KR100389010B1 - 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 로봇 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇 제어방법에 관한 것으로, 그 목적은 갠트리 구조물과 이에 설치된 로봇 매니퓰레이터를 ＰＣ를 기반으로 하는 제어시스템에 의해 제어하여 주어진 작업부재에 대해 용이하게 작업을 행하고, 작업속도 및 능률을 향상시킬 수 있는 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇 제어방법을 제공하는 것이다.본 발명은 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇을 구비하는 갠트리형 산업로봇시스템 제어방법에 있어서; ＰＣ기반 갠트리 제어부에 의해 작업명령이 설정되는 단계; ＰＣ기반 갠트리 제어부 디지털 출력보드의 외부출력초기화를 행하는 단계; 상기 설정된 작업명령에 따라 ＰＣ기반 갠트리 제어부의 모션제어부를 통해 갠트리 구조물을 이동시키는 단계; 상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부의 디지털 입출력 보드를 통해 로봇제어부로 작업명령을 전달하는 단계; 상기 작업명령에 따라 로봇제어부에서 갠트리 구조물에 설치되어 있는 로봇에 작업신호를 보내는 단계; 상기 작업신호에 따라 로봇에 의해 작업을 행하는 단계; 상기 로봇의 작업완료를 로봇제어부에서 디지털 입출력 보드를 통해 ＰＣ기반 갠트리 제어부로 전달하는 단계; 및 상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부에서 디지털 입출력 보드를 통해 작업이 끝난 로봇을 홈복귀시키는 단계를 통하여, 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇을 ＰＣ기반 갠트리 제어부에 의해 동시에 제어하도록 한 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇 제어방법을 제공함에 있다.

Description

산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 로봇 제어방법 {Control Method of PC based Gantry Robot}

본 발명은 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇 제어방법에 관한 것으로, 전용의 로봇제어기가 아닌, 범용의 산업용 퍼스널 컴퓨터(이하 'ＰＣ'라 칭함)을 이용하여 4축의 갠트리 구조물을 제어하고, 갠트리 구조물에 설치된 6축의 다관절 작업로봇과 정해진 신호를 주고받음으로써, 주어진 작업을 효과적으로 수행할 수 있는 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 갠트리 구조물은 대형 구조물을 이동시키거나 용접 등의 작업을 행할 때 사용되는 것으로, 다관절 로봇 또는 로봇핸드등이 설치되고, 작업부재 상부에 위치하도록 설치되어 있으며, 갠트리 제어기에 의해 설치되어 있는 다관절 로봇 또는 로봇핸드를 Ｘ, Ｙ, Ｚ축으로 조절하여 작업장소로 이동시키도록 되어 있다.

그러나, 상기와 같이 다관절 로봇 또는 로봇핸드등이 설치된 갠트리 구조물을 이용하여 작업을 행하고자 할 경우, 갠트리 제어기에 의해 갠트리 구조물을 작업하고자 하는 목적지로 이동시킨 후, 설치된 다관절 로봇 또는 로봇핸드를 별도의 제어기를 이용하여 조절해야 하므로, 작업이 매우 번거롭고, 작업시간이 지연되며, 갠트리 구조물과 설치된 다관절 로봇(또는 로봇핸드)를 이동하면서 하는 작업에는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

특히, 조선과 같은 대형 구조물을 용접하는 대부분의 경우, 작업자가 단순한 용접캐리지를 이용하거나 갠트리 형태의 단순 용접자동화 장치에 의해 작업이 이루어지고 있었다. 그러나, 용접캐리지 등을 이용할 경우 작업자의 수가 늘어나게 되었다. 또한, 단순 용접자동화 장치는 용접부재-부재의 용접방향이 갠트리의 이동방향과 평행한 경우 또는 수직일 경우에 사용되는 것으로, 조선의 소조립과 같이 부재의 용접선의 방향이 여러 방향으로 배치되어 있을 경우, 단순 용접자동화 장치로서는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

물론, 상기와 같은 문제점을 극복하고자 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇(또는 로봇핸드)를 동시에 제어할 수 있는 것도 있으나, 이는 작업목적에 맞게 제작된 전용의 제어기로써, 사용에 한계가 있었다. 즉, 상기 전용의 제어기는 갠트리 구조물에 설치되는 로봇에 따라 제작된 제어기로써, 타분야의 시스템 구축시 제한조건이 많고, 설치비가 증가하게 되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 갠트리 구조물과 이에 설치된 로봇 매니퓰레이터를 ＰＣ를 기반으로 하는 제어시스템에 의해 제어하여 주어진 작업부재에 대해 용이하게 작업을 행하고, 작업속도 및 능률을 향상시킬 수 있는 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇을 구비하는 갠트리형 산업로봇시스템 제어방법에 있어서; ＰＣ기반 갠트리 제어부에 의해 작업명령이 설정되는 단계; ＰＣ기반 갠트리 제어부 디지털 출력보드의 외부출력초기화를 행하는 단계; 상기 설정된 작업명령에 따라 ＰＣ기반 갠트리 제어부의 모션제어부를 통해 갠트리 구조물을 이동시키는 단계; 상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부의 디지털 입출력 보드를 통해 로봇제어부로 작업명령을 전달하는 단계; 상기 작업명령에 따라 로봇제어부에서 갠트리 구조물에 설치되어 있는 로봇에 작업신호를 보내는 단계; 상기 작업신호에 따라 로봇에 의해 작업을 행하는 단계; 상기 로봇의 작업완료를 로봇제어부에서 디지털 입출력 보드를 통해 ＰＣ기반 갠트리 제어부로 전달하는 단계; 및 상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부에서 디지털 입출력 보드를 통해 작업이 끝난 로봇을 홈복귀시키는 단계를 통하여, 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇을 ＰＣ기반 갠트리 제어부에 의해 동시에 제어하도록 한 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇 제어방법을 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 사용된 갠트리형 용접장치의 개념도

도 2 는 본 발명의 제어시스템 구성도

도 3 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도

도 4 는 본 발명에 사용되는 주요신호를 보인 예시도

도 5 는 본 발명을 구현하기 위한 제어방법 예시도

도 6 은 도 5 와 연계되어 본 발명을 구현하기 위한 제어방법 예시도

도 7 은 본 발명을 실시하기 위한 용접공정 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 갠트리 구조물 (2) : 용접로봇 매니퓰레이터

(3) : ＰＣ기반 갠트리제어기 (4) : 제 1 로봇제어기

(5) : 제 2 로봇제어기 (6) : 와이어 절단기

(20) : 모션 제어부 (21) : 중앙처리장치

(22) : 디지털 입출력보드 (23) : 갠트리 구동부

(24) : 로봇제어부 (25) : 와이어 절단기

(26) : 용접기 (27) : 터치센서부

(28) : 로봇 매니퓰레이터 (29) : 아크센서부

(30) : 끝단부 검출센서부

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명의 제어시스템 구성도를 도시한 것으로, 본 발명은 갠트리 구조물(1)을 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에 연결하고, 갠트리 구조물(1)에 설치된 다관절 로봇(또는 로봇핸드)를 제어하는 로봇 제어기(24)와 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)를 통신수단(랜(LAN) 또는 별도의 통신방식)에 의해 연결하며, 상기 로봇제어부(24)가 디지털 입출력 신호에 의해 작동되도록 되어 있다.

상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 갠트리 구조물(1)과 다관절 로봇을 동시에 제어하는 것으로, 4축으로 구성된 갠트리 구동부(23)를 제어하기 위한 모션 제어부(20)와, 로봇제어부(24)와 동작 관련 동기 신호를 주고 받기 위한 디지털 입출력 보드(22)와, 상기 디지털 입출력 보드(22)를 통한 로봇제어부(24) 및 모션 제어부(20)를 제어하는 중앙처리장치(21)로 구성되어 있다. 이때, 상기 모션 제어부(20)는 공간상에서 선형 및 원호 보간을 통한 연속 경로 제어 및 조그 이동 등의 기능을 구비하고 있다.

즉, 본 발명은 작업자의 명령이 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에 입력되면, 상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)의 모션제어부(20)에 의해 갠트리 구동부(23)가 작동되어 갠트리 구조물(1)이 이동되고, 디지털 입출력보드(22)를 통해 로봇제어부(24)로 명령이 전달되며, 상기 전달된 명령에 의해 로봇제어부(24)가 갠트리 구조물(1)에 설치된 다관절 로봇을 작동하여 작업을 수행하도록 되어 있다. 상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 작업자의 명령이 입력되면, 디지털 입출력보드(22)의 외부출력을 초기화 한다.

작업이 완료되면, 로봇제어부(24)에서 디지털 입출력보드(22)를 통해 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)로 작업완료신호를 보내고, ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에서는 로봇 홈복귀 명령을 디지털 입출력보드(22)를 통해 로봇제어부(24)로 전달하여 로봇을 홈복귀(원위치)시키도록 되어 있다.

이하 본 발명을 갠트리형 용접장치에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 사용된 갠트리형 용접장치의 개념도를, 도 4 는 본 발명에 사용되는 주요신호를 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명을 구현하기 위한 제어방법 예시도를, 도 6 은 도 5 와 연계되어 본 발명을 구현하기 위한 제어방법 예시도를, 도 7 은 본 발명을 실시하기 위한 용접공정 예시도를 도시한 것으로, 갠트리형 용접장치는 갠트리 구조물은 이에 설치된 다관절 용접로봇을 주행방향 Ｘ축과, 좌우방향 Ｙ축과, 상하방향 Ｚ축으로 이동시키며, 작업부재상의 용접선과 거꾸로 매달려 있는 다수개의 용접로봇 매니퓰레이터의 중심축의 진행방향과 일치하도록 Ｃ축 방향으로 회전·셋팅하도록 되어 있다.

상기 다관절 용접로봇은 용접토치의 와이어 돌출길이(STICK-OUT)를 일정하게 유지하도록 잘라주는 와이어 절단기(25)와, 와이어를 이용해 작업부를 용접하는 용접기(26), 로봇제어부(24)가 현재 가지고 있는 작업부재에 대한 용접선의 정보가 실제 놓여진 것과 편차를 가질 경우 초기 위치를 감지하는 터치센서부(27)와, 상기 용접기(26)를 움직이는 용접 매니퓰레이터(28)와, 용접중 용접선을 추적하는 아크센서부(29)와, 용접선의 끝단부를 검출하는 끝단부 검출센서부(30)로 구성되어 있다.

본 발명을 이용하여 상기 갠트리형 다관절 용접로봇을 제어하고자 할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)측에서 2대의 로봇제어부(24)로 와이어 절단 시작 신호(100), 터치센서 시작신호(101), 용접시작 신호(102), 제자리 용접 시작신호(103), 제자리 용접 완료신호(104), 로봇 홈복귀 시작신호(105), 송신완료 신호(106) 등이 디지털 입출력보드(22)에 의해 로봇제어부(24)로 전송되며,각각의 로봇제어부(24)에서는 와이어 절단 완료신호(107), 터치센싱 완료신호(108), 시작부 용접 완료신호(109), 끝단부 용접 완료신호(110), 제자리 용접중 신호(111), 홈복귀 완료신호(112)등이 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)의 디지털 입출력보드(22)를 통해 로봇제어부(24)로 전송된다.

상기와 같은 본 발명의 제어를 도 5 와 도 6 및 도 7 에 연계하여 구체적으로 설명하면, ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 작업 초기에 디지털 출력보드(22)의 외부출력 초기화(50)를 행한다. 도 7 에서 나타낸 작업부재(7)상의 용접공정을 수행하기 위해서 갠트리 Ｃ축의 회전 중심은 미리 주어진 부재 정보에 따라 초기 용접위치(120)로 이동하고, 정확하게 와이어 돌출길이를 유지하기 위해 와이어 절단 작업을 수행한다. 갠트리 제어기(3)는 와이어 절단 시작 명령(51)을 로봇제어부(24)에서 디지털 출력 신호인 와이어 절단 시작신호(100)로 내보내면 각 로봇제어기(24)는 와이어 절단 동작(52,53)을 수행한다. 동작이 완료되면 와이어 절단 완료명령(55,56)을 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에게 디지털 신호로 주면 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 와이어 절단완료 명령(54)를 수행한다.

이러한 와이어 절단작업을 끝마치면 용접 로봇만의 동작(이때, 갠트리 구동부는 동작하지 않는다.)으로 실제로 놓여진 부재 상의 용접선의 시작점을 정확히 착기 위해 터치센싱 작업을 수행한다. 갠트리 제어기(3)에서 터치 센싱 시작 명령(57)을 로봇제어기(24)에게 터치센싱 시작신호(101)로 내보내면 각 로봇 제어부(24)는 터치센싱 동작(58,59)을 수행하여 용접 초기점을 찾는다. 터치 센싱 완료명령(61,62)을 터치센싱 완료신호(108)로 로봇제어부(24)에서 갠트리 제어기(3)로내보내면 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 터치센싱 완료명령(60)을 수행한다.

도 7 의 Ａ 부 용접은 로봇만의 동작으로 이루어진다. 즉, 도 5 및 도 6 과 같이 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에서 용접시작 명령(63)을 용접 시작신호(102)로 로봇제어부(24)로 내보내면, 로봇은 Ａ부 용접을 로봇만의 동작으로 수행하고 난 후, 시작부 용접완료 명령(66)을 시작부 용접완료신호(109)로 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에 내보내면 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 시작부 용접완료명령(65)을 수행한다.

작업부재가 용접로봇의 작업공간을 벗어날 경우에는 용접로봇의 동작과 갠트리의 동작이 동시에 이루어져야 한다. 도 7 의 Ｂ부를 용접하기 위해 용접로봇은 제자리 용접(68,69)를 수행하고 용접속도 구현은 4축의 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)가 담당한다. ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)가 제자리 용접시작 명령(67)을 제자리 용접시작신호(103)로 로봇제어부(24)로 전달하면, 로봇은 제자리 용접(68,69)을 수행한다. 제자리 용접수행 중 부재의 변형 등으로 인하여 용접선의 방향과 ＰＣ기반 갠트리 제어부가 구현하는 운동방향이 일치하지 않을 경우, 아크센서부(29)를 통해 용접선 추적을 실시한다.

갠트리 동작에 의한 Ｂ부의 용접이 끝나는 지점(121)에 도달하면, 갠트리 동작은 정지하면서 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 제자리 용접완료 명령(71)을 로봇제어부(24)로 제자리 용접완료 신호(104)로서 내보낸다. 로봇제어기는 각각 제자리 용접완료 명령(72,73)을 수행하고 끝단부 작업(74,75)을 위해 로봇만의 동작이 이루어진다. 이때 끝단부 용접 부위인 도 7 의 Ｃ부를 용접하기 위해 로봇제어부(24)는 용접을 수행하면서 끝단부 검출센서부(30)를 작동시켜 용접부재의 끝단을 자동으로 감지하고, 끝단부 용접완료 명령(77,78)을 끝단부 용접 완료 신호(110)를 이용하여 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)에 알리고, ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 끝단부 용접 완료명령(76)을 수행한다.

또한, 작업주재(7)상에 다수의 용접선이 존재할 경우, 위의 동작을 반복하면서 작업부재 상의 모든 용접선에 대한 작업을 끝낸다. 모든 용접작업이 완료되면, 갠트리 제어기는 로봇 홈복귀 시작명령(79)를 로봇 홈복귀 시작신호(105)를 이용하여 로봇제어부(24)로 내보낸다. 로봇제어부(24)에서는 각 로봇 홈복귀 동작(80,81)을 취하고, 로봇 홈복귀 완료명령(83,84)을 ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)쪽으로 로봇 홈복귀 완료신호(112)를 이용하여 내보내고, ＰＣ기반 갠트리 제어부(3)는 로봇 홈보귀 완료명령(82)을 수행함으로써, 모든 작업이 마치도록 되어 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 갠트리형 산업용 로봇의 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇을 ＰＣ기반 갠트리 제어부에 의해 동시에 제어하도록 되어 있어, 다양한 작업이 용이하고, 작업속도 및 작업능률이 향상되며, 시스템의 추가 개발시 유연하게 대처할 수 있고, 갠트리 구조물에 설치되는 다관절 로봇의 선택 폭이 넓어지는 등 많은 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 갠트리 구조물과 이에 설치된 다관절 로봇을 구비하는 갠트리형 산업로봇시스템 제어방법에 있어서;

   ＰＣ기반 갠트리 제어부에 의해 작업명령이 설정되는 단계;

   ＰＣ기반 갠트리 제어부 디지털 출력보드의 외부출력초기화를 행하는 단계;

   상기 설정된 작업명령에 따라 ＰＣ기반 갠트리 제어부의 모션제어부를 통해 갠트리 구조물을 이동시키는 단계;

   상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부의 디지털 입출력 보드를 통해 로봇제어부로 작업명령을 전달하는 단계;

   상기 작업명령에 따라 로봇제어부에서 갠트리 구조물에 설치되어 있는 로봇에 작업신호를 보내는 단계;

   상기 작업신호에 따라 로봇에 의해 작업을 행하는 단계;

   상기 로봇의 작업완료를 로봇제어부에서 디지털 입출력 보드를 통해 ＰＣ기반 갠트리 제어부로 전달하는 단계; 및

   상기 ＰＣ기반 갠트리 제어부에서 디지털 입출력 보드를 통해 작업이 끝난 로봇을 홈복귀시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 퍼스널 컴퓨터를 기반으로 하는 갠트리형 산업로봇의 제어방법.