KR100299677B1

KR100299677B1 - 다관절 로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법

Info

Publication number: KR100299677B1
Application number: KR1019990007081A
Authority: KR
Inventors: 김지회; 조형기
Original assignee: 신영균; 대우조선공업 주식회사
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2001-09-22
Also published as: KR20000059461A

Abstract

본 발명은 모터를 동력으로 사용하여 용접작업 등을 수행하는 다관절 로봇시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 로봇이 용접대상물의 위치를 검출하는데 걸리는 검출속도를 개선함으로써 생산성을 향상시키는 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법에 관한 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법은 로봇의 단부가 용접대상물의 근접위치에 도달할 때까지는 고속으로 이동하고 상기 근접위치에서 용접대상물과 접촉하기까지는 저속으로 이동하도록 하여 로봇의 컨트롤러가 용접대상물의 위치를 검출하는데 걸리는 시간을 현저히 단축시킴으로써 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법 {Device and method for high speed accessing multi-arm robot to welding object}

모터를 동력으로 사용하는 다관절로봇시스템의 자동화장치에서 오프라인 (off-line) 프로그래밍을 이용한 작업은 현장에서는 필수적이다.

다관절로봇시스템으로 아크용접을 하는 경우 작업대상물을 약 0.5㎜ 이내로 정확히 인식하지 않으면 원하는 용접품질을 얻을 수 없게 된다.

그러나, 켄트리 등의 대형로봇시스템으로 자동화한 경우 오프라인(off-line) 프로그래밍을 이용하여 운용하게 되면 작업대상물에 대한 위치정밀도가 현저히 떨어진다. 예컨대, 현재 사용되고 있는 시스템의 경우 약 100㎜ 정도의 오차를 가지므로, 실물과의 오차가 커져서 충돌위험 때문에 로봇을 작업대상물에 접근시키기가 곤란하다.

따라서, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 대상물의 정확한 위치를 인식하기위해 터치센서를 사용한 다관절로봇의 용접대상물 접근장치를 이용하는데, 그 구성과 작동을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 로봇의 단부(4)에 지지대(13)를 매개로 하여 고정된 용접토치(3)와, 상기 용접토치(3)의 단부에 설치된 용접용 와이어(2)와, 상기 용접토치(3)에 연결된 CO₂용접기(6)와, 상기 용접용 와이어(2)가 용접대상물(1)에 접촉하는 것을 감지하는 터치센서(5)와, 상기 장치들의 작동을 제어하는 컨트롤러(7)로 구성되어 있어서, 컨트롤러(7)의 제어에 의해 로봇의 단부(4)에 있는 용접용 와이어(2)가 용접대상물(1)에 접촉할 때까지 약 20㎜/s 정도의 속도로 이동하고, 상기 와이어(2)가 용접대상물(1)에 접촉하면 터치센서(5)는 그 위치를 컨트롤러(7)에 전달하여 기억시키게 된다.

상기의 터치센서는 정밀도는 뛰어나지만 위치를 인식하기 위해 로봇에 장착된 용접토치의 와이어가 대상물에 접촉하도록 해야하고, 이 때 접근속도는 대단히 느리다. 즉, 위치오차는 0.5㎜ 이내이나 접근속도는 최대 약 20㎜/s 정도이다. 이러한 속도로 100㎜ 정도 떨어진 위치에서부터 접근하면 약 5초가 걸린다.

또한, 실제로 하나의 용접대상물을 용접하기 위해서는 터치센서가 검출해야 하는 회수가 적어도 20회 이상 요구되므로 최소한 100초 이상의 시간이 걸리게 된다.

상기에서 상술한 바와 같이, 용접대상물의 검출에 소요되는 시간이 길어지는 것은 전체적인 로봇시스템의 생산성에 치명적인 영향을 준다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 로봇의 단부가 용접대상물의 근접위치에 도달할 때까지는 고속으로 이동하고 상기 근접위치에서 용접대상물과 접촉하기까지는 저속으로 이동하도록 하여 로봇의 컨트롤러가 용접대상물의 위치를 검출하는데 걸리는 시간을 현저히 단축시킴으로써 생산성을 향상시키는 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 다관절로봇의 용접대상물 접근장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 용접토치 지지대의 외주부에 근접센서가 설치된 것을 개략적으로 도시한 구성도,

도 3은 근접센서의 설치상태를 자세히 나타내기 위하여 용접토치의 단부에서 근접센서쪽을 바라본 상태를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 다관절로봇의 용접대상물 고속접근방법을 도시한 플로우챠트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 용접대상물 2 : 용접용 와이어

3 : 용접토치 4 : 로봇의 단부

5 : 터치센서 6 : CO₂용접기

7 : 로봇 컨트롤러 11 : 근접센서

12 : 센서케이블 13 : 용접토치 지지대

14 : 근접센서 지지대

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치는 로봇의 단부에 지지대를 매개로 하여 고정된 용접토치와, 상기 용접토치의 단부에 설치된 용접용 와이어와, 상기 용접토치에 연결된 CO₂용접기와, 상기 용접용 와이어가 용접대상물에 접촉하는 것을 감지하는 터치센서와, 상기 장치들의 작동을 제어하는 컨트롤러로 구성된 다관절로봇의 용접대상물 접근장치에 있어서, 로봇의 단부가 용접대상물의 근접위치에 도달하면 상기 컨트롤러에 신호를 전달하도록 상기 용접토치 지지대의 외주부에 설치된 다수의 근접센서를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다관절로봇의 용접대상물 고속접근방법은 컨트롤러의 오프라인(off-line) 프로그램에 설정되어 있는 기준위치로 로봇을 이동시키는 제1단계와, 근접센서에 의해 작업대상물이 인식될 때까지 로봇을 고속으로 이동시키는 제2단계와, 근접센서로부터 용접대상물에 근접한 신호가 전달되면 터치센서를 동작시키고 용접용 와이어가 용접대상물과 접촉할 때까지 로봇을 저속으로 이동시키는 제3단계와, 터치센서로부터 접촉신호가 전달되면 접촉된 그 위치를 컨트롤러에 기억시키는 제4단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 용접토치 지지대의 외주부에 근접센서가 설치된 것을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 근접센서의 설치상태를 자세히 나타내기 위하여 용접토치의 단부에서 근접센서쪽을 바라본 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 다관절로봇의 용접대상물 고속접근방법을 도시한 플로우챠트이다.

도 2와 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치는 로봇의 단부(4)에 용접토치 지지대(13)를 매개로 하여 고정된 용접토치(3)와, 상기 용접토치(3)의 단부에 설치된 용접용 와이어(2)와, 상기 용접토치(3)에 연결된 CO₂용접기(6)와, 상기 용접용 와이어(2)가 용접대상물(1)에 접촉하는 것을 감지하는 터치센서(5)와, 상기 장치들의 작동을 제어하는 컨트롤러(7)로 구성된 다관절로봇의 용접대상물 접근장치에 있어서, 로봇의 단부(4)가 용접대상물(1)과 근접한 위치에 도달하면 상기 컨트롤러(7)에 근접신호를 전달하도록 상기 용접토치 지지대(13)의 외주부에 설치된 다수의 근접센서(11)를 더 구비하고 있다.

상기 근접센서(11)는 로봇 단부(4)의 모든 방향에서 로봇이 용접대상물(1)에 근접되는지 여부를 감지할 수 있도록 근접센서 지지대(14)를 매개로 하여 상기 용접토치 지지대(13)의 외주부에 상호 120°간격으로 설치되어 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 다관절로봇의 용접대상물 고속접근방법은 컨트롤러(7)의 오프라인(off-line) 프로그램에 설정되어 있는 기준위치로 로봇을 이동시키는 제1단계(S1)와, 근접센서(11)에 의해 작업대상물(1)이 인식될 때까지 로봇을 고속으로 이동시키는 제2단계(S2)와, 근접센서(11)로부터 용접대상물(1)에 근접한 신호가 전달되면 터치센서(5)를 동작시키고 용접용 와이어(2)가 용접대상물 (1)과 접촉할 때까지 로봇을 저속으로 이동시키는 제3단계(S3)와, 터치센서(5)로부터 접촉신호가 전달되면 접촉된 그 위치를 컨트롤러(7)에 기억시키는 제4단계(S4)로 이루어져 있다.

다음에, 이와 같이 구성되어 있는 본 발명의 일 실시예에 의한 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법의 작용에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 로봇 컨트롤러(7)의 오프라인(off-line) 프로그램상에 설정되어 있는 기준위치로 로봇을 이동시킨다(S1). 이 위치는 실제 용접대상물(1)과 상당한 거리, 즉 약 100㎜ 정도 떨어져 있다.

다음에, 용접 초기점을 검출하기 위해서 용접대상물(1)과 용접용 와이어(2)단부간의 거리가 수십 ㎜내로 접근될 때까지 로봇을 수백 ㎜/s 의 고속으로 이동시킨다(S2). 이때 이 거리의 인식은 용접토치 지지대(13)의 외주에 설치된 다수의 근접센서(11)에 의하는데, 3개의 신호 중에서 1개만이라도 입수되면 로봇이 원하는 위치에 도달한 것으로 인식한다.

상기 위치도달신호는 센서케이블(12)을 통해서 로봇의 컨트롤러(7)에 전달된다.

컨트롤러(7)가 이 신호를 인식하면 즉시 터치센서(5)를 동작시키고 용접대상물(1)에 대한 로봇의 접근속도를 수 ㎜/s 정도로 감속시켜 용접용 와이어(2)의 단부가 용접대상물(1)에 접촉될 때까지 이동시킨다(S3).

용접용 와이어(2)의 단부가 용접대상물(1)에 접촉됨에 따라 접촉신호가 터치센서(5)를 통해 컨트롤러(7)로 전해지면 그 위치를 로봇 컨트롤러(7)가 기억하게 된다(S4).

여기서, 근접센서(11)의 위치정밀도는 수 ㎜ 이하의 저 정밀도의 것을 사용해도 무방하다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치 및 방법은 로봇의 단부가 용접대상물의 근접위치에 도달할 때까지는 고속으로 이동하고 상기 근접위치에서 용접대상물과 접촉하기까지는 저속으로 이동하도록 하여 로봇의 컨트롤러가 용접대상물의 위치를 검출하는데 걸리는 시간을 현저히 단축시킴으로써 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

로봇의 단부(4)에 용접토치 지지대(13)를 매개로 하여 고정된 용접토치(3)와, 상기 용접토치(3)의 단부에 설치된 용접용 와이어(2)와, 상기 용접토치(3)에 연결된 CO₂용접기(6)와, 상기 용접용 와이어(2)가 용접대상물(1)에 접촉하는 것을 감지하는 터치센서(5)와, 상기 장치들의 작동을 제어하는 컨트롤러(7)로 구성된 다관절로봇의 용접대상물 접근장치에 있어서,

상기 로봇의 단부(4)가 용접대상물(1)과 근접한 위치에 도달하면 상기 컨트롤러(7)에 근접신호를 전달하도록 상기 용접토치 지지대(13)의 외주부에 설치된 다수의 근접센서(11)를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치.
제 1 항에 있어서, 상기 근접센서(11)의 장착 위치는 로봇 단부의 모든 방향에서 로봇이 용접대상물에 근접되는지 여부를 감지할 수 있도록 용접토치 지지대 (13)의 외주부에 근접센서(11)를 장착한 고정용 지지대(14)를 용접토치(3)를 중심으로 상호 120°간격으로 설치함을 특징으로 하는 다관절로봇의 용접대상물 고속접근장치.
컨트롤러(7)의 오프라인(off-line) 프로그램에 설정되어 있는 기준위치로 로봇을 이동시키는 제1단계(S1)와,

근접센서(11)에 의해 작업대상물(1)이 인식될 때까지 로봇을 고속으로 이동시키는 제2단계(S2)와,

근접센서(11)로부터 용접대상물(1)에 근접한 신호가 전달되면 터치센서(5)를 동작시키고 용접용 와이어(2)가 용접대상물(1)과 접촉할 때까지 로봇을 저속으로 이동시키는 제3단계(S3)와,

터치센서로부터 접촉신호가 전달되면 접촉된 그 위치를 컨트롤러(7)에 기억시키는 제4단계(S4)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 다관절로봇의 용접대상물 고속접근방법.