로봇 샌딩·폴리싱 혁신: 정밀 가공을 위한 힘 감지 소재 마모 기술

힘 감지 기술 없이 연마 및 샌딩 응용을 개발할 수 없습니다. (이미지: 플렉시브)

제조 환경은 혁신적이고 효율적이며 정밀한 기술로 고비용 수작업을 효과적으로 대체해야 할 필요성에 의해 변화하고 있습니다. 이 글은 플렉시브(Flexiv)의 소재 마모 기술 발전을 다루며, 특히 샌딩과 폴리싱 응용 및 힘 제어 기술의 유용성에 초점을 맞춥니다.

보이지 않는 영웅: 정밀하고 내구성 있는 힘 센서

자동화된 소재 마모 공정을 가능하게 하는 특징 중 하나는 힘 센서입니다. 일반적으로 전통적 협동 로봇의 엔드-오브-암 샌딩 도구에 통합돼 로봇이 상호작용하는 표면을 느끼고 작업물에 가하는 힘을 적절히 조정할 수 있게 합니다.

적응형 로봇은 같은 기본 기술을 사용하지만, 엔드-오브-암 힘 센서만 사용하는 대신 적응형 로봇의 7자유도 각각에 내장된 정밀 토크 센서와 암 끝에 있는 힘 센서를 사용합니다. 이 구성은 여러 입력에서 힘 데이터를 처리해 엔드-오브-암 툴링이 작업물과 어떻게 상호작용하는지 더 자세하고 미묘하게 이해할 수 있게 합니다.

이것은 적응형 로봇 운영자에게 두 가지 필수 이점을 제공하는 독점 변위 감지 기술 개발 덕분에 가능합니다:

• 안정성과 정확성: 열 드리프트 저항으로 정밀도 향상.

• 내구성: 수백만 과부하 사이클 수용 설계로 산업 현장 준비 완료.

기존 스트레인 게이지 트랜스듀서와 비교해 이러한 중요한 특성은 열 수축과 팽창 변동으로 기존 게이지가 수용하기 어려운 상황에서도 신뢰할 수 있는 성능을 보장합니다.

힘 감지 기술 없이 연마 및 샌딩 응용을 개발할 수 없습니다. 물체에 가할 힘의 크기를 아는 것이 중요하며, 오목하고 볼록한 표면 변화를 수용하는 것도 중요합니다.

유연성 해방: 7관절 설계

직접 힘 제어로 로봇 플랜지와 샌더/그라인더 사이에 추가 수동/능동 컴플라이언스 장치를 설치할 필요가 없습니다. 이로 인해 전체 샌딩 솔루션이 더 가볍고, 신뢰성 높고, 콤팩트하며, 비용 효율적입니다. (이미지: 플렉시브)

로봇은 수작업을 효과적으로 대체하기 위해 인간만큼 유연하고 적응력이 있어야 합니다. 인간 팔은 7개 관절점을 가진 진화의 경이로움이며, 그래서 적응형 로봇은 흔히 7자유도(DOF)를 포함합니다. 전통적 협동 로봇의 6자유도와 비교해 이 추가 움직임 차원은 복잡한 운영 환경에서 향상된 유연성과 기동성을 제공합니다.

각 관절에 고유한 토크 센서가 있어 로봇은 모든 자유도에 대한 정밀 제어를 제공받아 전체 작업 정확도를 높입니다. 이 정밀도는 샌딩 같은 응용에서 특히 중요합니다.

관절 구성 최적화를 통해 힘 제어 성능을 더 개선할 수 있습니다. 추가 자유도 덕분에 로봇은 최상의 힘 제어 반응과 정확도를 위한 가장 효율적인 '관절' 구성을 사용할 수 있습니다.

관절과 감도의 중요성을 설명하기 위해 손으로 나무를 샌딩하는 상상을 해보세요. 손목, 팔꿈치, 어깨의 조정된 움직임과 촉각 피드백이 샌딩 과정의 기초입니다. 두꺼운 장갑을 끼거나 팔꿈치를 고정한 채로 샌딩을 시도하면 작업이 엄청나게 어렵고 시간 많이 걸립니다.

전방향 컴플라이언스도 중요합니다. 특히 로봇이 작업물을 벨트 샌더에 고정하는 장비에서는 로봇이 마모 공정 중 힘 방향을 지속적으로 변경해 작업물과 벨트 샌더 간 지속적 접촉을 유지해야 합니다. (이미지: 플렉시브)

본질적으로 소재 마모 작업에 7번째 자유도를 포함시킴으로써 공정이 순응하기 더 쉬워질 뿐만 아니라 운동학적으로 더 효율적이 되고 정밀도 수준이 향상됩니다.

직접 힘 제어로 정밀도 혁신

소재 마모 공정 핵심은 직접 힘 제어 구현입니다. 이 방법은 힘 명령을 관절 토크 명령으로 즉시 변환해 힘 변화에 훨씬 더 빠른 반응 시간을 제공합니다. 이 방법은 협동 로봇이 흔히 사용하는 간접 힘 제어를 대체합니다. 간접 방식에서는 힘이 관절 속도 명령으로 변환되고 이후 관절 토크나 전류 명령으로 변환됩니다.

이 중간 단계들을 건너뛰어 적응형 로봇은 힘 방향 강성을 크게 줄여 힘 제어 정확도를 크게 높입니다. 이 개선은 세밀한 힘 제어가 우수한 표면 마무리를 위해 필수적인 정밀 샌딩과 폴리싱 작업에서 핵심적입니다.

직접 힘 제어로 로봇 플랜지와 샌더/그라인더 사이에 추가 수동/능동 컴플라이언스 장치 설치가 필요 없어 전체 샌딩 솔루션이 더 가볍고, 신뢰성 높고, 콤팩트하며, 비용 효율적입니다.

전방향 컴플라이언스의 이점

전방향 컴플라이언스는 적응형 로봇에 카르테시안 공간 내 모든 방향에서 힘을 제어하는 능력을 부여합니다. 이는 축 방향이나 반경 방향 힘만 관리할 수 있던 전통적 솔루션보다 향상된 것입니다.

전통적 로봇 솔루션은 컴플라이언스 장치 의존성으로 이 점에서 제한됩니다. 고유 설계 한계로 특정 축을 따라 또는 주변에서 선형/회전 움직임만 생성할 수 있습니다. 이 전통 기술로 기본 연마 작업은 가능하지만, 실제 제조에서는 다방향 힘 제어가 종종 필요합니다.

복잡한 소재 마모 작업에서 여러 방향 동시 힘 제어가 필요할 때 전방향 컴플라이언스는 필수적입니다. 복잡한 곡선과 고르지 않은 표면을 가진 물체를 로봇이 샌딩한다고 상상해보세요. 단순히 축/반경 방향 힘 제어만으로는 부족합니다. 복잡한 형상은 3차원 카르테시안 공간에서 모든 방향에 걸친 힘 제어 민첩성을 요구합니다.

이 전방향 컴플라이언스를 갖춘 로봇은 어떤 툴 센터 포인트(TCP) 프레임에서도 힘 적응성을 정밀하게 정의할 수 있습니다. 이 능력은 로봇 엔드-이펙터 상대적인 힘 발휘를 동적으로 조정해 복잡한 작업에서 다재다능함을 높입니다.

진동 감소는 소재 마모 작업에 필수적입니다. 과도한 진동은 작업물 손상과 기계 시스템 수명 단축을 초래하며, 특히 연마 같은 고진동 응용에서 그렇습니다. (이미지: 플렉시브)

전방향 컴플라이언스는 특히 로봇이 작업물을 벨트 샌더에 고정하는 장비에서 중요합니다. 작업물과 벨트 샌더 간 지속적 접촉을 유지하기 위해 로봇은 마모 공정 중 힘 방향을 지속적으로 변경해야 합니다. 이를 위해 외부 TCP를 샌더 기준으로 설정하면 로봇 자세가 작동 중 변해도 일관된 컴플라이언스 방향이 유지됩니다.

전방향 컴플라이언스는 로봇이 수행할 수 있는 소재 마모 작업 범위를 넓히는 강력한 도구입니다. 고급 힘 제어와 전방향 컴플라이언스 통합은 유연성 향상뿐만 아니라 보정 및 파인튜닝 과정을 간소화해 배치 및 파인튜닝에 소요되는 시간과 노력을 줄입니다.

접촉 각도와 윤곽 추종

프로그래밍 가능한 접촉 각도로 운영자가 표면에 가해지는 평균 힘을 직접 정의할 수 있습니다. 이는 접촉 각도가 힘에 영향을 주던 기존 방법보다 개선된 것입니다. 이는 산업용 연마 작업에 중요한 함의가 있어, 운영자가 힘 제어 설정 변경 없이 연마 경로를 따라 접촉 각도를 변경할 수 있어 일관된 압력 유지 가능.

윤곽 추종은 전방향 컴플라이언스를 활용한 또 다른 발전으로, 불규칙한 형상에 대해 일정한 힘 유지가 어려운 전통적 시스템과 대조됩니다. 윤곽 추적은 힘 방향을 실시간 자동 조정해 표면 윤곽이나 로봇 움직임과 관계없이 일관된 발휘를 보장합니다.

이 두 기능은 소재 마모 작업 출력 품질을 높이고 궤적 튜닝에 필요한 시간을 줄입니다. 간단히 말해 접촉 각도와 윤곽 추종으로 배치 시간을 수시간에서 수분으로 단축할 수 있습니다. 이는 배치 과정을 용이하게 하고 지속적 조정 필요성을 최소화해 작업물을 이전보다 빠르고 높은 표준으로 완료할 수 있게 합니다.

진동 감소로 내구성 향상

진동 감소는 소재 마모 작업에 필수적입니다. 과도한 진동은 작업물 손상과 기계 시스템 수명 단축을 초래하며, 특히 연마 같은 고진동 응용에서 그렇습니다.

플렉시브는 관절 토크 제어로 진동을 약 25-50% 감소시켜 이 문제를 해결합니다. 이는 로봇이 사용하는 장비 수명 연장뿐만 아니라 마모 공정 중 진동으로 인한 표면 '소용돌이와 회오리'를 제거해 전체 작업물 품질도 향상시킵니다.

미래 전망

로봇공학 분야는 급속히 발전 중이며, 적응형 로봇공학 최근 발전으로 기존 협동 로봇 기술로는 불가능했던 획기적 솔루션 생성이 가능해졌습니다.

로봇 소재 마모는 여전히 힘든 과제를 안고 있지만, 직접 힘 제어, 전방향 컴플라이언스, 진동 감소로 효과적 솔루션이 실현 가능하고 실용적입니다.

이전보다 더 정밀하게 감지할 수 있게 되면서 자동화 가능성 새 영역이 열렸습니다. NOEMA 인공지능 시스템 같은 플랫폼과 결합하면 자동화할 수 있는 공정에 실질적으로 한계가 없습니다.

소재 마모 자동화는 하드웨어와 지능형 소프트웨어 솔루션 발전과 함께 진화하며, 불과 몇 년 전만 해도 일반적이던 전통적 노동집약적 접근과 실행 방법에서 전환점을 맞고 있습니다.

앞을 내다보면 자동화된 소재 마모가 자동 나사 체결이나 픽앤플레이스 응용만큼 흔해질 수 있습니다.

이 기사는 란 쉬(Ran Xu), 플렉시브 로보틱스(Flexiv Robotics) 로봇공학 엔지니어링 매니저(산타클라라, CA) 작성. 자세한 정보는 여기 방문.