레이저 기술

용접 로봇은 현대 자동화 용접 생산 라인의 핵심 실행 단위이다. 이들의 동작 정확도, 응답 속도 및 적재 용량은 주로 구동 시스템의 성능에 크게 의존한다. 구동 시스템은 제어 명령을 로봇 관절의 움직임으로 변환하는 역할을 담당한다.

용접 로봇의 구동 방식은 주로 다음의 기본 유형으로 분류된다:

1.유압 전달 로봇:  이름에서 알 수 있듯이, 이 유형의 로봇은 유압 동력을 이용하여 기계적 움직임을 수행한다. 그 특징으로는 100kg 이상의 집게 힘, 부드러운 전달, 소형 구조, 민감한 움직임 등이 있다. 그러나 밀봉 장치에 대해 매우 엄격한 요구 사항을 갖는다.

장점:

높은 출력 대 중량 비율:  동일한 부피에서 공압식 및 전기식 구동 장치보다 훨씬 큰 출력력을 제공합니다.

부드러운 작동: 유압 오일은 감쇠 특성과 강력한 충격 저항성을 갖추고 있습니다.

자기 윤활성:  유압 오일이 움직이는 부품을 윤활시켜 긴 수명을 보장합니다.

제한 사항:

누출 발생 경향:  씰의 마모로 인해 유압 오일 누출이 쉽게 발생하며, 이는 용접 작업물의 오염을 초래할 수 있습니다.

온도 상승 민감성: 오일 온도 변화는 점도 변화를 유발하여 제어 정확도에 영향을 미칩니다.

복잡한 유지보수:  유압 스테이션, 냉각 및 여과 시스템이 필요하며, 넓은 설치 공간을 차지합니다.

2.공압 조작기  는 압축 공기를 이용해 액추에이터를 구동하는 장치입니다. 주요 장점은 공기 공급원이 풍부하고, 출력 힘이 낮으며, 공압 작동 속도가 빠르고, 구조가 비교적 단순하며 비용이 저렴하다는 점입니다. 그러나 단점으로는 공기의 압축성으로 인해 작동 속도의 안정성이 떨어지고, 충격이 크며, 상대적으로 낮은 공기 압력으로 인해 일반적으로 약 30kg 수준의 제한된 그립 중량을 가지는 점이 있습니다. 유압 조작기와 비교할 때, 공압 조작기는 고속·경하중·고온·먼지 많은 환경에 더 적합합니다.

장점:

저렴한 비용:  저렴한 공기 공급원 및 액추에이터, 간단한 유지보수.

과열 없음: 우수한 열 방출 성능으로 고온 용접 환경에서 보조 동작에 적합합니다.

청결:  오염 없는 배기.

제한 사항:

정위 능력이 떨어짐:  임의의 중간 지점 정위가 어렵고, 단지 종단 지점 위치에만 적합합니다.

저속 크롤링:  저속에서 불안정한 움직임.

높은 소음:  배기 소음이 일반적으로 75 dB를 초과함.

3. 기계식 전동 로봇 암: 이 유형의 로봇 암은 기계식 전동 메커니즘에 의해 구동된다. 이는 주 기계 공작기계에 부착된 전용 로봇 암으로, 동력은 주로 작업 메커니즘에서 전달된다. 주요 특징은 정확하고 신뢰성 높은 움직임, 높은 작동 빈도이지만, 구조가 비교적 크고 운동 프로그램이 고정되어 있다는 점이다. 주로 주 기계 공작기계의 자재 적재 및 하역에 사용된다.

장점:

고정밀도 및 정확한 전동비: 기계식 전동은 강체 간의 맞물림 또는 접촉을 기반으로 하므로(예: 기어 또는 리드스크류) 미끄러짐이 없어 정확한 전동비와 높은 반복 정밀도를 실현할 수 있다. 또한 유압 시스템에서 흔히 발생하는 누출 또는 히스테리시스 문제를 피할 수 있다.

빠른 응답 속도:  기계 부품은 높은 강성을 가지며 유압 오일이나 가스와 같은 압축성은 없어, 기동, 정지, 역회전 시 직접적인 운동 전달과 빠른 응답 특성을 나타내며 고속 작동에 적합하다.

강력한 하중 용량: 잘 설계된 기어박스 또는 링크 장치를 통해 큰 정적 및 동적 하중을 견딜 수 있으며, 높은 전달 효율(특히 기어 전달의 경우 효율이 90% 이상에 달함)을 갖는다.

높은 신뢰성과 긴 수명:  적절한 윤활과 정상적인 작동 조건 하에서는 기계 부품의 피로 수명이 길고, 고장 모드가 명확하여 예측 및 정비가 용이하다.

장점:  강한 환경 적응성: 전기 구동 방식은 전자기 간섭에 취약하고, 유압 구동 방식은 유체 오염에 민감한 반면, 순수 기계식 변속기는 고온, 분진, 방사선 등과 같은 열악한 환경에 대해 일정 수준의 내구성을 갖는다.

제한 사항:  

복잡한 구조 및 대형/중량:  다중 자유도 운동을 실현하려면 링크, 관절, 기어를 복잡하게 조합해야 하므로 관성 모멘트가 큰 부피가 큰 로봇이 되어 고속 동적 성능을 제한한다.

유연성 부족: 캠 및 링크 메커니즘과 같은 순수 기계식 전달 장치의 설계 및 제조가 완료되면 운동 경로와 행정 거리가 고정되어 다종류·소량 생산 방식의 유연한 제조 요구에 대응하기 어려우며, 운동을 변경하려면 일반적으로 캠을 교체하거나 링크를 조정해야 하므로 시간과 노동력이 많이 소요된다.

백래시 존재:  기어 맞물림 및 핀 조인트 연결은 불가피하게 백래시를 수반하며, 장기간 사용으로 인한 마모는 백래시를 더욱 악화시켜 전달 이동 거리 및 위치 정확도를 저하시키고 용접 경로 품질에 영향을 준다.

높은 제조 비용 및 유지보수 요구:  정밀 기어, 고정밀 리드스크류 및 기타 부품은 제조가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 동시에 기계식 조인트는 정기적인 윤활, 먼지 방지, 마모 모니터링이 필요하여 유지보수 작업량이 매우 큽니다.

장점:  소음 및 진동: 고속 작동 중 기어 맞물림 충격과 링크의 관성으로 인해 상당한 소음과 기계적 진동이 발생하며, 이는 용접 아크의 안정성에 영향을 줄 수 있습니다.

4. 전기 구동 로봇 암: 이 유형의 로봇 암은 특수 구조의 유도 모터, 직선 전기기계 시스템 또는 파워 스테퍼 모터를 사용하여 액추에이터를 직접 구동합니다. 중간 변환 메커니즘이 필요하지 않기 때문에 기계적 구조가 비교적 단순합니다. 특히 직선 모터 로봇 암은 고속 및 장거리 이동이 가능하며, 유지보수와 사용이 매우 편리합니다.

장점:

최고 정밀도: 복잡한 3차원 곡선(예: 원호 및 스플라인 곡선) 용접이 가능합니다.

유연한 제어:  디지털화, 네트워크 연결, 티치 프로그래밍 구현이 용이합니다.

높은 에너지 효율성 에너지 변환 효율이 90% 이상에 달하며, 대기 전력 소비가 낮습니다.

낮은 유지보수:  유압 오일 또는 공기 호스가 필요 없어 청결성을 보장합니다.

제한 사항:

높은 비용: 서보 모터와 정밀 감속기는 비용이 높습니다.

과열 보호: 정격 부하 상태에서 장시간 고속 용접을 수행할 경우 모터 냉각 상태를 점검해야 합니다.

전자기 간섭에 민감합니다:  적절한 차폐 및 접지가 필요합니다.

전반적으로 현대의 용접 로봇은 완전한 전기화, 고정밀화, 네트워크화 및 협업화 방향으로 발전하고 있다. 구동 및 전달 시스템(예: 직접 구동 토크 모터에서 감속기를 제거하거나 구동 모듈을 관절 내부에 통합하는 것 등)의 심층적 통합은 신뢰성과 경로 추적 성능을 한층 더 향상시킨다. 향후 서보 제어 알고리즘(예: 힘 제어 및 비전 서보 제어)과 인공지능 기술이 결합됨에 따라, 용접 로봇은 점차 복잡해지는 용접 공정 및 생산 환경 요구 사항에 대응하기 위한 보다 지능적이고 유연한 방향으로 진화할 것이다.