복잡한 유지보수는 이제 그만! 7축 로봇을 위한 멀티포인트 윤활 시스템

7축 관절형 로봇은 자동화 작업에서 속도, 효율성, 생산성을 극대 화하면서도 기존 6축 로봇의 작업 범위를 확장하려는 기업에게 최적의 선택지로 떠오르고 있다. 하지만 이러한 7축 시스템이 제공하는 장점에도 불구하고, 유지보수 측면에서는 일정한 도전 과제를 안고 있다.

그 중 하나가 바로 랙 앤 피니언(rack and pinion) 구동 장치와 7번째 축을 지지하는 리니어 가이드에 대한 윤활 관리이다. 기존 윤활 방식은 장비가 번거롭고, 설치 또한 복잡해 유지보수에 많은 시간이 소요된다. 또한 리니어 가이드와 랙 앤 피니언은 각기 다른 윤활 주기를 갖고 있어, 일반적인 윤활 시스템으로는 제대로된 유지관리가 어렵고 작업 속도 저하로 이어질 수 있다.

이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로 로컬 멀티포인트 자동 윤활 시스템을 7번째 축에 도입하는 것이 있다. 이 시스템은 여러 지점을 동시에 자동으로 윤활하여 시스템 전반의 유지보수 부담을 줄이고, 다양한 이점을 제공한다.

무엇보다 멀티포인트 윤활 시스템은 로봇의 작동을 보다 부드럽고 효율적으로 유지해 생산성을 높이고, 예기치 못한 가동 중단 시간을 줄여준다. 또한 갑작스러운 움직임으로 인한 인근 작업자 와의 충돌 위험도 줄어들어, 작업 안전성까지 향상시킨다.

결론적으로, 7축 로봇에 자동 윤활 시스템을 추가하는 것은 생산 성과 안전성을 동시에 개선하는 현명한 투자라고 할 수 있다. 이기사에서는 표준 부품을 사용해 자동 재윤활 시스템을 어떻게 7 축 로봇에 맞춰 구성하고, 손쉽게 설치할 수 있도록 설계되었는지를 소개하고자 한다.

<그림1> 로봇 수평 이동을 위한 전형적인 7축 시스템 구성도

멀티포인트 윤활 시스템, 7축 로봇에 최적화된 다양한 이점 제공
 

Redex USA는 7축 로봇에 사용되는 자동 윤활 시스템을 설계 및 제작하는 전문 기업으로, 고성능의 멀티포인트 자동 윤활 펌프를 중심으로 한 완전 자동 윤활 솔루션을 제공하고 있다. 기존의 윤활 시스템이 고압, 복잡한 필터 시스템, 금속 튜브 배관 등을 필요로 하는 것과 달리, Redex의 시스템은 현장에 밀착된(Local) 윤활 펌프 방식을 채택해 다음과 같은 차별화된 기능과 장점을 제공한다.

• 멀티포인트 윤활 기능: Redex 시스템은 최대 40개의 윤활 지점을 동시에 관리할 수 있어, 7축 로봇의 다양한 위치에 정확한 양의 윤활유를 공급할 수 있다. 이는 특히 여러 회전축과 슬라이딩 요소가 혼합된 복잡한 구조의 로봇에 적합하다.

• 폴리우레탄 폼 피니언(foam pinion) 및 어플리케이터: 개방형 셀 구조의 폴리우레탄 폼은 적정 두께로 윤활제를 고르게 도포할 수있으며, 과도한 윤활유를 흡수하는 기능도 탁월하다. 또한 이 구조 덕분에 점도가 높은 윤활유도 문제없이 사용 가능하며, 오픈 기어 또는 볼스크류와 같은 고점도 적용 환경에서도 안정적인 윤활 성능을 보장한다. 무엇보다 오염물에 강해 이물질로 인한 성능 저하 우려가 없다는 점은 유지보수 관점에서 큰 장점이다.

• 정량 분배기(Progressive Distributor): Redex 시스템은 각 윤활 지점에 균일한 양의 윤활제를 공급하며, 모든 포인트에 빠짐없이 윤활이 이루어지도록 설계되어 있어 안정 적인 장기 운용이 가능하다.

• 푸시 투 커넥트(Push-to-Connect): 설치와 유지보수를 간소화하는 푸시 투 커넥트 피팅은 설치 속도를 높이고 복잡한 배관 작업을 줄여준다. 이 커넥터는 최대 70bar의 압력까지 허용되며, 전체 윤활 구간이 10미터 미만으로 유지되어 상대적으로 저압 운용이 가능하다.

• 사전 충진된 PA 튜브: 기존 금속 배관이 요구하는 복잡한 굽힘 작업과 맞춤 설치 과정 없이, Redex 시스템은 사전 충진된 PA 튜브를 제공하여 설치 시간을 획기적으로 단축시킨다. 이는 신규 설치뿐 아니라 기존 시스템의 리트로핏(Retrofit) 에도 매우 적합하다.

<그림2> ‘Redex FlexxPump 400’ - 7축 시스템에 최적화된 멀티포인트 윤활 시스템의 핵심

<그림2>에는 Redex FlexxPump 400 모델이 소개되어 있다. 이 장치는 투명한 저장 탱크를 갖추고 있어 그리스 카트리지 또는 오일을 모두 수용할 수 있다. 금속 하우징으로 구성된 하단부에는 피스톤 펌프가 내장되어 있으며, 스트로크당 0.15cc의 윤활제를 최대 1000psi 압력으로 공급할 수 있다. 또한 체크 밸브가 기본으로 탑재되어 있어, 각윤활 지점에 정확한 양과 주기의 윤활 공급이 가능하다.

FlexxPump 400의 또 다른 강점은 한 대의 펌프에서 두 가지 서로 다른 윤활 공급률을 지원할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 랙앤피니언에는 한개의 아웃렛을 통해 다량의 윤활제를 공급하고, 리니어 가이드에는 두 번째 아웃렛으로 1/10 정도의 소량 윤활제를 공급하는 방식이 가능하다. 이처럼 서로 다른 윤활 요구량을 가진 구성 요소를 하나의 펌프 시스템으로 효율적으로 관리할 수 있어, FlexxPump 400은 7축 로봇의 복합 윤활 시스템에 최적화된 솔루션이라 할 수 있다.

두 가지 제어 방식으로 운용 가능한 FlexxPump
 

FlexxPump는 사용 환경에 따라 두 가지 방식으로 제어할 수 있다. 7축 시스템에 PLC(프로그램 가능 논리 제어기)가 탑재되어 있는 경우, 각 펌프 본체는 지정된 길이의 24V DC 펄스 신호를 통해 작동할 수 있다.

반면 PLC가 없는 환경에서는 시간 기반 제어 모드를 사용할 수 있다. 이모드에서는 윤활 카트리지 1개를 모두 사용하는 데 걸리는 기간(월 단위) 과, 작동 주기당 펌프 스트로크 횟수 또는 윤활제 공급량을 사전에 설정해 자동 운용할 수 있다.

FlexxPump는 시스템 모니터링 기능도 탑재하고 있어 △압력 초과 경고 (윤활 라인에 막힘이 발생하여 압력이 1000psi를 초과할 경우) △윤활제 부족 경고(저장 탱크가 비어 있어 그리스 카트리지를 교체하거나 오일을 다시 채워야 할 시점) △전기적 오류 감지(저전압 등 전원 공급 관련 문제 발생 시 알림 제공) 등과 같은 오류 신호를 통해 이상 상황을 빠르게 파악할 수 있다.

맞춤형 설계로 바로 설치 가능한 멀티포인트 윤활 어셈블리
 

<그림3>은 최근 7축 로봇 통합업체를 위해 맞춤 제작된 멀티포인트 윤활 시스템 어셈블리를 보여준다. 이 시스템은 7번째 축의 랙, 피니언, 리니어 가이드를 동시에 윤활할 수 있도록 설계되었다. 해당 어셈블리에는 Redex FlexxPump 402 자동 윤활 시스템이 적용되었으며, 로봇의 7축 구조에 정확히 맞도록 설계된 전용 장착 브래킷이 포함 되어 있다. 이처럼 사용자의 로봇 시스템에 최적화된 구조 덕분에, 설치가 간편하면서도 높은 윤활 효율을 제공하는 것이 특징이다.

<그림3> 표준 윤활 부품을 활용해 7번째 축에 최적화된 완전 자동 멀티포인트 윤활 시스템
 

이 시스템의 각 윤활 지점에는 오픈 셀 구조의 폴리우레탄 폼 어플리케이터가 장착되어 있다. 일반적인 펠트 타입과 달리, 이 폴리우 레탄 어플리케이터는 약 76%의 개방된 내부 용적을 갖고 있어 고점도 윤활유 및 그리스에 최적화된 성능을 제공한다.

해당 어플리케이터는 4개의 리니어 가이드 윤활 롤러와 1개의 랙윤활 피니언으로 구성되어 있으며, 각 구성요소에 맞춤형 윤활을 제공한다. 일반적으로 분배기(splitter)를 사용하는 방식도 가능하 지만, 윤활제를 고르게 분배하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

이에 반해, FlexxPump의 프로그레시브(정량식) 디스트리뷰터는 모든 아웃렛에 동일한 양의 윤활제를 균일하게 공급함으로써 시스템의 신뢰성과 성능을 확보한다. 그 결과, 펌프에서부터 7축의각 윤활 지점까지 정확하게 윤활제를 전달하는 완성형 어셈블리가 완성된다.

설치 또한 매우 간단하다. 고객사에 제품이 납품된 후, 현장 작업 자는 어셈블리를 7축 로봇에 그대로 볼트로 고정하기만 하면 즉시 운용이 가능했다. 7번째 축에 자동 윤활 시스템을 적용한 결과, 장비 제작업체는 다음과 같은 성과를 달성할 수 있었다.

√ 윤활 지점에 적정량의 윤활제를 정확히 공급, 수동 윤활에서 흔히 발생하는 과도한 또는 부족한 윤활 문제를 방지함.

√  고장 없는 안정적인 관절형 로봇 작동 유지, 예기치 않은 가동 중단으로 인한 비용 손실 최소화.

√  기존 윤활 시스템에서 자주 발생하는 윤활제 누출 및 오염 문 제 등 작업장 관리 이슈 해소.

√ 유지보수 작업자가 로봇의 위험 구간에 직접 진입하지 않아도 되어 전반적인 작업 안전성 대폭 향상.

<그림4> 맞춤 제작된 멀티포인트 윤활 시스템 어셈블리는 7축 랙, 피니언, 리니어 가이드를 동시에 윤활한다.

비용 절감과 ROI 향상
 

현장 중심의 자동 윤활 펌프는 7축 로봇 시스템의 적절한 윤활을 효율적이면서도 비용 절감 효과가 높은 방식으로 유지할 수 있는 이상적인 솔루션이다. Redex는 개별 윤활 펌프 및 전문 부품뿐만 아니라, 완전 통합형 턴키 시스템까지 제공할 수 있는 역량을 갖추고 있다. 이제 자동화 시스템 설계자는 7축 로봇 시스템을 보다 빠르게 설치하고 운용할 수 있으며, 그 결과 생산성을 극대화하고 투자 수익률(ROI)을 높이는 데 기여할 수 있다.

자료제공: Redex(www.redexusa.com)