산업용 로봇은 사양표로 구매되며, 공정으로 승인 또는 반려됩니다. 동일한 정격 하중을 가진 두 개의 암이 같은 셀에서 상반된 결과를 낼 수 있는 이유는 도달 거리, 반복 정밀도, 축 수, 질량이 레이아웃에 포함되는 범위와 공정이 허용하는 범위를 변화시키기 때문입니다.
본 가이드는 규격에서 정의하는 산업용 로봇의 개념, 존재하는 유형, 사양표의 각 숫자를 읽는 방법, 그리고 견적 요청 전에 반드시 답변이 준비되어야 할 질문들을 설명합니다. 예시에서는 BR Robotics가 브라질에서 통합한 QJAR 라인을 사용합니다.
산업용 로봇이란 무엇인가
전 세계적으로 사용되는 정의는 로봇공학 용어 규격인 ISO 8373에서 비롯되었으며, 이는 국제로봇연맹(IFR)이 업계 통계에서 채택한 것과 동일합니다: 산업용 로봇은 다기능이고 재프로그래밍 가능하며 자동 제어되는 매니퓰레이터로, 3축 이상에서 프로그래밍 가능하고 고정되거나 이동식 플랫폼에 장착되어 산업 환경의 자동화 애플리케이션에 사용됩니다.
이 정의 중 세 가지 용어는 실질적인 영향을 미칩니다:
- 재프로그래밍 가능: 기계적 변경 없이 프로그램으로 동작이 변경됩니다. 이는 전용 기계와 로봇을 구분하는 요소입니다.
- 다기능: 동일한 암이 도구와 프로그램을 교체하여 용접, 팔레타이징 또는 핸들링을 수행합니다.
- 축: 각 축은 독립적인 운동을 나타냅니다. 축의 수는 손목이 도구를 사용하여 수행할 수 있는 작업을 결정합니다.
정의에는 나타나지 않는 한 가지 사항이 있습니다. ISO 10218-1 기준에 따르면, 로봇 단독으로는 불완전한 기계입니다: 실제 작업을 수행하는 것은 애플리케이션, 즉 도구, 부품, 디바이스 및 보호 장치를 포함한 로봇입니다. 따라서 모델 선택은 셀 설계와 결코 분리될 수 없으며, 셀 설계는 로봇 통합업체의 업무입니다.
시장은 도입 속도를 확인해 줍니다. IFR에 따르면, 2025년 전 세계 운영 중인 로봇 재고는 500만 대에 달했으며, 해당 연도에 60만 대 이상이 설치되었습니다. 브라질에서는 2025년에 약 4,300대의 신규 로봇이 도입되었으며, 이는 자동차 산업에 힘입어 38% 증가한 수치입니다.
산업용 로봇의 유형
기계적 구조에 따른 분류가 선택을 결정하는 기준입니다.
| 유형 | 구조 | 가장 효율적인 용도 |
|---|---|---|
| 6축 관절형 | 회전 관절 3개 이상, 3축 손목 구성 | 용접, 도장, 핸들링, 머신 텐딩, 조립 |
| 4축 관절형 | 플랜지가 바닥과 평행을 유지하는 암 구조 | 팔레타이징 및 엔드 오브 라인 작업 |
| SCARA | 수직 방향으로 강성이 높은 평행한 회전 관절 2개 | 경량 부품의 단일 평면 내 조립 및 피킹 앤 플레이스 |
| 델타(평행) | 폐쇄 루프 체인으로 플랫폼에 연결된 암 구조 | 경량 부품의 고속 피킹 앤 플레이스 |
| 카테시안 | 서로 직교하는 선형 축 3개 | 포털 구조 및 직선 장거리 이동 |
협동 로봇은 기계적 유형이 아닙니다. 이는 자체적인 안전 규정을 적용하는 하나의 응용 형태이며, 협동 로봇과 산업용 로봇 비교 항목에서 다루고 있습니다.
기술 사양서 읽는 법: 다섯 가지 수치
손목 하중
로봇이 말단에서 움직이는 질량으로, 성능이 보장되는 값입니다. 이 계산에는 플랜지 이후에 부착되는 모든 요소인 공구, 부품, 케이블 및 호스가 포함됩니다. 9 kg짜리 그리퍼와 14 kg짜리 부품을 합치면 총 23 kg이 되어, 부품 단독으로는 가능하더라도 20 kg급 로봇은 제외됩니다.
질량이 유일한 한계는 아닙니다. 무게 중심이 플랜지에서 멀어질수록 손목 축에 작용하는 모멘트가 커집니다. 따라서 각 모델에는 하중 다이어그램이 있으며, 최종 판단은 카탈로그 표지의 숫자가 아닌 이 다이어그램에 따라 이루어집니다.
가반작업거리
베이스로부터 손목이 도달할 수 있는 최대 거리입니다. 유효 작업 공간은 이 구보다 작습니다: 베이스 근처에는 암이 도달하지 못하는 영역이 있으며, 끝단에서는 로봇이 해당 점에 도달하더라도 공구를 방향 설정할 자유도가 없습니다. 용접 토치는 단순히 부품에 접촉하는 것만으로는 부족하며, 정확한 각도로 이음부에 도달해야 합니다.
가반작업거리가 과도한 것도 비용이 됩니다. 더 큰 암은 더 많은 면적을 차지하고 무게가 증가하며, 안전 방호 장치를 더 멀리 설치해야 합니다.
축 수
6축 로봇은 공구의 위치와 방향을 자유롭게 제어할 수 있어 용접, 도장 및 회전 조작에 필수적입니다. 4축 로봇의 경우 플랜지는 바닥과 평행을 유지하며 하중은 수직축 주위에서만 회전하는데, 이는 박스나 포대를 적재하는 작업에 정확히 필요한 조건입니다. 이러한 적용 사례의 기준은 팔레타이징 로봇 가이드에 명시되어 있습니다.
반복정밀도
로봇이 프로그래밍된 동일한 지점으로 여러 번 복귀할 때의 편차로, ISO 9283 규격의 기준에 따라 측정됩니다. 좌표로 명령한 지점과 실제 도달 지점 간의 차이인 정확도와 혼동하지 마십시오.
셀 내에서 지점을 teach(수동 학습)하는 경우 중요한 것은 반복정밀도입니다. 셀 외부에서 시뮬레이션으로 프로그램을 생성하여 실제 세계와 일치시켜야 하는 경우에는 정확도가 중요해집니다.
필요한 정밀도 범위는 공정에서 결정됩니다. 얇은 판재의 로봇 용접 비드는 0.1mm 이하 또는 그 미만의 정밀도를 요구합니다. 팔레트 위의 박스는 0.5mm의 허용 오차를 충분히 감당할 수 있습니다.
로봇 질량
로봇의 질량은 베이스, 고정 방식 및 바닥에 가해지는 하중을 결정합니다. 적재 용량이 6 kg인 모델은 자체 무게가 170 kg입니다. 적재 용량이 800 kg인 팔레타이저는 무게가 2,550 kg이며, 정적 무게뿐만 아니라 동적 힘까지 견딜 수 있는 기초 공사가 필요합니다.
QJAR 라인업 수치
아래 표는 이 다섯 가지 수치가 완전한 제품 라인에서 어떻게 조합되는지 보여줍니다. 값은 제조사에서 공개한 것이며 EVST Brasil 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.
| 모델 | 주요 용도 | 가반 하중 (kg) | 작업 반경 (mm) | 축 수 | 반복 정밀도 (mm) | 본체 중량 (kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| QJRH4-1A | 아크 용접 | 4 | 1,410.5 | 6 | ±0.03 | 150 |
| QJR6-1400H | 아크 용접 | 6 | 1,456 | 6 | ±0.08 | 150 |
| QJR6-2000H | 아크 용접 | 6 | 2,014 | 6 | ±0.08 | 230 |
| QJR6-1 | 일반 용도 | 6 | 1,441 | 6 | ±0.03 | 170 |
| QJR10-2000 | 일반 용도 | 10 | 2,001 | 6 | ±0.05 | 275 |
| QJRB20-1600 | 일반 용도 | 20 | 1,668 | 6 | ±0.05 | 270 |
| QJR50-1 | 일반 용도 | 50 | 2,012.4 | 6 | ±0.07 | 580 |
| QJRB210-1 | 중량물 취급 | 210 | 2,688 | 6 | ±0.2 | 1,257 |
| QJRB15-1 | 팔레타이징 | 15 | 1,510 | 4 | ±0.05 | 160 |
| QJRB30-1 | 팔레타이징 | 30 | 1,820 | 4 | ±0.05 | 205 |
| QJRB180-1 | 팔레타이징 | 180 | 3,153.7 | 4 | ±0.5 | 1,400 |
| QJRB800-1 | 팔레타이징 | 800 | 3,159 | 4 | ±0.5 | 2,550 |
| QJRP10-1 | 도장 | 10 | 2,035 | 6 | ±0.5 | 370 |
| QJR6-2700P | 도장 | 6 | 2,701 | 6 | ±0.5 | 400 |
표에서 얻을 수 있는 세 가지 해석:
- 반복 정밀도는 공정과 함께 고려해야 합니다. 용접 및 정밀 핸들링용 4~6 kg 모델은 ±0.03에서 ±0.08 mm 사이로 작동합니다. 180 kg 및 800 kg 팔레타이저는 ±0.5 mm로 작동하는데, 이는 적층 작업에 요구되는 수준보다 높습니다.
- 대형 로봇일수록 자기 무게 대비 가반하중 비율이 낮아집니다. QJR6-1은 이동하는 하중의 약 28배 무게를 가집니다. QJRB800-1은 3배 조금 넘는 무게입니다. 고하중 로봇은 강도를 위해 최적화된 구조이며, 베이스는 이를 고려하여 설계되어야 합니다.
- 도달 범위와 가반하중은 동시에 증가하지 않습니다. QJR6-2700P는 페인팅 공정이 가벼운 도구로 큰 작업 공간을 필요로 하기 때문에 6 kg을 2,701 mm까지 운반합니다. QJR50-1은 50 kg을 2,012.4 mm까지 운반합니다.
선택 방법: 제안서 작성 전 6가지 질문
- 공정은 무엇이며 허용 오차는 어느 정도입니까? 용접, 팔레타이징, 페인팅 및 기계 급지는 서로 다른 로봇 계열을 요구합니다.
- 손목에서의 총 무게는 얼마이며 무게 중심은 어디에 위치합니까? 엔드 이펙터(공구)는 초기 단계부터 계산에 포함됩니다.
- 어떤 지점을 어떤 자세로 도달해야 합니까? 답은 줄자 측정치가 아니라 부품 및 지그의 3D 모델에서 나옵니다.
- 목표 사이클 타임은 얼마입니까? 사이클 타임은 단일 로봇으로 충분한지 여부, 그리고 필요한 가속도를 유지할 수 있는 하중 등급을 결정합니다.
- 작업 환경은 어떻습니까? 용접 스패터, 분진, 페인트 미스트 및 온도는 보호 등급, 케이블링 및 인증에 영향을 미칩니다.
- 누가 통합하고, 누가 안전 문서를 작성하며, 누가 지원을 제공합니까? 셀은 NR-12을 준수해야 하며, 이에 대해 기술적으로 책임지는 주체가 있어야 합니다.
답변은 카탈로그에서 나오지 않습니다. 실제 부품을 대상으로 수행된 연구에서 나옵니다. BR Robotics가 모델 및 셀 레이아웃을 제시할 때 수행하는 작업이 바로 이것입니다.
선택 시 흔한 오류
- 공칭 하중만 고려하고 엔드 이펙터와 레버 암을 간과하는 경우.
- 필요 이상의 도달 거리를 구매하여 작업 공간, 베이스 및 안전 울타리 비용을 낭비하는 경우.
- 팔레타이징 응용 분야에서 용접 반복 정밀도를 요구하거나 그 반대의 경우를 적용하는 것.
- 셀 외부 프로그래밍을 계획할 때 반복 정밀도와 정확도를 동의어로 취급하는 경우.
- 로봇은 투자 항목 중 하나의 라인일 뿐인데도 로봇 암만으로 견적을 비교하는 경우. 산업용 로봇 비용에 관한 기사에서 다른 항목들을 확인할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업용 로봇이란 무엇인가요?
ISO 8373에 따르면, 산업용 로봇은 3개 이상의 축에서 프로그래밍 가능한 다기능 재프로그래머블 자동 제어 조작기이며, 고정형 또는 이동 플랫폼 위에 설치되어 산업 자동화에 사용됩니다. 실질적으로는 기계적 변경 없이 프로그램으로 동작을 바꾸고, 엔드 이펙터 교체만으로 작업을 전환할 수 있는 암(arm)입니다.
4축 로봇과 6축 로봇의 차이점은 무엇인가요?
6축 로봇은 용접, 도장, 복잡한 핸들링 작업에 필수적인 임의 각도로 툴의 위치와 자세를 제어할 수 있습니다. 반면 4축 로봇은 플랜지를 항상 바닥과 평행하게 유지하며 수직 축을 중심으로 적재물을 회전시키므로, 동일한 작업에 더 적은 축 수로 대응하는 파레타이징의 전형적인 구성입니다.
반복 정밀도 ±0.03 mm는 어떤 의미인가요?
이는 동일 프로그래밍 지점으로 여러 번 복귀할 때 평균 위치를 기준으로 0.03 mm 이내 범위에 도달함을 의미합니다. 셀 내에서 직접 포인트를 가르치는 경우 중요한 지표가 되며, 측정 기준은 ISO 9283에 의해 정의됩니다.
로봇의 적재 하중은 어떻게 확인하나요?
공구, 워크피스 및 손목에 고정된 케이블의 질량을 합산하고, 플랜지 대비 무게 중심 거리를 확인하십시오. 정격 하중은 특정 레버 암 조건에서 유효합니다. 따라서 모델의 하중 다이어그램을 사용하여 사이징을 수행해야 하며, 카탈로그 수치만으로 판단해서는 안 됩니다.
산업용 로봇의 종류에는 어떤 것들이 있나요?
기계적 구조상 주요 유형으로는 6축 관절형 로봇, 팔레타이징용 4축 관절형 로봇, SCARA 로봇, 델타 로봇 및 직교 좌표형 로봇이 있습니다. 6축 관절형 로봇은 가장 범용성이 높으며 용접, 도장 및 핸들링 작업을 커버합니다. 나머지 유형들은 화물 적층이나 고속 피킹 앤 플레이스(pick and place)와 같은 특정 작업에서 더 높은 성능을 발휘합니다.
BR Robotics 상담 문의
BR Robotics는 브라질에서 EVST의 QJAR 로봇을 통합하며 카사파바(Caçapava, SP주)에 본사를 두고 있습니다. 공정, 부품 및 원하는 사이클 시간을 보내주시면 적합한 모델과 셀 레이아웃을 포함한 답변을 드립니다. BR Robotics에 문의하기, 로봇 제품군 보기 또는 제조사 사양서 확인.
