KR20170062828A - 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피용접물(10)에 대응하여 용접로봇(15)의 자세를 고정하는 장치에 있어서: 용접로봇(15)을 클램핑하여 지지하는 본체부(20); 상기 본체부(20)에 복수의 지점으로 설치되고, 관절체(35)로 연결되는 복수의 다리를 지니는 다리부(30); 및 상기 본체부(20)의 자세변동을 검출하도록 자이로센서(43)를 지니는 조절부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박의 곡면과 경사면의 자동용접이 가능케되므로 현장의 생산성을 향상시키는 동시에 열악한 작업환경에서 유발되는 근골격계 질환 예방 및 위험요소 해소를 도모하는 효과가 있다.

Description

곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치{Fixing Device of robot posture for curved piece welding}

본 발명은 로봇의 자세고정에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 등의 용접 과정에서 곡면 또는 경사면에서 이동형 용접로봇의 자세를 안정적으로 유지하기 위한 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치에 관한 것이다.

통상적으로 용접로봇들은 모두 평탄한 바닥에 고정시킨 뒤 작업을 진행하고 있다. 그러나 선박의 선수미, 측면부는 U-cell 형상이 평면이 아니라 곡면이거나 경사면으로 되어 있어 이동형 용접로봇의 고정에 어려움이 많다. 또한 경사각이 일정하지 않기 때문에 로봇을 바닥면에 고정하는 것이 어렵다.

경사부/곡면부는 일반적인 평면부에 비해 작업환경이 열악하여 사람이 작업 시 근골격계 질환 등을 유발시킨다. 또한 극지방용 LNGC와 같은 경우는 작업공간이 더욱 좁아지므로 작업자들이 누워서 용접작업을 진행하는 등 엄청난 어려움을 유발시키고 있다.

근래에 들어서는 이동형 용접로봇의 베이스부에 마그네틱 스위치(Magnetic Switch)를 장착하여 바닥면에 고정하기도 한다. 하지만 바닥면이 기울어진 경우 로봇을 고정하기도 어려울 뿐더러 로봇팔이 작업대상물(예컨대, U-cell이나 칼라플레이트) 등에 제대로 팔을 뻗을 수 없는 상황이 되어 용접공정 자동화의 실효성을 저감시키게 된다.

이와 관련되어 하기의 한국 공개특허공보 제2011-0069546호는 선박 건조 시, 좁은 홀 내로 투입가능하고, 선박 내 장애물의 승월 기능을 구비하면서 용접 등의 작업을 수행하는 작업로봇이 탑재된 구성을 제시하고, 하기의 한국 등록실용신안공보 제0464290호는 수직방향으로 높이를 가지는 바 형의 파지대가 비전도성 결합수단을 통해 피더 프레임용 레그의 일측에 고정 결합되는 구성으로 론지부재와의 충돌에 의한 파손 방지와 복구시간 축소를 도모한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의한 용접로봇을 활용하더라도 이동의 용이성이 확보될 여지는 있으나 곡면이나 경사면에서 자동용접을 원활히 수행하기에 근본적인 한계성을 드러낸다.

1. 한국 공개특허공보 제2011-0069546호 "더블 헐 구조 블록에 투입되는 자동용접 로봇용 이동장치" (공개일자 : 2011.06.23.) 2. 한국 등록실용신안공보 제0464290호 "승 하강 시 자세 규제가 용이한 가반형 자동용접로봇" (공개일자 : 2010.09.15.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박의 곡면과 경사면에 용접로봇을 안정적으로 고정시킬 수 있는 구성을 도입하여 용접자동화의 실효성을 높이여 근골격계 질환을 배제하고 생산성을 향상하기 위한 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피용접물에 대응하여 용접로봇의 자세를 고정하는 장치에 있어서: 용접로봇을 클램핑하여 지지하는 본체부; 상기 본체부에 복수의 지점으로 설치되고, 관절체로 연결되는 복수의 다리를 지니는 다리부; 및 상기 본체부의 자세변동을 검출하도록 자이로센서를 지니는 조절부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 다리부는 상부다리, 하부다리, 중간다리를 볼소켓 조인트 방식의 관절체로 연결한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 관절체는 관절운동을 단속하도록 볼의 외면을 가압하는 조임나사를 소켓 상에 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 다리부는 하부다리의 하단에 자력 온오프 가능한 매그스위치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절부는 피용접물에 별도의 자이로센서와 함께 부착되어 자세에 대한 정보를 표시하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 조절부는 다리부의 적어도 일측에서 각도 또는 길이를 전기적으로 변동하도록 미세조절기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 종래에 불가능했던 선박의 곡면/경사면의 용접이 가능케되어 이전까지 작업자들이 수행하던 용접을 로봇으로 대체할 수 있고, 이로 인하여 현장의 생산성을 향상시키는 동시에 열악한 작업환경에서 유발되는 근골격계 질환 예방 및 위험요소 해소를 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 설치된 상태로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부를 분리하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 장치를 나타내는 구성도

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

본 발명은 피용접물(10)에 대응하여 용접로봇(15)의 자세를 고정하는 장치에 관하여 제안한다. 피용접물(10)은 선박의 선수미, 측면부의 U-cell과 같이 곡면이나 경사면으로 형성된 부분으로 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 용접로봇(15)은 이동성을 지닌 소형ㆍ경량의 5축 또는 6축 수직다관절 로봇으로 예시하지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명에 따르면 본체부(20)가 용접로봇(15)을 클램핑하여 지지하는 구조이다. 본체부(20)는 판재를 이용하여 원형 또는 다각형으로 형성하며, 일면에는 용접로봇(15)을 고정하는 클램프(25)를 탑재한다. 도 1은 본체부(20)의 저면에 용접로봇(15)을 고정함을 나타내지만 본체부(20)의 상면에 고정할 수도 있다. 물론 용접로봇(15)의 저면이나 측면에는 클램프(25)와 맞물리는 지지바를 설치한다.

또, 본 발명에 따르면 관절체(35)로 연결되는 복수의 다리를 지니는 다리부(30)가 상기 본체부(20)에 복수의 지점으로 설치되는 구조이다. 도 1에서 다리부(30)는 4개소에 설치됨을 나타내지만 3~6개소에 설치될 수도 있다. 다만, 선박의 론지와 같은 장소에서는 4개소에 설치됨이 바람직하다. 관절체(35)는 다리부(30)를 구성하는 각각의 부재의 2차원 또는 3차원 상대운동을 구현한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 다리부(30)는 상부다리(31), 하부다리(32), 중간다리(33)를 볼소켓 조인트 방식의 관절체(35)로 연결한 것을 특징으로 한다. 상부다리(31)는 본체부(20)에 관절체(35)를 개재하여 연결되고, 하부다리(32)는 피용접물(10)에 부착 가능하도록 관절체(35)를 개재하여 연결되고, 상부다리(31)와 하부다리(32)의 사이에는 중간다리(33)가 관절체(35)를 개재하여 연결된다. 도 1에는 중간다리(33)가 1개인 것으로 나타내지만 2개 이상으로 설치할 수도 있다. 관절체(35)는 모두 동일한 볼소켓 조인트 방식을 적용함이 선호되지만 적어도 일부는 유니버설 조인트를 비롯한 여타의 방식을 적용할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 관절체(35)는 관절운동을 단속하도록 볼의 외면을 가압하는 조임나사(36)를 소켓 상에 구비하는 것을 특징으로 한다. 볼소켓 조인트 방식의 관절체(35)에서 볼은 소켓에 수용되어 관절운동을 구현한다. 소켓의 외면으로 노출된 조임나사(36)는 내면에서 볼의 외면을 향하여 접근한다. 조임나사(36)의 단부에 마찰계수와 내마모성이 높은 소재를 부가한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 다리부(30)는 하부다리(32)의 하단에 자력 온오프 가능한 매그스위치(38)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 하부다리(32)의 하단에 결합되는 매그스위치(38)는 자력 온오프 레버를 구비한다. 이에 작업자가 피용접물(10)에 대한 하부다리(32)의 부착을 단속하기 용이하다.

또, 본 발명에 따르면 조절부(40)가 상기 본체부(20)의 자세변동을 검출하도록 자이로센서(43)를 지니는 구조이다. 자이로센서(43)는 본체부(20)의 자세에 대한 3차원 정보를 생성하여 후술하는 조절부(40)에 제공한다. 자이로센서(43)는 조절부(40)에 송신하기 위한 유무선 통신회로를 포함한다. 본체부(20)는 용접로봇(15)과 자이로센서(43)의 간섭을 피하도록 상호 반대측으로 배치하기 위한 착탈 가능한 구조를 구비한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절부(40)는 피용접물(10)에 별도의 자이로센서(43)와 함께 부착되어 자세에 대한 정보를 표시하는 제어기(41)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 제어기(41)는 마이컴 회로를 기반으로 하고 디스플레이를 구비한다. 도 1에서 제어기(41)가 피용접물(10)에 부착되는 것을 나타내지만 피용접물(10)과 이격된 위치에 둘 수도 있다. 이 경우 제어기(41)의 자이로센서(43)를 분리하여 피용접물(10)에 부착한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 조절부(40)는 다리부(30)의 적어도 일측에서 각도 또는 길이를 전기적으로 변동하도록 미세조절기(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 작업자가 다리부(30)의 조임나사(36)를 풀고 조이면서 본체부(20)의 자세를 변동하더라도 정확한 자세가 확립되지 않는 경우 미세조절기(45)를 가동하여 신속ㆍ정확하고 편리하게 완료한다. 미세조절기(45)의 일예로 나사축과 모터를 사용하면 전기적 신호를 인가하여 일측 다리(31)(32)(33)의 길이를 변동할 수 있다. 미세조절기(45)의 다른 예로 링크와 엑츄에이터를 사용하면 전기적 신호를 인가하여 다리(31)(32)(33)의 상대각도를 변동할 수 있다. 물론 미세조절기(45)는 조임나사(36)가 어느 정도 조여진 상태에서 미세한 자세변동이 가능하도록 저회전/고토크 방식을 적용하는 것이 좋다.

사용에 있어서, 적절한 자세로 다리부(30)의 조임나사(36)를 조인 상태에서 용접로봇(15)이 탑재된 본체부(20)를 피용접물(10)에 상치하고, 매그스위치(38)를 온시켜 부착력을 유지한 상태에서 피용접물(10)에 제어기(41)를 상치하고, 본체부(20)에 부착된 자이로센서(43)를 제어기(41)에 연결하고, 제어기(41)의 디스플레이를 관찰하면서 다리부(30)의 자세를 변동하며, 경우에 따라 미세조절기(45)를 작동하여 정확한 자세를 유지한다.

이에, 피용접물(10)과 용접로봇(15)의 상대적인 자세(orientation)가 안정적으로 유지되어 고품질의 용접자동화를 달성할 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.

10: 피용접물 15: 용접로봇
20: 본체부 25: 클램프
30: 다리부 31: 상부다리
32: 하부다리 33: 중간다리
35: 관절체 36: 조임나사
38: 매그스위치 40: 조절부
41: 제어기 43: 자이로센서
45: 미세조절기

Claims (6)

1. 피용접물(10)에 대응하여 용접로봇(15)의 자세를 고정하는 장치에 있어서:
   용접로봇(15)을 클램핑하여 지지하는 본체부(20);
   상기 본체부(20)에 복수의 지점으로 설치되고, 관절체(35)로 연결되는 복수의 다리를 지니는 다리부(30); 및
   상기 본체부(20)의 자세변동을 검출하도록 자이로센서(43)를 지니는 조절부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 다리부(30)는 상부다리(31), 하부다리(32), 중간다리(33)를 볼소켓 조인트 방식의 관절체(35)로 연결한 것을 특징으로 하는 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 관절체(35)는 관절운동을 단속하도록 볼의 외면을 가압하는 조임나사(36)를 소켓 상에 구비하는 것을 특징으로 하는 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 다리부(30)는 하부다리(32)의 하단에 자력 온오프 가능한 매그스위치(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 조절부(40)는 피용접물(10)에 별도의 자이로센서(43)와 함께 부착되어 자세에 대한 정보를 표시하는 제어기(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 조절부(40)는 다리부(30)의 적어도 일측에서 각도 또는 길이를 전기적으로 변동하도록 미세조절기(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 곡면부 용접을 위한 로봇 자세고정 장치.

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