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생성 날짜 09.11
산업용 로봇의 핵심 기술과 응용
1. 로봇 본체 설계의 핵심 기술
(1) 전동 구조 설계
전체 설계 방안을 개발하고, 로봇의 구조 구성을 결정하며, 예비 전동 구조 설계, 부품 구조 설계 및 3D 모델링을 수행합니다. 설계자는 일반적인 로봇 구조 구성, 표준 전동 원리 및 메커니즘, 감속기의 유형과 특성에 대한 깊은 지식을 갖추어야 합니다. 강한 구조 설계 능력과 실무 경험이 필수적입니다.
(2) 감속기 선정
엔지니어는 감속기 유형과 성능 매개변수에 대한 철저한 이해를 갖추고, 적절한 감속기를 선정, 계산 및 검증할 수 있어야 합니다. 또한 감속기의 테스트와 검증이 필요하며, 여기에는 소음, 진동, 출력 토크, 비틀림 강성, 백래시, 반복 위치 정밀도 및 절대 위치 정밀도를 포함한 주요 매개변수가 포함됩니다.
감속기에서 발생하는 진동은 직접적으로 엔드 이펙터의 떨림을 유발하고 로봇의 궤적 정밀도를 저하시킵니다. 감속기 진동의 여러 원인 중 공진은 가장 흔한 문제 중 하나입니다. 로봇 제조사는 공진을 억제하거나 회피하는 검증된 방법을 숙지해야 합니다.
(3) 모터 선정
엔지니어는 모터 작동 특성에 대한 포괄적인 이해를 갖추고 모터 토크, 전력 및 관성 매칭을 계산하고 검증할 수 있어야 합니다.
(4) 시뮬레이션 분석
정적 및 동적 시뮬레이션 분석을 수행하여 모터와 감속기의 선정을 검증하고, 본체 구성 요소의 강도와 강성을 확인하며, 전체 중량을 줄이고, 운영 효율성을 향상시키며, 제조 비용을 절감합니다. 3D 모델의 모달 분석과 고유 진동수 계산은 공진을 식별하고 억제하는 데 필수적입니다.
(5) 신뢰성 설계
- 구조 설계는 가장 단순한 실행 가능한 설계 원칙을 따릅니다;
- 바디 철 주조는 우수한 종합 기계적 특성으로 인해 구상흑연주철을 사용합니다; 알루미늄 주조는 영구 주형 주조를 통해 생산된 고유동성 주조 합금을 사용합니다;
- 상세한 조립 공정 지침이 제공되며, 조립 중에 부품 수준 및 단일 축 테스트가 수행됩니다;
- 전체 조립 후, 완전한 기계 성능 테스트 및 내구성 테스트가 수행됩니다;
- 전체 기계의 보호 등급이 최적화되고, 전기 캐비닛의 항간섭 능력이 강화되어 다양한 작업 환경에서 안정적인 작동을 보장합니다.
2. 모터 및 서보 시스템의 핵심 기술
(1) 모터 설계
① 경량 설계
로봇 응용 분야에서 모터의 크기와 무게는 매우 민감한 매개변수입니다. 핵심 기술은 고성능 자성 재료 연구, 통합 최적화 설계, 첨단 가공 및 조립 기술을 통해 서보 모터의 효율을 향상시키고 크기와 무게를 줄이는 것입니다.
② 고속 능력
감속비를 크게 조정할 수 없는 경우, 모터의 최대 속도는 로봇의 엔드 이펙터 속도와 작업 주기 시간을 직접 결정합니다. 또한, 속도비가 충분하지 않으면 관성 매칭에 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 모터의 최대 속도를 높이는 것은 로봇 모터의 핵심 기술입니다.
③ 다이렉트 드라이브 및 중공축 설계
협동 로봇의 성숙과 보급이 확대됨에 따라 경량화되고 컴팩트한 로봇 구조에 대한 수요가 계속 증가하고 있습니다. 고토크 직접 구동 모터 및 디스크형 중공축 모터와 같은 특수 로봇 모터의 개발은 미래의 핵심 트렌드를 나타냅니다.
(2) 서보 드라이브 기술
① 빠른 응답 및 정밀 위치 결정
서보 응답 시간은 로봇의 빠른 시작-정지 성능에 직접 영향을 미치며, 이는 다시 전체 작업 효율과 사이클 타임을 결정합니다.
② 센서리스 탄성 충돌 감지
안전은 로봇의 중요한 성능 지표입니다. 힘 또는 토크 센서를 추가하면 구조적 복잡성과 비용이 증가합니다. 엔코더와 모터 간의 전류 결합 관계를 기반으로 하는 센서리스 탄성 충돌 기술은 본체 구조를 수정하거나 비용을 증가시키지 않고도 로봇 안전성을 향상시킬 수 있습니다.
③ 통합 드라이브 및 제어
다축 드라이브 통합 기술 — 멀티코어 CPU와 결합된 드라이브 제어 아키텍처를 특징으로 하며 — 시스템 성능을 향상시키는 동시에 드라이브 부피와 비용을 절감합니다.
④ 온라인 적응형 채터 억제
산업용 로봇의 캔틸레버 구조는 다축 협조 운동, 중부하 작업 및 급속 시동-정지 사이클 중에 채터링이 발생하기 쉽습니다. 로봇 본체 강성은 모터의 서보 강성 파라미터와 매칭되어야 합니다. 과도한 강성은 진동을 유발하고, 불충분한 강성은 시동-정지 응답을 둔화시킵니다. 로봇 강성은 위치, 자세 및 툴링 하중에 따라 달라지므로, 고정된 사전 설정 서보 강성 값으로는 모든 작업 조건을 충족할 수 없습니다.
온라인 적응형 채터 억제 기술은 수동 파라미터 튜닝이 필요 없는 지능형 제어 전략을 제공하여 강성 매칭과 채터 억제의 균형을 맞추어 엔드 이펙터의 진동을 효과적으로 줄이고 위치 결정 정밀도를 향상시킵니다.
3. 핵심 제어 기술
(1) 모션 해석 및 궤적 계획
고급 모션 해석 및 최적 경로 계획 알고리즘은 로봇의 모션 정밀도와 작업 효율성을 크게 향상시킵니다.
(2) 동적 보상
범용 산업용 로봇은 직렬 캔틸레버 구조를 특징으로 하며, 강성이 상대적으로 낮고 운동 패턴이 복잡하며 작동 중 변형 및 진동하는 경향이 있습니다. 동적 성능과 운동 정확도를 향상시키려면 제어 시스템이 실시간 보상을 위한 동적 모델을 구축해야 하며, 여기에는 다음이 포함됩니다:
- 중력 보상
- 관성 보상
- 마찰 보상
- 커플링 보상
(3) 캘리브레이션 보정
가공 공차와 조립 오차로 인해 실제 로봇은 필연적으로 이론적 수학 모델에서 벗어나 TCP 정밀도와 궤적 정밀도가 모두 저하됩니다. 이는 용접 및 오프라인 프로그래밍과 같은 애플리케이션에서 특히 중요합니다. 해결책은 로봇의 모델 파라미터를 감지하고 캘리브레이션하여 정밀도를 복원하는 것입니다.
(4) 종합 공정 패키지
제어 시스템은 실제 엔지니어링 애플리케이션과 긴밀하게 일치해야 합니다. 지속적인 시스템 업그레이드와 기능 확장 외에도 산업 요구에 기반하여 애플리케이션별 공정 패키지를 개발하고 개선하는 것이 필수적입니다. 이 접근 방식은 산업 공정 전문 지식을 축적하여 고객의 운영을 더욱 편리하게 하고, 실행을 더 간단하게 하며, 생산을 더욱 효율적으로 만드는 데 도움이 됩니다.
4. 주요 애플리케이션 시나리오
(1) 팔레타이징
다양한 산업의 공장에서는 고도로 자동화된 팔레타이징 로봇이 널리 도입되고 있습니다. 수동 팔레타이징은 노동 집약적이고 육체적으로 힘든 작업으로, 작업자는 상당한 신체적 부담을 겪으면서도 비교적 낮은 효율을 보입니다. 팔레타이징 로봇은 운반 대상 물체의 특성과 지정된 분류 지점에 따라 제품의 형태와 완전성을 유지하면서 효율적이고 분류된 처리를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 포장 설비는 시간당 수백 개의 속도로 적재 작업을 완료할 수 있으며, 생산 라인 하역 및 컨테이너 처리 작업에서 중요한 역할을 합니다.
(2) 용접
용접 로봇은 주로 자동화된 용접 작업을 수행합니다. 산업마다 용접 요구 사항이 다르기 때문에 스폿 용접 로봇, 아크 용접 로봇, 레이저 용접 로봇 등 특수 용접 로봇이 개발되었습니다. 자동차 제조 산업은 용접 로봇의 가장 크고 가장 광범위한 사용자이며, 이 산업에서 이러한 기계는 용접 난이도, 용접량 및 용접 품질 일관성에서 비교할 수 없는 이점을 제공합니다.
(3) 조립
산업 생산에서 부품 조립은 전통적으로 상당한 노동력을 필요로 하는 대규모 작업입니다. 수동 조립은 높은 오류율과 낮은 효율성으로 인해 점차 산업용 로봇으로 대체되고 있습니다. 조립 로봇 개발은 통신 기술, 자동 제어, 광학 원리, 마이크로일렉트로닉스 등 여러 기술을 통합합니다. 엔지니어는 특정 조립 공정에 따라 로봇을 프로그래밍하고 지정된 조립 작업에 적용합니다. 조립 로봇의 대표적인 특징은 높은 설치 정밀도, 뛰어난 유연성, 긴 사용 수명입니다. 조립 작업에 요구되는 복잡성과 정밀도를 고려할 때, 이러한 로봇은 전자 부품 조립 및 정밀 자동차 부품 설치에 특히 적합합니다.
(4) 검사 및 탐지
다차원 감지 기능을 갖춘 로봇은 전문화되고 위험한 역할에서 인간 작업자를 대체할 수 있습니다. 응용 분야는 다음과 같습니다:
- 고위험 지역 검사 — 핵 오염 구역, 독성 환경 및 알려지지 않은 위험 지역;
- 접근 불가능한 위치 감지 — 의료 환경에서 환자 해부학적 구조의 내부 검사, 산업 결함 감지, 지진 지역과 같은 재난 현장에서의 수색 및 구조 작업.
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