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모터 내장형 자동 툴체인저와 다양한 툴로 구성된 신개념 툴링 시스템

배경

로봇 손: 다양한 작업이 가능하지만, 고비용/저내구성으로 실제 사용은 제한적임.
툴(그리퍼 포함): 저비용/고내구성을 갖지만, 단순한 작업에만 적용 가능함.
해결책: 작업에 맞게 다양한 툴을 자동으로 교체하여 사용할 수 있다면, 작업성/내구성/저비용을 동시에 구현하는 것이 가능함.
문제점: 툴 바디 외에도 툴 케이블(전원/통신)도 함께 교체되어야 하므로 작업 전에 수동 교체만 가능함.

KR-RTS는
작업중 툴 및 핑거의 자동교체가 가능한 신개념 툴링 시스템

기존의 ATC 기반 툴 교체

ATC 기반의 툴 교체

ATC 로봇측 유닛: 로봇 플랜지에 부착되며, 툴 케이블 연장선을 포고 핀(pogo pins)에 연결
ATC 툴측 유닛: 툴 상단에 부착되며, 툴 케이블을 포고 핀에 연결
로봇과 툴의 결합 시에 포고 핀을 통하여 로봇과 툴 간에 전원 및 신호 전달
ATC는 주로 공압 잠금 방식으로 동작하므로 공압의 공급이 필요하여, 공압 제공이 어려운 AMR 등에서는 사용이 제한됨.

특징

기존의 상용 그리퍼를 그대로 사용할 수 있지만, 툴 케이블과 툴 케이블 연장선을 포고 핀에 연결하는 작업에 시간이 많이 소요되고 번거로움.
사용하는 툴의 수만큼 툴의 구동부(모터+제어기)가 필요하므로, 다양한 툴을 사용하면 비용이 크게 증가함.

MATC 기반의 자동 툴 교체

모터 내장형 자동 툴체인저

MATC 로봇측 유닛: 로봇 플랜지에 부착되며, 내장된 공통 구동부(모터+제어기)를 툴 케이블을 통해서 로봇 제어기나 상위 제어기에 연결됨.
MATC 툴측 유닛: 순수한 기구부로 구성된 툴의 상단에 부착됨.
로봇과 툴의 결합에 상관 없이 구동부는 로봇과 항상 연결되어 있음.
MATC는 래치 잠금 방식으로 공압의 공급이 필요 없이 로봇의 모션만으로 동작하므로 AMR 등에서도 편리하게 사용 가능함.

공유 구동부

(모터, 제어기 & 케이블)

모든 툴이 MATC 로봇측 유닛에 내장된 단일의 구동부를 공유하므로, 단일의 툴 케이블(전원/통신)로 로봇과 항상 연결되어 있음.
공통 구동부의 제어에 의해서 각 툴의 특성 및 작업에 맞는 토크와 속도를 갖는 모터 동력이 MATC 로봇측 유닛으로부터 툴측 유닛으로 제공됨.

MATC 호환형 기계식 툴

각 툴은 구동부 없이 순수 기계식으로만 구성됨. MATC 호환형 툴은 상단에 MATC 툴측 유닛이 장착되어 있어서 로봇측 유닛과의 결합/분리됨.
MATC 로봇측 유닛에서 전달하는 모터 동력을 받을 수 있는 입력부가 존재함.

자석 커플링 기반

동력 전달

MATC 로봇측 유닛과 툴측 유닛 간에는 여러 접촉 문제를 야기할 수 있는 기계식 기어 대신에 자석 커플링을 통해서 회전 동력을 전달함.
이와 같이 빈번한 결합 및 분리 시에도 동력 전달부 간의 기계적 접촉이 없으므로 원활한 교체가 가능함.

기존 툴링 방식과의 차별점

	기존 툴링 시스템	KR-RTS
맞춤형 툴	판매 중인 툴/그리퍼만 사용 가능	맞춤형 툴/그리퍼 신속 제공.
ATC의 결합-분리	공압 등 외부 동력 필요	무동력 래치 잠금 방식
ATC의 역할	로봇-툴 간의 결합-분리 기능에 국한	결합/분리 + 각 툴에 모터 토크/속도 제공 MATC (Motorized ATC)
툴 구동부	각 툴마다 구동부 필요	각 툴에는 구동부 필요 없음
툴 라인업	2지, 3지, 진공 그리퍼 등으로 제한된 종류의 툴 제공	20종 이상의 그리퍼 제공으로 거의 모든 작업에 대응 가능.
컴플라이언스 제공	컴플라이언스 제공이 불가능하여 소프트한 물체의 파지가 어려움	컴플라이언스 제공이 가능하여 소프트한 물체 파지에 적합
핑거 교체	작업 전에 수동으로 교체	작업 중에 자동 교체 가능
ATC/툴 제조사	ATC와 툴의 제조사가 다르므로, 일관된 시스템 구성이 어려움	MATC와 툴의 제조사가 동일하므로, 일관된 시스템 구성이 용이함
AI 기반 툴링 SW	제공되지 않음	작업에 따라 최적의 툴 종류 및 툴 자세 추정 SW 제공

KR-RTS의 툴 라인업

사용 방식

방식 1) MATC + MATC용 툴

MATC의 로봇측 유닛은 로봇 플랜지에 장착되며, MATC의 툴측 유닛은 툴의 상단에 장착된다. 각 툴은 툴 교환 스테이션(tool change station)의 툴 홀더(tool holder)에 거치되어 있으며, 로봇의 동작을 통해서 MATC의 로봇측 유닛과 툴측 유닛이 체결되면 자동적으로 툴이 로봇에 결합되며, MATC 구동부에서 각 툴의 특성과 작업에 맞는 모터 토크/속도를 툴로 전달하여 툴이 동작하게 된다. 여기서 MATC용 툴은 자체 구동부를 내장하지 않으며, 로봇 유닛과의 결합을 위한 툴측 유닛이 툴의 상부에 장착되어 있다.

방식 2) 일체형 툴

툴 자체에 구동부를 내장하여 MATC 없이 사용 가능함. 대부분의 상용 그리퍼가 채택하고 있는 방식임