AGV와 AMR을 위한 ‘PC 기반 제어 시스템’의 특장점
AGV(무인 운반차)와 AMR(자율 이동 로봇) 시장은 무인 운송 시스템이 내부 및 생산 물류 분야에 가져다 주는 유연성, 효율성, 안전성에 힘입어 급속하게 확장되고 있다.
팬데믹 이전 많은 회사들이 산업용 로봇을 면밀히 검토했다. 그도 그럴 만한 것이 로봇은 숙련된 노동자 부족을 완화하고, 생산성을 향상시키며, 운영 품질을 일관되게 높은 수준으로 유지할 수 있는 기회를 제공하기 때문이다. 로봇은 종종 직원들이 하기 싫어하는 무거운 물건을 들어 올리는 것과 같이 단조롭고 힘든 작업을 대신 한다.
이러한 요인들의 결합은 물류 및 생산 운영 분야에서 AGV와 로봇, 특히 자율 이동 로봇의 사용이 증가하는 추세를 촉발하는 계기가 됐다. 포브스 비즈니스 인사이트(Forbes Business Insights)는 2021년부터 2028년까지 자율 이동 로봇의 연평균 성장률이 23.7%에 달해, 궁극적으로 87억 달러(80억 7000만 유로)에 이를 것으로 전망하고 있다. 전자상거래 매출의 급격한 증가로 인해, 창고 및 유통 센터 산업은 모바일 로봇 분야에서 가장 높은 성장률을 기록할 것으로 예상되며, 그 뒤를 제조 분야가 따를 것으로 예상된다.
대부분의 자율 이동 로봇용 제어 플랫폼은 서로 다른 시스템 (PLC, 모션 제어, 내비게이션 시스템, 안전 시스템, 배터리 시스 템)으로 구성되어 있기 때문에, 모바일 로봇의 기능은 기본 기술에 의해 제한되는 경우가 많다.
AGV 제어 시스템의 이러한 개별 구성 요소를 결합하는 것은 전통적으로 복잡한 작업이었으며, AGV의 컴팩트한 프레임 내에서 세심한 통합과 배선이 필요했다. 이것이 바로 모바일 로봇을 위한 가장 컴팩트한 제어 시스템 중 하나인 Beckhoff의 PC 기반 제어 시스템이다. 이 시스템은 모든 필수 기능을 하나의 컴팩트한 기계 제어 시스템에 결합하여 중요한 이점을 제공한다.
▲ Beckhoff의 모듈식 구성 요소는 AGV와 AMR의 자동화 분야에서 확실한 경쟁 우위를 제공한다.
AGV와 AMR을 위한 고성능 제어 플랫폼
Beckhoff는 검증된 PC 기반 제어 기술을 사용하여 개방형 자동화 시스템을 구현한다. 이 제품군의 주요 영역은 산업용 PC, I/O 및 필드버스 구성 요소, 드라이브 기술, 자동화 소프트웨어, 제어 캐비닛이 없는 자동화, 머신 비전을 위한 하드웨어이다. 실시간 이더넷 필드버스인 EtherCAT은 고성능 통신을 보장한다.
Beckhoff의 PC 기반 제어의 또 다른 주요 장점은 AGV의 다양한 제어 작업을 멀티 코어 CPU의 개별 코어에 분산시켜 CPU 성능을 최적화할 수 있다는 점이다. 필요할 경우 TwinCAT의 Core Boost를 통해 단일 코어를 부스트할 수도 있다.
그 결과, 단일 임베디드 또는 산업용 PC를 기반으로 하는 완전 통합 시스템 아키텍처가 탄생했다. 이 시스템은 PLC, 모션 제어, HMI, 비전, 로봇공학, 분석, 기계 학습, 모든 관련 안전 기능, 심지어 타사 소프트웨어(예를 들어, AGV를 탐색하기 위한 소프트웨어)까지 모든 AGV 기능을 수행한다.
PC 기반 제어는 각 복잡한 기능에 별도의 하드웨어가 필요하지 않으므로, 시스템의 수명 주기와 통합을 크게 향상시키는 동시에 기능의 동기 실행도 지원한다. 모든 기능을 하나의 소형 제어 하드웨어에 통합하면 비용이 절감될뿐 아니라 차량 캐리어에 필요한 공간이 크게 줄어든다. AGV의 경우 설치 공간이 항상 중요하다.
▲ Oceaneering Mobile Robotics(OMR)는 Beckhoff의 강력하고 공간 절약적인 자동화 기술 덕분에 제조 및 의료 시설을 위한 작고 기동성이 뛰어난 자재 취급 로봇을 자동화할 수 있었다.
▲ Stretch는 Boston Dynamics의 30년간의 연구개발과 Beckhoff의 자동화 및 통합 안전 기술을 결합한다.
EtherCAT은 통신 문제를 해결한다
통신 프로토콜은 모바일 로봇을 제어하는 데에도 중요하다. 이 분야에서 EtherCAT이 실시간 이더넷 필드버스로서 상당한 이점을 제공한다. EtherCAT은 CANopen과 같은 다양한 통신 인터페이스를 통해 EtherCAT 연결 없이 주변 장치의 통합을 용이하게 한다.
TwinCAT 자동화 플랫폼은 30가지 이상의 다양한 통신 프로토콜을 지원하 므로 배터리 시스템 및 기타 주변 장치를 쉽게 통합할 수 있으며, 로컬 또는 공용 클라우드 서비스와도 직접 통신할 수 있다. 다양한 EtherCAT 터미널, EtherCAT 박스 모듈, EtherCAT 플러그인 모듈은 다양한 I/O 신호를 제공하 며, 거의 모든 AGV 구성 요소를 최소한의 노력으로 컨트롤러에 연결할 수 있도록 한다.
EtherCAT 플러그인 모듈은 AGV와 AMR의 연속 생산을 위한 매우 매력적인 옵션이다. 고객 맞춤형 회로 기판과 결합하면, 지점 간 배선이 필요 없기 때문에 배선 작업과 배선 오류를 줄일 수 있을 뿐 아니라, 대규모 생산을 위한 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
Beckhoff는 다양한 TwinSAFE 구성 요소와 안전 드라 이브 기술 간의 통신을 위해 TwinCAT FSoE를 사용한 다. 강력한 TwinCAT 3 안전 에디터와 결합하여, 이 에디터는 안전한 속도, 안전한 사람 감지 필드 선택, 안전한 리프트 및 틸트 모니터링 등 자율 이동 로봇의 안전한 작동을 위해 필요한 모든 기능을 구현할 수 있도록 해준다. EtherCAT FSoE는 블랙 채널 원칙에 따라 작동하기 때문에, 무선 통신과도 작동한다. 이는 각 모바일 로봇의 안전 상태를 차량 관리 시스템에 전달하는 데 중요한 요소이다.
Beckhoff가 제공하는 것과 같이 정지, 속도, 위치, 가속, 회전 방향에 대한 통합 안전 모션 기능을 포함한 저전압 소형 드라이브는 모바일 로봇의 자동화에 필수적이다.
▲ 모듈식 산업용 로봇 시스템 ATRO는 내부 물류 및 생산의 취급을 단순화한다.
소프트웨어가 기능을 정의한다
모바일 로봇의 경우 유연성과 기능이 가장 중요하기 때문에, 그기반이 되는 기술도 이와 유사한 초점을 가져야 한다. TwinCAT 을 사용하면 기본 구성 요소에 AGV와 AMR을 최적화하기 위한 머신 러닝과 분석 기능을 포함한 TwinCAT 기능을 추가할 수 있다. 또한, 모든 신호 곡선과 시스템 상태를 종합적으로 분석하기 위한 TwinCAT 3 Scope View 소프트웨어 오실로스코프를 포함한 진단을 위한 고성능 도구도 사용할 수 있다. EtherCAT 및 컨트 롤러 진단은 API를 통해 TwinCAT HMI 시스템 시각화에 직접 통합할 수 있으며, 엔지니어링 작업이 전혀 필요하지 않다.
유연성이 필요한 또 다른 주요 트렌드는 산업용 모바일 로봇이다. 기본적으로, 이것은 피킹 또는 팔레타이징 기능을 수행할 수 있는 다관절 로봇 팔을 갖춘 모바일 로봇을 의미한다. TwinCAT과 EtherCAT의 개방성은 Beckhoff 플랫폼이 거의 모든 타사 로봇을 지원할 수 있음을 의미한다.
Beckhoff는 또한 ATRO(Automation Technology for Robotics)라는 모듈식 로봇을 발표했다. ATRO는 다양한 링크와 모터 모듈을 사용하여 작업에 최적화된 로봇 운동학을 구축할 수있는 모듈식 로봇 시스템이다. 통신, 전력, 공압용 케이블은 로봇 팔의 중심을 통과하여 각 축에서 무한대로 회전할 수 있다. 따라서 로봇 팔의 도달 범위를 제한하는 외부 케이블 가이드가 필요하지 않다.
ATRO 시스템의 가장 큰 장점은 TwinCAT 제어 아키텍처에 완전히 통합되어 별도의 로봇 컨트롤러가 필요 없다는 것이다.
Beckhoff의 모바일 로봇 컨트롤러도 ATRO 운동학을 처리한다. ATRO는 로봇 팔을 추가하여 모바일 로봇에 새로운 가능성을 열어주고, 소매 및 택배 서비스 분야의 많은 최종 사용자가 필요로 하는 유연성을 제공한다.
자율 주행 모바일 로봇은 현대의 창고와 유통 센터에서 필수적인 역할을 하고 있으며, 점점 더 많은 공급업체가 시장에 진입하면서 시장이 빠르게 발전하고 있다. 이처럼 경쟁이 치열한 분야에서 기업들은 긴 수명과 간단한 유지보수를 결합한 작고 민첩한 모바일 로봇을 제공함으로써 경쟁력을 강화할 수 있는 방법을 모색하고 있다.
자료제공: Beckhoff(www.beckhoff.com)
