KR102109176B1 - 제어기 일체형 포터블 용접로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇(10)과 부대장비(30)를 구비하는 포터블 용접로봇 시스템에 있어서: 상기 로봇(10)과 부대장비(30)에 연결되는 용접제어기(50)를 로봇(10) 상에 탑재하고, 상기 용접제어기(50)는 관리모드 실행기(52)와 통신처리기(58)를 통하여 로봇(10)과 부대장비(30)를 제어하여 용접작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 제어기를 로봇의 몸체에 부착하는 구조를 기반으로 하여 케이블 수량을 축소함에 따라 현장 작업시 제어기를 카트로 운반하거나 작업자가 케이블에 걸리는 불편과 위험성을 감소할 수 있는 효과가 있다.

Description

제어기 일체형 포터블 용접로봇 시스템{System of the portable welding robot combined with controller}

본 발명은 제어기 일체형 포터블 용접로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제어기를 로봇의 몸체에 부착하는 구조를 기반으로 하여 케이블 수량을 축소함에 따라 현장 작업시 제어기를 카트로 운반하거나 작업자가 케이블에 걸리는 불편과 위험성을 감소할 수 있는 제어기 일체형 포터블 용접로봇 시스템에 관한 것이다.

선박의 이중선체 블록의 내부 용접을 위해 개발된 '포터블 용접로봇'은 작업자 한 사람이 들고 이동하면서 용접을 할 수 있도록 구성된 경박단소형 시스템이다. 선행특허의 일예로서, 한국 공개특허공보 제2012-0122055호는 해당 작업장에 고정 배치되는 베이스부; 상기 베이스와 연결되어 회전 및 절첩 구동되도록 다관절을 갖는 아암부; 및 상기 아암부의 선단부에 연결되는 용접부;를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 선박이나 해양구조물과 같은 협소한 선체 작업 공간에서의 휴대 및 이동도 간편하게 되는 효과를 기대한다.

상기와 같은 일반적인 포터블 용접로봇에 있어서, 로봇 몸체에 모터와 서보드라이버를 탑재하고, 교시조작기는 로봇과 케이블로 연결된다. 로봇과 제어기 사이에 연결되는 통합케이블은 내부에 서보드라이버 제어용 필드버스 신호선, 교시조작기용 신호선, 서보드라이버/교시조작기 전원선, 각종 I/O 선으로 구성되어 있다. 제어기는 디지털/아날로그 입출력신호를 송수신하도록 용접기(터치센서)에 연결된다. 싱글케이블은 내부에 용접가스, 용접전류선, 와이어, 로봇전원선, 용접제어기용 필드버스 신호선 등을 구비한다.

그런데, 통상적인 포터블 용접로봇에서 제어기가 외부에 일정 거리(약 20m) 떨어져 작업자가 카트로 운반하도록 되어 있기 때문에, 특히 용접작업 현장에 배치된 로봇이 1대가 아닌 가령 10대 이상일 경우 케이블처리, 카트 문제 등은 현장 작업에 다양한 형태로 지장을 초래한다.

선행특허의 다른 예로서, 한국 공개특허공보 제2012-0033517호는 배치된 복수의 전처리 로봇과 통신 연결후 접속된 전처리 로봇의 번호에 해당되는 호스피더 및 그리트 공급장치를 연결하여 데이터 송수신을 하고, 접속된 로봇번호별 데이터 처리를 하여 전처리 로봇의 구동명령, 호스피더의 구동명령 및 그리트 공급장치의 구동명령을 하는 다수대의 로봇 통합 제어프로그램이 탑재된 하나의 제어기를 사용한다. 이에 따라, 여러 대의 제어기가 필요하지 않으므로 많은 수의 로봇을 필요로 하는 작업에 있어서의 기반비용 절감하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 방식에 의하더라도 로봇 본체와 제어기가 상호 상당한 거리로 분리되어 있기 때문에 통합케이블처리 문제, 카트운반/관리 문제가 해소되지 못하여 결국 생산성을 저하시키고 안전사고의 위험성을 증가시킨다.

1. 한국 공개특허공보 제2012-0122055호 "포터블 폴더형 용접로봇 "(공개일자 : 2102. 11. 7.) 1. 한국 공개특허공보 제2012-0033517호 "이중선체 블록 내에서 작업하는 다수 대의 전처리 로봇 제어 시스템 및 제어방법"(공개일자 : 2102. 4. 9.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 제어기를 로봇의 몸체에 부착하는 구조를 기반으로 하여 케이블 수량을 축소함에 따라 현장 작업시 제어기를 카트로 운반하거나 작업자가 케이블에 걸리는 불편과 위험성을 감소할 수 있는 제어기 일체형 포터블 용접로봇 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로봇과 부대장비를 구비하는 포터블 용접로봇 시스템에 있어서: 상기 로봇과 부대장비에 연결되는 용접제어기를 로봇 상에 탑재하고, 상기 용접제어기는 관리모드 실행기와 통신처리기를 통하여 로봇과 부대장비를 제어하여 용접작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접제어기는 교시조작기와 무선 통신으로 신호를 입출력하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접제어기는 관리모드 실행기의 입출력단에 인터페이스, 로봇언어 실행기, 경로생성기, 모션제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접제어기에는 CPU와 RAM이 임베디드보드 구조로 실장된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 복수의 로봇에 탑재되는 각각의 용접제어기는 필드버스 방식으로 동시에 제어 가능한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 제어기를 로봇의 몸체에 부착하는 구조를 기반으로 하여 케이블 수량을 축소함에 따라 현장 작업시 제어기를 카트로 운반하거나 작업자가 케이블에 걸리는 불편과 위험성을 감소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용접로봇 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 시스템에서 로봇의 주요부를 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 시스템에서 용접제어기이 주요부를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명에 따른 시스템을 사용한 용접 상태를 나타내는 구성도

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

본 발명은 로봇(10)과 부대장비(30)를 구비하는 포터블 용접로봇 시스템에 관련된다. 로봇(10)의 몸체 내부는 제어용 CPU보드(도시 생략), 모터(11), 서보드라이버(13)를 탑재하고 있다. 부대장비(30)는 용접전류와 전압을 공급하는 용접기(32), 아크 용접을 위한 불활성 가스(CO₂)를 공급하는 가스공급기(34), 용접 와이어를 보관하는 페일팩(36), 서보드라이버(13)와 후술하는 용접제어기(50)에 인가할 직류전원을 공급하는 전원공급기(42), 등으로 구성된다. 이외에 부대장비(30)는 주 와이어피더(44)를 구비하지만, 부대장비(30)의 외측으로 로봇(10) 가까이에서 와이어를 공급하는 보조 와이어피더(46)를 둘 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 로봇(10)과 부대장비(30)에 연결되는 용접제어기(50)를 로봇(10) 상에 탑재하는 방식을 택한다. 용접제어기(50)는 로봇 제어를 위한 CPU보드를 기반으로 입출력을 처리하고, 로봇언어를 해석하고, 경로를 생성하고, 실시간 네트워크 통신을 제어한다. 용접제어기(50)가 로봇(10)에 탑재됨에 따라 종래의 통합케이블이 필요 없으며, 용접제어기(50)를 운반하기 위한 카트 또한 배제할 수 있다. 종래의 통합케이블은 현장에서 사용시 열에 취약하고 현장의 충격, 낙하, 케이블 엉킴 등의 여러 문제를 유발한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 용접제어기(50)는 교시조작기(60)와 무선 통신으로 신호를 입출력하는 것을 특징으로 한다. 교시조작기(60)는 로봇(10)의 용접제어기(50)와 무선 통신을 수행하면서 작업자의 지령을 용접제어기(50)에 표시하고 용접제어기(50)의 정보를 자체 화면에 표시한다. 종래에 로봇(10)과 교시조작기(60) 사이를 유선으로 연결하는 것에 비하여, 본 발명은 무선으로 통신하도록 하여 케이블 걸림 등의 문제를 근원적으로 배제한다.

도 2에서, 로봇(10)은 모터(11)와 서보드라이버(13) 외에 비상스위치(27), 전원차단기(17), 커플러(59) 등을 구비하며 이들은 상호 전원선(21)과 통신선(23)으로 연결되어 있다. 비상스위치(27)는 서보드라이버(13) 단에 공급되는 전원을 차단하는 지령을 입력하고, 전원차단기(17)는 비상스위치(27)의 입력에 의해 전원을 차단하는 역할을 한다. 교시조작기(60)의 신호는 안테나(25)를 통하여 무선으로 용접제어기(50)에 입력된다.

이때, 용접제어기(50)는 커플러(59)를 개재하여 제1 및 제2 네트워크 라인을 지닌 통신선(23)으로 연결된다. 제1네트워크 라인은 서보드라이버(13)를 제어하기 위한 통신선로로서 모터(11)의 위치지령, 위치피드백, 브레이크제어, 각종 I/O 신호 수집 등을 랜 통신상의 패킷형태 데이터로 송수신한다. 제2네트워크 라인은 용접기(30)를 제어기하기 위한 통신선로로서 터치신호 제어, 용접전류/전압지령, 용접전류/전압 피드백, 와이어제어 등의 신호가 랜 통신상의 패킷형태 데이터로 송수신한다. 전원선(21)의 일부는 다수의 모터(11)에 인가되는 직류 전원을 제공하도록 각각의 서보드라이버(13) 마다 연결되어 있다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접제어기(50)는 관리모드 실행기(52)와 통신처리기(58)를 통하여 로봇(10)과 부대장비(30)를 제어하여 용접작업을 수행한다. 관리모드 실행기(52)는 CPU보드(도시 생략) 또는 그에 탑재되는 프로그램을 의미한다. 통신처리기(58)는 실시간 네트워크 통신 모듈을 통하여 모션 명령을 전송하고 피드백을 입력한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 용접제어기(50)는 관리모드 실행기(52)의 입출력단에 인터페이스(51), 로봇언어 실행기(53), 경로생성기(55), 모션제어기(57)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 인터페이스(51)는 디스플레이 화면과 입력 처리를 위한 버튼을 구비한다. 로봇언어 실행기(53)는 로봇 명령어를 해석하고 실행한다. 경로생성기(55)는 기구학 및 역기구학을 바탕으로 모션의 최적화 경로를 생성한다. 모션제어기(57)는 보간 모션을 생성하고 실시간 모션을 수행한다. 로봇언어 실행기(53), 경로생성기(55), 모션제어기(57)는 반드시 독립적 하드웨어 모듈에 국한되지 않고 통합적 모듈에서 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 용접제어기(50)에는 CPU와 RAM이 임베디드보드 구조로 실장된 것을 특징으로 한다. 용접제어기(50)의 CPU보드가 임베디드보드로 구성되면 CPU, RAM 이 PCB보드에 실장되므로 충격에 의해 RAM이나 HDD가 분리되는 현상이 일반 CPU보드에 비하여 현저하게 축소된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 복수의 로봇(10)에 탑재되는 각각의 용접제어기(50)는 필드버스 방식으로 동시에 제어 가능한 것을 특징으로 한다. 로봇(10)의 몸체에 탑재된 용접제어기(50)는 부대장비(30)에 싱글케이블(62)과 분기케이블(65)을 통하여 연결된다. 부대장비(30)에 마스터 제어기가 포함되는 경우 각각의 용접제어기(50)가 필드버스 방식으로 슬레이브로 연결할 수 있다. 싱글케이블(62)은 내부에 용접가스, 용접전류선, 와이어, 로봇전원선 등을 포함하도록 구성된다. 이에 따라, 각각의 용접제어기(50)의 어드레스를 이용하여 필드버스 통신할 수 있으므로 모든 로봇(10)을 동시에 작동하는 것은 물론 특정의 로봇(10)만 선택적으로 작동할 수도 있다. 물론 필드버스 통신선은 싱글케이블(62) 내에 포함되며, 궁극적으로 용접기(터치센서)와 신호 입출력을 수행한다.

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: 로봇 11: 모터
13: 서보드라이버 21: 전원선
23: 통신선 30: 부대장비
32: 용접기 34: 가스공급기
42: 전원공급기 44: 주 와이어피더
50: 용접제어기 51: 인터페이스
52: 관리모드 실행기 53: 로봇언어 실행기
55: 경로생성기 57: 모션제어기
58: 통신처리기 60: 교시조작기
62: 싱글케이블 65: 분기케이블

Claims (5)

1. 로봇(10)과 부대장비(30)를 구비하는 포터블 용접로봇 시스템에 있어서:
   상기 로봇(10)과 부대장비(30)에 연결되는 용접제어기(50)를 로봇(10) 상에 탑재하고,
   상기 용접제어기(50)는 관리모드 실행기(52)와 통신처리기(58)를 통하여 로봇(10)과 부대장비(30)를 제어하여 용접작업을 수행하되,
   상기 부대장비(30)는 용접기(32), 가스공급기(34), 전원공급기(42)를 포함하여 구성되고,
   상기 용접제어기(50)는 커플러(59)를 개재하여 제1 및 제2 네트워크 라인을 지닌 통신선(23)으로 연결되며,
   상기 용접제어기(50)는 부대장비(30)에 싱글케이블(62)과 분기케이블(65)을 통하여 연결되고,
   상기 용접제어기(50)는 교시조작기(60)와 무선 통신으로 신호를 입출력하며,
   상기 용접제어기(50)는 관리모드 실행기(52)의 입출력단에 인터페이스(51), 로봇언어 실행기(53), 경로생성기(55), 모션제어기(57)를 구비하고,
   상기 용접제어기(50)에는 CPU와 RAM이 임베디드보드 구조로 실장되며,
   상기 로봇(10)이 복수로 사용되는 경우 이에 탑재되는 각각의 용접제어기(50)는 필드버스 방식으로 동시에 제어 가능한 것을 특징으로 하는 제어기 일체형 포터블 용접로봇 시스템.
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