KR101800620B1 - 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어수단(25) 상에서 피용접물의 정보를 이용하여 로봇(20)의 작업 프로그램을 생성하는 방법에 있어서: 상기 피용접물의 실제형상, 기 설정된 대표형상, 각 대표형상의 영역별로 구분된 작업모듈을 제어수단(25)으로 로딩하는 제1단계; 및 상기 피용접물의 실제형상에 대응하는 작업모듈을 선택하여 감지플로우와 용접플로우를 결정한 동작순서파일을 생성하는 제2단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 로봇을 이용한 용접작업과 관련하여 작업자의 개입 없이 모든 동작순서 파일을 자동으로 생성할 수 있으며 일부 수정 사항이 발생하는 경우도 쉽게 대응하여 작업 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

Description

형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법{Method for producing robot work program using shape information}

본 발명은 로봇의 프로그램 생성에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 용접용 로봇 활용 시 동작 순서 파일의 정의를 자동으로 수행하여 사용자의 개입을 최소화하기 위한 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법에 관한 것이다.

근래에 들어 대형 선박을 건조하기 위해서 용접 등의 주요 작업에 로봇을 도입하여 작업능률을 극대화하고 있다. 이 경우 로봇의 동작의 순서를 기술하는 동작 순서 파일을 작업자가 수동으로 작성하여 로봇의 작업 프로그램을 생성하는 방식이 적용된다. 일례로, 하기의 선행기술문헌인 한국 등록특허공보 제0434612호(선행문헌 1)를 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 작업대상물인 작업셀을 여러 부분으로 세분화하여 각각의 분분을 모듈상태로 모듈화하고, 각 모듈을 용접작업을 실행할 작업셀에 맞도록 선택하여 동작순서파일을 작성하며, 상기 동작순서파일에 따라 컴파일러에서는 로봇표준프로그램을 만들고, 상기 로봇표준프로그램에 작업대상물의 실제 형상치수를 적용하여 작업프로그램을 만든다. 이에, 다양한 형상 및 치수를 갖는 작업대상물에 대한 용접이 용이한 효과를 기대한다.

다만, 선박의 대형화 추세에 따라 동작을 기술해야 하는 동작 순서 파일이 증대되는 경우(예컨대 약 1500개 이상) 수동으로 생성한 후 수정 사항이 발생하면 모든 동작 순서 파일의 수정이 수반되어 생산성을 저하시킨다.

또 다른 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2013-0070839호(선행문헌 2)를 참조할 수 있다.

선행문헌 2는 선박설계 프로그램의 파일을 자동으로 변환하기 위한 변환프로그램을 오토캐드프로그램 내에 설치하여 선박설계 프로그램의 파일을 오토캐드프로그램 상에 불러와 수정작업을 한 후 다시 선박설계 프로그램의 D/B에 수정된 파일을 자동 생성하여 해양 공사의 특성상 잦은 개정이 필요한 수정 파일을 자동으로 변환하여 수정함으로써 공수를 절감한다.

그러나, 이는 선박설계 과정의 오토캐드 프로그램 수정작업을 자동화함을 요지로 하므로 현장에 투입되는 용접로봇의 동작파일을 생성하는 용도로 활용하기에 한계성을 보인다.

1. 한국 등록특허공보 제0434612호 "모듈을 이용한 로봇 오프라인 프로그래밍 방법" (공개일자 : 2003.01.29.) 2. 한국 공개특허공보 제2013-0070839호 "선박설계 프로그램의 파일을 개정하는 방법" (공개일자 : 2013.06.28.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 로봇의 동작 순서를 기술하는 동작순서 파일을 형상 정보를 기반으로 자동으로 생성할 수 있는 알고리즘을 제조현장에 적용하기 위한 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제어수단 상에서 피용접물의 정보를 이용하여 로봇의 작업 프로그램을 생성하는 방법에 있어서: 상기 피용접물의 실제형상, 기 설정된 대표형상, 각 대표형상의 영역별로 구분된 작업모듈을 제어수단으로 로딩하는 제1단계; 및 상기 피용접물의 실제형상에 대응하는 작업모듈을 선택하여 감지플로우와 용접플로우를 결정한 동작순서파일을 생성하는 제2단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1단계는 전산화된 캐드정보를 기반으로 하고 사용자에 의한 수동입력을 선택적으로 로딩하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1단계는 피용접물로 U셀을 적용하는 경우 칼라플레이트에 대한 존재여부, 좌우위치, 베이스에 접하는 여부에 따라 9개의 대표형상으로 구분하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2단계는 로봇에 탑재된 위치센서의 종류와 상하좌우로 이동하는 경로를 감지플로우로 결정하고, 감지플로우의 결정에 부합하는 용접의 작동을 용접플로우로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 감지플로우는 수직센싱의 좌상모듈, 수직센싱의 좌하모듈, 수평센싱의 좌하모듈, 수직센싱의 좌칼라모듈, 수평센싱의 좌칼라모듈, 수직센싱의 우상모듈, 수직센싱의 우하모듈, 수평센싱의 우하모듈, 수직센싱의 우칼라모듈, 수평센싱의 우칼라모듈을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 용접플로우는 수직용접으로서 좌측모듈, 좌칼라모듈, 우측모듈, 우칼라모듈을 순차적으로 수행한 후에, 수평용접으로서 좌하모듈, 좌칼라모듈, 미들모듈, 우칼라모듈, 우하모듈을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 감지플로우 또는 용접플로우는 칼라플레이트(16)가 없는 피용접물에 대하여 좌칼라모듈과 우칼라모듈을 생략하고 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 로봇을 이용한 용접작업과 관련하여 작업자의 개입 없이 모든 동작순서 파일을 자동으로 생성할 수 있으며 일부 수정 사항이 발생하는 경우도 쉽게 대응하여 작업 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 시스템 구성도
도 2는 본 발명에 따른 피용접물의 대표형상을 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 방법이 포함된 전체적인 작업 플로우
도 4는 본 발명에 따른 방법을 순차적으로 나타내는 모식도
도 5는 도 4의 모듈의 일례를 나타내는 프로그램 코드 예시도
도 6은 본 발명에 따른 방법의 구현과 관련된 화면상태도
도 7은 본 발명에 따른 방법을 구현하는 일례를 나타내는 플로우
도 8 및 도 9는 도 7의 구현과 관련되는 프로그램 코드 예시도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제어수단(25) 상에서 피용접물의 정보를 이용하여 로봇(20)의 작업 프로그램을 생성하는 방법에 관하여 제안한다. 피용접물은 선박의 U셀(10)을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. U셀(10)은 베이스(11)와 플로어(12) 상에 다수의 론지(14)를 설정된 간격으로 평행하게 부착하고, 경우에 따라 강도 보강을 위한 칼라플레이트(16)를 부가한 구조를 지닌다. 로봇(20)은 5축 또는 6축 다관절 방식을 적용하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제어수단(25)은 PC(21), 서버(22), 티칭펜던트(23)를 포함하여 구성되고, 로봇(20)에 연결되어 설정된 알고리즘으로 자동용접을 수행한다.

본 발명에 따른 제1단계는 상기 피용접물의 실제형상, 기 설정된 대표형상, 각 대표형상의 영역별로 구분된 작업모듈을 제어수단(25)으로 로딩하는 과정으로 진행된다. 피용접물의 실제형상은 작업대상인 특정의 U셀(10)에 대하여 설계완료된 실제 형상정보를 의미한다. 기 설정된 대표형상은 수십 종류 이상의 U셀(10)을 카테고리화 하여 서버(22)에 저장된 가상의 형상정보를 의미한다. 작업모듈은 대표형상의 U셀(10)에 대하여 상하좌우로 구분된 영역에 대한 작업정보(프로그램)를 의미한다. 이와 같은 정보들은 서버(22)에 기본적으로 저장되지만 PC(21) 또는 티칭펜던트(23) 중 적어도 하나로 로딩되어 용접 알고리즘으로 처리된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1단계는 전산화된 캐드정보를 기반으로 하고 사용자에 의한 수동입력을 선택적으로 로딩하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 메인 프로그램은 전술한 작업모듈의 동작순서를 생성하는 것으로서 로딩된 피용접물의 실제형상 및 대표형상을 대비하며 수행한다. 바람직하게, 메인 프로그램은 PC(21) 및 티칭펜던트(23)에 동시에 탑재되고 갱신 가능하다. 피용접물의 실제형상은 저장되고 갱신되는 캐드정보를 기반으로 하지만, 설계변경 등의 변동사항을 작업자가 PC(21) 또는 티칭펜던트(23) 상에 수동으로 입력할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1단계는 피용접물로 U셀(10)을 적용하는 경우 칼라플레이트(16)에 대한 존재여부, 좌우위치, 베이스(11)에 접하는 여부에 따라 9개의 대표형상으로 구분하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 좌상단의 것은 칼라플레이트(16)가 없는 형상, 이어서 우측과 하측으로 일련된 4개는 칼라플레이트(16)가 베이스(11)에서 이격되어 수평용접이 필요 없는 형상, 이어서 나머지 4개는 칼라플레이트(16)가 칼라플레이트(16)에 붙어 수직/수평용접이 모두 필요한 형상을 예시한다.

이외에, U셀(10)의 좌하단과 우하단의 스캘럽 홀 존재 여부, 좌상단과 우상단 홀의 개폐 여부(수방 유무) 등의 세부적인 형상이 존재하지만 자동용접 모션의 측면에서 모두 상기 9개 대표형상의 카테고리에 포함할 수 있다. 대표형상을 단순화하여 제어수단(25)에서 연산에 소요되는 시간을 축소할 수 있다.

본 발명에 따른 제2단계는 상기 피용접물의 실제형상에 대응하는 작업모듈을 선택하여 감지플로우와 용접플로우를 결정한 동작순서파일을 생성하는 과정으로 진행된다. 도 3은 로봇(20)과 제어수단(25)으로 자동용접을 수행하는 전체 작업 플로우로서 단계 S10에서 형상과 관련된 정보를 입력하고, 단계 S20에서 본 발명의 메인 프로그램에 의하여 동작순서파일을 생성하고, 단계 S30에서 그 동작순서파일을 기반으로 로봇(20)의 용접모션과 관련된 파일들을 생성한다. 도 4에서, 본 발명의 메인 프로그램은 단계 S22, S24, S26으로 구분하여 나타낸다. 단계 S22는 홈(HOME)에서 미들(MIDDLE)로 이동하는 작업모듈을 생성한다. S24는 좌측에서 우측, 상측에서 하측으로 이동하며 칼라유무에 따른 일련의 작업모듈을 선택하여 감지플로우를 생성한다. 단계 S26은 단계 S24에 의한 감지플로우를 기반으로 일련의 작업모듈을 처리하는 용접플로우를 생성한다. 모든 용접플로우가 완료된 이후 최초 위치로 복귀하는 홈(HOME) 모듈을 생성한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2단계는 로봇(20)에 탑재된 위치센서의 종류와 상하좌우로 이동하는 경로를 감지플로우로 결정하고, 감지플로우의 결정에 부합하는 용접의 작동을 용접플로우로 결정하는 것을 특징으로 한다. 도 5에서 좌상모듈(LU)에 대한 프로그램(XML) 코드의 일부를 나타내는 바, <LDS>는 레이저센서의 태그를 의미하고 <TOUCH>는 터치센서의 태그를 의미한다. 감지플로우는 로봇(20)에 탑재되는 위치센서의 종류와 동작을 인식하고, 위치센서 종류에 따른 상대위치(센싱점)를 정의하고, 피용접물의 형상에 따른 자세(위보기, 아래보기 등)을 정의하는 알고리즘을 포함한다. 용접플로우의 알고리즘은 기본적으로 전술한 감지플로우의 모듈을 그대로 활용하도록 구성된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 도 4의 S24에 나타내는 것처럼, 상기 감지플로우는 수직센싱의 좌상모듈, 수직센싱의 좌하모듈, 수평센싱의 좌하모듈, 수직센싱의 좌칼라모듈, 수평센싱의 좌칼라모듈, 수직센싱의 우상모듈, 수직센싱의 우하모듈, 수평센싱의 우하모듈, 수직센싱의 우칼라모듈, 수평센싱의 우칼라모듈을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 4(b)의 단계 (3)~(12)를 참조하면, 수직센싱의 좌상모듈은 거더(G) 유무에 따라 LU 또는 LGU모듈로 구분하여 좌상영역에서 수직으로 센싱하고, 수직센싱의 좌하모듈은 스캘럽(S)의 유무에 따라 LB 또는 LBS모듈로 구분하여 좌하영역에서 수직으로 센싱하고, 수평센싱의 좌하모듈은 수직센싱의 좌하모듈에 이어서 수평으로 센싱하고, 수직센싱의 좌칼라모듈은 LC 또는 LCUF(상측전방칼라)로 구분하여 수직으로 센싱하고, 수평센싱의 좌칼라모듈은 LC, LCBF(하측전방칼라), LCBB(하측후방칼라)로 구분하여 수평으로 센싱한다. 계속하여, 수직센싱의 우상모듈(RU 또는 RGU), 수직센싱의 우하모듈(RB 또는 RBS), 수평센싱의 우하모듈(RB 또는 RBS), 수직센싱의 우칼라모듈(RC 또는 RCUF), 수평센싱의 우칼라모듈(RC 또는 RCBF 또는 RCBB)도 이전 단계와 같은 원칙으로 센싱을 수행한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 도 4의 S26에 나타내는 것처럼, 상기 용접플로우는 수직용접으로서 좌측모듈, 좌칼라모듈, 우측모듈, 우칼라모듈을 순차적으로 수행한 후에, 수평용접으로서 좌하모듈, 좌칼라모듈, 미들모듈, 우칼라모듈, 우하모듈을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 4(b)의 단계 (13)~(17)을 참조하면, 좌측모듈은 단계 (4)의 모듈에서 단계 (3)의 모듈로 이동하면서 용접을 수행하도록 정의하고, 좌칼라모듈은 단계 (7)의 모듈에서 단계 (6)의 모듈로 이동하면서 용접을 수행하도록 정의하고, 우측모듈은 단계 (9)의 모듈에서 단계 (8)의 모듈로 이동하면서 용접을 수행하도록 정의하고, 우칼라모듈은 단계 (12)의 모듈에서 단계 (11)의 모듈로 이동하면서 용접을 수행하도록 정의한다. 마지막으로, 단계 (17)과 같이 좌하모듈, 좌칼라모듈, 미들모듈, 우칼라모듈, 우하모듈의 순서로 용접을 수행하도록 정의한다.

한편, 본 발명의 제2단계를 구현하는 감지플로우 및 용접플로우에서 '수행'은 로봇(20)의 작동이 아닌 동작순서파일의 '생성'을 의미한다. 생성된 동작순서파일은 후술하는 도 8 및 도 9와 같은 서브루틴 프로그램을 포함한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 감지플로우 또는 용접플로우는 칼라플레이트(16)가 없는 피용접물에 대하여 좌칼라모듈과 우칼라모듈을 생략하고 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다. 좌칼라모듈과 우칼라모듈은 전술한 도 4(b)에서 문자"C"를 포함하는 모듈로서 피용접물의 형상정보에 근거한 칼라플레이트(16)의 유무에 따라 실행 여부가 결정된다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 작동의 일례를 설명한다.

도 6에서 본 발명의 메인 프로그램이 제어수단(25)에 로딩되면 PC(21) 또는 티칭펜던트(23)를 통하여 제어화면이 출력된다. 작업자는 제어화면에 표시된 대표형상에서 피용접물의 유형을 선택하고, 필요에 따라 주요 치수 등을 수동입력하며, 최종적으로 '생성'버튼을 눌러 자동적으로 실행한다.

도 7에서, 상단에 예시된 칼라플레이트(16) 없는 U셀(10)을 기준으로 P1~P9까지 이동하면서 제1단계에서 제10단계에 걸쳐 감지플로우와 용접플로우를 수행하기 위한 동작순서파일이 생성되는 과정을 예시한다. 제2단계에서 제6단계는 P2~P8로 위치센서를 이동하면서 감지플로우를 수행하는 작업모듈을 나태내고, 제7단계 내지 제9단계는 P7~P9로 토치와 와이어를 이동하면서 용접플로우를 수행하는 작업모듈을 나타낸다.

참고로, 도 7의 제3단계에서 수방(Watertight)/거더 인 경우 LU 대신 LGU로 생성하며, 칼라플레이트(16)가 없으므로 메인 프로그램(도 4)에서 좌칼라모듈과 우칼라모듈이 생략되어 간략화된다.

도 8(a)는 도 7의 제1단계에서 생성된 HOME.STARTM_NORMAL에 대한 프로그램 코드의 일례를 나타내고, 도 8(b)는 도 7의 제3단계에서 생성된 LU.SENSING.TOUCH.NORMAL에 대한 프로그램 코드의 일례를 나타낸다. 도 9는 <LU> 태그 하층의 <SENSING> 태그에서 <LDS> 또는 <TOUCH>에 대한 세부 프로그램 코드를 각각의 <NORMAL> 또는 <WATERTIGHT> 태그로 정의하는 것을 나타낸다.

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: U셀 11: 베이스
12: 플로어 14: 론지
16: 칼라플레이트 20: 로봇
21: PC 22: 서버
23: 티칭펜던트 25: 제어수단
P1~P9: 포인트 S10~S30: 단계

Claims (7)

1. 제어수단(25) 상에서 피용접물의 정보를 이용하여 로봇(20)의 작업 프로그램을 생성하는 방법에 있어서:
   상기 피용접물의 실제형상, 기 설정된 대표형상, 각 대표형상의 영역별로 구분된 작업모듈을 제어수단(25)으로 로딩하는 제1단계; 및
   상기 피용접물의 실제형상에 대응하는 작업모듈을 선택하여 감지플로우와 용접플로우를 결정한 동작순서파일을 생성하는 제2단계;를 포함하여 이루어지되,
   상기 제2단계는 로봇(20)에 탑재된 위치센서의 종류와 상하좌우로 이동하는 경로를 감지플로우로 결정하고, 감지플로우의 결정에 부합하는 용접의 작동을 용접플로우로 결정하고,
   상기 감지플로우는 수직센싱의 좌상모듈, 수직센싱의 좌하모듈, 수평센싱의 좌하모듈, 수직센싱의 좌칼라모듈, 수평센싱의 좌칼라모듈, 수직센싱의 우상모듈, 수직센싱의 우하모듈, 수평센싱의 우하모듈, 수직센싱의 우칼라모듈, 수평센싱의 우칼라모듈을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1단계는 전산화된 캐드정보를 기반으로 하고 사용자에 의한 수동입력을 선택적으로 로딩하는 것을 특징으로 하는 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1단계는 피용접물로 U셀(10)을 적용하는 경우 칼라플레이트(16)에 대한 존재여부, 좌우위치, 베이스(11)에 접하는 여부에 따라 9개의 대표형상으로 구분하는 것을 특징으로 하는 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 용접플로우는 수직용접으로서 좌측모듈, 좌칼라모듈, 우측모듈, 우칼라모듈을 순차적으로 수행한 후에, 수평용접으로서 좌하모듈, 좌칼라모듈, 미들모듈, 우칼라모듈, 우하모듈을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 감지플로우 또는 용접플로우는 칼라플레이트(16)가 없는 피용접물에 대하여 좌칼라모듈과 우칼라모듈을 생략하고 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 형상정보를 이용한 로봇작업 프로그램 생성방법.

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