혁신적인 로봇 샌딩 및 폴리싱:정밀성을 위한 힘 감지 재료 마모 기술

힘 감지 기술이 없으면 연마 및 샌딩 응용 프로그램을 개발할 수 없습니다. (이미지 :Flexiv)

제조 환경은 값비싼 수작업을 효과적으로 대체할 수 있는 혁신적이고 효율적이며 정밀한 기술에 대한 요구로 인해 변화를 겪고 있습니다. 이 기사에서는 특히 샌딩 및 폴리싱 응용 분야와 힘 제어 기술의 유용성에 초점을 맞춰 Flexiv 재료 마모 기술의 발전을 살펴봅니다.

보이지 않는 영웅:정확하고 내구성이 뛰어난 힘 센서

자동화된 재료 마모 프로세스를 강화하는 특징 중 하나는 힘 센서입니다. 일반적으로 기존 협동 로봇의 팔 끝 샌딩 도구에 통합되어 로봇이 상호 작용하는 표면을 느끼고 그에 따라 작업물에 영향을 미치는 힘을 조정할 수 있는 기능을 제공합니다.

적응형 로봇은 동일한 기본 기술을 사용하지만 팔 끝 힘 센서만 사용하는 대신 팔 끝에 힘 센서와 함께 적응형 로봇의 7자유도 각각에 내장된 정밀 토크 센서를 사용합니다. 이 구성을 사용하면 여러 입력의 힘 데이터를 처리할 수 있어 팔 끝 도구가 작업물과 상호 작용하는 방식에 대한 보다 자세하고 미묘한 이해를 제공합니다.

이는 적응형 로봇 조작자에게 두 가지 중요한 이점을 제공하는 독점 변위 감지 기술의 개발 덕분에 가능합니다:

• 안정성 및 정확성:열 드리프트에 대한 저항성이 향상되어 정밀도가 향상됩니다.

• 내구성:수백만 번의 과부하 주기를 수용하도록 설계된 센서는 업계에서 사용할 수 있습니다.

기존 스트레인 게이지 변환기와 비교할 때 이러한 중요한 특성은 기존 게이지가 수용하기 어려운 열 수축 및 팽창 변동에 직면하더라도 안정적인 성능을 보장합니다.

힘 감지 기술이 없으면 연마 및 샌딩 응용 프로그램을 개발할 수 없습니다. 오목 및 볼록 표면 변형을 수용하는 것과 마찬가지로 물체에 적용할 힘의 양을 아는 것이 중요합니다.

유연함의 해방:7개 조인트 디자인

직접적인 힘 제어를 사용하면 로봇의 플랜지와 샌더/그라인더 사이에 추가 수동 또는 능동 컴플라이언스 장치를 설치할 필요가 없습니다. 이는 전체 샌딩 솔루션을 더 가볍고, 더 안정적이고, 더 작고, 비용 효율적으로 만듭니다. (이미지 :Flexiv)

로봇이 육체 노동을 효과적으로 대체하려면 인간만큼 유연하고 적응력이 있어야 합니다. 인간의 팔은 7개의 관절 지점을 갖춘 진화론적 경이로움이므로 적응형 로봇에는 일반적으로 7개의 자유도(DOF)가 포함됩니다. 기존 협동 로봇의 6개 자유도(DOF)와 비교할 때 이러한 추가 차원의 움직임은 복잡한 운영 환경에서 향상된 유연성과 기동성을 제공합니다.

자체 토크 센서를 갖춘 각 관절을 통해 로봇은 모든 DOF에 대한 정밀한 제어를 제공하여 전반적인 작업 정확도를 향상시킵니다. 이러한 정밀도는 특히 샌딩과 같은 응용 분야에서 매우 중요합니다.

관절 구성 최적화를 통해 힘 제어 성능도 더욱 향상될 수 있습니다. 추가 DOF의 도움으로 로봇은 가장 효율적인 '관절' 구성을 사용하여 가능한 최고의 힘 제어 반응과 정확성을 달성할 수 있습니다.

표현과 민감성의 중요성을 설명하기 위해 나무 조각을 손으로 샌딩하는 것을 상상해 보십시오. 손목, 팔꿈치, 어깨의 조화로운 움직임과 촉각 피드백이 샌딩 과정의 기본입니다. 두꺼운 장갑을 끼거나 팔꿈치를 고정한 상태에서 샌딩을 시도하면 작업이 엄청나게 어렵고 시간이 많이 소모됩니다.

특히 로봇이 작업물을 고정하는 벨트 샌더와 같은 장비의 경우 전방향 규정 준수도 중요합니다. 작업물과 벨트 샌더 사이의 지속적인 접촉을 유지하려면 로봇은 연마 공정 중에 힘의 방향을 지속적으로 바꿔야 합니다. (이미지 :Flexiv)

본질적으로, 재료 마모 작업에 7번째 자유도를 포함함으로써 프로세스를 준수하기가 더 쉬워질 뿐만 아니라 운동학적으로도 더 효율적이며 정밀도가 높아집니다.

직접적인 힘 제어로 정밀도의 혁명

재료 마모 공정의 핵심은 직접적인 힘 제어를 구현하는 것입니다. 이 방법은 힘 명령을 관절 토크 명령으로 즉시 변환하여 힘 변화에 대한 응답 시간을 훨씬 더 빠르게 만들어줍니다. 이 방법은 힘이 관절 속도 명령으로 변환된 후 관절 토크 또는 전류 명령으로 변환되는 협동 로봇에서 자주 사용되는 간접적인 힘 제어를 대체합니다.

이러한 중간 단계를 건너뛰면 적응형 로봇은 힘 방향의 강성을 크게 줄여 힘 제어 정확도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 개선은 탁월한 표면 마감을 달성하기 위해 세심한 힘 제어를 유지하는 것이 필수적인 정밀 샌딩 및 광택 작업에서 중추적인 역할을 합니다.

직접적인 힘 제어를 사용하면 로봇의 플랜지와 샌더/그라인더 사이에 추가 수동 또는 능동 컴플라이언스 장치를 설치할 필요가 없습니다. 이로 인해 전체 샌딩 솔루션이 더 가볍고, 더 안정적이고, 더 작고, 비용 효율적이게 되었습니다.

전방향 규정 준수의 장점

전방향 컴플라이언스는 적응형 로봇에 데카르트 공간 내 모든 방향의 힘을 제어할 수 있는 능력을 부여합니다. 이는 축 방향이나 반경 방향의 힘만 관리할 수 있었던 기존 솔루션에 비해 향상된 기능을 나타냅니다.

기존 로봇 솔루션은 규정 준수 장치에 의존하기 때문에 이와 관련하여 제한이 있습니다. 고유한 설계 제한으로 인해 특정 축을 따라 또는 그 주위를 선형 또는 회전 운동으로 제한합니다. 이러한 전통적인 기술은 여전히 기본적인 연마 작업에 사용될 수 있지만 실제 제조에서는 다방향 힘 제어가 필요한 경우가 많습니다.

전방향 컴플라이언스는 여러 방향에서 동시 힘 제어가 필요한 복잡한 재료 마모 작업에 필수적입니다. 복잡한 곡선과 고르지 않은 표면을 가진 물체를 샌딩하는 로봇을 상상한다면 단순히 축 또는 반경 방향 힘 제어 이상의 기능이 있어야 합니다. 복잡한 모양은 3차원 데카르트 공간에서 모든 방향에 걸쳐 힘을 제어하는 데 능숙해야 합니다.

이러한 전방향 컴플라이언스를 갖춘 로봇은 모든 TCP(툴 센터 포인트) 프레임에서 힘 적응성을 정확하게 정의할 수 있습니다. 이 기능을 통해 로봇의 엔드 이펙터에 상대적으로 가해지는 힘을 동적으로 조정할 수 있어 복잡한 작업의 다양성이 향상됩니다.

재료 마모 작업에는 진동 감소가 필수적입니다. 과도한 진동은 공작물을 손상시키고 특히 연삭과 같이 진동이 심한 작업에서 기계 시스템의 작동 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다. (이미지 :Flexiv)

특히 로봇이 작업물을 고정하는 벨트 샌더와 같은 장비의 경우 전방향 규정 준수도 중요합니다. 작업물과 벨트 샌더 사이의 지속적인 접촉을 유지하려면 로봇은 연마 공정 중에 힘의 방향을 지속적으로 바꿔야 합니다. 이를 달성하기 위해 샌더에 대해 외부 TCP를 설정하면 작업 중 로봇의 자세가 변경되더라도 일관된 순응 방향이 유지됩니다.

전방향 컴플라이언스는 로봇이 수행할 수 있는 재료 마모 작업의 범위를 넓히는 강력한 도구입니다. 전방향 컴플라이언스와 고급 힘 제어 기능이 통합되어 유연성이 향상될 뿐만 아니라 보정 및 미세 조정 프로세스가 간소화되어 배치 및 미세 조정에 소요되는 시간과 노력이 줄어듭니다.

접촉각과 윤곽추종

프로그래밍 가능한 접촉각을 통해 작업자는 표면에 가해지는 평균 힘을 직접 정의할 수 있습니다. 이는 접촉각이 힘에 영향을 미치는 기존 방법보다 향상된 기능입니다. 이는 산업용 연삭 작업에 중요한 영향을 미치며 작업자가 힘 제어 설정을 변경하지 않고도 연삭 경로를 따라 접촉각을 변경할 수 있어 일관된 압력을 유지할 수 있습니다.

전방향 컴플라이언스를 활용하는 또 다른 발전인 윤곽선 추적은 불규칙한 모양에 대해 일정한 힘을 유지하는 데 어려움을 겪는 기존 시스템과 대조됩니다. 윤곽 추적을 통해 힘 방향을 실시간으로 자동 조정할 수 있으므로 표면 윤곽이나 로봇 움직임에 관계없이 일관된 운동이 보장됩니다.

이러한 이중 기능은 재료 마모 작업의 출력 품질을 높이고 궤적 튜닝에 필요한 시간을 줄입니다. 간단히 말해서, 접촉각과 윤곽을 따라가면 배포 시간을 몇 시간에서 몇 분으로 줄일 수 있습니다. 이를 통해 배치 프로세스가 용이해지고 지속적인 조정의 필요성이 최소화되어 공작물을 이전보다 더 빠르게 완성하고 더 높은 수준으로 완료할 수 있습니다.

진동 감소로 내구성 강화

재료 마모 작업에는 진동 감소가 필수적입니다. 과도한 진동은 공작물을 손상시키고 특히 연삭과 같이 진동이 심한 응용 분야에서 기계 시스템의 작동 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다.

Flexiv는 조인트 토크 제어를 통해 진동을 약 25-50% 줄임으로써 이 문제를 해결합니다. 이는 로봇이 사용하는 장비의 작동 수명을 연장할 뿐만 아니라 재료 제거 과정에서 진동으로 인해 발생할 수 있는 표면의 '소용돌이'를 제거하여 전반적인 공작물의 품질을 향상시킵니다.

향후 전망

로봇공학 분야는 빠르게 발전하고 있으며, 최근 적응형 로봇공학의 발전으로 인해 기존의 협동 로봇 기술로는 불가능했던 획기적인 솔루션이 탄생하게 되었습니다.

로봇 재료 마모는 여전히 엄청난 과제를 안고 있습니다. 그러나 직접적인 힘 제어, 전방향 컴플라이언스 및 진동 감소를 통해 효과적인 솔루션을 실현 가능하고 실용적으로 만들 수 있습니다.

이전보다 더 정밀하게 감지할 수 있게 되면 새로운 범위의 자동화 가능성이 열립니다. 이를 NOEMA 인공 지능 시스템과 같은 플랫폼과 결합하면 자동화할 수 있는 프로세스에 사실상 제한이 없습니다.

재료 마모 자동화는 하드웨어 및 지능형 소프트웨어 솔루션의 발전과 함께 발전하여 불과 몇 년 전만 해도 일반적이었던 기존의 노동 집약적 접근 방식 및 실행 방법에서 변화를 가져왔습니다.

미래에는 자동화된 재료 마모가 자동화된 나사 고정이나 픽 앤 플레이스 애플리케이션만큼 일반화될 수 있습니다.

이 기사는 Flexiv Robotics(캘리포니아주 산타클라라)의 로봇 엔지니어링 관리자인 Ran Xu가 작성했습니다. 자세한 내용을 보려면 여기를 방문하세요.  .