팔레타이징 로봇 구동부 요구 조건 살펴보기

목차

• 팔레타이징 로봇의 작업 방식과 하중 변화
• 적재 위치와 반복 동작이 관절에 미치는 영향
• 반복 하중과 무게중심도 함께 살펴봐야 합니다
• 연속 가동 환경에서 확인해야 할 부분
• 팔레타이징 로봇의 구동부는 무엇을 살펴봐야 하나
• 팔레타이징 로봇에 적용할 수 있는 본시스템즈의 구동 기술
• FAQ
• 참고자료

팔레타이징 로봇 구동부에 요구되는 조건 살펴보기

팔레타이징 로봇은 상자와 포대, 트레이 같은 제품을 들어 올려 팔레트 위에 정해진 순서와 배열로 쌓는 자동화 설비입니다.

제품을 잡고 들어 올린 뒤 원하는 위치로 이동해 내려놓는 동작을 반복하기 때문에 작업 과정 자체는 비교적 단순하게 보일 수 있습니다. 그러나 로봇의 관절이 받는 하중은 동작 단계마다 달라집니다.

제품을 잡기 전에는 움직이던 팔을 멈춰야 하고, 제품을 들어 올리면 그리퍼와 제품의 무게가 관절에 추가됩니다. 팔레트 쪽으로 이동하는 동안에는 로봇의 자세가 계속 변하고, 제품을 내려놓은 뒤에는 다시 빈 상태로 다음 제품을 향해 움직입니다.

이러한 동작을 생산 시간 동안 반복하기 때문에 팔레타이징 로봇의 구동부를 살펴볼 때는 한 번의 동작보다 전체 적재 사이클에서 관절이 어떤 조건을 반복해서 경험하는지 확인하는 것이 중요합니다.

이 글에서는 팔레타이징 로봇의 기본적인 작업 방식과 제품·그리퍼에 따른 하중 변화, 적재 위치에 따른 자세 변화, 반복 운전 조건과 구동부를 검토할 때 살펴봐야 할 내용을 알아봅니다.

팔레타이징 로봇의 작업 방식과 하중 변화

팔레타이징 로봇은 생산이나 포장 공정을 거쳐 나온 제품을 일정한 형태로 팔레트 위에 적재합니다.

주로 컨베이어 끝단이나 포장 설비의 출구처럼 제품이 일정한 위치로 공급되는 곳에 설치됩니다. 로봇은 제품에 접근해 그리퍼로 잡은 뒤 들어 올리고, 팔레트의 지정된 위치로 이동해 층별 배열에 맞춰 내려놓습니다.

반대로 팔레트에 쌓여 있는 제품을 하나씩 꺼내 다음 공정으로 보내는 작업은 디팔레타이징이라고 합니다.

팔레타이징 작업에서는 접근, 파지, 상승, 이동, 감속, 배치, 복귀 동작이 짧은 시간 안에 반복됩니다. 따라서 각 동작을 수행할 수 있는지만 확인하기보다 실제 생산시간 동안 이러한 작업을 반복할 때의 조건을 함께 살펴봐야 합니다.

적재하는 제품에 따라서도 로봇의 조건은 달라집니다.

골판지 상자처럼 형태가 일정한 제품도 있지만 곡물이나 사료를 담은 포대처럼 내용물에 따라 형상이 달라지는 제품도 있습니다. 음료 트레이나 비닐 포장 묶음처럼 크기와 표면 상태가 다른 제품도 팔레타이징 대상이 될 수 있습니다.

제품에 따라 사용하는 그리퍼의 구조도 달라질 수 있습니다. 평평한 표면을 들어 올릴 때는 진공 방식이 사용될 수 있고, 제품의 측면을 잡는 방식이나 아래쪽을 지지해 들어 올리는 구조가 사용되기도 합니다.

이때 그리퍼의 무게도 로봇 관절이 감당해야 하는 하중에 포함됩니다.

같은 제품을 옮기더라도 그리퍼가 무거워지거나 그리퍼와 제품의 무게중심이 손목 관절에서 멀어지면 관절에 작용하는 조건이 달라집니다. 따라서 로봇을 선정하거나 구동부를 검토할 때는 제품의 무게뿐 아니라 그리퍼를 포함한 전체 하중과 무게중심의 위치를 함께 확인해야 합니다.

적재 위치와 반복 동작이 관절에 미치는 영향

팔레타이징은 제품을 항상 같은 위치에 내려놓는 작업이 아닙니다.

하나의 팔레트를 채우려면 제품을 여러 위치에 배치해야 하고, 층이 올라갈수록 적재 높이도 달라집니다. 제품의 배치 방식에 따라 층마다 방향을 바꾸거나 위치를 달리하는 경우도 있습니다.

이 과정에서 로봇 팔의 자세도 계속 변합니다.

팔레트 가까운 위치와 먼 위치에 제품을 놓을 때 팔을 뻗는 정도가 달라지고, 낮은 층과 높은 층에서도 어깨와 팔꿈치 관절의 각도가 달라집니다. 팔레트 모서리에 제품을 놓을 때는 몸체와 손목의 방향도 달라질 수 있습니다.

따라서 특정 자세 하나만으로 전체 작업 조건을 판단하기는 어렵습니다. 팔을 멀리 뻗었을 때와 많이 굽혔을 때, 낮은 위치와 높은 위치 등 실제 적재 과정에서 사용되는 주요 자세를 함께 살펴봐야 합니다.

가속과 감속도 반복됩니다.

제품에 접근할 때는 속도를 낮추고, 제품을 잡은 뒤에는 다시 가속해 팔레트 쪽으로 이동합니다. 목표 위치에 가까워지면 감속한 뒤 제품을 내려놓고, 다시 방향을 바꿔 다음 제품을 향해 이동합니다.

로봇이 가속할 때는 팔과 그리퍼, 제품을 움직이기 위한 힘이 필요하고, 감속할 때는 움직이고 있던 질량을 멈추기 위한 힘이 필요합니다. 이동 방향이 바뀌면 관절에 작용하는 힘의 방향도 함께 달라질 수 있습니다.

목표 사이클 시간을 줄이기 위해 이동 속도를 높이면 가속과 감속 조건도 달라질 수 있습니다. 따라서 팔레타이징 로봇의 처리량을 검토할 때는 최고 속도만 비교하기보다 제품의 무게와 이동 거리, 실제 가감속 조건을 함께 살펴보는 것이 중요합니다.

반복 하중과 무게중심도 함께 살펴봐야 합니다

팔레타이징 작업의 특징 가운데 하나는 비슷한 동작이 장시간 반복된다는 점입니다.

제품을 들어 올릴 때 증가한 하중은 제품을 내려놓으면 다시 달라지고, 복귀 과정에서는 로봇이 빈 상태로 움직입니다. 이러한 과정에서 각 관절이 받는 하중의 크기와 방향도 계속 변합니다.

따라서 구동부를 검토할 때는 순간적으로 요구되는 최대 하중뿐 아니라 한 사이클 안에서 하중이 어떻게 변하고, 이러한 사이클이 하루 동안 얼마나 반복되는지도 살펴봐야 합니다.

제품의 무게중심도 중요한 조건입니다.

그리퍼가 제품의 중심에서 떨어진 위치를 잡거나 제품 자체의 무게중심이 한쪽으로 치우쳐 있다면 제품 무게에 의해 관절에 추가적인 모멘트가 발생할 수 있습니다.

포대처럼 내부 내용물이 움직일 수 있는 제품이나 여러 제품을 한 번에 들어 올리는 그리퍼를 사용할 때에도 전체 무게중심의 위치가 달라질 수 있습니다.

이러한 상태에서 로봇이 이동하고 방향을 바꾸면 제품과 그리퍼의 관성이 관절 하중에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 제품 무게뿐 아니라 그리퍼의 크기와 무게, 제품을 잡는 위치와 전체 무게중심까지 함께 검토하는 것이 좋습니다.

연속 가동 환경에서 확인해야 할 부분

팔레타이징 로봇은 생산라인의 운영 시간에 맞춰 반복적으로 움직이는 경우가 많습니다.

장시간 운전하면 모터와 감속기 등 구동부의 온도 상태가 초기 운전 시점과 달라질 수 있습니다. 감속기 내부의 윤활 상태 역시 운전 시간과 사용 환경에 따라 관리가 필요합니다.

팔레타이징 로봇이 설치되는 포장이나 물류 현장에서는 골판지 가루나 포장재 부스러기 등의 이물질이 발생할 수도 있습니다. 따라서 실제 운용에서는 제조사가 안내하는 윤활과 점검 기준을 확인하고, 가동 시간과 설치 환경을 고려해 구동부 상태를 관리하는 것이 좋습니다.

협동로봇을 활용하는 팔레타이징 설비에서는 작업 공간도 함께 살펴봐야 합니다.

작업자와 로봇이 가까운 공간을 사용하는 경우 실제 작업 조건에 맞는 안전 설계와 운용 기준이 필요합니다. 작업 속도가 제한되는 환경에서는 이를 반영해 목표 처리량과 로봇의 가동 시간을 함께 검토해야 합니다.

팔레타이징 로봇의 구동부는 무엇을 살펴봐야 하나

팔레타이징 로봇이라는 용도만으로 특정한 감속기나 액추에이터가 결정되지는 않습니다.

제품과 그리퍼의 무게, 작업 반경, 적재 높이, 이동 속도, 목표 사이클 시간, 반복 횟수와 관절별 설치 공간에 따라 필요한 구동 조건이 달라집니다.

먼저 제품을 잡은 상태에서 각 관절이 감당해야 하는 조건을 확인해야 합니다. 특히 팔을 멀리 뻗은 자세나 적재 범위의 끝부분처럼 관절의 하중 조건이 달라지는 구간을 함께 살펴보는 것이 좋습니다.

관절마다 요구 조건이 다른 점도 고려해야 합니다.

로봇 몸체에 가까운 관절은 팔과 그리퍼, 제품을 포함한 전체 움직임의 영향을 받습니다. 반면 손목에 가까운 관절에서는 그리퍼와 제품의 무게, 무게중심의 위치와 자세 변화가 중요한 조건이 될 수 있습니다.

반복 횟수와 연속 가동 시간도 함께 확인해야 합니다. 한 사이클의 동작뿐 아니라 하루 동안 몇 번의 적재 작업이 이루어지는지, 생산라인이 어느 정도 시간 동안 가동되는지를 확인해야 실제 운전 조건에 가까운 구동부 검토가 가능합니다.

결국 팔레타이징 로봇의 구동부는 최대 토크와 같은 하나의 사양만으로 판단하기보다 실제 적재 사이클에서 나타나는 하중과 자세, 속도, 반복 조건을 함께 놓고 살펴봐야 합니다.

팔레타이징 로봇에 적용할 수 있는 본시스템즈의 구동 기술

팔레타이징 로봇에서는 제품을 들어 올리고 이동한 뒤 정지하고, 제품을 내려놓은 다음 다시 복귀하는 동작이 반복됩니다. 이 과정에서 각 관절에 필요한 힘과 회전 속도, 하중 방향도 계속 달라집니다.

본시스템즈는 사이클로이드 감속 기술을 기반으로 BSR 감속기와 BCSA 액추에이터를 개발하고 있습니다.

사이클로이드 감속기는 사이클로이드 디스크와 내부 접촉부를 통해 회전력을 전달하는 구조입니다. 이러한 구조는 면접촉을 기반으로 하중을 분산하며, 로봇과 자동화 장비의 구동부에 활용되고 있습니다.

본시스템즈의 Pinless 구조는 기존 핀 구성에서 필요했던 일부 결합 요소를 줄이고 감속기 내부 부품 구성을 단순하게 설계하는 방향을 적용한 것이 특징입니다.

BSR은 사이클로이드 감속기 기반의 부품 단위 제품군입니다. 장비에 사용하는 모터와 기구 구조에 맞춰 구동부를 구성하려는 경우 적용 조건을 검토할 수 있습니다.

BCSA는 프레임리스 모터를 활용해 사이클로이드 감속기를 얇고 컴팩트한 구조로 결합한 액추에이터입니다. 모터와 감속기를 하나의 구동부 형태로 구성해 로봇 관절과 자동화 장비에 적용할 수 있도록 설계되었습니다.

얇은 구조로 관절 구동부가 차지하는 공간을 줄이면서도 사이클로이드 감속 구조를 통해 필요한 힘을 전달할 수 있는 것이 특징입니다. 특히 여러 관절을 사용하는 로봇에서는 구동부의 크기와 배치가 로봇 전체 구조에 영향을 주기 때문에, 컴팩트한 액추에이터는 관절 설계와 내부 공간 구성에도 유리하게 활용할 수 있습니다. 팔레타이징 로봇처럼 제품을 들어 올리고 이동하는 동작을 반복하는 장비에서도 관절별 토크와 설치 공간에 맞춰 적용을 검토할 수 있습니다.

팔레타이징 로봇에 BSR이나 BCSA를 적용할 때도 로봇 전체를 하나의 조건으로 보기보다 각 관절에 필요한 토크와 속도, 반복 운전 조건, 설치 공간 등을 제품 사양과 함께 검토하는 과정이 필요합니다.

FAQ

참고자료

1. 한국로봇산업협회(KAR) – https://www.korearobot.or.kr

2. 한국로봇산업진흥원(KIRIA) – https://www.kiria.org

3. 한국기계연구원 – https://www.kimm.re.kr

4. 국제로봇연맹(IFR) – https://ifr.org

5. 국제표준화기구(ISO) – https://www.iso.org

6. 한국산업기술시험원(KTL) – https://www.ktl.re.kr

7. 본시스템즈 공식 홈페이지 – https://www.bonsystems.co.kr

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