협동로봇에 적용된 마그네틱 앱솔루트 엔코더의 탁월한 기능

Renishaw

협동로봇(코봇) 기술이 발전함에 따라 간병인이 어르신을 보살피는 방식과 공장에서 생산성 향상을 위한 작업방식 그리고 외과의사가 심장 수술을 이행하는 방식이 변화하고 있다.
Renishaw 관계회사 RLS d.o.o.는 독일 기업 TQ-Group의 자회사 TQ-RoboDrive와 수년 동안 파트너십을 유지해 왔다.

TQ-RoboDrive는 최대 20kg의 하중을 견뎌내는 다양한 코봇용 프레임리스 중공샤프트 스테이터-로터 키트(ILM 시리즈)를 제조한다. 또한 자사 프레임리스 서보 키트의 강력한 모터 설계와 공간 최적화 하우징이 결합된 다양한 프레임형 중공샤프트와 솔리드 샤프트 서보모터도 제조한다.

RLS는 TQ-RoboDrive에 AksIM™ 마그네틱 앱솔루트 off-axis(중공 샤프트) 엔코더와 OnAxis™ 엔코더를 공급한다. RLS는 Renishaw와 협력하여 첨단 코봇을 현실화하기 위해 노력하는 TQ-RoboDrive의 까다로운 신규 폼 팩터와 성능 요건에 맞춰 AksIM™ 엔코더를 개조했다.

과제

오늘날 코봇 설계는 사람을 중심으로 제조되고 있으며 모터 토크의 밀도가 높으며 작고 가벼운 모터 구동식 조인트를 필요로 한다. 로봇이 손에 들고 있는 물건을 더 높은 위치로 옮겨야 할 때, 모터가 사용하는 전류가 급등한다. 이러한 운전 작업이 토크 과부하 조건(과도한 토크)을 유발할 수 있다.

고중량 모터(500g 이상)는 과부하 상태에서 발생하는 과도한 열을 쉽게 흡수할 수 있지만, 저중량 모터의 경우 고장의 위험이 있다. TQ-RoboDrive의 모터는 3배의 정격 과부하를 30초 동안 견뎌내도록 설계됐다.

TQ-RoboDrive 모터의 특징인 저중량과 고토크는 외골격로봇과 코봇 분야에서 매우 중요한 요소이다. 고토크와 저중량의 조합(높은 토크 밀도)이 다른 모터 제조업체들과는 다른 TQ-RoboDrive 모터 시스템만의 차별화 요소이다. TQ-RoboDrive는 로봇 분야용으로 설계된 초저중량 프레임리스 모터에 사용할 정밀 마그네틱 엔코더 솔루션을 찾고 있었다.

여기에는 당시 시장에서 구할 수 없었던 새로운 초소형 앱솔루트 엔코더가 필요했다.

TQ-RoboDrive 산업용 드라이브 책임자 Ulrich Kerber는 “향후 로봇 분야에 일어날 변화에 대해 내린 결론 중 하나는 로봇이 점점 더 작아져야 한다는 것이다. 이미 크기가 작은 모터(ILM25와 ILM38)를 보유하고 있었지만 엔코더와 같은 적합한 액세서리 구성품을 찾는 일이 어려웠다.

필요한 제품을 찾지 못한 상황에서 RLS와 Renishaw에 연락하여 외경이 28mm이하이고 나머지 중공 샤프트가 최대 5mm인 엔코더가 필요하다고 얘기했다”고 말했다.

솔루션

TQ-RoboDrive는 솔루션을 찾기 위해 RLS와 Renishaw에 도움을 요청했다. RLS는 이미 직경이 큰 다른 모터를 위한 AksIM 엔코더를 TQ-RoboDrive에 공급하고 있었으며, 이 엔코더를 필요한 링 직경에 맞춰 새롭게 설계, 제조할 것을 제안했다.

Kerber는 “쉽지 않은 도전임에도 불구하고 RLS와 Renishaw는 이 과제를 완수할 수 있다는 확신에 차 있었다”고 말했다. 확장된 온도 범위, 자기장에 대한 면역성, 손쉬운 설치 등 전기 모터의 까다로운 요건을 충족하기 위해 기존 AksIM 기술을 개선하는 작업이 진행됐다.

TQ-RoboDrive의 모터는 스테이터와 로터, 안전 브레이크, 엔코더를 비롯한 여러 개의 주요 부품으로 구성되어 있으며, 이 모든 구성품이 작은 모터 하우징에 탑재됐다. 엔코더는 모터 후면에 장착되고 각 구성품의 직경은 각기 달랐다. 안전 브레이크에서 자기장이 발생하기 때문에 조립 순서가 중요하다.

이 경우, 엔코더 링이 차폐되도록 엔코더를 브레이크 뒤에 배치해야 한다.
Kerber는 “마침내 RLS와 Renishaw는 ILM25와 ILM38 크기에 완벽히 들어맞는 센서를 개발하여 중공샤프트 프레임형 모터와 프레임리스 서보 키트를 위한 완벽한 드라이브 솔루션을 제공했다”고 말했다.

결과

RLS 및 Renishaw와의 제휴로 TQ-RoboDrive는 로봇 시장에서 가장 뛰어난 토크 밀도를 자랑하는 서보모터를 출시할 수 있었다. Ulrich Kerber가 로봇 분야에서 협동과 산업체 파트너십이 갖는 중요성에 대해 설명한다.

“협동 로봇 시장은 아직까지도 비교적 규모가 작지만 매년 눈에 띄게 성장하고 있다. 최신 트렌드를 주도하고 가장 큰 과제를 해결하기 위해 커뮤니티 내부에서 공급자와 고객이 지속적으로 소통해야 한다고 생각한다. 신뢰할 수 있는 엔코더 파트너를 확보하는 것이 굉장히 중요하다.”고 말했다.

자료 제공: Renishaw(www.renishaw.co.kr)