KR101271193B1 - 용접 로봇 - Google Patents

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김병수
허종행
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Abstract

용접 로봇이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 로봇은, 본체와, 용접토치가 마련된 용접유닛과, 용접유닛을 본체에 회동가능하게 결합시키는 회동유닛과, 본체에 마련되어, 회동유닛의 회동과 무관하게 무회전 영상정보를 획득하는 무회전 영상 획득부를 포함한다.

Description

용접 로봇{Welding robot}
본 발명은, 용접 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용접과정에서 용접부위의 영상 획득 시 무회전 영상을 획득할 수 있는 용접 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 선박용 용접 로봇에 있어서 용접 로봇을 제어하여 작업물에 대한 아크 용접 등을 수행하는 경우, 영상 센서를 용접 로봇에 장착하여 용접선을 추종함으로써 용접 로봇이 정확한 용접 작업을 수행할 수 있도록 제어한다.
또한, 선박용 용접 작업에 있어서, 미그용접(MIG Welding)이 많이 사용되고 있는 추세이다.
미그용접(MIG, metal electrode inert gas welding)이란, 이너트 가스 아크 용접(inert gas shield arc welding)의 일종이다.
자세히 설명하면, 용접와이어 자체가 소모 전극(消耗電極)이 되어 용착되는 방식으로서, 불활성(不活性) 가스 속에서 행하여지므로 대기 속에서 용접이 불가능한 티탄이나 지르코늄의 용접도 가능한 장점이 있다.
도 1에 도시된 종래기술에 따른 용접 로봇은, 복수의 암으로 이루어진 용접 툴(10)과, 용접 툴(10)의 말단부에 마련되어 용접부위에서 용접선 등의 위치를 주기적으로 측정하는 영상 센서(11)로 이루어진다.
자세히 설명하면, 용접 로봇의 용접 툴(10)의 말단부에 설치된 영상 센서(11)가 용접선의 위치를 측정하고, 용접선의 측정위치를 제어부의 내부 메모리에 저장한다.
다음, 용접선의 측정위치에 따라 용접 툴(10)의 복수의 암들의 각각의 위치 및 자세를 기준 좌표계로 계산한다.
다음, 계산된 용접 로봇의 용접 툴(10)의 복수의 암들의 위치 및 자세신호를 각각의 암에 전송한다. 이러한 영상 센서(11)에 의한 용접부위의 측정과, 측정된 영상정보에 의한 용접 툴(10)의 위치 및 자세변경이 반복되어 용접작업이 수행된다.
그러나, 종래기술에 따른 용접 로봇은, 영상 센서(11)가 용접 툴(10)의 말단부에 마련되기 때문에, 용접 툴(10)의 회동에 의해 영상 센서(11)도 회동된다. 따라서, 이러한 영상 센서(11)의 회동을 보간(interpolation)하는 별도의 계산과정을 필요로 한다.
하지만, 용접 툴(10)의 이동에 따라 영상 센서(11)가 회동되어 영상 센서(11)의 위치가 변하기 때문에 그로 인한 오차가 발생할 여지가 있으며, 영상 센서(11)의 위치변화를 보간하여 재계산하더라도 계산과정에서 미세한 오차가 발생될 여지가 있다.
특허등록번호 KR 10-0934393 (삼성중공업 주식회사), 2009-12-21
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 용접부위의 영상을 획득하는 무회전 영상 획득부가 용접유닛의 이동 또는 회동과 무관하게 용접부위의 무회전 영상정보를 획득할 수 용접 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본체; 용접토치가 마련된 용접유닛; 상기 용접유닛을 상기 본체에 회동가능하게 결합시키는 회동유닛; 및 상기 본체에 마련되어, 상기 회동유닛의 회동과 무관하게 무회전 영상정보를 획득하는 무회전 영상 획득부를 포함하는 용접 로봇이 제공된다.
상기 무회전 영상 획득부는 상기 회동유닛의 회전축 상에 설치될 수 있다.
상기 회동유닛은, 상기 본체에 돌출되어 마련되며, 관통형성된 설치공이 마련되는 원통관; 및 상기 원통관의 상단부에 회동가능하게 결합되며, 상기 설치공과 연통되는 관통공이 형성되는 회동암을 포함하고, 상기 무회전 영상획득부는, 상기 관통공을 향하여 상기 설치공 내에서 상기 본체에 결합될 수 있다.
상기 본체에서 상기 회동암측으로 돌출되도록, 상기 본체에 결합되어 상기 무회전 영상 획득부를 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 본체에서 상기 회동암측으로 돌출되어 마련되는 지지봉; 및 상기 지지봉의 상단부에 마련되어, 상기 무회전 영상 획득부가 배치되는 지지판을 포함할 수 있다.
상기 지지봉과 이격되어 상기 지지봉을 감싸는 중공의 이격관을 더 포함할 수 있다.
상기 이격관의 내부에는 상기 무회전 영상 획득부의 영상케이블이 설치되며, 상기 지지판에는, 상기 영상케이블이 관통하는 홀이 형성될 수 있다.
상기 지지봉 내부에는 상기 무회전 영상 획득부의 영상케이블이 설치되며, 상기 지지판에는, 상기 영상케이블이 관통하는 홀이 형성될 수 있다.
상기 용접유닛은, 상기 회동암의 회동중심에서 이격된 위치에 상대회동 가능하게 결합되는 제1 암; 상기 제1 암에 대하여 수직방향으로 직선운동 가능하게 결합되는 제2 암; 상기 제2 암에 상대회동 가능하게 결합되는 제3 암; 상기 제3 암에 대하여 상대회동 가능하게 결합되는 제4 암; 및 상기 제4 암에 상대회동 가능하게 결합되되, 상기 용접토치가 마련되는 제5 암을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 무회전 영상 획득부가 용접유닛의 회동과 무관한 본체에 결합되어 용접유닛의 회동과 무관하게 용접부위의 무회전 영상정보를 획득하기 때문에, 무회전 영상 획득부의 회동에 의한 보간계산을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 용접 로봇의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 로봇의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A영역의 구성이 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 로봇의 사시도이다.
도 5는 도 4의 B영역의 구성이 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 용접 로봇의 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 로봇의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A영역의 구성이 도시된 단면도이다.
도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 로봇은, 본체(H)와, 용접토치(110)가 마련된 용접유닛(120)과, 용접유닛(120)을 본체(H)에 회동가능하게 결합시키는 회동유닛(130)과, 본체(H)에 마련되어, 회동유닛(130)의 회동과 무관하게 무회전 영상정보를 획득하는 무회전 영상 획득부(140)를 포함한다.
본 실시예에서 용접토치(110)는, 용접와이어(W)가 연속적으로 공급되어 용접이 이루어지는 방식이 적용되는 용접토치(110)이다. 또한, 용접토치(110)는 본체(H)의 제어부(C)의 제어신호에 의해 작동된다. 즉, 제어케이블(150)을 통해 본체(H)의 제어부(C)가 용접토치(110)의 작동을 제어할 수 있다.
용접유닛(120)은 말단부에 용접토치(110)가 마련되는 다관절 유닛으로 이루어지며, 이러한 용접유닛(120)의 구성에 대해서는 자세히 후술하기로 한다.
회동유닛(130)은, 본체(H)에 돌출되어 마련되며, 관통형성된 설치공(139)이 마련되는 원통관(131)과, 원통관(131)의 상단부에 회동가능하게 결합되며, 설치공(139)과 연통되는 관통공(135)이 형성되는 회동암(133)을 포함한다.
이때, 무회전 영상획득부(140)는, 관통공(135)을 향하여 설치공(139) 내에서 본체(H)에 결합된다.
자세히 설명하면, 원통관(131)은 본체(H)에 돌출되어 마련되며, 설치공(139)에는 무회전 영상 획득부(140)가 배치된다. 즉, 무회전 영상획득부(140)는, 본체(H)에 결합되되, 설치공(139) 내에 배치된다.
이에 의하여 용접유닛(120) 또는 회동암(133)이 회동되더라도, 무회전 영상획득부(140)는 회전하지 않기 때문에 무회전 영상정보를 얻을 수 있다.
회동암(133)은 원통관(131)의 상단부에 원통관(131)에 대하여 상대회동 가능하게 결합되며, 회동암(133)의 회동이 용이하도록, 원통관(131)과 회동암(133) 사이에는 베어링이 마련될 수 있다.
또한, 회동암(133)에는 무회전 영상 획득부(140)의 대응위치에 관통공(135)이 형성된다. 무회전 영상획득부(140)는, 관통공(135)을 바라보는 방향으로 설치공(139) 내에 배치된다.
이러한 관통공(135)은, 무회전 영상 획득부(140)가 용접부위의 영상을 획득하기 위한 것이므로, 무회전 영상 획득부(140)의 위치에 대응되어 형성된다.
또한, 회동암(133)은 제어케이블(150)을 통해 본체(H)의 제어부(C)와 연결되어 제어부(C)로부터 제어신호를 수신 받아 회동된다.
회동암(133)은 도 2에 도시된 바와 같이 Z축을 중심으로 X-Y평면으로 회동된다.
한편, 본 실시예에서 무회전 영상 획득부(140)는 영상 카메라가 적용된다.
무회전 영상 획득부(140)는 용접부위, 예를 들어 용접선 등에 대한 영상정보를 획득하여 이러한 영상정보를 본체(H)의 제어부(C)에 송신한다. 즉, 무회전 영상 획득부(140)는 영상케이블(141)을 통해 본체(H)의 제어부(C)와 연결되어 영상정보를 송신한다.
또한, 무회전 영상 획득부(140)는, 회동암(133)의 회동중심선 상에 배치된다. 무회전 영상 획득부(140)가 회동암(133)의 회동중심선 상에 배치됨으로써, 회동암(133)의 관통공(135)의 크기를 최소로 할 수 있는 장점이 있다.
자세히 설명하면, 무회전 영상 획득부(140)가 회동암(133)의 회동중심선 상에서 이격된 경우에는 관통공(135)의 직경이 그 이격된 거리만큼 커져야 회동암(133)의 회동 후 무회전 영상 획득부(140)가 용접부위를 바라볼 수 있다. 이러한 이유로 본 실시예에서 무회전 영상 획득부(140)는 회동암(133)의 회동중심선 상에 배치된다.
다음, 도 2에 따라 용접유닛(120)을 자세히 설명한다.
용접유닛(120)은, 회동암(133)의 회동중심에서 이격된 위치에 상대회동 가능하게 결합되는 제1 암(121)과, 제1 암(121)에 대하여 수직방향으로 직선운동 가능하게 결합되는 제2 암(122)과, 제2 암(122)에 상대회동 가능하게 결합되는 제3 암(124)과, 제3 암(124)에 대하여 상대회동 가능하게 결합되는 제4 암(125)과, 제4 암(125)에 상대회동 가능하게 결합되되, 용접토치(110)가 마련되는 제5 암(126)을 포함한다.
자세히 설명하면, 제1 암(121)은 Z축을 중심으로 X-Y평면으로 회동된다. 제2 암(122)은 Z축 방향으로 직선이동 된다. 제2 암(122)의 직선운동을 안내하기 위해서, 제1 암(121)에 가이드부재(123)가 구비된다.
제3 암(124)은 Z축을 중심으로 X-Y평면으로 회동된다. 제4 암(125)은 X축을 중심으로 Y-Z평면으로 회동된다. 제5 암(126)은 Y축을 중심으로 X-Z평면으로 회동된다.
한편, 상술한 제어케이블(150)은, 제1 암(121)과, 제2 암(122)과, 제3 암(124)과, 제4 암(125)과, 제5 암(126)을 본체(H)의 제어부(C)와 연결시킨다.
즉, 본체(H)의 제어신호가 제어케이블(150)을 통해 제1 암(121)과, 제2 암(122)과, 제3 암(124)과, 제4 암(125)과, 제5 암(126)에 전달된다.
이하에서 본 실시예에 따른 용접 로봇의 작동에 대해 설명한다.
무회전 영상 획득부(140)는, 용접선 등의 영상정보를 획득하여 본체(H)의 제어부(C)에 정보를 송신한다. 이러한 영상정보에 따라 제어부(C)는 용접유닛(120) 또는 회동암(133)의 이동 또는 회동량을 계산한다.
제어부(C)에서 계산된 제어신호는 제어케이블(150)을 통해 회동암(133) 또는 용접유닛(120)에 송신된다.
제어부(C)에서 송신된 제어신호에 의해 회동암(133) 또는 용접유닛(120)의 제1 암(121)과, 제2 암(122)과, 제3 암(124)과, 제4 암(125)과, 제5 암(126)이 각각의 자세를 이루게 된다.
이때, 제어부(C)의 제어신호에 의해 용접유닛(120) 또는 회동암(133)이 회동되더라도, 무회전 영상 획득부(140)는 회전하지 않기 때문에 무회전 영상정보를 얻을 수 있다.
따라서, 본체(H)의 제어부(C)에서 무회전 영상 획득부(140)가 회전되는 것을 보간하는 별도의 계산과정이 필요치 않다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용접 로봇의 사시도이고, 도 5는 도 4의 B영역의 구성이 도시된 단면도이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 지지부(160)와, 영상획득부(140a)와, 영상케이블(141a)의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 2 또는 도 3의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 지지부(160)와, 영상획득부(140a)와, 영상케이블(141a)의 구성을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 용접 로봇은, 본체(H)와, 용접토치(110)가 마련된 용접유닛(120)과, 용접유닛(120)을 본체(H)에 회동가능하게 결합시키는 회동유닛(130a)과, 본체(H)에 마련되어, 회동유닛(130a)의 회동과 무관하게 무회전 영상정보를 획득하는 무회전 영상 획득부(140a)를 포함한다.
회동유닛(130a)은, 본체(H)에 돌출되어 마련되며, 관통형성된 설치공(139)이 마련되는 원통관(131)과, 원통관(131)의 상단부에 회동가능하게 결합되며, 설치공(139)과 연통되는 관통공(135)이 형성되는 회동암(133)과, 본체(H)에서 회동암(133)측으로 돌출되도록, 본체(H)에 결합되어 무회전 영상 획득부(140a)를 지지하는 지지부(160)를 더 포함한다.
지지부(160)에 대하여 자세히 설명하면, 본체(H)에서 회동암(133)측으로 돌출되어 마련되는 지지봉(161)과, 지지봉(161)의 상단부에 마련되어, 무회전 영상 획득부(140a)가 배치되는 지지판(162)을 포함한다.
본 실시예에 따른 용접 로봇은, 지지부(160)에 의해 무회전 영상 획득부(140a)가 용접부위에 더욱 가깝게 배치될 수 있기 때문에 보다 정확한 영상정보를 획득할 수 있다.
자세히 설명하면, 본체(H)에서 돌출된 지지봉(161)의 상단부에 지지판(162)이 마련되고, 이러한 지지판(162)에 무회전 영상 획득부(140a)가 배치되기 때문에 용접부위와 무회전 영상 획득부(140a)의 거리가 제1 실시예의 용접부위와 무회전 영상 획득부(140)의 거리보다 가깝다.
또한, 본 실시예에 따른 용접 로봇은, 지지봉(161)과 이격되어 지지봉(161)을 감싸는 중공의 이격관(170)을 포함한다.
이격관(170)의 내부에는 무회전 영상 획득부(140a)의 영상케이블(141a)이 설치된다. 즉, 무회전 영상 획득부(140a)의 영상케이블(141a)은, 이격관(170)의 내부를 통해 본체(H)의 제어부(C)와 연결된다.
이때, 이격관(170)의 내부로 영상케이블(141a)이 통과하도록, 이격관(170)의 내경은 지지봉(161)의 외경보다 크게 마련된다.
또한, 지지판(162)에는 영상케이블(141a)이 관통하는 홀(163)이 형성된다. 즉, 영상케이블(141a)은 홀(163)을 통해 이격관(170)의 내부를 향한다.
한편, 용접유닛(120)의 제어케이블(150)은, 이격관(170)의 외부를 통과하여 본체(H)의 제어부(C)와 연결된다. 즉, 이격관(170)은, 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)의 상호 접촉을 방지하는 역할을 한다.
자세히 설명하면, 제어케이블(150)은 회동되는 회동암(133) 또는 용접유닛(120)과 연결되어 있기 때문에, 회동암(133) 또는 용접유닛(120)의 회동에 의해 제어케이블(150)도 움직일 수 있다.
이러한 제어케이블(150)의 움직임에 의해 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)의 꼬이는 현상이 발생될 수 있는데, 본 실시예에서 이격관(170)에 의해 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)이 상호 접촉되지 않게 된다.
즉, 이격관(170)에 의해 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)이 꼬이는 현상이 발생되지 않는다.
이하에서 본 실시예에 따른 용접 로봇의 작동에 대해 설명한다.
무회전 영상 획득부(140a)는 용접선 등의 영상정보를 획득하여 본체(H)의 제어부(C)에 정보를 송신한다. 이러한 영상정보에 따라 제어부(C)는 용접유닛(120) 또는 회동암(133)의 이동 또는 회동량을 계산하여 제어케이블(150)을 통해 회동암(133) 또는 용접유닛(120)에 제어신호를 송신한다.
이때, 제어부(C)의 제어신호에 의해 용접유닛(120) 또는 회동암(133)이 회동되더라도, 무회전 영상 획득부(140a)는 회전하지 않기 때문에 무회전 영상정보를 얻을 수 있다. 따라서, 본체(H)의 제어부(C)에서 무회전 영상 획득부(140a)가 회전되는 것을 보간하는 별도의 계산과정이 필요치 않다.
또한, 지지부(160)에 의해 무회전 영상 획득부(140a)가 용접부위에 더욱 가깝게 배치될 수 있기 때문에 보다 정확한 영상정보를 획득할 수 있다.
또한, 이격관(170)에 의해 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)이 상호 접촉되지 않기 때문에, 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)이 꼬이는 현상이 발생되지 않는다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 용접 로봇의 단면도이다.
본 실시예는 제2 실시예와 비교할 때에 이격관(170)이 마련되지 않는 점에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 4 또는 도 5의 제2 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 지지부(160b)의 구성을 위주로 설명하기로 한다.
지지부(160b)는, 본체(H)에서 회동암(133)측으로 돌출되어 마련되되 내부가 중공되는 지지봉(161b)과, 지지봉(161b)의 상단부에 마련되어, 무회전 영상 획득부(140a)가 배치되는 지지판(162b)을 포함한다.
또한, 지지판(162b)에는 영상케이블(141a)이 관통하는 홀(163b)이 형성된다.
따라서, 영상케이블(141a)은 홀(163b)을 통해 지지봉(161b)의 내부를 통해 본체(H)의 제어부(C)와 연결된다.
따라서, 본 실시예에서는 제2 실시예의 이격관(170)이 마련되지 않더라도 제어케이블(150)과 영상케이블(141a)이 접촉되지 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 용접토치 120: 용접유닛
121: 제1 암 122: 제2 암
123: 가이드부재 124: 제3 암
125: 제 4암 126: 제 5암
130,130a: 회동유닛 131: 원통관
133: 회동암 135: 관통공
139: 설치공 140, 140a: 무회전 영상 획득부
141, 141a: 영상케이블 150: 제어케이블
160: 지지부 161: 지지봉
162: 지지판 163: 홀
170: 이격관 H: 본체
W: 용접와이어

Claims (9)

  1. 본체;
    용접토치가 마련된 용접유닛;
    상기 용접유닛을 상기 본체에 회동가능하게 결합시키는 회동유닛; 및
    상기 본체에 마련되어, 상기 회동유닛의 회동과 무관하게 무회전 영상정보를 획득하는 무회전 영상 획득부를 포함하고,
    상기 무회전 영상 획득부는 상기 회동유닛의 회전축 상에 설치되되,
    상기 회동유닛은,
    상기 본체에 돌출되어 마련되며, 관통형성된 설치공이 마련되는 원통관; 및
    상기 원통관의 상단부에 회동가능하게 결합되며, 상기 설치공과 연통되는 관통공이 형성되는 회동암을 포함하고,
    상기 무회전 영상획득부는,
    상기 관통공을 향하여 상기 설치공 내에서 상기 본체에 결합되는 것을 특징으로 하는 용접 로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체에서 상기 회동암측으로 돌출되도록, 상기 본체에 결합되어 상기 무회전 영상 획득부를 지지하는 지지부를 더 포함하는 용접 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 본체에서 상기 회동암측으로 돌출되어 마련되는 지지봉; 및
    상기 지지봉의 상단부에 마련되어, 상기 무회전 영상 획득부가 배치되는 지지판을 포함하는 용접 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지봉과 이격되어 상기 지지봉을 감싸는 중공의 이격관을 더 포함하는 용접 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이격관의 내부에는 상기 무회전 영상 획득부의 영상케이블이 설치되며,
    상기 지지판에는, 상기 영상케이블이 관통하는 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 로봇.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 지지봉 내부에는 상기 무회전 영상 획득부의 영상케이블이 설치되며,
    상기 지지판에는, 상기 영상케이블이 관통하는 홀이 형성되는 용접 로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용접유닛은,
    상기 회동암의 회동중심에서 이격된 위치에 상대회동 가능하게 결합되는 제1 암;
    상기 제1 암에 대하여 수직방향으로 직선운동 가능하게 결합되는 제2 암;
    상기 제2 암에 상대회동 가능하게 결합되는 제3 암;
    상기 제3 암에 대하여 상대회동 가능하게 결합되는 제4 암; 및
    상기 제4 암에 상대회동 가능하게 결합되되, 상기 용접토치가 마련되는 제5 암을 포함하는 용접 로봇.
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