KR20090074876A - 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 로봇으로 이루어진 러그전용 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러그 용접장치에 관한 것으로서, 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 로봇으로 이루어진 러그 전용 용접장치에 관한 것으로서, 주행장치와 조향장치가 설치되는 하부대차와; 상기 하부 대차의 상부에 캡 형태의 프레임이 탑재되어 중앙 하부에 용접로봇을 매달아 설치하기 위한 상부 대차와; 상기 상부 대차에 거꾸로 매달린 형태로 고정설치되는 다관절 용접 로봇과; 대차 제어반 및 로봇 제어반과; 상기 상부 대차와 하부 대차 사이를 힌지에 의해 결합시키고 복수의 스프링에 의해 상/하부 대차 사이를 탄력 지지하는 완충장치와; 작업시 상부 대차를 상기 하부 대차에 고정시키기 위한 복수개의 스토퍼용 실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

대차, 용접로봇, 러그, 거꾸로 매달린 로봇, 제자리 조향, 레이저

Description

자유이동 대차와 거꾸로 고정된 로봇으로 이루어진 러그 전용 용접장치{Lug welding robot system composed of over hanging installed with movable cart}

본 발명은 러그 전용 용접장치에 관한 것으로서, 특히 제한된 면적의 선체 사이드 쉘 블럭(side shell block)의 주판 위를 자유 이동하고 러그 사이를 통과하면서 용접을 하는 로봇 운반 자유이동 대차와, 상기 대차에 거꾸로 고정된 로봇으로 구성된 러그 전용 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 조선소에서 선박 건조와 같이 대형 철구조물을 제작하는 작업 현장에서는 작업 능률의 향상을 위하여 철구조물을 블록 단위로 가공하게 되며, 이에 철구조물 블록에 여타의 부속물을 용접하는 작업이 빈번하게 수행된다.

이러한 용접 작업은 작업 생산성을 높이기 위해 로봇 시스템으로 구현되는 추세이나, 특히 다양한 작업 조건을 가지는 조선소에서는 부단한 노력에도 불구하고 아직까지도 수작업에 의존하는 공정이 다수 존재한다.

이와 같은 수작업 공정의 잔존은 생산성을 제고하는데 있어서 걸림돌이 되고 있으며, 이 중에서 철구조물 블록의 하부에 특정 부속물을 수작업으로 용접할 경우에는 오버헤드(overhead) 자세로 용접을 수행하게 되므로 작업 능률이 매우 저조하여 생산성의 제고를 지향하는 입장에서는 크나큰 제약이 되고 있다.

이에 따라, 수작업에 의해 작업 능률이 저조하고 특히 아래 보기 용접이 불가능하여 모든 용접 공정이 오버헤드 자세로 수행되므로 작업의 피로도가 배가되었으며, 이는 생산성의 저하로 직결됨은 물론이고 작업 특성상 위험성이 매우 높은 문제점이 있었다.

한편, 종래의 자동 용접 장치는, 용접 로봇을 이동이 가능한 대차에 탑재하는데, 대차의 상면이나 앞뒤면에 용접로봇이 설치된다. 그런데, 종래의 대차는 제자리에서 방향을 회전시킬 수 있는 수단 즉, 제자리 조향수단이 없어서 방향조절이 쉽지 않고, 로봇이 상부 또는 앞뒤나 측면에 설치되어 있으므로 로봇의 작업 반경이 제한된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전동식 대차를 제공하여 용접 로봇을 탑재하여 원하는 위치로 손쉽게 이동할 수 있도록 한 용접 대차를 제공하고, 상기 용접 대차에 거꾸로 매달린 용접 로봇이 꺼꾸로 매달린 형태의 러그 전용 용접장치를 제공한다.

본 발명은 대차로 원하는 어느 위치에도 갈 수 있도록 하고, 대차에 용접기, 제어기 등을 탑재하여 기동성을 높이며, 대차 1회 셋팅으로 전체 러그 용접(리브 브라켓 포함) 작업이 가능하도록 하는 러그 용접 대차와 그 용접 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 다관절 용접 로봇을 대차에 거꾸로 매달린 형태로 설치함으로써, 상하부 및 측방향의 용접 작업이 가능하도록 구성하여 작업 영역을 넓히도록 한 용접 장치를 제공하기 위한 것이다.

두개의 프레임으로 분리되고, 각 프레임마다 2개씩의 휠 축이 설치되어 두 프레임에서 대각방향에 하나의 구동 바퀴와 하나의 종동 바퀴가 설치되는 주행장치와, 각 휠 축마다 각각 설치되어 바퀴 별로 조향이 가능하도록 한 조향장치가 설치되는 하부대차와;

상기 하부 대차의 상부에 캡 형태의 프레임이 탑재되어 중앙 하부에 용접로봇을 매달아 설치하기 위한 상부 대차와;

상기 상부 대차의 중앙 하부에 거꾸로 매달린 형태로 고정설치되는 다관절 용접 로봇과;

상기 상부 대차의 일측 및 타측 상부에 설치되어 상기 하부대차의 주행 및 조향 제어를 하는 대차 제어반 및 상기 용접로봇을 제어하는 로봇 제어반과;

상기 상부 대차와 하부 대차 사이를 힌지에 의해 결합시키고 복수의 스프링에 의해 상/하부 대차 사이를 탄력 지지하는 완충장치와;

상기 상부 대차에 설치되어 작업시 상부 대차를 상기 하부 대차에 고정시키기 위한 복수개의 스토퍼용 실린더를 포함하여 구성된다.

상기 하부대차는,

하부 대차의 뼈대를 이루는 2개로 분리된 프레임과, 상기 각 프레임에 각각 두개 씩 휠축이 설치되고, 서로 대각 방향으로 배치되는 휠 축에 구동모터에 의해 구동되는 구동바퀴 및 구동모터 없이 설치되는 종동바퀴와; 상기 프레임에 고정설치되는 조향모터 및 조향모터의 회전동력을 전달하여 각 휠축을 회전시켜 조향하는 체인 및 조향기어부로 이루어진 조향장치와; 각 휠 축의 조향 정위치 상태를 검출하는 조향 정위치 센서와; 상기 각 휠 축의 모서리에 설치되어 추락방지를 위한 허공을 감지하는 허공감지센서를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 러그 용접 대차는 전동바퀴로 움직이는 다리가 긴 대차와 대차 천정에 거꾸로 고정되어 있는 다관절 로봇으로 구성되어 평면을 자유로이 움직 이며 수평으로 취부되어 있는 러그를 자동 용접할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 네 바퀴를 모두 조향이 가능하고, 러그 특정위치에 정지하여 용접작업을 수행할 수 있으며, 특히 정지상태에서 바퀴를 0도 에서 45도 90도 회전하여 전후행, 횡행, 사선, 선회운동를 조합하여 대차를 운전할 수 있는 효과가 있다.

또한, 작업대상 크기에 따라 다른 레이저 포인터를 이용하여 로봇 작업기준점을 설정하여 대차의 위치를 정확히 인지하고 러그와 러그 사이를 이동 및 용접 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 대차를 상부와 하부로 나눈 구조에서 그 사이에 힌지와 스프링으로 구성된 완충장치를 설치함으로써, 대차를 포함하는 용접로봇을 크레인으로 이동시켜 원하는 위치에 안착시킬때 충격을 흡수하여 고장을 방지하고, 실린더를 이용해 작업시 고정하게 하여 안정된 용접작업이 가능한 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 자가주행 대차에 거꾸로 매달린 용접로봇이 구비된 러그용접 장치 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 일측 방향에서 바라본 러그 용접 장치의 상하부 대차 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 러그 용접장치 대차의 평면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 러그 용접 장치의 일측 구성도이다. 도 5는 본 발명에 의한 러그 용접 장치의 레이저 프로젝터를 이용한 대차위치 검출 개요도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 자가주행 대차에 거꾸로 매달린 용접로봇이 구비된 러그용접 장치는,

두개의 프레임(110;110a, 110b)으로 분리되고, 각 프레임(110a, 110b)마다 2개씩의 휠 축이 설치되어 하나의 구동 바퀴(120a)와 하나의 종동 바퀴(120b)가 설치되는 주행장치(120)와, 각 휠 축마다 각각 설치되어 바퀴 별로 조향이 가능하도록 한 조향장치(130)가 설치되는 하부대차(100)와;

상기 하부 대차(100)의 상부에 캡 형태의 프레임이 탑재되어 중앙 하부에 용접로봇을 매달아 설치하기 위한 상부 대차(200)와;

상기 상부 대차(200)의 중앙 하부에 거꾸로 매달린 형태로 고정설치되는 다관절 용접 로봇(300)과;

상기 상부 대차(200)의 일측 및 타측 상부에 설치되어 상기 하부대차(100)의 주행 및 조향 제어를 하는 대차 제어반(400) 및 상기 용접로봇(300)을 제어하는 로봇 제어반(500)과;

상기 상부 대차(200)와 하부 대차(100) 사이를 힌지(210)에 의해 결합시키고 복수의 스프링(230)에 의해 상/하부 대차 사이를 탄력 지지하는 완충장치와;

상기 상부 대차(200)에 설치되어 작업시 상부 대차(200)를 상기 하부 대차(100)에 고정시키기 위한 복수개의 스토퍼용 실린더(230)를 포함하여 구성된다.

상기 하부대차(100)는,

하부 대차(100)의 뼈대를 이루는 2개로 분리된 프레임(110; 110a, 110b)과; 상기 각 프레임(110a, 110b)에 각각 두개 씩 설치되는 휠축이 설치되고, 서로 대각 방향으로 배치되는 휠축에 구동모터(121)에 의해 구동되는 구동바퀴(120b) 및 구동모터 없이 설치되는 종동바퀴(120b)와; 상기 프레임(110)에 고정설치되는 조향모터(131) 및 조향모터(131)의 회전동력을 전달하여 각 휠축을 회전시켜 조향하는 체임 및 조향기어부(132)로 이루어진 조향장치(130)와; 각 휠 축의 조향 정위치 상태를 검출하는 조향 정위치 센서(140)와; 상기 각 휠 축의 모서리에 설치되어 추락방지를 위한 허공을 감지하는 허공감지센서(150)와; 대차를 러그에 위치시킬 때 러그와 러그 사이의 위치를 검출하여 대차의 주행 및 조향 제어를 위한 위치 검출용 복수의 레이저(160)를 포함하여 구성된다.

상기 상부대차(200)는, 상기 하부대차(100)의 두개의 프레임(110a, 110b)의 상부에 탑재되어 캡 형태의 뼈대를 이루고 상부 중앙에 용접 로봇(300)을 거꾸로 매달아 설치하기 위한 상부대차 프레임(201)과, 상기 하부 대차(100)의 프레임(110;110a, 110b)에 각각 결합되는 복수의 힌지(210)와, 상하부 대차 사이에 결합되어 탄력지지하는 복수개의 스프링(220)과, 상부대차(200)를 하부 대차(100)에 고정시키기 위한 복수의 스토퍼용 실린더(230)와, 용접로봇의 접지를 위한 접지 실린더(240)를 포함하여 구성된다. 여기서 201은, 용접로봇(300)을 거꾸로 메달아 결합시키기 위한 위치를 나타낸다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 용접 로봇 대차는,

러그 용접 로봇 대차를 움직여 러그 중앙에 위치시키도록 한다. 이때, 상기 레이저(160) 포인터로 러그의 특정 모서리를 기준으로 맞추어 작업한다..

하부대차(100)는 서로 대각 방향에 설치되는 2개의 주행모터(121)에 의해 구동되는 2개의 구동 바퀴(120a)와, 모터가 없는 2개의 종동바퀴(120b)에 의해 자가 주행이 가능하고, 각 휠축에 설치되는 조향장치(130)는 4개의 바퀴가 각각 제자리에서 조향이 가능한 구성이다. 상기 주행모터(121)는, 각각 후방 주행모터와 전방주행모터로 구분되며, 후방 주행모터는 전방 주행모터와 동기하여 대차의 전후진 기능을 담당하는 모터로서 유도 모터를 사용한다. 이와 같이 후방 주행모터와 전방 주행모터는 대차의 양 대각선에 위치하여 서로 동기하여 구동되며, 대차의 전후진 주행을 담당한다.

상기 조향 모터(131)는 대차의 휠의 조향 기능을 담당하는 것으로서, 서보 모터를 사용하고, 대차 휠과는 밸트 및 조향기어부(132)로 동력을 전달하여 조향을 제어하도록 구성되며, 상기 4개의 조향 모터(131)의 각 회전 펄스신호를 검출하여 대차 콘트롤러(400)가 입력받아 조향 설정치와 일치되도록 조향 모터(131)들을 각각 제어하여 조향 제어를 하게 된다.

상기 조향 정위치 센서(140)는 각 휠축의 정위치 상태를 검출할 수 있도록 대차의 휠축 지지 프레임에 설치되며, 조향 정위치시 센서가 동작하여 정위치를 검출하게 되면, 대차 콘트롤러(400)가 정위치값으로 인지하여 조향각도를 제어하게 함과 아울러 작업자로 하여금 조향이 원점에 위치해 있다는 것을 알리도록 한다. 상기 조향 정위치 센서는 광전 센서를 사용하며, 대차 모서리에 설치된다.

조향제어는 횡행(90도)/주행(0도)/회전(45도) 대차의 휠을 제자리에서 변경 시키기 위해 아날로그 펄스를 이용한 엔코더 방식을 사용할 경우 90도/0도/45도에 해당하는 펄스수를 계산하여 실시간적으로 비교하여 제어하며, 이럴 경우 4개의 휠에 같은 펄스가 들어왔다고 가정하더라도 휠 4개가 정확히 맞지 않아 추가적인 교정을 위한 프로그램 수정이 요구된다. 이 과정을 조향 정위치 센서인 광전센서를 이용하여 모드 변환시에는 펄스 입력을 무시하고, 광전센서가 동작시때까지 조향모터를 동작하도록 하였으며, 그 외 모드 변환 후 조향 변경에 대해서는 펄스입력을 받아 조이스틱에 의한 아날로그 입력값과의 차가 제로가 될 때까지 조향모터를 동작시키게 된다.

또한, 완충장치는 상부 대차와 하부대차를 연결하여 완충시키기 위한 것으로서, 용접 작업을 하기 위하여 러그 간 이동 할 때 크레인으로 블록위에 올려 놓을때 상부로 충격이 덜 전달되게 하기 위한 것이다. 각 고정 실린더(230)는, 상부대차(200)에 설치되어 상부대차를 하부대차에 고정을 위한 것으로서, 로봇이 용접 작업을 할때에 흔들림을 방지하도록 하는 것이다. 그리고 접지 실린더(240)는 하나만 설치되는 것으로서, 용접을 하기 위한 접지 장치로써 용접을 위한 (-) 전위로 접지기능을 한다.

그리고, 각 휠 축에는 허공감지센서(150)가 설치되는데, 대차 주행시 허공감지센서(150)가 주판을 벗어났는지를 감지하게 되고, 대차 콘트롤러(400)는 허공감지센서(150)가 주판을 벗어남을 감지하는 경우, 해당 위치의 방향으로 전진동작은 중지하고, 해당 위치의 방향에 대해서는 후진 동작만 제어하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 러그 용접 로봇 대차를 러그에 근접시키기 위해서 주로 모드 변환과 미세조정에 의해 이루어진다. 먼저 (1) 러그용접로봇 대차를 천정 크레인으로 러그 주변에 위치시킨다. (2) 주행모드로 전환 대차를 전진시켜 러그가 대차 영역 안에 오도록 위치시킨다. (3) 대차 영역안에 들어왔으면 러그가 대차 중앙에 위치하도록 횡행모드로 전환 대차를 러그 중앙에 위치시키도록 한다. (4) 러그가 대차 중앙에 위치하여도 대차가 평행하지 못하고 틀어져 있는 경우가 많은 관계로 회전모드로 전환시켜 러그와 대차가 평행하도록 위치시킨다. (5) 대차 고정 실린더를 동작시켜 상부를 고정시키고, 접지 실린더를 동작시켜 로봇의 용접작업을 개시하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 자가주행 대차에 거꾸로 매달린 용접로봇이 구비된 러그용접 장치 구성도.

도 2는 도 1에 따른 일측 방향에서 바라본 러그 용접 장치의 상하부 대차 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 러그 용접장치 대차의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 러그 용접 장치의 일측 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 러그 용접 장치의 레이저 프로젝터를 이용한 대차위치 검출 개요도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 하부대차 200 : 상부 대차

300 : 용접 로봇 400 : 대차 제어반

500 : 용접 로봇 제어반

110; 110a, 110b : 하부대차 프레임

120 : 휠축 120a : 구동 바퀴

120b : 종동바퀴 121 : 주행모터

130 : 조향장치 131 : 조향모터

132 : 체인 및 조향기어부 140 : 조향 정위치센서

150 : 허공감지센서 160 : 레이저 프로젝터

210 : 힌지 220 : 스프링

230 : 스토퍼용 실린더 240 : 접지 실린더

Claims (4)

1. 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 용접 로봇으로 구성된 러그 전용 용접장치에 있어서,

   대차의 뼈대를 이루는 프레임에 휠 축이 설치되어 구동 바퀴(120a)와 종동 바퀴(120b)가 설치되는 주행장치(120) 및 각 휠 축마다 각각 바퀴 별로 조향이 가능하도록 조향장치(130)가 설치되는 하부대차(100)와;

   상기 하부 대차(100)의 상부에 캡 형태의 프레임이 탑재되어 중앙 하부에 용접로봇을 매달아 설치하기 위한 상부 대차(200)와;

   상기 상부 대차(200)의 중앙 하부에 거꾸로 매달린 형태로 고정설치되는 다관절 용접 로봇(300)과;

   상기 상부 대차(200)의 일측 및 타측 상부에 설치되어 상기 하부대차(100)의 주행 및 조향 제어를 하는 대차 제어반(400) 및 상기 용접로봇(300)을 제어하는 로봇 제어반(500)과;

   상기 상부 대차(200)와 하부 대차(100) 사이를 힌지(210)에 의해 결합시키고 복수의 스프링(230)에 의해 상/하부 대차 사이를 탄력 지지하는 완충장치와;

   상기 상부 대차(200)에 설치되어 작업시 상부 대차(200)를 상기 하부 대차(100)에 고정시키기 위한 복수개의 스토퍼용 실린더(230)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 용접 로봇으로 이루어진 러그 전용 용접장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부대차(100)는,

   하부 대차(100)의 뼈대를 이루는 2개로 분리된 프레임(110; 110a, 110b)과;

   상기 각 프레임(110a, 110b)에 각각 두개 씩 설치되는 휠축이 설치되고, 서로 대각 방향으로 배치되는 휠축에 구동모터(121)에 의해 구동되는 구동바퀴(120b) 및 구동모터 없이 설치되는 종동바퀴(120b)와;

   상기 프레임(110)에 고정설치되는 조향모터(131) 및 조향모터(131)의 회전동력을 전달하여 각 휠축을 회전시켜 조향하는 체임 및 조향기어부(132)로 이루어진 조향장치(130)와;

   각 휠 축의 조향 정위치 상태를 검출하는 조향 정위치 센서(140)와;

   상기 각 휠 축의 모서리에 설치되어 추락방지를 위한 허공을 감지하는 허공감지센서(150)와;

   대차를 러그에 위치시킬 때 러그와 러그 사이의 위치를 검출하여 대차의 주행 및 조향 제어를 위한 위치 검출용 복수의 레이저(160)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 용접 로봇으로 이루어진 러그 전용 용접장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부대차(200)는,

   상기 하부대차(100)의 두개의 프레임(110a, 110b)의 상부에 탑재되어 캡 형 태의 뼈대를 이루고 상부 중앙에 용접 로봇(300)을 거꾸로 매달아 설치하기 위한 상부대차 프레임과,

   상기 하부 대차(100)의 프레임(110;110a, 110b)에 각각 결합되는 복수의 힌지(210)와,

   상하부 대차 사이에 결합되어 탄력지지하는 복수개의 스프링(220)과,

   상부대차(200)를 하부 대차(100)에 고정시키기 위한 복수의 스토퍼용 실린더(230)와,

   용접로봇의 접지를 위한 접지 실린더(240)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 용접 로봇으로 이루어진 러그 전용 용접장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 조향 장치(130)는,

   회전 동력을 발생하는 조향 모터(131)와,

   상기 조향모터의 회전 동력을 전달하여 해당 휠축을 회전시키기 위한 체인 및 조향기어부(132)로 이루어져 대차 정지시 제자리에서 휠축을 0도 에서 45도 90도 회전시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 자유이동 대차와 거꾸로 고정된 용접 로봇으로 이루어진 러그 전용 용접장치.

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