KR101640038B1 - 블록단위 로봇 olp를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템 및 방법 - Google Patents

블록단위 로봇 olp를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일면은, 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템에 있어서: 대상 블록의 상측으로 다축운동 가능하게 설치되는 갠트리(10); 상기 갠트리(10) 상에 이동가능하게 탑재되고, 토치의 다축운동을 수행하는 용접로봇(20); 및 상기 대상 블록의 캐드 데이터를 입력하여 갠트리(10)와 용접로봇(20)의 운동을 시뮬레이션하고, 생성된 작업프로그램을 갠트리(10)와 용접로봇(20)에 제공하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 블록 단위 가상작업검증을 포함한 OLP를 기반으로 전자동 개념의 블록당 로봇작업의 프로그램을 손쉽게 생성할 수 있게 되어 작업 능률 및 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템 및 방법{Parametric modeling System and Method for robot OLP by block unit}
본 발명은 로봇 오프라인 프로그래밍을 위한 모델링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 블록 등을 건조하는 과정에서 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
OLP(오프라인 프로그래밍) 기법은 작업 대상의 전체 공간에 대한 3D 모델을 미리 생성하여 로봇의 이동경로를 구축하는 것으로서 온라인 기법에 비해서는 작업의 수정 등 유연성 측면에서 장점을 지니는 반면 3D 모델의 생성 과정에서 많은 시간과 비용이 소모될 수 있어 아직은 제한적인 분야에 활용되고 있다.
선박에 소요되는 다수의 블록을 건조함에 있어서 외국의 경우 오프라인 티칭 방법을 사용하는데 캐드형상을 단순 변환한 형태만 디스플레이 하는 것이므로 로봇용접 작업점에 대한 오프라인 티칭을 수반한다. 이에 따라 로봇의 대기시간 내지 준비시간이 길어지므로 생력화의 효과를 반감시킨다.
이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0551312호(선행문헌 1), 본 출원인에 의한 한국 등록특허공보 제0434612호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 로봇과; 상기 로봇 사이에 설치되는 3차원 스캐닝 카메라와; 상기 3차원 스캐닝 카메라가 인식할 수 있도록 로봇에 설치된 레이저 센서와; 상기 로봇의 3차원 운동 데이터를 출력하는 디스플레이장치와; 상기 디스플레이장치와 연결되어 로봇의 3차원 운동 데이터와 상기 차체의 3차원 데이터를 혼합해서 간섭을 체크하는 종합 모니터;를 포함한다. 이에 따라, 용접점의 누락을 방지하여 차체 용접의 품질을 향상하고 티칭 시간을 단축하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 작업셀을 여러 부분으로 세분화하여 모듈상태로 모듈화하고, 이 모듈화된 각 모듈을 용접작업을 실행할 작업셀에 맞도록 동작순서파일을 작성하며, 상기 동작순서파일에 따라 로봇표준프로그램을 만들고, 상기 로봇표준프로그램에 작업대상물의 실제 형상치수를 적용하여 작업프로그램을 만든 후, 로봇의 작업프로그램에 따라 로봇제어시스템을 제어한다. 이에 따라, 다양한 형상 및 치수를 갖는 작업대상물에 대한 용접이 용이하게 이루어지는 효과를 기대한다.
그러나, 선행문헌 1에 의하면 차체와 로봇이 다양화되는 특성상 3차원 데이터를 획득하여 간섭을 체크하는 과정의 시간 단축이 크게 축소될 여지가 있고, 선행문헌 2에 의하면 대형의 공작물 상으로 이동하는 갠트리에 탑재된 로봇에 있어서 결국 부분적으로 티칭을 수반하는 단점을 보인다.
1. 한국 등록특허공보 제0551312호 "사이버 바디를 이용한 오프라인 티칭 시스템" (공개일자 : 2005. 10. 12.) 2. 한국 등록특허공보 제0434612호 "모듈을 이용한 로봇 오프라인 프로그래밍 방법" (공개일자 : 2003. 1. 29.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 셀을 포함한 블록단위로 파라미트릭 모델링을 실행함으로 용접작업을 위한 로봇의 작업점은 물론 로봇 베이스 이동을 담당하는 갠트리의 이동점까지 자동으로 교시할 수 있는 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면은, 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템에 있어서: 대상 블록의 상측으로 다축운동 가능하게 설치되는 갠트리; 상기 갠트리 상에 이동가능하게 탑재되고, 토치의 다축운동을 수행하는 용접로봇; 및 상기 대상 블록의 캐드 데이터를 입력하여 갠트리와 용접로봇의 운동을 시뮬레이션하고, 생성된 작업프로그램을 갠트리와 용접로봇에 제공하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 블록정보 입력부, 인터페이스 블록 생성부, 셀 파라미터 입력부, 블록모델 생성부, 로봇ㆍ블록 매칭부, 셀 가상작업 검증부, 블록 가상작업 검증부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 갠트리 및 용접로봇의 제어기와 원격으로 연결된 제어기를 통하여 오프라인으로 작업프로그램을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 시스템 상에서 모델링을 수행하는 방법에 있어서: 대상 블록에 대한 정보를 입력하여 셀을 생성하는 제1단계; 인터페이스 블록을 생성하고, 셀의 파라미터를 입력하는 제2단계; 가상작업용 블록모델을 생성하고, 셀에 대한 용접로봇의 작업을 시뮬레이션하는 제3단계; 및 블록단위의 시뮬레이션으로 검증과 수정을 거쳐 작업프로그램을 생성하는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제1단계에서 셀의 수량(Nc)은 론지의 수량(Nl) 및 트랜스의 수량(Nt)으로부터, 수식 Nc = 2ㆍNtㆍ(Nl + 1)을 적용하여 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제2단계는 인터페이스 블록을 기준으로 선택된 셀에 대한 세부정보의 입력을 처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제3단계는 블록모델의 3차원 원점을 기준으로 각각의 셀의 로컬 원점을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제3단계 및 제4단계는 대상 블록의 정보에 갠트리 및 용접로봇의 정보를 부가하여 시뮬레이션의 작업 에러를 출력하고. 에러가 수정된 최종의 작업프로그램을 컴파일하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 블록 단위 가상작업검증을 포함한 OLP를 기반으로 전자동 개념의 블록당 로봇작업의 프로그램을 손쉽게 생성할 수 있게 되어 작업 능률 및 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.
또한, 셀단위를 포함하여 블록단위로 파라메트릭 모델링을 하는 것에 의해, 작업자가 실제 용접 환경에 노출되는 일이 없이, 용접작업 전체(셀 및 블록)를 미리 디자인 할 수 있으면서 작업 검증이 용이한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 모델링 시스템과 방법을 나타내는 모식도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 화면 상태도
도 4는 본 발명에 따른 방법에 적용되는 일부 알고리즘의 예시도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일면은, 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 시스템에 관하여 제안한다. 선박의 평블록은 종격벽인 론지(LG)와 횡격벽인 트랜스(TS) 또는 플로어를 결합한 형태로서 다른 블록에 비하여 모델링에 유리하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 갠트리(10)가 대상 블록의 상측으로 다축운동 가능하게 설치된다. 선박의 건조 과정에 생성되는 대상 블록은 다수의 론지(LG)와 트랜스(TS)를 포함하는 비교적 대형 구조물로서 다축운동 가능한 갠트리(10)를 사용한 용접작업을 수반한다. 갠트리(10)는 종방향 운동, 횡방향 운동, 상하운동, 회전운동을 포함한 적어도 4축 운동을 수행하도록 설치된다.
또, 본 발명에 따르면 토치의 다축운동을 수행하는 용접로봇(20)이 상기 갠트리(10) 상에 이동가능하게 탑재된다. 대상 블록의 용접에 있어서 용접로봇(20)은 적어도 6축운동을 구현하는 것이 좋다. 도 1(g)처럼 하나의 갠트리(10)에 대하여 복수의 용접로봇(20)을 탑재하는 경우도 고려된다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단이 상기 대상 블록의 캐드 데이터를 입력하여 갠트리(10)와 용접로봇(20)의 운동을 시뮬레이션하고, 생성된 작업프로그램을 갠트리(10)와 용접로봇(20)에 제공한다. 제어수단은 작업자용 단말기(PC), 단말기의 요청작업을 처리하는 서버, 생산과 관련된 제반 정보를 저장하는 데이터베이스 등을 포함한다. 단말기 또는 서버는 특정의 프로그램, 일예로 "ROBCAD"를 탑재하여 작업자가 입력한 알고리즘과 데이터를 처리한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 블록정보 입력부, 인터페이스 블록 생성부, 셀 파라미터 입력부, 블록모델 생성부, 로봇ㆍ블록 매칭부, 셀 가상작업 검증부, 블록 가상작업 검증부로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 각각의 기능부는 서브루틴 프로그램을 기반으로 수작업을 동반하여 처리되며, 관련 프로그램은 단말기 및 서버에 분산적/중복적(redundancy)으로 구성될 수 있다. 각각의 세부적인 기능은 도 1을 통한 플로우 설명을 참조한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 제어기와 원격으로 연결된 제어기를 통하여 오프라인으로 작업프로그램을 생성하는 것을 특징으로 한다. 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 제어기는 통합적으로 구성되지만 적어도 부분적으로 독립되는 구성을 배제하지 않는다. 원격의 제어기는 전술한 작업자용 단말기를 기반으로 하지만 서버와 데이터페이스의 조력을 포함한다. 본 발명의 '원격'은 반드시 장소적으로 이격된 것을 의미하지 않으며 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 제어기와 차단된 오프라인을 상태를 의미한다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 시스템 상에서 모델링을 수행하는 방법에 관하여 제안한다. 대상 블록, 갠트리(10), 용접로봇(20), 제어수단을 포함하는 시스템 상에서 제1단계 내지 제4단계의 순서로 진행된다.
본 발명의 제1단계는 대상 블록에 대한 정보를 입력하여 셀을 생성하는 과정으로 개시된다. 도 1(a)에서 작업자 단말기의 디스플레이(화면)에 출력된 대화창을 통하여 론지(LG), 트랜스(TS) 등에 대한 정보를 입력한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제1단계에서 셀의 수량(Nc)은 론지의 수량(Nl) 및 트랜스의 수량(Nt)으로부터, 수식 Nc = 2ㆍNtㆍ(Nl + 1)을 적용하여 생성하는 것을 특징으로 한다. 도 1(a)는 론지(LG)의 수량을 4개 트랜스(TS)의 수량을 2개로 입력한 경우로서 상기 수식의 알고리즘에 의하여 도 1(b)처럼 20개의 셀이 생성되어 화면으로 출력된다. 셀의 수량이 적정치 이하로 축소되면 모델링의 정확성이 저하되고 적정치 이상으로 증가되면 입력ㆍ연산 시간이 늘어난다.
또, 본 발명의 제2단계는 인터페이스 블록(IB)을 생성하고, 셀의 파라미터를 입력하는 과정으로 진행된다. 도 1(b)에서 적색으로 표시된 부분이 인터페이스 블록(IB)이다. 인터페이스 블록(IB)에서 내측의 꼭지점에 2차원 원점(P1)을 설정하여 용접로봇(20)의 교시점으로 활용한다.
한편, 본 출원인에 의해 제안된 선행특허(출원번호 제2013-0099704호)는 용접로봇 작업대상 조립블록 자체에 대한 파라메트릭 모델링 방법을 개시한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제2단계는 인터페이스 블록(IB)을 기준으로 선택된 셀에 대한 세부정보의 입력을 처리하는 것을 특징으로 한다. 도 1(c)는 선택된 셀(C1)은 녹색으로 반전되고 미선택 셀(C2)은 그대로 유지된 상태를 보인다. 선택된 셀(C1)은 제반 규격이 동일하므로 동시에 세부정보의 입력이 가능하여 시간 단축에 유리하다.
이때, 도 2는 입력을 위한 세부정보의 변수들 설명을 나타내고, 도 3은 이러한 변수의 입력예를 나타낸다. 예컨대 우측표의 "a"는 론지 높이로서 좌측표에서 "A1 : 360"으로 입력되고, 우측표의 "c"는 스캘롭 크기로서 좌측표에서 "C1 : 75"로 입력된다. 영문의 첨자는 셀의 일련번호로서 좌측표의 상단에 입력하고 표시된다. 도 2에서 우측 하단의 꼭지점에 표시된 좌표는 각 셀의 로컬 원점(좌표)으로 설정된 상태를 나타낸다.
또, 본 발명의 제3단계는 가상작업용 블록모델을 생성하고, 셀에 대한 용접로봇의 작업을 시뮬레이션하는 과정으로 진행된다. 기준점이 되는 인터페이스 블록(IB)을 생성한 뒤 각 블록에 셀 파라미터(예를 들면, 홀, 슬롯, 스캘럽 등)를 입력하면 가상작업용 블록모델이 생성된다. 도 1(d)는 다수의 셀에 대한 가상작업용 블록모델이며, 좌측 하단에 적색으로 표시된 것은 인터페이스 블록(IB)이다. 인터페이스 블록(IB)에서 내측의 꼭지점에 설정되는 3차원 원점(P2)은 용접로봇(20)의 교시점 및 그 기준점으로 활용된다. 가상작업용 블록모델이 생성되면 가상의 용접로봇을 투입하여 검증하는 과정을 거친다. 셀에 대한 용접로봇의 작업을 시뮬레이션하는 과정은 후술한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제3단계는 블록모델의 3차원 원점(P2)을 기준으로 각각의 셀의 로컬 원점을 생성하는 것을 특징으로 한다. 도 4를 참조하면 다수의 론지(LG)와 트랜스(TS)에 의하여 구분되는 셀이 표시된다. 좌하단 셀[0][0]을 기준으로 하여 상측방향으로 셀[0][1]에서 셀[0][Nl]로 배치되고 우측방향으로 셀[1][0]에서 셀[2*Nt][0]으로 배치된다. 각각의 셀에 포함되는 로컬 원점은 도 4에서 수식 알고리즘으로 나타내듯이 기준좌표 및 기 입력된 세부정보(도 3)를 통하여 결정된다.
또, 본 발명의 제4단계는 블록단위의 시뮬레이션으로 검증과 수정을 거쳐 작업프로그램을 생성하는 과정으로 마무리된다. 본 발명의 OLP에서는 셀을 포함한 블록단위로 파라미트릭 모델링을 실행함으로 용접로봇(20)의 이동을 담당하는 갠트리(10)의 이동점까지 자동으로 교시할 수 있고 그 경로를 설계하는데도 신속성과 정확성을 높일 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제3단계 및 제4단계는 대상 블록의 정보에 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 정보를 부가하여 시뮬레이션의 작업 에러를 출력하고. 에러가 수정된 최종의 작업프로그램을 컴파일하는 것을 특징으로 한다. 제3단계 및 제4단계에서 활용되는 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 제반 정보는 서버를 통하여 데이터베이스에서 로딩된다. 제3단계에서 작업자가 화면을 통하여 다양한 용접로봇(20) 중에서 적절한 것을 선택하면 도 1(f)와 같은 시뮬레이션 상태로 된다. 이어서 제4단계에서 작업자가 화면을 통하여 다양한 갠트리(10) 중에서 적절한 것을 선택하면 도 1(g)와 같은 시뮬레이션 상태로 된다.
이때, 제3단계 및 제4단계의 어느 경우에나 용접불량, 토치간섭 등의 에러가 발생하면 화면에 수치 테이터와 더불어 그래픽으로 그 내용을 출력한다. 작업자는 시뮬레이션 중간에 에러를 분석하고 수정하는 과정을 거쳐서 완성된 프로그램을 컴파일한다. 컴파일된 작업프로그램은 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 제어기에 즉시 로딩되고 실행될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 셀 파라미터의 입력에 따라 가상작업용 블록 모델을 생성하고, 가상작업용 블록모델과 가상 용접로봇을 매칭시키는 작업을 통해 셀단위 작업을 시뮬레이션하고, 이후 블록 전체로 확장하여 작업을 시뮬레이션하여 검증한다. 이에, 전자동 개념의 블록당 로봇작업의 프로그램을 손쉽게 생성할 수 있게 되어 작업 능률 및 생산성이 향상된다.
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.
10: 갠트리 20: 용접로봇
IB: 인터페이스 블록 C1, C2: 셀P1, P2: 원점
LG: 론지 TS: 트랜스

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 대상 블록의 상측으로 다축운동 가능하게 설치되는 갠트리(10); 상기 갠트리(10) 상에 이동가능하게 탑재되고, 토치의 다축운동을 수행하는 용접로봇(20); 및 상기 대상 블록의 캐드 데이터를 입력하여 갠트리(10)와 용접로봇(20)의 운동을 시뮬레이션하고, 생성된 작업프로그램을 갠트리(10)와 용접로봇(20)에 제공하는 제어수단;을 포함하는 시스템 상에서 모델링을 수행하는 방법에 있어서:
    대상 블록에 대한 정보를 입력하여 셀을 생성하는 제1단계;
    인터페이스 블록(IB)을 생성하고, 셀의 파라미터를 입력하는 제2단계;
    가상작업용 블록모델을 생성하고, 셀에 대한 용접로봇의 작업을 시뮬레이션하는 제3단계; 및
    블록단위의 시뮬레이션으로 검증과 수정을 거쳐 작업프로그램을 생성하는 제4단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1단계에서 셀의 수량(Nc)은 론지의 수량(Nl) 및 트랜스의 수량(Nt)으로부터, 수식 Nc = 2ㆍNtㆍ(Nl + 1)을 적용하여 생성하고,
    상기 제2단계는 인터페이스 블록(IB)을 기준으로 선택된 셀에 대한 세부정보의 입력을 처리하며,
    상기 제3단계는 블록모델의 3차원 원점(P2)을 기준으로 각각의 셀의 로컬 원점을 생성하는 것을 특징으로 하는 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3단계 및 제4단계는 대상 블록의 정보에 갠트리(10) 및 용접로봇(20)의 정보를 부가하여 시뮬레이션의 작업 에러를 출력하고. 에러가 수정된 최종의 작업프로그램을 컴파일하는 것을 특징으로 하는 블록단위 로봇 OLP를 위한 파라미트릭 방식의 모델링 방법.
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