 더 포함하고,
   상기 휠 유닛은,
   상기 승강 구동부에 의해 하강된 위치에서 상기 원단과 접촉되는 봉제 제어 로봇.
3. 제 2 항에 있어서,
   다 관절을 갖는 로봇 암을 더 포함하고,
   상기 승강 구동부는,
   상기 로봇 암에 고정되된 상태에서 피니언을 회전시키는 선회 제어모터; 및
   상기 피니언과 치합되는 랙을 포함하고,
   상기 휠 유닛은,
   상기 랙에 고정되는 봉제 제어 로봇.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠 유닛은,
   상기 원단의 상기 X방향으로의 이동은 허용하고, 상기 원단에 상기 Y방향으로는 힘을 작용하는 적어도 하나의 옴니 휠을 포함하는 봉제 제어 로봇.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 옴니 휠은,
   상기 X방향의 축을 공통으로 갖는 제 1 옴니 휠과 제 2 옴니 휠을 포함하고,
   상기 제 1 옴니 휠과 상기 제 2 옴니 휠은 각각,
   상기 X방향의 축을 중심으로 하는 소정의 원주에 대한 접선 방향으로 연장되는 축을 중심으로 회전되는 복수의 프리 휠을 포함하고,
   상기 X축 방향으로 바라볼 시, 상기 제 1 옴니 휠에 구비된 인접한 한 쌍의 상기 이송 휠 사이의 영역은 적어도 일부가 상기 제 2 옴니 휠에 구비된 상기 프리 휠과 중첩되는 봉제 제어 로봇.

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