KR20230031474A - 용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법 - Google Patents

용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법 Download PDF

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KR20230031474A
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김희준
이현철
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법이 개시된다. 이동 대차는 상면에 용접 로봇을 안착시키고, 다수개의 용접 대상물로 둘러싸인 내부 공간에 배치되는 몸체; 상기 몸체의 양 측면 방향에 대향되는 용접 대상물과의 거리를 측정하기 위해, 상기 몸체의 양 측면에 각각 장착되는 다수개의 거리 감지 센서를 포함하는 센서 유닛; 및 상기 몸체를 이동시키는 추진력을 발생시키는 다수개의 바퀴를 포함하는 주행 유닛을 포함한다.

Description

용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법{Moving cart for welding robot and mothod for controlling attitude of moving cart}
본 발명은 용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법에 관한 것이다.
선박의 건조 과정은 블록이란 구성 단위로 계획되고, 제작 및 탑재되어 선박이 건조된다. 즉, 선박은 소블록이 중블록 및 대블록으로 조립되어 도크에서 탑재되어 건조된다.
이런 과정으로 선박이 건조되기 때문에, 선박을 만들 때 필요한 블록을 생성하는 과정 등에서 철판을 서로 잇기 위한 용접이 빈번하게 실시되고 있다.
일 예로, 선박은 각종 적재 화물 등을 보호하기 위해 선체의 하부 및 측면을 공간이 있는 2층의 강판 구조로 제작하고 있다.
선체의 바깥쪽에는 외저판 및 외측판으로 이루어진 외판부, 안쪽에는 내저판 및 내측판으로 이루어진 내판부가 이중으로 설치되어, 외판이 손상되는 경우에도 해수의 침입이나 액체화물의 누출을 방지할 수 있도록 이중 선체(double hull) 구조로 제작되고, 외저판과 내저판, 외측판과 내측판 사이에는 론지(longitudinal) 등의 보강 부재를 용접작업으로 결합 고정하여 선체의 강도를 보강한다.
용접 작업중에는 많은 유해가스가 발생되어 용접 작업자의 건강에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 이중 선체 구조에서의 보강 부재인 론지를 용접하는 과정에 용접 로봇이 이용되고 있다.
용접 로봇을 이용하여 용접 대상물을 용접하고자 할 때에는, 용접 로봇이 정확한 위치에 배치되도록 정교한 위치 제어가 요구된다. 그러나, 현장에서의 다양한 용접 대상물의 배치 상황에 ??춰, 작업자들이 용접 로봇을 정확한 위치에 배치시키는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국공개특허 제10-2021-0004527호
본 발명은 현장의 불규칙한 용접 대상물의 배치 상황에 대응하여 용접 로봇이 정확한 위치에 배치되도록 함으로써, 용접 로봇이 안정적인 용접 작업을 실시할 수 있도록 하는 용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상면에 용접 로봇을 안착시키고, 용접 대상물에 의해 구획된 내부 공간에 배치되는 몸체; 상기 몸체의 양 측면 방향에서 대향되는 용접 대상물과의 거리를 측정하기 위해, 상기 몸체의 양 측면에 각각 장착되는 다수개의 거리 감지 센서를 포함하는 센서 유닛; 및 상기 몸체를 이동시키는 추진력을 발생시키는 다수개의 바퀴를 포함하는 주행 유닛을 포함하는 용접 로봇을 위한 이동 대차가 제공된다.
상기 주행 유닛은, 상기 몸체의 전방측 중앙 하부에 회전 가능하도록 장착되는 전방 바퀴와, 상기 전방 바퀴를 정방향 또는 역방향 회전시키거나 조향 각도를 조정하는 전방 구동부를 포함하는 전방 바퀴부; 상기 몸체의 후방 좌측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 좌측 바퀴와, 상기 좌측 바퀴를 정방향 또는 역방향 회전시키는 좌측 구동부를 포함하는 좌측 바퀴부; 상기 몸체의 후방 우측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 우측 바퀴와, 상기 우측 바퀴를 정방향 또는 역방향 회전시키는 우측 구동부를 포함하는 우측 바퀴부; 및 상기 좌측 바퀴 및 상기 우측 바퀴의 조향 각도를 조정하도록 상기 좌측 바퀴 및 상기 우측 바퀴에 결합되는 조향부를 포함할 수 있다.
상기 이동 대차는, 상기 센서 유닛에 포함된 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값을 참조하여 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는, 동일한 대향 방향의 용접 대상물에 대해 2개의 센서에 의해 각각 측정된 거리값, 측정된 거리값 사이의 차이값 및 거리값이 센싱된 2개의 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 용접 대상물에 대해 상기 몸체가 틀어진 각도(θ)를 산출하고, 상기 틀어진 각도가 0이 되도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값들 중에서 동일한 대향 방향의 용접 대상물을 대상으로 2개 이상의 센서가 각각 측정한 거리값이 존재하지 않으면, 동일한 용접 대상물에 대해 2개 이상의 센서에 의해 거리값이 측정될 때까지 상기 몸체가 미리 지정된 하나 이상의 움직임 유형으로 이동되도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어할 수도 있다. 여기서, 상기 미리 지정된 움직임 유형은 전진, 후진, 대각선 전진, 대각선 후진, 전진 좌회전, 후진 좌회전, 전진 우회전 및 후진 우회전 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 센서 유닛은 상기 몸체의 전방과 후방에 각각 대향되는 용접 대상물과의 거리를 측정하기 위해, 상기 몸체의 전방측과 후방측에 각각 장착되는 다수개의 거리 감지 센서를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 몸체의 전방측, 후방측 및 양 측면에 각각 장착된 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값을 참조하여, 상기 몸체가 상기 내부 공간의 중심점에 위치하도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어할 수 있다.
상기 몸체의 하부에는 흡착 자력이 온 또는 오프 제어되는 자력 흡착기 및 스토퍼 중 하나 이상이 장착될 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이동 대차의 자세 제어 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 하여금 이하의 단계들을 수행하도록 하며, 상기 단계들은, 이동 대차의 몸체의 양 측면에 장착된 다수개의 센서들이 각각 대향하도록 위치된 용접 대상물과의 거리를 측정한 거리값을 입력받는 단계; 상기 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값들 중에서 동일한 대향 방향의 용접 대상물을 대상으로 2개 이상의 센서가 각각 측정한 거리값이 존재하지 않으면, 동일한 용접 대상물에 대해 2개 이상의 센서에 의해 측정된 거리값이 입력될 때까지 상기 몸체가 미리 지정된 하나 이상의 움직임 유형으로 이동되도록 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는 단계; 동일한 대향 방향의 용접 대상물에 대해 2개의 센서에 의해 각각 측정된 거리값, 측정된 거리값 사이의 차이값 및 거리값을 측정한 2개의 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 용접 대상물에 대해 상기 몸체가 틀어진 각도(θ)를 산출하는 단계; 및 상기 틀어진 각도가 0(zero)이 되도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 용접 로봇이 안정적인 용접 작업을 실시할 수 있도록 하기 위해, 현장의 불규칙한 용접 대상물의 배치 상황에 대응하여 용접 로봇이 정확한 위치에 배치되도록 하는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 용접 로봇 장치를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차의 개략적인 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차의 저면 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇과 이동 대차의 배치 방법을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 대차의 바퀴 조정 상태를 예시한 도면.
도 7 및 도 8 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 대차의 자세 조정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 대차의 자세 제어 방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 용접 로봇 장치를 예시한 도면이다.
도 1에는 플로어(11), 론지(13), 트랜스(15) 등으로 구성되는 곡블록(10)의 U-cell에 용접 로봇 장치가 투입된 경우가 예시되어 있다(한국공개특허 제10-2021-0004527호 참조).
본체(20)는 이동대차 상에 조인트를 개재하여 자세변동 가능한 주행휠과 프레임을 갖춘 구조로 형성되어, 론지(13)의 설치 방향을 따라 주행할 수 있도록 론지(13)와 론지(13)의 사이 공간에 배치된다.
본체(20)는 론지(13)의 설치 방향을 따라 주행하거나 정지한 상태에서, 본체(20)에 탑재되어 용접 토치를 구동하는 6축 로봇(30)이 미리 지정된 알고리즘에 따른 제어 수단(40)의 제어에 의해 곡블록의 용접을 수행한다.
이와 같이, 본체(20)에 탑재된 6축 로봇(30)이 제어 수단(40)의 제어에 의해 효율적으로 곡블록을 용접하기 위해서는 론지(13)들의 사이 공간에서 정확한 위치에 배치될 필요가 있다.
그러나, 종래기술에 따른 용접 로봇 장치의 이동 대차에는 6축 로봇(30)이 정확한 위치에 배치되도록 하는 구성이 구비되어 있지 않다. 이로 인해, 본체(20)가 론지(13)의 설치 방향을 따라 주행함에 있어 자세 조정이나 바퀴의 각도 제어가 빈번하게 실시되어야 하고, 6축 로봇(30)과 용접선의 간격이 일정하게 유지되지 못하여 곡블록의 용접을 위해 6축 로봇(30)이 상대적으로 많은 움직임을 가지도록 제어되어야 하는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차의 개략적인 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차의 저면 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇과 이동 대차의 배치 방법을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 대차의 바퀴 조정 상태를 예시한 도면이며, 도 7 및 도 8 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 대차의 자세 조정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 용접 로봇(510, 도 5 참조)이 안착되어 용접 로봇(510)의 위치를 이동시키는 이동 대차(100)는 센서 유닛(110), 주행 유닛(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
센서 유닛(110)은 이동 대차(100)와 주변의 용접 대상물(530, 도 5 참조) 사이의 거리를 측정하기 위해, 이동 대차(100)의 몸체(210) 둘레면에 구비되는 다수개의 센서를 포함한다(도 3 참조).
센서 유닛(110)에 포함되는 센서는 예를 들어 거리 감지 센서일 수 있고, 이동 대차(100)의 측면 방향에서 대향하는 용접 대상물(530)과의 거리를 측정하기 위한 제1 좌측 센서(111), 제2 좌측 센서(113), 제1 우측 센서(115) 및 제2 우측 센서(117)를 포함할 수 있다(도 7 참조).
도 3에 예시된 바와 같이, 제1 좌측 센서(111)와 제2 좌측 센서(113) 각각은 몸체(210)의 좌측에 위치한 용접 대상물(530)과의 거리 측정을 위해 이동 대차(100)의 몸체(210)의 좌측 전방측과 좌측 후방측에 각각 장착될 수 있다. 또한, 제1 우측 센서(115)와 제2 우측 센서(117) 각각은 몸체(210)의 우측에 위치한 용접 대상물(530)과의 거리 측정을 위해 이동 대차(100)의 몸체(210)의 우측 전방측과 우측 후방측에 각각 장착될 수 있다.
즉, 센서 유닛(110)은 몸체(210)의 동일한 측면 방향에 장착되는 둘 이상의 센서를 포함함으로써, 후술되는 바와 같이 이동 대차(100)가 각 센서에서 해당 측면 방향에서 대향하는 용접 대상물(530)에 대해 측정한 거리값의 일치 또는 비일치 여부를 참조하여, 이동 대차(100)는 자세 정렬될 수 있다(도 7 참조).
도시되지는 않았으나, 센서 유닛(110)은 이동 대차(100)의 전방과 후방에 위치한 용접 대상물(530)과의 거리를 측정하기 위한 전방측 센서와 후방측 센서를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 전방측 센서와 후방측 센서는 각각 하나 이상으로 구비될 수 있다.
이동 대차(100)가 다수개의 론지와 다수개의 트랜스인 용접 대상물(530)들로 둘러싸인 내부 공간에 배치되었을 때, 이동 대차(100)가 내부 공간에서 적절한 위치(예를 들어, 중심점 위치)로 이동하여 정렬할 수 있도록 몸체(210)의 전방측, 후방측 및 양쪽 측면 방향에 각각 장착된 센서들을 이용하여 주변에 위치한 용접 대상물(530)과의 거리가 감지될 수 있다.
다만, 본 발명에서 내부 공간을 다수개의 용접 대상물(530)에 의해 둘러싸인 공간이라 설명하지만, 해당 내부 공간은 용접 대상물(530)에 의해 'ㄴ'자 형상, 'ㄷ'자 형상 및 'ㅁ'자 형상으로 둘러싸인 경우뿐 아니라, 어느 일측에만 용접 대상물(530)이 위치하는 'l'자 형상의 공간(도 8 참조)도 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
주행 유닛(120)은 센서 유닛(110)에 포함된 각 센서들이 감지한 거리값을 참조한 제어부(130)의 제어에 의해 구동됨으로써, 이동 대차(100)가 지정된 방향으로 이동되도록 한다.
주행 유닛(120)은 전방 바퀴부(121), 조향부(123), 좌측 바퀴부(125) 및 우측 바퀴부(127)를 포함할 수 있다.
도 4 및 도 6에 예시된 바와 같이, 전방 바퀴부(121), 좌측 바퀴부(125) 및 우측 바퀴부(127)는 삼각형의 꼭지점 위치에 각각 배치될 수 있다.
전방 바퀴부(121)는 몸체(210)의 전방측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 전방 바퀴(221)와, 제어부(130)의 제어에 의해 전방 바퀴(221)를 정/역방향 회전시키거나 몸체(210)의 진행 방향을 결정하는 전방 바퀴(221)의 조향 각도를 조정하는 전방 구동부를 포함할 수 있다.
좌측 바퀴부(125)는 몸체(210)의 후방 좌측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 좌측 바퀴(225)와, 제어부(130)의 제어에 의해 좌측 바퀴(225)를 정/역방향 회전시키는 좌측 구동부를 포함할 수 있다. 우측 바퀴부(127)는 몸체(210)의 후방 우측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 우측 바퀴(227)와, 제어부(130)의 제어에 의해 우측 바퀴(227)를 정/역방향 회전시키는 우측 구동부를 포함할 수 있다.
조향부(123)는 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)에 결합되어, 제어부(130)의 제어에 의해 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)의 조향 각도를 조정한다(도 6의 (b), (d) 참조). 조향부(123)가 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)의 조향 각도를 조정하기 위해, 좌측 바퀴(225) 및 우측 바퀴(227)와 결합되는 구조 및 동작 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도시되지는 않았으나, 이동 대차(100)의 몸체(210)의 하면에는 자력 흡착기가 장착될 수도 있다. 자력 흡착기는 자석을 이용하는 자력 발생 수단(예를 들어, 영구 자석, 전자석 등)을 구비하고, 자력 발생 수단이 생성하는 흡착 자력을 온(ON) 또는 오프(OFF)시킴으로써, 철제 바닥면에 용접 로봇(510)이 안착된 이동 대차(100)가 고정되거나 고정 해제되도록 할 수 있다.
자력 흡착기의 흡착 자력을 온 또는 오프 시키기 위한 제어 수단은 이동 대차(100)의 일측에 장착되거나, 작업자가 휴대하는 리모트 컨트롤러에 구비될 수 있다.
자력 흡착기가 흡착 자력을 온 하도록 제어되면, 용접 로봇(510)이 안정적으로 용접 작업하도록 이동 대차(100)는 철제 바닥면에 자력으로 부착되어 안정적으로 위치 고정될 수 있다. 또한, 다른 작업 영역으로 용접 로봇(510)이 이동시키고자 하는 경우, 이동 대차(100)의 이동을 위해 자력 흡착기는 흡착 자력을 오프 하도록 제어될 수 있다.
물론, 전술한 자력 흡착기 대신에 이동 대차(100)의 몸체(210)의 하부에는 하나 이상의 스토퍼가 구비될 수도 있다. 스토퍼는 예를 들어 힌지를 중심으로 상방 또는 하방으로 회전 가능한 구조 등으로 형성될 수 있을 것이다.
제어부(130)는 이동 대차(100)가 다수개의 용접 대상물(530)들에 의해 둘러싸인 내부 공간에 배치되면, 센서 유닛(110)에 포함된 다수개의 센서들 각각에 의해 측정된 대향하는 용접 대상물(530)과의 거리값을 참조하여 이동 대차(100)가 내부 공간에서 적절한 위치(예를 들어, 중심점 위치)로 이동하여 정렬되도록 주행 유닛(120)의 동작을 제어한다.
도 5에 예시된 바와 같이, 용접 로봇(510)은 이동 대차(100)의 상면에 구비된 안착판에 안착된 상태로 용접 대상물(530)들에 의해 둘러싸인 내부 공간에 배치되고, 이동 대차(100)에 구비된 주행 유닛(120)의 동작은 제어부(130)에 의해 제어된다.
용접 로봇(510)은 제어 수단(도시되지 않음) 의 제어에 의해 작업 영역에 대한 자동 용접을 실시한다. 용접 로봇(510)은 예를 들어 6축 로봇으로 구현되며, 6축 로봇의 말단축에는 용접 토치가 장착될 수 있다. 물론, 용접 로봇(510)이 6축이 아닌 5축 이하의 구성으로 제작될 수도 있음은 당연하다. 제어 수단의 제어에 의해 자동 용접을 실시하는 용접 로봇(510)의 구조와 기능은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제어부(130)는 이동 대차(100)를 직진 또는 후진의 움직임 유형으로 이동시키고자 하는 경우, 전방 바퀴(221), 좌측 바퀴(225) 및 우측 바퀴(227)의 조향 각도가 정위치로 유지된 상태에서 정방향 또는 역방향 회전하도록 제어할 수 있다(도 6의 (a), 도 8의 (b)의 ① 참조).
물론, 전방 바퀴(221), 좌측 바퀴(225) 및 우측 바퀴(227)의 조향 각도가 정위치로 유지된 상태에서, 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227) 중 어느 하나와 전방 바퀴만 정방향 또는 역방향 회전되도록 제어하는 경우, 이동 대차(100)는 회전하지 않는 어느 하나의 바퀴가 위치한 방향을 회전 중심으로 하여 회전하는 움직임 유형으로 이동될 수도 있다(도 8의 (b)의 ② 참조).
또한, 제어부(130)는 이동 대차(100)를 몸체(210)의 대각선 방향으로 이동시키고자 하는 경우, 도 6의 (b)에 예시된 바와 같이, 전방 바퀴(221), 좌측 바퀴(225) 및 우측 바퀴(227)의 조향 각도를 이동시키고자 하는 대각선 방향으로 조정한 상태에서 바퀴들이 정방향 또는 역방향 회전하도록 제어할 수 있다(도 8의 (b)의 ③ 참조).
또한, 제어부(130)는 이동 대차(100)가 우회전 또는 좌회전하도록 회전 이동시키고자 하는 경우, 도 6의 (c) 및 (d)에 예시된 바와 같이, 이동 대차(100)가 회전될 방향에 상응하도록 전방 바퀴(221)의 조향 각도만을 조정하거나, 전방 바퀴(221), 좌측 바퀴(225) 및 우측 바퀴(227)의 조향 각도를 각각 조정한 상태에서 바퀴들이 정방향 또는 역방향 회전하도록 제어할 수 있다. 이때, 이동 대차(100)의 회전 반경을 상대적으로 감소시키기 위해, 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)는 서로 반대 방향으로 회전되도록 제어될 수도 있다.
이와 같이, 제어부(130)는 주행 유닛(120)에 포함된 각 바퀴의 조향 각도를 조정하고 정방향 또는 역방향 회전시키도록 주행 유닛(120)의 구동을 제어함으로써, 이동 대차(100)가 전진, 후진, 대각선 전진, 대각선 후진, 전진 좌회전, 후진 좌회전, 전진 우회전 및 후진 우회전 등의 움직임 유형으로 이동하도록 할 수 있다.
이동 대차(100)가 다양한 움직임 유형으로 이동될 수 있도록 하기 위해, 전방 바퀴(221)는 예를 들어 -90도 내지 90도의 범위의 조향 각도에서 조정되도록 몸체(210)에 장착될 수 있고, 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)는 예를 들어 -30도 내지 30도의 범위의 조향 각도에서 조정되도록 몸체(210)에 장착될 수 있다.
또한, 이동 대차(100)가 후방에 배치된 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)에서 발생된 추진력을 주된 추진력으로 하여 다양한 움직임 유형으로 이동될 수 있도록, 전방 바퀴(221)는 옴니휠(omni wheel)로 구성될 수 있다. 옴니휠은 예를 들어 구동력에 의해 회전되어 바퀴의 길이 방향으로 몸체(210)가 이동하도록 추진력을 발생시키는 메인 디스크와, 메인 디스크의 회전 방향과 상이한 방향으로 몸체(210)가 이동할 수 있도록 메인 디스크의 원주를 따라 장착된 다수개의 작은 서브 디스크(롤러)를 포함할 수 있다. 전방 바퀴(221)가 옴니휠로 구현되는 경우, 구동력에 의해 전방 바퀴(221)가 회전되지 않더라도, 이동 대차(100)는 좌측 바퀴(225)와 우측 바퀴(227)에서 발생시키는 추진력에 상응하여 다양한 움직임 유형으로 이동될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 각각 참조하여 제어부(130)의 제어에 의한 이동 대차(100)의 자세 조정 과정을 간략히 설명한다.
도 7을 참조하면, 다수개의 용접 대상물(530)들에 의해 둘러싸인 내부 공간에 이동 대차(100)가 배치되면, 제어부(130)는 이동 대차(100)의 몸체(210)의 양 측면에 각각 장착된 제1 좌측 센서(111), 제2 좌측 센서(113), 제1 우측 센서(115) 및 제2 우측 센서(117)가 대향하도록 위치된 용접 대상물(530)과의 거리를 측정한 거리값을 참조하여, 동일한 측면 방향에 배치된 센서들이 측정한 거리값이 서로 일치하는지 판단한다.
만일 동일한 측면 방향에 배치된 센서들이 측정한 거리값(예를 들어, L1과 L2, L3과 L4)이 비일치하면, 제어부(130)는 각 센서에서 측정한 거리값과, 측정된 거리값 사이의 차이값을 이용하여 이동 대차(100)의 몸체(210)가 대향하는 용접 대상물(530)에 대해 틀어진 각도(θ)를 산출할 수 있다. 이때, 동일한 측면 방향에 배치된 센서들의 거리는 이미 알고 있는 값이기 때문에, 각 센서에서 측정한 거리값과 측정된 거리값 사이의 차이값을 알면 공지의 삼각 함수 공식을 이용하여 제어부(130)는 몸체(210)가 틀어진 각도(θ)를 산출할 수 있음은 당연하다.
제어부(130)는 이동 대차(100)의 몸체(210)의 틀어진 각도(θ)가 0(zero)인 자세로 조정되도록 하기 위해, 주행 유닛(120)에 포함된 전방 바퀴부(121), 조향부(123), 좌측 바퀴부(125) 및 우측 바퀴부(127)의 동작을 각각 제어한다.
이를 통해, 제어부(130)는 이동 대차(100)의 몸체(210)가 특정의 용접 대상물(530)을 기준하여 정렬된 자세로 조정되도록 할 수 있다.
또한, 이동 대차(100)를 몸체(210)의 양 측면에 평행하게 각각 배치된 용접 대상물(530)들의 중간 위치에 위치시키고자 하는 경우, 제어부(130)는 몸체(210)의 양 측면에 각각 배치된 센서들에서 측정된 거리값이 모두 서로 일치되는 위치(즉, L1=L2=L3=L4)로 이동 대차(100)가 이동되도록 주행 유닛(120)의 동작을 제어할 수 있다.
마찬가지로, 다수개의 용접 대상물(530)에 의해 사방이 둘러싸인 내부 공간에 이동 대차(100)가 배치되고, 이동 대차(100)를 내부 공간의 중심점 위치에 위치시키고자 하는 경우라면, 제어부(130)는 몸체(210)의 양 측면에 각각 배치된 센서들에서 측정된 거리값이 서로 일치되는 위치(즉, L1=L2=L3=L4) 및 몸체(210)의 전방과 후방에 각각 배치된 센서들에서 측정된 거리값이 서로 일치하는 위치로 이동 대차(100)가 이동되도록 주행 유닛(120)의 동작을 제어할 수 있을 것이다.
또한, 다수개의 용접 대상물(530)에 의해 둘러싸인 내부 공간에 이동 대차(100)가 배치되더라도, 도 8의 (a)에 예시된 바와 같이 몸체(210)의 일측에는 대향하는 용접 대상물(530)이 존재하지 않고, 몸체(210)의 타측에 대향하는 용접 대상물(530)의 일측에 관통홀(710)이 형성된 경우 등에서 몸체(210)에 구비된 센서들 중 오직 하나에서만 거리값이 측정되는 경우가 발생될 수 있다.
이 경우, 센서들에서 측정된 거리값(즉, 특정의 용접 대상물(530)에 대해 측정된 하나의 거리값)만을 이용해서는 몸체(210)의 틀어진 각도(θ)를 산출할 수 없기 때문에, 몸체(210)의 동일한 측면에 장착된 둘 이상의 센서에서 거리값이 측정되도록 이동 대차(100)의 위치가 조정될 필요가 있다.
즉, 센서 유닛(110)에 포함된 센서들에 의해 측정된 거리값 중에서 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)과의 거리를 측정하기 위해 이동 대차(100)의 몸체(210)에 장착된 둘 이상의 센서에서 각각 측정된 거리값이 모두 존재하지 않으면, 제어부(130)는 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)에 대해 둘 이상의 센서에 의해 각각 거리값이 측정될 때까지 미리 지정된 하나 이상의 움직임 유형으로 이동 대차(100)가 이동되도록 주행 유닛(120)의 동작을 제어한다(도 8의 (b) 참조).
여기서, 움직임 유형은 전진, 후진, 대각선 전진, 대각선 후진, 전진 좌회전, 후진 좌회전, 전진 우회전 및 후진 우회전 등을 포함할 수 있다. 이때, 제어부(130)에 의한 주행 유닛(120)의 동작 제어 기준은 예를 들어 거리값이 측정된 센서의 위치를 기준으로 하여 용접 대상물(530)에 접근하거나 멀어지는 방향으로 이동 대차(100)가 이동되도록 하는 등으로 미리 지정될 수 있다.
이동 대차(100)의 이동에 의해, 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)에 대해 둘 이상의 센서에 의한 거리값이 측정되면, 제어부(130)는 앞서 도 7을 참조하여 설명한 방식과 같이 공지의 삼각 함수 공식을 이용하여 몸체(210)의 틀어진 각도(θ)를 산출하고, 틀어진 각도(θ)가 0(zero)인 자세로 조정되도록 주행 유닛(120)의 동작을 제어한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 대차의 자세 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 단계 910에서, 다수개의 용접 대상물(530)들에 의해 둘러싸인 내부 공간에 이동 대차(100)가 배치된 상태에서, 제어부(130)는 이동 대차(100)의 몸체(210)의 양 측면에 각각 장착된 센서들이 대향하도록 위치된 용접 대상물(530)과의 거리를 측정한 거리값에 관한 센싱 정보를 입력받는다.
단계 920에서, 제어부(130)는 입력된 센싱 정보를 참조하여, 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)과의 거리값이 둘 이상의 센서에 의해 센싱되었는지 여부를 판단한다.
동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)과의 거리를 측정하도록 이동 대차(100)의 몸체(210)에 장착된 둘 이상의 센서에서 측정된 거리값이 센싱되지 않았다면, 단계 930에서, 제어부(130)는 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)에 대해 둘 이상의 센서에 의해 거리값이 측정될 때까지 미리 지정된 하나 이상의 움직임 유형으로 이동 대차(100)가 이동되도록 주행 유닛(120)의 동작을 제어한다.
단계 920의 판단 또는 단계 930의 주행 유닛(120)에 대한 제어에 의해 둘 이상의 센서에 의해 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)과의 거리값이 센싱되었다면, 단계 940에서, 제어부(130)는 둘 이상의 센서에 의해 각각 측정된 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)에 대한 거리값을 이용하여 해당 용접 대상물(530)을 기준한 이동 대차(100)의 틀어진 각도(θ)를 인식한다.
구체적으로, 제어부(130)는 둘 이상의 센서가 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)과의 거리를 측정한 거리값이 서로 일치하면, 해당 용접 대상물(530)에 대해 틀어진 각도 0도로 정렬된 것으로 판단할 수 있다.
그러나, 만일 동일한 대향 방향의 용접 대상물(530)과의 거리를 측정한 거리값이 서로 비일치하면, 제어부(130)는 각 센서에서 측정한 거리값과, 측정된 거리값 사이의 차이값을 이용하여 이동 대차(100)의 몸체(210)가 대향하는 용접 대상물(530)에 대해 틀어진 각도(θ)를 산출할 수 있다. 이때, 동일한 측면 방향에 배치된 센서들의 거리는 이미 알고 있는 값이기 때문에, 각 센서에서 측정한 거리값과 측정된 거리값 사이의 차이값을 알면 공지의 삼각 함수 공식을 이용하여 몸체(210)가 틀어진 각도(θ)가 산출될 수 있다.
거리값이 산출된 용접 대상물(530)에 대해 산출된 몸체(210)의 틀어진 각도(θ)가 0(Zero)이 아닌 경우라면, 제어부(130)는 이동 대차(100)의 몸체(210)의 틀어진 각도(θ)가 0이 되어 해당 용접 대상물(530)을 기준하여 정렬되도록, 주행 유닛(120)에 포함된 전방 바퀴부(121), 조향부(123), 좌측 바퀴부(125) 및 우측 바퀴부(127)의 동작을 제어한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 용접 로봇을 위한 이동 대차 및 이동 대차의 자세 제어 방법은 현장의 불규칙한 용접 대상물의 배치 상황에 대응하여 용접 로봇이 정확한 위치에 배치되도록 함으로써, 용접 로봇이 안정적인 용접 작업을 실시할 수 있도록 하는 특징이 있다.
또한, 전술한 이동 대차의 자세 제어 방법은 디지털 처리 장치에 내장된 소프트웨어 프로그램, 어플리케이션 등으로 구현되어 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램 등을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 독출되고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 이동 대차 110 : 센서 유닛
111 : 제1 좌측 센서 113 : 제2 좌측 센서
115 : 제1 우측 센서 117 : 제2 우측 센서
120 : 주행 유닛 121 : 전방 바퀴부
123 : 조향부 125 : 좌측 바퀴부
127 : 우측 바퀴부 130 : 제어부
210 : 몸체 221 : 전방 바퀴
225 : 좌측 바퀴 227 : 우측 바퀴
510 : 용접 로봇 530 : 용접 대상물
710 : 관통홀

Claims (6)

  1. 상면에 용접 로봇을 안착시키고, 용접 대상물에 의해 구획된 내부 공간에 배치되는 몸체;
    상기 몸체의 양 측면 방향에서 대향되는 용접 대상물과의 거리를 측정하기 위해, 상기 몸체의 양 측면에 각각 장착되는 다수개의 거리 감지 센서를 포함하는 센서 유닛; 및
    상기 몸체를 이동시키는 추진력을 발생시키는 다수개의 바퀴를 포함하는 주행 유닛을 포함하는 용접 로봇을 위한 이동 대차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행 유닛은,
    상기 몸체의 전방측 중앙 하부에 회전 가능하도록 장착되는 전방 바퀴와, 상기 전방 바퀴를 정방향 또는 역방향 회전시키거나 조향 각도를 조정하는 전방 구동부를 포함하는 전방 바퀴부;
    상기 몸체의 후방 좌측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 좌측 바퀴와, 상기 좌측 바퀴를 정방향 또는 역방향 회전시키는 좌측 구동부를 포함하는 좌측 바퀴부;
    상기 몸체의 후방 우측 하부에 회전 가능하도록 장착되는 우측 바퀴와, 상기 우측 바퀴를 정방향 또는 역방향 회전시키는 우측 구동부를 포함하는 우측 바퀴부; 및
    상기 좌측 바퀴 및 상기 우측 바퀴의 조향 각도를 조정하도록 상기 좌측 바퀴 및 상기 우측 바퀴에 결합되는 조향부를 포함하는, 용접 로봇을 위한 이동 대차.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서 유닛에 포함된 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값을 참조하여 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는, 동일한 대향 방향의 용접 대상물에 대해 2개의 센서에 의해 각각 측정된 거리값, 측정된 거리값 사이의 차이값 및 거리값이 센싱된 2개의 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 용접 대상물에 대해 상기 몸체가 틀어진 각도(θ)를 산출하고, 상기 틀어진 각도가 0이 되도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는, 용접 로봇을 위한 이동 대차.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값들 중에서 동일한 대향 방향의 용접 대상물을 대상으로 2개 이상의 센서가 각각 측정한 거리값이 존재하지 않으면, 동일한 용접 대상물에 대해 2개 이상의 센서에 의해 거리값이 측정될 때까지 상기 몸체가 미리 지정된 하나 이상의 움직임 유형으로 이동되도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하되,
    상기 미리 지정된 움직임 유형은 전진, 후진, 대각선 전진, 대각선 후진, 전진 좌회전, 후진 좌회전, 전진 우회전 및 후진 우회전 중 하나 이상을 포함하는, 용접 로봇을 위한 이동 대차.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 센서 유닛은 상기 몸체의 전방과 후방에 각각 대향되는 용접 대상물과의 거리를 측정하기 위해, 상기 몸체의 전방측과 후방측에 각각 장착되는 다수개의 거리 감지 센서를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 몸체의 전방측, 후방측 및 양 측면에 각각 장착된 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값을 참조하여, 상기 몸체가 상기 내부 공간의 중심점에 위치하도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는, 용접 로봇을 위한 이동 대차.
  6. 이동 대차의 자세 제어 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 하여금 이하의 단계들을 수행하도록 하며, 상기 단계들은,
    이동 대차의 몸체의 양 측면에 장착된 다수개의 센서들이 각각 대향하도록 위치된 용접 대상물과의 거리를 측정한 거리값을 입력받는 단계;
    상기 다수개의 거리 감지 센서에서 측정된 거리값들 중에서 동일한 대향 방향의 용접 대상물을 대상으로 2개 이상의 센서가 각각 측정한 거리값이 존재하지 않으면, 동일한 용접 대상물에 대해 2개 이상의 센서에 의해 측정된 거리값이 입력될 때까지 상기 몸체가 미리 지정된 하나 이상의 움직임 유형으로 이동되도록 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는 단계;
    동일한 대향 방향의 용접 대상물에 대해 2개의 센서에 의해 각각 측정된 거리값, 측정된 거리값 사이의 차이값 및 거리값을 측정한 2개의 센서 사이의 거리를 이용하여 상기 용접 대상물에 대해 상기 몸체가 틀어진 각도(θ)를 산출하는 단계; 및
    상기 틀어진 각도가 0(zero)이 되도록 상기 주행 유닛에 포함된 다수개의 바퀴의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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