수작업으로 자재나 부품을 처리하는 제조 및 포장 공정은 맞춤형 로봇 팔 끝단 툴링(EoAT)과 고급 센싱 기능을 갖춘 장거리 이동 카르테시안 로봇을 도입하여 자동화함으로써 즉각적인 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 로봇은 다양한 기계를 지원하여 기계 조작이나 공정 중 부품 이송과 같은 기존의 수동 작업을 수행할 수 있습니다.

카르테시안 로봇은 두 개 이상의 선형 위치 결정 스테이지가 서로 연동되어 구성되므로 자동화 분야에 익숙하지 않은 설계 엔지니어에게는 생소할 수 있습니다. 많은 엔지니어는 산업 현장에서 점점 더 많이 사용되는 6축 관절형 로봇을 로봇으로 인식합니다. 심지어 경험이 풍부한 자동화 엔지니어조차도 카르테시안 로봇을 간과하고 6축 모델에만 집중하는 경향이 있습니다. 그러나 장거리 이동이 가능한 카르테시안 시스템의 장점을 무시하는 것은 특히 로봇이 다음과 같은 작업을 수행해야 하는 응용 분야에서 큰 손실로 이어질 수 있습니다.

1. 여러 대의 기계를 관리하세요

2. 긴 길이까지 도달할 수 있습니다.

3. 간단하고 반복적인 작업을 수행합니다.

6축 로봇의 문제점

관절형 로봇 팔은 수많은 자동화 제조 및 포장 시설, 특히 전자 제품 조립 및 의료 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 적절한 크기의 로봇 팔은 프로그래밍을 통해 다양한 자동화 작업을 유연하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 무거운 하중을 처리할 수 있습니다. 또한 로봇 팔 끝단의 툴링 교체를 통해 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 하지만 6축 로봇은 가격이 비싸고 로봇 밀도가 높아야 합니다. 로봇 밀도란 시설 내 포장 기계 한두 대마다 별도의 로봇이 필요하다는 것을 의미합니다. 물론 두 대 이상의 기계를 처리할 수 있는 더 크고 비싼 6축 로봇도 있지만, 이 역시 최적의 솔루션은 아닙니다. 공장 엔지니어는 매우 큰 로봇 한 대를 중심으로 기계를 배치해야 하기 때문입니다. 또한 관절형 로봇 팔은 안전 장치가 필요하고, 귀중한 작업 공간을 차지하며, 숙련된 직원이 프로그래밍 및 유지 보수를 담당해야 합니다.

장거리 이동 데카르트 선형 시스템에 대한 사례

직교 좌표계 로봇은 로봇 밀도를 낮출 수 있다는 점에서 6축 로봇보다 성능이 뛰어납니다. 실제로, 장거리 이동이 가능한 직교 좌표계 이송 로봇 한 대로 여러 대의 기계를 관리할 수 있으며, 로봇 주변의 기계들을 재배치할 필요가 없습니다.

기계 위에 설치되는 이송 로봇은 바닥 공간을 차지하지 않으므로 안전 장치 요구 사항도 줄어듭니다. 또한 직교 좌표계 로봇은 초기 설정 후 프로그래밍 및 유지 보수가 거의 필요하지 않습니다.

한 가지 주의할 점은 카르테시안 로봇 시스템의 기능이 매우 다양하다는 것입니다. 실제로 엔지니어들이 온라인에서 카르테시안 로봇을 검색해 보면 생산 또는 조립 기계에서 물건을 집어 옮기는 작업에 최적화된 소형 시스템을 많이 발견할 수 있습니다. 이러한 시스템은 기본적으로 시판되는 카르테시안 솔루션에 내장된 선형 스테이지로, 대규모 작업에 사용되고 다음과 같은 매개변수를 충족해야 하는 이송 로봇과는 매우 다릅니다.

장거리 여행:여러 대의 대형 기계를 관리하기 위해 구매하는 로봇은 50피트 이상의 스트로크를 가질 수 있어야 합니다.

다양한 캐리지 및 맞춤형 로봇 팔 끝단 툴링:장거리 이송 로봇은 주축을 따라 이동할 수 있는 여러 개의 독립적으로 작동하는 캐리지를 장착할 때 최대의 효율을 발휘합니다. 이를 통해 하나의 직교 로봇이 여러 로봇의 역할을 수행할 수 있습니다. 이러한 생산성 향상은 진공 그리퍼나 핑거 그리퍼와 같은 기성품 EoAT보다 더욱 효율적으로 자재를 처리할 수 있도록 맞춤 제작된 툴링을 통해 더욱 극대화됩니다. 또한, 맞춤형 EoAT는 직교 로봇과 연동하여 작동하는 자재 처리 시스템의 설계를 간소화하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

간소화된 제어 아키텍처:최근 출시되는 일부 카르테시안 로봇은 기존의 분리형 모터, 드라이브, 컨트롤러 기반의 제어 아키텍처 대신 통합 서보모터(서보드라이브 포함)를 사용하여 제어 캐비닛이 필요 없도록 설계되었습니다. 가장 복잡한 카르테시안 로봇 애플리케이션의 경우 여전히 기존 아키텍처가 필요할 수 있지만, 통합 서보모터는 대부분의 카르테시안 로봇에 필요한 지점 간 모션 제어를 효율적으로 처리합니다. 설계 엔지니어가 통합 서보모터를 활용할 수 있다면, 카르테시안 기반 자동화의 비용 효율성을 극대화할 수 있습니다.

선택적 사용:카르테시안 로봇은 관리하는 기계의 위쪽이나 뒤쪽에 장착되기 때문에 사용자가 필요에 따라 수동으로 기계를 작동할 수 있습니다. 예를 들어 특정 크기의 제품을 소량 생산하는 경우에 유용합니다. 바닥에 설치하는 6축 로봇은 기계 접근을 막을 수 있어 이러한 선택적 사용이 어렵습니다.

구체적인 카르테시안-로봇 예시

일부 직교 좌표계 로봇은 최대 4m/sec의 속도를 유지하면서도 50피트(약 15m) 이상의 스트로크를 제공할 수 있습니다. 표준 캐리지에는 이중 벨트 구동 기술이 포함될 수 있으며, 일부 캐리지에는 내부에서 연속적으로 루프를 도는 상단 구동 벨트가 포함되어 있습니다. 후자는 역방향 또는 캔틸레버 구조에서 벨트 처짐을 방지하고 여러 개의 독립적인 캐리지가 한 축에서 동시에 작동할 수 있도록 합니다.

긴 벨트는 구동계 강성을 저하시켜(결과적으로 성능 저하를 초래함) 카르테시안 로봇 설계에 어려움을 야기합니다. 긴 벨트에서 일정한 장력을 유지하기가 어려울 뿐만 아니라, 벨트 장력이 비대칭적이고 가변적이기 때문입니다. 이러한 문제로 인해 긴 재순환 벨트는 정밀한 위치 제어에 적합하지 않고, 다루기 까다로우며, 비용이 많이 드는 선택지가 됩니다.

반면, 이동 모터 방식의 선형 스테이지는 벨트 길이를 짧고 팽팽하게 유지하며 캐리지 내부에 벨트를 수납하여 엔코더에서 제공하는 제어 신호에 신속하게 반응할 수 있도록 합니다. 따라서 카르테시안 방식의 이송 시스템 길이가 4m이든 40m이든 관계없이 정확도가 유지됩니다.

포장 산업 분야에서의 적용 사례

장거리 이동이 가능한 카르테시안 로봇 이송 장치는 공급, 카토닝 및 트레이 성형 작업에 사용되며 팔레타이징 및 디팔레타이징 작업도 처리할 수 있습니다.

농산물 포장을 예로 들어보겠습니다. 최근 캘리포니아 센트럴 밸리에 위치한 한 농산물 포장 회사에서는 기존 IPAK 트레이 성형 시스템과 완벽하게 통합될 수 있도록 장거리 이동 로봇을 공급했습니다. 각 로봇은 최대 4대의 기계를 동시에 관리하며, 쌓아 놓은 골판지 시트를 기계에 채워 넣습니다. 이 3축 갠트리 로봇은 고강도 벨트 구동식 선형 서보 모터 스테이지를 기반으로 제작되어 이동 거리에 제한이 없으며, 캐리지를 독립적으로 움직일 수 있고, 스테이지를 어떤 방향으로든 장착할 수 있습니다. 이러한 로봇 중 하나의 가장 긴 축은 50피트(약 15미터)가 넘는 스트로크로 트레이 성형기 위를 이동합니다.

골판지 시트를 4대의 트레이 성형기에 공급하기 위해 로봇은 먼저 맞춤 제작된 골판지 시트 팔레트 보관대에서 골판지 더미를 집어 올립니다. 그런 다음 로봇은 각 트레이 성형기에 골판지 더미를 전달합니다. 최대 4m/sec의 속도 덕분에 로봇은 분당 최대 35개의 트레이를 생산하는 속도에서도 4대의 트레이 성형기를 원활하게 가동할 수 있습니다.

안전 장치는 오버헤드 슬라이딩 게이트와 센서를 사용하여 작동 중인 기계에서 필요에 따라 로봇을 둘러싸는 방식으로, 바닥에 설치하는 6축 로봇보다 비용이 적게 드는 솔루션입니다.

이 시스템에는 높이와 무게가 예측 불가능하게 변하는 골판지 더미를 처리할 수 있는 모든 제어 장치와 맞춤형 EoAT(End-of-Arm Tooling)가 포함되어 있습니다. 툴링은 문제없이 최대 50kg의 하중을 처리할 수 있습니다. 이 솔루션은 작업자가 이전에는 팔레트에서 골판지 묶음을 들어 올려 성형 기계에 넣기 위해 몸을 숙여야 했던 수고를 덜어줍니다. 이러한 작업을 자동화함으로써 작업자는 덜 힘든 작업에 집중할 수 있게 되었습니다. 대형 이송 로봇은 포장 환경에서 카르테시안 로봇 시스템으로 가능한 것의 한 예일 뿐입니다. 일부 공급업체는 유사한 카르테시안 방식을 기반으로 하는 팔레타이징 및 디팔레타이징 시스템도 개발했습니다. 이러한 모든 로봇은 센서, 제어 장치 및 엔드 오브 암 툴링이 장착된 3개의 선형 스테이지를 사용하여 포장 자동화를 최대한 효과적이고 효율적으로 수행합니다.