로봇 조립을 위한 설계

SCARA 로봇이 여러 개의 작은 플라스틱 부품을 빠르게 조립하는 것을 보면 그것이 사람이라고 생각하기 어렵습니다. 빠르고 정확하며 지칠 줄 모르는 사람이지만 그럼에도 불구하고 사람입니다.

실제로 로봇과 인간 조립자의 능력을 동일시하는 것은 위험합니다. 인간 조립자에게는 쉬운 일이 로봇에게는 어렵거나 불가능할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지입니다. 로봇 조립의 성공을 보장하려면 엔지니어는 부품, 제품 및 프로세스를 로봇의 고유한 요구 사항에 맞게 조정해야 합니다.

이상적으로 엔지니어는 설계 프로세스 초기에 로봇 조립과 관련된 문제를 해결해야 합니다. 독일 슈비베르딩겐에 위치한 Bosch Rexroth Corp.의 판매 및 제품 관리 이사인 Thierry Dumont에 따르면, 로봇 작업셀을 구축하는 것은 자동으로 조립되도록 설계된 제품보다 원래 수동으로 조립된 제품의 경우 더 어렵습니다.

“부품이 자동화용으로 설계되지 않았기 때문에 까다로울 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. "고객이 제품을 설계하는 동안 우리가 함께 작업할 수 있다면 제품 자체에 아무것도 추가하지 않더라도 조립을 상당히 향상시킬 수 있는 기능을 구축할 수 있습니다."

그리퍼 제조업체인 SCHUNK의 자동화 담당 부사장인 Tom Reek도 이에 동의합니다. 그는 최고의 자동화 프로젝트는 잘 정의된 부품과 프로세스를 갖춘 프로젝트라고 말합니다. 부품 설계가 완료되었으며 로봇이 부품을 집어드는 것부터 내려놓는 것까지의 경로가 결정되었습니다.

“알 수 없는 것이 작용하면 문제가 발생합니다.”라고 그는 말합니다. “예를 들어, 부품을 다루기 위한 그리퍼를 설계했는데 디자인이 변경되는 경우가 있습니다. 이제 갑자기 부품을 적절하게 잡을 수 없는 표면 여유 문제나 기능이 발생합니다.

“또는 한 방향으로 부품을 집어 올리도록 그리퍼를 설계할 수도 있지만 원래 의도했던 영역을 잡을 수 없는 다른 방향으로 피더에서 부품이 나옵니다.

“우리는 또한 부품이 어디로 가는지 알고 싶습니다. 로봇이 단지 사출 성형기에서 부품을 꺼내서 통에 넣는 것이라면 부품을 꺼내는 것은 별 문제가 되지 않습니다. 그러나 예를 들어 로봇이 어셈블리에 커넥터를 삽입하는 경우 우리는 어떤 표면을 잡을 수 있는지, 어셈블리의 깊이를 알아야 합니다.”

로봇 조립의 성공을 보장하려면 엔지니어는 부품, 제품 및 프로세스를 로봇의 고유한 요구 사항에 맞게 조정해야 합니다. 사진 제공: Robert Bosch GmbH

수동 및 기계 조립 프로세스를 개선하기 위한 많은 설계 지침이 로봇 조립에도 적용됩니다. 예를 들어, 제품의 부품 수를 줄이면 조립에 사용되는 장비 유형에 관계없이 비용이 절감되고 공정 신뢰성이 높아집니다.

다른 지침은 로봇에 더 구체적입니다. 예를 들어, 인간 조립자와 달리 대부분의 로봇은 한 손에는 부품을, 다른 손에는 도구를 잡을 수 없습니다. 오히려 SCARA와 데카르트 로봇은 "한 손"이며 3~4개의 축을 따라서만 이동할 수 있습니다. 따라서 제품은 아래에서 위로 층을 이루어 조립할 수 있도록 설계되어야 합니다.

"제품이 로봇 조립용으로 설계되지 않은 경우 여러 측면에서 접근해야 하는 경우가 많습니다."라고 Dumont는 말합니다. "모든 것이 위에서부터 접근 가능하길 원합니다."

어셈블리 방향을 바꾸면 가치를 추가하지 않고도 사이클 시간이 늘어납니다. 또한 설비 비용도 증가합니다. 그리고 SCARA 또는 데카르트 로봇 대신 조립 작업자에게는 더 비싼 6축 로봇이 필요할 수도 있습니다.

비슷한 이유로 부품은 로봇이 설치한 후에도 제자리에 유지되도록 설계해야 합니다. 더 좋은 점은 부품을 스냅핏으로 설계할 수 있어 나중에 고정하거나 용접하거나 접착할 필요가 없다는 것입니다. 또한 로봇은 전용 "하드" 자동화와 동일한 반복성으로 이동할 수 없기 때문에 부품에는 로봇이 부품을 삽입하는 데 도움이 되는 립이나 모따기와 같은 자체 정렬 기능이 있어야 합니다.

Epson Robots의 응용 엔지니어링 관리자인 Phil Baratti는 "어셈블리를 설계할 때 가장 먼저 고려해야 할 사항 중 하나는 '구성 요소가 함께 작동하고 싶습니까?'입니다."라고 말합니다. "부품이 제자리에 있어야 할 때 부품을 강제로 끼워 맞춰야 한다면 자동화된 조립에 문제가 발생할 수 있습니다."