KR102599203B1 - 용접 와이어 관통형 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송급되는 와이어로 용접을 수행하는 로봇에 있어서: 다관절 구조로 형성되는 본체(20); 상기 본체(20) 내부의 직선 경로로 와이어를 이송하는 아암부(30); 상기 본체(20) 내부의 굽어진 경로로 와이어로 이송하는 관절부(40); 및 상기 본체(20)의 토치(22)에 탑재되어 와이어를 인출하는 엔드 이펙터(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에, 용접 와이어가 로봇 내부를 통하여 엔드 이펙터로 유도됨에 따라 와이어 무게와 장력에 의한 페이로드를 획기적으로 줄일 수 있고, 용접 와이어가 꼬임을 유발하거나 외부 장애 요소에 간섭되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

용접 와이어 관통형 로봇{Wire-Thru type welding robot}

본 발명은 용접용 로봇에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 용접용 와이어가 로봇 내부를 통하여 엔드 이펙터로 유도되므로 용접 토치 케이블용 브라켓을 필요로 하지 않는 용접 와이어 관통형 로봇에 관한 것이다.

통상적으로 피더에서 나온 용접 와이어가 로봇 팔의 외벽에 부착된 브라켓을 타고 들어와 엔드 이펙터에 달린 용접 토치에 유입되는데, 이러한 용접 와이어가 절연을 위해 두꺼운 절연층을 구비함으로 인해 실제 로봇 엔드 이펙터에 가해지는 페이로드가 증가한다.

용접로봇의 페이로드 감소와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 한국 공개특허공보 제2015-0029378호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1149953호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 로봇관절에 적용 시 모터에 슬립링을 부착하여 조인트가 회전하는 동안 케이블들이 서로 꼬이지 않게 되므로 로봇팔이 움직이는 각도 제한이 없도록 하고, 슬립링이 전력과 광통신 프로토콜을 전송할 수 있도록 하며, 모터에 연결되는 케이블 수를 줄여 로봇팔 안의 구조를 간단하게 구성하고, 전기선(DC 라인)을 공유하여 전기선을 줄인다.

선행문헌 2는 배선용 케이블들을 회전 암의 길이방향을 따르도록 한 로봇의 케이블들의 배치구조에 있어서, 케이블들을 수반하는 회전 암은 그 기단부에 위치하는 회전축체에 지지부재를 구비하고, 그 지지부재에 상기 케이블들을 통과시키는 삽입관통공이 형성된다. 이에, 용접 와이어의 송출이 원활하고 케이블류의 휘감김을 방지하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 전기선의 배선과 관련하여 경박단소의 구조를 구현할 여지는 있으나 용접 와이어의 송급과 관련되는 페이로드를 감소하기에 미흡하다.

1. 한국 공개특허공보 제2015-0029378호 "슬립링 일체형 로봇관절용 조인트 모터" (공개일자 : 2015.03.18.) 2. 한국 등록특허공보 제1149953호 "로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조 및 그것을 구비한 산업용 로봇" (공개일자 : 2006.05.12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 용접 와이어가 로봇 내부를 통하여 엔드 이펙터로 유도되어 토치와 와이어 무게 그리고 와이어 장력에 의한 페이로드를 줄이고 용접 와이어의 꼬임이나 외부 장애 요소에 대한 간섭을 방지하는 용접 와이어 관통형 로봇을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 송급되는 와이어로 용접을 수행하는 로봇에 있어서: 다관절 구조로 형성되는 본체; 상기 본체 내부의 직선 경로로 와이어를 이송하는 아암부; 상기 본체 내부의 굽어진 경로로 와이어로 이송하는 관절부; 및 상기 본체의 토치에 탑재되어 와이어를 인출하는 엔드 이펙터;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 아암부는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터, 와이어를 송급하는 송급롤러, 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 관절부는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터, 와이어를 송급하는 송급롤러, 와이어를 곡선 경로로 유도하는 가이드롤러, 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 엔드 이펙터는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터, 와이어를 송급하는 송급롤러, 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서, 와이어 인출 저항을 감소하도록 토치에 설치되는 힌지를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 아암부, 관절부, 엔드 이펙터 중 적어도 하나는 와이어의 꼬임을 방지하고 EMI를 차폐하기 위한 안내관을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접 와이어가 로봇 내부를 통하여 엔드 이펙터로 유도됨에 따라 와이어 무게와 장력에 의한 페이로드를 획기적으로 줄일 수 있고, 용접 와이어가 꼬임을 유발하거나 외부 장애 요소에 간섭되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 로봇 구조의 간소화를 도모하는 동시에 로봇 외관의 미려함을 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇을 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 로봇의 아암부를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 로봇의 관절부를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 와이어 송급 상태를 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 로봇의 엔드 이펙터를 나타내는 모식도

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

본 발명은 송급되는 와이어로 용접을 수행하는 로봇에 관하여 제안한다. 피더(15)와 연계되어 토치(22)에 용접 와이어(10)를 송급하는 방식의 용접로봇을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 도시되어 있는 용접 와이어(10)는 와이어로 약칭한다.

본 발명에 따른 본체(20)는 다관절 구조로 형성되는 구조를 지닌다. 선박의 용접에 있어서 로봇의 본체(20)는 6축이 보편적이나 여타의 축계 구조를 배제하는 것은 아니다. 다관절 구조는 다수의 아암과 관절로 연결되어 각각 직선운동 또는 회전운동을 수행한다.

또, 본 발명에 따르면 아암부(30)가 상기 본체(20) 내부의 직선 경로로 와이어를 이송한다. 아암부(30)는 외부 노출에 의한 간섭을 유발하지 않도록 수용되는 와이어를 직선 상으로 이송한다. 도 1에서 2개소의 아암부(30)가 명확히 드러나지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 아암부(30)는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터(31), 와이어를 송급하는 송급롤러(32), 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 중공형 모터(31)는 축계 구동을 위한 일체형 조인트 구조로서 중심축 상으로 일정한 직경의 관통공을 구비하여 와이어의 통과를 허용한다. 이외에 와이어 경로 상에 중공형 슬립링, 중공형 웨이브 제너레이터, 중공형 엔코더 등을 포함할 수 있다. 송급롤러(32)는 별도의 모터에 연결되고 마찰력에 의하여 이송력을 제공한다. 속도센서(35)는 와이어 이송부하를 증가시키지 않도록 비접촉 방식으로 구성한다.

또, 본 발명에 따르면 관절부(40)가 상기 본체(20) 내부의 굽어진 경로로 와이어로 이송한다. 관절부(40)는 외부 노출에 의한 간섭을 유발하지 않도록 수용되는 와이어를 굽어진 경로로 이송한다. 도 3에서 와이어가 직각으로 굽어진 경로로 이송되는 상태를 예시하지만 이에 한정되지 않는다. 도 1에서 2개소의 관절부(40)가 명확히 드러나지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 관절부(40)는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터(41), 와이어를 송급하는 송급롤러(42), 와이어를 곡선 경로로 유도하는 가이드롤러(43), 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 모터(41), 송급롤러(42), 속도센서(45)는 전술한 아암부(30)의 모터(31), 송급롤러(32), 속도센서(35)와 동일한 방식으로 설치한다. 가이드롤러(43)는 송급롤러(42)와 달리 아이들 구조를 적용할 수 있으며, 로봇 구조상 허용되는 최대의 곡률로 굽어진 경로를 유지하도록 설치된다.

또, 본 발명에 따르면 엔드 이펙터(50)가 상기 본체(20)의 토치(22)에 탑재되어 와이어를 인출한다. 엔드 이펙터(50)는 외부 노출에 의한 간섭을 유발하지 않도록 수용되는 와이어를 토치(22)를 통하여 다시 외부로 송출한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 엔드 이펙터(50)는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터(51), 와이어를 송급하는 송급롤러(52), 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서(55), 와이어 인출 저항을 감소하도록 토치(22)에 설치되는 힌지(57)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 모터(51), 송급롤러(52), 속도센서(55)는 전술한 아암부(30)의 모터(31), 송급롤러(32), 속도센서(35)와 동일한 방식으로 설치한다. 토치(22)에서 인출되는 와이어는 용접 자세, 외부 충격 등의 요인으로 요동(모멘트)을 유발할 수 있다. 이 경우 토치(22)가 힌지(57)로 연결되면 와이어의 요동에 연동하여 자세를 변동하므로 결과적으로 페이로드를 경감하는데 일조한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 로봇은 본체(20) 상에 아암부(30), 관절부(40), 엔드 이펙터(50)를 동시에 구비하므로 와이어를 송급하기 위한 동기화 제어를 요구한다. 이는 로봇의 제어기(도시 생략)가 각 부에서 속도센서(35)(45)(55)의 신호를 입력하여 송급롤러(32)(42)(52)의 출력을 변동하는 방식으로 실행된다.

다만 롤러의 마찰력이나 기타 다른 요인에 의해 아암부(30), 관절부(40), 엔드 이펙터(50), 통칭하여 관절에서 와이어 속도가 틀어지는 경우 각 관절마다 롤러 속도를 보정을 해야 한다.

보정방법의 일예를 들면, 1축, 2축, 축 3축 등등에서 와이어 속도는 관절의 위치와 각도에 관계없이 서로 같아야 한다. 그 이유는 로봇의 관절 내부에서 와이어 꼬임이 없다면 와이어가 들어가는 양과 나가는 양이 서로 같아야 하기 때문이다. 속도센서(35)(45)(55)에 의해 와이어 속도가 계산이 되면 그 값은 로봇 관절끼리 서로 공유가 된다. 공유된 속도값이 서로 차이가 난다면 현재 축의 와이어 송급롤러 속도는 이전 축의 와이어 송급롤러 속도에 동기화 된다. 공유된 속도값의 차이가 매우 작다면 그 값은 무시가 되고 보정은 이루어지지 않는다. 공유된 속도값의 차이는 사용자가 지정한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 아암부(30), 관절부(40), 엔드 이펙터(50) 중 적어도 하나는 와이어의 꼬임을 방지하고 EMI를 차폐하기 위한 안내관(25)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2 및 도 5에서 송급롤러(32)(52)를 제외한 경로상에 와이어의 통과를 허용하는 각각의 안내관(25)이 설치된 상태를 예시한다. 안내관(25)은 오작동 유발의 우려가 있는 EMI의 차폐가 가능한 소재를 사용하여 와이어보다 다소 굵은 내경으로 형성한다. 물론 도시에는 생략하나 와이어의 마찰저항을 축소하기 위해 안내관(25)의 내면에 테프론수지를 코팅할 수 있다.

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: 용접 와이어 15: 피더
20: 본체 22: 토치
25: 안내관 30: 아암부
31: 모터 32: 송급롤러
35: 속도센서 40: 관절부
41: 모터 42: 송급롤러
43: 가이드롤러 45: 속도센서
50: 엔드 이펙터 51: 모터
52: 송급롤러 55: 속도센서
57: 힌지

Claims (5)

1. 송급되는 와이어로 용접을 수행하는 로봇에 있어서:
   다관절 구조로 형성되는 본체(20);
   상기 본체(20) 내부의 직선 경로로 와이어를 이송하는 아암부(30);
   상기 본체(20) 내부의 굽어진 경로로 와이어로 이송하는 관절부(40); 및
   상기 본체(20)의 토치(22)에 탑재되어 와이어를 인출하는 엔드 이펙터(50);를 포함하되,
   상기 아암부(30)는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터(31), 와이어를 송급하는 송급롤러(32), 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서(35)를 구비하고,
   상기 관절부(40)는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터(41), 와이어를 송급하는 송급롤러(42), 와이어를 곡선 경로로 유도하는 가이드롤러(43), 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서(45)를 구비하며,
   상기 엔드 이펙터(50)는 와이어의 통과를 위한 중공을 지닌 모터(51), 와이어를 송급하는 송급롤러(52), 와이어의 송급속도를 검출하는 속도센서(55), 와이어 인출 저항을 감소하도록 토치(22)에 설치되는 힌지(57)를 구비하고,
   상기 아암부(30), 관절부(40), 엔드 이펙터(50) 중 적어도 하나는 와이어의 꼬임을 방지하고 EMI를 차폐하기 위한 안내관(25)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 관통형 로봇.
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