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문제 정의
- 본 논문에서는 6축 다관절 로봇 공정에서 용접 등 세밀한 작업이 이루어져야 하는 곳에 2축 부가 축을 접목시킴으로써 로봇공정의 효율성을 높여 산업가공현장에서의 시간적, 효율적 이익을 창출하며 나아가 로봇의 역할을 한 층 더 확장하고자 하였다.
- 본 논문에서는 RS2를 제어하기 위해 PC기반 로봇 제어 시스템을 꾸몄다.
제안 방법
- 최초 개의 6축에 모두 Set Operation Mode 함수를 사용하여 모션 보드의 운 전 모드를 Absolute Position으로 설정 한 뒤 시스템의 안전을 위하여 Load Velocity 함수로 속도를 지정하였다. 각 축의 속도 값은 Stepping Motor 29127steps에 1˚씩 회전하도록 설정하였고, Acceleration Deceleration 및 또한 같은 방법으로 설정하였다. 그리고 공정의 정밀도를 향상시키기 위하여 S-Curve Time 함수 값을 1로 지정하여 개별 Axis별 가감속을 부드럽게 구현하였다.
- 각 축의 속도 값은 Stepping Motor 29127steps에 1˚씩 회전하도록 설정하였고, Acceleration Deceleration 및 또한 같은 방법으로 설정하였다. 그리고 공정의 정밀도를 향상시키기 위하여 S-Curve Time 함수 값을 1로 지정하여 개별 Axis별 가감속을 부드럽게 구현하였다. 그 다음 While루프를 위치시키고, 100ms에 한 번씩 실행하도록 설정하고 구동을 시작하였다.
- 먼저 SolidWorks®에서 부가 축이 작동할 때와 작동하지 않을 때의 RS2의 용접 공정 간 각 축의 각도 변화량을 확인하였다.
- 먼저, Solidworks®내에서 RS2 End-effector에 장착된 welding rod를 부가 축에 설치된 welding bed의 각 4지점을 포인트 용접으로 공정하는 것으로 가정하고 공정에 필요한 RS2 각 축의 각도변화량을 비교하였다.
- 미쓰비시 서보 드라이버와 NI PXI-7350 Motion Controller를 직접 연결하여 로봇을 제어하도록 하며 그래픽컬 프로그래밍 프로그램인 LabVIEW®를 사용하여 로봇을 제어하도록 하였다.
- 본 논문에서는 실험실에서 제작된 부가 축 또한 설계 후 시뮬레이션을 진행하였다. 이 부가 축의 구조는 2축으로 구성된 Tilting 및 Rolling방식이 적용된 장치로 0~90까지 자유로운 앵글 작업을 할 수 있고, 수직 및 수평 작업까지도 가능하다.
- 본 연구에서는 2축 부가 축이 설치됨에 따른 6축 다관절 로봇의 공정경로' 공정시간을 비교 시험 및 시뮬레이션을 진행하고 효율성을 검증할 것이다.
- 본 연구에서는 6축 수직 다관절로봇을 이용한 용접 공정 시 부가 축이 없을 때(부가 축이 작동하지 않음)와 부가 축이 있을 때(부가 축이 작동함)의 용접봉의 공정경로를 비교하여 부가 축의 필요성을 검증하였다.
- 본 논문에서는 6축 다관절 로봇 공정에서 용접 등 세밀한 작업이 이루어져야 하는 곳에 2축 부가 축을 접목시킴으로써 로봇공정의 효율성을 높여 산업가공현장에서의 시간적, 효율적 이익을 창출하며 나아가 로봇의 역할을 한 층 더 확장하고자 하였다. 실제로 부가 축을 설계 제작하고 6축 다관절 로봇(RS2)에 접목하여 부가 축에 설치된 elding bed에 point용접 시뮬레이션을 진행하였다.
- [1] 이런 용접 조립작업에는 로봇의 부드럽고 정확한 경로의 움직임이 필요한데, 이러한 세밀한 움직임이 필요한 공정에는 부가적인 축이 추가되어야 하는 것은 필수적이라고 해도 과언이 아니다. 이에 따라 인간의 손이 닿지 못하는 곳이나 유해한 환경, 설계현장에 직접 투입되어 상하좌우, 앞뒤, 높낮이 등을 자유자재로 제어하여 로봇의 가공 효율을 증대시키는 2축 부가 축을 제작함으로써 6축 다관절 로봇의 용접, 조립 등 산업 가공현장에서 시간적, 효율적 이익을 창출하며 나아가 로봇의 역할을 한 층 더 확장하고자 한다.
- 최초 개의 6축에 모두 Set Operation Mode 함수를 사용하여 모션 보드의 운 전 모드를 Absolute Position으로 설정 한 뒤 시스템의 안전을 위하여 Load Velocity 함수로 속도를 지정하였다.
대상 데이터
- 로봇 매니퓰레이터의 구조적 특징은 Fig. 1과 같이 서보 모터 및 감속기(특히 하모닉 드라이브)의 부하를 분산시키고 매니퓰레이터의 구조의 강성을 높이기 위해 4-bar링크를 사용하였다. 특히 2번 3번 서보 모터와 감속기는 Fig.
- 모터의 동력전달에 필요한 Shaft는 내마모성과 큰 강도를 요구하는 부품으로 AISI 1040 steel을 사용하였다.
- 본 논문에서는 실험실에서 제작된 6축 다관절 로봇(이하 RS2)을 설계하고 제작한 다음 시뮬레이션 기술을 적용하였다.
- 장치의 모든 Board, Plate의 재질은 AISI 1060 alloy aluminium이며 소성가공이 수월하고 절삭가공성이 뛰어난 비교적 가벼운 소재를 이용하여 제작하였다. 모터의 동력전달에 필요한 Shaft는 내마모성과 큰 강도를 요구하는 부품으로 AISI 1040 steel을 사용하였다.
데이터처리
- 마지막으로 실제 부가 축을 RS2에 접목하여 PC기반 로봇 제어 프로그램인 LabVIEW®를 이용하여 부가 축의 유무에 따른 공정시간을 비교하였다.
이론/모형
- 로봇의 제어는 NI PXI-7350의 모션 컨트롤러를 이용하며 본 논문에서는 6축 다관절 로봇을 제어 프로그램인 LabVIEW®를 이용하여 동작제어를 실시하고 Solidworks®, RecurDyn®을 이용하여 시뮬레이션 기반 기법을 적용한다.
- 본 논문에서는 Denavit-Hartenberg(D-H ) 법 에 기초하여 RS2의 Joint-linear 모션 블랜딩에 대한 순기구학 해석을 진행하였다.[6] Fig.
성능/효과
- 결론적으로 부가 축을 6축 다관절 로봇에 접목할 경우 상대적으로 쉬운 로봇제어를 할 수 있을 뿐더러 ,용접 시 공정경로 공정시간이 절대적으로 줄어들게 되며 로봇의 효율이 극대화 되는 것을 알 수 있었다.
- 에서 부가 축이 작동할 때와 작동하지 않을 때의 RS2의 용접 공정 간 각 축의 각도 변화량을 확인하였다. 부가 축이 작동하지 않을 때는 6개의 모든 축이 큰 각도변화가 있음을 볼 수 있었고, 부가 축이 작동할 때에는 각 point별로 3개의 축만 움직여도 공정이 가능하다는 것을 확인하였다.
- 즉, 2축 부가 축이 작동할 때 RS2의 4~6축은 움직이지 않고도 용접 공정이 가능하므로 총 공정시간이 절대적으로 단축됨을 알 수 있었다.
후속연구
- 특히, AGV는 제품 그 자체와 더불어 자동화 솔루션이 함께 제공되는 것이 효과적이기 때문에 로봇자동화 사업에 부가 축과 연동된 AGV기술이 더해진다면 산업화 측면에서 볼때 매우 효율적이라고 할 수 있다.[5] 만약 부가 축이 설치된 AGV가 개발된다면 AGV시스템은 솔루션과 함께 범용성을 가지면서 뛰어난 성능을 충분히 활용할 수 있을 것이며 로봇제어와 어우러질 때 그 효용성이 극대화 될 것이다.
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