A 다관절 로봇다관절 로봇이라고도 알려진 은 두 개 이상의 회전 관절을 갖춘 산업용 로봇의 일종입니다. 이러한 관절을 통해 로봇은 인간의 팔이나 기타 사지 시스템과 유사한 방식으로 움직이고 작동할 수 있습니다. 다관절 로봇은 표준 단일 관절 로봇보다 더 많은 유연성과 민첩성을 제공합니다.
다관절 로봇의 작동 원리
다관절 로봇이 다른 로봇 디자인과 구별되는 주요 특징은 회전 관절이 있다는 것입니다. 이는 하나 이상의 회전축을 중심으로 동작을 허용하는 관절입니다. 로봇 공학에 사용되는 일반적인 회전 조인트는 다음과 같습니다.
-회전 관절: 단일 축을 중심으로 회전이 가능합니다. 회전 조인트는 굽힘 및 접힘 동작을 가능하게 합니다.
-프리즘 조인트: 단일 축을 따라 선형 운동을 허용합니다. 프리즘 조인트는 텔레스코픽 및 슬라이딩 동작을 가능하게 합니다.
-구형 조인트: 세 개의 수직 축을 중심으로 회전이 가능합니다. 구형 조인트는 비틀림 동작을 가능하게 합니다.
견고한 링크를 통해 여러 개의 회전 관절을 연결함으로써 인간 팔의 동작 범위를 모방하는 다중 관절 로봇 팔을 구성할 수 있습니다. 조인트는 제어 신호에 따라 연결된 링크를 회전하거나 미끄러지는 서보 모터에 의해 구동됩니다. 다관절 로봇에는 센서가 통합되어 로봇의 현재 구성에 대한 피드백을 제어 시스템에 제공합니다.
공통 구성
다중 관절 또는 다관절 로봇에는 몇 가지 일반적인 구성이 있습니다.
- 직교 로봇: 선택 및 배치 및 기타 선형 동작에 사용되는 직교 로봇에는 축이 직교 좌표계와 일치하는 3개의 프리즘 관절이 있습니다. 이는 X, Y 및 Z 차원의 움직임을 제공합니다.
- SCARA 로봇: SCARA(선택적 준수 조립 로봇 팔) 로봇은 매우 일반적입니다. 컴플라이언스를 제공하는 두 개의 평행 회전 조인트와 수직 이동을 위한 프리즘 조인트가 있습니다. 평행 조인트를 사용하면 SCARA 로봇이 수평면에서 효율적으로 이동할 수 있습니다.
- 의인화 로봇: 인간 팔의 움직임을 모방하도록 설계된 이 다관절 로봇은 회전하는 어깨, 팔꿈치 및 손목 관절을 가지고 있습니다. 일부는 다관절 손을 포함하기도 합니다. 인간과 유사한 형태를 통해 인간을 위한 작업을 수행할 수 있습니다.
- 원통형 로봇: 회전 조인트가 있는 중앙 "척추" 주위에 구축된 원통형 로봇은 "어깨" 조인트가 실린더 주위의 회전을 허용하기 때문에 큰 작업 영역을 커버할 수 있습니다.
응용
회전 유연성 덕분에 다관절 로봇은 매우 다재다능하며 다음을 포함한 다양한 산업 응용 분야를 자동화할 수 있습니다.
-픽 앤 플레이스 작업
- 포장 및 팔레타이징 작업
-부품 조립
-사출 성형
-CNC 머신 텐딩
- 차체 및 가전제품 용접
- 곡면 페인팅
-모션과 스캐닝을 통한 품질검사
본질적으로 다관절 로봇은 다양한 위치와 방향을 통해 이동 도구나 엔드 이펙터가 필요한 거의 모든 작업을 처리할 수 있습니다. 중요한 것은 작업 범위를 확장하고 충돌을 자동으로 방지하는 기능이 복잡하거나 혼잡한 환경과 역동적인 방식으로 상호 작용하는 데 매우 유용하다는 것입니다.
단일 관절 로봇에 비해 장점
단일 관절 로봇은 매우 높은 속도와 정밀도를 달성할 수 있지만 유연성이 제한되어 있습니다. 예를 들어, 간단한 데카르트식 갠트리 로봇은 세 축에서만 선형 이동을 달성할 수 있습니다.
이와 대조적으로 다중 관절 로봇 팔은 다음을 수행할 수 있습니다.
- 장애물 주위에 접근: 구부리거나 회전하여 제한된 공간에서 작동할 수 있습니다.
- 도구 방향 재설정: 로봇 손목이나 플랜지에 장착된 도구는 작업 중에 거의 모든 방향으로 회전하고 기울일 수 있습니다.
- 자체 충돌 방지: 다중 관절 암에는 작업 공간에 있는 다른 항목과 자동으로 효과적으로 몸을 구부릴 수 있는 소프트웨어가 있습니다.
- 연속 경로 모션: 중간 위치를 통해 부드럽게 "회전"할 수 있어 큰 곡면 용접과 같은 작업이 가능합니다.
본질적으로 적절하게 구현된 다관절 로봇은 보다 견고한 로봇에 비해 더 큰 자율성, 효율성 및 생산 유연성을 제공합니다.
다관절 로봇용 제어 시스템
다관절 로봇에 존재하는 수많은 관절과 축의 동작을 조정하려면 정교한 컴퓨터 제어 시스템이 필요합니다.
- 운동학: 수학적 좌표 변환은 여러 회전 관절의 각도 위치를 기반으로 로봇 툴팁의 6D 위치를 지속적으로 추적해야 합니다.
- 경로 계획: 충돌을 방지하고 효율성을 극대화하려면 작업이 완료될 때 최적의 모션 경로를 미리 계산하거나 동적으로 생성해야 합니다.
- 보상 알고리즘: 팔의 유연성과 관절/기어의 백래시로 인한 목표 경로 이탈을 감지하고 액추에이터에 전송되는 보상 신호를 통해 대응해야 합니다.
- 다중 변수 제어: 다중 결합 편미분 방정식은 다중 관절 암의 복잡한 역학을 제어하므로 정밀도와 속도를 위해 다중 액추에이터의 반응성이 뛰어난 실시간 제어가 필요합니다.
결과적으로 다관절 로봇 프로그래밍은 기본 좌표 입력, 이동 사전 설정, 도구 방향 및 엔드 이펙터 동작까지 제어를 단순화하는 소프트웨어에 의존합니다. 이를 통해 엔지니어는 복잡한 수학과 역학 계산을 수동으로 해결해야 하는 수고를 덜게 됩니다.
협동로봇의 장점
다관절 로봇공학에서 상대적으로 새로운 영역은 협동 로봇, 즉 "코봇"입니다. 코봇은 위험이나 안전 가드가 필요 없이 공유 작업 공간에서 인간과 물리적으로 상호 작용하는 동안 안전하게 작동하도록 설계되었습니다. 내장된 센서로 인해 로봇 팔이나 손이 사람과 접촉하면 자동으로 멈춥니다.
이러한 협업 방식은 다음과 같은 다양한 이점을 제공합니다.
- 직관적인 프로그래밍: 코봇은 코딩 대신 안내 교육을 통해 수동으로 훈련할 수 있으므로 매우 사용자 친화적입니다.
- 쉬운 배치: 경량 설계로 거의 모든 곳에서 협동로봇을 빠르게 설치할 수 있습니다. 단단한 울타리나 기초가 필요하지 않습니다.
- 보다 안전한 상호 작용: 민감한 촉각 피부 및/또는 각 관절의 토크 감지를 통해 코봇은 인간 접촉에 적절하게 반응합니다.
- 유연한 자동화: 공유 작업셀 공간은 작업자가 효율적으로 조정하여 로봇으로 작업을 대체할 수 있음을 의미합니다.
- 보다 저렴한 솔루션: 안전 장벽을 제거하면 전체 시스템 비용과 설치 공간이 크게 줄어듭니다.
- 증강된 인력: 인간은 복잡한 인지 작업을 처리하는 반면 협동로봇은 지루하고 인체공학적으로 부담스러운 활동을 덜어줍니다.
따라서 코봇은 중소기업의 로봇 채택 장벽을 낮추는 동시에 기존 시설에서 보다 안전한 인간-기계 협업을 촉진합니다. 직관적이고 저렴한 자동화의 새로운 패러다임은 다양한 산업 분야에서 계속해서 혁신적인 코봇 솔루션을 주도하고 있습니다.
다관절 로봇의 미래
컴퓨터 처리 능력이 계속 향상됨에 따라 다관절 로봇과 해당 제어 인터페이스의 기능도 향상될 것입니다. 더 쉬운 프로그래밍과 결합된 응용 프로그램 확장으로 인해 다관절 로봇이 더 많은 산업 분야에서 점점 더 보편화될 것입니다.
그리고 다관절 설계의 유연성과 인공 지능 및 확장된 감각 인식을 결합함으로써 미래의 로봇은 훨씬 더 큰 자율성을 달성하게 될 것입니다. 대형 작업 공간 로봇은 또한 폴리머, 확장된 운동학 및 케이블을 사용하여 견고한 금속 덩어리에서 보다 유연하고 반응성이 뛰어난 "소프트 로봇"으로 전환하고 있습니다.
궁극적으로 물리적 능력과 지능적인 반응성이 향상됨에 따라 다관절 로봇은 인간 파트너와 함께 확장된 협업 역할을 수행하여 4차 산업 혁명의 핵심 동인이 될 것입니다.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd.는 자동 레이저 클래딩 기계, 고속 레이저 클래딩 기계, 레이저 담금질 기계, 레이저 용접 기계 및 레이저 3D 인쇄 장비의 R&D, 제조 및 판매를 전문으로 하는 하이테크 기업입니다. 당사의 제품은 비용 효율적이며 국내 및 해외에서 판매됩니다. 우리 제품에 관심이 있으시면 다음 주소로 문의해 주세요.bob@gshenglaser.com.