산업용 로봇의 장점과 응용

1. 산업용 로봇

산업용 로봇은 제조 또는 공정 라인에서 특정 기능과 작업을 실행하는 다관절 프레임의 센서, 컨트롤러 및 액추에이터로 구성된 자율 시스템입니다. 산업용  로봇은 프로그램이라고 하는 일련의 명령에 의해 지시된 대로 반복적인 이동 주기를 통해 지속적으로 작동합니다. 이러한 기계는 인적 요소를 최소화하거나 제거하여 처리 속도, 용량 및 품질에서 다양한 이점을 얻습니다.

 

기존의 산업용 로봇을 협동 로봇이라는 새로운 로봇 기술과 혼동해서는 안 됩니다. 협동 로봇 또는 코봇은 인간 작업자와 긴밀하게 동시에 작동하며  코봇 작동을 위한 최대 속도 제한이 있고 생성할 수 있는 힘의 양이 제한되어 있기 때문에 인간 작업자 주변에서 사용하기에 안전합니다. 이를 통해 보다 정밀한 모터 전류 감지와 함께 물체나 작업자를 만나면 멈출 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

산업용 로봇의 주요 구조는 팔이며  링크와 관절로 구성된 구조입니다. 링크는 로봇의 범위 내에서 공간을 이동하는 견고한 구성 요소입니다. 반면에 조인트는 병진 (각형) 또는 회전 (회전) 운동을 허용하면서 두 개의 링크를 연결하는 기계 부품입니다. 이 두 구성 요소의 구성은 서로 다른 유형의 산업용 로봇을 분류합니다.

 

로봇에서 가장 중요한 부분은 EOAT(End-of-Arm-Tool) 또는 엔드 이펙터입니다. EOAT는 이동 또는 방향 지정을 통해 제품 또는 프로세스를 조작하는 구성 요소이며  용접, 측정, 마킹, 드릴링, 절단, 페인팅, 청소 등과 같은 특수 작업을 수행합니다.

 

 

 

반응형

 

 

산업용 로봇 통합업체는 OEM에서 만든 로봇 시스템을 공급합니다. 로봇 통합자 또는 "시스템" 통합자는 부품 피더, 엔드 이펙터 및 보호대가 있는 완전한 "턴키" 로봇 작업 셀을 제공하여 완전한 작업 셀을 형성할 수 있습니다. 로봇 통합업체는 더 많은 제품을 제공하고 각 로봇 범주에 대해 둘 이상의 회사를 대표할 수 있기 때문에 더 다양한 솔루션을 보유하고 있습니다.

 

 

2. 산업용 로봇의 장점

제조 시스템에 산업용 로봇을 적용하게 되면 더 높은 투자 및 자본 비용에도 불구하고 몇 가지 경제적 및 무형적 이점을 얻을 수 있습니다. 효율적인 작동으로 인해 산업용 로봇은 투자할 가치가 있으며 2년에서 5년 안에 가치를 회수할 수 있습니다.

 

• 더 빠른 생산 속도: 더 높은 생산 속도는 산업용 로봇 시스템에 투자하는 가장 큰 이유입니다. 로봇은 연속 작동 후 피로를 느끼거나 속도를 늦추지 않아 적절하게 설계, 작동 및 유지 관리될 때 생산 시간을 효율적으로 줄일 수 있습니다. 이를 통해 복잡성에 관계없이 계산되고 빠른 일련의 동작을 수행할 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 더 높은 적재 능력: 산업용 로봇은 인간보다 몇 배 더 강한 액추에이터를 가지고 있으며 "서보 모터"가 적용되어 있습니다. 이 모터는 특정 로봇에 맞게 크기가 조정되고 정확한 위치로 보낼 수 있으므로 최신 로봇이 .003" 이상의 반복성 수치에 도달할 수 있습니다. 고정밀 유성 기어박스 또는 사이클로이드 기어박스와 결합된 서보 모터는 거의 모든 작업에 적합한 엄청난 힘을 생성할 수 있습니다. 이러한 요소를 통해 로봇은 육체 노동의 능력과는 거리가 먼 무거운 무게를 쉽고 효율적으로 들어 올릴 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 안전성 향상: 일반적인 작업장 위험에는 극한의 온도, 고압, 무거운 하중, 빠른 움직임 및 고속 회전이 포함됩니다. 산업용 로봇은 부상이나 사망의 위험을 제거하기 위해 이러한 위험과 관련된 작업에 유용하며 사람보다 유해한 작업 조건을 더 잘 견딜 수 있습니다. 또한 로봇은 인간 작업자처럼 잘못된 판단으로 인해 실수하거나 사고를 일으키지 않기 때문에 작업장 안전을 향상시킵니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 운영 비용 절감: 원자재 낭비 감소와 인적 자원 비용 절감은 산업용 로봇의 경제적 이점 중 일부입니다. 로봇 시스템에 투자하면 운영 비용 절감, 제품 품질 향상, 생산 속도 향상이 가능하며 로봇 시스템의 정확하고 정밀한 작동으로 인해 제품 반품율이 낮아질 수 있습니다. 

 

 

 

반응형

 

• 더 나은 반복성 및 정밀도: 로봇 시스템의 작업 방식은 수백 또는 수천 번의 사이클 후에 실행됨에도 불구하고 일관됩니다. 프로그래밍에 인간의 개입이나 변경 없이 로봇은 동일한 작업 시퀀스를 반복적이고 정확하게 효율적으로 실행할 수 있습니다. 움직임 패턴, 동작 범위, 가해지는 힘, 속도 및 기타 작동 매개변수는 외부 요인의 영향을 최소화하기 때문에 일관되고 예측 가능한 제품 품질과 운영률을 얻을 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

• 높은 정확도: 로봇 시스템은 프로그램에서 의도한 정확한 작업을 쉽게 수행할 수 있기 때문에 자동차 및 항공기 부품 생산과 같이 엄격한 공차가 필요한 제조 공정에서 중요합니다. 로봇 시스템의 정확성과 반복성은 정밀 로터리 엔코더를 사용하여 이루어지며, 이 엔코더는 이 정보를 사용하여 로봇의 속도, 이동 프로파일 및 지점 끝 위치를 제어하는 로봇의 컨트롤러에 정확한 위치 정보를 제공합니다.

 

 

 

반응형

 

• 우수한 제품 품질: 산업용 로봇은 정밀 제조 공정의 장비로 반복성과 정확성 모두에 기인합니다. 이러한 특성을 통해 로봇은 일반적인 실수와 주관적인 판단으로 인한 오류가 없는 일관된 특성을 가진 제품을 생산할 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

• 더 컴팩트한 생산 지역: 산업용 로봇의 더 높은 부하 용량, 더 빠른 처리량 및 통합 엔드 이펙터는 공간을 절약할 수 있습니다. 수작업을 통한 생산은 일반적으로 제조 라인의 처리량을 늘리기 위해 여러 워크스테이션을 수용할 수 있는 더 큰 공간이 필요하며 단일 산업용 로봇으로도 동일한 작업을 수행할 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

3. 산업용 로봇 응용 

산업용 로봇의 가장 일반적인 응용 분야는 간단한 픽 앤 플레이스 작업입니다. 그러나 산업용 로봇은 더 나은 제어 기술, 강력한 액추에이터 및 더 정교한 센서를 통해 보다 다재다능하고 중요한 기능에도 사용됩니다.

 

 

다음은 산업용 로봇의 가장 일반적인 응용 분야 중 일부입니다.

 

• 제품 조립성: 산업용 로봇은 조립 기계로 널리 사용되며 매우 반복적이지만 인간 작업자에게는 지루한 정밀한 작업에 적합합니다. EOAT는 일반적으로 작거나 큰 부품을 빠르게 연속적으로 선택, 배치 및 방향을 지정하는 기계식 그리퍼이며 센서는 선택 사항이며 일반적으로 로봇 움직임의 정확도를 재보정하는 데 사용됩니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 최신 엔드 이펙터에는 일반적으로 센서가 장착되어 있어 부품이 올바른 부품이고 부품이 조립 공정에 적합한 방향에 있는지 확인합니다. 또한 일부 로봇은 엔드 이펙터에 부착된 머신 비전 카메라를 사용하여 생산 중에 달라질 수 있는 어셈블리의 실제 위치를 기반으로 동적 위치 지정을 수행할 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 비전통적 가공: 일반적인 비전통적인 가공 방법으로는 워터젯 절단, 레이저 절단, 연마 제트 가공, 방전 가공(EDM) 및 플라즈마 절단이 있습니다. 이러한 비접촉식 가공 공정은 고농도의 물, 빛, 전하 또는 기타 물리적 실체를 사용하여 재료 제거를 수행합니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 이러한 공정에는 많은 양의 에너지가 관련되어 적절하게 제어되지 않을 경우 제품이나 기계 자체가 손상될 수 있습니다. 산업용 로봇은 기계의 절단 경로를 정확하게 제어하는 데 사용하며 디지털 산업용 로봇을 사용하여 올바른 절삭 속도, 스트림 안정성 및 출력, 압력 및 유량과 같은 기계 매개변수의 정확한 제어가 적절하게 유지됩니다.

 

• 팔레타이징 및 디팔레타이징: 팔레타이징은 보다 효율적인 제품 취급, 보관 및 유통을 위해 여러 개별 제품을 단일 화물로 결합하는 프로세스이며 반면에 디팔레타이징은 그 반대입니다: 팔레타이징된 화물을 분류 하는 것이며 이 두 프로세스 모두 노동 집약적이며 빠르게 프로세스 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 로봇 팔레타이저는 더 나은 제품 취급과 비용 효율성을 위해 사용되며 로봇 팔레타이저에 통합된 EOAT는 기계식, 공압식 및 진공 그리퍼로, 조립 기계의 작동과 유사하게 품목을 피킹, 방향 지정 및 적재하여 작동합니다.

 

 

 

반응형

 

• 용접: 로봇 용접 시스템은 자동차 제조 공장에서 흔히 볼 수 있지만 많은 대량 금속 제조 공정에서도 널리 사용됩니다. 시장 경쟁력이 높아짐에 따라 더 나은 제품 품질과 더 높은 가동률에 대한 필요성이 생겼으며 이를 위해서는 보다 정확하고 정밀한 용접 공정이 필요합니다. 용접에 산업용 로봇을 사용하는 주요 이점은 전류, 전압, 아크 길이, 필러 이송 속도, 용접 속도 및 아크 이동 속도와 같은 다양한 매개변수를 더 잘 제어할 수 있다는 것입니다.

 

• 페인팅과 코팅: 페인팅 및 코팅은 균일한 두께의 층을 만들기 위해 매우 정확하고 반복 가능한 움직임이 필요한 민감한 작업이며 필요한 정확도와 정밀도 외에도 페인팅에는 잠재적으로 위험한 화학 물질로 작업하는 것이 포함됩니다. 많은 안료와 용제는 독성이 있으며 일부는 폭발성 대기를 조성할 수도 있습니다. 이러한 모든 위험은 산업용 로봇을 사용하여 완화됩니다.

 

 

 

반응형

 

• 연삭, 연마 및 버핑: 연삭, 연마 및 버핑은 제품의 최종 외관과 표면 특성을 개선하는 데 사용되는 일반적인 2차 제조 공정입니다. 이러한 공정에는 연마재 또는 연마재의 반복적인 진동 동작이 포함됩니다. 

 

• 디버링 : 현대 산업용 로봇의 또 다른 기능은 디버링입니다. 이것은 로봇이 회전 공구(일반적으로 샌딩 드럼, 와이어 휠 또는 카바이드 디버링 공구)를 잡고 사전 프로그래밍된 경로를 따라 주조 또는 사출 성형에서 부품을 디버링하고 매끄럽게 하는 프로세스입니다. 디버링에 로봇을 사용하는 것의 장점은 일반적으로 디버링 과정에서 작업자가 노출될 수 있는 파편이나 먼지가 있다는 것입니다. 로봇의 경로가 반복 가능하기 때문에 부품 간 스무딩의 일관성이 향상됩니다.

 

 

 

반응형

 

• 기계 선적 및 내리기: 기계 적재 및 하역은 로봇 시스템의 높은 적재 용량과 기계적 이점을 활용합니다. 특정 기계 로딩 및 언로딩 응용 분야에는 주조, 성형 및 단조 공정에서 대형 금속 또는 플라스틱 부품을 컨베이어 시스템, 2차 처리 스테이션 또는 가공용 블랭크가 있는 로딩 머시닝 센터로 이송하는 작업이 포함됩니다.

 

• 자동검사 : 로봇 검사 시스템은 광학 센서, 근접 센서, 힘 변환기, 초음파 프로브, 심지어 완전한 머신 비전 시스템과 같은 측정 장치를 사용하여 부품 또는 어셈블리에 대한 검사 작업을 수행할 수 있습니다. 이러한 기계는 일반적으로 품질과 일관성을 유지하기 위해 제품의 치수를 정확하게 측정하는 데 사용됩니다. 다른 검사 응용 분야에는 로봇 시스템이 자동으로 움직이고 초음파 프로브 또는 어레이를 제어하는 용접부의 비파괴 검사(NDT)가 포함됩니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 정렬: 분류 공정은 간단한 픽 앤 플레이스 기능과 로봇 시스템의 고속 모니터링을 활용합니다. 시각 센서는 크기, 색상 또는 모양의 변화를 감지하며 이상한 품목이 감지되면 로봇을 사용하여 품목을 선택하고 거부합니다. 로봇 분류 시스템을 사용하는 일반적인 산업은 제약 및 전자 제품입니다.

 

4. 산업용 로봇의 종류

산업용 로봇은 팔 구성에 따라 분류되며 로봇 팔은 링크와 관절로 구성됩니다. 이 두 구성 요소의 수와 유형을 변경하면 서로 다른 구성을 가진 로봇이 생성됩니다.

 

다음은 산업용 로봇의 6가지 유형입니다.

• 데카르트 로봇: 데카르트 로봇은 세 개의 각기둥 관절로 구성되며 각 축에서 직선 운동으로 제한되지만 원형 보간을 허용하는 운동학적 모델을 통해 원형 이동을 생성할 수 있습니다. 데카르트 로봇의 프리즘 조인트 중 하나 또는 두 개를 양쪽 끝에서 지지할 수 있기 때문에 다른 로봇 유형보다 더 무거운 하중을 처리하도록 제작할 수 있습니다. 데카르트 로봇의 예로는 갠트리 기계가 있으며 갠트리 크레인이라고도 하는 갠트리 기계는 팔레타이징된 대형 화물을 선택하고 배치하는 데 사용됩니다.

 

 

 

반응형

 

• 데카르트라는 이름은 X, Y, Z축으로 구성된 3차원 데카르트 좌표계에서 파생되었습니다. 데카르트 로봇은 작동이 병진 운동만 포함할 수 있기 때문에 가장 간단한 로봇 시스템이며 각도 변환 없이 직각으로만 이동해야 하는 응용 분야에 적합합니다.

 

• 극지 로봇: 구형 로봇이라고도 하는 극지 로봇은 3차원 극좌표계 r, θ 및 φ 좌표를 사용합니다. 직사각형 프리즘 모양의 작업 범위를 갖는 대신 극지 로봇은 구형 범위를 갖습니다. 운동 범위는 EOAT와 가장 가까운 회전 조인트를 연결하는 링크의 길이와 동일한 반경을 갖습니다. 이 구성을 통해 극성 로봇은 다른 로봇 유형에 비해 주어진 팔 길이에 대해 가장 먼 도달 거리를 가질 수 있으며  극성 로봇의 범위는 각형 관절로 연결된 두 번째 링크를 사용하여 더 확장할 수 있습니다. 도달 범위가 넓기 때문에 극성 로봇은 일반적으로 기계 로딩 응용 분야에 사용됩니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 원통형 로봇: 원통형 로봇은 원통형 동작 범위를 가지고 있으며 이 유형은 1개의 회전 조인트와 2개의 프리즘 조인트로 구성됩니다. 회전 관절은 팔의 베이스에 위치하여 로봇의 축을 중심으로 링크를 회전할 수 있습니다. 두 개의 각기둥 조인트는 로봇의 원통형 작업 영역의 반경과 높이를 조정하는 데 사용됩니다. 컴팩트한 디자인에서는 팔의 반경을 조정하는 데 사용되는 각기둥 조인트가 제거되며 이 하나의 회전, 하나의 프리즘 조인트 구성은 제품 공급이 한 곳에만 있는 간단한 픽 앤 플레이스 작업에 유용합니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 선택적 준수 다관절 로봇 팔(SCARA): SCARA는 수평 또는 XY 평면에서는 준수하거나 유연하지만 수직 방향 또는 Z 축에서는 단단한 암이 있는 로봇 유형입니다. SCARA에는 두 개의 링크, 두 개의 회전 조인트 및 단일 프리즘 조인트가 있으며 링크와 베이스는 동일한 축을 향하는 회전 조인트로 연결됩니다. 각형 조인트는 EOAT를 올리거나 내리기 위한 것입니다. SCARA의 결과 작업 범위는 토러스이며 원통형 로봇의 적용과 유사합니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 델타 로봇: 델타 로봇은 EOAT와 공통 베이스에 연결된 최소 3개의 링크로 구성되며 EOAT는 3개의 비구동 유니버셜 조인트로 링크에 연결됩니다. 반면에 베이스는 3개의 프리즘 또는 회전 구동 조인트로 연결되며 연계 조인트는 함께 작동하여 EOAT가 4개의 자유도를 가질 수 있도록 합니다. 각기둥 조인트를 사용하는 설계의 경우 일반적으로 네 번째 링크 또는 샤프트가 EOAT에 연결되어 회전이 가능합니다. 델타 로봇의 EOAT는 모든 데카르트 축을 따라 이동하고 수직 축을 중심으로 회전하여 돔 모양의 작업 범위를 만들 수 있고 3개의 구동 조인트가 동시에 작동하기 때문에 델타 로봇은 고속 픽 앤 플레이스 응용 분야에 적합합니다.

 

 

 

반응형

 

 

• 다관절 로봇 또는 의인화 로봇: 다관절 로봇은 제조 공정에 사용되는 가장 일반적인 로봇이며  용접, 제품 조립 및 기계 가공과 같은 더 복잡한 작업을 수행합니다. 다관절 로봇에 장착된 EOAT는 전체 6자유도를 갖도록 설계되어 로봇 팔은 적어도 3개의 회전 관절로 구성됩니다. EOAT를 회전시키기 위해 팔의 손목에 네 번째 회전 조인트를 추가할 수 있습니다. 작업 영역도 구형으로 극 로봇 유형과 유사합니다.