수직 다관절 로봇이란?
수직형 다관절 로봇은 사람의 손처럼 움직일 수 있는 산업용 로봇의 일종입니다.
구동을 위한 축이 적은 로봇에 비해 자유도가 높아 사람이 손으로 하던 작업이나 자유도가 낮은 로봇으로 시간을 들여 하던 작업을 효율적으로 진행할 수 있습니다. 수직형 다관절 로봇은 동작 범위가 넓기 때문에 정밀한 작업을 반복적으로 수행하는 것이 강점입니다. 이러한 특성을 살릴 수 있는 생산 현장에 도입하면 업무 효율화를 기대할 수 있습니다.
수직 다관절 로봇의 사용 용도
수직형 다관절 로봇은 자동차, 가전제품, 식품 등 사용 분야가 다양합니다. 생산라인에서 다음과 같은 공정에 사용됩니다.
1. 용접
자동차 차체 등을 부재의 금속을 녹여 접합하는 작업입니다. 로봇이 수행함으로써 정확하고 균일한 용접이 가능해져 품질 향상을 기대할 수 있습니다.
2. 이송
제품이나 부품을 일정한 간격으로 고속으로 정렬하거나 고중량 화물을 이동시키는 작업입니다.
3. 조립
잡은 부품을 다른 부품에 조립하거나 나사를 조이는 작업입니다. 수직형 다관절 로봇은 사람이 손으로 하는 작업도 대응할 수 있기 때문에 숙련된 장인정신과 같은 작업을 정확하게 재현할 수 있습니다.
4. 도장
수직형 다관절 로봇의 손아귀에 장착된 스프레이 건으로 자동차 차체 등에 색을 칠하는 작업입니다.
5. 검사
검사용 카메라나 센서의 측정 범위 내에 부품을 접근시켜 외관이나 품질의 좋고 나쁨(OK/NG 등)을 판단하게 하는 작업입니다.
수직 다관절 로봇의 원리
수직 다관절 로봇은 매니퓰레이터와 컨트롤러, 티칭 펜던트로 구성되어 있습니다.
1. 매니퓰레이터
매니퓰레이터는 로봇 팔 본체 부분입니다. 관절에 장착된 서보모터에 의해 다양한 동작을 수행합니다. 매니퓰레이터 끝에는 수직형 다관절 로봇이 작업을 수행하기 위해 다음과 같은 도구를 장착합니다.
- 용접기
- 드라이버
- 검사용 카메라
- 도장용 스프레이 건
- 로봇 핸드
- 세척 장치
2. 컨트롤러
컨트롤러는 매니퓰레이터를 제어하기 위한 장치로 다음과 같은 기능이 있습니다.
PLC 등 상위 장치의 지령에 따라 로봇의 다음 동작을 결정합니다.
로봇이 정밀하게 움직일 수 있도록 모터의 동작을 연산, 지령합니다.
동작상의 이상을 감지하여 정지합니다.
최근에는 AI가 탑재된 제품도 많이 출시되고 있습니다. 티칭을 하지 않아도 로봇이 스스로 다음 동작을 판단하여 동작하는 제품도 있습니다.
3. 티칭 펜던트
티칭 펜던트는 수직형 다관절 로봇을 사람이 조작하기 위한 장치입니다. 키보드나 터치패널을 통해 로봇에게 동작을 기억하게 하거나(티칭), 로봇에 이상이 발생했을 때 알람 내용을 확인할 때 사용합니다.
수직 다관절 로봇의 기타 정보
1. 수직형 다관절 로봇과 수평형 다관절 로봇의 차이점
수직 다관절 로봇과 수평 다관절 로봇의 차이는 ‘할 수 있는 동작의 복잡성’에 있습니다.
- 수직 다관절 로봇
수직형 다관절 로봇은 일반적으로 6개의 축을 가지고 있으며, 각 축을 회전시켜 3차원 공간에서 자유롭게 움직일 수 있는 동작을 할 수 있다. 즉, X, Y, Z와 같은 수평, 수직 동작뿐만 아니라 Rx, Ry, Rz와 같은 회전 동작도 할 수 있습니다. - 수평 다관절 로봇
수평 다관절 로봇은 기본적으로 수평방향으로 동작하는 축이 3개, 수직방향으로 동작하는 축이 1개인 4축 구성으로 이루어져 있습니다. 즉, 3개의 축으로 수평방향(3차원 방향으로 표현하면 X, Y)을 자유롭게 이동하고, 나머지 1개의 축으로 수직방향(3차원 방향으로 표현하면 Z)으로 이동한다. 이러한 구조로 인해 수평 다관절 로봇은 3차원 공간에서 회전 동작(Rx, Ry, Rz)을 할 수 없습니다.
2. 수직 다관절 로봇 도입의 이점
수직형 다관절 로봇을 도입하여 사람이 하던 작업을 로봇으로 대체하면 다음과 같은 장점이 있습니다.
- 수직 다관절 로봇
로봇은 정밀한 작업이나 단조로운 반복 작업(예: 제품 픽앤플레이스)에 능숙하다. 이러한 작업을 수직형 다관절 로봇에 맡기면 작업자는 보다 부가가치가 높은 작업에 집중할 수 있습니다. 이를 통해 공장의 생산성을 높일 수 있습니다. - 로봇을 도입한 공정의 품질이 높아진다
로봇은 사람과 달리 같은 작업을 반복할 때 편차가 적어 품질 향상을 기대할 수 있습니다. 수직형 다관절 로봇을 도입하면 반복적으로 ±0.1mm 정도의 오차범위에서 용접을 하거나 매번 정확한 양으로 도포하는 것이 가능해집니다.