비용효율적인 로봇 대체 시스템
로봇, 로봇, 로봇……. 4차 산업혁명, 인더스트리 4.0 등 패러다임 변화를 대변하는 용어들이 난무하면서 로봇이 자동화 시장을 휩쓸고 있다. 하지만 로봇 만이 해답일까? 정교한 작업을 수행할 수 있는 로봇은 비싸다. 로봇을 대체하는 비용효율적인 방법을 알아본다.
자동화의 확산에 따라 매우 견고한 부하 용량을 갖춘 자동 모션 가이던스 시스템의 수요가 크게 증가하고 있다. 긴 트랙에 유연한 다축 로봇을 설치, 7축을 최대한 활용함으로써 작업 범위를 크게 확장시킬 수 있기 때문이다. 하지만 이를 위해서는 기존 환경의 다양한 조건을 검토하고, 개선해야 하는 등 많은 시간과 노력, 그리고 대규모의 투자가 요구된다.
공간이나 자본이 걸림돌이 될 경우, 리니어 갠트리 시스템linear motion guided Gantry System을 생각해 볼 수 있다. 갠트리 시스템은 많은 응용 분야에서 적은 비용으로 다축 로봇과 동일한 작업을 수행할 수 있다. 즉 로봇의 비용효율적인 대안이 될 수 있다.
높은 정밀도가 요구되지 않을 때
자동화가 항상 높은 수준의 정밀도를 요구하는 것은 아니다. 많은 경우, 무거운 제품과 균형이 맞지 않는 물질이 작업 과제에 포함되며, 대부분의 애플리케이션은 높은 반복 작업과 긴 작동 시간, 그리고 최소한의 유지 보수로 장기간 지속되는 내구성을 필요로 하지만, 정밀한 위치에 대한 요구 사항은 낮을 때가 많다. 이러한 요구에 로봇은 과하다.
예를 들어 픽&플레이스 애플리케이션에서 케이스를 적재하거나 혹은 다음 제품을 생산 대기열에 배치할 경우, 높은 정밀도를 요구하지 않는다. 또 차량이나 비행기의 날개의 도장 작업을 진행하는 스프레이 시스템 역시 높은 정밀도를 요구하지 않는다.
XYZ 갠트리 로봇은 3차원 공간 내의 모든 위치에 재료를 배치/재배치할 수 있으며, 공작물의 여러 면에서 작업을 수행할 수 있다. 즉 높은 정밀도를 요구하지 않는 픽&플레이스 작업, 스프레이 작업의 모든 요구 사항을 만족시킨다.
적재 용량과 수명
자동화로 제품을 이동시킬 경우를 살피면, 첫 번째 요구 사항은 정밀도보다 해당 제품을 들어올릴 수 있는 힘이다. X-Y-Z 좌표 시스템의 명명 규칙에서 Z축이 바로 이 수직 방향으로, 간단한 리프팅 시스템이 Z축 시스템의 대표적인 사례이다.
자동화 시스템이 아이템을 들어올릴 때 고려할 사항은 지지된 후 이뤄지는 모든 모션에서 질량가속도로 인한 추가 하중이 발생된다는 점이다. 특히 속도가 높을 때 동작 중에 매우 중요한 부하가 발생되며, 이에 예상되는 모션 시나리오를 수용하기 위해 매우 큰 부하 용량이 필요하게 된다. 또한 작업 부하 요구 사항보다 크게 모션 시스템의 부하 용량을 설계한다면 서비스 수명을 높일 수 있다.
X-Z 로봇과 X-Y-Z 로봇
단일 축 모션 스테이지는 다양한 갠트리 구성에서 다른 포지셔너와 결합될 수 있다. 모션 시스템을 더함으로써 추가 거리와 기능을 얻어 장거리에서 추가 작업을 수행할 수 있는 것이다.
예를 들어 Z축 리니어 모션 스테이지가 추가적으로 횡 방향 모션 축에 장착되면 X-Z 로봇으로 말할 수 있다. 이 구성은 객체를 수직으로 들어 올리거나 직선의 다른 위치로 이동 한 다음 객체를 새 위치에 배치할 수 있다. X-Z 로봇의 끝 부분은 직사각형 평면 내 어디에나 위치할 수 있으며, 픽&플레이스 또는 전송 애플리케이션에 유용하다.
경우에 따라, 리니어 가이드 베어링을 Z 축에 고정시키고 X축의 주 마운팅 플레이트가 필요한 모든 피니언 드라이브 및 자동 윤활기 부품을 통합할 수 있다. 이 경우, 설계를 단순화하고 전반적인 이동 중량을 줄일 수 있다.
X-Y-Z 로봇과 X-X'-Y-Z 로봇 갠트리
로봇 갠트리 시스템의 가장 유연한 구성은 3차원 작업 영역 내의 어떤 곳이든 배치할 수 있도록 X-Y-Z의 3축 모션 영역을 제공하는 것이다. 이러한 구성은 축 부착 점이 공간 제약을 받기 때문에 일반적이지는 않지만, 많은 하중을 갖지 않는 반면 큰 이동 범위가 요구되는 애플리케이션(예 : 자동 용접)에서 효과적으로 활용될 수 있다.
하지만 더 일반적인 구성은 Y축이 양 끝에서 지원되는 병렬 X 축 솔루션을 사용하는 방식이다. X-X'-Y-Z 갠트리(X, X-프라임이라고도 불림)라고 표현되는 이 구성은 CNC 라우터와 같은 생산 기계에서 쉽게 볼 수 있다.
