KR20140062848A

KR20140062848A - 이동식 용접로봇의 제어시스템

Info

Publication number: KR20140062848A
Application number: KR1020120129712A
Authority: KR
Inventors: 박주이; 강계형; 김진욱
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-05-26

Abstract

제어기에 장거리 케이블을 통한 로봇제어가 가능하도록 필드버스를 도입하고, 제어기와 로봇 간에 필드버스 통신이 가능하도록 필드버스통신을 할 수 있는 모터드라이브를 로봇 측에 장착하여 장거리에서 로봇을 제어하는 이동식 용접로봇의 제어시스템에 관한 것으로, 다수의 축을 구비한 용접용 로봇, 상기 로봇을 통해 용접을 실행하도록 상기 로봇과 연결된 용접부, 상기 로봇을 조작하는 교시조작기, 상기 로봇과 용접부를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 로봇은 EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology) 통신에 의해 제어되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 이동식 용접로봇의 제어시스템을 이용하는 것에 의해, 선박건조, 건설 등의 분야에서 로봇 자동화율이 높아지므로 우수하고 균일한 용접품질을 얻을 수 있다.

Description

이동식 용접로봇의 제어시스템{Control system of portable welding robot}

본 발명은 이동식 용접로봇의 제어시스템에 관한 것으로, 특히 제어기에 장거리 케이블을 통한 로봇제어가 가능하도록 필드버스를 도입하고, 제어기와 로봇 간에 필드버스 통신이 가능하도록 필드버스통신을 할 수 있는 모터드라이브를 로봇 측에 장착하여 장거리에서 로봇을 제어하는 이동식 용접로봇의 제어시스템에 관한 것이다.

종래의 용접로봇 제어기는 로봇과 함께 한 자리에 고정되어 작업물이 로봇 앞으로 이송되어 오면, 용접작업을 수행하도록 하였다.

또 조선소에서의 선박건조는 많은 보강 부재를 구비하는 패널과 이러한 많은 수의 패널을 반복하여 조립하여 다층구조의 블록을 이용하여 선체를 구성하게 된다.

이러한 선체를 형성하기 위해 다양한 용접용 로봇이 사용되며, 이러한 로봇은 이동가능하게 제작되고, 이 로봇의 동작을 지시하기 위한 로봇 제어기 및 교시조작기가 상용되고 있다.

상기 로봇 제어기는 원거리 제어가 용이하도록 산업 현장에서 이용할 수 있는 산업용 네트워크에 있어서 IEC 61158 필드버스가 국제 표준으로 제정되었다. 이후 CAN(Controller Area Network)통신을 기반으로 하는 DeviceNet, CANopen과 같은 프로토콜이 개발되었으며, 최근에는 인터넷의 보급과 발전으로 산업현장의 자동화 기기, 예를 들어 공장 자동화, 전력 IT, 모션 분야, 로봇 분야 등의 기기에 대하여 장소와 시간에 구애 없이 제어할 수 있도록 Ethernet을 기반으로 하는 ProfiNet, EtherNet/IP, EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology)과 같은 프로토콜도 표준으로 제정되어 사용되고 있다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 기존의 지능형 스마트 드라이버 표준인 IEC 61800 표준을 통한 산업 현장에서의 생산 자동화 시스템에 필요한 모터, 액추에이터, 센서 등을 제어하는 파워 드라이버와의 호환성을 지원하면서 상기 장치들로부터 정보를 수집하고 상기 장치들에 대한 필요한 제어를 수행하기 위한 명령 등을 전송함에 있어서 산업 현장에서 특히 중요한 실시간의 특성을 제공하는 산업용 프로토콜인 EtherCAT 프로토콜을 연동할 수 있는 IEC 61800 기반 파워 드라이버 시스템을 위한 EtherCAT 슬레이브 모듈 장치에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 EtherCAT 네트워크 시스템에서 CAN 네트워크 시스템으로 메시지를 전송할 때 데이터 변환 장치에서 캔 네트워크 시스템 규격에 맞는 메시지 타입으로 EtherCAT 네트워크 시스템에서 생성된 메시지를 변환한 뒤 CAN 네트워크 시스템에 전송하도록 지원하고, CAN 네트워크 시스템에서 상기 EtherCAT 네트워크 시스템으로 메시지를 전송하고자 할 때 CAN 네트워크 시스템에서의 메시지를 EtherCAT 네트워크 시스템 규격에 맞는 메시지 타입으로 변환한 뒤 EtherCAT 네트워크 시스템으로 전송하도록 지원하는 로봇 통신용 통합 네트워크 시스템에 대해 개시되어 있다.

대한민국 특허공개공보 제2012-0087543호(2012.08.07 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1071086호(2011.09.30 등록)

그러나 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 산업용 프로토콜인 EtherCAT 프로토콜을 연동하는 기술 또는 CAN 네트워크 시스템과 EtherCAT 네트워크 시스템의 연동에 대해 개시되어 있지만, 로봇과 제어기를 연결하는 케이블의 길이가 20m내외로 제한되어, 이동용 용접로봇에 사용할 수 없는 문제에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않았다.

또 로봇과 제어기 간에 로봇의 각 축에 연결되는 전원, 센서, 신호선이 포함된 굵은 케이블이 연결되므로, 이 케이블을 끌고 로봇을 이동설치하는 것이 매우 어렵다는 문제점에 대해서도 전혀 개시되어 있지 않았다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 선박 제조시의 현장(야드)의 많은 블록과 장애물이 많은 블록에 로봇을 투입하기가 용이하도록 로봇의 중량을 감소시킬 수 있는 이동식 용접로봇의 제어시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대형작업물에 로봇을 투입할 수 있도록, 사용자가 들어갈 수 있는 곳이라면 어디든지 로봇을 들고 가서 용접작업을 수행할 수 있도록, 로봇과 케이블 간에 장거리 케이블을 연결할 수 있는 이동식 용접로봇의 제어시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템은 이동식 용접로봇을 제어하는 시스템으로서, 다수의 축을 구비한 용접용 로봇, 상기 로봇을 통해 용접을 실행하도록 상기 로봇과 연결된 용접부, 상기 로봇을 조작하는 교시조작기, 상기 로봇과 용접부를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 로봇은 EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology) 통신에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 로봇은 상기 다수의 축에 대응하는 다수의 AC 서보 모터를 구동하도록 상기 EtherCAT 통신에 의해 제어되는 다수의 서보 드라이버를 구비하고, 상기 제어기는 EtherCAT 통신용 입출력 모듈, CPU 및 전원 공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 EtherCAT 통신용 입출력 모듈은 입출력 제어선을 통해 상기 다수의 서보 드라이버에 연결되고, 상기 CPU는 교시 조작기용 통신선을 통해 상기 교시 조작기와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 로봇용 통신선, 입출력 제어선 및 전원선은 하나의 제어기용 케이블 내에 장착되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 교시 조작기용 통신선, 입출력 제어선 및 전원선은 하나의 교시 조작기용 케이블 내에 장착되고, 상기 교시 조작기용 케이블은 상기 로봇과 상기 교시 조작기 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 제어기용 케이블의 길이는 25~60m인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 제어기를 이동시키는 카트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 로봇에는 레이저 거리 센서, 아크 센서, 터치 센서 및 충격 방지를 위해 토치에 장착되는 쇼크 센서가 장착되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 용접부는 야드 내에 마련된 수동 용접기를 포함하며, 상기 제어기와 수동 용접기는 용접기 인터페이스를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 로봇의 토치에 용접 와이어를 공급하는 피더를 더 포함하고, 상기 피더는 주 피더와 보조 피더로 이루어지고, 상기 주 피더와 보조 피더 사이에 마련된 피더용 케이블의 길이는 상기 하나의 제어기용 케이블의 길이에 대응하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 주 피더에는 와이어가 내장된 패일 팩이 결합되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 보조 피더에는 와이어가 내장된 스풀이 결합되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 용접기 인터페이스는 상기 용접기의 아크 상태를 감시하기 위한 홀 센서와 상기 홀 센서에서 감지된 신호를 상기 제어기로 공급하는 터치 센서 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 감시는 홀 센서를 통한 전류값에 따라 실시간으로 실행되며, 상기 제어기는 홀 센서신호가 0.5V미만인 경우가 0.5초 이상 지속 되는 경우에만 아크가 오프된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 피더용 케이블에는 용접 홀다선, 용접기 제어선 및 보호가스 공급관이 내장되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 다수의 축은 6축인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 의하면, 이동식 용접로봇의 제어를 가능하며, 케이블의 길이가 25m 이상 장거리를 적용되므로, 사람이 작업할 수 있는 대부분의 장소에 로봇을 사용하여 작업하는 것이 가능하다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 의하면, 로봇구조를 단순화하여 A/S를 용이하게 실현할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 의하면, 선박건조, 건설 등의 분야에서 로봇 자동화율이 높아지므로 우수하고 균일한 용접품질을 얻을 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 일 예로서 본 발명에 적용되는 다수의 축을 구비한 로봇의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 로봇에 적용되는 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템의 블록도,
도 3은 본 발명에 적용되는 EtherCAT의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 도 2에 도시된 제어기의 구체적인 구성도,
도 5는 도 2에 도시된 제어기와 수동 용접기의 결선 상태의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 도 2에 도시된 제어기와 수동 용접기의 결선 상태의 다른 예를 나타내는 도면,
도 7은 도 2에 도시된 용접기 인터페이스의 구조를 나타내는 블록도,
도 8은 도 7에 도시된 용접기 인터페이스 보드의 회로도,
도 9는 도 7에 도시된 홀 센서에 의해 측정된 전류 신호의 파형도.
도 10은 도 1에 도시된 로봇에 적용되는 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템의 다른 예를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저, 본 발명의 기본적인 개념에 대해 설명한다.

본 발명은 사람이 들고다니는 이동식 용접로봇을 제어하기 위한 로봇 제어시스템으로서, 대형 작업물 사이에 로봇을 투입할 수 있도록 로봇과 제어기의 거리가 25m이상의 장거리가 되어야 하므로, 장거리 케이블을 통한 로봇제어가 가능한 구조를 발명하였다. 이에 따라 로봇 제어기, 용접기, 로봇, 로봇조작반의 최적 구조를 고안하였다.

즉, 제어기에 장거리 케이블을 통한 로봇제어가 가능하도록 필드버스를 도입하였다. 또 제어기와 로봇 간에 필드버스 통신이 가능하도록 필드버스통신을 할 수 있는 모터 드라이브를 로봇 측에 장착하였다.

제어기에서는 필드버스를 통해 로봇의 동작명령을 전송하고 로봇의 현상태를 모니터링한다.

로봇 조작 교시기는 로봇 몸체와 커넥터로 연결되어있어, 사용자는 로봇 옆에서 로봇을 조작하게 된다.

로봇을 운반할 때 케이블이 거추장스럽지 않도록 모든 전선을 통합한 단일 케이블을 사용하였고, 제어기는 별도의 케이블로 용접기와 연결된다.

또한, 제어기는 바퀴가 달린 이동장치(카트)에 실려, 전원케이블과 용접기 연결케이블의 길이 내에서 자유롭게 이동시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 1은 일 예로서 본 발명에 적용되는 다수의 축을 구비한 로봇의 사시도 이고, 도 2는 도 1에 도시된 로봇에 적용되는 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템의 블록도 이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 EtherCAT의 구조를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 선박의 제조시 용접을 위한 이동식 용접로봇을 제어하는 시스템으로서, 도 1에 도시된 다수의 축을 구비한 용접용 로봇(10), 상기 로봇(10)을 통해 용접을 실행하도록 상기 로봇(10)과 연결된 용접부(20), 상기 로봇(10)을 조작하는 교시조작기(30), 상기 로봇(10)과 용접부(20)를 제어하는 제어기(40)를 포함하고, 상기 로봇(10)은 EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology) 통신에 의해 제어된다.

또 상기 로봇(10)은 상기 다수의 축, 예를 들어 6축에 대응하는 다수의 AC 서보 모터를 구동하도록 상기 EtherCAT 통신에 의해 제어되는 다수의 서보 드라이버(11), 상기 다수의 서보 드라이버(11)의 각각의 상태를 표시하는 표시부(12), 상기 로봇(10)의 비상 상태 시 로봇(10)의 작동을 정지시키는 비상 정지용 스위치(13) 및 용접을 실행하기 위한 토치(14)를 구비한다.

상기 용접부(20)는 선박의 제조 현장인 야드 내에 마련된 수동 용접기(21), 상기 제어기(40)와 수동 용접기(21)와의 제어를 위한 용접기 인터페이스(22), 상기 로봇의 토치(14)로 보호 가스를 공급하는 가스 공급기(23) 및 상기 로봇의 토치(14)에 용접 와이어를 공급하는 피더(24)를 포함한다.

상기 교시 조작기(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 조작반(31), LCD 터치 패널(32), 키패드(33), 비상정지 스위치(34)가 마련된다. 이러한 교시 조작기(30) 자체의 구조는 종래의 기술에 의해 용이하게 실현할 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또, 상기 제어기(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로봇(10), 용접부(20) 및 교시 조작기(30)와 통신을 하기 위한 EtherCAT 통신용 입출력 모듈(41), 단일 보드 컴퓨터로 이루어진 CPU (42) 및 AC 220V 전원선에 연결된 전원 공급부(43)를 구비한다.

CPU(42)에는 로봇(10)을 제어하기 위한 제어 프로그램이 설치되고, 이 CPU(42)는 EtherCAT 통신을 통하여 각종 입출력 신호를 제어하고 서보 드라이버(11)로부터 앱솔류트 엔코더(Absolute Encoder) 값을 읽으며, 이더넷 통신을 통하여 중앙관리 시스템 및 교시 조작기(30)와 통신을 한다.

상기 EtherCAT 통신용 입출력 모듈(41)은 입출력 제어선을 통해 상기 다수의 서보 드라이버(11)에 연결되고, 상기 CPU(42)는 교시 조작기용 통신선을 통해 상기 교시 조작기(30)와 연결된다.

또, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 교시 조작기용 통신선, 입출력 제어선 및 전원선이 하나의 교시 조작기용 케이블(310) 내에 장착되고, 상기 교시 조작기용 케이블(310)은 상기 로봇(10)과 상기 교시 조작기(30) 사이에 연결된다.

또한, 상기 로봇용 통신선, 입출력 제어선 및 전원선은 하나의 제어기용 케이블(410) 내에 장착되며, 상기 제어기용 케이블(410)의 길이는 적어도 25m 이상, 바람직하게는 25~60m로 마련된다.

한편, 본 발명에 적용되는 용접부(21)는 선박의 제조 현장인 야드 내에 마련된 수동 용접기(21)이며, 상기 제어기(40)와 수동 용접기(21)는 용접기 인터페이스(22)를 통해 연결된다.

또 용접 홀다선, 용접기 제어선 및 보호가스 공급관이 내장된 피더용 케이블(210)은 상기 제어기용 케이블(410)의 길이에 대응하는 길이로 마련하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 EtherCAT의 구조에서는 AC 서보 모터를 구동하는 6개의 서보 드라이버(11)가 EtherCAT 슬레이브로서 로봇(10)의 본체에 내장되고, EtherCAT 마스터인 제어기(40)와 연결되어 EtherCAT 통신이 실행된다.

다음에 본 발명에 따른 제어기(40)의 구조에 대해 도 4에 따라 설명한다.

도 4는 도 2에 도시된 제어기의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 제어기(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 제어기와는 달리 통신, 입출력, 모션 보드를 제거하고, 랜 포트를 이용하여 이더넷 통신으로 외부장치와의 통신, 입출력 신호, 모터 지령치 전송을 할 수 있다. 또한, 서보 드라이버(11)가 로봇(10) 본체의 내부로 장착됨으로써 배선 및 제어기(40)의 구조가 더욱 간단해 졌다.

도 4에서, LAN 1과 LAN 3은 일반 100Mbps 랜 포트로 내부의 네트워크 컨트롤러의 종류에 상관없이 사용된다. 그러나 LAN 2의 랜포트는 EtheerCAT과 RTX(Real-Time eXtension)를 동시에 지원하는 네트워크 컨트롤러를 사용한다. EtherCAT과 RTX를 동시에 지원하는 네트워크 컨트롤러의 종류 중 하나, 예를 들어 “Intel Pro100Mobile"mini pci 랜카드를 CPU(42) 보드에 추가 장착하여 사용한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어기(40)에는 안전장치로서 비상정지(E-Stop) 스위치, 로봇(10)의 토치(14)와 함께 부착되는 쇼크센서가 마련되고, 교시 조작기(30)에 부착되어 있는 데드맨(Dead-man) 스위치가 부착되어 있어, 작업자가 수동조작 시, 이 스위치를 누른 상태에서만 서보 온이 되어 로봇(10)이 구동되도록 마련된다. 또 상기 제어기(40)에는 개발자용 입·출력단자, 메인전원 스위치, 각종 제어기 인터페이스 커넥터와 전원 커넥터가 장착된다.

상기 비상정지 스위치는 로봇(10)을 비상정지시킬 경우 사용하고, 교시 조작기(30)에 있는 비상정지 스위치(34)와 동일한 기능을 하며, 상기 개발자용 입출력 단자는 제어기(40)의 디버깅이나 OLP자료의 다운로드 등을 위해 제어기(40)나 시스템의 개발자들이 사용하는 단자이다.

또 220V 전원콘센트는 제어기(40) 디버깅 및 상태진단을 위해 모니터 연결 시, 모니터 전원용으로 사용한다.

한편, 상기 제어기(40)에는 220V 전원 커넥터, 메인전원 스위치, 터치 센서 인터페이스 커넥터, 로봇(10) 인터페이스 커넥터, 방열 팬이 마련된다.

이 메인 전원 스위치는 제어기(40)의 제어 전원 투입/차단을 하는 스위치이며, 로봇(10) 인터페이스 커넥터는 로봇(10) 및 TP 전원선과 TP통신을 위한 이더넷라인, 서보 드라이버(11)의 제어를 위한 EtherCAT 라인이 로봇(10)으로 연결된다.

터치 센서 인터페이스 커넥터는 터치 센서 함으로 연결되는 커넥터로 와이어 피딩 모터 제어, 터치 동작/감지, 용접기(21) 전압/전류 지령 등의 디지털입출력, 아날로그 입출력 신호가 포함되어 있다.

즉, CPU(42)는 EtherCAT지원과 RTX지원을 실행한다. 내장 Ethernet포트가 있지만 EtherCAT과 RTX를 지원하지 않으므로 별도의 랜카드를 장착하고, EtherCAT 마스터인 KPA를 지원하는 랜카드 중에서 선정하였다. 또한, 실시간 제어 성능을 위해 RTX를 설치하였는데, RTX를 구동하기 위해서는 랜카드에 독립적인 IRQ를 할당하였다. 본 발명에 따른 CPU(42)의 보드에서는 miniPCI슬롯에 독립적인 IRQ를 할당하고, RTX를 지원하는 랜카드로서는 예를 들어 'IntelPro100 SP'를 사용하였다.

또한, I/O모듈은 CPU(42)의 보드와 EtherCAT으로 연결된다. 예를 들어 'Bechoff'사의 EtherCAT모듈을 사용하였다. EtherCAT 베이스 모듈인 EK1100에 입출력 모듈을 결합하여 사용하도록 되어 있고, EL1088과 EL2088은 각각 디지털 입출력 모드로서 NPN형으로 외부와 연결된다. 따라서, EL1088의 각 채널에 GND를 가하면 온(on)이 되고 오픈(open)상태이거나 +24V가 입력되면 오프(off) 된다. EL2088은 각 채널이 온되면 GND가 출력되므로, 부하의 다른 쪽에 +24V를 걸고, 한 쪽에 EL2088의 각 채널을 연결하여 사용한다.

또한, 본 발명에 따른 로봇(10)에는 용접을 위한 거리를 측정하기 위한 레이저 거리 센서, 용접의 안전한 실행을 위한 아크 센서, 터치 센서 및 충격 방지를 위해 토치에 장착되는 쇼크 센서가 장착된다.

다음에 제어기와 수동 용접기의 결선을 위한 구조에 대해 도 5 및 도 6에 따라 설명한다.

도 5는 도 2에 도시된 제어기와 수동 용접기의 결선 상태의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 2에 도시된 제어기와 수동 용접기의 결선 상태의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에 있어서, 상기 피더(24)는 주 피더(241)와 보조 피더(242)로 이루어지고, 상기 주 피더(241)와 보조 피더(242) 사이에 마련된 피더용 케이블(210)의 길이는 상기 제어기용 케이블(410)의 길이에 대응하는 길이로 형성되어 로봇(10)을 장거리에 위치시켜 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 용접부(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 주 피더(241)에 와이어가 내장된 패일 팩(243)이 결합되는 구조를 적용하거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 보조 피더(242)에 와이어가 내장된 스풀(244)이 결합되는 구조를 적용할 수 있다.

다음에 도 5 또는 도 6에 도시된 터치 센서(221)의 구조에 대해 도 7 내지 도 9에 따라 설명한다.

도 7은 도 2에 도시된 용접기 인터페이스의 구조를 나타내는 블록도 이며, 도 8은 도 7에 도시된 용접기 인터페이스 보드의 회로도이고, 도 9는 도 7에 도시된 홀 센서에 의해 측정된 전류 신호의 파형도 이다.

본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에서 상기 용접기 인터페이스(22)는 상기 용접기(21)의 아크 상태를 감시하기 위한 홀 센서와 상기 홀 센서에서 감지된 신호를 상기 제어기로 공급하는 터치 센서 회로(221)를 구비한다.

또 본 발명에서는 전압 모니터링을 위해 전압 측정용 회로를 별도로 장착할 수 있으며, 상기 터치 센서 회로(221)와 통합하여 도 7에 도시된 바와 같은 용접기 인터페이스(221)에 일체화하여 구성하여도 좋다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용접기(21)는 -15V까지 명령을 받는다. 용량이 과도하게 크므로 -10V이상의 명령을 줄 일이 없으므로, D/A 컨버터의 max값인 10V까지만 명령을 주게 된다.

확장성을 위해 전류전압 명령을 1.5배 증폭하여 D/A에서 0~ +10V를 가하면 용접기(21)에 0 ~ -15V가 입력되는 회로를 삽입하였다. 이 기능은 점퍼를 사용하여 선택할 수 있겠다.

또한, 용접 모드가 오프 상태일 때는 전류/전압 지령과 인칭 신호를 피더(24)로부터 받게 되어 있다. 따라서, 이 경우에는 보조 피더의 가변저항과 인칭 스위치를 사용하여 용접기(21)를 제어할 수 있다. 제어기(40)에서 이 기능을 사용하기 위해서는 용접 모드를 온으로 한다.

수동용접기(21)에는 와이어 백 기능이 없으므로, 이를 구현하기 위해 본 발명에서는 릴레이를 사용하여 피딩 모터로 가는 신호선의 극성을 바꾸어 준다. 인칭방향신호를 오프한 상태이어서 인칭신호를 온으로 하면, 와이어는 정방향으로 나온다. 인칭방향신호를 온한 상태에서 인칭 신호를 온하면 와이어는 역방향으로 움직인다.

또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에서는 홀 센서를 통한 전류값에 따라 실시간으로 감시가 실행되며, 상기 제어기(40)는 홀 센서신호가 0.5V미만인 경우가 0.5초 이상 지속 되는 경우에만 아크가 오프된 것으로 판단한다.

이러한 경우, 도 9에 도시된 바와 같은 홀 센서 출력에서 알 수 있는 바와 같이, 아크가 발생한 경우와 오프된 경우의 차이가 확연하게 드러나는 것을 볼 수 있으며, 0.5V를 기준으로 아크 상태를 판단하는 것에 무리가 없음을 알 수 있다.

다음에 본 발명의 다른 실시 예를 도 10에 따라 설명한다.

도 10은 도 1에 도시된 로봇에 적용되는 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 또 본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템에서는 상기 제어기(40)를 이동시키도록 하부에 바퀴가 마련된 카트(50)를 마련한다.

도 10에 도시된 바와 같은 카트(50)를 마련하는 것에 의해 제어기(40)를 용이하게 이동시킬 수 있다.

도 10에서 부호 100은 로봇(10)에 의해 용접될 작업 부재를 나타낸다. 상기와 같은 작업 부재는 예를 들어 U형 셀에 적용되며, 본 발명에 따른 이동식 용접로봇은 이러한 U형 셀에서의 용접 작업을 효율적으로 실행한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 성기 실시 예에서는 선박의 제조시 적용되는 용접 로봇을 예로서 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명에 따른 로봇의 제어시스템을 공장의 자동화, 자동차 조립용 로봇 등에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 이동식 용접로봇의 제어시스템을 사용하는 것에 의해 케이블의 길이가 25m 이상 장거리를 적용되므로, 사람이 작업할 수 있는 대부분의 장소에 로봇을 사용하여 작업하는 것이 가능하다.

10 : 로봇
20 : 용접부
30 : 교시 조작기
40 : 제어기

Claims

이동식 용접로봇을 제어하는 시스템으로서,
다수의 축을 구비한 용접용 로봇,
상기 로봇을 통해 용접을 실행하도록 상기 로봇과 연결된 용접부,
상기 로봇을 조작하는 교시조작기,
상기 로봇과 용접부를 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 로봇은 EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology) 통신에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 로봇은 상기 다수의 축에 대응하는 다수의 AC 서보 모터를 구동하도록 상기 EtherCAT 통신에 의해 제어되는 다수의 서보 드라이버를 구비하고,
상기 제어기는 EtherCAT 통신용 입출력 모듈, CPU 및 전원 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제2항에 있어서,
상기 EtherCAT 통신용 입출력 모듈은 입출력 제어선을 통해 상기 다수의 서보 드라이버에 연결되고,
상기 CPU는 교시 조작기용 통신선을 통해 상기 교시 조작기와 연결되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제3항에 있어서,
상기 로봇용 통신선, 입출력 제어선 및 전원선은 하나의 제어기용 케이블 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제3항에 있어서,
상기 교시 조작기용 통신선, 입출력 제어선 및 전원선은 하나의 교시 조작기용 케이블 내에 장착되고,
상기 교시 조작기용 케이블은 상기 로봇과 상기 교시 조작기 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제4항에 있어서,
상기 제어기용 케이블의 길이는 25~60m인 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제6항에 있어서,
상기 제어기를 이동시키는 카트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제6항에 있어서,
상기 로봇에는 레이저 거리 센서, 아크 센서, 터치 센서 및 충격 방지를 위해 토치에 장착되는 쇼크 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제8항에 있어서,
상기 용접부는 야드 내에 마련된 수동 용접기를 포함하고,
상기 제어기와 수동 용접기는 용접기 인터페이스를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제9항에 있어서,
상기 로봇의 토치에 용접 와이어를 공급하는 피더를 더 포함하고,
상기 피더는 주 피더와 보조 피더로 이루어지고, 상기 주 피더와 보조 피더 사이에 마련된 피더용 케이블의 길이는 상기 하나의 제어기용 케이블의 길이에 대응하는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제10항에 있어서,
상기 주 피더에는 와이어가 내장된 패일 팩이 결합되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제10항에 있어서,
상기 보조 피더에는 와이어가 내장된 스풀이 결합되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제10항에 있어서,
상기 용접기 인터페이스는 상기 용접기의 아크 상태를 감시하기 위한 홀 센서와 상기 홀 센서에서 감지된 신호를 상기 제어기로 공급하는 터치 센서 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제13항에 있어서,
상기 감시는 홀 센서를 통한 전류값에 따라 실시간으로 실행되며,
상기 제어기는 홀 센서신호가 0.5V미만인 경우가 0.5초 이상 지속 되는 경우에만 아크가 오프된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제10항에 있어서,
상기 피더용 케이블에는 용접 홀다선, 용접기 제어선 및 보호가스 공급관이 내장되는 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 다수의 축은 6축인 것을 특징으로 하는 이동식 용접로봇의 제어시스템.