자동용접을 위한 원격제어 시스템 및 그 방법{REMOTE CONTROL SYSTEM AND THE METHOD FOR AUTOMATIC WELDING}
본 발명은 자동용접 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동용접을 위한 원격제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
산업용 로봇을 이용한 자동화장비는 자동차, 휴대폰, 메모리 반도체 등 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 적용되면서 생산성 및 품질 향상에 크게 기여하고 있다. 최근에는 로봇기술의 발전으로 반복 정밀도가 높은 작업에도 로봇이 투입되고 있으나 로봇 프로그래밍 및 조작의 한계로 인하여 섬세한 동작을 구현하는 데에는 제약이 있다. 특히 용접작업의 경우 자동화장비를 적용하더라도 시작점과 종단점은 용접결함으로 인해 수동용접 형식의 추가적인 작업이 진행되어야 하는 것이 일반적이다. 그런데 추가적인 수동용접 시 로봇 프로그래밍으로 작업자의 섬세한 위빙동작을 구현하거나, 리모트 펜던트를 이용해 추가용접을 위한 정밀한 로봇조작을 구현하는 것은 한계가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 로봇이 작업자의 섬세한 동작을 모방하여 움직이도록 함으로써 용접 시 시작점이나 종단점에 정밀작업을 구현하고, 이를 통해 용접의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 자동용접을 위한 원격제어 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 자동용접을 위한 원격제어 시스템은, 사용자의 움직임을 검출하여 아날로그 센싱신호를 출력하는 모션 센서부, 상기 모션 센서부가 제공하는 아날로그 센싱신호로부터 모션 패턴정보를 얻는 원격 제어부, 상기 원격 제어부가 제공하는 모션 패턴정보를 무선으로 전송하는 무선통신 송신부를 포함하는 원격제어 송신부; 상기 무선통신 송신부와 무선통신 연결이 설정되어 상기 원격제어 송신부가 제공하는 모션 패턴정보를 수신하는 무선통신 수신부, 상기 무선통신 수신부에서 출력되는 모션 패턴정보에 의거하여 자동용접을 위한 구동 제어신호를 생성하는 장비 제어부, 상기 장비 제어부가 제공하는 구동 제어신호를 상위계층으로 전달하는 통신 변환부를 포함하는 장비 수신부; 및 상기 통신 변환부의 상위계층으로 설정되며 상기 장비 수신부가 제공하는 구동 제어신호에 의해 사용자의 움직임을 모방하도록 내장된 모터의 위치, 속도 및 정지여부를 제어하여 자동용접 동작을 수행하는 자동용접 장치를 포함한다. 한편 본 발명에 따른 자동용접을 위한 원격제어 방법은, 서로 무선통신 연결이 설정된 원격제어 송신부와 장비 수신부, 상기 장비 수신부에 접속된 자동용접 장치를 포함하는 자동용접을 위한 원격제어 시스템에 있어서, 상기 원격제어 송신부가 사용자의 움직임을 검출한 아날로그 센싱신호로부터 모션 패턴정보를 얻어서 원격지에 무선으로 전송하는 단계; 상기 장비 수신부가 상기 원격제어 송신부로부터 수신된 모션 패턴정보를 이용하여 사용자 자세정보를 분석하는 단계; 상기 장비 수신부가 사용자 자세정보의 분석결과에 따라 자동용접을 위한 구동 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 자동용접 장치가 상기 장비 수신부가 제공하는 구동 제어신호에 의해 사용자의 움직임을 모방하도록 내장된 모터의 위치, 속도 및 정지여부를 제어하여 자동용접 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 자동용접을 위한 원격제어 시스템 및 그 방법에 따르면, 로봇이 작업자의 섬세한 동작을 모방하여 움직이도록 함으로써 용접 시 시작점이나 종단점에 정밀작업을 구현하고, 이를 통해 용접의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접을 위한 원격제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접을 위한 원격제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동용접을 위한 원격제어 시스템 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접을 위한 원격제어 시스템의 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접을 위한 원격제어 시스템은 도 1에 도시된 것처럼, 서로 무선통신 연결이 설정된 원격제어 송신부(100)와 장비 수신부(200), 장비 수신부(200)에 유선 접속되어 있는 자동용접 장치(300)를 포함한다. 원격제어 송신부(100)는 사용자의 움직임을 검출하여 아날로그 센싱신호를 출력하는 모션 센서부(110), 아날로그/디지털 컨버터를 내장하여 모션 센서부(110)가 제공하는 아날로그 센싱신호를 디지털 값으로 변환한 후 잡음제거 등의 신호처리를 수행하여 모션 패턴정보를 얻는 원격 제어부(120), 블루투스 등의 무선통신을 구축하여 원격 제어부(120)가 제공하는 모션 패턴정보를 장비 수신부(200) 내의 무선통신 수신부(210)로 전송하는 무선통신 송신부(130)를 포함한다. 모션 센서부(110)는 3축 가속도 센서(111)와 3축 자이로 센서(112)를 포함할 수 있다. 전술한 원격 제어부(120)는 시리얼 통신 프로토콜을 통해 무선통신 송신부(130)의 초기화, 통신속도(Baud rate)의 동기화, 정보의 전달을 수행한다. 사용자가 원격제어 송신부(100)를 들고 움직인다는 것을 감안하여 원격제어 송신부(100) 내의 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 소형화, 경량화하면, 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 통해 출력되는 아날로그 센싱신호의 측정잡음이 심해지게 된다. 따라서 원격 제어부(120)는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 통해 출력되는 아날로그 센싱신호의 측정잡음을 효과적으로 제거하여 평활화된 정확한 센싱신호를 추출하기 위하여 몇 가지 신호처리 알고리즘을 적용할 수 있다. 여기에 적용되는 신호처리 알고리즘은 잡음제거 성능을 고려하여 선택할 수 있다. 1차 저주파 통과필터 알고리즘(1st order Low Pass Filter Algorithm), 이동 평균 알고리즘(Moving Average Algorithm), 칼만 저주파 통과필터 알고리즘(Kamlan Low Pass Filter Algorithm)을 여러 가지 방법으로 조합하여 테스트해 보면, 가속도 센서(111)의 출력신호에는 1차 저주파 통과필터와 이동 평균 알고리즘을 동시에 사용하여 2번의 평활화를 거치는 경우가 잡음제거 성능이 가장 우수한 결과를 보인다. 자이로 센서(112)의 경우 높은 감도특성으로 인해 칼만 저주파 통과필터 알고리즘 등과 같이 강력한 잡음제거 성능을 가진 알고리즘을 적용할 필요성이 있다. 일 실시예에서, 원격 제어부(120)는 사용자의 자세를 정확히 표현하기 위하여 가속도 센서(111)의 출력값을 이용해 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 각도를 계산하여 각도데이터를 얻은 후, 가속도와 속도 간의 관계식을 이용해 자동용접 장치(300)의 캐리지 제어에 필요한 속도데이터를 계산할 수 있다. 여기서 피치(pitch) 각도는 상하방향, 요(yaw) 각도는 좌우방향, 롤(roll) 각도는 좌우로 회전하는 방향에 대한 값이다. 또한 가속도 센서(111)가 회전의 중심축에 있지 못하는 경우 가속도 센서(111)만을 이용하여 각도를 계산하게 되면 오차가 생길 수밖에 없기 때문에 일 실시예는 자이로 센서(112)와의 센서융합을 통해 오차를 보정할 수 있다. 예컨대, 원격 제어부(120)는 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)의 출력신호를 융합하기 위하여 구현이 쉽고 연산량이 적은 보상필터 알고리즘을 적용할 수 있다. 이는 자이로 센서(112)의 출력신호를 적분할 때 나타나는 오차누적 현상인 드리프트(Drift) 현상을 없애기 위하여 주기적으로 가속도 센서(111)를 통해 계산한 각도로써 보상을 수행하는 알고리즘이다. 자이로 센서(112)의 출력신호를 적분할 때 나타나는 드리프트 현상은 극 저주파 영역이므로 고주파 통과필터(High Pass Filter)를 통과시켜 제거하고, 가속도 센서(111)에서 계산한 각도데이터에서 회전성분 및 아날로그/디지털 변환 결과 나타나는 노이즈는 고주파 영역이므로 저주파 통과필터(Low Pass Filter)를 통과시켜 제거할 수 있다. 장비 수신부(200)는 무선통신 송신부(130)와 무선통신 연결이 설정되어 원격제어 송신부(100)가 제공하는 모션 패턴정보를 수신하는 무선통신 수신부(210), 무선통신 수신부(210)에서 출력되는 모션 패턴정보에 의거하여 자동용접을 위한 구동 제어신호를 생성하는 장비 제어부(220), 장비 제어부(220)가 제공하는 구동 제어신호를 상위계층으로 전달하는 통신 변환부(230)를 포함한다. 여기서 모션 패턴정보는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)로부터 출력되는 센싱신호와, 그로부터 얻어지는 각도데이터 및 속도데이터 등을 포함하는 정보이다. 장비 수신부(200)는 원격제어 송신부(100)에서 제공하는 이러한 모션 패턴정보를 이용하여 자동용접 장치(300) 내 캐리지를 구동하는 모터의 속도, 위치, 정지여부 등을 제어하기 위한 구동 제어신호를 생성하게 된다. 예컨대 장비 수신부(200)는 속도데이터를 이용하여 자동용접 장치(300)의 위치제어를 수행할 수 있다. 또한 자동용접 장치(300)의 캐리지는 4축으로 구성되며 이중 용접작업의 위빙동작에 해당하는 위빙축에 대해 가속도 센서(111)의 출력신호를 이용하여 속도제어를 수행할 수 있다. 자동용접 장치(300)는 통신 변환부(230)의 상위계층으로 설정되며 장비 수신부(200)가 제공하는 구동 제어신호에 의해 내장된 모터의 위치, 속도 및 정지여부를 제어함으로써 캐리지가 사용자의 움직임을 모방하여 자동용접 동작을 수행하도록 한다. 여기서 자동용접 장치(300)는 캐리지를 이용한 아날로그 용접장치로서, 크게 용접전원장치, 와이어송급장치 및 캐리지로 구성된다. 용접전원장치는 와이어송급장치 및 캐리지로 전원을 공급하며, 전기적 신호를 통해 와이어송급장치 및 캐리지의 동작을 제어한다. 와이어송급장치는 용접전원장치의 제어 하에 와이어를 캐리지로 송급하며, 캐리지 역시 용접전원장치의 제어 하에 송급받은 와이어를 이용하여 자동용접 동작을 수행한다. 작업자가 모션 센서부(110)를 내장한 원격제어 송신부(100)를 가지고 용접작업을 하듯 움직이면 산업용 로봇인 캐리지가 작업자의 움직임을 모방하여 움직임으로써 자동용접 장치(300)에서 작업자의 섬세한 동작이 구현된다. 이와 같이 일 실시예는 자동용접 장치(300)의 원격조작을 위한 원격제어 송신부(100)에 모션센싱을 적용함으로써 시작점이나 종단점의 추가용접 시 작업자의 동작에 따라 용접이 수행될 수 있도록 한다. 장비 수신부(200)는 원격제어 송신부(100)와의 무선통신을 통해 작업자의 동작을 분석하여 로봇 프로그래밍의 형태로 자동용접 장치(300)를 제어하며, 이러한 방식으로 용접 시 시작점이나 종단점에 섬세한 동작을 추가함으로써 용접의 생산성 및 품질을 향상시키게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접을 위한 원격제어 방법의 흐름도이다. 먼저 원격제어 송신부(100)에서, 3축 가속도 센서(111)와 3축 자이로 센서(112)를 포함하는 모션 센서부(110)를 통해 사용자의 움직임에 따른 아날로그 센싱신호가 검출(S110)되면 원격 제어부(120)는 이를 디지털 값으로 변환한 후 잡음제거, 오차보정을 위한 센서융합 등의 신호처리를 수행하여 모션 패턴정보를 획득하고(S120), 이를 무선통신 송신부(130)를 통해 원격지의 장비 수신부(200)에 무선으로 전송한다(S130). 장비 수신부(200)에서, 장비 제어부(220)는 무선통신 수신부(210)를 통해 원격제어 송신부(100)가 전송하는 모션 패턴정보를 수신한다(S130). 여기서 원격제어 송신부(100)에서 얻어지는 모션 패턴정보는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)로부터 출력되는 센싱신호와, 해당 센싱신호로부터 얻어지는 각도데이터 및 속도데이터 등을 포함하는 정보일 수 있다. 이후 장비 수신부(200)는 S130을 통해 수신된 모션 패턴정보에 의거하여 자동용접 장치(300)의 캐리지를 구동하는 모터의 위치, 속도, 정지여부 등을 제어하기 위한 구동 제어신호를 생성(S210)하여 자동용접 장치(300)로 전달한다(S220). 자동용접 장치(300)는 장비 수신부(200)가 제공하는 구동 제어신호에 의해 사용자의 움직임을 모방하는 방식으로 내장된 모터의 위치, 속도 및 정지여부를 제어하여 자동용접 동작을 수행하게 된다(S310).
본 발명에 따른 자동용접을 위한 원격제어 시스템 및 그 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 원격제어 송신부 110: 모션 센서부
120: 원격 제어부 130: 무선통신 송신부
200: 장비 수신부 210: 무선통신 수신부
220: 장비 제어부 230: 통신 변환부
300: 자동용접 장치 |
