다축 산업용 로봇 가공 시스템의 진동 저감 을 위한 Active Spindle Holder 개발 - 김태호 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
자동화 시스템이 발전함에 따라 세계적으로 로봇의 수요는 증가하고 있다. 다축 산업용 로봇의 가장 큰 장점으로는 로봇의 유연성과 반복성을 통해 생산성 및 효율성을 극대화할 수 있다는 장점이 있으며 산업용 로봇을 활용한 가공 시스템은 일반 공작기계에 비해 가공물 크기에 대한 영향이 적고 가공물 고정을 위한 지그제작을 최소화할 수 있어 대형 제품을 다루는 항공 및 자동차 산업 분야에서 적극적으로 도입하고 있다. 이러한 뛰어난 장점에도 불구하고 산업용 로봇은 낮은 강성을 가지고 있기에 강성이 큰 재료를 가공할 시 가공 부하로 인해 진동이 발생하게 되며 이로 인해 산업용 로봇의 정밀도 및 품질 저하를 불러온다. 이를 보완하기 위하여 가공 분야에서의 산업용 로봇 산업은 가공 시 가장 큰 강성을 가지는 자세를 찾기 위해 시뮬레이션 또는 자세 최적화를 위한 장비를 개발하여 위치 제어에 집중된 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 로봇의 강성은 한정적이 기에 자세 제어를 위한 강성 보강은 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 외부 환경과 자세에 대해 구애받지 않으며 별도의 로봇 자세 제어 없이 동강성을 높여 진동 저감 효과를 얻을 수 있는 능동형 스핀들 홀 더 개발을 제안하고자 한다. 능동형 스핀들 홀더는 3자유도를 가지며 고강성으로 설계한 홀더에 기본적으로 높은 강성을 가지면서 빠른 오차 보상이 가능한 piezo actuator를 장착하였다. 능동형 스핀들 홀더를 통해 로봇의 동적 강성을 높임으로써 진동 저감 효과를 얻을 수 있었으며, 이를 기반으로 기본형 스핀들 홀더와 능동형 스핀들 홀더 적용 시의 가공 성능 및 진동 측정 결과 진동 저감과 품질 향상이 크게 향상되는 것을 확인하였다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :기계공학과,2023. 2
Keywords: Compliant Mechanism; Industrial Robot; Milling Process; Piezo Actuator; Vibration Reduction