실험실과 같은 곳에서 물건을 집어 옮기는 작업에는 캔틸레버 구조가 유용합니다. 캔틸레버 구조는 부품에 쉽게 접근할 수 있기 때문입니다. 갠트리 로봇은 양쪽 끝에 수평 부재가 지지된 직교 좌표계 로봇으로, 물리적으로는 로봇은 아니지만 갠트리 크레인과 유사합니다. 갠트리 로봇은 대개 크기가 매우 크고 무거운 하중을 운반할 수 있습니다.

갠트리 로봇과 카르테시안 로봇의 차이점

직교 좌표계 로봇은 각 축에 하나의 선형 액추에이터를 가지고 있는 반면, 갠트리 로봇은 두 개의 기본(X) 축과 이들을 연결하는 두 번째(Y) 축을 가지고 있습니다. 이러한 설계 덕분에 두 번째 축이 캔틸레버 방식으로 돌출되는 것을 방지할 수 있으며(자세한 내용은 후술), 직교 좌표계 로봇에 비해 갠트리 로봇의 스트로크 길이가 훨씬 길어지고 더 큰 하중을 처리할 수 있습니다.

가장 일반적인 카르테시안 로봇은 돌출부(모멘트) 하중에 대한 탁월한 보호 기능을 제공하기 때문에 이중 가이드 설계를 사용합니다. 그러나 이중 선형 가이드를 사용하는 축은 단일 선형 가이드를 사용하는 축보다 설치 공간이 더 넓습니다. 반면 이중 가이드 시스템은 일반적으로 수직 방향으로 길이가 짧아 기계의 다른 부분과의 간섭을 줄일 수 있습니다. 따라서 축의 종류를 선택하는 것은 카르테시안 시스템의 효율성뿐만 아니라 전체적인 설치 공간에도 영향을 미친다는 점을 고려해야 합니다.

카르테시안 로봇 액추에이터

직교 좌표계 메커니즘이 최적의 선택이라면, 일반적으로 고려해야 할 설계 요소는 액추에이터 제어 장치이며, 이는 볼트, 나사 또는 공압 구동 시스템일 수 있습니다. 선형 액추에이터는 구동 시스템에 따라 일반적으로 단일 또는 이중 선형 가이드를 사용할 수 있습니다.

케이블 제어 및 관리

케이블 제어는 이 로봇 설계의 또 다른 필수 요소이지만, 초기 단계에서 종종 간과되거나 계획 후반 단계로 미뤄지는 경우가 많습니다. 제어, 공압(공압 축용), 엔코더 입력(서보 구동식 직교 좌표계용), 센서 및 기타 전기 장치 등 각 축에는 여러 개의 케이블이 사용됩니다.

산업용 사물 인터넷(IIoT)을 통해 시스템과 구성 요소가 연결될 때, 이러한 연결에 사용되는 방법과 도구는 훨씬 더 중요해지며, 튜브, 전선 및 커넥터는 과도한 굽힘으로 인한 조기 피로 또는 다른 장치 구성 요소와의 간섭으로 인한 중단을 방지하기 위해 적절하게 배치하고 유지 관리해야 합니다.

필요한 케이블의 종류와 수량, 그리고 케이블 관리의 정교함은 제어 방식과 네트워크 프로토콜에 따라 결정됩니다. 케이블 관리 시스템의 케이블 캐리어, 트레이 또는 하우징은 전체 시스템 크기에 영향을 미치므로 케이블 시스템과 나머지 로봇 구성 요소 간의 간섭이 없는지 확인해야 합니다.

카르테시안 로봇 제어

직교 좌표계를 사용하는 로봇은 점대점 이동에 가장 적합한 방식이지만, 복잡한 보간 및 곡선 이동도 수행할 수 있습니다. 필요한 이동 유형에 따라 시스템에 가장 적합한 제어 장치, 네트워킹 프로토콜, HMI 및 기타 모션 구성 요소가 결정됩니다.

이러한 구성 요소들은 로봇의 축과 독립적으로 위치하지만, 대부분 축상에 필요한 모터, 배선 및 기타 전기 부품에 영향을 미칩니다. 이러한 축상 요소들은 설계 시 고려해야 할 첫 두 가지 요소인 위치 지정과 케이블 제어에 영향을 미칩니다.

결과적으로 설계 과정은 원점으로 돌아오며, 데카르트 로봇을 전기 하드웨어 및 소프트웨어에 연결된 기계 부품들의 집합체가 아니라 상호 연결된 전기 기계 장치로 구축하는 것의 중요성을 강조합니다.

카르테시안 로봇 작업 영역

로봇의 다양한 구성은 각기 다른 작업 영역 모양을 만들어냅니다. 이 작업 영역은 로봇을 특정 용도에 맞게 선택할 때 매우 중요한데, 로봇의 조작기와 엔드 이펙터의 작업 영역을 규정하기 때문입니다. 따라서 여러 가지 이유로 로봇의 작업 영역을 분석할 때는 신중을 기해야 합니다.

1. 작업 영역이란 로봇 팔 끝의 한 지점(일반적으로 엔드 이펙터 장착부의 중앙)이 접근할 수 있는 작업량의 범위를 말합니다. 이 영역에는 엔드 이펙터에 장착된 도구나 작업물은 포함되지 않습니다.

2. 로봇 팔이 작동 영역 내에 들어갈 수 없는 위치가 있을 수 있습니다. 이러한 특정 영역을 데드존이라고 합니다.
명시된 최대 탑재량 용량은 팔의 길이가 일정할 때만 달성 가능하며, 이는 최대 도달 거리에 도달하지 않을 수도 있습니다.

3. 직교 좌표계 구성의 작동 영역은 직사각형 프리즘입니다. 작동 영역 내부에는 사각지대가 없으며, 로봇은 전체 작동 영역에 걸쳐 모든 탑재물을 조작할 수 있습니다.