모든 로봇의 중심에 있는 모터

모든 로봇은 복잡성이나 목적이 무엇이든 궁극적으로 모터에 의해 정의됩니다. 이러한 부품들은 로봇이 얼마나 빠르게 움직일 수 있는지, 얼마나 정확하게 위치할 수 있는지, 얼마나 큰 힘을 발휘할 수 있는지, 그리고 에너지를 얼마나 효율적으로 사용하는지를 결정합니다. 지난 10년 동안 모터 설계의 발전은 로봇이 할 수 있는 일을 근본적으로 재편성했으며, 산업 기능에 대한 깊은 전문화와 한때 완전히 별개의 범주로 간주되었던 로봇 유형 간의 놀라운 수렴을 모두 가능하게 했습니다.

현대 로봇 모터의 이야기는 대부분 영구 자석 브러시리스 서보 모터의 이야기입니다. 이 장치들은 예외적인 토크 밀도, 신뢰성, 그리고 브러시 모터 설계와 관련된 유지 보수 문제 없이 작동할 수 있는 능력 덕분에 특히 산업용 6축 로봇에서 풍경을 지배하게 되었습니다. 하지만 이 광범위한 범주 내에서, 매우 다양한 로봇 응용 프로그램을 제공하기 위해 전문화된 구성의 풍부한 생태계가 등장했습니다.

6축 산업용 팔: 힘과 정밀도의 만남

현대 제조의 주역인 6축 관절식 로봇은 변형 파동 기어링 및 절대 인코더와 쌍을 이루는 높은 극 수의 프레임리스 모터에 크게 의존합니다. 이 조합은 용접, 페인팅, 조립과 같은 작업에 필요한 위치 정확도를 유지하면서 무거운 페이로드를 조작하는 데 필요한 토크를 제공합니다.

프레임리스 모터는 로봇 팔의 관절 구조에 직접 통합되어 별도의 모터 하우징의 무게와 벌크를 제거하기 때문에 이러한 응용 프로그램에서 특히 가치가 있습니다. 이러한 밀접한 통합은 팔의 전체 관성을 감소시켜 더 빠른 가속과 더 민첩한 동작 제어를 가능하게 합니다. 안전 유지 브레이크는 일반적으로 전력 손실 이벤트 동안 하중 위치를 유지하기 위해 통합되며, 이는 떨어지는 페이로드가 심각한 손상이나 부상을 초래할 수 있는 산업 환경에서 필수적인 안전 기능입니다.

6축 팔에서 직접 구동 구성으로의 추세도 활발해지고 있습니다. 기어박스를 완전히 제거함으로써 직접 구동 토크 모터는 제로 백래시 작동을 달성하며, 이는 미세한 위치 오류도 허용되지 않는 검사 로봇 및 수술용 팔에 매우 중요합니다.

SCARA 시스템: 속도가 최고

선택적 순응 관절식 로봇 팔(SCARA 시스템으로 더 잘 알려짐)은 근본적으로 다른 모터 요구 사항을 마주하고 있습니다. 이 로봇들은 속도에 최적화되어 있으며, 특히 사이클 시간이 주요 경쟁 지표인 픽-앤-플레이스 작업에서 그렇습니다. 평면 회전 축은 극도로 빠른 가속이 가능한 고토크 AC 서보 모터를 사용하여 팔이 최소한의 전환 시간으로 위치 간에 신속하게 이동할 수 있게 합니다.

SCARA 로봇의 수직 Z축은 자신의 모터 문제를 제시합니다. 일부 설계는 이 축에 서보 모터 구동 나선 드라이브를 사용하여 높은 힘과 위치 정확도를 제공합니다. 다른 설계는 나선 드라이브의 기계적 복잡성을 완전히 제거하는 선형 모터를 채택했으며, 일부 힘 기능을 뛰어난 속도와 감소된 유지 보수 요구 사항으로 바꾸었습니다.

데카르트 로봇과 갠트리 로봇: 비용 효율적인 단순성

복잡성 스펙트럼의 다른 쪽 끝에서 데카르트 로봇과 갠트리 시스템은 비용 효율성과 확장성을 우선순위로 합니다. 이러한 플랫폼은 일반적으로 선형 축을 따라 벨트 또는 리드 나선 메커니즘을 구동하는 스테퍼 또는 서보 모터를 사용합니다. 관절식 팔의 민첩성은 없지만, 직관적인 모터 요구 사항은 더 낮은 구매 및 유지 보수 비용으로 변환되어 동작 프로필이 상대적으로 단순한 대규모 생산 환경에 매력적입니다.

스테퍼 모터는 절대 위치 지정이 중요하지 않은 응용 프로그램의 데카르트 시스템에서 여전히 인기가 있으며, 토크, 단순성 및 가격의 강력한 조합을 제공합니다. 더 높은 성능이 필요할 때, 인코더 피드백이 있는 서보 모터는 더 복잡한 로봇 유형의 위치 정확도와 같거나 초과할 수 있는 폐쇄 루프 제어를 제공합니다.

협업 로봇: 수렴이 일어나는 곳

아마도 가장 흥미로운 모터 설계 추세는 산업용 및 협업 로봇 아키텍처 간의 수렴입니다. 협업 로봇 또는 코봇은 원래 근본적으로 다른 기계로 구상되었습니다 — 산업용 기계보다 가볍고, 더 느리고, 본질적으로 더 안전합니다. 하지만 프레임리스 모터 기술이 성숙해지면서, 코봇의 기계적 아키텍처는 점점 더 산업용 6축 팔과 유사해지고 있습니다.

현대 코봇은 산업용 로봇과 동일한 프레임리스 브러시리스 모터 및 변형 파동 기어링을 사용하지만, 인간 접촉을 감지하고 대응할 수 있게 하는 추가 센서 및 순응 기능이 있습니다. 이러한 수렴은 코봇 모터가 근본적으로 다른 유형의 작동기보다는 기본적으로 상단에 겹쳐진 강화된 감지가 있는 산업용 모터라는 것을 의미합니다.

부상하는 모터 기술

앞을 내다보면, 축 방향 플럭스 및 팬케이크 형 모터 구조는 경량 응용 프로그램에서 견인력을 얻고 있습니다. 이러한 설계는 극히 낮은 프로필과 감소된 관성을 제공하여 모든 그램이 중요한 로봇 손목 관절 및 엔드 이펙터에 이상적입니다. 수술 로봇 및 검사 시스템은 이러한 모터 구성의 초기 채택자입니다.

머신 러닝과 모터 제어 시스템의 통합은 또 다른 경계를 나타냅니다. 모터 성능 데이터에 적응 알고리즘을 적용함으로써 로봇은 실시간으로 마모, 온도 변화 및 하중 변동을 보상하기 위해 학습할 수 있으며, 모터 수명을 연장하고 수천 시간의 작동 시간 동안 성능을 유지할 수 있습니다. 이 소프트웨어 하드웨어 통합은 모터 자체와 이를 제어하는 지능 간의 경계를 모호하게 하여, 로봇 작동기가 전자 기계만큼 계산 장치인 미래를 향하고 있습니다.

이 기사는 The Robot Report의 보도에 기반합니다. 원본 기사를 읽으세요.