로봇 시스템의 최적화 솔루션 다이렉트 드라이브 모터 ‘KBM’
UR5와 UR10은 산업 생산에서 다관절 로봇의 유연성을 향상시키기 위해 고안된 유니버설 로봇(Universal Robots)의 두 가지 모델이다. 이 모델은 기존의 로봇이 너무 크고, 너무 비싸고, 너무 시끄럽다는 단점을 보완해, 가벼운 무게를 강점으로 내세워 필요한곳 어디에서나 사용할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이러한 6축 관절 로봇의 전력 밀도의 상당 부분은 Kollmorgen이 특수하게 개조한 KBM 모터에서 비롯된다. 유니버설 로봇은 추가 하우징이 필요 없이 모터를 관절 축에 직접 내장했다.
유니버설 로봇은 중소기업을 위해 UR5와 UR10 모델을 개발했다. 핸들링 유닛은 각각 18kg과 25kg에 불과한 무게로 5kg과 10kg 의 페이로드를 들어올린다. 복잡한 하위 구성 요소 없이도 이러한 가벼운 무게 덕분에 유닛을 쉽게 이동할 수 있다. 이 다기능 6축 로봇은 사용자 친화적인 소프트웨어 덕분에 작동이 유연하다. 프로그래밍에 필요한 로봇 공학에 대한 특별한 지식 없이도 새로운 작업을 즉시 수행할 수 있다.
모듈식 디자인
UR5와 UR10은 불필요한 것을 포함하지 않은 정교하고 가벼운 디자인을 통해 탁월한 중량 대비 적재 용량을 달성했다. 이러한 미니멀리즘 전략은 Kollmorgen의 프레임리스 모터를 관절 축에 직접 통합하는 것을 의미한다. 로봇 자체가 모터 하우징의 기능을 수행하는 동시에 기어 유닛이 로터의 기본 베어링 역할을 한다.
전체적으로 볼 때, 유니버설 로봇이 사용하는 구성 요소는 여러 가지 기능을 수행하는 경우가 많다. 이로 인해 볼 베어링, 커플링, 샤프트와 같은 기계적 구성 요소의 수가 상당히 줄어들고, 따라서 전체 시스템의 무게와 폼 팩터가 감소한다. 또한 Kollmorgen KBM 모터는 높은 전력 밀도로 UR5와 UR10 플랫폼의 리프팅 용량을 증가시킨다.
KBM 모터 시리즈는 최적화된 토크와 최소한의 코깅 및 고조파 왜곡을 위한 첨단 전자기 설계를 제공한다. 이러한 장점은 광범위한 작동 속도 범위에서 제공된다. 고정자에 고밀도 패킹이 있는 전자기 기술은 토크를 증가시키고 열 손실을 낮게 유지한다.
로터에는 고강도 희토류 자석이 사용되어 KBM 시리즈 전체에서 1.45~3,445N·m의 연속 토크 범위와 4.91~12,812N·m의 피크 토크 범위를 제공한다. 유니버설 로봇의 기술 비즈니스 매니 저인 Esben H. Østergaard는 “이 모터의 높은 품질이 우리가 Kollmorgen을 선택한 이유이다”라고 설명했다.
로봇 하우징에 내장되어 부하를 직접 구동하는 KBM 모터를 사용 함으로써, 로봇은 움직임과 힘 제어에서 높은 수준의 정밀성을 달성할 수 있다. 목표 지향적 힘 제어는 이 점에서 매우 중요하다. 왜냐하면 로봇은 끊임없이 매우 다양한 작업물을 완벽하게 움직여야 하기 때문이다.
실제로 로봇은 물체의 크기와 탄성을 인식하고 그에 따라 가해지는 힘을 조절한다. 이 작업을 수행하려면 25N 이상의 힘이 필요 하다. ± 10N의 정밀도와 ± 5mm의 정확도로 6개의 관절 각각에 필요한 힘과 원하는 위치를 프로그래밍하고 실행할 수 있다.
소음 없이 작동, 높은 에너지 효율
이 로봇은 소음이 적고 에너지 절약형 작동이라는 장점도 갖고 있다. 총소유비용의 관점에서, 자원의 경제적 사용은 로봇의 효율성을 직접적으로 증가시켜, 결과적으로 기술의 경쟁력을 향상시킨 다.
뿐만 아니라 높은 에너지 효율성은 모터의 손실을 감소시키는 추가적 이점이 있다. 열이 적게 발생하기 때문에 모터가 더 차갑게 유지되고, 최대 정격 이하로 작동하며, 결과적으로 더 긴 서비스 수명을 달성할 수 있다. 이러한 개선된 열적 특성은 전체 구조가 가열되는 것을 방지한다.
Østergaard는 “과거에 사용했던 모터는 연속 작동 시 상당히 뜨거워졌다. Kollmorgen의 KBM 모터는 손실이 적기 때문에 상대 적으로 더 차갑게 유지된다. 이에 따라 감속 없이 로봇을 연속 작동시킬 수 있다”라고 설명했다.
KBM 시리즈에서 Kollmorgen은 혁신적인 다이렉트 드라이브 프레임리스 모터 기술을 제공한다. 이 프레임리스 모터는 기계 및플랜트 엔지니어링에 최대의 유연성, 전력 밀도, 역동성 및 내구 성을 갖춘 응용 프로그램을 제작할 수 있는 광범위한 솔루션을 제공한다.
이러한 기술적 이점 외에도 KBM 플랫폼은 14가지 프레임 디자인과 경쟁력 있는 리드 타임의 다양한 사전 엔지니어링 표준 옵션을 포함한다.
자료제공: Kollmorgen(www.kollmorgen.com)
