KUKA - Kollmorgen, 소형 로봇에 최적화된 모터 공동 개발
KUKA의 KR Agilus 시리즈 소형 로봇은 정밀하고 민첩하며 빠른 동작이 특징이다. 이 5축 및 6축 핸들링 로봇은 민첩한 시스템으로서 짧은 사이클 타임과 높은 반복 정밀도를 제공하 며, 특히 픽앤플레이스(pick-and-place) 작업에 적합하다. Kollmorgen의 AKM 시리즈 동기식 서보 모터는 이러한 높은 동적 성능과 정밀도를 실현하는 데 핵심적인 역할을 한다. 양사의 협업 엔지니어링을 통해, 표준 모델 대비 모터의 설치 부피를 줄이고 로봇 전용 애플리케이션을 구현했으며, 전체 공급망 또한 최적화할 수 있었다.
고성능 서보 모터 맞춤 설계
다재다능한 고속 로봇으로서, KR Agilus 시리즈는 일반 산업용 애플리케이션에 특히 적합하다. 기본 모델은 본체 무게가 51kg에 불과하면서 최대 6kg의 하중을 처리할 수있어, 포장, 전자, 식품, 제약 산업 등에서 공정 자동화를 위한 이상적인 소형 로봇 솔루션으로 평가받고 있다.
이 로봇의 성공 요인은 짧은 사이클 타임과 극도의 정밀도에 있으며, 이는 Kollmorgen이 KUKA의 요구에 맞춰 고성능 서보 모터를 맞춤 설계할 수 있었기 때문에 가능했다.
Kollmorgen은 협업 엔지니어링 파트너로서 자사의 AKM 시리즈 동기식 서보 모터를 KR Agilus 로봇의 관절부에 완벽하게 맞도록 설계 변경을 진행했다.
KUKA는 매우 높은 출력 밀도를 갖춘 맞춤형 모터를 공급할 수 있는 제조 파트너를 필요로 했으며, AKM 모터는 매우 높은 토크 대비 체적비로 잘 알려져 있다. Kollmorgen 은 이 최고급 기술을 KUKA의 까다로운 사양에 맞게 최적 화함으로써 출력 밀도를 더욱 향상시켰고, 이를 통해 양사 간의 생산적인 협력 관계를 더욱 공고히 했다.
이번 프로젝트는 빠르게 공동 엔지니어링 방식으로 진화했으며, 그 핵심 목표는 산업용 표준 생산 방식의 장점을 유지하면서도 성능 향상 및 구조 설계 최적화를 실현하는 방법을 찾는 것이었다.
KUKA의 요구 사항은 기성 모터로는 충족시킬 수 없었지만, 팀은 전체 신규 개발 프로젝트를 추진하면서 따르는 리스크는 피하고자 했다. 표준 화, 가용성, 품질을 유지하는 것이 무엇보다 중요했기 때문이다.
따라서 목표는 표준 모터를 기반으로 통제된 범위 내에서 수정하여 최적 화하는 것이었다. 케이블 스트레인 릴리프, 수정된 베어링 쉘, KUKA 전용 커넥터 구성, 출력축의 특수 가공 구멍 등과 같은 맞춤형 변경 사항을 적용하더라도, 모터 제조업체가 전체 설계의 대부분은 표준 상태로 유지할 수 있다면 안정적인 생산이 가능하다는 판단이었다. 하지만 이러한 접근 방식은 설계 형상이 근본적으로 변경될 때에도 여전히 가능할까?
로봇 손목 관절에 완벽히 통합된 설계
Kollmorgen은 자사의 AKM 시리즈 중 가장 작은 서보 모터를 기반으로, 이러한 고난이도 과제를 성공적으로 해결했다. 원래도 크기가 작았던 이모터는 KUKA 로봇의 손목 관절 내부에 완전히 밀착되도록, 한층 더 슬림한 형태로 설계되어야 했다.
공동 엔지니어링 프로세스는 3D 모델과 외형 설계에서 출발해, 최종적으로는 정밀한 설계 데이터 수준의 협업으로 이어졌다. 현재 KR Agilus 로봇에 탑재된 AKM1 모터는 내부 구성만이 표준 제품과 동일하며, 외형과 구조는 KUKA 사양에 맞춰 완전히 새롭게 제작 되었다.
또한 Kollmorgen은 모션 시스템 전문 기업으로서, 독일 아우크 스부르크에 위치한 KUKA의 로봇 공장을 위해 맞춤형 테스트 프로세스와 품질 관리 절차를 갖춘 최적화된 생산 셀에서 모터를 제조하고 있다. 조립 라인에서 곧바로 KUKA로 운송할 수 있도록 특수 포장 방식도 적용됐다.
품질관리를 완성하기 위해, 체코 브루노에 위치한 Kollmorgen 지사는 이 두 공정에 대해 ‘고장 모드 및 영향 분석(FMEA)’을 수행함으로써 생산성과 신뢰성을 체계적으로 검증했다.
공통의 목표를 향한 엔지니어링 협력
Kollmorgen은 성능 요구를 충족하는 동시에 고객의 공급망 관리 (SCM)에 적합한 모션 솔루션을 설계하는 전략의 일환으로, 공급망 최적화를 중요한 요소로 보고 있다.
예를 들어, KR Agilus는 해당 로봇 클래스 중 유일하게 KUKA 고유의 Safe Operation 기능을 탑재하고 있다. 이 기능은 인간-로봇 상호작용을 획기적으로 간소화하는 기술이다. 이 기능 구현을 위해 Kollmorgen은 자사의 브레이크 공급업체와 협력해, 홀딩 브레이크와 비상 브레이크 기능을 동시에 수행하는 특수 맞춤형 모터 브레이크를 개발했다.
Kollmorgen은 자사 협력업체의 엔지니어링 전문성을 적극 활용하 여, 해당 작업에 최적화된 모션 솔루션을 완성하는 동시에 고객의 공급망 과제까지 함께 해결하는 통합적인 기술 전략을 실현했다.
‘AKM 서보 모터’ 높은 가속도, 정밀 제어, 탁월한 정확도
KUKA의 KR Agilus 로봇에 탑재된 특수 설계 서보 모터는 Kollmorgen의 AKM 시리즈를 기반으로 한다. 이 고가속 영구자석 서보 모터는 컴팩트한 기계 설계를 지원하기 위해 28가지 표준 하우징 및 장착 방식으로 제공되며, 에너지 소비를 줄이면서도 매우 높은 제어 정밀도와 가용성을 자랑한다. 또한, 맞춤형 스테 이터 권선을 통해 대부분의 표준 전원 전압과의 호환성도 확보하고 있다.
Kollmorgen은 동기식 서보 모터를 진정한 맞춤형으로 구성할 수있도록 다양한 크기와 출력 사양을 갖춘 모듈형 옵션과 기타 특수 사양을 제공한다. 이를 통해 AKM 시리즈는 검증된 표준 부품만 으로도 수많은 영구자석 모터 구성 조합을 가능하게 한다.
자료제공: Kollmorgen(www.kollmorgen.com)
