더 나은 엔드 이펙터 성능을 위해 로봇 관절 모터를 선택하는 방법은 무엇입니까?

소개

로봇 암을 설계할 때 적합한 로봇 관절 모터를 선택하는 것은 단순히 가장 높은 토크, 가장 작은 크기 또는 가장 진보된 전동 기술을 선택하는 문제가 아닙니다. 각 로봇 관절의 최종 목적은 엔드 이펙터의 움직임과 성능을 지원하는 것입니다.

로봇 암에는 그리퍼, 진공 툴, 카메라, 용접 토치, 검사 장치, 디스펜싱 헤드, 드라이버 또는 기타 특수 공구가 사용될 수 있습니다. 각 엔드 이펙터는 가반하중, 이동 속도, 가속도, 위치 안정성 및 동적 응답에 대해 서로 다른 요구사항을 만듭니다.

따라서 로봇 관절 모터의 선정은 로봇 암 끝단에서 요구되는 성능에서 시작해야 합니다.

엔드 이펙터의 질량, 무게중심, 치수, 동작 사이클, 가속도 요구사항 및 작업 과업은 모두 로봇 관절에 요구되는 성능에 영향을 미칩니다. 이러한 요구사항은 다시 모터 토크, 출력 속도, 감속비, 관절 질량 및 전동 특성으로 변환될 수 있습니다.

많은 로봇 시스템에서 하모닉 관절 모터와 유성 관절 모터는 모두 효과적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 최적의 선택은 단일 구성품의 사양이 아니라 전체 로봇 암에 요구되는 성능에 따라 달라집니다.

이 글에서는 엔드 이펙터 요구사항이 로봇 관절 모터 선정에 미치는 영향과 엔지니어가 실제 로봇 암 성능에 따라 하모닉 관절 모터 및 유성 관절 모터를 평가하는 방법을 설명합니다.

로봇 관절 모터 선정은 왜 엔드 이펙터에서 시작해야 할까요？

엔드 이펙터는 로봇 암이 실제 작업을 수행하는 부분입니다.

로봇 관절 모터는 단순히 토크를 발생시킨다고 해서 가치를 창출하는 것이 아닙니다. 그 목적은 로봇 암의 링크를 움직여 엔드 이펙터가 공작물 또는 주변 환경에 도달하고, 위치를 잡고, 가속 및 감속하며, 상호작용할 수 있도록 하는 것입니다.

이는 로봇의 최종 성능을 엔드 이펙터에서 평가해야 한다는 의미입니다.

로봇은 충분한 관절 토크를 갖추고 있어도 엔드 이펙터 성능이 저조할 수 있습니다. 암은 빠른 이동 후 진동하거나, 가속이 너무 느리거나, 안정화에 과도한 시간이 필요하거나, 외부 하중에서 위치 변화가 발생할 수 있습니다.

따라서 로봇 관절 모터 선정의 첫 단계는 엔드 이펙터가 달성해야 하는 목표를 정의하는 것입니다.

필요 가반하중, 툴 질량, 무게중심, 작업 범위, 최대 속도, 가속도, 위치 안정성 및 운전 사이클을 모두 고려해야 합니다.

이러한 요구사항이 정의되면 엔지니어는 전체 로봇 암에 요구되는 성능을 평가하고 각 축에 적합한 로봇 관절 모터를 선택할 수 있습니다.

엔드 이펙터 질량은 로봇 관절 모터 요구사항에 어떤 영향을 미칠까요？

엔드 이펙터 어셈블리는 종종 공구 자체보다 더 많은 구성품을 포함합니다.

완전한 로봇 엔드 어셈블리에는 그리퍼, 툴 체인저, 힘 센서, 카메라, 케이블, 커넥터, 진공 구성품, 공정 장비 및 공작물이 포함될 수 있습니다.

이 모든 구성품은 로봇 암이 지지하는 하중에 기여합니다.

그러나 로봇 관절 모터 선정은 질량만을 기준으로 해서는 안 됩니다.

무게중심의 위치도 마찬가지로 중요합니다.

콤팩트하고 무거운 툴은 로봇 플랜지에서 상당히 멀리 연장된 더 가벼운 툴보다 더 낮은 관절 모멘트를 발생시킬 수 있습니다.

단순화된 정적 조건에서 하중 모멘트는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다:

T = m ×g×L

여기서 T는 필요한 토크, m은 질량, g는 중력 가속도, L은 관절 축과 무게중심 사이의 유효 거리입니다.

로봇 암의 위치가 바뀌면 유효 레버 암도 변할 수 있습니다.

이는 로봇 관절 모터 요구사항을 하나의 정적 위치가 아닌 전체 동작 범위에 따라 계산해야 함을 의미합니다.

로봇 관절 모터 선정 시 툴 관성이 중요한 이유는 무엇일까요？

엔드 이펙터 질량은 동적 하중의 한 부분일 뿐입니다.

툴의 회전 관성은 로봇 관절 모터 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

회전축에서 크게 오프셋된 툴은 총질량이 비교적 낮더라도 상당한 가속 토크가 필요할 수 있습니다.

회전 관성은 다음과 같이 단순화할 수 있습니다:

J = m×r²

여기서 J는 회전 관성을 나타내고, m은 질량을 나타내며, r은 질량과 회전축 사이의 거리를 나타냅니다.

거리와의 제곱 관계는 툴 질량과 회전축 사이의 거리가 증가할수록 관성이 크게 증가할 수 있음을 의미합니다.

가속 및 감속 중에 로봇 관절 모터는 추가 토크를 발생시켜야 합니다.

이 동적 토크는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다:

T = J× α

여기서 α는 각가속도입니다.

긴 그리퍼, 검사 툴, 카메라, 공정 헤드 또는 확장형 툴 체인저가 장착된 로봇 암의 경우, 관성은 가반하중과 함께 평가되어야 합니다.

정적 토크 기준으로 충분해 보이는 로봇 관절 모터라도 빠른 이동 중에는 필요한 동적 성능을 제공하지 못할 수 있습니다.

로봇 관절 모터 질량은 로봇 암 동역학에 어떤 영향을 미칠까요？

로봇 관절 모터의 질량은 로봇 암 자체의 일부가 됩니다.

이는 특히 로봇 베이스에서 더 멀리 위치한 관절에서 중요합니다.

암 끝단 근처의 무거운 관절은 다른 로봇 관절의 하위 하중이 됩니다. 이 추가 질량은 모든 동작 사이클 동안 가속 및 감속되어야 합니다.

그 결과, 한 축에 불필요하게 큰 관절 모터를 선택하면 다른 축의 토크 요구사항이 증가할 수 있습니다.

이 영향은 누적될 수 있습니다.

더 큰 관절 모터는 하위 질량을 증가시킬 수 있습니다. 더 높은 하위 질량은 더 큰 상위 모터를 필요로 할 수 있습니다. 더 큰 상위 모터는 다시 로봇 구조에 더 많은 질량을 추가합니다.

이것이 로봇 관절 모터 선정 시 전체 로봇 암의 질량 분포를 고려해야 하는 이유입니다.

고속 애플리케이션에서는 불필요한 말단 질량을 줄이면 엔드 이펙터 가속도를 개선하고 전체 로봇의 기계적 하중을 줄이는 데 도움이 됩니다.

엔드 이펙터 성능에서 토크 밀도가 중요한 이유는 무엇일까요？

토크 밀도는 로봇 시스템이 출력 능력과 크기 및 질량의 균형을 맞춰야 하므로 로봇 관절 모터 선정 시 중요한 파라미터입니다.

충분한 토크를 제공하는 콤팩트한 관절 모터는 로봇 암의 치수를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 경량 관절은 하위 질량을 줄일 수 있습니다. 더 낮은 하위 질량은 다른 관절에 필요한 토크를 줄일 수 있습니다.

이러한 이점은 엔드 이펙터의 동적 성능을 향상시킬 수 있습니다.

그러나 목표는 가능한 한 가장 작은 로봇 관절 모터를 선택하는 것만이 아닙니다.

용량이 부족한 모터는 연속 토크가 불충분하거나, 열용량이 제한적이거나, 과부하 능력이 낮을 수 있습니다.

목표는 출력 토크, 관절 질량, 설치 치수 및 동적 요구사항 간에 적절한 균형을 제공하는 로봇 관절 모터를 선택하는 것입니다.

이는 고속 핸들링, 검사, 머신 텐딩 및 자동 조립용 로봇 암을 설계할 때 특히 중요합니다.

하모닉 관절 모터와 엔드 이펙터 성능

하모닉 관절 모터는 일반적으로 콤팩트한 관절 구조 내에서 모터와 하모닉 전동 시스템 및 기타 모션 구성품을 결합하여 설계됩니다.

이 유형의 솔루션은 로봇 암이 콤팩트한 설치 공간에서 높은 감속비를 필요로 할 때 유리할 수 있습니다.

로봇 시스템에서 하모닉 관절 모터는 크기 대비 높은 출력 토크를 제공하면서 콤팩트한 기계 아키텍처를 지원할 수 있습니다.

이는 설치 공간이 제한적이거나 관절 치수를 줄이는 것이 로봇 암의 전체 설계 개선에 도움이 되는 경우 유용할 수 있습니다.

하모닉 전동 기술 은 제어된 회전 위치결정이 중요한 애플리케이션에도 적합할 수 있습니다.

예를 들어, 정밀 조립, 검사, 콤팩트 자동화 장비 및 제어된 자재 취급에 사용되는 로봇 암은 필요한 토크, 치수 및 위치결정 성능의 조합이 시스템 특성과 일치할 경우 하모닉 관절 모터 의 이점을 얻을 수 있습니다.

그러나 하모닉 관절 모터 역시 전체 로봇 애플리케이션에 따라 평가해야 합니다.

최종 선정 전에는 필요한 출력 속도, 듀티 사이클, 외부 하중, 가속도, 기계적 강성 및 엔드 이펙터 관성을 모두 고려해야 합니다.

유성 관절 모터와 엔드 이펙터 성능

유성 관절 모터 는 로봇 관절 내에서 속도와 토크를 변환하기 위해 유성 감속 시스템을 사용합니다.

유성 전동 시스템은 산업용 모션 애플리케이션에 널리 사용되며 감속비 및 성능 구성에 유연한 접근 방식을 제공할 수 있습니다.

로봇 암에서 유성 관절 모터는 필요한 출력 속도, 토크, 효율 및 시스템 구성이 애플리케이션 특성과 부합할 때 적합할 수 있습니다.

서로 다른 감속비는 모터 속도와 출력 속도 간의 서로 다른 관계를 지원할 수 있습니다.

이는 로봇 암이 빠른 이동과 출력 토크 간의 특정 균형을 필요로 할 때 유용할 수 있습니다.

유성 관절 모터를 하모닉 관절 모터의 단순한 저성능 대안으로 간주해서는 안 됩니다.

두 기술은 서로 다른 기계적 특성을 가집니다.

적절한 선택은 엔드 이펙터 작업, 필요한 모션 프로파일, 가용 설치 공간, 출력 토크, 속도 요구사항 및 전체 로봇 암 아키텍처에 따라 달라집니다.하모닉 관절 모터 vs. 유성 관절 모터

하모닉 관절 모터와 유성 관절 모터의 비교는 어떤 기술이 더 우수한지에 대한 일반적인 주장보다 로봇 작업에서 시작해야 합니다.

하모닉 관절 모터는 로봇 암이 제한된 설치 공간에서 콤팩트한 구조, 높은 감속비, 높은 토크 밀도 및 정밀한 회전 운동을 요구할 때 더 적합할 수 있습니다.

유성 관절 모터는 애플리케이션이 출력 속도, 전동 효율, 감속비 및 기계적 구성 간의 다른 균형을 요구할 때 적합할 수 있습니다.

최종 결정은 전체 운전 조건을 고려해야 합니다.

여기에는 엔드 이펙터 질량, 가반하중, 무게중심, 툴 관성, 필요한 속도, 가속도, 듀티 사이클, 로봇 암 치수 및 설치 요구사항이 포함됩니다.

최고의 로봇 관절 모터가 반드시 가장 높은 토크 또는 가장 복잡한 전동 기술을 갖춘 것은 아닙니다.

이는 전체 로봇 암이 필요한 엔드 이펙터 성능을 효율적이고 안정적으로 달성할 수 있게 하는 관절 모터입니다.

관절 강성은 엔드 이펙터 안정성에 어떤 영향을 미칠까요？

엔드 이펙터 안정성은 로봇 암의 전체 기계 구조에 영향을 받습니다.

관절, 전동 시스템, 베어링, 하우징, 장착 인터페이스 및 로봇 링크는 모두 하중 하에서 작은 기계적 변형을 겪을 수 있습니다.

이러한 영향은 로봇 암 전체에서 누적될 수 있습니다.

긴 작업 반경의 로봇에서는 베이스 부근의 작은 각변위가 엔드 이펙터에서 더 큰 위치 변화를 만들 수 있습니다.

이는 출력 토크만으로 로봇 관절 모터를 평가하기에 충분하지 않음을 의미합니다.

애플리케이션이 안정적인 툴 위치결정을 요구하는 경우 기계적 강성도 고려해야 합니다.

이는 정밀 조립, 검사, 삽입, 디스펜싱, 연마 및 엔드 이펙터와 공작물 간의 관계가 안정적으로 유지되어야 하는 기타 작업을 포함하는 로봇 애플리케이션에서 특히 중요합니다.

목표는 관절 모터를 전체 기계 시스템의 일부로 평가하는 것입니다.

동적 응답 및 엔드 이펙터 안정화 시간

로봇은 목표 위치에 빠르게 도달할 수 있지만 엔드 이펙터가 안정화되기까지는 추가 시간이 필요할 수 있습니다.

가속 및 감속 후 로봇 암 내부의 진동은 엔드 이펙터의 안정화 거동에 영향을 미칠 수 있습니다.

이 안정화 시간은 실제 생산 사이클에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.

예를 들어, 엔드 이펙터가 다음 작업을 시작하기 전에 로봇이 진동 감소를 기다려야 한다면 최대 로봇 속도를 높여도 항상 생산성이 향상되는 것은 아닙니다.

로봇 관절 모터 선정은 관절 질량, 출력 관성, 기계적 강성, 전동 특성 및 로봇 축 간의 동적 상호작용과 같은 요소를 통해 이러한 거동에 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 고속 자동화에서는 엔지니어가 엔드 이펙터가 얼마나 빠르게 이동하고, 정지하고, 안정화할 수 있는지를 고려해야 합니다.

목표는 높은 최대 속도만이 되어서는 안 됩니다.

목표는 전체 운전 사이클에 걸친 효과적인 모션 성능이어야 합니다.

다양한 엔드 이펙터 작업을 위한 로봇 관절 모터 선정

서로 다른 엔드 이펙터는 로봇 관절 모터에 서로 다른 요구사항을 만듭니다.

자재 취급 그리퍼는 높은 가반하중과 효율적인 반복 동작을 요구할 수 있습니다. 정밀 조립 툴은 제어된 위치결정과 안정적인 모션을 요구할 수 있습니다. 비전 시스템은 낮은 진동과 빠른 안정화를 요구할 수 있습니다. 공정 툴은 변화하는 외부 하중 하에서 연속 운전을 요구할 수 있습니다.

따라서 로봇 관절 모터 선정은 실제 작업 과업을 기반으로 해야 합니다.

작업 과업은 엔드 이펙터 요구사항을 정의합니다.

엔드 이펙터 요구사항은 로봇 암에 필요한 성능을 정의합니다.

로봇 암 성능 요구사항은 다시 각 로봇 관절 모터의 토크, 속도, 질량, 강성 및 전동 요구사항을 정의합니다.

이 시스템 수준의 접근 방식은 카탈로그 사양만을 기준으로 로봇 관절을 선정하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

로봇 관절 모터 선정을 위한 시스템 수준 방법

실용적인 로봇 관절 모터 선정 프로세스는 엔드 이펙터와 작업 과업을 정의하는 것에서 시작합니다.

완전한 엔드 어셈블리에는 툴, 가반하중, 센서, 커넥터, 케이블 및 기타 설치 장비의 질량이 포함되어야 합니다.

그다음 무게중심과 회전 관성을 평가해야 합니다.

필요한 동작 범위, 속도, 가속도 및 사이클 시간은 로봇 암의 동적 성능 요구사항을 수립하는 데 사용할 수 있습니다.

그런 다음 기계 모델을 사용하여 작업 범위 전반에서 각 관절이 받는 정적 및 동적 하중을 추정할 수 있습니다.

이후 필요한 관절 특성은 출력 토크, 연속 운전 요구사항, 속도, 질량, 치수, 전동 구성 및 설치 조건에 따라 평가할 수 있습니다.

예비 관절 모터를 선정한 후에는 실제 질량과 치수를 전체 로봇 암 모델에 반영해야 합니다.

그런 다음 선정된 로봇 관절 모터가 최종 엔드 이펙터 성능에 미치는 영향을 판단하기 위해 시스템을 다시 평가할 수 있습니다.

이러한 반복적 접근 방식은 충분한 성능과 신뢰성을 유지하면서 불필요한 과대 선정을 방지하는 데 도움이 됩니다.

HONPINE 하모닉 관절 모터 및 유성 관절 모터 솔루션

HONPINE은 하모닉 관절 모터 및 유성 관절 모터 솔루션을 포함하여 로봇 및 산업 자동화 애플리케이션을 위한 통합 모션 제품을 제공합니다.

서로 다른 로봇 애플리케이션에는 출력 토크, 감속비, 속도, 치수 및 관절 질량의 서로 다른 조합이 필요할 수 있습니다.

따라서 로봇 관절 모터 선정 시에는 개별 사양이 아닌 전체 로봇 시스템을 고려해야 합니다.

중요한 애플리케이션 정보에는 엔드 이펙터 유형, 가반하중, 툴 질량, 무게중심, 로봇 암 작업 반경, 링크 질량, 필요한 출력 속도, 가속도, 운전 사이클 및 가용 설치 공간이 포함될 수 있습니다.

이러한 파라미터는 각 관절의 성능 요구사항을 평가하는 기반을 제공할 수 있습니다.

애플리케이션에 따라 하모닉 관절 모터는 높은 감속비와 높은 토크 밀도를 요구하는 콤팩트한 로봇 아키텍처에 장점을 제공할 수 있습니다.

유성 관절 모터는 출력 속도, 전동 구성 및 기계적 요구사항 간에 다른 균형이 필요할 때 대안 솔루션을 제공할 수 있습니다.

설계자는 전체 로봇 암과 엔드 이펙터에 필요한 성능을 평가하여 애플리케이션에 더 균형 잡힌 관절 모터 아키텍처를 선택할 수 있습니다.

결론

로봇 암의 성능은 궁극적으로 엔드 이펙터에서 측정됩니다.

따라서 로봇 관절 모터 선정은 제품 사양이 아니라 최종 작업에서 시작해야 합니다.

엔드 이펙터의 질량과 무게중심은 관절 하중에 영향을 줍니다. 툴 관성은 가속도 요구사항에 영향을 줍니다. 관절 질량은 전체 로봇 암의 동적 성능에 영향을 줍니다. 기계적 강성은 엔드 이펙터 안정성에 영향을 줍니다. 모든 로봇 관절의 결합 성능은 엔드 이펙터가 얼마나 빠르게 이동하고 안정화할 수 있는지에 영향을 줍니다.

하모닉 관절 모터와 유성 관절 모터는 모두 로봇 시스템에 효과적인 솔루션을 제공할 수 있지만, 애플리케이션의 실제 요구사항에 따라 선정해야 합니다.

최고의 로봇 관절 모터는 단순히 가장 강력하거나, 가장 작거나, 감속비가 가장 높은 솔루션이 아닙니다.

이는 전체 로봇 암을 위해 토크, 속도, 질량, 치수, 동적 성능 및 신뢰성 간의 올바른 균형을 제공하는 관절 모터입니다.

엔드 이펙터의 요구사항에서 시작하여 로봇 암을 거슬러 올라가며 검토함으로써 엔지니어는 더욱 효율적이고 애플리케이션 지향적인 관절 모터 아키텍처를 개발할 수 있습니다.

HONPINE은 로봇 및 자동화 애플리케이션을 위한 하모닉 관절 모터 및 유성 관절 모터 솔루션을 제공하며, 시스템 설계자가 전체 로봇 시스템의 성능 요구사항에 따라 통합 회전 모션 솔루션을 평가할 수 있도록 지원합니다.