[Beckhoff 제공] 독일 카멘의 RO-BER Industrieroboter GmbH(이하 RO-BER)는 영역 기반 자동화 솔루션과 인트라 로지스틱스를 위한 선형 갠트리 로봇을 개발하고 있다. 새로운 트윈 갠트리 로봇(Twin-Gantry robot) 시스템을 포함한 이 솔루션은 고성능, 신뢰성 및 유연성이 특징이다.

확장성이 뛰어난 제어 및 드라이브 플랫폼인 PC 기반 제어는 개별 애플리케이션 요구 사항에 맞출 수 있는 이상적인 솔루션 기반을 제공한다. 또한 시스템 공급 업체는 다양한 시스템 아키텍처를 구현하기 위해 PC 제어 기술에 PLC, CNC 및 안전 기능을 기본 기능으로 통합함으로써 이점을 얻고 있다.

로봇 시스템은 일반적으로 적재, 하역 및 오더 피킹(Order Picking), 보관 및 완충 저장, 기계 및 공장 연결에 사용되며, 이에 해당하는 조작 기술이 시스템의 중심을 형성한다. RO-BER은 클램핑, 포크 및 진공 그리퍼를 개발·제조해 개별/다중 또는 레이어 그립 모드에서 다양한 제품을 처리한다. 사용 분야는 자동차, 식음료, 식료품 소매상 및 도매상용 물류, 제약 및 화학 산업 등 제품만큼이나 다양하다.

현재 인트라 로지스틱스 프로젝트에서는 최대 1,500kg의 중량을 지탱하는 다양한 크기와 구성의 팰릿 케이지와 같은 대형 로드 캐리어가 컨베이어 시스템을 통해 전달된다. 이 컨테이너는 이후 로봇 시스템에 의해 인식돼 최종적으로 생산 시설을 공급하는 예인 열차로 이송돼야 한다.

RO-BER의 Elmar Stöve 전무이사는 “처리 기술을 구현하려면 몇 가지 과제에 대한 솔루션이 필요하다”며, “지금까지 RO-BER에는 이러한 무거운 화물을 관리할 수 있는 로봇이 없었다. 또한 처리할 로드 캐리어의 설치 면적도 넓기 때문에 양쪽에서 픽업해야 한다. 이러한 이유로 로봇 시스템과 그립 시스템을 모두 재설계해야 했다”고 말했다.

따라서 로봇은 기존 RO-BER 모듈형 시스템의 모듈을 계속 사용할 수 있도록 특별히 설계됐다. 새로운 그립 시스템은 지게차와 유사하게 서보 제어를 통해 서로 비례해 조정할 수 있는 한 쌍의 포크 구조로 구성된다. EtherCAT 기반 드라이브 기술에도 여러 CAN 네트워크 축이 통합돼 있어 통신 시스템과 관련해도 전혀 문제되지 않는다는 것이 Elmar Stöve 전무이사의 설명이다. PC 기반 제어의 개방성으로 인해 이 시스템은 사실상 플러그-앤-플레이(Plug and Play) 방식이다.

새로 개발된 트윈 갠트리 로봇 시스템은 수평 X축 1개, 수직 Z 축 2개, 추가 수평 Y축 2개를 포함해 총 5개의 축으로 구성됐다. Y/Z축은 개별적으로 또는 축 그룹 내에서 이동할 수 있으며, 축 그룹과 동적으로 연결하거나 분리할 수 있다. 축 당 이송 속도는 최대 4m/s이며 가속 속도는 최대 2.5m/s²이다.

PC 기반 제어: 범용 개방형 플랫폼

화물 처리 전문회사 RO-BER은 수년 간 Beckhoff의 버스 터미널 I/O를 사용해 왔다. Elmar Stöve 전무이사는 “이는 PC 기반 제어로 전환하기 위한 출발점이었다”며, “지난 2015년에 우리는 당시에 사용하던 제어 및 구동 기술을 교체하고 해당 시장 조사를 시작하기로 결정했으며 2016년에는 하나의 시스템에서 사용하는 모든 자동화 기술을 통합하기 위해 Beckhoff의 PC기반 제어 기술을 사용하기로 결정했다”고 설명했다. 이어서 그는 “기존 PLC 외에도 갠트리 로봇에는 CNC 및 안전 기능이 필요하다”며, “TwinCAT 소프트웨어는 이러한 기능을 위한 범용 프로그래밍 환경을 제공해 개발을 단순화하고 투명하게 할 수 있는 고성능 도구를 제공한다. 물류 내부 환경에서 시스템을 운영함에 따라 높은 수준의 자재 흐름 또는 창고 관리 시스템과의 원활한 통신이 중요하다. 여기서 Beckhoff의 개방형 PC 기반 제어 기술은 수많은 장점을 제공했다”고 전했다.

RO-BER가 Beckhoff를 선택한 또 다른 이유는 무엇보다 EtherCAT이 고속 버스 시스템이며 그 다음으로 다른 여러 토폴로지를 쉽게 구현할 수 있어 고성능 통신 기술이 가능했기 때문이었다. Elmar Stöve 전무이사는 “실제로 중요한 것은 시스템 철학과 제어 시스템 개방성”이라면서, “EtherCAT 터미널 포트폴리오를 통해 Beckhoff의 PC 기반 제어는 매우 광범위한 애플리케이션을 포괄하므로 거의 모든 전기 또는 통신 관련 작업에 하나 또는 여러 개의 I/O 제품을 선택할 수 있다”고 말했다.

무엇보다도 공압 구성 요소와 같은 전자 기계 구성 요소와 관련해 EtherCAT 및 CAN, PROFINET 또는 기타 프로토콜을 통해 타사 장치를 쉽게 통합할 수 있다는 점도 높이 평가됐다. 또한 Beckhoff는 처음부터 큰 도움을 제공했고 애플리케이션에 중요한 TwinCAT에 새로운 기능을 통합했다.

혁신 요소로서의 제어 기술

Elmar Stöve 전무이사는 “안전 기술을 TwinSAFE 터미널을 통해 I/O 시스템에 완벽하게 통합할 수 있다”며, “이 방법으로 시스템의 배선 요구 사항을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유연성을 크게 높일 수 있었다. 고객에게는 이러한 유연성이 시스템 가동 시간 증가에 반영된다. I/O 터미널 형식의 EL72xx 서보 드라이브를 사용한 컴팩트 드라이브 기술은 또 다른 이점을 제공한다”고 설명했다. 이를 통해 RO-BER는 포크 및 레이어 그리퍼에서 수많은 작동 및 그리핑 기능을 훨씬 쉽게 구현할 수 있었으며 케이블 연결 작업이 수월한 새로운 그리퍼 개념을 개발할 수 있었다. 현재 프로젝트에서 PC 기반 제어는 완전히 새로운 트윈-갠트리 로봇 시스템의 설계를 가능하게 했다.

이 방법의 주요 장점은 두 축 시스템이 한편으로는 서로 독립적으로 움직이는 동시에 다른 한편으로는 사이클 타임과 관련해 최적화된 경로 제어와 같은 모든 핵심 기능을 포함해 독립적 이동 후 언제든지 보간 그룹에 다시 합류할 수 있다는 점이었다. 뿐만 아니라 긴 화물을 처리하기 위해 로봇을 사용할 수 있었다.

Elmar Stöve 전무이사는 RO-BER는 시각화를 위해 TwinCAT HMI 소프트웨어를 사용했다고 설명했다. 그는 “TwinCAT HMI는 웹 기반 시스템으로서 가장 다양한 플랫폼의 모든 웹브라우저에서 표시할 수 있다. HTML5 표준의 지원은 미래에도 유효하며 개방적”이라면서, “또한 TwinCAT HMI는 고객 별 HMI의 최적 설계 및 생성을 위한 완벽한 기능 라이브러리를 제공한다. 이를 통해 기계 공급 업체로서 HMI를 표준화할 수 있지만 여전히 전용 애플리케이션을 위한 개별화된 디자인을 제공할 수 있었다”고 덧붙였다.

HMI를 표시하는 하드웨어는 Beckhoff의 CP2921 멀티 터치 제어판이다. Elmar Stöve 전무이사는 “21.5인치 운영자 인터페이스는 텍스트와 그래픽 형식으로 필요한 모든 정보를 명확하게 표시하는 데 이상적”이라며, “스마트폰과 같이 친숙한 오늘날의 멀티 터치 응용 프로그램으로 인해 사용자 수용도를 높이기 위해 유사한 운영자 안내 기능을 제공하는 것이 중요했다. 무엇보다도 줌 기능을 위한 멀티 터치 기능이 가장 중요했다”라고 전했다. 이렇게 채택된 CX2040 임베디드 PC는 필요한 CNC 응용 분야에서 자체 검증됐으며 성능 한계점에 도달하지 않았다.

김관모 기자 다른기사 보기