KR100937752B1 - A robot for self travelling and welding steel pipes - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자주식 강관용접 로봇장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면과 내면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하는 자주식 강관용접 로봇장치에 관한 것이다.The present invention relates to a self-propelled steel pipe welding robot device, and more particularly to a self-propelled steel pipe welding robot device for performing a set welding operation while automatically driving the outer surface and the inner surface of the steel pipe at the steel pipe piping construction site or plant construction site.
통상적으로 상하수도, 플랜트, 도로 등의 공사에 있어서 강관의 시공 신기술로 강관정형장치(일명 "WELTECH")를 이용하여 강관을 진원으로 정형하거나 유지시키고, 자동으로 맞대기이음 또는 겹치기 이음으로 부설한 후 배관 접합부의 내??외면을 자동용접장치로 용접 접합하는 기술이 활용된다. 최근 3D기피 현상으로 숙련 용접공이 부족한 상황에서 이러한 공법을 도입하면 전문 용접공이 필요없어 시공원가를 절감할 수 있으면서 용접의 자동화로 공기를 단축할 수 있다. 다만 강관의 용접을 위해서 정형장치에 의존해야 하는 바, 다양한 규격의 강관에 대비한 장비를 보유해야 하고 설치와 해체에 따른 작업시간이 부가적으로 소요된다.Normally, in the construction of water supply and sewage, plant, road, etc., as a new technology of steel pipe construction, steel pipe shaping device (aka "WELTECH") is used to form or maintain the steel pipe in the form of a circle, and automatically install it with butt joints or overlapping joints before piping. The technique of welding the inner and outer surfaces of the joint with an automatic welding device is utilized. In recent years, the lack of skilled welders due to the 3D evasion phenomenon, the introduction of such a method can reduce the air park by automating welding while saving the city park because there is no need for a professional welder. However, it is necessary to rely on the orthopedic device for welding of steel pipes, so it is necessary to have equipment for steel pipes of various specifications and additional work time for installation and dismantling.
일예로, 한국등록특허 제0739101호의 "강관의 맞대기 용접 장치"에 의하면 『용접 주행부를 따라 이동하는 주행 구동부와, 상기 주행 구동부에 설치되어 용접 로봇의 수평수직 방향의 위치를 조절하는 수직 수평조절부와, 상기 수직 수평 조절부에 연결되어 용접 토치를 지지하는 행거 베이스와, 상기 행거베이스에 연결되어 센서를 지지하는 센서 장착 조절부와, 상기 행거 베이스에 연결되어 상기 용접 토치를 지지하는 토치 장착 조절부와, 상기 행거 베이스와 상기 토치 장착 조절부 사이에 구비되어 일정한 거리를 유지하며 용접하는 간격유지기구를 포함』하는 구성을 개시한다.For example, according to the "butt welding device of steel pipes" of Korean Patent No. 0739101, "the driving drive unit moving along the welding driving unit, and the vertical horizontal adjusting unit installed in the traveling driving unit to adjust the position in the horizontal and vertical direction of the welding robot And a hanger base connected to the vertical horizontal adjustment unit to support a welding torch, a sensor mounting adjustment unit connected to the hanger base to support a sensor, and a torch mounting adjustment connected to the hanger base to support the welding torch. And a spacing mechanism provided between the hanger base and the torch mounting control unit to maintain and maintain a constant distance.
이외에도 한국등록특허 제0778275호의 "강관 외면 용접 로봇의 자동주행장치"와 한국등록특허 제0829993호의 "강관의 외면접합부 용접장치"가 그 목적과 구성을 다소 달리하는 방식으로 존재한다.In addition, the "automatic driving device of the steel pipe outer surface welding robot" of Korea Patent No. 0788275 and the "welding device of the outer surface joint of the steel pipe" of Korea Patent No. 0829993 exist in a somewhat different purpose and configuration.
그러나 선행기술들은 용접작업을 수행하고자 하는 강관의 외부에 용접 작업용 주행장치가 주행하도록 레일을 설치하는 방식으로서 이는 강관의 외부에 강관 외경보다 더욱 큰 외경의 레일을 설치해야 하기 때문에 용접 작업시 탈부착하는데 있어서 많은 시간이 소요된다. 일예로 강관의 외경이 2200㎜인 경우 2시간이 소요되며 강관의 외경이 클수록 더욱 많은 시간과 인원이 필요하다. 그러므로 이와 같은 방식에 의하면 최소 2인의 인원이 필요하고 추가적인 비용이 투입되어야 할 여지가 크다는 문제점이 발생된다. However, the prior art is to install a rail to the traveling device for welding work to the outside of the steel pipe to be welded, which is attached to the detachable during welding work because the rail of a larger diameter than the outer diameter of the steel pipe must be installed on the outside of the steel pipe. It takes a lot of time. For example, if the outer diameter of the steel pipe is 2200㎜ takes 2 hours, the larger the outer diameter of the steel pipe, the more time and personnel are required. Therefore, this method requires a problem that at least two people are needed and that there is a large amount of additional cost.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면과 내면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하는 자주식 강관용접 로봇장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for improving the conventional problems as described above, to provide a self-propelled steel pipe welding robot device for performing a set welding operation while automatically driving the outer surface and the inner surface of the steel pipe at the pipe construction site or plant construction site. have.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 강관의 관연결부에 대한 용접을 수행하는 로봇에 있어서: 토치클램프를 다축운동 가능하게 탑재하는 바디; 상기 바디의 저면에 주행륜을 구비하고, 모터로 추진력을 제공하는 주행기; 상기 바디의 저면에 마그네트를 구비하고, 레버로 강관에 대한 부착력을 단속하는 부착력발생기; 및 상기 관연결부와 일정한 거리를 유지한 상태로 주행하며 용접하고, 용접 상태를 카메라로 촬영하여 디스플레이 데이터를 생성하는 제어기;를 포함하여 이루어지되,
상기 주행기(30)는 주행방향에서 일측의 주행륜(32)과 타측의 주행륜(32)을 각각의 모터(36)로 독립적으로 구동하는 방식을 기반으로 하되, 전후의 주행륜(32)을 지지하는 구동축(34)과, 전후의 구동축(34)을 연결하는 체인(42)과, 각각의 모터(36)와 일측의 구동축(34)을 연결하는 베벨기어(44)를 포함하고,
상기 부착력발생기(50)는 힌지축(53)을 개재하여 회동 가능하게 설치되는 마그네트(52)와, 레버(62)의 하단에 연동하도록 연결되는 링크(56)와, 링크(56)의 타단과 마그네트(52)를 연결하는 작동핀(54)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a robot for performing welding on the pipe connection of the steel pipe: a body for mounting the torch clamp multi-axial movement; A travel device having a driving wheel on the bottom of the body and providing a driving force to the motor; An attachment force generator having a magnet on a bottom surface of the body and intermittent an attachment force to the steel pipe by a lever; And a controller that travels while maintaining a constant distance from the pipe connection and welds, and generates display data by photographing the welding state with a camera.
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또, 본 발명에 따르면 상기 주행기의 주행륜은 미끄럼 마찰력과 내마모성 증대를 위해 폴리우레탄 수지와 고무를 병용하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the traveling wheel of the rider is characterized in that it uses a polyurethane resin and rubber together to increase the sliding friction and wear resistance.
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또, 본 발명에 따르면 주행기의 모터는 정속으로 정역회전이 가능한 서보모 터를 복수로 사용하고, 주행방향으로 일측의 주행륜과 타측의 주행륜에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention is characterized in that the motor of the rider uses a plurality of servo motors capable of forward and reverse rotation at constant speed, and is connected to one driving wheel and the other driving wheel in the driving direction, respectively.
또, 본 발명에 따르면 상기 제어기는 전진운동시 전방측의 레이져센서를 이용하여 관연결부와 바디의 거리를 유지토록 제어하고, 후진운동시 후방측의 레이져센서를 이용하여 관연결부와 바디의 거리를 유지토록 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, according to the present invention, the controller controls the distance between the pipe and the body by using the laser sensor on the front side during the forward movement, and controls the distance between the pipe and the body by the laser sensor on the rear side during the backward movement. It is characterized by controlling to maintain.
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이상과 같이 본 발명에 의하면, 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면과 내면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하여 생산성과 용접품질을 향상하는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect of improving the productivity and welding quality by performing a set welding operation while automatically traveling the outer surface and the inner surface of the steel pipe at the pipe construction site or plant construction site.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 강관외면 용접용 로봇을 나타내는 사시도, 도 2는 도 1의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명에 의한 강관내면 용접용 로봇을 나타내는 사시도, 도 4는 도 3의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a robot for welding the outer surface of the steel pipe according to the present invention, Figure 2 is a perspective view showing an exploded view of the main part of Figure 1, Figure 3 is a perspective view showing a robot for welding the inner surface of the steel pipe according to the invention, Figure 4 It is a perspective view which decomposes and shows the principal part of.
본 발명은 강관의 외면과 내면에서 관연결부(P)에 대한 용접을 수행하는 로봇에 관련된다. 통상 강관의 배관 연결시 일측 단부를 확관하여 삽입하고 외면과 내면에 각각 형성되는 관연결부(P)를 용접하는 방식이 보편적이다.The present invention relates to a robot that performs welding on the pipe connection (P) on the outer surface and the inner surface of the steel pipe. In general, a method of welding a pipe connection part P formed on an outer surface and an inner surface of the steel pipe by expanding and inserting one end thereof.
본 발명에 따르면 바디(10) 상에 토치클램프(22)를 다축운동 가능하게 탑재한다. 작업기(20)를 구성하는 토치클램프(22)는 X축운동부(24), Y축운동부(26), 위빙운동부(28)를 개재하여 적어도 3축운동을 수행하도록 설치된다. 외면용접에 있어서 토치클램프(22)가 바디(10)에 접근하여 장착되는 반면, 내면용접에 있어서 토치클램프(22)가 별도의 브라켓을 추가하여 바디(10)에서 이격하여 장착된다. 바디(10)의 일측에는 로봇을 운반하기 위한 핸들(12)을 부착한다.According to the present invention, the
본 발명에 따르면 이와 같은 바디(10) 상에 주행기(30), 부착력발생기(50), 제어기(70)가 탑재된다.According to the present invention, the
도 5는 본 발명의 주행기와 부착력발생기를 분리하여 나타내는 사시도, 도 6은 도 5의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도, 도 7은 도 5의 부착력발생기의 조립 상태를 나타내는 사시도, 도 8은 도 5의 부착력발생기의 작동 상태를 나타내는 구성도이다.FIG. 5 is a perspective view showing the traveling unit and the attachment force generator of the present invention separately, FIG. 6 is an exploded perspective view showing the main parts of FIG. 5, FIG. 7 is a perspective view showing an assembled state of the adhesion force generator of FIG. 5, and FIG. This is a block diagram showing the operation state of the adhesion force generator.
본 발명에 의한 주행기(30)는 상기 바디(10)의 저면에 주행륜(32)을 구비하는 것으로서 모터(36)로 주행륜(32)에 추진력을 제공한다. 주행륜(32)은 강관의 내면과 외면에 공히 밀착될 수 있도록 4개소에 구비되며, 모터(36)를 이용하여 4개의 주행륜(32)에 동력을 전달하는 4륜 구동방식이 바람직하다.The
이때, 상기 주행기(30)는 주행방향에서 일측의 주행륜(32)과 타측의 주행륜(32)을 독립적으로 구동하는 방식을 기반으로 하는 것이 좋다. 이는 주행하는 과정에서 강관의 치수오차나 바닥면 상태에 따라 주행 오차가 발생하는 것을 방지하 도록 좌우측에서 각각 속도를 가변하기 위함이다. 세부적 구성에 있어서, 주행기(30)는 전후의 주행륜(32)을 지지하는 구동축(34)과, 전후의 구동축(34)을 연결하는 체인(42)과, 모터(36)와 일측의 구동축(34)을 연결하는 베벨기어(44)를 포함하여 이루어진다. 이러한 구성은 좌측과 우측에 동일하게 적용된다. 바디(10)의 저면에 베어링을 개재하여 구동축(34)을 평행하게 설치하고 구동축(34)의 양단에 주행륜(32)을 장착한다. 일측의 구동축(34)에는 베벨기어(44)를 설치하고, 일측 베벨기어(44)에 모터(36)를 연결한다. 양측의 구동축(34)에는 스프라켓을 장착하고 체인(42)을 장착하고, 체인(42)의 중간에는 장력을 조절하기 위한 텐셔너(46)를 설치한다.In this case, the
물론, 본 발명의 변형예로서 상기 주행기(30)는 주행방향에서 일측(좌측)의 주행륜(32)과 타측(우측)의 주행륜(32)을 구분하지 않고 4륜을 동시에 구동하는 것도 가능하다.Of course, as a modification of the present invention, the
본 발명의 상기 주행기(30)의 주행륜(32)은 미끄럼 마찰력과 내마모성 증대를 위해 폴리우레탄 수지와 고무를 병용하는 것이 좋다. 폴리우레탄 수지 또는 동등 이상의 강도와 내마모성을 지니는 수지를 기본 몸체로 하고, 지면과 접촉되는 부분에 1~2개의 환형 요홈 또는 작은 디스크 형태로 무수히 많은 요홈을 형성하여 고무를 부착한다. 통상 강관의 외면에 수지 등이 코팅되는 점을 감안할 때 일정 이상의 미끄럼 마찰력을 유지해야 정속 주행이 가능하다.The traveling
본 발명에서 주행기(30)의 모터(36)는 정속으로 정역회전이 가능한 서보모터를 복수로 사용하고, 주행방향으로 일측의 주행륜(32)과 타측의 주행륜(32)에 각각 연결하는 방식이 좋다. 서보모터는 저속으로 높은 토크를 발생하여 정속 주행의 신뢰성을 높인다. 용접 진행방향에서 보아 좌측의 주행륜(32)과 우측의 주행륜(32)을 독립적으로 구동할 수 있다.In the present invention, the
한편, 4륜을 동시에 구동하는 경우 일측의 모터(36)를 메인으로 타측의 모터(36)를 서브로 설정할 수도 있고, 일측의 모터(36)를 정회전용으로 타측의 모터(36)를 역회전용으로 설정할 수도 있다.On the other hand, when driving four wheels at the same time, the
또, 본 발명에 따르면 상기 바디(10)의 저면에 마그네트(52)를 구비하는 부착력발생기(50)가 탑재된다. 부착력발생기(50)의 마그네트(52)는 강관의 외면과 내면 주행시 공히 간섭되지 않도록 바디(10)의 저면에서 중앙부분에 설치하는 것이 좋다. 부착력발생기(50)의 마그네트(52)는 하나의 레버(62)를 이용하여 강관에 대한 부착력을 단속함에 따라 탈착이 가능하다.In addition, according to the present invention, the
이때, 상기 부착력발생기(50)는 힌지축(53)을 개재하여 회동 가능하게 설치되는 마그네트(52)와, 레버(62)의 하단에 연동하도록 연결되는 링크(56)와, 링크(56)의 타단과 마그네트(52)를 연결하는 작동핀(54)을 포함한다. 마그네트(52)의 상면에는 힌지축(53)과 작동핀(54)이 평행하게 설치되고, 마그네트(52)는 힌지축(53)을 개재하여 바디(10)의 저면에 회동 가능하게 장착된다. 레버(62)의 하단은 링크(56)와 함께 바디(10)의 저면에 회동 가능하게 연결된다. 링크(56)의 타단과 마그네트(52)는 작동핀(54)을 개재하여 연결된다. At this time, the
도 7처럼, 레버(62)를 일측으로 회동하면 링크(56)가 연동되어 회동하면서 링크(56)의 타단이 상승하고, 링크(56)의 타단에 연결된 작동핀(54)이 마그네 트(52)의 타단을 들어올린다. 마그네트(52)가 수평상태로 있을 때 바디(10)에 설치된 스토퍼(64)에 의해 요동이 방지되는 상태로 강관에 대한 부착력을 작용하지만, 레버(62)의 작동에 의해 타단이 상승되어 경사상태로 되는 순간 스토퍼(64)에서 이탈되고 강관에 대한 부착력이 급속하게 약화된다.As shown in FIG. 7, when the
한편, 바디(10)는 주행기(30)와 부착력발생기(50)의 충격보호와 이물질 부착 방지를 위한 커버(14)와, 주행륜(32)에 용접 불꽃이 튀는 것을 방지하기 위한 커버(15)와, 레버(62)의 링크(56)에 이물질이 부착되는 것을 방지하기 위한 커버(16)를 구비한다.On the other hand, the
또, 본 발명에 의한 제어기(70)는 상기 관연결부(P)와 일정한 거리를 유지한 상태로 주행하며 용접하고, 용접 상태를 카메라(76)로 촬영하여 디스플레이 데이터를 생성한다. 제어기(70)는 유무선 조작기(도시 생략)의 신호에 의해 모터(36)에 출력하여 주행륜(32)의 주행을 수행하면서, X축운동부(24), Y축운동부(26), 위빙운동부(28)에 출력하여 용접을 수행한다. 카메라(76)에서 촬영된 영상정보는 제어기(70)에서 디지털 데이터로 변환하는 것이 좋다. 변환된 데이터는 외부에 설치되는 LCD 모니터(도시 생략)로 디스플레이되기도 하지만 용접부의 비드 상태를 검사하는 용도로도 활용될 수 있다. 강관내면 용접에 있어서 카메라(76)가 선명한 영상을 획득하도록 조명(74)을 부여한다. In addition, the
이때, 본 발명의 상기 제어기(70)는 전진운동시 전방측의 레이져센서(72)를 이용하여 관연결부(P)와 바디(10)의 거리를 유지토록 제어하고, 후진운동시 후방측의 레이져센서(72)를 이용하여 관연결부(P)와 바디(10)의 거리를 유지토록 제어하는 작동을 특징으로 한다. 외면용접 로봇에 있어서 바디(10)의 전후방에 밀착하여 각각 레이져센서(72)를 설치하고, 내면용접 로봇에 있어서 바디(10)의 전후방에 이격하여 각각 레이져센서(72)를 설치한다. 어느 경우에나 레이져센서(72)는 관연결부(P)의 접합면에 광을 조사하고 반사광을 수신하여 거리를 측정한다. 양측의 레이져센서(72)는 전진운동과 후진운동에서 구분하여 사용된다. 그러나 전후진 운동에 무관하게 양측의 레이져센서(72)의 신호를 동시에 사용할 수도 있다.At this time, the
작동에 있어서, 작업자가 도 8(b)의 상태로 로봇을 들고 와서 강관의 관연결부(P) 부분에 내리고, 도 8(a)처럼 레버(62)를 내려서 마그네트(52)가 수평상태로 되면 부착력이 유지된다. 이어서 토치클램프(22) 상의 토치의 위치와 자세를 초기화한 후에 유무선 조작기로 작업을 개시하면 모터(36)에 의해 정속 주행하면서 토치로 용접을 수행한다. 통상 외면과 내면에서 각각 2대의 로봇을 사용하여 1패스 또는 2패스 용접을 실시하는 것이 좋으며, 이 과정에서 로봇은 전진운동과 후진운동을 반복할 수도 있다. 용접이 완료된 후에는 다시 도 8(b)처럼 레버(62)를 올려서 마그네트(52)를 경사지게 하고 로봇을 탈거한다.In operation, when the worker picks up the robot in the state of FIG. 8 (b) and lowers the pipe portion P of the steel pipe, and lowers the
한편 본 발명은 겹치기 용접의 관연결부(P)에 대하여 도시하고 설명하였으나 이외에 맞대기 용접에서도 동일하게 적용된다. 이 경우 레이져센서(72)는 브라켓의 각도를 조절하여 맞대기부를 지향하도록 한다.Meanwhile, the present invention is illustrated and described with respect to the pipe joint P of the overlap welding, but the same applies to the butt welding. In this case, the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 강관외면 용접용 로봇을 나타내는 사시도,1 is a perspective view showing a robot for welding the steel pipe outer surface according to the present invention,
도 2는 도 1의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도,2 is an exploded perspective view showing the main part of FIG. 1;
도 3은 본 발명에 의한 강관내면 용접용 로봇을 나타내는 사시도,3 is a perspective view showing a robot for welding the inner surface of the steel pipe according to the present invention;
도 4는 도 3의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도,4 is a perspective view showing an exploded view of the main part of FIG.
도 5는 본 발명의 주행기와 부착력발생기를 분리하여 나타내는 사시도,5 is a perspective view separately showing the rider and the adhesion force generator of the present invention,
도 6은 도 5의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도,6 is an exploded perspective view showing the main part of FIG. 5;
도 7은 도 5의 부착력발생기의 조립 상태를 나타내는 사시도,7 is a perspective view showing an assembled state of the adhesion force generator of FIG.
도 8은 도 5의 부착력발생기의 작동 상태를 나타내는 구성도이다.8 is a configuration diagram showing an operating state of the adhesion force generator of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 바디 12: 핸들10: body 12: handle
20: 작업기 22: 토치클램프20: work machine 22: torch clamp
30: 주행기 32: 주행륜30: rider 32: driving wheel
34: 구동축 36: 모터34: drive shaft 36: motor
42: 체인 44: 베벨기어42: chain 44: bevel gear
50: 부착력발생기 52: 마그네트50: adhesion force generator 52: magnet
53: 힌지축 54: 작동핀53: hinge shaft 54: operating pin
56: 링크 62: 레버56: link 62: lever
70: 제어기 72: 레이져센서70: controller 72: laser sensor
74: 조명 76: 카메라74: illumination 76: camera
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