듀얼 펙인홀 조립 형상 공간 분석과 조립 전략

Abstract

Recently, as the necessity of product automation has risen worldwide, the use of robots is expanding to assembly tasks. Among them, peg-in-hole task is an essential task, which is the basis of a wide range of assembly tasks such as furniture, engines and bearings. The peg-in-hole task is the process of inserting a peg into a hole. The peg-in-hole task is divided into single peg-in-hole, dual peg-in-hole, multiple peg-in-hole depending on the number of pegs and holes, and into circular peg-in-hole, rectangular peg-in-hole, etc. according to the shape. In general, the peg-in-hole task consists of a search step of moving a peg to a hole position in order to overcome the uncertainty of hole location data and an insertion step of inserting a peg into a hole. In addition, the difference between the dual peg-in-hole work and the single cylindrical peg-in-hole during the peg-in-hole operation is that it must be aligned with the dual hole up to the alignment direction of the dual peg in the search phase. In this paper, we present a three-dimensional configuration space that guarantees the assembly success in the search step of dual peg-hole task. This space is a three-dimensional space consisting of the planar position of the dual hole and the alignment direction of the dual hole. A dual hole search trajectory is devised so that the dual peg passes through the assembly configuration space. Also, according to the axial tilt, wavelength, and amplitude change of the dual hole search trajectory, the change of the expected assembly success rate and the expected average assembly time is estimated. The proposed method for dual peg-in-hole assembly strategy can be applied to various shapes dual peg-in hole. The proposed dual peg-in-hole assembly configuration space was implemented using MATLAB and the performance of the assembly strategy was verified through experiments using a 7 degree-of-freedom torque-controlled manipulator.

최근 세계적으로 제품 생산 자동화의 필요성이 대두됨에 따라 로봇의 사용 용도가 조립 작업까지 확대되고 있다. 그 중에서도 펙인홀 작업은 가구, 엔진, 베어링 등 광범위한 조립 작업에서 기초가 되는 중요한 작업이다. 펙인홀 작업이란 구멍(hole)에 고정되는 핀(peg)을 맞춰 삽입하는 작업이다. 펙인홀 작업은 펙과 홀의 개수에 따라 싱글 펙인홀, 듀얼 펙인홀, 멀티플 펙인홀, 모양에 따라 원형 펙인홀, 사각 펙인홀 등으로 구분된다. 일반적으로 펙인홀 작업은 홀 위치 정보의 불확실성을 극복하기 위해 펙을 홀의 위치로 옮기는 탐색 단계와 펙을 홀에 끼우는 삽입 단계로 이루어진다. 그리고, 펙인홀 작업 중 듀얼 펙인홀 작업은 싱글 원형 펙인홀과 다르게 탐색 단계에서 듀얼 펙이 이루는 정렬 방향까지 듀얼 홀과 맞춰야 한다. 본 논문에서는 듀얼 펙인홀 작업의 탐색 단계에서 조립 성공을 보장하는 3차원 형상 공간을 도출한다. 이 공간은 듀얼 홀의 평면상의 위치와 듀얼 홀의 정렬 방향으로 이루어진 3차원 공간이다. 이 조립 형상 공간을 듀얼 펙이 지나도록 듀얼 홀 탐색 경로를 고안한다. 또한, 듀얼 홀 탐색 경로가 최악의 경우에도 조립 성공 보장 영역을 지나도록 탐색 경로를 구성할 수 있는 조립 보장 조건을 유도한다. 듀얼 펙인홀 조립 전략을 위해 제안한 이 방법은 다양한 형상의 듀얼 펙인홀에 대해서도 적용될 수 있다. 제안한 듀얼 펙인홀 조립 형상 공간은 MATLAB을 사용하여 구현되었으며 조립 전략의 성능은 7자유도 토크 제어 매니퓰레이터를 이용한 실험을 통해 검증하였다.