산업용 로봇이란?

세계 최초산업용 로봇1962년 미국에서 태어난 미국 엔지니어 조지 찰스 드볼 주니어는 "학습과 재생을 통해 자동화에 유연하게 대응할 수 있는 로봇"을 제안했습니다. 그의 아이디어는 "로봇의 아버지"로 알려진 기업가 조셉 프레더릭 엥겔버거와 불꽃을 일으켰고,산업용 로봇"Unimate(= 보편적 역량을 갖춘 협력자)"라는 이름의 프로젝트가 탄생했습니다.
ISO 8373에 따르면, 산업용 로봇은 산업 현장에서 사용되는 다관절 매니퓰레이터 또는 다자유도 로봇입니다. 산업용 로봇은 자동으로 작업을 수행하는 기계 장치이며, 자체 동력과 제어 능력을 활용하여 다양한 기능을 수행하는 기계입니다. 사람의 명령을 받아들이거나 미리 프로그래밍된 프로그램에 따라 작동할 수 있습니다. 최신 산업용 로봇은 인공지능 기술이 정립한 원리와 지침에 따라 작동할 수도 있습니다.
산업용 로봇의 대표적인 적용 분야로는 용접, 도장, 조립, 수집 및 배치(예: 포장, 팔레타이징, SMT), 제품 검사 및 테스트 등이 있으며, 모든 작업은 효율성, 내구성, 속도 및 정확성을 갖추고 완료됩니다.
가장 일반적으로 사용되는 로봇 구성은 관절형 로봇, 스카라 로봇, 델타 로봇, 그리고 데카르트 로봇(오버헤드 로봇 또는 xyz 로봇)입니다. 로봇은 다양한 수준의 자율성을 보입니다. 어떤 로봇은 특정 동작을 반복해서(반복 동작) 충실하고, 변동 없이, 그리고 높은 정확도로 수행하도록 프로그래밍됩니다. 이러한 동작은 일련의 조정된 동작의 방향, 가속도, 속도, 감속도, 그리고 거리를 지정하는 프로그래밍된 루틴에 의해 결정됩니다. 다른 로봇은 물체의 위치나 물체에서 수행할 작업을 식별해야 할 수도 있으므로 더욱 유연합니다. 예를 들어, 더욱 정확한 안내를 위해 로봇은 종종 강력한 컴퓨터나 컨트롤러에 연결된 머신 비전 서브시스템을 시각 센서로 포함합니다. 인공지능, 또는 인공지능으로 오해되는 모든 것은 현대 산업용 로봇에서 점점 더 중요한 요소가 되고 있습니다.
조지 데볼은 1954년에 산업용 로봇의 개념을 처음 제안하고 특허를 출원했습니다. (특허는 1961년에 등록되었습니다.) 1956년, 데볼과 조셉 엥겔버거는 데볼의 최초 특허를 바탕으로 유니메이션(Unimation)을 공동 설립했습니다. 1959년, 유니메이션 최초의 산업용 로봇이 미국에서 탄생하여 로봇 개발의 새로운 시대를 열었습니다. 유니메이션은 이후 가와사키 중공업과 GKN에 기술 라이선스를 제공하여 각각 일본과 영국에서 유니메이트(Unimation) 산업용 로봇을 생산했습니다. 한동안 유니메이션의 유일한 경쟁자는 미국 오하이오주에 있는 신시내티 밀라크론(Cincinnati Milacron Inc.)이었습니다. 그러나 1970년대 후반, 여러 일본 대기업들이 유사한 산업용 로봇을 생산하기 시작하면서 이러한 상황은 근본적으로 바뀌었습니다. 산업용 로봇은 유럽에서 매우 빠르게 성장했으며, ABB Robotics와 KUKA Robotics는 1973년에 로봇을 시장에 출시했습니다. 1970년대 후반, 로봇 공학에 대한 관심이 높아지면서 많은 미국 기업들이 이 분야에 진출했는데, 여기에는 제너럴 일렉트릭(General Electric)과 제너럴 모터스(General Motors, FANUC Robotics와 합작 투자하여 FANUC이 설립)와 같은 대기업들이 포함되었습니다. 미국의 스타트업으로는 오토매틱스(Automatix)와 어뎁트 테크놀로지(Adept Technology)가 있습니다. 1984년 로봇 공학 붐이 일면서 유니메이션(Unimation)은 웨스팅하우스 일렉트릭(Westinghouse Electric)에 1억 700만 달러에 인수되었습니다. 웨스팅하우스는 1988년 유니메이션을 프랑스의 스토브리 파베르제(Stäubli Faverges SCA)에 매각했습니다. 스토브리는 여전히 일반 산업 및 클린룸용 다관절 로봇을 생산하고 있으며, 2004년 말에는 보쉬(Bosch)의 로봇 사업부를 인수하기도 했습니다.

매개변수 정의 축 수 편집 - 평면의 어느 곳이든 이동하려면 두 개의 축이 필요하고, 공간의 어느 곳이든 이동하려면 세 개의 축이 필요합니다. 엔드 암(예: 손목)의 포인팅을 완전히 제어하려면 팬, 피치, 롤의 세 축이 더 필요합니다. 일부 설계(예: SCARA 로봇)는 비용, 속도, 정확도를 위해 동작을 희생합니다. 자유도 - 일반적으로 축 수와 동일합니다. 작업 범위 - 로봇이 도달할 수 있는 공간 영역입니다. 운동학 - 로봇의 강체 요소와 관절의 실제 구성으로, 가능한 모든 로봇 동작을 결정합니다. 로봇 운동학의 유형에는 다관절, 카르다닉, 병렬 및 SCARA가 있습니다. 용량 또는 하중 용량 - 로봇이 들어 올릴 수 있는 무게입니다. 속도 - 로봇이 엔드 암 위치를 제자리에 놓을 수 있는 속도입니다. 이 매개변수는 각 축의 각속도 또는 선형 속도 또는 엔드 암 속도 측면에서 의미하는 합성 속도로 정의할 수 있습니다. 가속도 - 축이 가속할 수 있는 속도입니다. 이는 로봇이 짧은 이동이나 방향이 자주 바뀌는 복잡한 경로를 수행할 때 최대 속도에 도달하지 못할 수 있으므로 제한 요소입니다.정확도 - 로봇이 원하는 위치에 얼마나 가까이 접근할 수 있는지입니다.정확도는 로봇의 절대 위치가 원하는 위치에서 얼마나 떨어져 있는지로 측정합니다.정확도는 비전 시스템이나 적외선과 같은 외부 감지 장치를 사용하여 향상시킬 수 있습니다.재현성 - 로봇이 프로그래밍된 위치로 얼마나 잘 복귀하는지입니다.이는 정확도와 다릅니다.특정 XYZ 위치로 이동하라는 명령을 받았을 때 해당 위치에서 1mm 이내로만 이동할 수 있습니다.이는 정확도 문제이며 교정을 통해 수정할 수 있습니다.그러나 해당 위치가 학습되어 컨트롤러 메모리에 저장되고 매번 학습된 위치에서 0.1mm 이내로 복귀하는 경우 반복성은 0.1mm 이내입니다.정확도와 반복성은 매우 다른 측정 기준입니다.반복성은 일반적으로 로봇에 가장 중요한 사양이며 정확도 및 정밀도와 관련하여 측정의 "정밀도"와 유사합니다. ISO 9283[8]은 정확도와 반복성 측정 방법을 제시합니다. 일반적으로 로봇은 학습된 위치로 여러 번 이동하며, 매번 네 개의 다른 위치로 이동한 후 학습된 위치로 돌아오는 과정을 반복합니다. 이때 오차가 측정됩니다. 반복성은 이러한 샘플들의 3차원 표준편차로 정량화됩니다. 일반적인 로봇은 물론 반복성을 초과하는 위치 오차를 가질 수 있으며, 이는 프로그래밍 문제일 수 있습니다. 또한, 작업 영역의 각 부분은 서로 다른 반복성을 가지며, 반복성은 속도와 탑재 하중에 따라서도 달라집니다. ISO 9283은 정확도와 반복성을 최대 속도와 최대 탑재 하중에서 측정하도록 규정하고 있습니다. 그러나 로봇의 정확도와 반복성은 부하와 속도가 낮을수록 훨씬 더 뛰어나므로, 이 방식은 비관적인 데이터를 생성합니다. 산업 공정에서의 반복성은 그리퍼와 같은 터미네이터의 정확도뿐 아니라 물체를 잡는 데 사용되는 그리퍼의 "핑거" 설계에도 영향을 받습니다. 예를 들어, 로봇이 나사 머리로 나사를 집는 경우, 나사의 각도가 불규칙할 수 있습니다. 이후 나사 구멍에 나사를 넣으려는 시도는 실패할 가능성이 높습니다. 이러한 상황은 구멍 입구를 테이퍼(모따기) 처리하는 등의 "리드인 기능"을 통해 개선할 수 있습니다. 동작 제어 - 간단한 픽앤플레이스 조립 작업과 같은 일부 응용 분야에서는 로봇이 미리 학습된 제한된 수의 위치 사이를 왕복하기만 하면 됩니다. 용접이나 도장(스프레이 페인팅)과 같은 더 복잡한 응용 분야에서는 지정된 방향과 속도로 공간 경로를 따라 이동을 지속적으로 제어해야 합니다. 동력원 - 일부 로봇은 전기 모터를 사용하고, 다른 로봇은 유압 액추에이터를 사용합니다. 전자는 더 빠르고, 후자는 더 강력하며 스파크로 인해 폭발이 발생할 수 있는 도장과 같은 응용 분야에 유용합니다. 하지만 팔 내부의 저압 공기는 가연성 증기 및 기타 오염 물질의 유입을 방지합니다. 구동 - 일부 로봇은 기어를 통해 모터를 관절에 연결하고, 다른 로봇은 모터를 관절에 직접 연결합니다(직접 구동). 기어를 사용하면 측정 가능한 "백래시", 즉 축의 자유로운 움직임이 발생합니다. 소형 로봇 팔은 고속 저토크 DC 모터를 사용하는 경우가 많은데, 이 모터는 일반적으로 더 높은 기어비를 필요로 하며, 백래시 발생의 단점이 있습니다. 이러한 경우 하모닉 기어 감속기가 대신 사용되는 경우가 많습니다. 컴플라이언스 - 로봇 축에 가해지는 힘이 이동할 수 있는 각도 또는 거리를 측정하는 척도입니다. 컴플라이언스로 인해 로봇은 최대 탑재량을 운반할 때 탑재량이 없을 때보다 약간 더 낮게 이동합니다. 컴플라이언스는 또한 높은 탑재량으로 가속을 줄여야 하는 상황에서 오버런의 양에도 영향을 미칩니다.