직교로봇은 기본 조합인 3차원 직선 축(X, Y, Z)으로 구성된 단축로봇을 조합하여 좌표계에 따라 작동하는 로봇입니다. 로봇의 조합 방식에 따라 캔틸레버, 갠트리라는 명칭으로 고정밀도를 요구하는 2차원 구동과 3차원 구동이 필요함으로 고려사항에 맞춰 선정합니다.
직교로봇의 조합에 따른 구조는 일반적으로 3개의 직선 축의 단축로봇과 엔드 이펙터(헤드 장치)로 구성됩니다. 각각의 단축로봇은 몸체에 모터와 감속기 구동부에 볼 스크류 또는 벨트 등으로 구성되어 있으며, 엔드 이펙터(헤드 장치)는 최종 작업에 필요한 에어척과 그리퍼 그리고 흡착 패드 등과 같은 장치를 장착합니다.
“단축로봇 = 직선 방향으로 왕복운동을 하는 로봇”
2. 넓은 작업 영역과 다양한 작업 가능 : 직선 축으로 구동하기 때문에 넓은 작업 영역을 가지며, 엔드 이펙트(헤드 장치)를 교체함으로 다양한 작업이 가능합니다.
3. 간단하고 단순한 구조 : 직교축이 2~3개 또는 그 이상 조합되기 때문에 시스템의 구조가 비교적 단순하게 구성됩니다.
4. 고속 이송 가능 : 자동화 시스템에서 다른 이송 장치와 비교했을 때, 움직임이 빨라 효율적입니다.
5. 높은 가성비 : 비교적 저렴하게 장치를 구매 또는 설계 제작이 가능하며, 구조가 단순하여 유지 보수가 용이합니다.
“Cartesian Robot or Orthogonal Robot”
직교로봇의 조합 방식
복수의 단축로봇을 직각 방향으로 설치하여,
2축 로봇 : X/Y축 또는 X/Z축 또는 Y/Z축으로 조합
3축 로봇 : X/Y/Z축으로 조합
4축 로봇 : X/Y/Z축 + 회전축으로 조합
으로 자동화 장비의 2차원 구동 또는 3차원 구동을 구현합니다.
3차원 캔틸레버, 3차원 갠트리
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직교로봇의 선정 시 고려사항
기계 장치의 직교로봇을 선정할 때, 다양한 요소를 복합적으로 고려해야 하는데, 그 내용으로 작업 영역의 크기와 작업 방식, 위치 정밀도와 반복 정밀도, 속도와 하중, 사용환경과 비용 등을 고려하여 성능의 효율 증대와 높은 생산성을 확보합니다.
작업 영역의 크기와 작업 방식
로봇의 엔트 이펙터(헤드 장치)가 이동하는 범위와 작업 영역의 크기를 파악해야 합니다. 특히 로봇의 축 길이와 좁은 공간에서 사용이 가능하지를 고려해야 하며, 작업 방식에 필요한 축의 수를 고려합니다.
위치 정밀도와 반복 정밀도
직교로봇은 주로 정밀한 작업에 사용이 되지만 때로는 낮은 정밀도에서도 사용이 가능하기 때문에 필요한 정밀도에 맞춰 결정합니다. 여기서 정밀도는 허용되는 오차 범위에 맞춰 고려합니다.
속도와 하중
로봇의 속도는 작업의 생산 효율성에 큰 영향을 미칩니다. 구성에 따른 구동 속도가 고속이 필요한지, 아니면 저속의 정밀한 속도 제어가 중요한지를 고려합니다. 그리고 각 로봇의 구동을 위한 허용 하중을 고려하는데, 엔드 이펙터(헤드 장치)의 중량을 지지하고 구동 시 부하에 따른 구동 안정성을 고려합니다.
사용환경과 비용
로봇이 구동되는 환경의 특성을 파악해야 하는데, 먼지가 많은 환경이나 고온과 저온 환경 그리고 진공 환경과 같은 특성을 파악하고 알맞은 사양의 직교로봇을 선정하여 구매 비용뿐만 아니라 유지보수에 따른 수리 비용도 고려합니다.
이 외에도 기술적 요구사항과 사용자를 위한 안전성 등을 고려하는데, 먼저 기술적 요구사항은 제어 시스템, 사용자 인터페이스, 호환성과 통합성을 고려하며, 사용자의 안전성은 구동 영역의 안전 펜스 또는 충돌 방지 시스템을 고려해야 합니다.
글을 마치며,
직교로봇은 산업용 로봇으로 자동화 시스템에서 가장 많이 활용되는 장치로 각 산업 분야에서 조립, 포장, 검사 등 다양한 현장에 사용되고 있습니다. 이를 잘 선정하여 최적화하면 원하는 요구사항에 맞춰 높은 생산성을 얻을 수 있기 때문에 필수 고려사항을 반드시 확인하여 선정합니다.
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