KR102104115B1 - 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너 및 이를 이용한 작업대상물의 포지셔닝 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량물인 작업대상물에 대한 포지셔닝을 포지셔너의 자동 제어에 의해 능동적으로 견인하도록 하고 작업 자유도를 높임으로써, 작업대상물에 대한 포지셔닝의 작업 효율 및 포지셔닝 정확도, 안전성 등을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 베이스; 상기 베이스 상에 설치되는 카운트 웨이트; 상기 베이스 및 카운트 웨이터 상에 설치되며 그 끝단부에 장착된 작업대상물의 위치 및 자세를 조정할 수 있도록 견인하게 되는 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛;을 포함하여 구성되는 위치 및 자세 견인형 스마트 포지를 제공한다.

Description

위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너 및 이를 이용한 작업대상물의 포지셔닝 제어방법{Positioner to guide the position and posture of the workpiece and method for controlling position and posture of the workpiece using the same}

본 발명은 작업대상물의 위치 및 자세를 잡아주는 포지셔너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접 등의 작업에 있어서 주로 중량물인 작업대상물의 위치 및 자세를 잡아주는 포지셔너의 구조 및 작동 방식 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 용접 등의 작업에 있어서 주로 중량물인 작업대상물의 위치 및 자세를 포지셔너를 이용하여 잡아주게 된다.

예를 들어, 용접 작업 수행시, 작업대상물에 대해 가장 안정적이고 구조적으로 안전한 아래보기 용접 방법을 시행하기 위해 현재는 호이스트 또는 크레인으로 작업대상물을 매달아 포지셔너 위의 안착면으로 이동시킨 다음, 작업 동선에 맞추어 작업대상물을 포지셔너 상에 장착하게 되며, 장착이 완료되면 용접 작업을 수행하게 된다.

이러한 용접 작업을 위한 선행 작업은 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라, 중량물인 작업대상물의 자세나 위치 등을 조정하기 위하여 작업자가 직접 개입하는 과정이 수반되므로 인해 항상 안전사고에 노출되는 문제가 있다.

즉, 기존에는 작업대상물을 크레인으로 포지셔너까지 이동시키고, 이후 작업자들의 협력하에 작업대상물의 위치 및 자세를 세밀하게 조정하면서 작업대상물을 포지셔너 상에 장착시키게 되며, 이후 용접 작업이 수행된다.

한편, 도 1의 (A) 내지 (C)를 참조하면, 용접 위치 변경 등으로 인해 작업대상물(W)의 위치 및 자세를 새로 바꾸어 주어야 할 경우, 도시된 바와 같이, 크레인 등을 이용하여 들어올린 다음에 다시 위치 및 자세를 조정하는 작업을 반복적으로 수행하여야 한다.

따라서, 기존에는 작업대상물(W)의 이동 및 장착, 자세 변경 등에 있어서 시간이 많이 걸리게 되는 단점이 있으며, 또한 작업자에 의한 작업대상물(W)의 취급으로 인해 숙련도에 의존하게 되므로 비숙련 작업자의 투입에 따른 능률 저하 및 안전 사고 우려등 많은 문제점이 있다.

이러한 선행 작업에 소요되는 시간 문제 및 안전사고 발생 우려는 비단 용접 작업 뿐만 아니라, 중량물인 작업대상물(W)의 위치 및 자세 조정이 필요한 여타의 작업에서도 언제든지 수반될 수 있는 문제점이 있다.

특허문헌1: 대한민국 등록특허 10-1763809호(2017년 07월 26일) 특허문헌2: 대한민국 공개특허 10-2014-0137695호(2014년 12월 03일) 특허문헌3: 대한민국 공개특허 10-2014-0146325호(2014년 12월 26일)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접 등의 작업에 있어서 주로 중량물인 작업대상물의 위치 및 자세를 잡아주는 포지셔너의 구조 및 작동 방식을 획기적으로 개선하여, 작업대상물에 대한 포지셔닝시의 작업 효율 및 정확도, 작업 안전성 등을 향상시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.

특히, 본 발명은 중량물인 작업대상물에 대한 위치 및 자세를 포지셔닝함에 있어서, 포지셔닝을 작업자에 전혀 의존하지 않고 포지셔너에 대한 자동 제어에 의해 작업대상물의 위치 및 자세를 포지셔너가 능동적으로 견인하도록 하고 작업 자유도를 높임으로써, 작업대상물에 대한 포지셔닝시의 작업 효율 및 정확도, 작업 안전성 등을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 베이스; 상기 베이스 상에 설치되는 카운트 웨이트; 상기 베이스 및 카운트 웨이터 상에 설치되며, 그 끝단부에 장착된 작업대상물의 위치 및 자세를 조정할 수 있도록 견인하게 되는 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛;을 포함하여 구성되는 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너를 제공한다.

이때, 상기 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛은, 무게 균형을 맞추어 주는 카운트 웨이트 상에 고정된 지지브라켓 상에 수직방향으로 설치된 제1회전축을 중심으로 좌우로 회동가능하게 설치되는 지지브라켓과, 상기 지지브라켓임 상에 수평방향으로 설치된 제2회전축을 중심으로 상하로 회동가능하게 결합되는 붐대와, 상기 붐대의 끝단부에 수평방향으로 설치된 제3회전축을 중심으로 상기 붐대와는 독립적으로 상하로 회동가능하게 결합되는 아암과, 상기 아암의 끝단부에 수평방향으로 설치된 제4회전축을 중심으로 상기 아암과는 독립적으로 상하로 회동가능하게 결합되는 엔드 서포트와, 상기 엔드 서포트 상에 상기 제4회전축의 축선과 직교하는 축선을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 360도 회전가능하도록 설치되는 한편 작업대상물이 장착되는 장착면을 갖는 로테이터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 베이스와 지지브라켓, 상기 지지브라켓과 붐대, 상기 붐대와 아암, 그리고 상기 아암과 엔드 서포트 사이에는 각각 상기 붐대와 아암의 구동을 위한 실린더 장치가 설치됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 지지브라켓, 실린더 장치 및 로테이터에는 각각 스마트 포지셔너의 위치 및 자세 제어를 위한 센서가 구비됨을 특징으로 한다.

한편, 상기 스마트 포지셔너의 위치 및 자세 제어를 위해 구비되는 센서로서는 위치센서와 압력센서가 적용되며, 상기 위치센서 및 압력센서는 제어부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너에 따르면, 용접 등의 작업에 있어서 작업대상물의 포지셔닝을 작업자에 수작업에 의존하지 않고 작업 자유도가 높은 스마트 포지셔너의 자동 제어에 의해 포지셔너가 작업대상물을 능동적으로 견인하도록 함으로써, 작업대상물에 대한 포지셔닝 작업의 효율 및 정확도, 안전성 등을 향상시키는 효과가 제공된다.

즉, 종래에는 작업대상물의 이동 및 장착, 자세 변경 등에 있어서 시간이 많이 걸리게 되는 문제점이 있었으며, 작업자에 의한 작업대상물의 취급으로 인해 숙련도에 의존하게 되는 단점과, 비숙련 작업자의 투입시의 능률 저하 및 안전 사고 우려등 많은 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 기존 포지셔너에 의한 문제점을 효과적으로 해소할 수 있게 된다.

도 1의 (A) 내지 (C)는 기존의 포지셔닝 방식을 예시한 도면
도 2는 본 발명의 스마트 포지셔너의 외관을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 스마트 포지셔너의 회전운동 축선을 보여주는 도면으로서, 작업 대상물(W)이 장착된 상태를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 스마트 포지셔너의 측면도
도 5는 본 발명의 스마트 포지셔너의 제어 방식을 설명하기 위한 것으로서, 작업자가 조작하는 무선제어장치의 개략도
도 6의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 스마트 포지셔너에 의한 작업 대상물 장착 방식을 예시한 도면
도 7의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 스마트 포지셔너에 의한 작업 대상물의 포지셔닝 방식을 예시한 도면

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 동일 구성에 대해서는 동일 도면 부호가 사용된다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하에서 설명하는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시되는 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다.

한편, '견인'이라는 용어는 사전적으로는 '원하는 방향으로 끌어당김'을 의미하나, 본 발명에서의 '견인'이라는 용어는 작업대상물(W)을 원하는 위치 및 자세로 안내하기 위하여 원하는 방향으로 끌어당기는 것을 포함하여 회전시키거나 내뻗는 동작까지도 포함하는 것으로 해석되어야 함을 전제한다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너(이하, '스마트 포지셔너'라 칭함)는, 베이스(1)와, 상기 베이스(1) 상에 설치되는 카운트 웨이트(2)와, 상기 베이스(1) 및 카운트 웨이터 상에 설치되며 그 끝단부에 장착된 작업대상물(W)의 위치 및 자세를 조정할 수 있도록 견인하게 되는 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛(3)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛(3)은, 카운트 웨이트(2) 상에 고정된 지지브라켓(31) 상에 수직방향으로 설치된 제1회전축을 중심으로 좌우로 회동가능하게 설치되는 지지브라켓(31)과, 상기 지지브라켓(31) 상에 수평방향으로 설치된 제2회전축을 중심으로 상하로 회동가능하게 결합되는 붐대(32)와, 상기 붐대(32)의 끝단부에 수평방향으로 설치된 제3회전축을 중심으로 상기 붐대(32)와는 독립적으로 상하로 회동가능하게 결합되는 아암(33)과, 상기 아암(33)의 끝단부에 수평방향으로 설치된 제4회전축을 중심으로 상기 아암(33)과는 독립적으로 상하로 회동가능하게 결합되는 엔드 서포트(34)와, 상기 엔드 서포트(34) 상에 상기 제4회전축의 축선과 직교하는 축선(즉, 제5회전축선)을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 360도 회전가능하도록 설치되는 한편 작업대상물(W)이 장착되는 장착면을 갖는 로테이터(35)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 베이스(1)와 지지브라켓(31), 지지브라켓(31)과 붐대(32), 붐대(32)와 아암(33), 그리고 아암(33)과 엔드 서포트(34) 사이에는 각각 붐대(32)와 아암(33)의 구동을 위한 실린더 장치가 구비된다.

그리고, 상기 지지브라켓(31)과, 각각의 실린더 장치, 및 로테이터(35)에는 각각 스마트 포지셔너의 위치 및 자세 제어를 위한 센서(4)가 구비된다.

이때, 상기 센서(4)로서는 위치센서와 압력센서가 주로 설치될 수 있으며, 상기 위치센서 및 압력센서를 이용한 제어작용은 본 발명 스마트 포지셔너에 연결된 제어부(도시는 생략함)에 의해 수행된다.

즉, 상기 위치센서 및 압력센서로부터 얻어진 스마트 포지셔너의 위치 및 자세 정보와 미리 설정된 작업대상물(W)의 위치 및 자세 정보와의 차이값을 제어부에서 비교 처리하게 되며, 이에 따라 스마트 포지셔너의 자세를 정확히 보정함으로써 보다 정확하고 빠른 작업대상물(W)의 포지셔닝을 가능케 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 스마트 포지셔너의 작용은 다음과 같다.

일반적으로 용접 등의 작업에 있어서 주로 중량물인 작업대상물(W)의 위치 및 자세를 포지셔너를 이용하여 잡아주게 된다.

이 경우, 본 발명에 따르면, 예를 들어, 용접 작업 수행시, 중량물인 작업대상물(W)을 스마트 포지셔너의 로테이터(35)에 구비된 장착면상에 장착한다.

이때, 중량물인 작업대상물(W)이 장착면 상에 고정되도록 장착하는 방식으로는, 고정핀에 의한 고정 방식(도 2 및 도 3 참조), 자력에 의한 고정 방식, 나사 체결에 의한 고정 방식 등, 작업대상물의 기하학적 특징 및 중량 등을 고려하여 기존의 방식을 비롯한 다양한 장착 방식이 적용될 수 있다.

이와 같이 로테이터(35)의 장착면에 작업대상물(W)이 고정되고 나면, 작업자는 무선제어장치(5)를 조작하여 스마트 포지셔너의 위치 및 자세를 조정하게 된다.

이에 따라, 스마트 포지셔너는 작업 동선에 맞추어 미리 설정된 작업 위치 및 자세로 작업대상물(W)을 포지셔닝하게 되며, 포지셔닝이 완료되면 작업자 혹은 용접로봇이 용접 작업을 수행하게 된다.

이에 따라, 본 발명에서는 용접 작업을 위한 선행 작업에 소요되는 시간이 대폭 단축될 수 있으며, 중량물인 작업대상물(W)의 자세나 위치 등을 조정하기 위하여 작업자가 직접 개입하는 과정이 생략되므로 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

즉, 기존에는 작업대상물(W)을 크레인으로 포지셔너까지 이동시키고, 이후 작업자들의 협력하에 작업대상물(W)의 위치 및 자세를 세밀하게 조정하면서 작업대상물(W)을 포지셔너 상에 장착시키게 되므로, 작업 능률 저하 및 안전사고의 우려가 있었으나, 본 발명에 따르면 이러한 문제점이 효과적으로 해소될 수 있다.

한편, 도 6의 (A) 내지 (C)를 참조하면, 용접 등의 작업을 위해 작업대상물(W)을 포지셔너에 장착할 경우, 작업대상물(W)의 이동없이 위치 및 자세에 맞추어 RF통신을 이용한 무선제어장치(5)의 조작에 의해 포지셔너의 위치 및 자세를 제어함으로써 작업대상물(W)을 포지셔너에 바로 장착할 수 있게 된다.

이로써 본 발명의 스마트 포지셔너는, 기존의 크레인 등을 이용한 작업대상물(W) 자체의 자세 교정없이 바로 작업대상물(W)의 장착이 가능해지게 됨으로써 작업 효율 및 작업 안전성이 현저히 향상된다.

한편, 도 7의 (A) 내지 (C)를 참조하면, 용접 위치 변경 등으로 인해 작업대상물(W)의 위치 및 자세를 새로 바꾸어 주어야 할 경우, 본 발명의 스마트 포지셔너는 제품별 작업 프로세스에 대응하도록 한 위치 및 자세에 대한 정보를 미리 저장하고 있으므로써, 무선제어장치(5)의 간단한 버튼 조작만으로 작업대상물(W)이 필요한 자세를 취할 수 있도록 스마트 포지셔너가 작업대상물(W)을 견인하게 된다.

즉, 작업대상물(W)이 장착된 상태를유지하면서, 무선제어장치(5)의 조작에 따라, 도 6의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같이, 작업대상물(W)이 1번 자세 혹은 2번 자세, 혹은 3번 자세를 취하도록 스마트 포지셔너가 작업대상물(W)을 견인하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 기존에 크레인 등을 이용하여 들어올린 다음에 다시 위치 및 자세를 조정하는 작업을 반복적으로 수행함에 따라 작업대상물(W)의 이동 및 장착, 자세 변경 등에 있어서 시간이 많이 걸리게 되는 단점을 해소할 수 있으며, 또한 포지셔닝 작업이 작업자의 숙련도에 의존하지 않게 되므로 비숙련 작업자의 투입에도 불구 능률 저하 및 안전 사고의 우려가 해소되는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 포지셔닝 제어를 위한 위치센서나 압력센서를 대신하는 센서로서, 듀얼 레이저빔을 이용 가능한 듀얼 레이저 비전센서가 설치될 수 있으며, 이 경우 역시 듀얼 레이저 비전센서를 이용한 제어작용은 본 발명 스마트 포지셔너에 연결된 제어부(도시는 생략함)에 의해 수행된다.

즉, 듀얼 레이저 비전센서를 이용할 경우, 작업대상물(W)로부터 얻어진 듀얼 레이저빔 영상을 이용하여 레이저 비전센서와 작업대상물(W) 간 로테이션 매트릭스를 측정함으로써 작업대상물(W)의 현재 위치와 미리 설정된 작업위치 값과의 차이를 판별하고, 이에 따라 제어부의 제어 작용에 의해 스마트 포지셔너의 자세를 정확히 보정함으로써 보다 정확하고 빠른 작업대상물(W)의 포지셔닝이 가능해진다.

그리고, 본 발명에 있어서, 무선제어장치(5)는 휴대형이 바람직하나 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 발명의 기술 구성은 로봇 작업용 포지셔너, 기타 목적물품 핸들링용 로봇이나, 험지 및 재난 지역에서의 핸들링용 매니퓰레이터에도 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 속하는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 함은 물론이다.

1: 베이스 2: 카운트 웨이트
3: 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛 31: 지지브라켓
32: 붐대 33: 아암
34: 엔드 서포트 35: 로테이터
4: 센서 5: 무선제어장치
W:작업대상물

Claims (5)

1. 베이스;
   상기 베이스 상에 중량물(重量物)인 작업대상물(W)에 대응하여 무게 균형을 잡도록 설치되는 카운트 웨이트;
   상기 베이스 및 카운트 웨이터 상에 설치되며, 중량물인 작업대상물(W)이 장착면 상에 장착 가능하도록 상기 작업대상물의 이동없이 상기 작업대상물의 위치 및 자세에 맞추어 무선제어장치의 조작에 의해 자신의 위치 및 자세가 제어되는 한편, 상기 장착면 상에 장착된 중량물인 작업대상물을 무선제어장치의 또 다른 조작에 의해 미리 설정된 여러 자세들 중에서 선택된 자세를 취하도록 견인하게 되는 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛; 및
   중량물인 작업대상물(W)의 이동없이 상기 작업대상물의 위치 및 자세에 맞추어 무선제어장치의 조작에 의해 포지셔너의 위치 및 자세를 제어함으로써 작업대상물(W)을 포지셔너에 바로 장착될 수 있도록 하는 한편, 중량물인 작업대상물(W)이 로테이터의 장착면에 장착된 상태에서 중량물인 작업대상물(W)을 견인하여 미리 설정된 여러 자세들 중에서 선택된 자세를 취하도록 제어하기 위한 무선제어장치를 포함하여 구성되며,
   상기 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛은,
   상기 카운트 웨이트 상에 고정된 지지브라켓 상에 수직방향으로 설치된 제1회전축을 중심으로 좌우로 회동가능하게 설치되는 지지브라켓과,
   상기 지지브라켓 상에 수평방향으로 설치된 제2회전축을 중심으로 상하로 회동가능하게 결합되는 붐대와,
   상기 붐대의 끝단부에 수평방향으로 설치된 제3회전축을 중심으로 상기 붐대와는 독립적으로 상하로 회동가능하게 결합되는 아암과,
   상기 아암의 끝단부에 수평방향으로 설치된 제4회전축을 중심으로 상기 아암과는 독립적으로 상하로 회동가능하게 결합되는 엔드 서포트와,
   상기 엔드 서포트 상에 상기 제4회전축의 축선과 직교하는 축선을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 360도 회전가능하도록 설치되는 한편 중량물인 작업대상물(W)이 직접적으로 장착되는 장착면을 자체(自體)에 구비한 로테이터와,
   상기 지지브라켓과 실린더 장치 및 로테이터에 각각 스마트 포지셔너의 위치 및 자세 제어를 위해 구비되는 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베이스와 지지브라켓, 지지브라켓과 붐대, 붐대와 아암, 그리고 아암과 엔드 서포트 사이에는 각각 붐대와 아암의 구동을 위한 실린더 장치가 설치됨을 특징으로 하는 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너.
3. 제1항에 있어서,
   상기 센서는 위치센서와 압력센서가 설치되며, 상기 위치센서 및 압력센서는 제어부에 연결되는 것을 특징으로 하는 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너.
4. 청구항 1에 따른 위치 및 자세 견인형 스마트 포지셔너를 이용한 중량물인 작업대상물의 포지셔닝 제어방법으로서,
   중량물인 작업대상물(W)이 장착면 상에 장착 가능하도록 상기 작업대상물(W)의 이동없이 상기 작업대상물(W)의 위치 및 자세에 맞추어 무선제어장치의 조작에 의해 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛의 위치 및 자세를 제어하는 단계와;
   상기 중량물인 작업대상물(W)을 스마트 포지셔너의 로테이터에 구비된 장착면상에 장착하는 단계와,
   상기 무선제어장치에 대한 또 다른 조작에 의해 미리 설정된 여러 자세들 중에서 원하는 자세를 선택하는 단계와;
   상기 포지셔닝용 매니퓰레이터 유닛이 로테이터의 장착면에 장착된 중량물인 작업대상물(W)을 견인하여 선택된 자세를 취하도록 제어하는 단계를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 포지셔너를 이용한 작업대상물의 포지셔닝 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 중량물인 작업대상물(W)이 상기 로테이터의 장착면 상에 장착될 때,
   상기 작업대상물(W)은 기하학적 특징 및 중량에 따라, 고정핀에 의한 고정 방식, 자력에 의한 고정 방식 및 나사 체결에 의한 고정 방식 중 적어도 하나의 방식에 의해 상기 장착면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 스마트 포지셔너를 이용한 작업대상물의 포지셔닝 제어방법.

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