로봇 포지셔닝 시스템은 창고, 항공우주 및 자동차 시설에서 하나의 로봇이 여러 작업을 수행할 수 있도록 하는 긴 트랙입니다. 로봇 이송 장치 또는 RTU 또는 7축 시스템이라고도 하는 이러한 모션 설계는 조립, 대규모 용접 및 창고 보관에 점점 더 보편화되고 있습니다.

로봇이 바닥에 볼트로 고정되는 일반적인 설정과 달리 RTU는 작업 셀과 공장을 통해 로봇을 이동하고 스테이션 사이를 왕복합니다. RTU에 가장 적합한 설정은 이제 막 구축 중인 설정이거나 프로세스 및 관련 기계를 일직선으로 배치할 수 있는 설정입니다. RTU가 6축 로봇을 이동하는 경우 선형 트랙을 7번째 축이라고도 합니다(또는 덜 일반적으로 로봇 자체에 7개의 자유도가 있는 경우 8번째 축). 이러한 트랙이 로봇이 매달려 있는 프레임을 포함하여 프레임의 일부인 경우 갠트리입니다.

로봇이나 트랙 형태에 관계없이 추가 축의 요점은 병진 동작을 추가하는 것입니다. 이를 통해 작업 범위가 확장되거나 로봇이 작업물이나 도구를 운반할 수 있습니다. 일부 배열에서는 전자를 사용하여 로봇이 여러 기계를 관리하거나 행에서 팔레트를 선택하거나 매우 큰 구성 요소를 가공할 수 있습니다. 후자의 경우 일반적인 응용 분야는 포장, 용접, 플라즈마 아크 절단 및 기타 기계 작업입니다.

여기서는 RTU용 드라이브 옵션에 중점을 둡니다. 그러나 엔지니어는 가이드 배열과 베어링(일반적으로 캠 팔로어 또는 프로파일 가이드 형태) 중에서 결정해야 합니다.

RTU를 위한 설계 및 구동 옵션이 ​​풍부합니다.
일부 갠트리에는 로봇을 뒤집고 위에서 기계에 더 쉽게 접근할 수 있도록 매달아 놓기 위한 프레임이 포함되어 있지만 바닥에 볼트로 고정하고 로봇을 똑바로 세우는 RTU가 가장 일반적입니다. 이 RTU는 평균적으로 더 높은 페이로드를 가지며, 로봇 팔을 운반하고 수천 파운드 무게의 하중을 잡습니다.

엔지니어는 사전 엔지니어링된 RTU를 구매하거나 모션 시스템 전문 지식을 사용하여 자체적으로 RTU를 구축할 수 있습니다. 가장 간단한 것은 로봇이 볼트로 고정되는 플랫폼을 지탱하는 선형 트랙 쌍입니다. 그러나 많은 OEM은 RTU의 로봇이 고정밀 작업을 수행하는 상황(예: 절단 작업(설계에서 여러 축의 관절을 동기화해야 함) 또는 처리를 위해 다양한 기계 도구를 통해 주조물을 이동하는 상황)을 위해 전담 통합자를 모집합니다.

로봇 이송 장치 엔지니어링의 가장 큰 과제는 운반하는 로봇 팔의 관절과 동기화되도록 프로그래밍하는 것입니다. 두 번째로 큰 과제는 RTU가 여러 미터에 걸쳐 정확한 선형 동작을 유지하도록 하는 것입니다.

긴 스트로크에 대한 물리적 요구 사항 충족
때로는 속도가 가장 중요한 RTU 설계 목표이기도 합니다. RTU가 특수 설정에서 로봇을 수백 피트 이상 이동하는 경우 특히 그렇습니다. 움직이는 로봇(때때로 수천 파운드에 탑재량을 더한 팔의 무게)의 맥락에서 빠른 속도는 상대적입니다. 그러나 일부 RTU는 1g의 가속도를 사용하여 10ft/초 이상의 속도로 이동할 수 있습니다.

그러나 정확도가 RTU 설계 목표보다 더 중요한 경우가 많습니다. 예를 들어, 로봇이 기계 가공 시 협동 작업 셀을 돕는 응용 분야를 생각해 보십시오. 여기서 속도와 로봇 작업 범위의 확장은 주변 프레임워크가 정확성을 확실히 유지할 수 있는 경우에만 유용합니다. 이러한 설계에는 트랙 이동 중에 0.02mm의 정확도와 0.2mm 정도의 위치 반복성이 필요한 경우가 많습니다.

대조적으로, 응용 프로그램이 속도에 적응형 제어를 적용하지만 절대 정밀도에 덜 의존하는 응용 프로그램에 로봇 팔을 사용하는 경우 다른 설정이 작동할 수 있습니다. 이는 예를 들어 선적 컨테이너를 하역하기 위해 로봇 팔이 장착된 이동식 차량의 형태를 취할 수도 있습니다.

설계에 관계없이 모든 RTU 설정에는 유지 관리가 적고 수명이 긴 것이 중요합니다. RTU 설정은 일반적으로 둘 이상의 플랜트 기능 및 기타 여러 기계 부품과 연관되어 있기 때문입니다. 따라서 RTU 가동 중지 시간으로 인해 다른 스테이션이 가동되지 않는 경우가 많습니다.

많은 RTU가 공작 기계나 작업자 등 사람이 밀집된 고가의 장비를 통해 로봇 공학을 이동하기 때문에 통합 안전도 중요합니다. 특히 조립 인력이 있는 구역 주변에서 작업하는 경우 더욱 그렇습니다.

RTU용 벨트, 나사 및 공압 장치
중간 범위의 선형 거리를 이동하는 로봇 갠트리는 종종 벨트 드라이브와 쌍을 이루는 모터를 사용합니다. 이는 전기 모터 구동 풀리를 사용하여 벨트를 따라 장력을 생성하고 빠르게 가속하는 비교적 간단한 시스템입니다. 그러나 더 긴 스트로크에 도달하면 시스템이 전체 길이에 걸쳐 장력을 유지할 수 없으면 벨트가 처지는 문제가 발생할 수 있습니다. 분명히 말하면 문제는 페이로드 제한이 아닙니다. 오히려 벨트 컴플라이언스로 인해 동작이 손실될 위험이 있습니다.

확장성 경고에는 예외가 있습니다. 일부 RTU에서는 벨트 축(공통 구동축에서 구동됨)이 하모닉 크랭크를 구동합니다. 여기서 벨트 드라이브는 올바른 조건에서 긴 스트로크 로봇 위치 지정의 정확성을 유지할 수 있습니다. 대부분의 성공적인 벨트 구동 RTU는 벨트 구동 설정에서 더 높은 정밀도를 얻기 위해 보완적인 방향으로 프레이밍 및 선형 트랙을 사용합니다. 벨트 구동 레일 액추에이터가 있는 일부 RTU는 1톤 로봇을 수십 피트 이상 움직이는 동안에도 ± 0.001인치의 반복성을 유지할 수 있습니다. 여기서(오른쪽 레일 덕분에) 벨트 구동식 액추에이터는 대안보다 저렴하고 유연한 RTU를 만듭니다.

일곱 번째 축의 또 다른 옵션은 볼스크류 구동 축입니다. 이 설정은 벨트 드라이브에서 발생할 수 있는 진동과 스프링 현상을 해결합니다. 기본적으로 고정된 기계 요소는 정확한 정지 및 위치 지정을 위한 제어를 유지합니다.

볼스크류는 일반적으로 간헐적인 베어링 지지대의 도움으로 약 6미터 길이의 설정에서 잘 작동합니다. 긴 축의 경우 주요 문제는 특히 충분한 지지력을 얻지 못하는 경우 나사가 고속으로 휘젓는다는 것입니다. 이는 볼스크류 샤프트가 자체 무게로 인해 구부러지기 때문입니다. 그런 다음 임계 속도(나사 샤프트 직경, 직진도, 정렬 및 지원되지 않는 길이의 함수)에서 움직임이 샤프트 고유 진동수를 자극합니다. 따라서 볼스크류 길이가 증가함에 따라 최대 속도는 감소합니다.

일부 설정에서는 함께 분리되고 붕괴된 다음 휩 없이 더 오랫동안 확장할 수 있도록 나사를 유지하고 지지하는 베어링 블록을 사용합니다. 그러나 매우 긴 볼스크류 구동 트랙의 경우 제조업체는 여러 개의 나사를 결합해야 합니다(일반적으로 형상이 뒤틀리는 것을 방지하기 위해 용접 대신 접착제를 사용함). 그렇지 않으면 휩 문제를 해결하기 위해 나사의 직경이 매우 커야 합니다. 일부 볼스크류 기반 설정의 스트로크는 10미터에 달하고 4,000rpm까지 실행됩니다. 또 다른 주의 사항: 로봇 트랙의 나사는 먼지와 잔해로부터 보호되어야 합니다. 그러나 작동하는 경우 볼스크류와 쌍을 이루는 전기 모터를 사용하는 RTU는 벨트 구동 축보다 더 큰 부하를 처리합니다.

장거리 설정을 위한 유체 동력도 존재합니다. 이러한 공압식 RTU는 일반적으로 앞뒤로 2스톱 위치 지정만 필요한 애플리케이션을 위한 저가형 솔루션입니다. 평균 제품은 2m/초로 이동하며 다른 로봇 제어 장치와 통합됩니다.

정밀 RTU용 선형 모터
긴 스트로크 RTU(예: 실험실 로봇 공학에 사용)는 선형 모터 드라이브를 사용할 수 있습니다. 대부분의 RTU에는 최첨단 전자 장치, 절대 인코더, 오류나 종료 후에도 축 추적을 위한 모션 제어 기능이 포함되어 있습니다.

선형 모터의 일반적인 작동 범위는 4미터 정도입니다. 이러한 도달 범위는 더 무거운 RTU 애플리케이션보다 픽 앤 플레이스 및 반도체 웨이퍼 핸들링에 더 적합합니다. 간단히 말해서, RTU의 선형 모터는 기계적 정확성을 제공하지만 무거운 페이로드를 운반해야 하기 때문에 특히 까다롭습니다. 이로 인해 선형 모터의 성능을 향상시키는 값비싼 영구 자석이 더 많이 필요합니다.

예외가 있습니다. 12m까지의 정밀 이동이 필요한 자동화 설정을 위해 직렬 선형 액추에이터가 장착된 세계 기록 RTU 하나가 시운전 및 맞춤 제작되었습니다. 견고한 알루미늄 지지 레일은 2개의 6열 선형 재순환 볼 베어링 및 가이드웨이 어셈블리와 함께 작동합니다. 트윈 슬롯 동기 선형 모터는 4,200N의 힘을 출력합니다.

RTU용 랙 앤 피니언 세트
랙 앤 피니언 세트를 사용하는 시중에서 판매되는 RTU가 가장 일반적입니다. 일반적인 길이는 15미터에 이릅니다. 선형 장치의 제어는 로봇 컨트롤러에 수학적으로 연결된 축으로 통합되어 있어 추가 컨트롤러가 필요하지 않습니다. 이러한 많은 RTU는 브러시리스 AC 서보모터와 유성 기어박스를 접지된 헬리컬 랙 앤 피니언 세트와 결합하여 30미터의 스트로크까지 정확도를 유지합니다. 다른 설정에서는 블록의 견고한 롤러에 있는 단일 모서리 레일 위로 이동하는 캐리지를 사용합니다. 여기에서 레일은 일반적으로 내부 가장자리에 랙이 절단된 직사각형입니다. 이는 유용한 레이아웃인 곡선 세그먼트와 결합될 수 있습니다.

이동 플랫폼 주위로 로봇을 움직이는 일부 RTU는 강화 강철로 만들어진 평평한 표면 레일을 사용하고 이를 캠 팔로워 클러스터와 쌍으로 사용합니다. 다른 사람들은 나선형 베벨 감속기와 벨트가 있는 전기 모터를 사용하여 플랫폼에 전력을 공급합니다. 그런 다음 긴 셔틀 축에서 RTU는 랙에 맞물리는 피니언을 구동하는 전기 기어모터를 자랑합니다.

시뮬레이션 및 프로그래밍 RTU
엔지니어가 RTU의 경로를 계획하고 로봇 기능과 이를 조정할 수 있는 도구가 있습니다. 로봇 시뮬레이션 소프트웨어와 일부 모션 컨트롤러 모듈을 사용하면 엔지니어가 트랙을 계획하고 결과 소프트웨어를 컨트롤러에 로드한 다음 해당 하드웨어 하나로 로봇과 RTU를 제어할 수 있습니다.

또 다른 옵션은 API를 통해 대부분의 모든 브랜드의 로봇을 프로그래밍할 수 있는 로봇 개발 키트를 판매하는 전용 소프트웨어 회사의 소프트웨어입니다. 이러한 소프트웨어 도구와 기타 수많은 소프트웨어 도구를 사용하면 특히 중간 수준의 모션 제어 또는 CNC 경험이 있는 팀의 경우 로봇 설정이 그 어느 때보다 쉬워집니다. 초기 설계 반복은 일반적으로 오프라인 PC 프로그래밍을 통해 발생합니다. 그런 다음 직원이 로봇과 RTU를 설치하면 프로그래밍 소프트웨어가 컨트롤에 로드되는 코드를 생성합니다. 소프트웨어는 프로그래밍된 경로를 통해 RTU와 로봇을 구동하여 문제를 테스트합니다. 다음으로 설치자는 펜던트를 사용하여 로봇의 그리퍼, 커터 또는 엔드 이펙터를 공간의 작업별 지점에 배치하고 컨트롤러는 이동을 기록합니다. 그렇지 않은 경우 설치자는 전체 설정에 펜던트를 사용한 다음 백엔드에서 궤적을 다듬을 수 있습니다. 이는 점점 더 일반적인 접근 방식입니다.

주의 사항: RTU는 로봇 교정을 복잡하게 만듭니다.
물리적 설정 후에는 RTU와 로봇을 교정해야 합니다. 문제는 RTU와 결합된 산업용 로봇이 반복 가능하지만 정확하지 않은 움직임을 수행하는 경우가 많기 때문에 시뮬레이션 근사치와 다른 출력 모션을 생성한다는 것입니다. 단독으로 산업용 로봇의 평균 단방향 반복성은 0.1mm ~ 0.01mm입니다. 일반적인 축은 백래시 제로 기어헤드와 모터를 쌍으로 구성하고 컨트롤러는 고해상도 인코더를 통해 이를 모두 추적합니다. 기어링과 같은 어셈블리 및 구성요소가 손실된 모션을 유발하므로(주로 기계적 규정 준수로 인해) 출력 모션 정확도를 높이려면 비용이 더 많이 듭니다. 따라서 제어 장치는 경우에 따라 밀리미터 단위의 위치 오류를 보상해야 하는 경우가 많습니다.

기존 로봇 교정에는 비용이 많이 드는 레이저 정렬이 사용됩니다. 때로는 이로 인해 출력 오류가 20배 줄어들 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 로봇 제조업체는 공장 교정을 제공합니다. 또한 전문 로봇 교정 회사는 추가된 RTU가 전체 로봇 정밀도 출력에 미치는 영향을 설명할 수 있는 서비스를 제공합니다. 그렇지 않은 경우 듀얼 카메라 센서를 사용하면 광학 및 특수 조명을 통해 프로빙 검사 및 동적 측정이 가능합니다. 기계적 보정 모드는 또 다른 옵션이지만 긴 트랙의 로봇에는 적용하기가 더 어렵습니다.