As collaborative robots change the world, ever smaller and more powerful motors are needed. TQ-RoboDrive, a leading robot drive manufacturer, is at the vanguard of a technological revolution.

배경

협동 로봇(코봇) 기술이 발전함에 따라 간병인들이 어르신들을 보살피는 방식과 직원들이 작업 환경과 어울리는 방식, 그리고 외과의사가 심장 수술을 이행하는 방식이 변화하고 있습니다.

Renishaw의 관계회사인 RLS d.o.o.는 독일 기업 TQ-Group의 자회사 TQ-RoboDrive와 수년 동안 부가가치 관련 파트너십을 유지해 왔습니다.

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

RLS supplies TQ-RoboDrive with AksIM™ magnetic absolute off-axis (hollow shaft) encoders, as well as OnAxis™ encoders. In conjunction with Renishaw, it has adapted the AksIM™ encoder to meet the new challenging form factors and performance requirements of TQ-RoboDrive as they work to make advanced cobots a reality.

Cut-away of a TQ-RoboDrive hollow-shaft servomotor with an AksIM™ magnetic absolute encoder.

과제

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

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

TQ-RoboDrive 모터는 가벼운 무게로 높은 토크를 제공하며 이는 외골격 로봇, 코봇을 이용하는 분야에 특히 중요합니다. 가벼운 무게로 높은 토크를 제공할 수 있다는 것은 토크 밀도가 높다는 것이며 이는 TQ-RoboDrive 모터 시스템과 다른 모터 제조업체의 제품을 차별화하는 특징입니다.

TQ-RoboDrive는 로봇 용도로 설계된 초경량 프레임리스 모터에 맞는 정밀 자석 엔코더 솔루션을 찾고 있었으며 시장에는 아직 이러한 요구에 맞는 초소형 앱솔루트 엔코더가 나와 있지 않은 상황이었습니다.

TQ-RoboDrive 산업용 드라이브 책임자 Ulrich Kerber는 말합니다. “당사에서 향후 로봇 분야에 일어날 변화에 대해 내린 결론 중 하나는 로봇이 점점 더 작아져야 한다는 것입니다. 당사에서는 이미 크기가 작은 모터(ILM25와 ILM38)를 보유하고 있었지만 엔코더와 같은 적합한 액세서리 구성품을 찾는 일이 어려웠습니다. 당사에서는 필요한 제품을 찾지 못한 상황에서 RLS와 Renishaw에 연락하여 외경이 28 mm 이하이고 나머지 중공 샤프트가 최대 5 mm인 엔코더가 필요하다고 얘기했습니다.”

RD-ILM (left) and RD-ILM85 (right) servo kits on display

솔루션

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

Kerber는 “쉽지 않은 도전임에도 불구하고 RLS와 Renishaw는 이 과제를 완수할 수 있다는 확신에 차 있었다”고 회상합니다.

확장된 온도 범위, 자기장에 대한 더 우수한 면역성, 손쉬운 설치 등 전기 모터의 까다로운 요건을 충족하기 위해 기존 AksIM 기술을 개선하는 작업이 진행되었습니다.

TQ-RoboDrive의 모터는 스테이터와 로터, 안전 브레이크, 엔코더를 비롯한 여러 개의 주요 부품으로 구성되어 있으며, 이 모든 구성품이 작은 모터 하우징에 탑재됩니다. 엔코더는 모터 후면에 장착되고 각 구성품의 직경은 각기 다릅니다. 안전 브레이크에서 자기장이 발생하기 때문에 조립 순서가 중요합니다. 이 경우, 엔코더 링이 차폐되도록 엔코더를 브레이크 뒤에 배치해야 합니다.

“마침내 RLS와 Renishaw는 ILM 25와 ILM38 크기에 완벽히 들어맞는 센서를 개발하여 중공샤프트 프레임형 모터와 프레임리스 서보 키트를 위한 완벽한 드라이브 솔루션을 제공하였습니다. 정말 굉장한 결과였습니다.” Kerber는 감탄하며 마무리하였습니다.

결과

RLS 및 Renishaw와의 제휴로 TQ-RoboDrive는 로봇 시장에서 가장 뛰어난 토크 밀도를 자랑하는 서보모터를 출시할 수 있었습니다. 더 빠른 문제 해결과 더 나은 기술 지원, 더 나은 고객 서비스로 인해 TQ-RoboDrive와 관련 공급자 간 개선된 커뮤니케이션으로 고객의 혜택이 증가되었습니다.

Ulrich Kerber가 로봇 분야에서 협동과 산업체 파트너십이 갖는 중요성에 대해 설명합니다. “특히 협동 로봇 시장은 아직까지도 비교적 규모가 작지만 매년 눈에 띄게 성장하고 있습니다. 저는 함께 힘을 합쳐 최신 트렌드를 주도하고 가장 큰 과제를 해결하기 위해 커뮤니티 내부에서 공급자와 고객이 지속적으로 소통해야 한다고 생각합니다. 신뢰할 수 있는 엔코더 파트너를 확보하는 것이 굉장히 중요합니다. 로봇 시장은 매우 폭넓은 다양성을 보유하고 있으며, 저희는 자사 모터에 적합한 최고의 기술이 필요하였습니다. RLS 및 Renishaw와 파트너십을 맺어서 얻을 수 있는 혜택 중 하나는 두 회사가 누구나 잘 아는 제품으로 시장을 선도하는 주요 기업들이라는 점입니다. 또한 필요할 때 TQ-RoboDrive에서 RLS와 Renishaw에 기술 지원을 요청할 수 있기 때문에 문제 해결이 훨씬 쉬워집니다.”

왼쪽부터 TQ-RoboDrive 프레임리스 ILM 서보 키트의 로터, 스테이터 및 안전 브레이크.

RLS 정보

RLS d.o.o는 Renishaw의 제휴사입니다. RLS는 산업 자동화, 금속 가공, 섬유, 패키징, 전자 칩/보드 생산, 로봇 등의 분야에 사용되는 견고하고 광범위한 마그네틱 로터리 및 리니어 모션 센서 제품군을 생산합니다.

 

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www.rls.si, www.renishaw.com