KR20140033731A

KR20140033731A - 포터블 용접로봇의 5축 구조

Info

Publication number: KR20140033731A
Application number: KR1020120099939A
Authority: KR
Inventors: 박주이; 김정민; 김수호
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-19

Abstract

본 발명은 본체(1); 상기 본체(1)의 일측에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 1축구동부(10); 상기 1축구동부(10)의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 2축구동부(20); 상기 2축구동부(20)의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 3축구동부(30); 상기 3축구동부(30)의 일단에 제2의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 4축구동부(40); 및 상기 4축구동부(40)의 일단에 제2의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 5축구동부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박의 이중 선체블록과 같이 작업공간이 협소한 부분에 한 사람의 작업자가 운반하면서 용접을 수행하는 편의성을 높여 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

Description

포터블 용접로봇의 5축 구조{5-axis structure for portable welding robot}

본 발명은 포터블 용접로봇의 5축 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 이중 선체블록과 같이 작업공간이 협소한 부분에 한 사람의 작업자가 운반하면서 용접을 수행하는 편의성을 높여 생산성 향상에 기여하는 포터블 용접로봇의 5축 구조에 관한 것이다.

종래의 용접로봇은 용접에 필요한 최소 요구사항을 갖추어도 60kg이상의 무게를 갖기 때문에 바닥에 고정한 상태로 사용하거나 별도의 구조물에 고정한 상태에서 크레인 등의 장비로 이동하게 되어 있다. 특히 선박의 건조 현장에서 이중 선체블록의 내부 등 크레인의 접근이 용이하지 않는 곳을 용접하고자 할 때에는 종래의 로봇을 투입하는 것이 거의 불가능하다. 그러한 곳에 로봇을 투입하고자 하면 투입하기 위한 부대 장치가 너무 크고 무거워 실용성이 매우 떨어진다.

이러한 단점의 해소를 고려한 선행특허의 일예로, 한국 공개특허공보 제2011-0069546호는 상부면에 자동용접 로봇을 탑재할 수 있는 몸체부; 상기 몸체부에 설치된 다수개의 구동모터; 상기 구동모터 회전축에 상부 끝단이 연결되며, 주행 롤러가 장착되는 전면 보조다리와 후면 보조다리; 상기 몸체부의 하부면 중앙부에 설치되는 주행대차 상하 이동수단; 및 상기 주행대차 상하 이동수단의 하부 끝단에 설치되어 상기 주행대차 상하 이동수단에 의해 상하 이동되는 주행대차;로 구성된다. 이에 따라, 작업자가 접근하기 어렵거나 작업 위험성이 높은 경우에도 자동으로 작업이 가능한 효과를 기대한다.

선행특허의 다른 예로서, 한국 공개특허공보 제2012-0022318호는 다축 수직 다관절 로봇에 있어서, 수직방향의 3축로드가 회전가능하게 설치되는 2축부의 2축몸체와 상기 수직방향의 3축로드의 상단부에 설치되는 3축 몸체 사이에 한쌍의 인장력 발생수단을 설치하여 구성된다. 이에 따라, 인장 스프링을 응용하여 로봇의 중력영향이 제일 큰 회전 축에 적용할 수 있으므로 소형 경량의 다관절 로봇사양이 필요한 곳에 하나의 솔루션(Solution)으로 적용되어 원하는 로봇의 정밀도와 제어성을 만족시키는 효과를 기대한다.

그러나, 전자의 선행특허에 의하면 비교적 중량물의 용접로봇을 투입할 수 있기는 하지만 이동에 요하는 시간이 과다하게 소요되고, 후자의 선행특허에 의하면 상부암의 발란스를 통한 소형화를 요지로 하므로 작업자가 운반할 정도의 경량화를 이루기 곤란하다.

1. 한국 공개특허공보 제2011-0069546호 "더블 헐 구조 블록에 투입되는 자동용접 로봇용 이동장치"(공개일자 : 2011. 6. 23.) 2. 한국 공개특허공보 제2012-0022318호 "다축 수직 다관절 로봇"(공개일자 : 2012. 3. 12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박의 이중 선체블록과 같이 작업공간이 협소한 부분에 한 사람의 작업자가 운반하면서 용접을 수행하는 편의성을 높여 생산성 향상에 기여하는 포터블 용접로봇의 5축 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본체; 상기 본체의 일측에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 1축구동부; 상기 1축구동부의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 2축구동부; 상기 2축구동부의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 3축구동부; 상기 3축구동부의 일단에 제2의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 4축구동부; 및 상기 4축구동부의 일단에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 5축구동부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 1축구동부는 브레이크 없는 형식의 구동모터로 구동축의 정역회전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 2축구동부는 구동축과 구동모터 사이에 벨트를 개재하여 전동하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 3축구동부는 구동축과 구동모터 사이에 벨트를 개재하여 전동하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 4축구동부는 브레이크 없는 형식의 구동모터로 구동축의 정역회전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 5축구동부는 베벨기어와 링크를 개재하여 용접토치를 지지하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 4축구동부와 5축구동부는 각각 원통형의 하우징 내부에 구동모터를 동심상으로 긴밀하게 수용하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박의 이중 선체블록과 같이 작업공간이 협소한 부분에 한 사람의 작업자가 운반하면서 용접을 수행하는 편의성을 높여 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용접로봇을 원점자세로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 용접로봇의 각축을 분리하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 용접로봇의 내부를 측면에서 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 용접로봇의 1축구동부를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 용접로봇의 내부를 평면에서 나타내는 구성도
도 6은 본 발명에 따른 용접로봇의 3축구동부를 나타내는 구성도
도 7은 본 발명에 따른 용접로봇을 접은 상태로 나타내는 구성도

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

본 발명에 따른 본체(1)는 저면에 마그네트(2)를 구비하고 내부에 서보드라이버(5)를 수용한다. 마그네트(2)는 용접로봇을 선체 등에 자력을 온오프하여 탈부착하는 용도이다. 본 발명의 용접로봇은 본체(1)의 일측으로 1축구동부(10), 2축구동부(20), 3축구동부(30), 4축구동부(40), 5축구동부(50)가 순차적으로 연결된다. 서보드라이버(5)는 1축구동부(10), 2축구동부(20), 3축구동부(30), 4축구동부(40), 5축구동부(50)를 구동하는 회로기판이다. 1인의 작업자가 운반하기 편리하도록 본체(1)의 전면, 후면, 양측면에 손잡이(8)를 구비한다.

본 발명에 따른 1축구동부(10)는 상기 본체(1)의 일측에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 1축구동부(10)는 본체(1)에서 서보드라이버(5)가 수용되는 공간의 전방으로 형성되는 원통형의 공간에 설치된다. 도 1의 상태에서 전후방향을 X축, 양측방향을 Y축, 상하방향을 Z축으로 구분할 때, 1축구동부(10)의 수직축은 Z축 방향을 의미한다. 본체(1) 상에 환형의 베이스(11)가 설치되고, 베이스(11) 상으로 구동축(14)이 회전 가능하게 지지되고, 구동축(14)의 하방향에 구동모터(16)가 연결된다.

이때, 상기 1축구동부(10)는 브레이크 없는 형식의 구동모터(16)로 구동축(14)의 정역회전을 수행하는 것을 특징으로 한다. 용접로봇의 경량화를 위하여 구동모터(16)는 감속기를 직결 상태로 구비하는 형식을 사용한다. 용접로봇의 작업과정에서 구동축(14)과 구동모터(16)는 항시 수직축을 중심으로 회전한다. 1축구동부(10)는 중력의 영향이 없으므로 브레이크 없는 구동모터(16)를 설치하면 용접로봇의 경량화에 일조할 수 있다. 이와 같은 구동모터(16)의 실제 적용에 있어서 약 0.2㎏의 감량효과를 나타내었다.

본 발명에 따른 2축구동부(20)는 상기 1축구동부(10)의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 2축구동부(20)의 하우징(21)은 본체(1) 상에 베이스(11)를 수용하며 회전 가능하도록 결합된다. 2축구동부(20)의 하우징(21)은 1축구동부(10)의 상단으로 노출된 구동축(14) 상에 연결된다. 하우징(21)의 내부에 구동축(24)이 제1의 수평축을 중심으로 정역으로 회전하도록 설치된다. 도 1의 상태에서 2축구동부(20)의 제1의 수평축은 Y축 방향을 의미한다. 2축구동부(20)의 구동축(24)의 외단에는 링크(25)가 결합된다.

이때, 상기 2축구동부(20)는 구동축(24)과 구동모터(26) 사이에 벨트(28)를 개재하여 전동하는 것을 특징으로 한다. 하우징(21) 내에서 구동축(24)과 구동모터(26)를 이격시켜 공간을 확보하고 양자 사이에 벨트(28)를 연결한다. 벨트(28)는 타이밍 벨트를 사용하며 풀리를 개재하여 전동한다. 이와 같이 하면 확보된 공간으로 구동용 케이블(도시 생략)을 수용하기 편리할 뿐더러 도 7처럼 용접로봇을 접을 때 링크(25)가 본체(1)의 상측에 간섭없이 수평을 유지한다.

본 발명에 따른 3축구동부(30)는 상기 2축구동부(20)의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 3축구동부(30)의 하우징(31)은 링크(25)의 단부에 결합되고, 하우징(31)의 내부에 수용된 구동축(34)은 제1의 수평축을 중심으로 정역으로 회전한다. 3축구동부(30)의 구동축(34)은 2축구동부(20)의 구동축(24)과 동일한 방향으로 배치된다. 3축구동부(30)의 구동축(34)의 외단에는 후술하는 4축구동부(40)의 하우징(41)이 결합된다.

이때, 상기 3축구동부(30)는 구동축(34)과 구동모터(36) 사이에 벨트(38)를 개재하여 전동하는 것을 특징으로 한다. 하우징(31) 내에서 구동축(34)과 구동모터(36)를 이격시켜 공간을 확보하고 양자 사이에 벨트(38)를 연결한다. 벨트(38)는 타이밍 벨트를 사용하며 풀리를 개재하여 전동한다. 이와 같이 하면 확보된 공간으로 구동용 케이블(도시 생략)을 수용하기 편리할 뿐더러 도 7처럼 용접로봇을 접을 때 하우징(41)이 링크(25)의 상측에 간섭없이 수평을 유지한다.

본 발명에 따른 4축구동부(40)는 상기 3축구동부(30)의 일단에 제2의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 4축구동부(40)의 하우징(41) 내부에 수용된 구동축(44)은 제2의 수평축을 중심으로 정역으로 회전된다. 도 1의 상태에서 4축구동부(40)의 제2의 수평축은 X축 방향을 의미한다. 4축구동부(40)의 구동축(44)의 외단에는 후술하는 5축구동부(50)의 하우징(51)이 결합된다.

이때, 상기 4축구동부(40)는 브레이크 없는 형식의 구동모터(46)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 4축구동부(40)는 중력의 영향이 없으므로 브레이크 없는 구동모터(16)를 설치하면 용접로봇의 경량화에 일조할 수 있다. 이와 같은 구동모터(46)의 실제 적용에 있어서 약 0.2㎏의 감량효과를 나타내었다.

본 발명에 따른 5축구동부(50)는 상기 4축구동부(40)의 일단에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 5축구동부(50)의 하우징(51)에 수용된 구동모터(56)는 제2의 수평축을 중심으로 정역으로 회전된다. 즉, 5축구동부(50)의 구동모터(56)는 4축구동부(40)의 구동모터(46)와 동일한 방향으로 설치된다. 5축구동부(50)의 구동모터(56)의 외단에는 용접토치(57)가 결합된다. 링크(25)가 용접로봇의 하부아암을 구성하는 반면, 4축구동부(40)의 하우징(41)과 5축구동부(50)의 하우징(51)은 직선으로 연결되어 용접로봇의 상부아암을 구성한다. 용접토치(57)는 간섭 방지를 위해 일자형을 사용하는 것이 좋다.

이때, 상기 5축구동부(50)는 베벨기어(53)와 링크(55)를 개재하여 용접토치(57)를 지지하는 것을 특징으로 한다. 구동모터(56)의 구동축에 베벨기어(53)를 연결하고, 베벨기어(53)에 링크(55)를 연결하고, 링크(55)에 용접토치(57)를 결합한다. 이와 같이 하면 용접토치(57)가 4축구동부(40)와 5축구동부(50)의 하우징(41)(51)과 이격된 상태를 유지하므로 도 7처럼 용접로봇을 접을 때 용접토치(57)가 상부아암의 상측에 간섭없이 수평을 유지한다. 5축구동부(50)의 구동모터(56)는 제2의 수평축을 중심으로 회전하지만 베벨기어(53)를 개재하므로 링크(55)는 수직축을 중심으로 정역으로 회전한다.

한편, 상기 4축구동부(40)와 5축구동부(50)는 각각 원통형의 하우징(41)(51) 내부에 구동모터(46)(56)를 동심상으로 긴밀하게 수용하는 것이 바람직하다. 상부아암의 일측을 구성하는 4축구동부(40)는 하우징(41) 내에 구동모터(46)를 긴밀하게 수용하고, 상부아암의 타측을 구성하는 5축구동부(50)는 하우징(51) 내에 구동모터(56)를 긴밀하게 수용한다. 이와 같이 하면 하우징(41)(51)의 외형과 중량을 최소화할 수 있어 전체적인 고유진동수가 증가에 기여한다.

5축의 구동모터(16)(26)(36)(46)(47)는 하모닉 드라이브 계열을 사용하여 용접로봇의 외형과 중량을 축소한다. 이와 같이 제작된 용접로봇의 무게는 17.3kg으로 작업자 1인이 충분히 들 수 있는 정도이다.

도시에는 생략되나, 링크(55)와 용접토치(57)의 연결부에 용접와이어 내장형의 쇼크센서를 설치하는 것이 좋다. 쇼크센서는 용접토치(57)에 작용하는 하중을 검출하여 시스템 보호를 위한 비상정지 등의 작동을 수행한다.

본 발명에 의하면 작업자가 용접로봇을 접은 상태로 들고 맨홀, 사다리 통해 로봇을 투입할 수 있으므로, 사람이 들어갈 수 있는 곳이라면 어디든지 로봇을 투입할 수 있다. 작업자는 로봇을 설치한 후 로봇에 입력된 용접프로그램을 실행시키기만 하면 되므로 높은 숙련도를 지닌 용접사에 대한 의존도를 줄일 수 있다.

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.

1: 본체 2: 마그네트
10: 1축구동부 11: 베이스
14: 구동축 16: 구동모터
20: 2축구동부 21, 31, 41, 51: 하부징
24: 구동축 25, 55: 링크
26: 구동모터 28, 38: 벨트
30: 3축구동부 34: 구동축
36: 구동모터 40: 4축구동부
44: 구동축 46: 구동모터
50: 5축구동부 53: 베벨기어
56: 구동모터 57: 용접토치

Claims

본체(1);
상기 본체(1)의 일측에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 1축구동부(10);
상기 1축구동부(10)의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 2축구동부(20);
상기 2축구동부(20)의 일단에 제1의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 3축구동부(30);
상기 3축구동부(30)의 일단에 제2의 수평축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 4축구동부(40); 및
상기 4축구동부(40)의 일단에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 5축구동부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 1축구동부(10)는 브레이크 없는 형식의 구동모터(16)로 구동축(14)의 정역회전을 수행하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 2축구동부(20)는 구동축(24)과 구동모터(26) 사이에 벨트(28)를 개재하여 전동하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 3축구동부(30)는 구동축(34)과 구동모터(36) 사이에 벨트(38)를 개재하여 전동하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 4축구동부(40)는 브레이크 없는 형식의 구동모터(46)로 구동축(44)의 정역회전을 수행하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 5축구동부(50)는 베벨기어(53)와 링크(55)를 개재하여 용접토치(57)를 지지하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 4축구동부(40)와 5축구동부(50)는 각각 원통형의 하우징(41)(51) 내부에 구동모터(46)(56)를 동심상으로 긴밀하게 수용하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접로봇의 5축 구조.