KR960000294B1 - 용접 로보트 - Google Patents

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KR960000294B1
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welding
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싸르토리오 프랑코
카르보나토 기안프랑코
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가부시끼가이샤 아마다
아마다 마쯔아끼
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Abstract

내용 없음.

Description

용접 로보트
제1도는 본 발명에 의한 전기용접로보트의 제1실시예의 측면 설명도.
제2도는 상기 제1실시예의 평면 설명도.
제3도는 상기 제1실시예의 헤드부의 사시도.
제4도는 피용접재료에 대한 헤드부의 방향설정의 설명도.
제5도는 상기 실시예의 제어시스템의 블록도.
제6도는 상기 블럭도의 상세 설명도.
제7도는 용접 궤적(Trace)선에 대한 용접토오치 등의 위치어긋남을 설명하기 위한 설명도.
제8도, 제9도는 상기 헤드부의 다른 실시예의 사시도.
제10도는 이 발명에 의한 제2실시예의 측면 설명도.
제11도는 상기 제2실시예의 평면 설명도.
제12도는 이 발명의 제3실시예의 측면 설명도.
제13도는 이 발명의 제4실시예의 측면 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용접 로봇 3 : 기대
5 : 아암수단 7 : 헤드부
9 : 제어장치 11 : 제1수평아암
13, 19 : 조작장치 15, 21 : 접속 코드
17 : 제2수평아암 23 : 기둥형상아암
25 : 가이드장치 27 : 제3조작장치
29 : 접속코드 31 : 보조블럭
33 : 역L자형상블럭 33a : 수평부
33b : 수직부 35 : 제4조작장치
37 : 막대형상블럭 39 : 제5조작수단
41 : 용접토오치 43 : 원판부재
45 : 레이저식 시각센서 47 : 케이블
49 : 제6조작장치 51 : 지지블럭
53 : 지지대 55, 57, 59 : 영역
61 : 제어시시템 63 : 전력공급제어부
65 : 외부프로그램장치 67 : 외부인터페이스
69 : 시각센서용 인터페이스 71 : 제어부
73 : 조작장치용 인터페이스 75 : 주기억부
77 : 작업지령부 75 : 보간(補間)연산부
81 : 용접토오치위치 보정연산부 83 : 시각센서위치 보정연산부
85 : 주좌표변환부 87 : 위치어긋남 데이터 기억부
89 : 위치어긋남 데이터 좌표변환부 91 : 미크로 보간 연산부
93 : 조작장치구동부 95a : 지령신호
95b : 검출신호 99 : 화상처리부
101 : 궤적선 위치어긋남 연산부 103 : 헤드요소 위치어긋남 연산부
105 : 헤드부 107 : 회동부재
109 : 헤드부 111 : 제1동일축부재
113 : 제2동일축부재 115 : 뿔부재
117 : 가이드 기둥 119 : 승강부재
121 : 제7조작장치 123 : L자형상 아암
125 : 지지블럭 127 : 지지대
129 : 용접범위 130a, 130b : 피용접부재
131 : 용접로보트(제3실시예) 133 : 제8조작장치
135 : 수평연장부 137 : L자형상 아암
139 : 헤드부 141 : 용접로보트(제4실시예)
143 : 기대 145 : 가이드
147 : 슬라이드 부재 149 : 제1수평아암
이 발명은 용접로보트에 관한 것으로서, 특히 용접토오치를 부착한 헤드를 소정의 작업영역내에서 여러가지 태양으로 이동시킴으로써 여러가지 형상의 피용접재료를 자유롭게 용접할 수 있는 용접 로보트에 관한 것이다.
종래에, 용접토오치등을 부착한 헤드를 소정의 작업영역내에서 여러가지 이동시킴으로써 여러 가지 형상의 피용접재료를 용접할 수 있는 용접로보트가 알려져 있다. 용접로보트에 있어서 상기 헤드등의 이동은 컴퓨터와 같은 제어장치의 제어하에 행하여지는 것이 일반적이다. 따라서, 소정의 용접사이클에 의거하여 소정의 위치결정정도(예를들면 0.1mm 이하의 오차)로 상기 헤드를 이동시킴에는, 이 이동 동작에 대응하는 소정의 프로그램을 작성할 필요가 있다.
그러나, 종래의 용접로보트에 있어서는 상기 헤드 및 이 헤드의 각 부분을 이동시키기 위한 구성이 복잡함에도 불구하고, 입력프로그램만에 의하여 당해 헤드를 이동시키고 있었기 때문에, 당해 헤드를 피용접부내에 정확하게 위치결정하는 것은 곤란하였다. 따라서, 상기 프로그램을 책상위에서 작성하는 것은 곤란하며, 예를들면 실제작업현장에서 용접로보트를 구동시키는, 소위 가르침(Teaching)에 의하여 당해 로보트에 학습을 시키도록 하고 있다.
따라서, 실제의 용접작업이외의 작업에 시간을 낭비하여 작업능률이 떨어진다고 하는 문제점이 있었다. 또한, CAD, CAM 등의 지원에 의한 컴퓨터 상에서의 프로그램 작성작업에 불가능하게 되어 복잡한 형상의 재료의 용접프로그램 작성이 곤란하게 된다라고 하는 문제점이 있었다.
이 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 된 것으로서, 그 목적은, 현실적인 작업현자이외에는 정확한 로보트 동작을 위한 프로그램을 용이하게 작성할 수 있는 용접로보트를 제공하는데 있는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 제1발명의 용접로보트는, 피용접재료를 자동적으로 용접할 수 잇는 용접로보트로서, 기대와, 이 기대에 기단부가 부착되며 선단부는 당해기대에 관련하는 소정영역내에서 이동이 자유롭게된 아암수단과, 이 아암수단의 선단부에 적어도 하나의 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성된 용접토오치와, 상기 아암수단의 선단부에 구성되며 피용접재료에 대한 용접토오치의 상대위치를 검출할 수 있는 검출수단과, 이 검출수단으로부터의 신호로서 상기 기대에 대한 상기 아암수단의 선단부의 이동 및 이 아암수단의 선단부에 대한 용접 토오치의 회동을 제어할 수 있는 제어수단과를 구비하여 되는 용접로보트임을 특징으로하고 있다.
또한, 제2발명의 용접로보트는, 피용접 재료를 용접할 수 있는 용접로보트로서, 기대와 이 기대에 기단부가 부착되는 선단부는 당해 기대에 관련하는 소정 영역내에서 이동이 자유롭게된 아암수단과, 이 아암수단의 선단부에 적어도 하나의 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성된 용접토오치와, 상기 이 용접토오치의 회동축과 교차하는 다른축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 상기 아암수단의 선단부에 구성되며 피용접재료에 대한 용접 토오치의 상대위치관계를 검출수단과, 이 검출수단으로부터의 신호로 상기 기대에 대한 아암수단의 선단부의 이동 및 상기 아암수단의 선단부에 대한 용접토오치의 회동을 제어할 수 있는 제어수단과를 구비하여 되는 용접로보트임을 특징으로 하고 있다.
또한, 제3발명의 용접로보트는, 피 용접재료를 용접할 수 있는 로보트로서, 기대와, 이 기대에 기단부가 부착되며 선단부는 당해 기대에 관련하는 소정영역내에서 이동이 자유롭게 된 아암수단과, 이 아암수단의 선단부에 서로 교차하는 적어도 두개의 축을 중심으로하여 희동이 자유롭게끔 구성된 용접토오치와, 상기 기대에 대한 아암수단의 선단부의 이동 및 상기 아암수단의 선단부에 대한 용접토오치의 희동을 제어할 수 있는 제어수단과를 구비하여 되는 용접로보트임을 특징으로 한 것이다.
제1발명에 있어서는, 상기의 구성에 의하여 검출수단으로부터의 신호에 의하여 용접토오치가 구동되기 때문에 피용접부재에 대한 용접토오치의 위치결정이 용이하게 되며, 용접토오치의 구동제어를 위한 프로그램작성이 책상위에서도 가능하게 된다.
또한, 제2발명에 있어서는, 상기의 구성에 의하여 상기 용접토오치 또는 검출수단의 회동제어에 있어서, 서로 교차하는 축을 중심으로 하는 회동에 대하여는 서로 독립하여 제어가능하기 때문에 제어프로그램을 간단하게 할 수 있어서 책상위에서의 프로그램 작성이 가능하게 된다.
이하 이 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 이 실시예의 용접로보트(1)는, 주로 용접재료를 사용하지 않는 TIG용접과 같은 용접작업에 이용되는 것으로서, 기대(3)와, 이 기대(3)에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지된 아암수단(5)과, 이 아암수단(5)의 선단부에 지지된 헤드부(7)와를 구비하여 된다.
상기 기대(3)는, 예를들어 캐비넷 구조를 가지며, 내부에는 용접로보트(1) 전체의 동작을 제어하기 위한 제어수단으로서의 제어장치(9)가 짜넣어져 있다.
이 기대(3)의 위에는, 상기 아암수단(5)의 제1요소로서의 제1수평아암(11)의 기단부가 조작장치(13)에 의하여 수직축(A)을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 지지되어 있다. 이 조작장치(13)에는 축(A)을 중심으로 하여 상기 제1수평아암(11)을 정역방향으로 회동시키기 위한 액튜에이터(도시하지 않음) 및 이 제1수평아암(11)의 회동각도를 검출하기 위한 각도 센서(도시하지 않음)가 내장되어 있다. 한편, 제1수평아암(11)은 여러가지의 신호. 에너지등을 전달가능한 접속코드(15)로 상기 기대(3)와 접속되어 있다.
따라서, 상기 제어장치(9)등으로부터의 신호로 상기 조작장치(13)가 구동제어되며, 제1수평아암(11)이 축(A)을 중심으로 하여 예를들어 각속도 45도/초로 160°의 각도 범위를 이동한다.
상기 제1수평아암(11)의 선단부에는, 상기 아암수단(5)의 제2요소로서의 제2수평아암(17)의 기단부가 상기 조작장치(13)와 마찬가지의 조작장치(19)를 개재하여 수직축(B)을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성되어 있다. 이 제2수평아암(17)은 제1수평아암(11)과 상기 접속코드(15)와 마찬가지의 접속코드(21)에 의하여 접속되어 있다.
따라서, 상기 제어장치(9)로부터의 신호로 상기 조작장치(19)가 구동제어되며, 제2수평아암(17)이 축(B)을 중심으로하여 예를들어 각속도 105(도/초)로 320°의 각도 범위를 이동한다.
상기 제2수평아암(17)의 선단부에는, 상기 아암수단(5)의 제3요소로서의 기둥형상아암(23)이 가이드(25) 및 제3조작장치(27)를 개재하여 오르내림이 자유롭게끔 구성되어 있다. 이 가이드장치(25)는, 단면, C자형사을 가지며(제2도), 기둥형상아암(23)의 몸통부를 셋방향으로부터 지지하도록 되어 있다.
또한, 상기 제3조작장치(27)는 기둥형상아암(23)을 승상이동시키기 위한 적당한 액튜에이터를 구비함과 함께 이 기둥형상아암(23)의 승강이동을 검출하기 위한 위치센서(어느것도 도시되지 않음)를 구비하고 있다.
또한 상기 기둥형상아암(23)의 접속코드(29)에 의해 제2수평아암(17)과 전기적으로 접속되어 있다.
따라서, 상기 제어장치(9)로부터의 제어신호에 의해 제3조작장치(27)가 구동제어되며, 기둥형상아암(23)이 예를들어 속도 0.8(m/sec)로 850mm의 직선범위로 승강이동된다.
상기 기둥형상아암(23)의 하단부에, 상기 헤드부(7)가 구성되어 있다.
보다 상세하게는, 제3도에 표시되는 바와 같이, 기둥형상아암(23)의 하단부에 보조블럭(31)이 구성되어 있다. 그리고, 이 보조블럭에 상기 기둥형상아암(23)의 축심을 통과하는 수직축(z)을 중심으로하여 역L자형상블럭(33)의 수평부(33a)가 회동이 자유롭게끔 지지되어 있다. 또한, 상기 기둥형상아암(23)의 하단부에는, 상기 역L자형상블럭(33)을 수직축(z)을 중심으로하여 회동구동시킴과 함께 이 회동위치를 검출할 수 있는 제4조작장치(35)가 구성되어 있다. 한편, 헤드부(7)는 접속코드(27)를 개재하여 상기 기둥형상아암(23)에 접속되어 있다. 따라서, 제어장치(9)로부터의 신호에 의해 제4조작장치(35)가 구동제어되며 역L자형상블럭(33)이 수직축(z)을 중심으로 하여 예를들어 300(도/초)의 각속도로 360°의 각도 범위에 있어서 회동된다(이 각도를 α로 표시한다).
상기 역L자형상블럭(33)의 수직부(33b)의 하단부에는, 상기 수평부(33a)의 길이방향으로 평행이고 또한 상기 수직축(z)에 직교하는 수평축(D)을 중심으로 하여 회동이 자유롭게끔 막대 형상블럭(37)이 지지되어 있다.
또한, 상기 역L자형상블럭(33)의 수직부(33b)에는, 더우기 상기 수평블럭(37)을 수평축(D)을 중심으로하여 회동시킴과 함께 이 회동각도를 검출하기 위한 제5조작수단(39)이 구성되어 있다. 따라서, 이 제5조작수단(39)을 상기 제어장치(9)로부터의 선호로 구동제어함으로써 수평블럭(37)을, 예를들어 각 속도300(도/초)으로 240°의 각도범위에 있어서 회전시킬수 있다(이 각도를 β로 표시한다).
상기 막대형상블럭(37)의 선단부 근방에는 용접봉과 같은 용접토오치(41)가 막대형상블럭(37)을 관통하며 또한 수평축(E)을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 부착되어 있다. 또한, 이 실시예에서는 수평축(E)은 수직축(Z) 및 수평축(D)의 양축에 동일공통점(H)에서 직교하도록 되어 있다.
이 용접토오치(41)에 고정되어 구성된 원판부재(43)에, 용접토오치(41)에 의한 용접영역(G)을 관찰가능한 검출수단으로서의 레이저식 시각센서(45)가 부착되어 있다. 이 시각센서(45)는 예를들어 5mm×5mm의 시계를 가지는 것이며 케이블(47)에 의해 헤드부(7)와 전기적으로 접속되어 있다.
상기 막대형상블럭(37)의 다른쪽의 측면에는, 상기 용접토오치(41) 및 시각센서(45)를 수평축(E)을 중심으로하여 회동시킴과 함께 이 회동각도를 검출하기 위한 제6조작장치(49)가 구성되어 있다.
따라서 상기 제어장치(9)로부터의 신호로 이 제6조작장치(49)를 적당하게 구동제어함으로써, 상기 용접토오치(41) 및 레이저식 시각센서(45)를 수평축(E)을 중심으로하여 예를들어 각속도 450(도/초)로 360°의 각도 범위를 회동시킬 수 있다(이 각도를 β로 표시한다).
상기 구성에 의하여, 제4도에 표시하는 바와 같이, 예를들어 판재(W1) 및 (W2)를 축 S-S를 따라서 겹치기 용접(Lap welding)하는 경우에는, 상기 제4조작장치(35)를 작동시킴으로써 용접토오치(41)의 축(E)을 판재의 표면에 수직인 축(N)에 대하여 각도(α)만큼 경상시킬수 있다.
또한, 제5조작장치(39)를 작도시킴으로써 상기 축(E)을 판재에 수직인 다른 평면내에는 각도(β)만큼 경사시킬수 있다.
나아가서, 제6조작장치(49)를 작동시킴으로써 상기 레이저식 시각센서(45)를 상기 축(E)를 중심으로하여 회동시켜 적당위치에로 위치결정 할 수 있다.
다시 제1도 및 제2도를 참조하여, 이 실시예의 용접로보트(1)에는, 상기 기대(1)에 인접하여 지지블럭(51)이 배치되며 이 지지블럭(51)위에 피용접재로부터(W)를 지지하기 위한 지지대(53)가 놓여져 있다. 상기 구성에 의하여, 제어장치(9)로부터의 신호로 제1수평아암(11) 및 제2수평아암(17)을 각각 수직축(A) 및 수직축(B)을 중심으로하여 적당한 각도만큼 회동함과 함께, 기둥형상아암(23)을 적당길이만큼 승강시킴으로써 상기 기둥형상아암(23)의 하단부에 구성된 헤드부(7)를 기대(3)에 인접하는 소정영역내에서 자유롭게 이동시킬 수 있다.
예를들어 수직방향에 있어서는, 용접토오치(41)의 선단을 제1도에 도시한 영역(55)의 범위에서 이동시킬 수 있다. 또한, 수평면내에 있어서는, 수직외벽에 용접작업을 행하여야 할 용접토오치(41)를 수평방향내측으로 향하게 한 경우에는 제2도에 도시한 영역(57)의 범위에서 이동할 수 있으며, 수평벽에 용접을 행하여야 할 용접토오치(41)를 수직방향아래쪽으로 향하게 한 경우에는, 제2도에 도시한 영역(59)의 범위에서 이동할 수 있다.
따라서, 이 실시예의 용접로보트(1)에 의하여, 상기 영역(55)내 및 영역(57)내 또는 영역(59)내에 배치된 피용접재료에 대하여 원하는 용접작업을 행할 수가 있는 것이다.
다음에, 제5도 및 제6도를 참조하면서 상기 레이저식 시각센서(45)로부터의 신호를 받아서 상기 조작장치(13), (19), (27), (35), (39), (49)의 구동조건 및 용접토오치(41)의 용접조건(전압·전류조건) 등을 제어하기 위한 제어시스템(61)을 설명한다.
먼저 제5도를 참조하면, 이 제어시스템(61)은, 이이 기술한 제어장치(9)와, 전력공급제어부(63)와, 외부 프로그램장치(65) 또는 외부 인터페이스(67)와를 구비하여 된다.
보다 상세하게는, 상기 제어장치(9)에는 레이저식 시각센서(45)로부터의 화상신호를 처리하기 위한 시각 센서용 인터페이스(69)와, 상기 조작장치(13), (19), (27), (35), (39), (49) 등의 기본구동 프로그램을 기억함과 함께, 상기 시각센서용 인터페이스(69)등과 교신하여 이 기본구동 프로그램을 보정할 수 있는 주제어부(71)와, 이 주제어부(71)로부터의 신호를 받아서 상기 조작장치(13), (19), (27), (35), (39), (49)를 피이드백 제어하는 조작장치용 인터페이스(73)가 구성되어 있다.
따라서, 이 제어시스템에 의하여, 레이저식 시각센서(45)로부터의 화상신호에 의하여 시각센서용 인터페이스(69)주제어부(71), 조작장치용 인터페이스(73)를 개재하여 조작장치(13), (19), …, (49)가 피이드백 제어된다.
또한, 상기 제어부(71)애 대하여, 상기 전력공급제어부(63)가 2방향 접속되어 있다. 따라서, 용접토오치(41)의 용접조건이 주제어부(71)로부터의 프로그램정보에 의하여 적당하게 제어됨과 함께 상기 조작장치(13), (19), (27), (35), (39), (49)가 주제어부(71) 및 조작장치용 인터페이스(73)를 개재하여 상기 전력공급제어부(63)으로부터의 전력공급조건에 따라서 적당하게 제어될 수 있다.
한편, 상기 제어장치(9)에 접속된 외부 프로그래밍장치(65)는, CAD와 같은 장치로 되며 용접로보트(1)에 대하여 여러 가지의 기본 프로그램을 작성한다. 마찬가지로, 제어장치(9)에 접속된 외부 인터페이스(67)는 상기 프로그램 등을 작성하기 위한 CIM 시스템(도시되지 않음)과 교신하기 위한 것이다. 따라서, 상기 장치의 어느것인가로부터, 예를들어 상기 조작장치(13), (19), …, (49)에 대한 기본구동 프로그램이 상기 제어장치(9)의 주제어부(71)등으로 입력되는 것이다.
제6도를 참조하면서, 상기 제어장치(9)의 구성을 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 상기 주제어부(71)는, 주기억부(75)와, 작업지령부(77)와, 보간 연산부(79)와, 용접토오치위치 보정연산부(81)와, 시각센서위치 보정연산부(83)와, 주좌표변환부(85)와, 위치흔들림 데이터 기억부(87)와, 위치 흔들림 데이터 좌표변환부(89)와를 구비하여 된다.
상기 주기억부(75)는 용접작업을 위하여 필요한 여러 가지의 피라미터(예를들면, 용접조건 피라미터, 조각 장치를 위한 위치설정 파라미터 및 이동속도 피라미터, 피용접부분의 치수 피라미터 및 용접태양 파라미터)를 기억하는 것이다.
작업지령부(77)는, 예를들면 상기 외부 프로그램장치(65)로부터 용접작업용 프로그램이 주어지면 이 프로그램에 따라서 상기 주기억부(75)로부터 소정의 파라미터를 읽어내고, 일어낸 파라미터를 그 파라미터의 종류에 따라서 순서대로 상기 전력공급제어부(63), 보건연산부(79) 또는 시각센서용 인터페이스(69)에로 송출하는 것이다.
즉, 용접조건에 관한 파라미터는 전력공급제어부(63)에로 송출되며, 조각장치(13), (19), …, (49) 및 시각센서(45)에 관한 파라미터는 보간 연산부(79) 및 시각센서용 인터페이스(89)에로 송출된다.
보간 연산부(79)는, 상기 조각장치(13), (19), …, (49) 등에 대한 위치설정 피라미터가 상기 작업지령부(77)로부터 주어지면, 이들을 선형보간 또는 원형 보간하는 것이다. 이 원형 보간된 파리미터중, 조작장치(13), (19), …, (49)에 대한 위치결정 파라미터등은 상기 용접토오치위치 보정연산부(81)에로 송출되며, 시각센서(45)를 위한 위치설정 파라미터는 상기 시각센서위치 보정연산부(83)에로 송출된다.
이 용접토오치위치 보정연산부(81)에로, 뒤에 상세하게 설명하는 바와 같이, 용접작업중의 용접토오치(41)의 소정위치로부터의 어긋남을 나타내는 위치어긋남 데이터가, 상기 시각센서용 인터페이스(69)로부터 위치 어긋남 데이터기억부(87) 및 위치어긋남 데이터 좌표변환부(89)를 개재하여 입력된다.
따라서, 상기 용접토오치위치 보정연산부(81)에서는, 상기 시각센서용 일터페이스(69)로부터 입력되는 용접토오치 위치어긋남 데이터에 의해, 상기 보간 연산부(79)로부터 입력되는 파라미터가 보정된다.
예를들면, 상기 보건연산부(79)로부터 입력되는 용접토오치의 위치설정 파라미터가 실제용접선으로부터 벗어나 있는 경우에는, 당해 용접궤적선에 일치하도록 상기 위치설정 파라미터가 보장된다.
따라서, 상기 보정연선부(81)로부터는, 실제 용접궤적선에 정확하게 일치된 용접토오치(41) 등의 위치설정 파라미터가 출력된다.
상기 주좌표변환부(85)에서는, 상기 위치설정 파라미터가, 각 조작장치(13), (19), (27), (35), (39), (99)에 대한 파라미터마다 절대 기준좌표로부터 상대좌표로부터 상대좌표에로 변환된다.
한편, 상기 시각센서위치 보정연산부(83)에로는, 상기 레이저식 시각센서(45)의 소정위치로부터의 벗어남을 나타내는 위치어긋남 파라미터가, 상기 시각센서용 인터페이스로부터 직접 입력된다. 그리고, 상기 시각센서 보정연산부(83)에서는, 상기 시각센서(45)의 위치어긋남 파라미터에 의하여, 상기 보간연산부(79)로부터 입력된 시각센서(41)의 위치설정 파라미터가 보정된다. 예를들면, 상기 센서(45)의 위치가 소정의 최적관팔위치로부터 벗어나 있는 경우는, 시각센서가 이 관찰위치에 위치하도록 상기 위치설정 파라미터가 보정된다. 그리고, 이와같이 보정된 파라미터가 상기 조작장치용 인터페이스(73)에로 송출된다.
다음에, 상기 조작장치용 인터페이스(73)는, 미크로보간 연산부(91) 및 조작장치 구동부(93)를 구비하여 된다.
미크로 연산부(91)는, 상기 주제어부(71)의 주좌표변환부(85)로부터의 파라미터를 다시 미크로 보간 연산하는 것이다.
조작장치용 구동부(93)는, 상기 미크로 연산부(91) 및 상기 주제어부(71)내의 시각센서위치 보정연산부(83)로부터의 파라미터를 받아 조작장치(13), (19), …, (49)의 위치·속도등을 지령신호(95a), 검출신호(95b)에 의해 피어드백 제어하는 것이다.
다음에, 상기 시각센서용 인터페이스(69)는, 상기와 같이, 상기 레이저식 시각센서(45)로부터의 신호를 처리함으로써 상기 용접토오치(41) 및 레이저식 시각센서(45)의 위치어긋남 데이터를 주제어부(71)에로 송출하는 것으로, 화상(image) 처리부(99), 궤직선 위치어긋남 연산부(101) 및 헤드요소 위치어긋남 연산부(103)를 구비하고 있다.
상기 화상처리부(99)는, 레이저식 시각센서(45)로부터의 화상신호에 의거하여 실제의 용접궤적선의 위치 좌표를 연산하는 것이다.
궤적선 위치어긋남 연산부(101)는, 상기 화상처리부(99) 및 상기 주제어부(71)내의 작업지령부(77)에 접속되어 있다. 그리고, 상기 적업지령부(77)로부터의 기본 용접궤적선과 화상처리부(99)로부터의 실제 용접궤적선과를 비교하여서, 이 비교결과에 의거하여 양 궤적선의 위치어긋남을 연산한다.
헤드요소 위치어긋남 연산부(103)는, 상기 궤적선 위치어긋남 연산부(101)로부터의 신호에 의거하여, 상기 실제 용접궤적선과, 용접토오치(41) 및 시각센서(45)로 되는 헤드요소와의 위치어긋남을 연산한다.
더욱 상세하게는, 예를들면 제7도에 나타내는 바와같이, 피용접재료(W1) 및 (W2)를 축(S-S)을 따라 용접하는 경우에는, 축(S-S)과 용접토오치(41) 선단과의 간격(△u), (△v) 및 축(S-S)에 대한 시각센서(45)의 어긋남각(△r)이 연산된다.
여기에서(△u)는, 예를들어 상기 축(E)의 연장선의 피용접재료(W1) 또는 (W2)와의 교정과, 상기 용접토오치 선단과의 간격이다. 또한, (△v)는, 피용접재료(W1), (W2)의 표면내에서, 상기 축(S-S)에 수직한 방향을 따라서 잰 상기 교정과 축(S-S)과의 간격이다. (△r)는, 상기 축(E)을 중심으로 하는 회동면내에서 상기 축(S-S)을 통하여 평면으로부터 잰 시각센서(45)의 회동각이다.
이 위치어긋남 데이터(△u), (△v) 및 (△r)중, 용접토오치(41)에 관한 위치어긋남 데이터(△u) 및 (△v)는 상기 주제어부(71)내의 위치어긋남 데이터 기억부(87)에로 기억된다.
이 위치어긋남 데이터 기억부(87)는, 복수의 셀로되며, 용접토오치(41)의 실제의 움직임에 따른 소정시간내에 적당한 기억 데이터를 출력하도록 되어있다. 따라서, 상기 위치어긋남 데이터(△u), (△v)는, 위치어긋남 데이터 기억부(87)에 일단 기억된 후, 소정의 타이밍으로 위치어긋남 데이터 좌표변환부(89)에로 보내진다.
이 위치어긋남 데이터 좌표변환부(89)는, 피가공재료에 관련된 좌표치로 표시되어 있는 데이터를 헤드부(7)에 관련된 좌표치로 표시된 데이터로 변환하는 것이다. 따라서, 이 위치어긋남 데이터 좌표 변환부(89)에서, 상기 피가공재료에 관련된 좌표치로 표시되어 있는 위치어긋남 데이터가 헤드부(7)에 관련된 좌표치로 표시된 위치어긋안 데이터로 변환되어, 상기 용접토오치 위치 보정연산부(81)에로 입력된다.
그리하여, 이미 설명한 바와같이, 이 용접토오치 위치 보정연산부(81)에 있어서 상기 위치어긋남 데이터에 의해 상기 조작장치(13), (19), …, (49)에 대한 위치설정 파라미터가 보정된다.
한편, 상기 시각센서(45)에 관한 위치어긋남 데이터(△r)는, 상기 헤드요소 위치어긋남 연산부(103)로부터 직접 상기 시각센서위치 보정연산부(83)에로 입력되어서, 상기 시각센서(45)의 위치 설정데이터의 보정에 제공된다.
상기 구성에 의하여, 상기 외부 프로그램장치(65) 또는 외부 인터페이스(67)로부터 입력된 용접작업 프로그램은, 먼저 예를들면 주제어부(71)내의 주기억부(75)에로 기억된다.
용접작업이 개시되면, 상기 프로그램에 의거하여 소정의 용접작업 파라미터가, 보간 연산부(79). 용접토오치위치 보정연산부(81). 시각센서위치 보정연산부(83). 부파라미터 좌표변환부(85). 미크로보간 연산부(91)를 개재하여 조작장치 구동부(93)에로 송출된다.
또한, 상기 파라미터중 소정의 파라미터가 직접전원공급제어부(63) 또는 궤직선 위치어긋남 연산부(101)에로 송출된다. 그러면, 이 용접작업 파라미터에 의해 각 조작장치(13), (19), …, (49)가 적당하게 구동됨과 함께 용접토오치(41)에서 원하는 용접이 행하여진다.
한편, 상기 용접동작이 시각센서(45)에 의하여 감시되고, 용접토오치(41) 및 시각센서(45)의 위치어긋남 데이터(△u), (△v), (△r)가, 화상처리부(99) 및 궤직선 위치어긋남 연산부(101)를 개재하여 헤드요소 위치어긋남 연산부(103)에서 연산된다.
이 연산된 위치어긋남 데이터 중, 용접토오치(41)에 관한 위치어긋남 데이터(△u), (△v)가, 위치어긋남 데이터 기억부(87) 및 위치어긋남 데이터 좌표변환부(89)를 개재하여 용접토오치위치 보정 연산부(81)에로 입력되면 이 보정 연산부(81)에서 용접토오치의 위치 파라미터가 보정된다.
또한, 시각센서(45)에 관한 위치어긋남 데이터(△r)가, 시각센서위치 보정 연산부(83)애로 입력되면 이 위치어긋남 데이터에 의해 시각센서(45)의 위치 파라미터가 보정된다.
이와같이, 이 실시예의 의하면 시각센서(45)로부터의 보정데이터에 의해 용접토오치위치 파라미터 및 시각센서위치 파라미터 등의 용접작업 파라미터가 항상 보정되어 용접토오치(41)가 늘 실제의 용접선을 따라서 이동하도록 제어되기 때문에, 1/10mm정도의 위치결정정도의 용접이 행하여질 수 있다.
또한, 레이저식 시각센서(45)는, 용접토오치(41)와 동일축에 구성된 원판부재(43)에 고정되어 부착되어 있기 때문에, 용접토오치(41)가 피용접재료에 대하여 여러 가지의 자세(Orientation)를 취하드라도 상기 원판부재(43)를 적당하게 회동함으로써 용접장소 근방에서 용접토오치(41)와 용접궤적선과 관계를 감시하기 위한 최적위치에로 이동할 수 있다.
또한, 레이저식 시각센서(45)로부터의 보정신호로 용접토로치(41)의 위치파라미터를 보정하도록 하였기 때문에, 기본으로 되는 위치파라미터 자체는 어느정도 정확하지 아니하드라도 용접토오치(41)를 용접선에 대하여 정확하게 위치결정할 수 있어서 정밀하고 정확한 용접작업을 행할 수 있다. 더우기, 상기 기본 이동 프로그램은 어느정도 정밀정확한 것일 필요는 없기 때문에, 그 작성은 실제의 작업현장에서 행할 필요는 없고 책상위에서 CAD 등에 의해 행할 수 있다.
또한, 상기 레이저식 시각센서(45)로부터의 보정신호로 용접토오치(41)의 위치파라미터를 보정하도록 하였기 때문에, 아암(11), (17), (23) 등의 기계정도는 어느정도 높지 아니하드라도 용접토오치(41)를 고정도로 위치결정할 수 있다. 또한 이것에 의해 상기 아암(11), (17), (23) 등의 제조코스트를 절감할 수 있는 것이다.
더우기, 상기 헤드부(7)의 상하, 좌우, 전후방향의 이동은 제1, 제2, 제3조작장치(13), (19), (27)를 작동시킴으로써 행할 수 있고, 용접토오치(41)의 자세변경은 제4, 제5조작장치(35), (39)를 작도시킴으로써 행할 수 있으며, 레이저식 시각센서(45)의 위치변경은 제6조작장치(49)를 작동시킴으로써 행할 수 있다.
즉, 각 부재의 이동은 각각에 대응한 별개 독립의 조작장치에 의하여 행할 수 있기 때문에, 당해 이동프로그램을 간단하게 할 수 있는 것이다.
다음에, 제8도 및 제9도에 의거하여, 상기 헤드부(7)의 다른 실시예를 설명한다.
제8도에 표시되는 헤드부(105)의 상기 실시예(제2도 참조0와 다른점은, 상기 기둥형상(23)의 하단부에 축(z)을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 지지되는 회동부재(107)가 역L자형상이 아니고 원기둥형상을 하고 있는 점이다. 한편, 이 실시예에서는, 이 원기둥형상부재(107)는 상기 원기둥형상아암(23)과 동일축으로 배치되어 있다.
이 원기둥형상부재(107)에, 이미 기술한 막대형상블럭(37)이 당해 원기둥형상부재(107)로부터 길게 나온 태양으로 축(Z)에 수직인 축(D)을 따라서 회동이 자유롭게끔 지지되어 있다.
따라서, 이 실시예에서의 용접토오치의 축(E)은 축(D)과 축(Z)의 교점(H)이 아니라 교점(H)으로부터 벗어난 짐(P)에서 축(D)과 교차한다.
다음에, 제9도에 표시되는 헤드부(109)의 상기 제2도에 표시된 실시예와 다른점은,
(1) 용접토오치(41)가 막대형상블럭(37)에 제1동일축부재(111). 제2동일축부재(113)가 구성되고, 이 제2동일축부재에 축(E)에 수직인 방향으로 연장하는 뿔부재(115)가 구성되며, 이 뿔부재(115)에 용접토오치(41)가 관통지지되어 있는(제9도에 도시된 상태에서는 용접토오치의 선단은 기둥형상아암(23)의 축(Z)과 동일축으로 되어 있다)점,
(2) 레이저식 시각센서(45)가 구성되어 있지 아니한 점이다.
따라서, 이 실시예에 있어서는, 용접토오치(41)의 선단부가 축(E)을 중심으로하여 회동할 수 있다. 이러한 이 실시예의 헤드부(7)는 용접재료를 사용하는 타입의 전지용접로보트에 아주 적합하게 이용될 수 있다.
한편, 상기 헤드부의 실시예(105), (109)에 있어서도, 회전축중의 일부는 서로 직각으로 교차하고 있다. 따라서, 이들에 구성된 용접토오치, 시각센서 등의 부재이 방향위치 결정중 일부에 대하여는 서로 독립하여 프로그램할 수 있어서 프로그램을 간단하게 할 수 있다.
다음에, 제10도 및 제11도에 의거하여 이 발명에 의한 전기용접로보트의 제2실시예를 설명한다.
이 제2실시예의 제1실시예(제1도, 제2도)와 다른점은 다음과 같은 점이다. 즉,
(1) 기대에 직접 제1수평아암이 지지되는 대신, 기대(3)에는 이것에 인접하여 가이드기둥(117)이 세워구성되며, 이 가이드기둥(117)에 승강부재(119)가 오르내림이 자유롭게끔 지지되며, 이 승강부재(119)에 제1실시예와 마찬가지의 제1수평아암(11)이 제1조작장치(13)를 개재하여 구성되어 있다(한편, 가이드기둥(117)에는 승강부재(119)를 승강시키기 위한 제7조작장치(121)가 부착되어 있다).
(2) 상기 제1수평아암(11)에는, 선단이 아래쪽으로 늘어뜨려진 L자형상아암(123)이 제2조작장치(19)를 개재하여 수평방향으로 회동이 자유롭게끔 지지되어 있으며, 이 L자형상아암의 선단에 제1실시예와 마찬가지의 헤드부(7)가 부착되어 있다.
(3) 기대(3)에 일체적으로 구성된 지지블럭(125)에, 축(L)을 주심으로하여(예를들면 90°의 범위에서)회동이 자유롭게된 지지대(127)가 지지되어 있다.
이 제2실시예에 의하면, 가이드 기둥(117)의 길이를 길게 함으로써, 승강부재(119)의 승강행정을 크게할 수 있다. 따라서, 제10도에 명확하게 표시되는 바와같이 상하방향의 용접범위(129)를 크게할 수 있는 것이다.
또한, 제11도에 표시되는 바와같이, 지지대(127)를 회동시킴으로써, 광범위하게 놓여진 피용접부재(130a), (130b)를 용이하게 아암(11), (123)의 억세스범위(129)로 이동할 수 있다.
따라서 실질의 용접작업시간에 영향을 미치는 일없이, 피용접부재를 반입·반출할 수 있는 것이다.
다음에, 제12도에 의거하여 이 발명에 의한 전기용접로보트의 제3실시예를 설명한다.
이 제3실시예(131)에 있어서, 상기 제2실시예와 다른 점은 다음과 같다. 즉,
(1) 상기 제1수평아암(11)의 선단부에 제2수평아암(17)의 기단부가 높이위치를 달리하고 축(B)을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 지지되어 있다.
(2) 이 제2수평아암(17)의 선판에 제8조작장치(133)를 개재하여, 극히 짧은 수평연장부(135)를 가지는 L자형상아암(137)이 축(Z)을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성되어 있다.
(3) 헤드부(139)가 축(E) 및 축(D)의 2축만을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 되어 있다.
이 실시예에 있어서, 헤드부(139)의 전후, 좌우·상하방향의 위치를 바꾸는 일없이, 수평면 내에서의 용접토오치(41)의 방향을 바꿈에는, 상기 제8조작장치(133)에 의하여 L자형상아암(137)을 축(Z)을 중심으로 하여 회동시키면 된다. 또한 이 실시예에 있어서는, 제2조작장치(19)를 작동시킴으로써 축(B)을 중심으로하여 제2수평아암(17)을 360°의 범위에서 회동할 수 있다.
따라서, 이 제3실시예에 의하면, 상기 제2실시예에서의 헤드부의 기능을 해치는 일없이, 아암부의 수평방향에서의 억세스범위를 확대할 수 있는 것이다.
다음에, 제13도에 의거하여 이 발명에 의한 제4실시예(141)를 설명한다. 이 제4실시예의 제3실시예(131)와 다른점은 다음가 같다.
즉, 기대(143)를 전후방향(지면에 수직한 방향)으로 길게 구성함과 함께(도시되지 않음), 이 기대(143)에 진후방향으로 연장하는 가이드(145)를 구성하고, 이 가이드(145)에 슬라이드 부재(147)를 전후방향으로 이동이 자유롭게끔 구성하고, 이 슬라이드부재(147)에 제1수평아암(149)을 상하방향으로 이동이 자유롭게끔 구성한다. 한편, 상기 기대(143)에는 슬라이드부재(147)를 전후방햐으로 이동시키기 위한 적당한 조작장치가 구성되어 있다.
따라서, 이 제4실시예에 의하면, 전후방향의 아암의 억세스범위를 현저하게 넓게 할 수 있는 것이다.
한편, 상기 용접로보트(1)에 있어서 사용되는 용접수단으로서는 전기용접이 가장 적합하나, 플라즈마 용접, 레이저용접, 가스용접이드라도 좋은 것은 물론이다.
또한, 이 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위의 범위 기재로부터 이해되는 다른 실시 태양으로도 실시 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와같이 이 발명에 의하면, 용접로보트에 있어서 기대에 대하여 소정영역내에서 이도이 자유롭게된 아암수단의 선단부에 적어도 하나의 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 용접토오치를 구성하고, 이 아암수단의 선단부에 용접장소에 대한 용접토오치의 상대위치를 검출할 수 있는 검출수단을 구성하고, 이 검출수단으로부터의 신호로 용접토오치를 구동제어하도록 하였기 때문에, 용접장소에 대한 용접토오치의 위치결정이 용이하게 되고, 당해 용접토오치의 구동제어를 위한 프로그램의 작성을 간단하게 할 수 있다.
또한, 용접로보트에 있어서, 용접토오치 또는 이 용접토오치의 검출수단을 서로 교차하는 적어도 2축을 중심으로하여 회전이 자유롭게 구성하였기 때문에, 당해 용접토오치 또는 검출수단의 회전제어에 있어서, 당해 2축을 중심으로 하는 회전에 대하여는 서로 독립하여 제어할 수 있으며, 결과적으로 제어프로그램을 간단하게 할 수 있는 것이다.
또한, 이상에 의하여 현실적인 작업현장 이외에서도 정밀·정확한 로봇동작을 위한 프로그램을 용이하게 작성할 수 있는 것이다.

Claims (15)

  1. 피용접재료를 자동적으로 용접할 수 있는 용접로보트로서, 기대와; 이 기대에 기단부가 부착되며, 선단부는 당해 기대에 관현하여 소정영역내에서 이동이 자유롭게 된 아암수단과; 이 아암수단의 선단부에, 적어도 하나의 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성된 용접토오치와; 삭이 아암수단의 선단부에 구성되며, 피용접재료에 대한 용접토오치의 상대위치를 검출할 수 있는 검출수단과; 이 검출수단으로부터의 신호로, 상기 기대에 대한 상기 아암수단의 선단부의 이동 및 이 아암수단의 선단부에 대한 용접토오치의 회동을 제어할 수 있는 제어수단을 구비하여 되는 용접로보트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아암수단의 선단부에는 소정축을 중심으로 하여 회동이 자유롭게된 회동부재가 구성되며, 상기 용접토오치가 이 회동부재를 개재하여 사기 아암수단의 선단부에 부착되어 있는 용접로보트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 검출수단에, 상기 용접토오치가 부착된 회동부재에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 용접로보트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 아암수단의 선단부에는 상기 소정축과 수직한 방향으로 연장하는 다른축을 중심으로하여 회동이 자유롭게 된 다른 회동부재가 부착되며, 상기 회동부재가 당해 다른 회동부재를 개재하여 상기 아암수단의 선단부에 부착되어 있는 용접로보트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소정축과 다른 축과는 서로 교차하고 있는 용접로보트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아암수단이, 상기 개대에 기단부가 회동이 자유롭게 지지된 제1수평아암과; 이 제1수평아암의 선단부에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지된 제2수평아암과; 이 제2수평아암의 선단부에 오르내림이 자유럽게끔 지지된 기둥형상 아암을 구비하여 되는 용접로보트.
  7. 제5항에 있어서, 상기 아암수단이, 상기 기대에 오르내림이 자유롭게끔 구성된 승강부재와; 이 승강부재에 기단부가 회동이 자유롭게금 지지된 제1수평아암과; 이 수평아암의 선단부에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지됨과 함께 선단부가 아래쪽을 늘어뜨려진 역L자형상아암을 구비하여 되는 용접로보트.
  8. 제3항에 있어서, 상기 아암수단이, 상기 기대에 오르내림이 자유롭게끔 지지된 승강부재와; 이 승강부재에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지된 제1수평아암과; 이 제1수평아암의 선단부에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지된 제2수평아암과; 이 제2수평아암의 선단부에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지됨과 함께 선단부가 아래쪽으로 늘어뜨려져 있는 역L자형상아암을 구비하여 되는 용접로보트.
  9. 제3항에 있어서, 상기 아암수단이, 수평방향으로 왕복운동이 자유롭게끔 상기 기대에 지지된 슬라이드 부재와; 이 슬라이드 부재로부터 돌출하는 형태로 당해 슬라이드부재에 오르내림이 자유롭게끔 지지된 제1수평아암과; 이 제1수평아암의 선단부에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지된 제2수평아암과; 이 제2수평아암의 선단부에 기단부가 회동이 자유롭게끔 지지되며 선단부가 아래쪽으로 늘어뜨려져 있는 역L자형상아암을 구비하여 되는 용접로보트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 아암수단의 선단부의 이동영역내에로 피용접재료를 이동하기 위한 이동수단이 구성되어 있는 용접로보트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어수단이, CAD 등의 외부 프로그래밍장치로부터의 정보들을 기억하기 위한 기억수단을 구비하고 있는 용접로보트.
  12. 제1항에 있어서, 조작장치들을 구도하는 상기 제어수단으로부터 공급된, 용접조건에 관한 정보에 근거하여 용접토오치의 용접조선을 제어하는 전력공급제어수단으로서, 조작장치들을 구도하는 제어수단에 실제용접조건에 관한 정보를 공급하는 전력공급제어수단이 구성되는 용접로보트.
  13. 피용접재료를 용접할 수 있는 용접로보트로서, 기대와; 이 기대에 기단부가 부착되며, 선단부는 당해 기대에 관련하여 소정영역내에서 이동이 자유롭게 된 아암수단과; 이 아암수단의 선단부에, 적어도 하나의 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성된 용접토오치와; 상기 이 용접토오치의 회동축과 교차하는 다른 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 상기 아암수단의 선단부에 구성되며, 피용접재료에 대한 용접토오치의 상대위치관계를 검출할 수 있는 검출수단과; 이 검출수단으로부터의 신호로, 상기 기대에 대한 아암수단의 선단부의 이동 및 상기 아암수단의 선단부에 대한 용접토오치의 회동을 제어할 수 있는 제어수단을 구비하여 되는 용접로보트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 용접토오치의 세로축이, 상기 용접토오치의 두 회전축들을 교차점과 다른 지점에서 상기 두 회전축 가운데 어느 하나와 교차하는 것을 특징으로 하는 용접로보트.
  15. 피용접재료를 용접할 수 있는 용접로보트로서, 기대와; 이 기대에 기단부가 부착되며, 선단부는 당해 기대에 관현하는 소정영역내에서 이동이 자유롭게된 아암수단과; 이 아암수단의 선단부에 서로 교차하는 적어도 두 개의 축을 중심으로하여 회동이 자유롭게끔 구성된 용접토오치와; 상기 기대에 대한 아암수단의 선단부의 이동 및 상기 아암수단의 선단부에 대한 용접토오치의 회동을 제어할 수 있는 제어수단을 구비하여 되는 용접로보트.
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