FANUC 산업용 로봇과 Schmalz 툴링 그리퍼를 특징으로 하는 전체 레이어 디팔레타이징 애플리케이션. 출처: FANUC

 

 

큰 창고의 일상적인 작업을 상상해 보자. 로봇 시스템은 여기에서 여러 가지 방식으로 작동한다. 트럭이 하역장으로 후진하면 자율 이동 로봇(AMR)이 패키지를 컨베이어 벨트에 내려 특정 선반 위치로 이동할 수 있다. 상자를 즉시 풀고 분류해야 하는 경우 사람과 로봇 시스템이 상자를 자르고 창고 밖으로 배송할 제품을 선택, 분류 및 포장할 수 있는 처리 스테이션으로 이동할 수 있다.

 

이 모든 기계적 도우미를 뒷받침하는 핵심 기술은? 모션 제어.

 

“(창고의) 모션 제어는 전기 및 기계 구성 요소가 함께 작동하여 자동화의 복잡한 문제를 해결할 수 있기 때문에 중요합니다. 이는 운영의 효율성, 정확성, 안전성 및 확장성에 직접적인 영향을 미칩니다”라고 서보 드라이브 및 모터 컨트롤러를 설계, 제조 및 공급하는 AMC(Advanced Motion Controls)의 최고 운영 책임자인 David Gelfuso는 말한다.

 

기계 창고 도우미

 

자동화 및 모션 제어 기술은 복잡한 창고 물류 운영을 더 쉽게 만든다. 자동화는 창고 관리자의 "궁극적인 과제"인 운영 비용 상승을 해결한다고 자동화 솔루션의 글로벌 공급업체인 FANUC의 창고 및 물류 담당 전무이사인 Matt Charles는 말한다. FANUC은 다중 액세스 조정을 활용하여 창고 문제를 해결하는 로봇 팔에 중점을 둔다. 결과적으로 창고 관리자는 제품을 더 빨리 옮기기 위해 자동화를 찾고 있다고 Charles는 말한다.

 

무인 운반차(AGV), AMR, 컨베이어 시스템, 팔레타이징 로봇 팔 및 협동 로봇은 특히 창고 규모가 커짐에 따라 최근 몇 년 동안 주목을 받고 있는 몇 가지 창고 도우미다. 이러한 기계적 도우미 시스템은 모션 제어에 의존하여 환경과의 정확한 상호 작용을 촉진하고 창고에서 가야 할 위치로 상품을 이동한다.

 

Gelfuso는 “컨베이어 시스템, 자동 보관 및 검색 시스템, 팔레타이징용 로봇 팔 또는 AMR 등 창고의 각 자동화 애플리케이션에는 모션 제어가 필요합니다”라고 말한다.

 

창고에서 정밀 모션 제어가 중요한 이유

 

기계가 창고의 A 지점에서 B 지점으로 패키지를 이동할 때 그 움직임을 제어해야 한다. 그러나 창고의 모션 제어에서 정밀도가 더 중요해진 것은 언제인가? 그리고 애초에 왜 그것이 필요한가? 현재 창고에서는 새로운 사용 사례, 새로운 수준의 규모, 새로운 종류의 유연성에 로봇 장비가 적용되는 것을 보고 있으며, 이를 위해서는 목표를 달성하기 위해 정밀한 모션 제어가 필요한 경우가 많다. 처음부터 작업을 올바르게 완료하면 부상 없이 효율성이 향상된다.

 

예를 들어, 개별 품목을 선반에 보관하고 선반에서 개별 품목을 선택하려면 보다 민감하고 정밀한 팔 끝 그리퍼가 장착된 로봇 팔이나 협동 로봇이 필요하다. 이러한 종류의 로봇과 그리퍼에는 힘과 동작 감지가 필요하며, 이를 위해서는 정밀한 동작 제어가 필요하다.

 

창고의 AMR은 탐색, 계획 및 동작을 지시하는 소프트웨어에서 실행된다. 정밀한 모션 제어는 소프트웨어 알고리즘이 정확하게 작동하고 AMR이 사람이나 물체에 부딪히지 않고 작업을 실행하도록 보장한다.

 

컨베이어에서 물체를 비전에 따라 피킹하는 것은 로봇 팔의 동작을 계획하는 소프트웨어에서도 실행된다. 로봇 팔은 장애물 가까이에서 통과할 수 있기 때문에 계획된 궤적을 정확하게 라야 하기 때문에 보다 정밀한 모션 제어가 필요하다.

 

다행스럽게도 모션 제어의 발전으로 창고 운영의 정밀도가 높아졌다. 과거에는 창고에 몇 개의 벨트를 구동하는 기본 AC 유도 모터가 있었을 수 있지만 오늘날 모션 제어는 기계의 속도, 위치 및 토크를 제어하는 완전히 다른 개체라고 AMC의 마케팅 관리자인 Rene Yzmon은 말한다. “이러한 창고는 무언가가 언제 어떻게 도착할지 정확히 알 수 있도록 보다 효율적인 프로세스를 갖추어야 하기 때문에 모션 제어가 더 정확합니다”라고 그는 덧붙인다.

 

내부: 모션을 제어하는 방법

 

다양한 기술과 구성 요소가 창고 안팎의 모션 제어의 정밀도를 향상시키는 데 도움이 됐다. 여기에는 다음이 포함된다.

 

리니어 모션 시스템

리니어 모션 시스템은 목표를 달성하기 위해 리니어 조인트를 제어하는 자동화 시스템이다. 모터를 포함한 여러 부품의 어셈블리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨베이어는 회전 운동이 액추에이터에 의해 선형 운동으로 변환되는 모터가 있는 선형 운동 시스템이다.

 

스테퍼 모터, 서보 드라이브 및 인코더

가장 간단한 스테퍼 모터 시스템에는 고정된 위치로 이동할 수 있는 모터가 있다. 원하는 단계 수를 통해 모터를 구동하기 위해 정확한 수의 전기 펄스만 생성하면 된다.

 

그러나 복잡하고 조정된 모션 작업을 수행할 때 산업 수준의 정밀도를 위해 이러한 간단한 시스템은 정확하고 재현 가능한 동작을 제공하지 않는다. 고차 신뢰성을 위해 더 많은 구성 요소가 작동한다. 예를 들어, 서보 드라이브는 모션을 구동하는 모터와 두뇌가 있는 로봇 또는 자동화 시스템 사이의 다리 역할을 한다. 서보 드라이브는 컨트롤러에서 명령을 받아 모터에 사용 가능한 전력으로 변환한다.

 

하지만 로봇이 움직이면 적절한 양만큼 움직이는지 확인하기 위해 피드백이 필요하다. 인코더와 같은 피드백 장치는 이 기능을 제공한다. 서보 드라이브와 함께 인코더는 폐쇄 루프 시스템을 생성하여 컨트롤러가 토크, 속도 및 위치를 실시간으로 조정하여 정확한 동작 제어를 수행할 수 있도록 한다.

 

FANUC와 같은 일반적인 산업용 로봇 팔은 각 관절에 하나씩 6개의 서보 모터가 있는 6축 시스템이다. 더 큰 모터 중 일부는 팔 밑에 있고 작은 모터는 손목이나 손 쪽으로 뻗어 있다.

 

“모션 제어는 자동화의 다음 단계이며 서보 드라이브가 없으면 다시 낮은 수준으로 내려갑니다. 무언가를 움직이는 데 도움이 되는 모터를 가질 수는 있지만 폐쇄 루프 서보 시스템으로 할 수 있는 정밀도로는 할 수 없습니다”라고 Gelfuso는 말한다.

 

충돌 방지 기술

위치 제어 로봇은 빠르게 움직이고 케이지나 울타리가 필요한 반면, 모션 제어의 발전과 힘과 토크를 모니터링하는 기능은 케이지의 필요성을 줄이는 데 도움이 되었다고 Charles는 말한다. 모션 제어 알고리즘, 특히 안정적인 토크 및 힘 제어의 개선으로 인해 창고에서 인간과 함께 작업할 수 있는 협동 로봇 개발의 핵심이 된 기술인 충돌 방지가 탄생했다.

 

로봇 팔이 A 지점에서 B 지점으로 이동하도록 하려면 각 축 간의 움직임을 조정하기 위해 지점 사이의 경로 계획을 차트로 작성해야 한다. 충돌 방지 기술은 이러한 작업을 실행하는 데 중요한 역할을 한다.

 

협동 로봇을 보유하면 자동화 솔루션의 전체 설치 공간이 줄어들고 창고에 더 쉽게 통합될 수 있기 때문에 게임 체인저다. “팔과 몇 가지 비전 시스템, 그리퍼만 있으면 좋은 진입점이 됩니다”라고 Charles는 말한다. 팔레타이징 솔루션은 이러한 기본 사항에서 시작된다.

 

모션 제어 기술의 소프트웨어 및 AI

 

워크플로 자동화와 AI도 창고 및 모션 제어 프로세스를 재편하고 있다. 최신 컴퓨터 소프트웨어는 자동화 워크플로를 채택하고 설치, 구성 및 배포 중 수동 단계를 제거하여 보다 유연하고 사용하기 쉽게 만든다.

 

AI는 패키지 처리 프로세스도 개선하고 있습니다. 예를 들어 기존 비전 시스템은 우편 시설에서 작은 소포를 구별하는 데 어려움을 겪었다. 그러나 이미지 분류를 위한 머신 러닝 알고리즘의 발전으로 보다 강력한 버전의 컴퓨터 비전은 이제 패키지를 매우 세부적으로 자동으로 식별하고 정렬할 수 있다. 새로운 패키지 분류 시스템을 설치하고 새로운 워크플로우의 배포를 확장하는 것이 더 쉽고 빨라지므로 엔지니어링 시간이 줄어든다.

 

모션을 제어하는 향상된 비전 시스템은 이제 공작물과 그 포즈를 보다 정확하고 안정적으로 감지할 수 있다. 예를 들어, 로봇 픽 앤 플레이스 작업은 특정 공작물 포즈에 대해 신중하게 프로그래밍할 필요가 없으며 공작물을 특정 포즈로 로봇에 제시할 필요가 없다. 이러한 손재주는 자동화된 셀을 배포하는 데 많은 수동 작업을 제거한다.

 

AI 기반 제어는 PID(비례, 적분, 미분) 루프를 자동 조정하고 실시간으로 변화하는 부하 또는 마찰에 적응할 수 있다. 예측 동작 최적화에는 과거 패턴을 연구하고 실시간 동작을 최적화하여 동작 동작을 학습하고 개선하는 작업이 포함된다.

 

이러한 복잡한 머신 러닝 알고리즘은 알고리즘이 새로운 엣지 사용 사례에 의해 자주 업데이트되고 의사 결정 자체가 엣지에서 실시간으로 발생하는 하이브리드 클라우드-엣지 AI 모델을 활용한다.

 

창고운영에서모션제어의미래

 

창고 자동화 및 모션 제어의 미래는 로봇 시스템에 사용할 때 전력 소비를 최적화하기 위해 더 적은 에너지와 무게를 소비하는 더 간결하고 깨끗한 모터와 드라이버를 강조한다. 회생 드라이브는 온로드 차량에서와 마찬가지로 제동 에너지를 회수하고 재사용한다.

 

Gelfuso는 로봇의 진화와 함께 모션 제어가 진화하고 있다고 보고 있다. “훨씬 더 손재주가 뛰어난 차세대 로봇에는 더 많은 자율성이 있습니다. 그들은 더 많은 자유도를 갖게 될 것입니다”라고 말한다. “오늘 제가 보는 것은 문제를 해결하도록 설계된 로봇이나 자동화 시스템이 있지만 앞으로는 여러 문제를 해결하는 솔루션을 제공할 수 있는 기회가 있다고 생각하며, 이는 더 복잡한 로봇 공학을 의미할 것입니다”라고 그는 덧붙였다.

 

그리고 더 복잡한 로봇 공학은 창고와 그 너머에서 더 정밀한 모션 제어와 같다.