| 기술 분야 | 36028_36036 |
| 기술 키워드 | 에너지 절약, 경량화, 공간 절약, 로봇 |
2024년 11월 11일
세계 각국에서는 자동차 중립의 일환으로 자동차의 EV화나 PHEV화 등의 전동화가 급속히 진전하고 있습니다. 전동화에 있어서 특히 배터리는 자동차의 성능을 좌우하는 중요한 부품이며, 충전 빈도가 적고, 항속 거리의 연장에 수반하는 대용량화의 동향이 현저하다. 이로 인해 배터리의 중량도 커지고, 이를 반송하는 생산공정의 장치의 대형화가 소비에너지의 증대와 설치 공간의 확대로 이어지고 있습니다.36582_36680336690_36721※1의 모습을 나타내는 메인 솔루션 '배터리 조립 및 운반 데모'로 소개했습니다.36777_36920
36959_369713-Mechatronics 개념으로 차세대 제조란 무엇입니까? 테크니컬 리포트 2023 No.8「i3-Mechatronics에 의한 스마트한 만들기의 실현～2023 국제 로봇전에 출전～」을 참조
배터리가 대용량화됨에 따라 EV용 배터리의 무게는 500kg 이상으로 무거워집니다. 이에 따라 배터리 제조 라인 및 자동차 제조 공정의 배터리 임베디드 라인에서 중량물의 반송이 필요하게 되었다. 이 공정의 자동화의 요구가 높아지는 가운데, 변종 변량 생산에도 대응할 수 있는 대형 로봇으로의 반송이 기대되고 있어, 대형의 수직 다관절 로봇이 제품화되고 있습니다.그러나 대형 수직 다관절 로봇의 도입과 관련하여 다음과 같은 문제가 있습니다.
수직 다관절 로봇은 모터의 토크로 운반물과 자신의 암의 중력 부하를 많이 지지해야 하며, 높은 가반이 될수록 큰 에너지를 소비합니다.
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그러므로 우리는 이러한 과제를 해결하기 위해 에너지 절약, 경량, 공간 절약을 실현한 스칼라형 로봇 MOTOMAN-ME1000을 개발했습니다. 다음 절에서 본 로봇의 특징을 소개합니다.
그림 1 MOTOMAN-ME1000의 외관
그림 1은 MOTOMAN-ME1000의 외관을 보여줍니다. 다양한 작업에 대응하기 위해서는 다관절형 로봇이어야 하지만, 중량물용 대형 6축 수직 다관절형 로봇에서는 단순한 반송 작업에는 중복으로 중량, 설치, 동작 공간도 커집니다. 배터리 등의 반송은 직선적인 동작이 주이며, 기본적으로는 4축 로봇으로 충분히 대응할 수 있습니다. 이 때문에, 본 로봇은 기본 구조를 스칼라형으로 해, 핸드부를 포함해 1t의 가반 능력을 갖게 했습니다. 이하, 본 로봇의 특징에 대해 설명합니다.
표 1 워크 질량 1000kg을 반송했을 경우의 소비 전력 비교
＊1: GP225의 소비 전력량을 100으로 했을 때의 비율＊39045_39067＊39096_39115
당사의 가반 질량 225kg의 수직 다관절 로봇과 MOTOMAN-ME1000으로 1000kg의 워크를 반송했을 경우의 소비 전력의 비교를 표 1에 나타냅니다. MOTOMAN-ME1000은 중량물 반송을 위한 모터 용량이 작아서 소비 전력량은 표 1에 나타낸 바와 같이 약 26%로 크게 삭감할 수 있습니다. 전기 요금 및 CO2배출량도 약 74% 줄일 수 있으며 탄소 중립에 기여합니다.
스칼라형 로봇 자체가 컴팩트한 구조이며, 동일한 휴대용 클래스의 수직 다관절 로봇으로 비교하면 질량은 약 40% 삭감할 수 있어 3250kg으로 경량입니다. 이 때문에 설치시 공장의 보나 바닥에 대한 부하를 줄일 수 있습니다.
스칼라형 로봇의 암은 수평 선회축에 의해 수평 방향의 동작이 안정되어, 고효율의 수평 반송이 가능합니다. 설치 공간은 0.9m×1.1m이며, 동일 휴대반 클래스의 수직 다관절 로봇과 비교했을 때 약 40% 삭감할 수 있습니다. 또한 암 동작 범위가 작기 때문에 간섭을 피할 필요가 있는 선반 등 주변 설비와의 근접성을 높일 수 있습니다.
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그림 2 MOTOMAN-ME1000의 축 구성
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배터리의 다단 적재를 비롯하여 공정간 반송, AGV로의 적재, 차체에의 마운트 작업 등의 용도에서는 중량물을 크게 승강시키는 동작이 필요합니다. MOTOMAN-ME1000은, 동작부의 사이즈를 컴팩트하게 유지하면서 2m의 스트로크를 확보하기 위해, 암 선단부에서 상하로 신축할 수 있는 2단 승강식의 상하축을 장비했습니다. 그림 3에 2단 승강 기구 동작시의 이미지도를 나타냅니다. 왼쪽의 그림은 선단 워크부와 상하축부를 최하위치로 했을 때의 자세로, 워크위치는 가장 낮은 0m가 됩니다. 중앙 그림은 팁 워크부와 상하축부가 중앙 위치에 있는 중간 자세를 나타냅니다. 오른쪽 그림은 팁 워크부와 상하축부가 모두 최상위 위치까지 동작한 자세를 나타냅니다. 워크는 제일 올라간 2m의 위치가 됩니다. 이러한 기구를 가지는 것으로, 높이 치수 1.73 m의 상하축부로 선단 워크부의 상하 스트로크를 2 m 확보해, 최하 위치의 자세시는 상하 축부를 컴팩트하게 담을 수 있습니다.
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그림 4는 RTJ2024에서 수행한 배터리 운반 데모를 보여줍니다. MOTOMAN-ME1000은 전 공정(모듈/커버 조립)에서 조립한 복수 종류의 배터리를 AMR로부터 받고, 완성품 선반(워크 받침대)에 선반을 넣습니다. 소규모 생산 라인에서도, 중량물의 반송, 수납까지의 자동화를 컴팩트하게 구축할 수 있는 것을 실연했습니다. 큰 전력을 소비하는 것으로 생각되는 중량물의 반송에 대해 콤팩트하고 경제적인 시스템을 구축할 수 있습니다.
대형 배터리는 적재 효율을 높이기 위해 선반에 보관하고 운송하는 경우가 많습니다. 그림 5는 최대 클래스 너비 1700mm의 배터리를 선반으로 옮길 때의 레이아웃 예를 보여줍니다.
그림 5 선반으로 이송할 때의 레이아웃 예(횡방향에서의 액세스 예)
그림 6 자동차 탑재 시의 레이아웃 예(아래 방향으로부터의 액세스 예)
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42318_42368그림 5, 그림 6 모두 반송 대상의 배터리를 오프셋 파지하는 것을 상정하고 있습니다. 오프셋 파지란, 반송 대상의 워크(여기에서는 배터리)의 무게 중심 위치에 대해서, 참
회사는 중량물 반송의 자동화 요구에 부응하는 솔루션으로서 '에너지 절약', '경량', '공간 절약'을 실현하고, 경제성을 가지는 가반 질량 1t의 스칼라형 로봇 MOTOMAN-ME1000을 새롭게 개발했습니다.MOTOMAN-ME1000은 EV용 배터리의 반송 용도에 머무르지 않고, 중량물 반송 전반의 솔루션에 전개 가능합니다. 앞으로도 고객의 요구를 정확하게 파악하고 과제를 해결하기 위해 로봇의 기능 향상과 어플리케이션 시스템을 포함한 개발을 추진해 나갈 것입니다.
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