직교로봇의 조합 방식에 따른 명칭과 선정 시 고려사항

직교로봇은 다양한 산업 현장에서 정밀한 작업 수행을 위해 필수적인 자동화 시스템입니다. 효율적인 자동화 시스템 구축을 위해서는 작업 환경과 요구 성능에 맞는 직교로봇을 선정해야 합니다. 직교로봇의 다양한 조합 방식에 따른 명칭과 특징을 상세히 분석하고, 최적의 로봇 선정을 위한 핵심 고려사항을 제시합니다. 각 조합 방식의 장단점을 비교하고, 작업 환경 및 요구 성능에 맞는 직교로봇 선정 가이드를 제공하여 효율적인 자동화 시스템 구축을 지원합니다.

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”

직교로봇을 선정을 위한 기준은?

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직교로봇의 조합 방식
직교로봇의 선정 시 고려사항

1. 높은 정밀도와 반복성 : 조합에 따른 직선의 교차 방향으로 각 축이 독립적으로 움직여 각도의 조정 또는 기계적 오차가 낮아 높은 정밀도와 반복성을 유지합니다.
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.

- 직교로봇의 장점 -

“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.

2차원 캔틸레버, 리니어 갠트리, 평면 갠트리
3차원 캔틸레버, 3차원 갠트리

직교로봇의 구조에 따른 특징
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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.
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간단한 설계와 높은 정확성에 따른 직선적인 이동 방식으로 단순하고 안정적인 작업을 요구하는 장치에 매우 효율적임.

- 직교로봇의 주요 특징 -

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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직교로봇의 구동 방식에 따른 종류와 성능 비교

직교로봇 또는 단축로봇은 장치 구조에 따른 구동 방식으로 그 종류를 나눌 수 있는데, 볼스크류 타입과 타이밍벨트 타입 그리고 리니어 타입으로 구분되어 그 종류가 나누어집니다. 이와 같이 로봇의 각 구동 방식에 따라 성능의 장점과 단점을 비교하여 선정합니다. 서보 모터, 리니어 모터, 타이밍 밸트 등 구동 방식별 장단점을 분석하고, 작업 환경과 요구 성능에 맞는 직교로봇 선정 가이드를 제공하여 효율적인 자동화 시스템 구축을 지원합니다.

“직교 : 직선이 서로 직각 방향으로 교차하는 것”

직교로봇이란? 직선으로 왕복 운동을 하는 로봇을 선형 단축로봇이라고 하는데, 이러한 단축로봇을 직각 방향으로 교차 설치한 것을 직교로봇이라고 부르며, 좌표축(X, Y, Z)을 기준으로 2축에서 3축으로 조합해 사용합니다.

직교로봇의 구동 방식에 따른 성능 비교

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직교로봇의 구조에 따른 구동 방식
직교로봇의 타입별 성능 비교와 선정 기준

1. 직교로봇이 작동 중에 작업 영역에 접근 또는 간섭되는 물체가 없어야 합니다.
2. 비상 정지 장치의 위치를 확인하고 작동 전에 안전 수칙을 숙지해야 합니다. 특히 동작 중 간섭에 의한 충돌 상황을 대비해야 합니다.
3. 주기적이고 정기적인 장치의 점검과 유지보수를 실시합니다.

- 직교로봇의 사용 시 주의사항 -

직교로봇의 구조에 따른 구동 방식

직교로봇(단축로봇)의 내부 구조와 구동 방식에 따라 나누어지는데, 볼 스크류 타입과 타이밍 벨트 타입 그리고 리니어 타입으로 그 종류를 구분합니다. 각 타입별로 명확한 장점과 단점으로 설계자가 구성하고자 하는 설계 성능에 맞춰 최적의 사양을 선정합니다.

볼 스크류 타입 직교로봇

모터에 연결된 볼 스크류를 통해 직선 운동을 하는 방식입니다. 볼 스크류는 나사산이 있는 축과 볼이 삽입된 너트로 구성되어 있으며, 모터가 회전하면 나사산을 따라 너트가 축 방향으로 움직입니다.

장점 : 높은 정밀도와 하중 지지 능력 그리고 긴 수명
단점 : 타이밍 벨트 구동 타입 대비 복잡한 구조와 높은 비용

타이밍 벨트 타입 직교로봇

모터에 연결된 타이밍 벨트를 통해 직선 운동을 하는 방식입니다. 타이밍 벨트는 풀리에 감겨 있는 구성으로, 모터가 회전하면 벨트가 축 방향으로 움직입니다.

장점 : 간단한 구조와 저렴한 비용 그리고 경량
단점 : 타 구동 타입 대비 정밀도와 하중 지지 능력이 낮으며, 타이밍 벨트의 마모 및 노후화 가능성

리니어 타입 직교로봇

리니어 타입은 회전 모터가 아닌 리니어 모터로 고정자와 가동자의 구성으로 직선 운동을 하는 방식입니다. 고정자는 로봇 바디에 장착되며, 가동자가 축 방향으로 움직입니다.

장점 : 정밀한 위치 제어와 빠른 속도 그리고 높은 하중 지지 능력
단점 : 복잡한 구조와 높은 비용 그리고 유지 보수의 어려움

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직교로봇의 타입별 성능 비교와 선정 기준

직교로봇의 구동 방식은 장치의 성능과 동작 상태에 매우 중요한 요소로 잘못된 선정은 경재적으로 시간상으로 큰 손실이 발생함으로 선정 시 주의가 필요합니다. 아래 직교로봇의 구동 방식에 따른 선정 기준표를 중요 사양에 맞춰 상 · 중 · 하 단계로 정리하였으니 참고하시기를 바랍니다.

이 외 참고 사항으로 직교로봇을 선정하기 위해서 제조사의 카탈로그에 표기된 사양서를 확인할 수 있으며, 나아가 제조사의 전문가에게 상담을 통해서 쉽게 선정할 수 있습니다.
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직교로봇은 동일한 타입의 경우 각 제조사에 따른 사양과 성능의 차이는 현재 많이 좁혀진 상태로 구매 가격과 이후 유지 보수에 대한 대응 등과 같은 서비스 관련 내용을 검토하여 직교로봇을 선정하고 구매하는 것이 탁월한 선택입니다.

그리고 직교로봇의 선정 시 구동 방식과 이송 거리, 가반 하중과 같은 전체적인 사양을 검토하여 최대한 공통된 사양으로 하나의 제조사 제품을 사용한다면 가격 절감 효과와 이후 유지 보수 관련 측면에서도 편리하기 때문에 추가로 고려해야 합니다.

글을 마치며,
장비의 구동을 위한 직교로봇을 선정하기 위해선 위 구동 방식의 종류 외에 로봇의 크기와 무게, 요구 정밀도와 속도 등을 다양하게 고려할 수 있습니다.

본문에서는 구동 방식에 따른 사양 비교로 직교로봇을 선정하는 기준을 정리해 보았으며, 조금이나마 설계 업무에 도움이 되었기를 바랍니다.

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