KR101693020B1 - 로봇 cnc 장치 - Google Patents

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KR101693020B1
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최성희
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한국전기연구원
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명의 로봇 CNC 장치는 공작 기계를 제어하는 수치 제어부, 로봇을 제어하는 로봇 제어부 및 상기 수치 제어부의 출력 신호를 상기 로봇 제어부에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환하는 변환 유니트를 포함하고, 상기 로봇 제어부는 상기 제1 인식 데이터에 따라 상기 로봇을 제어할 수 있다.

Description

로봇 CNC 장치{ROBOT CNC}
본 발명은 로봇을 제어하는 CNC 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
공작 기계는 대상물을 절삭하는 것으로 초기 설계된 완성물을 생성할 수 있다.
공작 기계는 공작 기계의 제어용으로 개발된 수치 제어부의 제어를 받는다. 이때의 수치 제어부는 공작 기계의 제어에 특화된 것이므로, 공작 기계를 제외한 로봇 등을 제어하기 어렵다.
한국등록특허 제0575433호에는 윤활제를 분출하는 공작 기계가 개시되고 있으나, 로봇을 제어하는 수치 제어부는 나타나지 않고 있다.
한국등록특허 제0575433호
본 발명은 로봇을 제어할 수 있는 로봇 CNC 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 로봇 CNC 장치는 공작 기계를 제어하는 수치 제어부, 로봇을 제어하는 로봇 제어부 및 상기 수치 제어부의 출력 신호를 상기 로봇 제어부에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환하는 변환 유니트를 포함하고, 상기 로봇 제어부는 상기 제1 인식 데이터에 따라 상기 로봇을 제어할 수 있다.
본 발명의 로봇 CNC 장치는 수치 제어부의 출력 신호를 로봇 제어부에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환하는 제1 변환부 및 상기 로봇의 상태 정보를 상기 수치 제어부에서 인식할 수 있는 제2 인식 데이터로 변환하는 제2 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제어 방법은 공작 기계를 제어하는 수치 제어부와 로봇을 제어하는 로봇 제어부와 통신하는 단계, 상기 수치 제어부의 출력 신호를 상기 로봇 제어부에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환하거나, 상기 로봇 제어부의 출력 신호를 상기 수치 제어부에서 인식할 수 있는 제2 인식 데이터로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 로봇 CNC 장치에는 로봇과 공작 기계의 인식 언어를 변환할 수 있는 변환 유니트가 마련될 수 있다. 이를 통해 공작 기계를 제어하는 수치 제어부를 이용하여 로봇을 제어할 수 있다.
따라서, 대상물을 가공할 수 있는 구조를 갖는 로봇을 이용해 대상물을 가공하거나 대상물을 이송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 로봇 CNC 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 로봇 CNC 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 수치 제어부 및 로봇에 연결된 로봇 CNC 장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 로봇 CNC 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1에 도시된 로봇 CNC(Computerized Numerical Control) 장치는 수치 제어부(200), 로봇 제어부(31) 및 변환 유니트(100)를 포함할 수 있다.
수치 제어부(200)는 공작 기계(10)를 제어할 수 있다. 공작 기계(10)의 제어에는 작업 순서의 제어, 공구의 이동 수치 제어가 필요하다. 이를 위해 수치 제어부(200)에는 공작 기계(10)의 작업 순서를 설정하는 공정 관리부(250), 공작 기계(10)의 동작 수치를 설정하는 수치 관리부(270)가 마련될 수 있다.
로봇 제어부(31)는 로봇(30)을 제어할 수 있다. 이때의 로봇 제어부(31)는 공작 기계(10)를 제어하는 수치 제어부(200)와 관련이 없는 독립된 제어 수단일 수 있다.
따라서, 도 1과 같이 공작 기계(10)와 로봇(30)이 함께 배치된 작업 환경에서 수치 제어부(200)의 제어 영역 ①과, 로봇 제어부(31)의 제어 영역 ②는 서로 간섭하지 않는 독립적인 상태를 유지할 수 있다.
로봇(30)의 종류는 매우 다양하며, 그 구성에 따라 공작 기계(10)와 유사하게 대상물을 가공할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제어 영역 ①과 제어 영역이 ② 명백하게 분리된 상태이므로 로봇(30)은 대상물의 가공에 투입되기 어렵다. 따라서, 로봇(30)은 수치 제어부와 구별되는 로봇 제어부(31)의 제어를 받고, 공작 기계(10)의 보조 역할로 대상물을 이송하는 등의 작업에 투입되고 있다.
이와 같은 로봇(30)을 이용하여 대상물을 가공하기 위해 본 발명의 로봇 CNC 장치는 변환 유니트(100)를 이용할 수 있다.
변환 유니트(100)는 수치 제어부(200)의 출력 신호를 로봇 제어부(31)에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환할 수 있다.
일반적으로 수치 제어부(200)의 출력 신호는 공작 기계(10)에서 인식할 수 있는 G 코드를 포함할 수 있다. 이때의 G 코드는 로봇 제어부(31)에서 인식할 수 있는 코드가 아니다. 따라서, 수치 제어부(200)의 출력 신호가 로봇 제어부(31)에 제공되더라도, 로봇 제어부(31)는 해당 신호를 처리할 수 없다.
그런데, 변환 유니트(100)에 따르면 수치 제어부(200)의 출력 신호는 로봇 제어부(31)에서 인식 가능한 제1 인식 데이터로 변환될 수 있다. 따라서, 로봇 제어부(31)는 제1 인식 데이터에 따라 로봇(30)을 제어할 수 있다. 수치 제어부(200)의 출력 신호는 대상물의 가공 정보가 포함되므로, 해당 출력 신호가 변환된 제1 인식 데이터에 따라 제어되는 로봇(30)은 대상물을 가공할 수 있다. 결과적으로, 변환 유니트(100)에 의하면 수치 제어부(200)는 로봇(30)을 제어할 수 있다.
수치 제어부(200)에 공정 관리부(250)와 수치 관리부(270)가 마련되는 경우, 변환 유니트(100)는 공정 관리부(250)의 출력값 또는 수치 관리부(270)의 출력값을 제1 인식 데이터로 변환할 수 있다.
일반적으로 공작 기계(10)에 설비된 공구는 구동 시에도 공작 기계(10)의 범위를 벗어나지 못하는 구조로 되어 있다. 이에 반하여 로봇(30)은 그 구성에 따라 자유롭게 넓은 영역을 이동할 수도 있다. 따라서, 로봇(30)이 수치 제어부(200)의 출력 신호대로 동작하는지 모니터링하는 것은 안전 사고 등의 예방을 위해 매우 중요하다.
로봇(30)의 동작을 모니터링하기 위해 수치 제어부(200)는 로봇(30)의 동작을 나타내는 상태 정보를 획득할 필요가 있다.
로봇 제어부(31)는 수치 제어부(200)의 요청, 또는 자체 설정에 따라 로봇(30)의 상태 정보를 생성할 수 있다. 그런데, 이때의 상태 정보는 수치 제어부(200)를 위한 것이 아니라, 로봇 제어부(31)를 관할하는 관리 수단을 위한 것이다. 따라서, 해당 상태 정보가 수치 제어부(200)로 전달되더라도 수치 제어부(200)는 상태 정보를 판독할 수 없다. 이러한 문제 역시 변환 유니트(100)에 의해 해소될 수 있다.
변환 유니트(100)는 상태 정보를 수치 제어부(200)에서 인식할 수 있는 제2 인식 데이터로 변환할 수 있다. 수치 제어부(200)는 제2 인식 데이터를 이용해 로봇(30)의 상태 정보를 파악하고, 로봇(30)의 동작을 모니터링할 수 있다.
한편, 변환 유니트(100)에는 다양한 종류의 수치 제어부(200)와 로봇 제어부(31)가 연결될 수 있다. 따라서, 적절한 제1 인식 데이터와 제2 인식 데이터를 생성하기 위해 변환 유니트(100)는 다양한 수치 제어부(200)의 출력 신호를 파악할 수 있어야 한다. 또한, 다양한 로봇(30)의 상태 정보를 파악할 수 있어야 한다.
이를 위해 변환 유니트(100)에는 복수 종류의 수치 제어부(200)의 언어 코드와, 복수 종류의 로봇 제어부(31)의 언어 코드가 마련될 수 있다.
변환 유니트(100)는 수치 제어부(200)의 출력 신호가 입력되면, 데이터베이스를 검색하여 매칭되는 수치 제어부(200)의 언어 코드를 파악할 수 있다. 그리고, 파악된 언어 코드를 이용하여 수치 제어부(200)의 출력 신호를 분석할 수 있다. 또한, 수치 제어부(200)의 출력 신호가 타겟으로 하는 로봇(30)의 언어 코드를 파악하고, 분석된 출력 신호를 해당 로봇(30)의 언어 코드로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 로봇(30)의 언어 코드가 제1 인식 데이터일 수 있다.
이와 반대로, 로봇(30)의 상태 정보가 입력되면, 변환 유니트(100)는 데이터베이스를 검색하여 매칭되는 로봇(30)의 언어 코드를 파악할 수 있다. 그리고, 파악된 언어 코드를 이용하여 로봇(30)의 상태 정보를 분석할 수 있다. 또한, 로봇(30)의 상태 정보가 타겟으로 하는 수치 제어부(200)의 언어 코드를 파악하고, 분석된 상태 정보를 해당 수치 제어부(200)의 언어 코드로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 수치 제어부(200)의 언더 코드가 제2 인식 데이터일 수 있다.
이하, 변환 유니트(100)에 대해 보다 상세하게 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 로봇 CNC 장치를 나타낸 블럭도이다. 도 2에 개시된 로봇 CNC 장치는 도 1에 개시된 변환 유니트(100)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 로봇 CNC 장치는 제1 변환부(110) 및 제2 변환부(130)를 포함할 수 있다.
제1 변환부(110)는 수치 제어부(200)의 출력 신호를 로봇 제어부(31)에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환할 수 있다.
그리고, 제2 변환부(130)는 로봇(30)의 상태 정보를 수치 제어부(200)에서 인식할 수 있는 제2 인식 데이터로 변환할 수 있다.
제1 변환부(110)와 제2 변환부(130)는 서로 역동작을 하는 것이므로, 일체로 형성될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 제1 변환부(110)와 제2 변환부(130)는 별도로 마련되는 것이 유리할 수 있다.
제1 변환부(110) 및 제2 변환부(130)에 의하면 수치 제어부(200)는 로봇(30)을 이용하여 대상물을 가공할 수 있다. 그런데, 로봇(30)은 공작 기계(10)와 다르게 대상물의 가공을 위해 특화된 기계가 아니다. 따라서, 수치 제어부(200)의 제어에 따라 동작하는 중 예상하지 못한 상황이 발생할 수 있다. 공구가 고속으로 회전하는 작업 환경에서 로봇(30)에 이상이 발생하면, 치명적인 손해가 발생할 수 있다. 따라서, 수치 제어부(200)의 제어를 받는 로봇(30)의 상태는 철저하게 감시되는 것이 좋다.
이를 위해 제2 변환부(130)는 수치 제어부(200)로 제2 인식 데이터를 실시간으로 항상 전달할 수 있다. 만약 제2 변환부(130)가 제1 변환부(110)와 일체로 형성된다면, 제1 변환부(110)의 기능 구현시 제2 변환부(130)의 기능이 제한될 수 있다. 이에 따르면 로봇(30)의 모니터링이 실시간으로 이루어지기 힘들다. 아울러, 일체로 형성될 경우 제1 변환부(110)에 이상이 발생하면 제2 변환부(130) 역시 오동작할 수 있다. 이에 따르면, 수치 제어부에서는 로봇(30)의 상태를 정확하게 파악하기 힘들다.
이러한 문제를 대비하기 위해 결과적으로 제1 변환부(110)와 제2 변환부(130)는 독립적으로 마련되는 것이 바람직하다.
실시간으로 구동되는 제2 변환부(130)에 의하면 수치 제어부(200)는 로봇(30)의 이상 상태를 신속하게 파악하고, 로봇(30)을 정지시킬 수 있다.
한편, 안전 대책을 강화하기 위해 로봇(30)에 이상이 발생한 경우, 수치 제어부(200)에서 해당 이상을 파악하기 전 단계에서 로봇(30)을 정지시킬 수도 있다.
이를 위해 제1 변환부(110)와 제2 변환부(130)는 서로 통신할 수 있다.
그리고, 제2 변환부(130)는 로봇(30)으로부터 수신된 상태 정보와 제1 변환부(110)로부터 수신된 제1 인식 데이터의 편차를 파악할 수 있다.
제1 인식 데이터는 로봇(30)의 상태 정보와 동일한 언어 코드로 작성된 것일 수 있다. 따라서, 제1 인식 데이터와 로봇(30)의 상태 정보는 바로 비교가 가능한 상태일 수 있다. 이를 이용해 제2 변환부(130)는 지령값에 해당하는 제1 인식 데이터와, 측정값에 해당하는 로봇(30)의 상태 정보를 신속하게 비교할 수 있다. 그리고, 제2 변환부(130)는 비교 결과로 도출된 양자의 편차가 설정값보다 크면, 정지 명령을 생성하고 제1 변환부(110)로 전송할 수 있다.
제1 변환부(110)는 정지 명령을 제1 인식 데이터로 변환하여 로봇(30)에 제공할 수 있다. 정지 명령을 수신한 로봇(30)은 구동은 정지될 수 있다.
이상의 구성을 따르면, 적어도 제2 변환부(130)에서 제2 인식 데이터를 생성하는 시간, 제2 인식 데이터가 수치 제어부(200)로 전송되는 시간, 수치 제어부(200)로부터 정지 명령이 수신되는 시간을 절약할 수 있다.
물론, 이와 별도로 제2 변환부(130)는 상태 정보를 제2 인식 데이터로 변환하여 수치 제어부(200)로 지속적으로 제공할 수 있다. 이에 따르면 제2 변환부(130)의 정지 명령 후에 수치 제어부(200)의 정지 명령이 로봇(30)에 입력될 수도 있으나, 별다른 문제는 없다. 오히려, 2중으로 정지 명령이 로봇(30)에 제공되므로 확실하게 로봇(30)을 정지시킬 수 있다.
한편, 로봇 CNC 장치에는 제1 인터페이스부(150)와 제2 인터페이스부(170)가 마련될 수 있다.
제1 인터페이스부(150)는 제1 변환부(110), 제2 변환부(130) 및 수치 제어부(200)에 연결될 수 있다.
제2 인터페이스부(170)는 제1 변환부(110), 제2 변환부(130) 및 로봇(30)에 연결될 수 있다.
제1 인터페이스부(150) 및 제2 인터페이스부(170)는 각 변환부, 수치 제어부(200), 로봇(30)에 연결되는 커넥터를 포함할 수 있다. 또는 각 변환부, 수치 제어부(200) 및 로봇(30)과 통신하는 통신 채널을 포함할 수 있다.
어느 경우든지, 제1 인터페이스부(150)는 수치 제어부(200)의 출력 신호를 제1 변환부(110)로 전달할 수 있다. 그리고, 제2 변환부(130)의 제2 인식 데이터를 수치 제어부(200)로 전달할 수 있다.
제2 인터페이스부(170)는 제1 변환부(110)의 제1 인식 데이터를 로봇(30)으로 전달할 수 있다. 그리고, 로봇(30)의 상태 정보를 제2 변환부(130)로 전달할 수 있다.
한편, 제1 인터페이스부(150) 및 제2 인터페이스부(170)에 각종 통신망을 형성할 수 있는 통신 모듈이 마련된 경우, 제1 인터페이스부(150) 및 제2 인터페이스부(170)는 복수의 수치 제어부(200) 또는 복수의 로봇(30)과 통신할 수 있는 클라우드 서버에 마련될 수 있다.
이러한 구성에 따르면 언제 어디서든지 해당 클라우드 서버에 접속한 수치 제어부(200) 또는 로봇(30)은 해당 제1 변환부(110)와 제2 변환부(130)를 이용할 수 있다.
제1 변환부(110)와 제2 변환부(130)는 클라우드 서버와 다른 위치에 마련될 수도 있으나, 관리의 편의성을 고려하여 제1 변환부(110)와 제2 변환부(130) 역시 제1 인터페이스부(150) 및 제2 인터페이스부(170)와 함께 클라우드 서버에 마련되는 것이 좋다.
도 3은 수치 제어부(200) 및 로봇(30)에 연결된 로봇 CNC 장치를 나타낸 개략도이다.
이때, 로봇 CNC 장치를 구성하는 제1 인터페이스 및 제2 인터페이스, 제1 변환부(110), 제2 변환부(130)는 수치 제어부(200)와 로봇(30) 사이에 배치될 수 있다.
수치 제어부(200)에는 공작 기계(10)의 상태 정보 또는 로봇(30)의 상태 정보를 인식하는 인식부(210), 각종 제어 데이터가 입력되는 입력부(230)가 마련될 수 있다. 또한, 로봇(30)의 상태 정보 및 제어 데이터를 이용해 공작 작업의 공정을 관리하는 공정 관리부(250)가 마련될 수 있다. 또한, 로봇(30)의 상태 정보, 제어 데이터 및 공정 관리부(250)의 출력 신호를 이용해 공작 작업의 수치 정보를 생성하는 수치 관리부(270)가 마련될 수 있다.
이때, 제1 인터페이스에는 공정 관리부(250) 또는 수치 관리부(270)의 출력 신호가 입력되고, 제1 인터페이스에서 출력되는 로봇(30)의 상태 정보는 인식부(210)로 입력될 수 있다.
그리고, 제2 인터페이스에는 로봇(30)의 상태 정보가 입력되고, 제2 인터페이스에서 출력되는 수치 제어부(200)의 출력 신호는 제1 인식 데이터의 형태로 로봇 제어부(31)로 입력될 수 있다.
이상에서 살펴본 로봇 CNC 장치의 제어 방법은 다음과 같을 수 있다.
먼저 공작 기계(10)를 제어하는 수치 제어부(200)와 로봇(30)을 제어하는 로봇 제어부(31)와 통신할 수 있다. 제1 인터페이스부(150) 및 제2 인터페이스부(170)에 의해 이루어지는 동작일 수 있다.
그리고, 수치 제어부(200)의 출력 신호를 로봇 제어부(31)에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환할 수 있다. 또는 로봇 제어부(31)의 출력 신호를 수치 제어부(200)에서 인식할 수 있는 제2 인식 데이터로 변환할 수 있다. 제1 변환부(110) 및 제2 변환부(130)에서 이루어지는 동작일 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...공작 기계 30...로봇
31...로봇 제어부 100...변환 유니트
110...제1 변환부 130...제2 변환부
150...제1 인터페이스부 170...제2 인터페이스부
200...수치 제어부 210...인식부
230...입력부 250...공정 관리부
270...수치 관리부

Claims (10)

  1. 공작 기계를 제어하는 수치 제어부;
    로봇을 제어하는 로봇 제어부;
    상기 수치 제어부와 상기 로봇 제어부의 사이에 배치되는 제1 변환부 및 제2 변환부가 마련된 변환 유니트;를 포함하고,
    상기 제1 변환부는 상기 수치 제어부의 출력 신호를 상기 로봇 제어부에서 인식할 수 있는 제1 인식 데이터로 변환하여 상기 로봇 제어부 및 상기 제2 변환부에 제공하며,
    상기 제2 변환부는 상기 로봇의 동작을 나타내는 상태 정보를 상기 수치 제어부에서 인식할 수 있는 제2 인식 데이터로 변환하여 실시간으로 상기 수치 제어부로 전달하고,
    상기 제2 변환부는 상기 로봇으로부터 수신된 상태 정보와 상기 제1 변환부로부터 수신된 제1 인식 데이터의 편차를 파악하고, 상기 편차가 설정값보다 크면 상기 제1 변환부로 정지 명령을 전송하며,
    상기 제1 변환부는 상기 제2 변환부로부터 전송된 정지 명령을 상기 로봇에 제공하고, 상기 제2 변환부로부터 지속적으로 상기 제2 인식 데이터를 제공받는 상기 수치 제어부의 정지 명령을 상기 로봇에 제공하며,
    상기 로봇에는 상기 제2 변환부의 정지 명령과 상기 수치 제어부의 정지 명령이 2중으로 입력되는 로봇 CNC 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수치 제어부에는 상기 공작 기계의 작업 순서를 설정하는 공정 관리부 및 상기 공작 기계의 동작 수치를 설정하는 수치 관리부가 마련되고,
    상기 변환 유니트는 상기 공정 관리부의 출력값 및 상기 수치 관리부의 출력값을 상기 제1 인식 데이터로 변환하는 로봇 CNC 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 수치 제어부에 연결되는 제1 인터페이스부; 및
    상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 로봇에 연결되는 제2 인터페이스부;를 포함하고,
    상기 제1 인터페이스부는 상기 수치 제어부의 출력 신호를 상기 제1 변환부로 전달하고, 상기 제2 변환부의 제2 인식 데이터를 상기 수치 제어부로 전달하며,
    상기 제2 인터페이스부는 상기 제1 변환부의 제1 인식 데이터를 상기 로봇으로 전달하고, 상기 로봇의 상태 정보를 상기 제2 변환부로 전달하는 로봇 CNC 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 수치 제어부와 통신하는 제1 인터페이스부; 및
    상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 로봇과 통신하는 제2 인터페이스부;를 포함하고,
    상기 제1 인터페이스부 및 상기 제2 인터페이스부는 복수의 수치 제어부 또는 복수의 로봇과 통신할 수 있는 클라우드 서버에 마련되는 로봇 CNC 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 클라우드 서버에는 상기 제1 인터페이스부 및 상기 제2 인터페이스부와 함께 상기 제1 변환부 및 상기 제2 변환부가 마련되는 로봇 CNC 장치.
  10. 삭제
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