이 글을 읽고 계시다면 6축 협동 로봇 경로 계획 문제를 해결하는 데 너무 많은 시간을 소비하셨을 것입니다. 즉, A지점에서 B지점까지의 경로는 직선적이고 스마트한 경로라기보다는 구불구불한 길에 가깝기 때문에 봇이 에너지를 낭비하고, 주기 시간을 놓치거나, 작업 중간에 잼이 발생하는 것을 지켜보는 것입니다. 이 작은 일꾼의 공급자로서 저는 잘못된 경로 계획이 얼마나 프로젝트를 망칠 수 있는지 직접 보았습니다. 우리는 CR920의 성능이 저조하다고 생각하는 제조업체로부터 전화를 받았지만 그 경로가 속도와 효율성 대신 "안전"에 최적화되어 있음을 깨달았습니다. 당신이 그 보트에 있다면, 지나치게 복잡하지 않고 6축 협동로봇 경로 계획을 실제로 최적화하는 방법을 분석해 보겠습니다.
먼저, 간단히 정리하자면, 6축 협동로봇의 경로 계획은 단순히 X 지점에서 Y 지점으로 이동하는 것이 아닙니다. 협동로봇을 독특하게 만드는 모든 관절, 페이로드 및 환경 변수를 고려하는 것입니다. 케이지에 사는 산업용 로봇과 달리 협동 로봇은 인간, 부품, 때로는 기존 장비를 중심으로 작업해야 하므로 최적화는 속도, 안전 및 에너지 사용의 균형을 맞춰야 합니다. 고객이 저지르는 가장 큰 실수는 특정 작업에 맞게 조정하는 대신 협동로봇에 내장된 경로를 기본적으로 사용하는 것이라고 생각합니다. 예를 들어, 시뮬레이터에서 잘 작동하는 픽 앤 플레이스 작업은 이동 중인 부품의 5kg 탑재량을 조정하지 않았기 때문에 작업 현장에서는 느리고 에너지가 많이 소모되는 작업으로 바뀔 수 있습니다.
기본 사항인 운동학적 매개변수 조정부터 시작해 보겠습니다. 6축 코봇에는 6개의 관절이 있으며 각 관절에는 고유한 범위, 속도 제한 및 가속도가 있습니다. 기본 관절 제한만 사용하면 성능은 그대로 유지됩니다. 대부분의 협동로봇 컨트롤러를 사용하면 "관절 속도 스케일링"과 "가속 평탄화"를 조정할 수 있지만 대부분의 사람들은 이를 설정하고 잊어버립니다. 문제는 다음과 같습니다. 가속도가 높다고 항상 좋은 것은 아닙니다. 경로가 급하게 회전하는 경우 크랭킹 가속도가 너무 높으면 봇이 갑자기 움직이게 되어 에너지를 낭비할 뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 관절에 부담을 줄 수 있습니다. 글로벌 설정을 사용하는 대신 관절당 가속도를 조정하는 것만으로 사이클 시간을 15% 단축한 고객이 있었습니다. CR 시리즈 협동로봇의 경우(예:CR1400 협동로봇), 운동학적 설계를 통해 전체 안정성을 희생하지 않고 개별 관절을 독립적으로 움직일 수 있기 때문에 이것은 획기적인 것입니다. CR1400의 경량 프레임은 이러한 종류의 미세 조정을 위해 제작되었으므로 더 나은 경로 흐름을 얻기 위해 강도를 타협할 필요가 없습니다.
다음은 실제로 작동하는 장애물 회피입니다(아니요, 기본 설정이 아닙니다). 협동로봇 경로 계획의 최악의 순간은 봇이 인간 근처에 있다고 생각하거나 기계의 숨겨진 부분에 부딪히는 "무작위 정지"에서 비롯됩니다. 일반적인 장애물 회피 알고리즘은 모든 경우에 적용 가능하지만 작업 공간을 올바르게 매핑하면 경로를 최적화하여 장애물에 반응하는 대신 사전에 장애물을 피할 수 있습니다. 방법은 다음과 같습니다. 코봇의 티치 펜던트를 사용하여 작업 공간의 모든 고정 장애물(컨베이어, 워크스테이션, 심지어 전원 코드까지)을 기록합니다. 대부분의 최신 6축 코봇 컨트롤러를 사용하면 이 맵을 가져올 수 있으므로 경로 플래너는 봇이 움직이기 시작하기 전에 장애물을 건너뛰는 경로를 계산할 수 있습니다. 근처에서 작업하는 사람과 같은 동적 장애물의 경우 전체 봇 주위에 1m 버블 대신 사용자 지정 안전 영역을 설정하고 실제 접촉이 발생하는 도구 지점 근처에 더 작은 영역을 만듭니다. 이렇게 하면 2m 거리에 있는 사람이 있어도 로봇이 속도를 늦추지 않아 안전을 위협하지 않으면서 경로 효율성을 유지할 수 있습니다. 우리는 이 작업이 특히 다음과 같은 에너지 절약 모델에서 잘 작동하는 것을 확인했습니다.에너지 절약형 CR920 협동로봇, 불필요한 정지를 피하면 에너지 사용이 줄어들기 때문입니다. CR920의 모터 설계는 유휴 에너지를 줄이기 위해 제작되었으므로 경로가 급정거를 피하면 더 많은 절약 효과를 얻을 수 있습니다.
다음으로 페이로드 및 툴링에 대한 모션 계획이 있습니다. 이것은 매우 흔한 사각지대입니다. 협동로봇의 경로는 들고 있는 도구와 페이로드의 무게에 따라 완전히 달라집니다. 예를 들어, 2kg의 그리퍼는 엔드 이펙터의 무게 중심(CoG)을 변경합니다. 이는 관절이 움직이기 위해 더 열심히 일해야 함을 의미합니다. 새로운 CoG로 경로 플래너를 업데이트하지 않으면 움직임이 고르지 않고 에너지 사용량이 높아지며 정확도도 낮아집니다. 해결 방법은 간단합니다. 도구나 페이로드를 전환할 때 코봇에서 빠른 CoG 교정을 실행하세요. 다음과 같은 대부분의 6축 모델은에너지 절약형 CR620 협동로봇, 이에 대한 원탭 교정 기능이 있습니다. 3kg 진공 그리퍼와 5kg 기계식 그리퍼 사이를 전환한 고객이 있었는데 CoG 교정을 수행할 때까지 경로 시간이 20% 단축되었습니다. 갑자기 경로가 원활해졌고 에너지 사용량이 줄어들었으며 모든 경유지를 다시 가르칠 필요가 없었습니다. CR620의 유연한 페이로드 용량은 이러한 종류의 빠른 변경에 적합하므로 다양한 도구에 대한 경로를 최적화하는 것이 번거로운 일처럼 느껴지지 않습니다.
잠깐, 부드러움에 대해 얘기해 봅시다. 아니요, 평탄한 도로에서 운전한다는 뜻이 아니라 경로의 궤적을 의미합니다. 6축 코봇은 선형 또는 관절 기반 경로로 이동하지만 선형 경로(한 지점에서 다른 지점으로 직선 이동)는 날카로운 관절 회전이 필요하지 않은 경우에만 훨씬 더 효율적입니다. 관절 기반 경로는 무작위로 보일 수 있지만 각 관절의 자연스러운 범위를 우선시하기 때문에 움직임이 더 부드러워지는 경우가 많습니다. 최악의 경로는 작업 중간에 선형 모션과 관절 모션 사이를 전환하여 봇이 흔들리게 만드는 경로입니다. 대부분의 컨트롤러에는 봇이 웨이포인트를 얼마나 가깝게 따라가는지 조정할 수 있는 "궤적 평탄화" 설정이 있습니다. 이 값을 너무 높게 설정하면 경로가 들쭉날쭉해집니다. 너무 낮으면 경로에 불필요한 거리가 추가됩니다. 대부분의 작업에 대해 5~15% 사이의 값으로 설정하는 것이 좋지만 특정 협동로봇으로 테스트해 보세요. 더 긴 도달 거리를 위해CR1600 협동로봇, 경로가 들쭉날쭉하면 팔이 길어질수록 흔들리기 쉽기 때문에 궤적을 매끄럽게 하는 것이 특히 중요합니다. CR1600의 확장된 도달 범위는 매끄럽고 최적화된 경로에서도 안정성을 유지하도록 설계되었으므로 해당 설정을 조정할 때 정확도에 대해 스트레스를 받을 필요가 없습니다.
또 다른 과소평가된 트릭: 배포 전에 시뮬레이션을 사용하는 것입니다. 알아요, 알아요. "시뮬레이션에는 시간이 걸립니다!" 그런데 바닥에 닿지 않는 길을 고치는 데 얼마나 많은 시간을 소비하시나요? 대부분의 6축 코봇 공급업체는 작업 공간, 페이로드 및 작업을 입력한 다음 단일 부품을 이동하지 않고도 다양한 경로 계획을 테스트할 수 있는 시뮬레이션 도구를 제공합니다. 이를 통해 로봇을 개봉하기도 전에 충돌, 비효율성 또는 과부하된 관절을 발견할 수 있습니다. 예를 들어, 용접 작업을 설정하는 경우 시뮬레이션을 통해 특정 경로가 관절 3에 너무 많은 부담을 준다는 것을 보여줄 수 있으므로 첫날에 문제를 해결하는 대신 사전에 웨이포인트를 조정할 수 있습니다. 우리는 고객이 시뮬레이션을 사용하여 배포 시간을 30% 단축하고 대용량 작업의 경우 실제 비용이 추가되는 것을 확인했습니다. 그만큼CR1300 협동로봇가장 일반적인 시뮬레이션 소프트웨어와 원활하게 통합되므로 로봇이 도착하기도 전에 컴퓨터에서 바로 경로를 조정할 수 있습니다.
이제 에너지 최적화에 대해 구체적으로 살펴보겠습니다. 왜냐하면 이는 우리 협동로봇의 큰 판매 포인트이고 경로 계획은 에너지 사용을 줄이는 가장 쉬운 방법이기 때문입니다. 우리는 잘못된 경로 계획으로 인해 6축 협동로봇이 필요한 것보다 30% 더 많은 에너지를 사용할 수 있다는 것을 측정했습니다. 어떻게? 불필요한 정지, 급격한 회전 또는 비효율적인 관절 움직임으로 인해 발생합니다. 이전에 더 부드러운 경로, 장애물 회피, CoG 보정에 관해 이야기한 수정 사항은 모두 에너지 사용을 직접적으로 줄입니다. 예를 들어 에너지 절약 모델(CR920 및 CR620)에는 부하에 적응하는 모터가 있으므로 경로가 최적화되면 모터가 필요 이상으로 열심히 작동하지 않습니다. 이것이 바로 이 모델이 인건비와 에너지 비용을 모두 절약하려는 중소 제조업체에 매우 적합한 이유입니다. 운영 비용을 절감하려는 경우 경로 계획 최적화가 첫 번째 단계이며 당사의 에너지 절약 라인은 이를 더욱 쉽게 만들어줍니다.
잠깐만요, 사람들이 흔히 범하는 실수에 대해 좀 더 자세히 알아볼까요? 고객이 모든 웨이포인트를 1cm씩 이동하여 수동으로 경로를 최적화하려고 시도하는 것을 보았으며 이는 간단한 작업에는 효과가 있지만 복잡한 작업(예: 포장 또는 조립)에는 시간 낭비입니다. 또 다른 실수는 협동로봇에 내장된 경로 계획 알고리즘을 무시하는 것입니다. 아니요. 처음부터 사용자 지정 경로를 코딩할 필요가 없습니다. 대부분의 최신 6축 코봇에는 적응할 수 있는 고급 경로 플래너가 있지만 올바른 데이터를 공급해야 합니다. 예를 들어 실제 페이로드 무게를 입력하지 않으면 경로 플래너는 기본적으로 더 낮은 무게 설정을 사용하므로 이동이 비효율적입니다. 또한 워크플로를 변경할 때마다 경로 계획을 업데이트하는 것을 잊지 마세요. 워크스테이션을 재배치하거나 이동 중인 부품을 변경하면 이전 경로는 더 이상 작동하지 않습니다. 3개월마다 또는 작업 공간이나 작업이 크게 변경된 후에는 경로 확인을 수행하는 것이 좋습니다.
따라서 이 모든 것을 종합하면 운동학적 매개변수 최적화, 사전에 장애물 매핑, 페이로드/도구에 대한 CoG 보정, 부드러운 궤적 사용, 시뮬레이션 테스트 및 에너지 사용 조정이 가능합니다. 로켓 과학은 아니지만 특정 협동로봇과 작업의 작은 세부 사항에 주의를 기울이는 것이 필요합니다. 여전히 어려움을 겪고 있거나 쉽게 최적화할 수 있도록 제작된 새로운 6축 협동 로봇을 찾고 계시다면 다양한 요구 사항에 맞게 맞춤화된 다양한 모델이 있습니다. 작은 작업 공간을 위한 소형 에너지 절약 옵션이 필요하든, 대규모 작업을 위한 장거리 모델이 필요하든, 당사의 6축 코봇 라인은 경로 계획을 더 간단하고 효율적으로 만들 수 있도록 설계되었습니다. 우리는 속도, 안전성, 사용 편의성의 균형을 맞추기 위해 이러한 모델을 수년 동안 개선해왔으므로 귀하의 비즈니스에 적합한 코봇을 얻기 위해 성능을 타협할 필요가 없습니다.
느리고 에너지를 낭비하는 경로를 처리하는 것을 중단하고 6축 협동 로봇을 최대한 활용할 준비가 되셨다면 우리가 도와드릴 수 있습니다. 우리 팀은 수백 개의 제조업체와 협력하여 픽 앤 플레이스부터 조립, 포장까지 모든 종류의 작업에 대한 경로 계획을 최적화했습니다. 귀하의 질문에 답변하고, 특정 모델에 가장 적합한 설정을 안내하거나, 귀하의 요구에 맞는 올바른 협동로봇을 선택하도록 도와드릴 수도 있습니다. 대화를 시작하려면 지금 저희에게 연락하세요. 협동로봇이 더 똑똑하게 작동하도록 만들어 보겠습니다.
참고자료
- 빌라드, A., 크라직, D. (2019). 로봇 조작의 추세와 과제. 사이언스 로보틱스, 4(34), eaau8414.
- 협동로봇협회. (2022). 6축 코봇에 대한 경로 계획 모범 사례. 산업 기술 보고서.
- Liu, H., et al. (2021). 산업용 로봇을 위한 에너지 효율적인 경로 계획: 체계적인 검토. 지능형 제조 저널, 32(5), 1345-1362.
- ABB 로보틱스. (2023). 6축 협업 로봇 운동학 최적화. 제품 기술 가이드.
