KR20030077176A - 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치에 관한 것으로, 로봇제어기에 의해 관절 운동이 제어되는 다관절 로봇암과, 용접 대상물에 용접 빔을 조사하는 용접헤드와, 용접헤드에 설치되어 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 검출하는 거리 검출 소자와, 거리 검출 소자로부터 인가되는 용접헤드와 용접 대상물간 거리 정보를 검출하는 신호 검출부와, 신호 검출부에 의한 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생하는 위치 제어부와, 로봇암에 설치되며 용접헤드를 이송하여 위치 조절이 가능한 이송기와, 위치 조절 신호에 따라 이송기를 구동시켜 용접헤드를 이송하는 구동부를 포함하며, 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절함으로써 로봇 운동 반경의 외부에 고정된 대상물의 용접 작업을 수행할 수 있고, 용접 작업시 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 일정하게 유지시켜 레이저 용접 품질이 향상되는 이점이 있다.

Description

용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POSITION OF WELDING HEAD IN WELDING ROBOT}

본 발명은 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절하여 용접 로봇의 반복 작업에서 발생될 수 있는 위치 오차를 최소화하도록 한 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 조립 공정과 같이 반복적인 용접 작업이 수행되는 환경에서는 다관절 용접 로봇이 채용되는데, 이러한 용접 로봇은 관절부에 고정된 용접헤드를 통하여 레이저를 대상물에 조사하여 용접 작업을 수행한다.

도 1은 종래 기술에 따른 용접 로봇의 구성도이다.

종래의 용접 로봇은, 로봇제어기(14)에 의해 관절 운동을 수행하며, 지지부(11)에 의하여 고정되어진 관절부(12)의 끝단에 부착된 용접헤드(13)를 통하여 레이저발생기(15)에서 발생된 레이저 빔이 조사된다.

그러나, 이러한 용접 로봇은 로봇이 설치된 작업 공간 내에 용접 대상물을 고정시켜 용접 작업을 수행하는데, 로봇의 관절 길이가 고정되어 있어 용접 대상물이 로봇의 운동 반경에서 다소 벗어나면 용접 작업을 수행할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 다관절 로봇을 채용함에 따라 로봇의 반복 위치 오차가 필연적으로 동반되는데, 이러한 로봇의 반복 위치 오차는 레이저 빔의 초점 위치를 변화시켜 레이저 용접의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절함으로써 로봇 운동 반경의 외부에 고정된 대상물의 용접 작업을 수행할 수 있으며 용접 작업시 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 일정하게 유지시켜 레이저 용접 품질이 향상되도록 하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 로봇제어기에 의해 관절 운동이 제어되는 다관절 로봇암과, 상기 관절 운동에 동반하며 용접 대상물에 용접 빔을 조사하는 용접헤드를 구비한 용접 로봇에 있어서, 상기 용접헤드에 설치되어 상기 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 검출하는 거리 검출 소자와, 상기 거리 검출 소자로부터 인가되는 상기 용접헤드와 용접 대상물간 거리 정보를 검출하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부에 의한 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 상기 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생하는 위치 제어부와, 상기 로봇암에 설치되며 상기 용접헤드를 이송하여 위치 조절이 가능한 이송기와, 상기 위치 조절 신호에 따라 상기 이송기를 구동시켜 상기 용접헤드를 이송하는 구동부를 포함한다.

도 1은 종래 기술에 따른 용접 로봇의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 용접 로봇의 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 이송기의 상세 구성도,

도 4는 도 2에 도시된 이송기와 용접헤드의 결합 상태를 나타낸 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 용접헤드 위치 제어 장치에 의한 용접 로봇 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : 관절부 13 : 용접헤드

21 : 이송기 22 : 운송구

23 : 거리 검출 소자 25 : 위치 제어부

26 : 신호 검출부 27 : 떨림 검출 소자

31 : 동력발생부 33 : 동력전달부

34 : 이송로

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 용접 로봇의 구성도이다.

본 발명의 용접 로봇은, 로봇제어기(14)에 의해 관절 운동을 수행하는데, 지지부(11)에 의하여 고정되어진 관절부(12)의 끝단에 이송기(21)가 설치되고, 이송기(21)에 용접헤드(13)가 결합되며, 용접헤드(13)를 통하여 레이저발생기(15)에서 발생된 레이저 빔이 조사된다.

용접헤드(13)의 끝단에 거리 검출 소자(23) 및 떨림 검출 소자(27)가 설치되어 신호 검출부(26)를 통하여 용접헤드와 용접 대상물과의 거리를 검출하며, 위치 제어부(25)는 검출된 거리 신호와 설정된 거리 신호가 차이가 발생하면 내부에 설정된 알고리즘에 의해 구동부(24)를 동작시켜 이송기(21)를 제어함으로써 로봇의 관절 운동과는 무관하게 용접헤드(13)의 위치를 조절하여 용접 대상물과의 거리 오차를 줄이게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 용접 로봇의 각 구성 요소별로 기능을 설명하면 다음과 같다.

거리 검출 소자(23)는 용접헤드(13)의 끝단에 설치되어 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리를 측정하며, 떨림 검출 소자(27)는 용접헤드(13)의 끝단에 설치되어 용접헤드(13)의 떨림 정도를 측정하고, 신호 검출부(26)는 거리 검출 소자(23)와 떨림 검출 소자(27)로부터 용접헤드(13)의 떨림 정보 및 용접헤드(13)와 용접 대상물간 거리 정보를 검출한다.

위치 제어부(25)는 신호 검출부(26)에 의해 검출된 떨림 정보에 의거하여 산출한 용접헤드(13)의 떨림양(떨림 정도)과 기 설정된 기준 떨림양을 비교하여 그 비교 결과에 따라 선택적으로 위험 경보 신호를 발생하며, 신호 검출부(26)에 의해검출된 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 용접헤드(26)와 용접 대상물과의 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생한다.

이송기(21)는 용접 로봇의 관절부(12), 즉 로봇암에 설치되어 용접헤드(13)를 이송하여 위치를 조절함으로써 용접 대상물과의 이격거리를 조정하며, 구동부(24)는 위치 제어부(25)의 위치 조절 신호에 따라 이송기(21)를 구동시킨다.

도 3에 도시된 이송기(21)의 상세 구성도와 도 4에 도시된 이송기(21)와 용접헤드(13)의 결합 상태를 나타낸 구성도를 참조하면, 이송기(21)의 상세 구성을 알 수 있다.

이송기(21)는 용접헤드(13)의 위치 조절을 위한 이송로(34)와, 일측에 용접헤드(13)가 결합된 상태로 이송로(34)상에서 유동이 가능하게 설치된 운반구(22)와, 구동부(24)에 의하여 구동되어 동력을 발생하는 동력발생부(31)와, 상기 동력을 운반구(22)에 전달하여 이송로(34)상에서 유동되게 하는 동력전달부(33)로 구성된다.

동력전달부(33)는 동력발생부(31)에 의하여 회전되는 피니언과 운반구(22)에 일체로 결합된 상태로 상기 피니언에 물림 결합된 랙으로 구현할 수 있고, 동력발생부(31)에 의하여 발생된 회전력의 속도를 저하시키는 감속기어를 더 포함시킬 수 있으며, 이러한 경우에는 상기 감속기어가 상기 피니언과 물림 결합된다. 동력발생부(31)는 정회전 및 역회전이 가능한 리니어 모터로 구현할 수 있다.

도면에는 도시 생략하였으나 위치 제어부(25)에서 위험 경보 신호가 발생되면 경보음 또는 경보등을 통해 외부로 알리는 위험 경보부가 더 포함되며, 도 3 및도 4의 미설명 참조부호 32는 운반구(22)의 이동을 제한하여 운반구(22)가 이송로(34)의 외부로 이탈되는 것을 방지하는 고정판으로서, 이 두 개의 고정판간 이격거리가 이송기(21)의 스트로크를 결정한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치의 동작 과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 용접 로봇이 용접 작업을 수행하면 떨림 검출 소자(27)는 용접헤드(13)의 떨림 정도를 측정하며, 측정된 떨림 정보는 신호 검출부(26)를 통해 위치 제어부(25)로 전달된다.

위치 제어부(25)는 신호 검출부(26)에 의해 검출된 떨림 정보에 의거하여 산출한 용접헤드(13)의 떨림양(떨림 정도)과 기 설정된 기준 떨림양을 비교하여 검출된 떨림양이 설정값보다 작으면 용접 작업을 위한 다음의 제어 과정을 수행하나, 기준 조건을 만족하지 않으면 위험 경보 신호를 발생한다. 그러면 위험 경보부가 동작하여 경보음을 발생시키거나 경보등을 등화시켜 외부에 위험 상황을 알린다(S51, S56).

한편, 용접헤드(13)의 떨림양이 기준 조건을 만족하면 거리 검출 소자(23)는 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리를 측정하며, 측정된 이격거리 정보는 신호 검출부(26)를 통해 위치 제어부(25)로 전달된다(S52).

위치 제어부(25)는 신호 검출부(26)에 의해 검출된 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값을 비교하며, 그 비교 결과에 따라 용접헤드(26)와 용접 대상물과의 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생한다(S53).

이에 따라, 구동부(24)는 이송기(21)를 구동시키며 이송기(21)의 이송로(34)를 따라 운송구(22)가 이동되어 용접헤드(26)와 용접 대상물과의 이격거리가 조절된다.

일예로, 동력발생부(31)로서 리니어 모터가 적용된 경우에, 검출 거리값이 기설정된 기준 거리값보다 크면 위치 제어부(25)는 위치 조절 신호로서 모터 정회전 제어신호를 출력하며, 구동부(24)는 리니어 모터를 정회전시킨다(S54).

리니어 모터가 정회전되면 동력전달부(33)에 의해 전달된 동력에 의하여 운반구(22)는 이송로(34)상에서 전진하며, 이로서 운반구(22)에 결합된 용접헤드(13)가 용접 대상물쪽으로 근접되어 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리가 감소된다.

아울러, 검출 거리값이 기설정된 기준 거리값보다 작으면 위치 제어부(25)는 위치 조절 신호로서 모터 역회전 제어신호를 출력하며, 구동부(24)는 리니어 모터를 역회전시킨다(S57).

그러면, 동력전달부(33)에 의해 전달된 동력에 의하여 운반구(22)는 이송로(34)상에서 후진하며, 이로서 운반구(22)에 결합된 용접헤드(13)가 용접 대상물 반대쪽으로 멀어져 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리가 증가된다.

또한, 위치 제어부(25)는 검출 거리값과 기설정된 최소 거리값을 비교하는 연산을 수행하며, 검출 거리값과 최소 거리값이 일치하면 위험 경보 신호를 발생시키며, 이로서 위험 경보부가 동작하여 경보음을 발생시키거나 경보등을 등화시켜 외부에 위험 상황을 알린다(S55, S56).

상기에서는 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절함으로써 로봇 운동 반경의 외부에 고정된 대상물의 용접 작업을 수행할 수 있으며, 용접 작업시 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 일정하게 유지시켜 레이저 용접 품질이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 로봇제어기에 의해 관절 운동이 제어되는 다관절 로봇암과, 상기 관절 운동에 동반하며 용접 대상물에 용접 빔을 조사하는 용접헤드를 구비한 용접 로봇에 있어서,

   상기 용접헤드에 설치되어 상기 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 검출하는 거리 검출 소자와,

   상기 거리 검출 소자로부터 인가되는 상기 용접헤드와 용접 대상물간 거리 정보를 검출하는 신호 검출부와,

   상기 신호 검출부에 의한 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 상기 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생하는 위치 제어부와,

   상기 로봇암에 설치되며 상기 용접헤드를 이송하여 위치 조절이 가능한 이송기와,

   상기 위치 조절 신호에 따라 상기 이송기를 구동시켜 상기 용접헤드를 이송하는 구동부를 포함하는 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이송기는

   상기 용접헤드의 위치 조절을 위한 이송로와,

   일측에 상기 용접헤드가 결합된 상태로 상기 이송로상에서 유동이 가능하게설치된 운반구와,

   상기 구동부에 의하여 구동되어 동력을 발생하는 동력발생부와,

   상기 동력을 상기 운반구에 전달하여 상기 이송로상에서 유동되게 하는 동력전달부를 포함하는 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 동력전달부는,

   상기 동력발생부에 의하여 회전되는 피니언과, 상기 운반구에 일체로 결합된 상태로 상기 피니언에 물림 결합된 랙을 포함하는 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 동력전달부는,

   상기 동력발생부에 의하여 발생된 회전력의 속도를 저하시키는 감속기어를 더 포함하며, 상기 감속기어가 상기 피니언과 물림 결합된 것을 특징으로 한 용접 로봇의 용접 헤드 위치 제어 장치.