9-DOF 산업용 갠트리 용접로봇 시스템의 최적 설계에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

수동 용접의 경우 품질이 불균일하고, 작업 생산성이 낮다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 알루미늄 용접 공정자동화 시스템에 대한 연구를 진행중이며, 용접 라인을 자동화함으로써 높은 생산성을 달성하고자 한다. 본 연구를 통해 조선소 내 알루미늄 선체 소조립장에 용접 생산성 향상을 위한 알루미늄 선체 고효율 MIG 용접 로봇시스템 기술 개발을 한다. 본 논문은 3 자유도(3-DOF)의 X, Y, Z 축으로 이루어진 갠트리 로봇과 6 자유도(6-DOF)의 용접로봇으로 이루어져 총 9 자유(9-DOF)로 이루어진 로봇시스템의 동적해석을 진행하고, 해석을 통해 얻은 데이터를 분석하여 로봇시스템의 최적화 설계를 목표로 한다. 우선, SolidWorks®를 이용하여 갠트리 로봇과 용접로봇의 모델링을 진행하였다. 모델링 파일을 활용하여 갠트리 로봇시스템의 각 축에 대한 진동해석과 구조해석을 Ansys WorkBench®를 이용하여 실시하였다. 진동해석은 갠트리 로봇의 각 축이 이송할 때 발생하는 진동수와 Modal 해석을 통해 얻은 고유진동수를 비교하여 공진에 대한 안정성을 검증하였다. 여기서, X 축은 구조해석은 용접로봇 작업 시 변화하는 용접로봇의 자세에 따른 응력 및 변형률을 각각 구하여 안정성을 검증하였다. 그리고 6 자유도 용접로봇의 각 축의 동작범위를 통해 DH 파라미터를 제시하였다. DH 파라미터를 이용하여 기구학과 역기구학의 해를 구하였다. 여기서 역기구학의 해는 Pieper’s Solution 을 이용하여 구하였다.