직교(갠트리) 로봇이 다관절 팔보다 성능이 뛰어난 이유:4가지 주요 장점

Futura Automation, LLC(www.futura-automation.com)는 다양한 로봇, 자동화 및 모션 제어 솔루션을 제공합니다. 이번 주 Futura Automation의 뉴스레터에서는 다른 주요 산업용 로봇 토폴로지인 #Articulated, Delta 및 SCARA와 비교하여 데카르트 로봇, 특히 Macron Dynamics, Inc.에서 제공하는 로봇의 이점을 설명합니다. 이 기사에서는 데카르트식의 네 가지 주요 이점에 대해 설명합니다.

• 디자인의 유연성
• 상당히 길어진 도달범위(여행)
• 더 큰 탑재량
• 비용 절감

대부분의 사람들은 자동차 용접 라인이나 케이스 포장 및 팔레타이징을 위한 미디어에 자주 등장하는 6축(관절식) 로봇 팔을 알고 있습니다. #델타 로봇은 주로 식품 포장에서 두 개의 컨베이어 벨트 사이에 대량의 픽 앤 플레이스 작업을 수행하는 데 널리 사용됩니다. #SCARA 또는 4축 암은 산업용 로봇의 또 다른 일반적인 폼 팩터입니다. SCARA는 전자 제품, 의료 포장 및 소형 소비재 제품의 소형 부품을 선택하고 배치하는 데 가장 적합합니다. Articulated 및 SCARA와 같은 표준 로봇 토폴로지는 제조업체와 팔의 메커니즘에 따라 작업 범위가 잘 정의되어 있습니다. 특이한 모션이 필요하거나 매우 크거나 긴 모션이 필요한 경우에는 어떻게 됩니까? 이를 위해 우리는 데카르트 로봇을 제공할 수 있습니다. 갠트리 로봇이라고도 불리는 직교 로봇은 매우 일반적이고 간단한 로봇 토폴로지입니다. 물론 갠트리 크레인은 자동화된 데카르트 로봇보다 몇 세기나 앞섰습니다. 그러나 폼 팩터는 매우 유사합니다. 차이점은 갠트리 로봇이 자동화를 사용하여 움직임을 사전 프로그래밍할 수 있고 경우에 따라 머신 비전의 지원을 받을 수 있다는 것입니다.

직교 로봇이란 무엇인가요?

3D 프린터는 데스크톱 모델이든 콘크리트를 사용하여 집을 인쇄할 수 있을 만큼 큰 모델이든 직교 또는 선형 로봇 토폴로지를 활용합니다. 또 다른 일반적인 예는 종종 "칩 슈터"라고 불리는 전자 회로 기판 제조에 사용되는 픽 앤 플레이스 기계입니다. 소형 폼 팩터 데카르트 로봇은 테이블이나 컨베이어 시스템 위에 구축되는 경우가 많습니다. 일반적으로 3개의 모션 축을 갖습니다. 위/아래, 앞/뒤, 왼쪽/오른쪽으로 이동할 수 있습니다. 모든 로봇과 마찬가지로 데카르트도 할당된 작업을 수행하는 엔드 이펙터를 가지고 있습니다. 일반적으로 반도체 및 광학 산업에서 가장 정밀한 작업을 수행하는 직교는 30cm 미만의 범위 또는 범위에 걸쳐 1미크론 미만의 반복성을 갖습니다.

데카르트 로봇용 엔드 이펙터에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 진공 그리퍼
• 기계식 그리퍼
• 프린터 헤드
• 라우터 헤드
• 워터젯
• 레이저 절단
• 혼합 또는 교반 도구
• 머신 비전

직교 로봇을 사용하는 산업은 무엇입니까?

다양한 응용 분야를 갖고 있기 때문에 데카르트 로봇은 많은 산업 분야에서 발견됩니다. 다음 산업 분야의 제조업체는 일반적으로 이 기술을 활용합니다.

• 항공우주 – 가공 및 마무리
• 농업 – 수직 농업
• 포장 – 케이스 포장 및 팔레타이징
• 머신 텐딩(CNC 또는 플라스틱)
• 전자제품, 광학 및 반도체
• 의료기기 조립 및 의약품 조제
• 멀티미디어, 무대 장비 및 광고
• 식품 및 음료 취급

이는 많은 예 중 일부에 불과합니다. 데카르트 기술은 오랫동안 사용되어 왔습니다. 이 때문에 이러한 로봇에 대한 많은 검증된 응용 프로그램이 있습니다. 또한 운영자가 쉽게 이해하고 재프로그래밍할 수 있습니다. 이는 자동화를 처음 접하는 사람들에게 사용자 친화적입니다. 이러한 제조업체는 데카르트 로봇이 탁월한 성능을 발휘할 수 있는 유형의 응용 분야를 보유하고 있는 경우가 많습니다.

직교 로봇의 일반적인 응용

직교 로봇은 많은 응용 분야에서 올바른 솔루션이며 다른 응용 분야에서는 선형 로봇이 좋지 않은 선택입니다. 데카르트식의 주요 제한은 제한된 동작 범위, 특히 관절형 로봇의 허리 축 또는 관절 1(J1)과 손목 동작 또는 J5 및 회전 J6입니다. 6축 로봇은 모든 종류의 위치로 구부리고 회전할 수 있습니다. 집기 또는 배치, 용접, 페인팅 또는 분배 등 재료를 특정 각도로 다루거나 회전해야 하는 경우 관절형 암이 더 적합합니다. 데카르트 로봇은 엔드 이펙터에 회전식 액추에이터가 있는 경우를 제외하고는 회전 동작 없이 동작이 훨씬 더 견고합니다. 이것은 한계처럼 보일 수도 있고 그럴 수도 있습니다. 그러나 플랫폼이나 컨베이어에 제품을 배치, 분류 또는 쌓는 것과 같이 평면 방식으로 설계된 응용 분야에서도 이점이 됩니다. 선형 로봇의 이러한 평면 품질은 특정 응용 분야에서 다른 로봇 유형보다 더 나은 성능을 발휘할 수 있는 이점을 제공합니다. 다음은 몇 가지 예입니다:

• CNC 머신 텐딩
• 3D 프린팅
• 금속 플라즈마/레이저 절단
• 스크류드라이빙
• 분배
• 목재 취급 및 라우팅
• PCB 조립 및 테스트
• 선택 및 배치 또는 정렬
• 물류 – 창고용 AS/RS
• 수직 농업
• 검사

데카르트 로봇이 이러한 응용 분야에서 탁월한 데에는 몇 가지 이유가 있습니다. 첫째, 이러한 응용 프로그램은 일반적으로 하나의 평면이나 차원에서 수행됩니다. 예를 들어, 레이저 데카르트 로봇은 금속판에서 모양을 절단하는 임무를 맡습니다. 금속 시트는 절단 표면에 평평하게 놓여 있습니다. 로봇은 명령받은 동작을 수행하여 조각의 모양을 잘라냅니다. 이 동작에서는 로봇이 특별한 각도로 비틀거나 부품 측면으로 회전할 필요가 없습니다. 위/아래, 앞/뒤, 왼쪽/오른쪽 동작입니다. 일부 직교 로봇에는 엔드 이펙터에 추가 회전축이 있습니다. 상당한 유연성과 동작 범위가 필요한 경우 다른 로봇 유형이 가장 좋을 수 있습니다.

디자인의 유연성

데카르트 로봇은 현존하는 가장 확장성이 뛰어난 로봇 플랫폼입니다. 이러한 확장성은 잠재적인 물리적 크기와 궁극적인 강도에 있습니다. 데카르트 로봇은 손바닥만큼 작을 수도 있고 창고만큼 클 수도 있습니다. 매우 작은 데카르트 좌표는 종종 "다축 스테이지"라고 불리며 전자 장치의 미크론 정확도 사진 석판술, 분배, 배치 또는 레이저 절단에 사용됩니다. 오늘날 길이가 50미터(164피트) 이상인 대형 데카르트 로봇도 있습니다. 일반적인 "대형 데카르트" 애플리케이션은 로봇 이송 장치 또는 일반적으로 알려진 단일 "7축"입니다. 관절형 로봇은 XY 또는 XZ 데카르트식에 장착하여 용접물을 연마하거나 선박을 마무리하는 데 사용할 수 있는 것처럼 넓은 영역을 덮을 수도 있습니다. 금속 강화 벨트 액추에이터를 통해 Macron Dynamics는 이러한 시스템을 엄청나게 길고 최대 2200lb.(1000kg)의 페이로드에 적합하게 만들 수 있습니다. 슬림한 로봇 본체 케이싱 내부에 들어갈 필요가 없는 대형 비율의 기어박스와 모터에 더해 이러한 메커니즘을 갖춘 데카르트 로봇은 가장 크고 무거운 작업을 쉽게 처리할 수 있습니다.

도달 범위 확장성(길이)

Futura Automation의 고객은 맞춤형 직교 로봇의 유연성과 확장성의 이점을 누리고 있습니다. 건물의 구조적 범위만큼 긴 데카르트식을 만드는 것이 가능합니다. Futura의 파트너인 Macron Dynamics는 수평 스팬에 유리섬유 인발 빔 보강재를 제공할 예정입니다. 더 긴 스팬과 더 무거운 하중을 위해 강철 I-빔으로 선형 액추에이터를 강화하는 것도 가능합니다. 60m(200피트) 수평 X 또는 Y축은 20m(60피트) 높이 Z축과 마찬가지로 가능합니다. 데카르트식은 또한 Z축 또는 수직축의 끝에서 회전하기 위한 세타축 드라이브를 통합하거나 손목 동작을 제공할 수도 있습니다.

다양한 페이로드

강철 강화 벨트를 사용하고 유리 섬유 인발 빔 또는 강철 I-빔으로 강화된 갠트리는 가장 강력하고 매우 비싼 다관절 로봇 팔에 필적하는 수천 파운드의 하중을 처리할 수 있습니다. 서보 기어모터에 일체형 기계식 브레이크를 적용해 전원이 차단된 상태에서도 수직축의 부하를 유지할 수 있습니다. Macron Dynamics는 또한 제어되지 않는 수직 하중으로부터 보호하기 위한 안전 장치로 CLAWS 시스템을 제공합니다.

직교 로봇의 비용

우리는 데카르트 로봇이 확장성이 높다는 것을 배웠습니다. 이는 비용의 확장성이 매우 높다는 것을 의미합니다. 2023년에는 서보 드라이브 및 제어 장치를 포함한 전체 데카르트 로봇 시스템의 비용이 소형 시스템의 경우 20,000달러부터 매우 큰 시스템의 경우 200,000달러 이상까지 다양할 것입니다. 그러나 다른 모든 조건이 동일하다면 프로젝트에 데카르트 로봇을 사용하는 도달 범위와 탑재량은 동일한 도달 거리와 탑재량에 대해 동일한 프로젝트에 6축과 같은 다른 유사한 산업용 로봇 폼 팩터를 사용하는 것보다 비용이 저렴합니다. 이에 대한 주된 이유는 관절형 암에 필요한 맞춤형 서보, 사이클로이드 기어 및 맞춤형 베어링이 포함된 주조 기계 암 대신 표준화된 압출 및 기성 서보를 사용하기 때문입니다. 데카르트 로봇 프로젝트의 주요 비용 변수는 다음과 같습니다:

• 프로젝트의 규모 및 속도(액추에이터 길이 및 탑재량 용량) 및 강화 상부 구조가 필요한지 여부
• 애플리케이션의 복잡성(어떤 유형의 특수 그리퍼 또는 추가 세타 축이 필요한지)
• 작동에 필요한 제어, 통신 및 인간-기계(HMI) 유형
• 필요한 정밀도 수준. 여러 축 중 하나에 백래시 제로 스크류 드라이브 하이브리드가 필요할 수도 있습니다.
• 보호를 위해 안전 울타리나 센서가 필요한지 여부

요약:데카르트 로봇이 관절형, 델타 또는 SCARA 로봇을 이길 때는 언제입니까?

이제 당신은 데카르트 로봇과 그 응용에 대해 조금 알게 되었습니다. 그렇다면 귀하와 귀하의 프로젝트에는 언제가 적합합니까? 우리는 이러한 질문에 답하는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 하지만 간단히 말해서 주요 고려사항은 다음과 같습니다:

• 비용 절감 또는 처리량 증가를 원하시나요?
• 다관절 암이나 SCARA 암의 페이로드나 도달 범위가 큰 문제인가요?
• 애플리케이션에 요구되는 정밀도/정확도는 어느 정도인가요?
• 부하 대비 속도 프로필은 무엇입니까? 즉, 관성 및 구동 토크 요구 사항은 무엇입니까?

데카르트 로봇을 설계하는 데는 기본이 있으므로 모터와 기어박스를 선택할 때 관성을 정확하게 일치시키는 것이 중요합니다. Futura Automation은 클라이언트 프로젝트에 대한 설계 지침을 제공할 때 관성 매칭에 도움을 줄 것입니다. 다음은 임피던스 매칭의 중요성을 철저하게 설명하는 업계 협회 "A3"의 문서입니다. 관성 매칭에 대한 비디오 가이드도 제공됩니다:https://www.automate.org/industry-insights/understanding-the-mysteries-of-inertia-mismatch

Futura Automation이 귀하의 프로젝트를 지원하는 방법

sales@futura-automation.com으로 문의하세요