로봇 작업 범위(Work Envelope) 이해: 정의, 유형 및 제조업 이점

로봇을 구성하는 부품은 많습니다. 로봇 팔 영역이 가장 눈에 띄고 사람들이 보는 부분이며, 대부분의 작업을 처리하는 부분이기도 합니다. 하지만 뒤에서 대부분의 무거운 작업을 수행하는 잘 알려지지 않은 또 다른 부품이 있는데, 그것이 바로 작업 범위(work envelope)입니다.

작업 범위가 무엇인지, 왜 중요한지, 오늘날 제조업에서 사용되는 로봇 작업 범위의 유형, 그리고 이들이 제공하는 이점에 대해 살펴보겠습니다. 끝까지 읽으시면 로봇 응용 분야에 대한 더 많은 지식을 얻으실 수 있습니다.

작업 범위(Work Envelope)란 무엇인가?

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작업 범위는 로봇의 이동 범위입니다. 산업용 로봇에는 이동을 위한 다리나 바퀴가 없습니다. 한 곳에 고정되어 있으며, 로봇을 지탱하고 안정성을 부여하는 베이스를 작업 범위라고 합니다. 로봇 매니퓰레이터가 모든 방향으로 움직여 작업을 처리할 때 생성되는 형태입니다. 로봇이 도달할 수 있는 최대 거리는 작업 범위의 크기에 의해 결정됩니다.

간단히 말해, 로봇은 작업 범위의 범위 내에서만 작업을 수행할 수 있습니다. 로봇 팔에 세상의 모든 유연성을 부여하더라도, 할 수 있는 최대한의 것은 작업 범위에 달려 있습니다. 작업 범위의 규칙을 거스를 수 있는 유일한 로봇은 갠트리 로봇입니다. 로봇 팔이 예상대로 기능할 수 있도록 작업 범위는 신중하게 설계되어야 합니다.

작업 범위가 중요한 이유는?

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작업 범위는 로봇 팔의 목줄 역할을 합니다. 로봇 팔이 도달할 수 있는 영역을 정의합니다. 이는 인간 작업자가 로봇과 함께 작업할 때 유용하며, 공장 현장에서 부상 발생 가능성을 줄이는 안전 구역을 만듭니다. 공장에 산업용 로봇을 선택할 때, 엔벨로프 유형과 크기에 주의를 기울여야 합니다. 로봇으로 수행하려는 모든 것이 엔벨로프의 자비에 달려 있기 때문입니다.

가능한 한 많은 공간을 커버하는 로봇을 원한다면 더 큰 작업 범위를 가진 로봇을 선택하세요. 하지만 이는 다시 공간 문제를 야기합니다. 더 큰 작업 범위는 일반적으로 더 큰 기계를 의미하며, 그만한 공간이 없다면 원하는 대로 작동하지 않을 것입니다.

로봇 작업 범위의 유형

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제조업 전반에서 사용되는 약 7가지 표준 유형의 로봇 작업 범위가 있습니다. 각각 고유한 모양과 디자인을 가지고 있어 특정 유형의 작업에 적합합니다. 이들은 다음과 같습니다.

직교 좌표(카르테시안) 작업 범위:

이것은 직교 좌표 구성의 엔벨로프로 직육면체 형태입니다. 작업 범위 안팎에 데드 존(dead zone)이 없으며, 이 엔벨로프를 사용하는 로봇은 처리할 수 있는 최대 페이로드를 아무런 부담 없이 조작할 수 있는 자유가 있습니다. 이것이 카르테시안 또는 갠트리 로봇에서 볼 수 있는 작업 범위 유형입니다.

원통형 작업 범위:

이름에서 알 수 있듯이, 로봇 팔의 신축을 심각하게 제한하는 속이 빈 중심이 있는 원통형 구성입니다. 이 구조는 로봇 구조 내부와 주변에 상당한 데드 존을 생성합니다. 이 유형의 엔벨로프를 사용하는 로봇은 많은 이동을 필요로 하지 않는 빠르고 작은 작업에 적합합니다.

극좌표(폴라) 작업 범위:

이것은 두 개의 부분 구 사이에 위치한 볼륨을 쓸어 올리는 구성입니다. 이 설계는 로봇 팔이 수직 및 수평 평면에서 만들 수 있는 최대 각도 이동을 제한합니다. 이러한 물리적 제약은 로봇 위아래에 거대하고 중요한 데드 존을 생성하는 불행한 결과를 낳습니다. 이것이 폴라 로봇에서 볼 수 있는 작업 범위 유형입니다.

회전형(리볼루트) 작업 범위:

이것은 일반적으로 사용 가능한 바닥 공간보다 큰 엔벨로프를 가진 독특한 구성입니다. 간단히 말해, 로봇 팔은 완전한 구이거나 부분적으로 열린 구일 수 있는 매우 거대하고 넓은 작업 범위 위에 서 있습니다. 작업 범위 측면에서 가장 복잡한 구성 중 하나입니다.

SCARA 작업 범위:

이것은 SCARA 로봇에 고유한 구성으로 보통 하트나 콩팥 모양입니다. 중앙을 관통하는 눈에 띄는 속이 빈 원이 있어 매우 넓은 수평 작업 평면을 허용하여 측면 이동을 쉽게 만듭니다. 그러나 위로 올라갈 공간은 거의 없어 수직 이동이 제한됩니다.

척추형(스파인) 작업 범위:

이것은 당신이 마주칠 가장 단순한 작업 범위입니다. 반구형 작업 범위 내의 척추 로봇으로 구성되어 로봇 팔이 원하는 방향으로 작동할 수 있는 충분한 공간을 제공합니다. 전체 구조의 크기는 척추에서 발견되는 관절의 수에 따라 달라집니다.

진자형(펜듈럼) 구성:

이것은 분할된 단면을 가진 말발굽과 거의 유사한 구성입니다. 작업 범위는 다소 제한적이지만, 이 설계의 장점은 로봇이 작업에 편리한 어떤 위치에도 작업 범위에 장착될 수 있다는 것입니다. 이는 엔벨로프에게 최고의 효율을 위한 가장 편리한 위치에 배치될 수 있는 자유를 줍니다.

작업 범위 해석

우리가 명확히 했듯이, 각 작업 범위는 정확한 기능을 정의하는 다양한 특성을 생성하는 복잡한 설계를 가지고 있습니다. 그러나 이는 당신이 눈앞에 있는 첫 번째 작업 범위를 선택해도 된다는 것을 의미하지 않습니다. 로봇의 작업 범위를 해석할 때 주의를 기울여야 하며, 이것이 중요한 이유는 다음과 같습니다.

엔벨로프는 로봇 팔의 엔드 이펙터 마운팅 플레이트 중심에 위치한 도달 가능한 작업 부피를 나타냅니다. 이 지점이 어디에 있는지 알아야 하며, 대부분의 경우 엔드 이펙터의 마운팅 플레이트 중심에 있습니다. 이는 엔드 이펙터가 잡고 있을 수 있는 모든 도구를 효과적으로 제외합니다.

로봇 팔이 전혀 도달할 수 없는 작업 범위 내 영역이 있습니다. 이것이 데드 존이며, 상황을 바꿀 수 있는 방법은 없습니다.

인용된 최대 페이로드 용량은 특정 팔 길이 내에서만 달성 가능하며, 이는 최대 도달 범위와 혼동되거나 간주되어서는 안 됩니다.

결론

작업 범위는 로봇 팔과 기타 기계의 기능에 필수적입니다. 로봇 팔의 모양과 디자인을 결정하는 데 큰 역할을 합니다. 이 일곱 가지 유형은 전 세계적으로 널리 사용되지만, 아직 주류가 되지 않은 다른 새로운 변형들도 아마도 만들어지고 있을 것입니다. 작업 범위와 이를 조정하여 더 나은 성능을 내는 방법에 대한 자세한 정보는 당사 웹사이트를 확인하시고 가지고 계신 모든 질문에 대한 답을 얻으세요.