산업용 로봇이라고 하면 무엇이 떠오르시나요?

이러한 관절형 로봇은 자동차 회사 광고나 로봇 댄스 영상 덕분에 널리 알려져 있습니다. SCARA(Selective Compliance Articulated Robot Arm) 로봇 또한 1980년대 초부터 공장에 도입되고 확산되면서 잘 알려져 있습니다. 관절형 로봇과 SCARA 로봇 모두 직선 운동과 회전 운동을 결합하여 복잡한 작업을 수행할 수 있는 기동성을 제공합니다. 관절형 로봇은 인간의 팔과 유사하게 6축 운동(3축 직선 운동과 3축 회전 운동, 어깨, 팔꿈치, 손목을 생각해보세요)을 가집니다. SCARA 로봇은 4축 운동(X, Y, Z, θ, 어깨 관절이 고정된 팔과 유사)을 가집니다.

대중문화에서는 덜 알려져 있지만, 포장에서부터 반도체 제조에 이르기까지 산업 현장에서 널리 사용되는 로봇이 바로 카르테시안 로봇입니다. 이름에서 알 수 있듯이, 이 로봇은 X, Y, Z 세 축을 중심으로 움직이며, 로봇 팔 끝단에 장착하는 툴링을 위해 세타 축을 포함할 수도 있습니다. 관절형 로봇이나 SCARA 로봇만큼 화려해 보이지는 않지만, 카르테시안 로봇은 크기에 비해 하중 지지력이 뛰어나고, 많은 경우 정밀도 또한 우수하여 훨씬 다재다능합니다. 또한, 제품이나 응용 분야의 변화하는 요구 사항에 맞춰 축을 비교적 적은 재구성만으로 업그레이드하거나 변경할 수 있어 적응성이 매우 뛰어납니다.

하지만 직교 좌표계 로봇은 본질적으로 캔틸레버 구조이기 때문에 하중 지지 능력이 제한됩니다. 특히 가장 바깥쪽 축(Y 또는 Z축)의 스트로크 길이가 길어 지지축에 큰 모멘트 하중이 발생하는 경우 이러한 제약이 더욱 두드러집니다. 긴 스트로크와 높은 하중이 요구되는 경우에는 갠트리 로봇이 최적의 솔루션입니다.

데카르트 좌표계에서 갠트리 시스템으로:

갠트리 로봇은 카르테시안 로봇의 변형된 형태로, 카르테시안 로봇에서 볼 수 있는 단일 기준축 대신 두 개의 X축(또는 기준축)을 사용합니다. 추가된 X축(그리고 경우에 따라 추가적인 Y축과 Z축) 덕분에 로봇은 더 큰 하중과 힘을 처리할 수 있어 무거운 화물을 집어 옮기거나 부품을 적재 및 하역하는 작업에 이상적입니다. 각 축은 선형 액추에이터를 기반으로 하며, OEM이나 시스템 통합업체가 직접 조립한 액추에이터 또는 선형 모션 전문 업체에서 미리 조립한 액추에이터를 사용할 수 있습니다. 따라서 고속, 긴 스트로크, 무거운 하중 처리, 높은 위치 정밀도 등 거의 모든 조합을 구현할 수 있는 무한한 옵션이 존재합니다. 열악한 환경이나 저소음과 같은 특수 요구 사항도 쉽게 통합할 수 있으며, 동시에 독립적으로 여러 작업을 수행해야 하는 경우 수평축은 여러 개의 캐리지를 사용하는 선형 모터로 구성할 수 있습니다.

갠트리 로봇은 일반적으로 작업 영역 위에 설치됩니다(그래서 "오버헤드 갠트리"라는 용어가 흔히 사용됩니다). 하지만 태양 전지나 모듈처럼 위에서 다루기 어려운 부품의 경우, 갠트리를 부품 아래에서 작업하도록 구성할 수 있습니다. 갠트리 로봇은 일반적으로 매우 큰 시스템으로 여겨지지만, 데스크톱 크기의 소형 장비에도 적합합니다. 갠트리 로봇은 두 개의 X축(기본축)을 가지고 있기 때문에 Y축과 Z축에서 발생하는 모멘트 하중과 작업 하중은 모두 X축에 작용하는 힘으로 분해됩니다. 이는 시스템의 강성을 크게 향상시키고, 대부분의 경우 유사한 직교 좌표계 로봇보다 더 긴 스트로크 길이와 더 빠른 속도를 가능하게 합니다.

두 축이 병렬로 연결된 경우, 두 축 사이의 미세한 동작 불일치로 인해 발생할 수 있는 간섭을 방지하기 위해 일반적으로 한 축만 모터로 구동합니다. 두 축을 모두 구동하는 대신, 연결축이나 토크 튜브를 사용하여 모터 동력을 두 번째 축으로 전달합니다. 경우에 따라 두 번째 축은 구동 메커니즘 없이 선형 가이드로 구성된 "아이들러" 또는 팔로워 역할을 할 수도 있습니다. 두 번째 축을 구동할지 여부와 구동 방식은 두 축 사이의 거리, 가속도, 그리고 연결부의 강성에 따라 결정됩니다. 한 쌍의 축 중 하나만 구동하면 시스템의 비용과 복잡성을 줄일 수 있다는 장점도 있습니다.

직교 좌표계 로봇이나 갠트리 로봇의 크기 선정은 SCARA 로봇이나 관절형 로봇(일반적으로 도달 거리, 속도, 정확도의 세 가지 매개변수로 지정됨)보다 복잡하지만, 최근 몇 년 동안 제조사들은 Rexroth의 EasySelect 컨피규레이터나 Adept의 3D 선형 모듈 빌더와 같은 사전 구성된 시스템 및 온라인 도구를 도입하여 이 과정을 간소화했습니다. 이러한 도구를 사용하면 축의 방향과 크기뿐만 아니라 기본적인 스트로크, 하중 및 속도 매개변수를 지정할 수 있습니다. 다운로드 가능한 CAD 파일은 카르테시안 및 갠트리 로봇 제조업체에서 기본적으로 제공하는 기능으로, SCARA 및 관절형 로봇과 마찬가지로 설계 또는 워크플로 레이아웃에 쉽게 통합할 수 있습니다. 관절형 및 SCARA 로봇은 쉽게 알아볼 수 있고 카르테시안 로봇은 널리 사용되고 있지만, 갠트리 로봇은 하중, 속도, 도달 거리 및 반복성 측면에서 기존 로봇의 고유한 한계를 극복하고 탁월한 맞춤화 및 유연성을 제공합니다. 한마디로, 갠트리 로봇은 최적의 하중 용량과 스트로크 범위를 제공합니다.