KR101093807B1

KR101093807B1 - 자동 용접 로봇

Info

Publication number: KR101093807B1
Application number: KR1020090090567A
Authority: KR
Inventors: 이규열; 김종원; 김태완; 장도영; 손동훈
Original assignee: 대우조선해양 주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2011-12-19
Also published as: KR20110032850A

Abstract

본 발명의 목적은 여러 방향으로 정교한 움직임이 가능하여 용접 품질이 양호하게 용접 작업을 수행할 수 있는 자동 용접 로봇을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 선체 블록이나 철골 구조물을 용접하여 제작하는 과정에서, 서로 수직하게 접하는 론지 전면과 론지 웹이 이루는 T자형의 부재가 서로 용접되는 T자형의 용접 부위를 자동으로 용접할 수 있는 자동 용접 로봇으로써, 용접봉; 상기 용접봉을 고정하고 상기 용접봉의 위빙 운동을 구현하는 위빙 유닛; 상기 위빙 유닛을 용접 부위의 길이 방향으로 직선 이송하는 직선 이송 유닛; 및 상기 직선 이송 유닛을 고정하는 메인 프레임; 상기 메인 프레임과 연결되고, 론지 전면 상측에 고정되는 론지 고정 유닛을 포함하고, 상기 메인 프레임은 상기 론지 고정 유닛의 상측에 착탈 가능하게 고정되거나, 상기 론지 고정 유닛의 측부에서 론지 웹에 나란한 방향으로 연장되도록 착탈 가능하게 고정되는 자동 용접 로봇을 제공한다.

용접 로봇, 론지

Description

자동 용접 로봇{Automatic welding robot}

본 발명은 선체 블록이나 철골 구조에서 론지와 론지가 수평 방향으로 만나서 형성되는 T자형 부위 등을 용접하는 데에 사용되는 자동 용접 로봇(automatic welding robot)에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 용접 대상 부위에 견고하게 고정이 가능하고, 자유로운 움직임으로 정교하게 용접 작업을 수행할 수 있는 자동 용접 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 선체 블록이나 철골 구조물 등의 용접작업은 협소한 작업공간과 유해 가스가 많이 발생하는 열악한 작업 환경 하에서 수행되기 때문에 생산 현장 작업자를 보호하고 용접 품질 및 생산성을 향상시키기 위하여 다양한 자동화 장치를 고안하여 생산현장에 적용하고 있는 실정이다.

용접 작업 중에서 특히 선체 블록이 결합되는 부분에서 론지가 수평 방향으로 접하는 부분에 형성되는 T자형 용접 부위는 그 용접 부위의 형상의 특징으로 인해 알맞은 자동 용접 장치를 개발하지 못하여 왔다.

도 1에는 론지가 접하는 T자형의 용접 부위의 형상을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 단면이 T자형인 론지(10, 20)가 수평방향으로 만나는 부분은 용접 부위도 T자형으로 형성된다. 즉, 상부의 론지 전면(11, 21)들이 만나서 형성되는 론지 상면 용접 부위(30)와 론지 웹(12, 22)들이 만나서 형성되는 론지 웹 용접 부위(40)가 있어서 용접 부위도 T자형으로 형성된다.

특히, 대형의 선체 블록이 서로 만나는 부분에서는 선체 블록의 크기가 큰 만큼 위치나 형상의 오차가 있기 쉬워서 더욱 자동화하기에 어려움이 있어 왔다. 이에 정교한 움직임이 가능하고, 조작이 쉬운 새로운 자동 용접 장치의 개발 필요성이 크게 대두되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 포함한 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 여러 방향으로 정교한 움직임이 가능하여 용접 품질이 양호하게 용접 작업을 수행할 수 있는 자동 용접 로봇을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 선체 블록이나 철골 구조물을 용접하여 제작하는 과정에서, 서로 수직하게 접하는 론지 전면과 론지 웹이 이루는 T자형의 부재가 서로 용접되는 T자형의 용접 부위를 자동으로 용접할 수 있는 자동 용접 로봇으로써,

용접봉;

상기 용접봉을 고정하고 상기 용접봉의 위빙 운동을 구현하는 위빙 유닛;

상기 위빙 유닛을 용접 부위의 길이 방향으로 직선 이송하는 직선 이송 유닛;

상기 직선 이송 유닛을 고정하는 메인 프레임;

상기 메인 프레임과 연결되고, 론지 전면 상측에 고정되는 론지 고정 유닛을 포함하고,

상기 메인 프레임은 상기 론지 고정 유닛의 상측에 착탈 가능하게 고정되거나, 상기 론지 고정 유닛의 측부에서 론지 웹에 나란한 방향으로 연장되도록 착탈 가능하게 고정되는 자동 용접 로봇을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 위빙 유닛은,

상기 용접봉을 고정하는 용접봉 고정용 척;

상기 용접봉 고정용 척과 용접봉의 위빙 운동의 동력을 발생시키는 위빙 모터; 및

상기 위빙 모터의 동력을 상기 용접봉 고정용 척에 전달하여 상기 용접봉과 상기 용접봉 고정용 척을 측방향으로 회동시켜 위빙 운동을 구현하고, 상기 용접봉 고정용 척과 용접봉의 자세를 4자유도로 조절하는 위빙 기구부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 위빙 기구부는,

본체와, 상기 본체로부터 돌출된 회전축을 구비하는 위빙 모터;

상기 위빙 모터의 회전축에 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 위빙 모터의 본체에 고정된 제1링크;

상기 제1링크가 상기 위빙 모터의 본체와 고정된 부분과 이격된 위치에서 상기 제1링크와 상대 회전이 가능하도록 연결된 제2링크; 및

상기 제2링크가 상기 제1링크와 연결된 부분과 이격된 위치에서 상기 제2링크와 상대 회전이 가능하도록 고정되고, 상기 용접봉 고정부가 회전 가능하게 연결된 제3링크를 포함할 수 있다.

또한, 여기서, 상기 위빙 기구부는,

상기 위빙 모터의 회전축에 고정된 제1풀리;

상기 제1링크와 상기 제2링크가 연결되는 부분을 관통하여 배치된 제1연결축;

상기 제1연결축의 일단에 고정되고 상기 제1풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제2풀리;

상기 제1연결축의 타단에 고정된 제3풀리;

상기 제2링크 및 상기 제3링크가 연결되는 부분을 관통하여 배치된 제2연결축;

상기 제2연결축의 일단에 고정되고 상기 제3풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제4풀리;

상기 제2연결축의 타단에 고정된 제5풀리;

상기 제3링크를 관통하여 상기 용접봉 고정부에 고정된 제3연결축; 및

상기 제3연결축에서 상기 용접봉 고정부가 고정된 부분의 타측에 고정되고, 상기 제5풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제6풀리를 더 포함할 수 있다.

또한, 여기서, 상기 위빙 기구부는,

상기 제3링크의 단부에서 상기 제3연결축에 고정되는 요 링크; 및

상기 요 링크에 대해 상기 제3연결축과 교차하는 방향으로 연장된 축 둘레로 회전 가능하게 결합된 피치 링크를 더 포함하고,

상기 용접봉 고정용 척은 상기 피치 링크에 대해 상기 제3연결축에 나란한 방향으로 연장된 축 둘레로 회전 가능하게 고정될 수 있다.

여기서, 상기 직선 이송 유닛은 상기 메인 프레임에 고정된 본체와, 상기 본체로부터 돌출된 회전축을 구비하는 직선 이송 모터;

상기 직선 이송 모터의 회전축에 고정된 피니언;

상기 피니언과 치합되도록 배치된 랙;

상기 랙의 양단부에 각각 설치되는 2개의 수동 풀리;

상기 랙에 대해 상대 이동 가능하도록 랙에 접하여 배치된 슬라이딩 블록; 및

상기 슬라이딩 블록의 일측으로부터 상기 2개의 수동 풀리 중의 하나, 상기 피니언, 상기 2개의 수동 풀리 중의 다른 하나를 차례로 거쳐 상기 슬라이딩 블록의 타측으로 연결된 타이밍 벨트를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 론지 고정 유닛은,

제1고정부;

상기 제2고정부에 대해 거리의 조절이 가능하도록 배치된 제2고정부; 및

상기 제1고정부 및 제2고정부 각각에 클러(claw)를 포함하고,

상기 클러는,

상기 제1고정부 또는 상기 제2고정부에 대해 회전 가능하게 힌지 고정된 것으로, 힌지를 중심으로 서로 각도를 이루는 두 개의 돌출부를 구비하여서 론지 전면을 측방향과 두께 방향의 아래에서 동시에 가압하는 부재일 수 있다.

본 발명의 자동 용접 로봇에 의하면, 여러 방향으로 정교한 움직임이 가능한 기구부를 구비하여서 용접 품질이 양호한 용접 작업을 수행할 수 있다. 특히, T자형상의 용접 부위를 간편한 조작을 통해 편리하게 용접할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 다른 자동 용접 로봇은 선체 블록이나 철골 구조물을 용접하여 제작하는 과정에서, 서로 수직하게 접하는 론지 전면과 론지 웹이 이루는 T자형의 부재가 서로 용접되는 T자형의 용접 부위를 자동으로 용접할 수 있는 자동 용접 로봇이다.

도 2에는 본 발명에 따른 자동 용접 로봇의 구성을 보여주는 사시도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이 본 발명에 다른 자동 용접 로봇(300)은 용접봉(365), 위빙 유닛(340), 메인 프레임(311), 론지 고정 유닛(390) 및 직선 이송 유닛(310)을 포함한다.

상기 용접봉(365)은, 용접 부위에 인접하여 움직이면서 용접 부위의 용접을 직접 수행하는 부재이다. 상기 위빙 유닛(340)은 상기 용접봉(365)을 고정하고 상기 용접봉(365)의 위빙 운동을 구현한다. 여기서 위빙 운동은 용접봉(365)이 진행 방향에 교차하는 방향으로 측방향으로 선회하면서 용접을 수행하는 동작을 의미한다.

상기 메인 프레임(311)은 상기 직선 이송 유닛(310), 위빙 유닛(340) 및 용접봉(365)을 상기 론지 고정 유닛(390)에 고정하는 기능을 하는 것으로, 필요한 용접 자세에 따라 상기 론지 고정 유닛(390)에 다른 형태로 고정된다. 상기 론지 고 정 유닛(390)은 상기 메인 프레임(311)과 연결되는 것으로 론지 전면(11)의 상면에 고정된다. 상기 직선 이송 유닛(310)은 상기 위빙 유닛(340)을 용접 부위의 길이 방향으로 직선 방향으로 이송한다. 이하에서는 본 발명의 자동 용접 로봇을 구성하는 각각의 구성부재와 각각의 구성 부재의 기능 및 동작에 관하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 8에는 직선 이송 유닛의 동작을 순차적으로 보여주는 도면들이 도시되어 있다.

도 3 내지 도 8에 도시된 것과 같이, 상기 직선 이송 유닛(310)은 상기 메인 프레임(311)과 상기 메인 프레임(311)에 고정되고 회전축(312a)을 구비하는 직선 이송 모터(312); 상기 직선 이송 모터의 회전축(312a)에 고정된 피니언(313); 상기 피니언(313)과 치합되도록 배치된 랙(314); 상기 랙(314)의 양단부에 각각 설치되는 2개의 수동 풀리(321, 322); 상기 랙(314)에 대해 상대 이동 가능하도록 랙(314)에 접하여 배치된 슬라이딩 블록(318); 상기 슬라이딩 블록(318)의 일측으로부터 상기 2개의 수동 풀리(321, 322) 중의 하나, 상기 피니언(313), 상기 2개의 수동 풀리(321, 322) 중의 다른 하나를 차례로 거쳐 상기 슬라이딩 블록(318)의 타측으로 연결된 타이밍 벨트(317)를 포함한다. 여기서, 타이밍 벨트(317)는 통상의 타이밍 벨트(317)와 같이 복수의 돌기가 그 길이 방향을 따라 형성된 형태를 가질 수 있고, 이에 맞춰 상기 수동 풀리(321, 322)에도 타이밍 벨트(317)의 돌기들에 대응하는 홈들이 형성되어 서로 치합될 수 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 직선 이송 유닛(310)은, 도 3에 도시된 것과 같은 상태에서, 상기 직선 이송 모터(312)가 상기 피니언(313)을 도 4에 도시된 것과 같이 반시계 방향으로 회전시키면, 피니언(313)이 랙(314)을 상승시키고, 랙(314)에 대해 직선 이송 가능하게 배치된 슬라이딩 블록(318)은 상기 피니언(313)과 연결된 타이밍 벨트(317)에 의해 랙(314)을 따라 상승하게 된다. 이에 따라 단순히 랙(314)에 고정된 경우나, 랙(314)이 고정되고 타이밍 벨트(317)에 의해서만 이송되는 경우에 비해 피니언(313)의 1회전에 대한 이동거리(스트로크, stroke)가 2배가 된다.

마찬가지로, 계속 반시계 방향으로 피니언(313)을 회전시키면 랙(314)이 최대로 상승할 수 있는 거리(D)까지 상승했을 때, 슬라이딩 블록(318)도 랙(314)의 최 상부까지 상승하여, 슬라이딩 블록(318)의 일방향으로의 최대 스트로크는 도 5에 도시된 것과 같은 D가 된다. 이 상태에서, 피니언(313)이 시계 방향으로 회전하기 시작하면, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 랙(314)과 슬라이딩 블록(318)이 동시에 하강하고, 랙(314)이 하강하는 거리에 대응하는 거리만큼 랙(314)에 대해 슬라이딩 블록(318)도 하강하게 되며, 도 8에 도시된 것과 같이 랙(314)이 최대로 하강한 위치에 도착하면, 슬라이딩 블록(318)도 랙(314) 상에서 가장 아래 부분까지 하강하게 된다. 이와 같이 직선 이송 유닛(310)이 작동하는 경우에는 랙(314)과 피니언(313)만을 사용하거나, 고정된 랙(314)에 대해 피니언(313)과 타이밍 벨트(317)만을 사용하여 슬라이딩 블록(318)을 구동하는 경우에 비해 랙(314)의 길이를 거의 절반 가까운 D 정도의 길이로만 만들어도 2D에 해당하는 스트로크를 얻을 수 있다.

도 9 및 도 10에는 론지 고정 유닛(390)이 론지 전면 상면에 고정되는 동작을 보여주는 도면이 도시되어 있다.

상기 론지 고정 유닛(390)은 상기 메인 프레임(311)과 연결되고, 론지 전면(11) 상측에 고정된다.

도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 상기 론지 고정 유닛(390)은, 제1고정부(391), 제2고정부(392) 및 복수 개의 클러(claw)(395, 396)를 포함한다.

상기 제1고정부(391) 및 상기 제2고정부(392)는 론지 전면의 폭에 따라 그 사이의 거리를 조절 가능하다. 상기 제1고정부(391) 및 상기 제2고정부(392)에는 각각 하나 이상의 클러(395, 396)가 배치되어 있다. 상기 클러(395, 396)는 상기 제1고정부(391) 또는 상기 제2고정부(392)에 대해 회전 가능하게 고정된 것으로, 힌지를 중심으로 서로 실질적으로 90도의 각도를 이루는 두 개의 돌출부를 구비한다. 상기 제1고정부(391) 및 상기 제2고정부(392)는 론지 전면의 평면에 접하는 면을 구비하는데, 클러(395, 396)의 론지 전면의 두께 방향의 위치를 조절하기 위해, 론지 전면에 접하는 면으로부터 론지 전면의 두께 방향으로 연장된 연장부(392a)가 형성되어 있을 수 있다.

제1고정부(391)의 클러(395)와 제2고정부(392)의 클러(396) 사이의 간격을 론지 전면(11)의 폭보다 크도록 유지한 상태(도 9)로 론지 전면(11)의 상면에 론지 고정 유닛(390)을 안착시킨다. 그 다음, 제1고정부(391)의 클러(395) 및 제2고정 부(392)의 클러(396)가 각각 론지 전면(11)의 단부를 측방향과 아랫방향에서 지지하도록 한 후 제1고정부(391)와 제2고정부(392) 사이의 간격을 론지 전면(11)의 폭에 대응하도록 좁히고 제1고정부 및 제2고정부를 고정한다(도 10). 이와 같은 방식으로 론지 고정 유닛(390)이 론지 전면(11)의 상면에 고정될 수 있다.

상기 메인 프레임(311)은 상기 직선 이송 유닛(310)을 상기 론지 고정 유닛(390)에 고정한다. 상기 메인 프레임(311)은 상기 론지 고정 유닛(390)의 상측에 착탈 가능하게 고정되거나, 상기 론지 고정 유닛(390)의 측부에서 론지 웹에 나란한 방향으로 연장되도록 착탈 가능하게 고정될 수 있다. 즉, T자형의 용접 부위 중 론지 웹의 평면 방향에 나란한 방향으로의 용접 작업을 수행할 때에는, 상기 론지 고정 유닛(390)이 론지 전면(11) 상면에 고정된 상태에서 상기 메인 프레임(311)이 상기 론지 고정 유닛(390)의 측부에 론지 웹에 나란한 방향으로 연장되도록 배치된다(도 2, 도 9, 도 10, 도 14).

도 11 내지 도 13에는 본 발명에서 메인 프레임(311)을 론지 고정 유닛(390)에 착탈하는 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다.

론지 전면(11) 상면의 용접 부위를 용접하기 위해서는 메인 프레임(311)에 고정된 직선 이송 유닛(310)과, 직선 이송 유닛(310)에 순차적으로 연결된 위빙 유닛(340) 및 용접봉(365)을 론지 전면(11) 상측으로 이동하여 배치할 필요가 있다. 이를 위해서는 도 11에 도시된 것과 같이 론지 고정 유닛(390)의 측부에 형성된 측 부 슬롯(394)으로부터 메인 프레임(311)을 론지 웹에 나란한 방향(+Z축 방향)으로 끌어당기고, 도 12에 도시된 것과 같이 메인 프레임(311)을 론지 전면(11) 상면에 나란하게 눕힌 다음 론지 고정 유닛(390)의 상부에 형성된 상부 슬롯(393)에 삽입하여 고정하여 용접에 필요한 자세를 확보한다.

마찬가지로, 론지 웹의 용접 부위(40)를 용접하기 위해서는 메인 프레임(311)을 론지 고정 유닛(390) 상부에 형성된 상부 슬롯(393)으로부터 +X축 방향으로 당겨서 빼낸 후, Y축 둘레로 회전시켜서 메인 프레임(311)과 론지 웹(12)이 나란하게 배치되도록 하고, 메인 프레임(311)을 론지 고정 유닛(390) 측부에 형성된 측부 슬롯(394)에 삽입하여 고정하여 용접에 필요한 자세를 확보한다.

도 11 및 13에 도시된 것과 같이 상기 메인 프레임(311)은 단순히 판재 형상으로 만들어진 부재가 아니고, 론지 고정 유닛(390)을 향하여 돌출된 형태로써 Y축 방향으로 관통된 메인 슬롯(311b)이 형성되어 있다. 이 메인 슬롯(311b)에는 론지 고정 유닛(390)에 배치된 힌지(391a)가 삽입되어 있으며, 힌지(391a)에 의해 움직임이 제한되면서 메인 슬롯(391a)을 따라 메인 프레임(311)을 이동하여 자세를 변환할 수 있다. 또한, 상기 메인 프레임에는 도 11 및 도 12에 도시된 것과 같이 상부 슬롯이나 측부 슬롯에 삽입되어 고정되는 안착 돌기(311a)가 형성되어 있어서, 메인 프레임이 상부 슬롯이나 측부 슬롯에 삽입되는 깊이가 일정하게 조절된다.

도 14에는 본 발명의 자동 용접 로봇에서 용접봉을 위빙시키는 위빙 유 닛(340)의 일례의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 14에 도시된 것과 같이, 위빙 유닛(340)은, 상기 용접봉(365)을 고정하는 용접봉 고정용 척(360), 위빙 기구부(345) 및 위빙 모터(350)를 포함한다.

상기 위빙 모터(350)는 본체(351)와, 상기 본체(351)로부터 돌출된 회전축(352)을 구비하고, 그 회전각도 및 방향을 제어하여 용접봉의 위빙 동작을 제어하게 된다.

상기 위빙 기구부(345)는 상기 용접봉 고정용 척(360)과 상기 용접봉의 자세를 변화시킬 수 있고, 또한 측방향으로 용접봉을 회동시켜 위빙 운동을 구현한다. 상기 위빙 기구부(345)는, 용접봉과 용접봉 고정용 척(360)의 자세를 X-Y평면(론지 웹 용접 시) 또는 Y-Z 평면(론지 전면 상면 용접 시)상에서 제어하기 위해 3개의 직렬로 연결된 링크를 구비한다. 또한, 상기 위빙 기구부(345)는 용접봉의 직렬 링크 단부에 대한 요(yaw) 각도 및 피치(pitch) 각도의 조절을 위해 요 링크 및 피치 링크를 더 구비한다. 또한, 상기 위빙 기구부(345)는 상기 위빙 모터(350)의 동력이 상기 용접봉 고정용 척(360)에 전달되도록 복수 개의 풀리와 벨트를 구비한다.

구체적인 예를 들면, 상기 위빙 기구부(345)는 상기 위빙 모터(350)의 회전축에 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 위빙 모터(350)의 본체에 고정된 제1링크(381); 상기 제1링크가 상기 위빙 모터(350)의 본체에 고정된 부분과 이격된 위치에서 상기 제1링크와 상대 회전이 가능하도록 연결된 제2링크(382); 및 상기 제2링크가 상기 제1링크와 연결된 부분과 이격된 위치에서 상기 제2링크와 상대 회전 이 가능하도록 고정되고, 상기 용접봉 고정부가 회전 가능하게 연결된 제3링크(383)를 포함할 수 있는데, 이들 세 개의 링크들은 서로 직렬로 연결되어 직렬 링크를 구성한다.

또한, 상기 위빙 기구부(345)는, 상기 위빙 모터(350)의 회전축에 고정된 제1풀리(371); 상기 제1링크(381)와 상기 제2링크(382)가 연결되는 부분을 관통하여 배치된 제1연결축(341); 상기 제1연결축의 일단에 고정되고 상기 제1풀리(371)로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제2풀리(372); 상기 제1연결축의 타단에 고정된 제3풀리(373); 상기 제2링크 및 상기 제3링크가 연결되는 부분을 관통하여 배치된 제2연결축(342); 상기 제2연결축의 일단에 고정되고 상기 제3풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제4풀리(374); 상기 제2연결축의 타단에 고정된 제5풀리(375); 상기 제3링크를 관통하여 상기 용접봉 고정부에 고정된 제3연결축(343); 상기 제3연결축에서 상기 용접봉 고정부가 고정된 부분의 타측에 고정되고, 상기 제5풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제6풀리(376)를 더 포함할 수 있는데, 이 연결축들과 풀리들과 벨트들에 의해 모터의 회전력이 용접봉 고정용 척(360)에로 전달된다.

또한 상기 위빙 기구부(345)의 직렬 링크 단부에는 상기 제3연결축(343)에 고정되는 요 링크(361); 상기 요 링크에 대해 상기 제3연결축과 교차하는 방향으로 연장된 축 둘레로 회전 가능하게 결합된 피치 링크(362); 및 상기 피치 링크에 대해 상기 제3연결축에 나란한 방향으로 연장된 축 둘레로 회전 가능하게 고정된 용접봉 고정용 척(360)이 연결된다. 제1링크 내지 제3링크, 요 링크, 피치 링크에 의해 용접봉의 자세는 4자유도로 조절 가능하고, 위빙 모터의 구동에 독립적으로 자세가 유지될 수 있다.

상기 용접봉 고정용 척(360)은 상부 척(354), 하부 척(353) 및 상부 척과 하부 척 사이의 간격을 조절하는 조절 나사(356)를 포함한다. 상기 상부 척과 하부 척 사이에 용접봉이 개재되고 상기 조절 나사를 조여서 상부 척과 하부 척 사이에 용접봉을 고정한다.

상기 제1링크, 제2링크, 제3링크, 요 링크 간의 상대 각도, 그리고 요 링크와 피치 링크 사이의 상대 각도는 상기 위빙 모터(350)의 회전에 의해 영향을 받지 않으면서 사용자에 의해 수동으로 조절될 수 있다. 즉, 제1링크, 제2링크, 제3링크와 각각의 연결축(341, 342, 343)들이 접하는 부분에는 베어링(미도시)이 설치된다. 사용자가 용접봉(365)의 용접 자세를 제1링크 내지 제3링크의 상대각도를 수동으로 조절하여 결정할 수 있고, 사용자에 의해 결정된 용접봉(365)의 자세는 위빙 모터(350)의 회전에 의해 영향을 받지 않을 수 있다. 또한, 위빙 모터(350)의 회전에 의한 용접봉(365)의 동작은 풀리와 벨트에 의해서만 전달된다.

도 15 및 도 16에는 본 발명의 자동 용접 로봇의 용접 동작을 설명하는 도면이 도시되어 있다.

도 15에 도시된 것과 같이, 론지 고정 유닛(390)의 측부에 메인 프레임(311)이 고정된 자세로, 용접봉(365)이 측방향으로 소정 각도 위빙하면서 론지 웹에 형성된 용접 부위를 따라서 -Z축 방향으로 하강하면서 론지 웹(12, 22)에 형성된 용 접 부위(40)를 용접하게 된다.

또한, 도 16에 도시된 것과 같이, 론지 고정 유닛(390)의 상부에 메인 프레임(311)이 고정된 자세로, 용접봉(365)이 측방향으로 소정 각도 위빙하면서 론지 전면에 형성된 용접 부위를 따라서 +X축 방향으로 이동하면서 론지 전면(11, 21)에 형성된 용접 부위(30)를 용접하게 된다.

지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 론지가 접하는 T자형의 용접 부위의 형상을 개략적으로 보여주는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 자동 용접 로봇의 구성을 보여주는 사시도.

도 3 내지 도 8은 직선 이송 유닛의 동작을 순차적으로 보여주는 도면들.

도 9 및 도 10은 론지 고정 유닛이 론지 전면 상면에 고정되는 동작을 보여주는 도면.

도 11 내지 도 13은 본 발명에서 메인 프레임을 론지 고정 유닛에 착탈하는 구조를 보여주는 도면.

도 14는 본 발명의 자동 용접 로봇에서 용접봉을 위빙시키는 위빙 유닛의 일례의 구성을 보여주는 도면.

도 15 및 도 16은 본 발명의 자동 용접 로봇의 용접 동작을 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20: 론지 11, 21: 론지 전면

12, 22: 론지 웹 30: 론지 상면 용접 부위

40: 론지 웹 용접 부위 300: 자동 용접 로봇

310: 직선 이송 유닛 311: 메인 프레임

311a: 안착 돌기 311b: 메인 슬롯

312: 직선 이송 모터 312a: 직선 이송 모터 회전축

313: 피니언 314: 랙

317: 타이밍 벨트 318: 슬라이딩 블록

321, 322: 수동 풀리 340: 위빙 유닛

341: 제1연결축 342: 제2연결축

343: 제3연결축 345: 위빙 기구부

350: 위빙 모터 351: 위빙 모터 본체

352: 위빙 모터 회전축 353: 하부 척

354: 상부 척 356: 고정 나사

360: 용접봉 고정용 척 361: 요 링크

362: 피치 링크 365: 용접봉

371: 제1풀리 372: 제2풀리

373: 제3풀리 374: 제4풀리

375: 제5풀리 376: 제6풀리

381: 제1링크 382: 제2링크

383: 제3링크 390: 론지 고정 유닛

391: 제1고정부 391a: 제1고정부 힌지

392: 제2고정부 392a: 제2고정부 연장부

393: 상부 슬롯 394: 측부 슬롯

395, 396: 클러

Claims

선체 블록이나 철골 구조물을 용접하여 제작하는 과정에서, 서로 수직하게 접하는 론지 전면과 론지 웹이 이루는 T자형의 부재가 서로 용접되는 T자형의 용접 부위를 자동으로 용접할 수 있는 자동 용접 로봇으로써,

용접봉;

상기 용접봉을 고정하고 상기 용접봉의 위빙 운동을 구현하는 위빙 유닛;

상기 위빙 유닛을 용접 부위의 길이 방향으로 직선 이송하는 직선 이송 유닛;

상기 직선 이송 유닛을 고정하는 메인 프레임; 및

상기 메인 프레임과 연결되고, 론지 전면 상측에 고정되는 론지 고정 유닛을 포함하고,

상기 메인 프레임은 상기 론지 고정 유닛의 상측에 착탈 가능하게 고정되거나, 상기 론지 고정 유닛의 측부에서 론지 웹에 나란한 방향으로 연장되도록 착탈 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.
제1항에 있어서,

상기 위빙 유닛은,

상기 용접봉을 고정하는 용접봉 고정용 척;

상기 용접봉 고정용 척과 용접봉의 위빙 운동의 동력을 발생시키는 위빙 모 터; 및

상기 위빙 모터의 동력을 상기 용접봉 고정용 척에 전달하여 상기 용접봉과 상기 용접봉 고정용 척을 측방향으로 회동시켜 위빙 운동을 구현하고, 상기 용접봉 고정용 척과 용접봉의 자세를 4자유도로 조절하는 위빙 기구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.
제2항에 있어서,

상기 위빙 기구부는,

본체와, 상기 본체로부터 돌출된 회전축을 구비하는 위빙 모터;

상기 위빙 모터의 회전축에 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 위빙 모터의 본체에 고정된 제1링크;

상기 제1링크가 상기 위빙 모터의 본체와 고정된 부분과 이격된 위치에서 상기 제1링크와 상대 회전이 가능하도록 연결된 제2링크; 및

상기 제2링크가 상기 제1링크와 연결된 부분과 이격된 위치에서 상기 제2링크와 상대 회전이 가능하도록 고정되고, 상기 용접봉 고정부가 회전 가능하게 연결된 제3링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.
제3항에 있어서,

상기 위빙 기구부는,

상기 위빙 모터의 회전축에 고정된 제1풀리;

상기 제1링크와 상기 제2링크가 연결되는 부분을 관통하여 배치된 제1연결축;

상기 제1연결축의 일단에 고정되고 상기 제1풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제2풀리;

상기 제1연결축의 타단에 고정된 제3풀리;

상기 제2링크 및 상기 제3링크가 연결되는 부분을 관통하여 배치된 제2연결축;

상기 제2연결축의 일단에 고정되고 상기 제3풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제4풀리;

상기 제2연결축의 타단에 고정된 제5풀리;

상기 제3링크를 관통하여 상기 용접봉 고정부에 고정된 제3연결축; 및

상기 제3연결축에서 상기 용접봉 고정부가 고정된 부분의 타측에 고정되고, 상기 제5풀리로부터 동력을 전달 받을 수 있도록 벨트로 연결된 제6풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.
제4항에 있어서,

상기 위빙 기구부는,

상기 제3링크의 단부에서 상기 제3연결축에 고정되는 요 링크; 및

상기 요 링크에 대해 상기 제3연결축과 교차하는 방향으로 연장된 축 둘레로 회전 가능하게 결합된 피치 링크를 더 포함하고,

상기 용접봉 고정용 척은 상기 피치 링크에 대해 상기 제3연결축에 나란한 방향으로 연장된 축 둘레로 회전 가능하게 고정된 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.
제1항에 있어서,

상기 직선 이송 유닛은 상기 메인 프레임에 고정된 본체와, 상기 본체로부터 돌출된 회전축을 구비하는 직선 이송 모터;

상기 직선 이송 모터의 회전축에 고정된 피니언;

상기 피니언과 치합되도록 배치된 랙;

상기 랙의 양단부에 각각 설치되는 2개의 수동 풀리;

상기 랙에 대해 상대 이동 가능하도록 랙에 접하여 배치된 슬라이딩 블록; 및

상기 슬라이딩 블록의 일측으로부터 상기 2개의 수동 풀리 중의 하나, 상기 피니언, 상기 2개의 수동 풀리 중의 다른 하나를 차례로 거쳐 상기 슬라이딩 블록의 타측으로 연결된 타이밍 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.
제1항에 있어서,

상기 론지 고정 유닛은,

제1고정부;

상기 제1고정부에 대해 거리의 조절이 가능하도록 배치된 제2고정부; 및

상기 제1고정부 및 제2고정부 각각에 연결된 클러를 포함하고,

상기 클러는, 상기 제1고정부 또는 상기 제2고정부에 대해 회전 가능하게 힌지 고정된 것으로, 힌지를 중심으로 서로 각도를 이루는 두 개의 돌출부를 구비하여서 론지 전면을 측방향과 두께 방향의 아래에서 동시에 가압하는 부재인 것을 특징으로 하는 자동 용접 로봇.