제조업체가 알아야 할 4가지 주요 로봇 유형

이 기사는 원래 IndustryWeek에 게재되었습니다. MEP National Network™의 일부인 Catalyst Connection의 기술 서비스 선임 컨설턴트 Matt Minner의 게스트 블로그 게시물입니다.

요즘 제조업계에서는 로봇에 대한 이야기가 많습니다. 로봇이 생산성 향상과 숙련 노동자 부족 등 오늘날 시장이 직면한 과제를 해결하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 논의입니다.

하지만 분석가들과 자동화 전문가들이 '로봇'이라는 단어를 쓸 때 정확히 무엇을 의미하는 걸까요? 그리고 다양한 유형의 로봇이 실제 제조 현장을 어떻게 개선할 수 있을까요? 로봇에 대해 궁금하지만 한 번도 다뤄본 적 없는 중소 제조업체라면 로봇이 자사 시설에 어떻게 들어맞을지 상상하기 어려울 수 있습니다. 여기 모든 제조업체가 알아야 할 4가지 산업용 로봇 유형을 개요로 정리했습니다.

1. 다관절 로봇(Articulated Robots)

대부분 사람들이 로봇을 떠올릴 때 생각하는 전형적인 유형입니다. CNC 밀링 머신처럼 다관절 로봇은 회전점 또는 축(axes)의 개수로 분류됩니다. 가장 흔한 것은 6축 다관절 로봇이며, 4축과 7축 모델도 시장에 있습니다.

유연성, 민첩성, 도달 범위 덕분에 다관절 로봇은 머신 텐딩(machine tending)처럼 평행하지 않은 평면을 아우르는 작업에 이상적입니다. 다관절 로봇은 공작 기계 칸막이 안이나 장애물 아래로 쉽게 도달하여 공작물에 접근할 수 있습니다(7축 로봇의 경우 장애물 주변으로도 도달 가능).

밀봉된 관절과 보호 슬리브 덕분에 다관절 로봇은 청정 환경과 오염 환경 모두에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 천장, 슬라이딩 레일 등 모든 표면에 장착할 수 있어 다양한 작업 옵션을 수용합니다.

다관절 로봇의 정교함은 유사한 페이로드의 다른 로봇 유형에 비해 더 높은 비용을 수반합니다. 또한 더 복잡한 기구학(kinematics)과 상대적으로 높은 구성 요소 질량 때문에 매우 고속이 필요한 응용 분야에는 다른 로봇 유형보다 덜 적합합니다.

2. 스카라 로봇(SCARA Robots)

선택적 순응 관절 로봇 암(Selective Compliance Articulated Robot Arm, SCARA)은 두 평행 평면 사이의 작업(예: 트레이에서 컨베이어로 부품 이송)을 수행하기에 좋은, 그리고 비용 효율적인 선택입니다. SCARA 로봇은 수직 강성 덕분에 핀 삽입 같은 수직 조립 작업에서 바인딩(binding) 없이 탁월한 성능을 보입니다.

SCARA 로봇은 가볍고 설치 면적이 작아 좁은 공간의 응용 분야에 이상적입니다. 매우 빠른 사이클 타임도 가능합니다.

고정된 스윙 암 설계로 인해 특정 응용 분야에서는 장점이지만, 지그, 고정구, 공작 기계 같은 작업 셀 내의 물체 안쪽이나 주변으로 도달하거나 작업해야 하는 과제에는 제약이 있습니다.

3. 델타 로봇(Delta Robots)

델타 로봇은 '거미 로봇(spider robots)'이라고도 불리며, 베이스에 장착된 세 개의 모터로 제어 팔을 구동하여 손목 부분을 위치시킵니다. 기본 델타 로봇은 3축 유닛이지만 4축, 6축 모델도 있습니다.

구동부(액추에이터)를 각 관절(다관절 로봇의 경우)에 두는 대신 고정 베이스 위나 바로 근처에 장착함으로써, 델타 로봇의 팔을 매우 가볍게 만들 수 있습니다. 이는 빠른 움직임을 가능하게 하여, 델타 로봇을 가벼운 하중을 다루는 초고속 작업에 이상적으로 만듭니다.

델타 로봇을 다른 로봇 유형과 비교할 때 주의할 중요한 점: 델타 로봇의 도달 범위(reach)는 일반적으로 작업 범위의 지름(diameter)으로 정의되며, 다관절 및 SCARA 유닛처럼 베이스에서의 반경(radius)으로 정의되지 않습니다. 예를 들어, 도달 범위 40인치인 델타 로봇은 40인치 다관절 또는 SCARA 유닛의 절반인 20인치(반경 기준) 도달 범위만 가집니다.

4. 직교 로봇(Cartesian Robots)

직교 로봇은 일반적으로 특정 응용 분야에 맞게 조립된 3개 이상의 선형 액추에이터로 구성됩니다. 작업 공간 위에 위치하며, 바닥 공간을 최대화하고 다양한 공작물 크기를 수용하도록 높이를 조절할 수 있습니다. (두 평행 레일 위에 현수된 고가 구조물에 장착되면 '갠트리 로봇(gantry robots)'이라고 부릅니다.)

직교 로봇은 일반적으로 표준 선형 액추에이터와 마운팅 브래킷을 사용하여, '맞춤형' 직교 시스템의 비용과 복잡성을 최소화합니다. 더 높은 용량의 유닛은 다른 로봇(예: 다관절 로봇)과 '엔드 이펙터(end-effectors)'로 통합되어 시스템 역량을 확대할 수도 있습니다. 하지만 직교 로봇의 맞춤형 특성은 설계, 사양 결정, 프로그래밍을 어렵게 만들거나, 로봇 도입에 'DIY' 접근을 원하는 중소 제조업체에게는 닿을 수 없는 영역이 될 수 있습니다.

직교 로봇은 장애물 안이나 주변으로 쉽게 도달할 수 없습니다. 노출된 슬라이딩 메커니즘 때문에 분진/오염 환경에는 덜 적합합니다.

결론

직접 구현하든 평판 좋은 시스템 통합 업체와 협력하든, 사용 가능한 다양한 로봇 유형을 아는 것이 최적의 기계를 선택하는 데 도움이 됩니다. 다양한 로봇 유형의 역량과 관련 비용에 대해 조금이라도 아는 것은 정보에 입각한 결정을 내리는 중요한 첫걸음입니다.

시장에 나온 다양한 로봇 유형 간의 차이점에 대해 더 알고 싶다면, MEP National Network 대표인 Catalyst Connection(펜실베이니아 MEP의 일부)에서 '제조업체를 위한 로봇 가이드(Manufacturer's Guide to Robotics)'를 다운로드하세요. 이는 중소 제조업체가 기술적 전환을 탐색하도록 돕습니다.