스마트 물류 로봇에 적용된 마이크로 드라이브와 모션 제어기

FAULHABER

FAULHABER의 마이크로 드라이브와 모션 제어기는 Magazino의 TORU Picker 로봇을 다재다능하게 한다.
Magazino는 세계 최초의 스스로 생각하고 움직이는 창고를 만드는 것을 목표로 한다. 새로운 물류 로봇은 TORU라 불리며, 현재 주요 해운 서비스 제공 업체와의 실질적인 테스트로 성능을 입증받고 있다.
개념상 TORU는 인식 제어 로봇이다. 카메라, 이미지 처리, 센서, 인공 지능으로 환경을 인식하고 올바르게 해석하고 이를 바탕으로 의사 결정을 내린다.

로봇은 주변 환경에 대한 자체 그림을 만든다

TORU가 특정 신발 한 켤레를 찾으라는 주문을 받는다. 그러면 받은 물류 창고 주소와 바코드로 대상 빈의 위치와 주소를 바로 탐색한다. 정면의 리프팅 칼럼(lifting column)이 선반 쪽으로 90도 회전하면 그리퍼가 지정된 보관함으로 이동하고 TORU가 자체적으로 결정을 내린다. 삼차원 카메라 이미지로 로봇은 먼저 현재 상황을 보여준다.

“선반 위에 구두 상자가 있는지? 바코드가 올바른지? 카톤을 잡을 수 있는지? 몇 센티미터 정도 움직여서 빼낼 때 낄 수 있는지?” Magazino 대변인 Florin Wahl은 이러한 질문을 통해 시각적 분석의 주요 작업을 설명한다. 뮌헨 시스템은 매우 독특하다. 처리할 상품이 선반에 비스듬하게 있으면, 로봇은 상황에 맞게 그리퍼 프로세스를 적용하려고 한다. TORU가 여전히 그리핑이 불가능하다고 인식하면, 해당 작업은 시스템으로 반환되고 창고 직원이 직접 일을 한다.

만약 문제가 발견되지 않으면, 신발 상자를 다루는 것은 FAULHABER의 모든 드라이브가 맡아 처리한다. 여기서 모션 컨트롤러, BX4 시리즈의 브러시리스 DC-servomotors와 유성 기어 헤드는 메탈 텅(metal tongue)을 늘이거나 줄이는 구동 시스템을 구성한다. 이것으로 차량과 선반 바닥 사이의 틈을 막는 작업을 한다. 경로가 평평해지면 상자는 부압(negative pressure)으로 당겨진다.

높은 과부하 특성

흡입 그리퍼를 톱니형 랙에 배치할 때 Magazino는 FAULHABER의 BX4 드라이브를 사용한다. 62와트의 출력으로 브러시리스 DC-servomotors는 연속 작동 시 최대 72mNm의 정격 토크를 전달한다.

Magazino는 최대 토크가 96mNm인 점에 흥미를 보였다. 신발 상자의 이탈 토크는 결정적으로 과부하 기능으로 극복한다. Magazino의 엔지니어링 개발 부문의 Raphael Vering은 “전력 밀도가 높은 모터가 필요하다. 피크 토크는 매우 좁은 시간 창에서만 요구되기 때문에 모터가 너무 뜨거워지는 위험은 없다.”라고 말한다.

소형 드라이브

지름이 32mm인 모터의 강력한 과부하 특성은 여러모로 장점이다.
소형 모터 사용 시 분리형 토크를 안정적으로 처리하여, 소형 드라이브를 더 가볍게 해준다. Raphael Vering은 TORU의 그리퍼 질량은, 수직축을 따라 움직이므로 가능한 낮아야 한다고 한다. 그리퍼 유닛이 무거울수록 수직축의 모터 동력이 커진다. 그렇다면 TORU가 2m 랙 제일 위에 있는 신발 상자를 잡을 때의 질량 중심에 대한 의문이 생긴다.

더 두꺼운 베이스 플레이트를 사용하여 질량 중심을 쉽게 아래로 이동할 수 있다. 그러나 이는 이동 유닛을 더 무겁게 만들므로 더 강력한 구동 모터가 필요하다. 결국 배터리는 더 많은 전력이 필요하므로 이동 범위가 줄어든다. TORU는 하단의 단단한 콘크리트뿐만 아니라 중간 층의, 더 섬세한 천장 구조에도 사용되므로 가볍게 설계해야 한다.

Florin Wahl은 표면 하중은 매우 제한적이나 TORU는 최대한 다양하게 만들고 싶다고 말한다. 큰 모터는 취급하기 힘들다. 특히 상자가 바닥에서 몇 센티미터 위에 보관되는 경우 드라이브가 방해되서는 안된다. FAULHABER 해결책으로, Magazino는 물건을 매우 낮은 곳까지 내렸다가 다시 올릴 수 있다. 바닥 면적과 관련하여 창고 용량을 고려하면 이것은 매우 중요하다.

TORU는 자동화와 로봇 공학, 비전, 자율 주행의 정교한 시스템 구현하고자 했다. Magazino는 드라이브를 평가할 때 최적의 전력 밀도를 가진 해결책을 찾고 있었다. 이것들은 기존 자동화 개념에 세련되게 통합되어야 한다. Raphael Vering은 CANopen 통신 지원이 결정적이었다고 언급했다.

뮌헨에 있는 회사는 FAULHABER의 완전하고 적합한 모션 제어 시스템을 사용할 수 있으므로 개발 부서는 새로운 물류 해결책을 자유롭게 최적화시킬 수 있었다.
Vering은 자체 컨트롤러나 엔코더 통합에 시간을 투자할 필요 없다고 강조했다. DC-servomotors로, V2.5 세대의 FAULHABER 모션 컨트롤러는 매우 동적인 포지셔닝 시스템을 형성한다.

피드백 제어를 위해 Magazino는 아날로그 홀 센서를 사용하므로 피드백을 위한 별도의 엔코더가 필요 없다. 모션 컨트롤러의 통합된 전류 제어는 토크를 제한하여, 과부하로부터 전자와 모터를 보호한다. Magazino는 이 기능으로 신발 박스가 선반에 걸려서 제거 장치가 멈추는 것 같은 자재 흐름의 결함을 감지한다.

자료 제공: FAULHABER(www.faulhaber.com)