KR102420935B1 - 용접로봇용 흄 집진호스 핸들링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접로봇에서 발생하는 흄을 집진호스로 핸들링하는 장치에 있어서: 상기 집진호스(20)의 하단에 인접하여 외면에 고정되는 피동로드(25); 상기 용접로봇(10)의 링크의 외면에 구동로드(31)를 지지하고, 상기 구동로드(31)의 관절운동을 유발하는 구동모터(35)를 탑재하며, 피동로드(25)와 힌지블록(37)을 개재하여 연결되는 구동부재(30); 및 상기 집진호스(20)가 설정된 자세로 유지되도록 구동모터(35)를 제어하는 제어기(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 용접로봇으로 작업하는 과정에서 용접부와 적절한 근거리 유지 및 호스 입구의 평행 유지가 가능하여 생력화에 의한 생산성 향상은 물론 원활한 배기와 집진 효율 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

용접로봇용 흄 집진호스 핸들링 장치 {Apparatus for handling hume dust collecting hose of welding robot}

본 발명은 용접 로봇에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 선체를 로봇으로 용접하는 과정에서 발생하는 흄을 제거하기 위한 용접 로봇용 흄 집진호스 핸들링 장치에 관한 것이다.

선박의 이중 선체 내부를 용접하기 위해서 수십대의 작업용 포터블 로봇을 사용하지만, 용접 흄에 대한 특별한 대책이 없이 블록 단위의 배기 방식을 적용하고 있다. 이 방식은 상선 등 일반 강으로 이루어진 블록에서는 흄의 독성이 상대적으로 낮아 어느 정도 유효하나 고망강간으로 이루어진 블록을 작업할 때는 흄의 독성이 높아 작업자들이 작업을 기피하고 작업 이후 고통을 호소하기도 한다. 따라서 로봇에 대한 의존도가 점점 증대하고 있다.

용접로봇에 있어서도 로봇의 작업 부위 근처에서 국소 배기는 이루어지는 것이 좋다. 효율적인 배기를 위해서는 최소한 직경 200mm 정도의 배기 호스를 적용해야 하는데 종래와 같이 로봇의 특정 부위에 고정하는 방식으로는 효과적인 배기를 기대하기가 어렵다. 특히 고망간강 블록은 자석을 이용한 고정장치를 적용하는 것도 불가능하여 심지어는 사람이 손으로 호스를 근처에 위치하도록 조종함으로 인하여 오히려 생산성이 떨어지는 결과도 초래한다.

이와 관련하여 하기의 한국 등록특허공보 제0265440호, 한국 등록특허공보 제1509062호 등이 특허문헌을 참조할 수 있다.

전자는 용접 건의 몸통부 소정의 위치에 호스의 단부가 견착된 에어 호스; 용접 건의 에어 호스에 설치하여 에어를 조절하는 에어 개폐 밸브 스위치; 에어 호스의 단부 내경에 삽설된 이중 원통관; 등을 포함한다. 이에, 에어를 분사하여 작업자의 안전사고 예방과 작업성 향상을 기대한다.

후자는 일측의 내부로 분기부재가 끼워지면서 타측에 용접건이 연결되는 연결호스; 일측의 내부로 분기부재가 끼워지면서 타측에 에어발생장치가 연결되는 에어호스; 호스 간의 서로 겹쳐진 결합부위를 밀봉하는 클램프; 등으로 구성된다. 이에, 작업성과 작업 정밀도를 향상시키는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 특허문헌에 의하면 관절운동을 구현하는 용접로봇의 링크에 적용하기에 한계성을 드러내고 있다.

한국 등록특허공보 제0265440호 "에어 호스를 장착하여 작업성을 개선한 스폿 용접기" (공개일자 : 1999.07.15.) 한국 등록특허공보 제1509062호 "PVC 용접기용 호스" (공개일자 : 2015.03.11.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박의 고망강간으로 이루어진 블록을 로봇으로 용접하는 과정에서 용접부와 적절한 근거리를 유지하면서 호스 입구를 바닥과 평행하게 유지하는 용접 로봇용 흄 집진호스 핸들링 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용접로봇에서 발생하는 흄을 집진호스로 핸들링하는 장치에 있어서: 상기 집진호스의 하단에 인접하여 외면에 고정되는 피동로드; 상기 용접로봇의 링크의 외면에 구동로드를 지지하고, 상기 구동로드의 관절운동을 유발하는 구동모터를 탑재하며, 피동로드와 힌지블록을 개재하여 연결되는 구동부재; 및 상기 집진호스가 설정된 자세로 유지되도록 구동모터를 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 구동부재는 구동로드의 근위부 및 원위부 사이를 구동모터로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 원위부는 용접로봇의 제3축을 구성하는 관절모터의 외면에 직각으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 힌지블록은 베어링을 개재하여 피동로드와 상대운동 가능하게 결합되고, 외부 충격에 대응하여 탄성적 변위와 복귀를 유발하는 탄성체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기는 집진호스의 경사를 검출하는 경사센서, 집진호스의 충격을 검출하는 충격센서, 관절모터와 구동모터의 회전을 검출하는 엔코더에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접로봇으로 작업하는 과정에서 용접부와 적절한 근거리 유지 및 호스 입구의 평행 유지가 가능하여 생력화에 의한 생산성 향상은 물론 원활한 배기와 집진 효율 향상을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 수평용접을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 수직용접을 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제어기 회로를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 작동 상태를 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 장치의 간섭 회피를 나타내는 구성도

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

본 발명은 용접로봇에서 발생하는 흄을 집진호스로 핸들링하는 장치에 관하여 제안한다. 선박의 이중 선체 내부를 용접하기 위한 포터블 용접로봇(10)을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에서 집진호스(20)는 플렉시블 호스로 구성된다. 집진호스(20)는 용접영역에서 상측으로 브라켓을 개재하여 지지되고 하방향으로 용접로봇(10)까지 자유단으로 유도된다. 집진호스(20)는 상측에서 하측까지 충분한 길이로 설치되어 용접로봇(10)의 토치에서 발생하는 흄을 배출한다.

본 발명에 따르면 상기 집진호스(20)의 하단에 인접하여 외면에 피동로드(25)가 고정되는 구조를 이루고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 집진호스(20)의 하단 부근에 피동로드(25)가 고정된 상태를 나타낸다. 피동로드(25)는 집진호스(20)의 반경방향을 향하도록 대략 직각으로 고정된다. 피동로드(25)와 집진호스(20)의 고정은 착탈 가능한 방식을 적용하는 것이 바람직하다. 후술하는 것처럼 용접로봇(10)의 수평용접이나 수직용접 과정에서 피동로드(25)는 대략 수평자세를 유지한다.

또한, 본 발명에 따르면 구동부재(30)가 상기 용접로봇(10)의 링크의 외면에 구동로드(31)를 지지하고, 상기 구동로드(31)의 관절운동을 유발하는 구동모터(35)를 탑재하며, 피동로드(25)와 힌지블록(37)을 개재하여 연결된다.

도 1 및 도2에서, 구동부재(30)를 구성하는 구동로드(31), 구동모터(35), 힌지블록(37) 등이 나타난다. 구동로드(31)는 용접로봇(10)의 특정 링크에 대략 직각을 유지하도록 고정된다. 구동모터(35)는 구동로드(31)에 장착되고 자세 변동을 유발하여 이에 연결되는 피동로드(25)와 집진호스(20)의 자세를 유지한다. 힌지블록(37)은 피동로드(25)와 구동로드(31)를 연결하는 부분에 설치된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 구동부재(30)는 구동로드(31)의 근위부(32) 및 원위부(33) 사이를 구동모터(35)로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1에서, 구동부재(30)의 구동로드(31)를 구성하는 근위부(32) 및 원위부(33)가 나타난다. 근위부(32)는 용접로봇(10)의 특정 링크에 고정되는 부분이고 원위부(33)는 근위부(32)의 단부에 구동모터(35)를 개재하여 연결되는 부분이다. 집진호스(20)의 피동로드(25)는 구동로드(31)의 원위부(33)에 연결된다. 구동로드(31)와 구동모터(35)는 1자유도 형태의 모션을 구현한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 원위부(33)는 용접로봇(10)의 제3축을 구성하는 관절모터(15)의 외면에 직각으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2에서, 구동로드(31)는 용접로봇(10)의 제3축의 관절모터(15)에 고정된 상태를 나타낸다. 용접로봇(10)은 5축 내지 6축이 선호되지만 이에 한정되지 않는다. 용접로봇(10)의 제1축의 모터는 몸체에 탑재되어 제1링크(11)를 구동하고, 제2축의 관절모터(15)는 제1링크(11)의 말단에 탑재되어 제2링크(12)를 구동하고, 제3축의 관절모터(15)는 제2링크(12)의 말단에 탑재되어 제3링크를 구동한다. 제1축 및 제2축은 구동로드(31)의 모션 변위가 너무 좁아 적용하기 곤란하고, 제4축 이상은 구동로드(31)의 모션 변위가 너무 넓어 연산이 복잡화된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 힌지블록(37)은 베어링을 개재하여 피동로드(25)와 상대운동 가능하게 결합되고, 외부 충격에 대응하여 탄성적 변위와 복귀를 유발하는 탄성체(38)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1에서, 힌지블록(37)은 기본적으로 베어링을 탑재하여 피동로드(25)를 회전 가능하게 지지한다. 피동로드(25)는 집진호스(20)에 고정되어 실질적으로 회전하지 않으나 힌지블록(37)을 통하여 구동로드(31)와 상대운동이 가능하다. 피동로드(25)와 구동로드(31) 사이에 힌지블록(37)이 조인트 형태로 연결되지만 근본적으로 하나의 구동모터(35)를 통한 1자유도 제어가 수행된다.

이때, 명확하게 도시하지 않으나 힌지블록(37)은 베어링과 동심상으로 탄성체(38)를 구비하는 것이 바람직하다. 탄성체(38)는 토션스프링으로 구성할 수 있으며 피동로드(25)가 힌지블록(37)에 대한 정위치를 유지하면서 외부 충격에 대응하여 순간적인 탄성변형도 허용한다.

또한, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 집진호스(20)를 설정된 자세로 유지하도록 구동모터(35)를 제어하는 구조를 이루고 있다.

도 3을 참조하면, 제어기(40)가 용접로봇(10)의 관절모터(15)는 물론 구동모터(35)에 연결된 상태를 나타낸다. 제어기(40)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 갖춘 마이컴 회로로 구성된다. 제어기(40)는 용접로봇(10)의 수평용접 및 수직용접에 대응하여 외부의 서버(도시 생략)로부터 받은 피용접부의 정보를 활용할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(40)는 집진호스(20)의 경사를 검출하는 경사센서(41), 집진호스(20)의 충격을 검출하는 충격센서(43), 관절모터(15)와 구동모터(35)의 회전을 검출하는 엔코더(45)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

도 3에서, 제어기(40)의 입력인터페이스에 연결되는 경사센서(41), 충격센서(43), 엔코더(45) 등이 나타난다. 경사센서(41)는 집진호스(20)가 수직선을 기준으로 기울어지는 정도를 검출하도록 설치된다. 충격센서(43)는 집진호스(20)가 피용접부나 용접로봇(10)과 충돌하는 간섭을 검출하도록 설치된다. 엔코더(45)는 각축의 관절모터(15)는 물론 구동모터(35)에도 설치된다.

도 4를 참조하면, 제어기(40)가 용접로봇(10)의 특정 링크의 각도 값에 대하여 구동모터(35)를 상대적인 값으로 자동으로 회전시켜 집진호스(20)를 수직 자세로 유지하는 상태를 나타낸다. 도 4(a)와 같은 수평용접에서 용접로봇(10)의 링크 자세에 대응하여 근위부(32)와 원위부(33)의 각도를 변동시킨다. 도 4(b)와 같은 수직용접에서도 용접로봇(10)의 링크 자세에 대응하여 근위부(32)와 원위부(33)의 각도를 변동시킨다. 어느 경우에나 집진호스(20)의 입구가 블록 바닥(용접 작업 부위)과 평행하게 되도록 하므로 흄의 배출이 원활하다.

물론 용접로봇(10)의 작업 방식에 따라 구동모터(35)를 제어하는 입력 함수를 다양하게 적용 가능하다.

도 5를 참조하면, 협소한 작업 공간에서 집진호스(20)가 간섭되는 경우에 대비하는 작동을 나타낸다. 도 5(a)처럼 집진호스(20)가 간섭되지 않는 경우 정상적인 모드로 가동된다. 도 5(b)처럼 집진호스(20)가 간섭되고 제어기(40)가 경사센서(41)와 충격센서(43)의 신호로 허용범위를 벗어난 것으로 인지하면 관절모터(15) 그리고/또는 구동모터(35)를 설정된 보정 알고리즘으로 가동한다. 그러나, 집진호스(20)의 충격치와 기울어짐이 허용범위 이내인 경우 힌지블록(37)의 탄성체(38)가 이를 흡수하므로 보정 알고리즘은 실행되지 않는다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 용접로봇 11, 12: 링크
15: 관절모터 20: 집진호스
25: 피동로드 30: 구동부재
31: 구동로드 32: 근위부
33: 원위부 35: 구동모터
37: 힌지블록 38: 탄성체
40: 제어기 41: 경사센서
43: 충격센서 45: 엔코더

Claims (5)

1. 용접로봇에서 발생하는 흄을 집진호스로 핸들링하는 장치에 있어서:
   상기 집진호스(20)의 하단에 인접하여 외면에 고정되는 피동로드(25);
   상기 용접로봇(10)의 링크의 외면에 구동로드(31)를 지지하고, 상기 구동로드(31)의 관절운동을 유발하는 구동모터(35)를 탑재하며, 피동로드(25)와 힌지블록(37)을 개재하여 연결되는 구동부재(30); 및
   상기 집진호스(20)가 설정된 자세로 유지되도록 구동모터(35)를 제어하는 제어기(40);를 포함하되,
   상기 구동부재(30)는 구동로드(31)의 근위부(32) 및 원위부(33) 사이를 구동모터(35)로 연결하여 구성되고,
   상기 원위부(33)는 용접로봇(10)의 제3축을 구성하는 관절모터(15)의 외면에 직각으로 연결되며,
   상기 힌지블록(37)은 베어링을 개재하여 피동로드(25)와 상대운동 가능하게 결합되고, 외부 충격에 대응하여 탄성적 변위와 복귀를 유발하는 탄성체(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 용접로봇용 흄 집진호스 핸들링 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기(40)는 집진호스(20)의 경사를 검출하는 경사센서(41), 집진호스(20)의 충격을 검출하는 충격센서(43), 관절모터(15)와 구동모터(35)의 회전을 검출하는 엔코더(45)에 연결되는 것을 특징으로 하는 용접로봇용 흄 집진호스 핸들링 장치.

Images