일반적인 로봇 분류
구조 형태별 분류
관절형 로봇
관절형 로봇은 여러 개의 회전 관절로 연결되어 인간의 팔 운동 방식을 모방합니다. 관절 수와 구성에 따라 주로 다음과 같은 유형으로 나뉩니다:
3축 관절형 로봇
3축 관절형 로봇은 구조가 가장 간단하며 3개의 회전 자유도를 가지고 있습니다. 수직 관절형(3개의 회전축이 수직 배치)과 혼합형(2개의 회전축과 1개의 직선축)으로 나눌 수 있으며, 주로 사출 성형기 취출, 프레스 상하 공급, 간단한 운반 적재, 점액 도포 등의 분야에 사용됩니다.
4축 관절형 로봇
4축 관절형 로봇은 주로 SCARA 구조 또는 팔레타이징 전용 구성을 사용하며, 3개의 회전축과 1개의 수직 이동축을 가지고 있어 수평면에서 고속도와 고정밀도를 가지며, 주로 팔레타이징 작업, 간단한 조립, 상하 공급 등의 분야에 사용됩니다.
5축 관절형 로봇
5축 관절형 로봇은 6축에 비해 손목 회전축(일반적으로 A6축 공구 회전축이 부족)이 하나 적어 비용이 낮지만 유연성이 약간 감소하며, 주로 도장, 간단한 용접, 운반 등 복잡한 손목 동작이 필요하지 않은 분야에 사용됩니다.
직각 좌표형 로봇
직각 좌표형 로봇은 데카르트 좌표계를 기반으로 하여 서로 수직인 직선 운동축으로 구성되며, 모든 관절이 이동 관절입니다.
구조 규모별 분류
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표준 직각 좌표 로봇: 선형 모듈이나 스크류 가이드 조합을 채택하며, 작업 범위는 일반적으로 2미터 이내로 구조가 컴팩트하고 단일 기계 작업에 적합하며, 반복 정밀도는 ±0.02mm에 달할 수 있어 모든 로봇 유형 중 위치 정밀도가 가장 높습니다.
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갠트리 로봇(용문 로봇): 대형 강구조나 알루미늄 프로파일 프레임을 채택하며, 크로스빔 스팬이 40미터 이상에 달할 수 있어 전체 생산 라인이나 여러 설비를 커버할 수 있으며, 일반적으로 2-4축 구성(XZ, XYZ, XYZR)입니다.
축수별 분류
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단일축 로봇: 단일 직선 운동, 예: 전동 슬라이드 테이블.
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2축 로봇: XY 평면 또는 XZ 수직 운동.
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3축 로봇: XYZ 입체 공간 운동, 가장 일반적인 구성.
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4축 이상: 회전축이나 추가 직선축을 증가.
이 유형의 로봇의 가장 큰 특징은 작업 공간이 직육면체로 전체 영역을 효과적으로 사용할 수 있으며, 모듈화 설계로 확장과 맞춤화가 용이하고 특히 대 스팬 응용에 적합합니다. 제한점은 직선 운동만 가능하고 회전 능력이 부족하며, 기체가 차지하는 공간이 크고 유연성이 부족합니다.
시각 유도 응용에서 프로그래밍이 간단하고 작업 공간이 정돈된 장점을 가지며, 주로 CNC 공작기계 상하 공급, 3D 인쇄, 정밀 조립, 점액 도포, 레이저 절단, 검사 설비, 물류 분류 등 고정밀 위치 결정과 정돈된 적재 분해가 필요한 분야에 사용됩니다.
SCARA 로봇
SCARA(선택적 순응 조립 로봇 팔)는 조립 작업을 위해 특별히 설계되었으며, 4축 구성(3개의 회전 관절과 1개의 직선 관절)의 이중 팔 평행 관절 구조를 채택합니다. 독특한 점은 수평면에서 순응성을 가지면서 수직 방향에서는 강성을 유지한다는 것으로, 이러한 설계는 조립 작업에서 독특한 장점을 가집니다.
4축 관절형 로봇은 주로 SCARA 구조 또는 팔레타이징 전용 구성을 사용하며, 3개의 회전축과 1개의 수직 이동축을 가지고 있어 수평면에서 고속도와 고정밀도를 가지며, 주로 팔레타이징 작업, 간단한 조립, 상하 공급 등의 분야에 사용됩니다. 운동 속도가 빠르고 정밀도가 높으며 비용이 적당하여 주로 전자 제조업에 사용됩니다. 예를 들어 FANUC의 SR 시리즈 SCARA 로봇은 전자 조립 라인에서 광범위하게 응용되며, 팔 신장이 400mm에서 650mm, 하중 3kg에서 6kg으로 주로 전자 조립과 평면 고속 픽앤플레이스 작업에 사용됩니다.
병렬 로봇(Delta)
7축 관절형 로봇은 6축 기반에 하나의 잉여축(일반적으로 대형 팔이나 소형 팔 중간 부분)을 추가하여 장애물을 피할 수 있고 좁은 공간에서의 작업이 더욱 유연하지만 제어가 더 복잡합니다. 주로 항공우주 조립, 좁은 공간 작업, 인간-기계 협업 등의 분야에 사용됩니다. 병렬 로봇은 폐루프 운동 체인 구조를 채택하며, 말단 실행기가 최소 2개의 독립적인 운동 체인과 기계 프레임에 연결됩니다. Delta 로봇이 가장 대표적인 예로, 3개 또는 4개의 평행 팔이 동시에 말단 실행기를 제어하여 역원뿔형 작업 공간을 형성하며, 모든 구동기가 베이스에 위치하여 운동 부품이 극도로 경량화됩니다.
핵심 장점은 속도가 가장 빠르고(10m/s에 달할 수 있음) 가속도가 100m/s²에 달할 수 있으며, 정밀도가 높고 반복성이 좋으며(±0.1mm), 강성이 높고 누적 오차가 작으며 동적 성능이 우수합니다. 제한점은 하중 능력이 제한적이고(일반적으로 5kg 미만) 작업 공간이 상대적으로 작으며, 주로 식품 포장, 전자 제품 분류, 제약 업계 포장 등 고속 경하중 픽앤플레이스 분야에 사용됩니다.
좌표 시스템별 분류
로봇의 좌표 시스템별 분류는 주로 운동학 특성과 제어 복잡도를 기반으로 합니다.
직각 좌표 시스템(PPP)
데카르트 좌표 시스템이라고도 하며, 서로 수직인 3개의 직선 좌표축(X, Y, Z축)을 기반으로 하여 운동 방정식이 가장 간단합니다:
P(x,y,z) = (x₀±Δx, y₀±Δy, z₀±Δz)각 축이 독립적으로 제어되어 운동학적 결합이 없고, 프로그래밍이 직관적이고 간단하며, 좌표축에서 직접 이동 거리를 읽을 수 있고, 로봇 말단 실행기 공간 위치의 변화가 서로 수직인 3개의 직각 좌표 x, y, z의 이동을 통해 실현됩니다.
이 시스템은 고정밀 선형 위치 결정이 필요한 응용에 가장 적합하며, 웨이퍼 운반, 정밀 가공, 대형 워크피스 처리 등에 사용되고, 작업 공간 이용률이 가장 높으며 전체 직육면체 영역을 효과적으로 사용할 수 있고, 운동 분리로 제어가 간단합니다.
원통 좌표 시스템(RPP)
원통 좌표 시스템이라고도 하며, 원통 좌표계(r, θ, z)를 기반으로 하여 좌표 변환 관계는 다음과 같습니다:
x = r·cos(θ), y = r·sin(θ), z = z로봇 말단 실행기 공간 위치의 변화가 2개의 이동 좌표와 1개의 회전 좌표로 실현되며, 하나의 수직 기둥이 Z축 상하 이동을 제공하고, 수평 팔이 반지름 방향 이동을 수행하며, 베이스가 회전 운동을 수행합니다.
이 시스템은 복잡성과 실용성의 균형을 맞추며, 동일한 작업 공간 조건에서 직각 좌표형보다 기체가 차지하는 체적이 작고, 주로 좁은 공간 작업, 원통형 워크피스 가공, 파이프 용접 등의 분야에 사용됩니다. 운동 결합성이 약하고 제어가 상대적으로 간단하며 운동 유연성이 적당합니다.
구 좌표 시스템(RRP)
극좌표 시스템이라고도 하며, 구 좌표계(r, θ, φ)를 기반으로 하여 좌표 변환이 더 복잡합니다:
x = r·sin(φ)·cos(θ), y = r·sin(φ)·sin(θ), z = r·cos(φ)로봇 팔의 운동이 하나의 직선 운동과 두 개의 회전으로 구성되며, 즉 x축을 따라 신축하고, y축을 중심으로 상하 움직이며, z축을 중심으로 회전합니다. 지면이나 낮은 위치의 워크피스를 잡을 수 있고, 팔 신장이 길며, 커버 범위가 크지만, 프로그래밍이 상대적으로 복잡하고 좌표 변환이 필요하며, 위치 오차가 팔 길이에 비례합니다.
주로 사출 성형, 점용접, 아크 용접 등 전통적인 공업 분야에 사용됩니다. 운동 결합성이 강하고 제어가 복잡하며, 운동 유연성이 좋고 자체가 차지하는 공간이 비교적 작습니다.
관절 좌표 시스템(RRR)
회전 좌표라고도 하며, 여러 회전 관절의 직렬 구조를 기반으로 하여 수직 관절 좌표와 평면(수평) 관절 좌표로 나뉩니다. 복잡한 정방향 및 역방향 운동학 계산이 필요하며, 일반적인 구성은 6개의 회전 관절로 복잡한 불규칙 구형 작업 공간을 형성합니다.
운동학적 결합 정도가 가장 높아 선진적인 제어 알고리즘이 필요하며, 최대의 운동 유연성을 제공할 수 있어 복잡한 3차원 궤적을 실현할 수 있습니다. 주로 용접, 도장, 조립 등 다양한 분야에 사용됩니다. 운동 결합성이 강하고 제어가 가장 복잡하며, 운동 유연성이 가장 좋고 자체가 차지하는 공간이 가장 작습니다.
구동 방식별 분류
전동 구동
전동 구동은 AC 서보 모터, DC 서보 모터 또는 스테핑 모터를 채택하여 정밀 감속기, 동기 벨트 등 기계 전동 메커니즘을 통해 관절을 구동합니다. 현대 전동 로봇은 일반적으로 폐루프 제어 시스템을 채택하여 응답 속도가 빠르고 정확합니다.
기술적 장점이 뚜렷합니다. 반복 위치 정밀도가 ±0.02mm에 달할 수 있고, 에너지 변환 효율이 높으며(85% 이상), 작업 환경이 청결하고, 유지보수 비용이 낮으며, 운행 소음이 작고(<70dB), 다축 협조 제어를 통해 복잡한 궤적을 실현할 수 있습니다. FANUC의 M-2000 시리즈 전동 로봇의 하중 능력이 이미 2300kg에 달해 전동 로봇 하중 능력의 전통적인 한계를 돌파했습니다.
주요 제한점은 동일한 중량에서 출력 토크가 비교적 작고, 초기 투자가 상대적으로 높지만, 기술 발전에 따라 점점 더 많은 유압 및 공압 응용을 대체하고 있으며, 대부분의 공업 분야에 적용되고 특히 고정밀, 고속도가 필요한 시각 유도 응용에 적합합니다.
유압 구동
유압 구동은 액체(일반적으로 유압유) 압력 에너지를 기계 에너지로 변환하며, 시스템 압력은 일반적으로 7-35MPa이고, 출력 밀도가 7kW/kg 이상에 달할 수 있습니다. 핵심 구성 요소는 유압 펌프, 유압 실린더, 유압 모터, 서보 밸브, 축압기 등을 포함하며, 전기 유압 서보 시스템을 채택하여 정밀 제어를 실현할 수 있습니다.
중하중 응용에서 대체 불가능합니다. 출력력이 크고(거대한 출력력과 토크를 제공할 수 있어 수만 N·m에 달할 수 있음), 출력 밀도가 높으며(동일한 체적에서 출력 전력이 전동 시스템의 5-10배), 전동이 평온하고(액체가 압축되지 않아 운동이 평온하고 진동이 없음), 방폭성이 좋으며(인화성 폭발성 환경에 적합), 동작이 민감합니다(응답 속도가 빠르고 밀리초급에 달할 수 있음). 하지만 온도에 민감하여 냉각 시스템이 필요하여 유온을 유지해야 합니다.
주요 제한점은 에너지 변환 손실이 크고(효율 60-80%), 액체 누출 문제가 존재하며, 작업 소음이 크고(>80dB), 복잡한 유로 시스템이 필요하며, 유지보수 비용이 높습니다. 주로 대형 프레스 라인, 선박 제조, 중형 기계 제조, 단조 설비 등 분야에 사용되며, 전형적인 응용 하중이 500kg을 초과하거나 심지어 수 톤에 달합니다.
공압 구동
공압 구동은 압축 공기(0.4-0.8MPa)를 이용하여 공압 실린더, 공압 모터, 진공 흡착판 등 실행 원소를 구동합니다. 시스템 구조가 간단하고, 개루프 제어나 간단한 폐루프 제어를 많이 채택하며, 공기를 작업 매체로 하여 출처가 편리하고 무공해입니다.
비용 우세가 명백합니다. 구조가 간단하고(원소 표준화 정도가 높고 유지보수가 용이함), 동작이 신속하며(응답 속도가 빠르고 20-50ms), 비용이 낮고(초기 투자와 운행 비용이 모두 낮음), 안전성이 높으며(방화 방폭, 과부하 시 자동 정지), 청결 환경 친화적이고(무공해, 식품, 의약 업계에 적합), 순응성이 좋습니다(공기가 압축 가능하여 완충 작용을 가짐).
주요 제한점은 위치 정밀도가 낮고(±0.1-0.5mm), 출력력이 상대적으로 작으며(일반적으로 2000N 미만), 속도 안정성이 부족하고(기압 파동의 영향을 받음), 정확한 위치와 속도 제어를 실현하기 어렵습니다. 주로 전자 제조, 식품 공업, 포장 업계, 간단한 조립 등 정밀도 요구가 높지 않은 분야에 사용되며, 특히 "점대점" 고속 이동 작업에 적합합니다.
시각 유도 응용 선형 가이드
3D 시각 유도의 그립 포인트 생성 및 분해 적재 응용에서 로봇 선택은 여러 요인을 종합적으로 고려해야 합니다.