산업용 로봇의 기본 지식

무엇이다산업용 로봇?

"기계 인간"는 의미가 매우 다양하고 변동성이 큰 키워드입니다. 인간형 기계나 사람이 타고 조작하는 대형 기계 등 다양한 사물이 연관됩니다.

로봇은 20세기 초 카렐 차펙의 희곡에서 처음 구상되었고, 이후 많은 작품에 등장했으며, 이 이름을 딴 제품들이 출시되었습니다.

이러한 맥락에서 오늘날 로봇은 다양한 것으로 여겨지지만, 산업용 로봇은 많은 산업에서 우리의 삶을 지원하기 위해 활용되어 왔습니다.

자동차 및 자동차 부품 산업, 기계 및 금속 산업 외에도 산업용 로봇은 이제 반도체 제조, 물류 등 다양한 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

산업용 로봇을 역할의 관점에서 정의한다면, 사람이 하기보다는 주로 무거운 작업, 과중한 노동, 정확한 반복을 요구하는 작업에 참여하기 때문에 산업 생산성 향상에 도움이 되는 기계라고 할 수 있습니다.

의 역사산업용 로봇

미국에서는 1960년대 초에 최초의 상업용 산업용 로봇이 탄생했습니다.

1960년대 후반 급속한 성장을 이루던 일본에 도입된 로봇을 국산화하고 상용화하려는 움직임은 1970년대에 시작되었습니다.

이후 1973년과 1979년 두 차례의 석유파동으로 가격이 상승하고 생산비용을 낮추려는 추세가 강화되면서 이는 산업 전체로 확산되었습니다.

1980년대에는 로봇이 급속히 보급되기 시작했는데, 이 해가 로봇이 대중화된 해로 알려져 있습니다.

로봇의 초기 활용 목적은 제조업의 까다로운 작업을 대체하는 것이었지만, 로봇은 연속적인 작업과 정확한 반복 작업이라는 장점도 가지고 있어 오늘날 산업 생산성 향상을 위해 더욱 폭넓게 활용되고 있습니다. 로봇의 활용 분야는 제조 공정뿐만 아니라 운송, 물류 등 다양한 분야로 확대되고 있습니다.

로봇의 구성

산업용 로봇은 사람이 아닌 작업을 수행한다는 점에서 인간의 신체와 유사한 메커니즘을 가지고 있습니다.

예를 들어, 사람이 손을 움직일 때, 사람은 뇌에서 신경을 통해 명령을 전달하고, 팔 근육을 움직여 팔을 움직입니다.

산업용 로봇은 팔과 근육 역할을 하는 메커니즘과 뇌 역할을 하는 컨트롤러로 구성되어 있습니다.

기계 부품

로봇은 기계 장치입니다. 로봇은 다양한 무게로 휴대 가능하며, 작업에 따라 사용할 수 있습니다.

또한 로봇에는 여러 개의 관절(조인트라고 함)이 있으며, 이 관절들은 링크로 연결되어 있습니다.

제어 장치

로봇 컨트롤러는 컨트롤러에 해당합니다.

로봇 컨트롤러는 저장된 프로그램에 따라 계산을 수행하고, 이를 기반으로 서보 모터에 명령을 내려 로봇을 제어합니다.

로봇 컨트롤러는 사람과의 소통을 위한 인터페이스인 티칭 펜던트와 연결되고, 시작 및 정지 버튼, 비상 스위치 등이 장착된 조작 상자에 연결됩니다.

로봇은 로봇을 움직이는 데 필요한 전력과 로봇 컨트롤러로부터 전송되는 신호를 전달하는 제어 케이블을 통해 로봇 컨트롤러에 연결됩니다.

로봇과 로봇 컨트롤러는 메모리 동작이 가능한 팔이 지시에 따라 자유롭게 움직일 수 있도록 할 뿐만 아니라, 특정 작업을 수행하기 위해 애플리케이션에 따라 주변 장치를 연결하기도 합니다.

작업에 따라 다양한 로봇 장착 장치가 있는데, 이를 총칭하여 엔드 이펙터(도구)라고 하며, 로봇 끝부분의 기계적 인터페이스라고 하는 장착 포트에 장착됩니다.

또한, 필요한 주변장치를 결합하면 원하는 용도에 맞는 로봇이 됩니다.

※예를 들어 아크용접에서는 용접건을 엔드이펙터로 사용하고, 용접전원 및 공급장치를 로봇과 조합하여 주변장치로 사용합니다.

또한, 센서는 로봇이 주변 환경을 인식하는 인식 장치로 활용될 수 있습니다. 사람의 눈(시각)과 피부(촉각) 역할을 합니다.

센서를 통해 물체의 정보를 얻고 처리하며, 이 정보를 이용하여 물체의 상태에 따라 로봇의 움직임을 제어할 수 있습니다.

로봇 메커니즘

산업용 로봇의 매니퓰레이터를 메커니즘에 따라 분류하면 대략 4가지 유형으로 나뉜다.

1 데카르트 로봇

암은 이동 관절로 구동되며, 이는 높은 강성과 높은 정밀도라는 장점이 있습니다. 반면, 공구의 작동 범위가 지면 접촉 면적에 비해 좁다는 단점이 있습니다.

2 원통형 로봇

첫 번째 팔은 회전 관절로 구동됩니다. 직교 좌표 로봇보다 동작 범위를 확보하기가 더 쉽습니다.

3 폴라 로봇

첫 번째와 두 번째 팔은 회전 관절로 구동됩니다. 이 방식의 장점은 원통 좌표 로봇보다 동작 범위를 확보하기가 더 쉽다는 것입니다. 그러나 위치 계산이 더 복잡해집니다.

4관절 로봇

모든 팔이 회전 관절로 구동되는 로봇은 지면에 비해 매우 넓은 가동 범위를 갖습니다.

작업의 복잡성은 단점이지만, 전자부품의 정교화로 인해 복잡한 작업을 고속으로 처리할 수 있게 되어 산업용 로봇의 주류로 자리 잡았습니다.

그런데, 다관절 로봇 유형의 산업용 로봇 대부분은 회전축이 6개입니다. 6자유도를 부여함으로써 위치와 자세를 임의로 결정할 수 있기 때문입니다.

경우에 따라 공작물 형상에 따라 6축 위치를 유지하기 어려울 수 있습니다. (예: 래핑이 필요한 경우)

이러한 상황에 대처하기 위해 당사는 7축 로봇 라인업에 추가 축을 추가하고 자세 허용 오차를 높였습니다.