Guido Beckmann 박사, ATRO Senior Product Manager, Beckhoff Automation © Beckhoff
Beckhoff가 새롭게 선보인 ATRO(automation technology for robotics, 아트로 ) 시스템은 모듈형 산업용 로봇 시스템이다. 이 ATRO는 어떠한 어플리케이션에도 이상적인 맞춤형 로봇 구조를 구현하며 우수한 유연성을 제공한다. ATRO의 Senior Product Manager인 Guido Beckmann 박사는 이번 인터뷰를 통해 이러한 기술이 어떻게 구현될 수 있었는지, 사용자에게는 어떠한 이점이 있는지 설명한다.
능동형 드라이브 요소인 모터 모듈이 ATRO 시스템의 핵심을 구성합니다. 구체적으로 어떤 점에서 차이가 있는지 설명 부탁드립니다.
Guido Beckmann 박사: 맞습니다. 표준화 모터 모듈은 통합 드라이브 기능을 갖추고 있어, 최종적으로 키네마틱스(kinematics)를 담당하게 됩니다. 직선인 I형, 직각의 L자형 모듈이 있으며, 이 두 타입 모두 5가지 다양한 출력 등급으로 구현되어 있습니다. 또 각 출력 등급은 다양한 전송비(transmission ratio)로 구성할 수 있습니다. 이러한 분산형 EtherCAT 드라이브 모듈은 로봇 축 별로 각각 고도의 역동성을 지니는 서보 드라이브를 지원합니다. 다시 말해, 축을 제어하는 모든 전자 장치가 EtherCAT 기반 48 V 서보 드라이브의 형태를 지니는 모듈 내에 탑재되며, 모터에는 듀얼 엔코더와 브레이크, 초소형의 기어 유닛이 장착됩니다. 이를 통해 컨트롤 캐비닛 내의 공간을 크게 절감할 수 있습니다.
수동형 링크 모듈의 역할은 무엇입니까?
Guido Beckmann 박사: 모터 모듈을 사용해 사용자가 맞춤형 로봇을 구성하려면 먼저 다양한 설계와 길이를 지니는 링크 모듈과 연결해야 합니다. 이렇게 하면 매우 다양한 방식을 선택하여 기계를 설계하는 것이 가능해집니다. 링크 모듈의 경우 다양한 형태와 길이로 구성하는 것이 가능하므로, 로봇이 작동할 수 있는 공간적 범위를 조정하거나, T 또는 X 모듈을 사용한 멀티-암(multi-arm) 키네마틱스를 구성하는 것도 가능합니다. 모듈은 다양한 모터 모듈 사이즈에 맞도록 장치 구조를 구축하는 데에도 사용됩니다. 이러한 구조를 사용하면 대부분의 경우 메인 축(main axes)에서 리스트 축(wrist axes)까지 이어지는 구간을 상대적으로 소형화하는 것이 가능합니다. 전기적인 측면에서 보면 링크 모듈 역시 EtherCAT 디바이스를 나타내고, 컨트롤러를 통해 이러한 디바이스를 감지하고 읽을 수 있습니다. 이를 통해 자동으로 전체 로봇 구조를 스캔하는 것이 가능합니다.
이러한 모듈형 설계를 적용하면 조립 과정이 더 어렵고 복잡해지지 않나요?
Guido Beckmann 박사: 아닙니다. 왜냐하면 ATRO 인터페이스를 이용하면 모든 모듈을 다른 모듈과 서로 쉽게 연결할 수 있기 때문입니다. ATRO 인터페이스는 고정된 나사 형식의 연결을 보장합니다. 사용자는 모듈을 나사 형식으로 고정시켜 몇 분만에 쉽게 조립하고, 원하는 로봇 키네마틱스 구조를 형성할 수 있습니다. 이러한 방식으로 대형 로봇도 오직 한 명의 작업자가 한 부분씩 조립할 수 있습니다. 단 하나의 툴만 있으면 한 명이 조립하는 것도 충분히 가능합니다.
로보틱스는 다양한 매체의 이송에도 사용되고 있습니다. ATRO에서는 어떻게 이러한 기능을 구현합니까?
Guido Beckmann 박사: 다양한 종류의 매체가 모든 ATRO 모듈을 통하여 전달될 수 있습니다. ATRO 모듈은 내부적으로는 EtherCAT, Gigabit Ethernet 인터페이스는 물론 전력(230/480 V AC 또는 600 V DC), 유체(압축 공기, 진공, 물)를 포함합니다. 이러한 매체는 베이스 모듈(base module)로 공급된 다음, ATRO 키네마틱스를 통과하고, ATRO 인터페이스에서 분리된 후 재사용하는 것이 가능해집니다. 이것은 로보틱스 툴을 엔드 이펙터(end effector)에 연결할 수 있다는 것을 의미합니다. 엔드 이펙터에는 전기, 공압, 진공 그리퍼(gripper) 등이 있을 수가 있으며, Gigabit Ethernet 인터페이스를 통해 카메라를 연결하여 공정의 모니터링이나 각종 물체의 탐지에 사용할 수도 있습니다. 기존의 로보틱스 솔루션에서는 이러한 매체가 외부를 경유하므로 회전이나 작업장 내 이용에 있어 제한이 있습니다. Beckhoff의 솔루션은 모든 축이 무제한 회전하도록 설계되어 있으므로 이러한 제한을 완전 극복할 수 있습니다. 이로써 직교 도달 범위가 향상되고, 위치 경로도 짧아집니다. 더 나아가 간섭 윤곽(interfering contours, 예를 들어 외부에 위치하는 케이블 등) 및 간섭 토크, 협동로봇 어플리케이션에 발생하는 이러한 요소들을 방지할 수 있도록 외부의 매체 피드를 제거해 줍니다.
ATRO를 통해 로봇 솔루션을 축의 수와 관계없이 원하는 작업에 맞도록 구성할 수 있다. 뿐만 아니라, 자유로운 확장성과 개조성을 제공한다. © Beckhoff
지속가능성의 측면에서 이렇게 적응력이 있는 로보틱스가 지니는 이점은 무엇입니까?
Guido Beckmann 박사: 이 새로운 시스템에서 지속가능성과 관련된 가장 중요한 특징은 실제 어플리케이션에서 필요로 하는 축만 설치한다는 것입니다. 왜냐하면, 궁극적으로 모든 어플리케이션이 6축 시리얼 암 결합 로봇을 사용하는 것은 아니기 때문입니다. 팔레트 작업은 5축(five degrees of freedom)으로도 대응 가능하며, 픽 앤 플레이스 작업은 4축(four degrees of freedom)으로 구성하거나 3축 델타 키네마틱스(delta kinematics)로 작업할 수 있습니다. 지난 2022년, 전 세계적으로 설치된 6축 로봇은 무려 20만 대에 도달했습니다. 이 중 40%는 5축 시스템 만으로도 충분히 대응 가능한 것으로 추정하고 있습니다. 단순 픽 앤 플레이스 어플리케이션의 경우에는 5축으로 충분하며, 실제로는 이보다 축을 더 줄여도 무방할 수 있습니다. 이 경우 10만 개의 축을 절약할 수 있습니다. 이는 5축 로봇 2만 대에 해당하는 분량입니다.
제어 기술 측면에서 ATRO를 사용하면 어떻게 효율이 향상됩니까?
Guido Beckmann 박사: 현재까지 로봇 통합 과정에서의 주요 업무 중 하나는 제어 시스템 간의 인터페이스를 확보하는 것입니다. 전체 프로그래밍 작업의 80%가 이 작업이며, 대개의 경우 매우 어려운 작업입니다. 그리고 이러한 어려움에도 불구하고 발생하는 추가 가치는 없습니다. ATRO 시스템에서는 PC 기반의 제어 플랫폼에 TwinCAT 자동화 패키지를 더하여 이러한 모든 작업을 수행하면서, 동시에 모든 프로세스가 서로 동기화되어 작동하고, 모든 프로세스에서 동시에 데이터를 사용할 수 있도록 합니다. 이를 통해 복잡한 어플리케이션도 구현이 가능해집니다. 라인 제어, 비전, 로봇 제어 등을 조합해 분류 프로세스(빈 피킹)에서 제품을 분리할 수도 있는 것입니다. 컨트롤러의 머신러닝 기능을 통해 동작 최적화 및 경로 기획에도 도움을 받을 수 있습니다. ATRO 시스템의 모든 축은 무제한 회전이 가능합니다. 이러한 고유한 특성으로 인해 동작의 제한이 없어져 최적화를 위한 완벽한 토대가 확보됩니다. 끝으로 외부 로봇 컨트롤러에 대한 필요 없어지므로 컨트롤 캐비닛 안에서 차지하는 공간도 크게 절감됩니다.
경제적인 관점에서 로보틱스 사용자들이 기대할 수 있는 다른 이점도 있을까요?
Guido Beckmann 박사: 사용자에게 있어 경제적으로 가장 큰 이점은 이제 처음으로 어플리케이션을 출발점으로 하여 로봇을 구축해 나갈 수 있다는 점입니다. 기존에는 그 반대였습니다. 고객은 이제 시장에서 파는 제품 중에서 겨우 고를 필요 없이 자신이 꼭 필요한 설비만 구입하면 됩니다. Beckhoff의 시스템으로 고객이 항상 자신의 어플리케이션에 맞는 가장 효율적인 솔루션을 구축할 수 있습니다. 동일한 모터와 링크 모듈을 서로 다르게 조합해 가며 사용할 수도 있어서 재고 관리 걱정도 줄어들고, 따라서 동시에 비용 절감, 유연성 향상도 기대할 수 있습니다. 고장이 발생하는 경우에는 손쉬운 개별 모듈 교체로, 이전과 같이 로봇 전체의 수리를 맡길 필요도 없습니다. 이를 통해 MTTR(평균 수리 시간)을 단축하며, 어플리케이션 내 로봇의 가동률을 높일 수 있습니다.
링크:
출처: PC Control 2023년 1월호, Beckhoff Automation, Germany