로봇공학 및 저백래시 정밀도를 위한 선회 링 베어링

선회링 베어링이란 무엇입니까?회전링 베어링은 한 구조물이 다른 구조물에 대해 회전할 때 축 방향 하중, 반경 방향 하중 및 기울기 모멘트를 동시에 전달하는 대구경 베어링입니다. 로봇에서는 일반적으로 베이스, 숄더 또는 턴테이블 관절에 위치합니다. 로봇의 반복 정밀도 손실을 해결하고자 할 때, 회전링 베어링은 가장 먼저 살펴봐야 할 부품 중 하나입니다. 왜냐하면 해당 관절에서의 작은 오차도 로봇 팔의 움직임 범위에 따라 증폭되기 때문입니다.

간단히 말하자면, 백래시는 방향에 따라 달라지는 오차를 유발하고, 축 방향 런아웃과 장착 평탄도는 기울기에 따라 달라지는 오차를 유발하며, 이 세 가지 모두 암 길이가 길어질수록 커집니다. 따라서 각각의 수치를 따로 고려하는 것이 아니라, 이 모든 요소를 ​​종합적으로 고려해야 합니다. 이 글에서는 예시와 프로토타입 검증 전에 사용할 수 있는 체크리스트를 통해 그 방법을 설명합니다.

백래시, 축 방향 흔들림 및 장착 평탄도가 결합되어 엔드 이펙터 위치 오차를 발생시키는 방식

각각의 오차는 서로 다른 방식으로 암에 전달됩니다. 백래시는 회전 방향으로의 유격입니다. 축 방향 런아웃은 회전 링이 축을 따라 흔들리는 현상입니다. 장착 평탄도는 지지면이 링을 얼마나 정확하게 고정하는지를 나타냅니다. 엔드 이펙터는 이러한 모든 오차의 합을 감지합니다.

기본 기하학적 구조는 간단합니다. 팁 오차는 대략 각도 오차(라디안)에 관절에서 공구 끝까지의 거리를 곱한 값입니다. 긴 암에서는 작은 각도도 빠르게 커집니다.

오류 발생 원인	공구점에 도달하는 방법	오류 패턴	예시 가치*	1,200mm 도달 거리에서의 팁 오차*
백래시(기어 맞물림 또는 내부 유격)	방향이 반전될 때 회전 각도가 손실됩니다.	반전 시 나타나며, 하중 방향에 따라 변화합니다.	0.05° (약 0.00087 라디안)	약 1.05mm
축 방향 흔들림	회전하는 링이 회전하면서 팔을 기울입니다.	회전 각도를 갖는 주기적	측정 직경 400mm에서 0.05mm (약 0.000125라디안)	약 0.15mm
장착 평탄도	볼트에 의해 링이 평면에서 벗어나면서 고정된 기울기와 궤도 변형이 발생합니다.	고정 오프셋에 추가 런아웃이 더해집니다.	400mm 범위에서 0.10mm (약 0.00025라디안)	약 0.30mm
최악의 경우 스택	세 가지의 선형 합	결합	-	약 1.50mm

*이 수치는 계산 과정을 설명하기 위한 예시이며, 제품 사양을 나타내는 것은 아닙니다. 실제 측정값이나 도면 값으로 대체하십시오.

이 표에서 두 가지 교훈을 얻을 수 있습니다. 첫째, 이 예시에서는 백래시가 전체 오차의 약 70%를 차지하며 지배적인 요소입니다. 둘째, 기울기 오차는 그 자체로는 작지만 무시할 수 없는 문제이며, 장착면의 품질이 좋지 않으면 고정된 기울기가 추가되고 런아웃이 증가하는 이중적인 악영향을 미칩니다.

이러한 패턴들은 수정 가능성 면에서도 차이가 있습니다. 런아웃 및 평탄도 오차는 각 각도에서 반복되므로 교정을 통해 일부를 보정할 수 있습니다. 하지만 역방향 움직임에서의 백래시는 하중 방향, 마모 및 마찰에 따라 달라지기 때문에 보정하기가 훨씬 어렵습니다.

각 사양이 실제로 어떤 영향을 미치는지, 그리고 "더 엄격하게" 요구하는 것이 더 이상 도움이 되지 않는 지점은 어디까지인지

데이터시트에 적힌 숫자가 작다고 해서 무조건 좋은 것은 아닙니다. 각 매개변수에는 비용이 따르며, 그 비용은 제품의 다른 부분에 영향을 미칩니다.

매개변수	로봇에 미치는 영향은 무엇일까요?	더 꽉 조이는 것의 단점	가장 적합한
백래시	제어 루프에서의 반전 오류, 정착 현상, 한계 주기 탐색 현상	간극이 좁아지면 마찰, 토크 소모 및 열이 증가하고 마모가 가속화될 수 있습니다.	잦은 방향 전환을 통한 픽앤플레이스, 검사 및 정밀 위치 조정
축 방향 흔들림	관절 각도에 따라 변하는 공구 높이 및 기울기	경사도가 더 가파를수록 비용이 더 많이 들고, 그만한 가치가 있으려면 더 단단하고 평평한 장착 표면이 필요합니다.	키가 크거나 팔을 길게 뻗는 동작, 시각 유도 작업
장착 평탄도	고정 경사, 선로 변형, 불균형 하중 분담	바닥면을 연마하거나 가공하면 비용이 추가됩니다. 또한, 바닥면이 얇으면 휘어질 수 있습니다.	볼트로 링을 제작된 프레임에 고정하는 모든 연결부
예압/내부 간극	모멘트 하중 하에서의 기울기 강성 및 유격	예압이 높을수록 움직임이 더 뻑뻑해지지만 시동 토크는 증가합니다.	팔에서 큰 전복 모멘트가 발생하는 관절

구매자에게 중요한 한 가지 차이점이 있습니다. 베어링 자체에는 내부 유격이 있지만, 기어식 선회 링이나 선회 구동 장치는 여기에 맞물림 백래시를 추가합니다. 공급업체가 "백래시"라고 언급할 때는 어떤 백래시를 의미하는지 반드시 확인하십시오. 기어식 조인트의 경우,슬루 드라이브베어링, 기어 및 하우징이 결합되어 있으므로 전체 체인을 한 번에 지정할 수 있습니다.

베어링 종류 또한 기울기 강성에 영향을 미칩니다.크로스 롤러 선회 베어링볼 타입은 컴팩트한 크기와 모멘트 강성이 모두 중요할 때 일반적으로 선택됩니다. 볼 타입은 가벼운 하중에 적합할 수 있습니다. 적절한 선택은 모멘트 하중에 따라 달라지는데, 이는 암의 기하학적 구조를 통해서만 알 수 있습니다.

부하, 기어 유형 및 환경이 오차 범위에 미치는 영향

카탈로그 정확도는 정해진 조건에서 측정됩니다. 하지만 로봇은 순간적인 하중, 온도 변화, 먼지, 그리고 수천 번의 작동 주기와 같은 다양한 요인들을 추가합니다. 이러한 조건들이 측정 수치에 영향을 미칩니다.

모멘트 하중이 링을 탄성적으로 기울입니다.

암과 탑재물은 전복 모멘트를 발생시킵니다. 이 모멘트로 인해 링과 장착 구조물이 휘어지므로, 하중을 받을 때의 기울기는 정지 상태에서 측정한 기울기보다 더 커질 수 있습니다. 결론적으로, 링과 베이스는 가벼운 하중이 아닌, 암을 최대한 펼친 상태에서 최대 탑재물을 실은 경우를 기준으로 설계해야 합니다. 단, 탑재물과 도달 거리가 짧은 경우에는 이 효과가 백래시에 비해 무시할 수 있을 정도로 작을 수 있습니다.

기어 종류에 따라 백래시 현상이 달라집니다.

에이웜기어 슬루 드라이브자체 잠금 기능이 있어 전원이 꺼져도 위치를 유지할 수 있습니다. 이는 외부 하중을 받는 고정 조인트에 도움이 됩니다. 하지만 높은 효율이나 빠른 역회전이 필요한 경우에는 적합하지 않습니다.더블 웜 슬루 드라이브두 개의 웜 기어를 사용하며, 래시를 감아들이도록 배열할 수 있어 방향 전환이 잦은 경우에 고려해 볼 만합니다. 하지만 실제 조정 방법은 공급업체에 확인 후 사용하십시오.

마모로 인한 변화는 평생에 걸쳐 발생합니다.

백래시는 고정된 값이 아닙니다. 기어 측면이 마모됨에 따라 백래시가 증가하며, 먼지나 습기는 그 속도를 가속화합니다. 당사의 슬루 드라이브는 IP66 등급의 보호 등급과 C4H 등급의 내식성을 제공하며, 합금강, 연성 주철, 스테인리스강 등의 재질을 하중, 속도 및 환경에 맞춰 선택합니다. 로봇이 세척이 필요한 환경이나 실외 환경에서 작동하는 경우, 재질 선택은 부품 수명뿐 아니라 로봇의 정확도 유지 기간에도 영향을 미칩니다.

고객 작업에서 얻은 실제 정밀 수치

이 사례들은 로봇 팔은 아니지만, 실제 상황에서 각도 정밀도가 어떻게 명시되는지를 보여줍니다.

• 한국의 한 항만 장비 제조업체가 항만 크레인 시스템용 WEA9-62-25HR 단일 웜 선회 구동 장치 20대를 재주문했습니다. 이 제품은 0.15° 이하의 추적 정밀도, IP65 등급의 방수/방진 기능, 그리고 자체 잠금 기능을 갖추고 있습니다.
• 브리티시컬럼비아의 한 임업 장비 제조업체가 그래플링 장비용 WED14-86-25BHR.5 이중 웜 선회 구동 장치 30대를 주문했으며, 정밀도는 0.13° 이상이어야 합니다.

두 제품 모두 구동계 요구 사항으로 명시된 각도 정밀도와 밀봉 및 잠금 동작을 보여줍니다. 여러분의 조인트에도 동일하게 적용하세요. 사양서 한 줄에 각도, 하중 조건 및 환경을 기재하십시오.

흔히 발생하는 오해와 디자인 공개 전 요청 사항

대부분의 반복성 문제는 부품 결함보다는 수치를 읽는 방식의 차이에서 비롯됩니다. 이는 베어링 정확도를 비교할 때 엔지니어들이 흔히 저지르는 실수입니다.

• 카탈로그에 나와 있는 직경만으로 선택하세요.볼트 원 길이가 같은 두 개의 링이라도 런아웃과 클리어런스 등급이 매우 다를 수 있습니다.
• 측정 방식이 다른 수치를 비교하는 것.작은 직경에서의 런아웃 값과 큰 직경에서의 런아웃 값은 같지 않습니다. 측정 직경을 문의하십시오.
• 백래시를 베어링 자체의 수치로만 취급합니다.기어 조인트에서 맞물림은 역회전 오차의 대부분을 결정합니다.
• 장착면은 무시합니다.휘어진 용접부에 볼트로 고정된 정밀 링은 정밀도를 잃게 됩니다. 평탄도는 베어링 시스템의 일부입니다.
• 낮을수록 항상 좋다고 가정합니다.간극이 거의 없으면 소형 모터가 장착된 연결부가 과열되거나 작동이 멈출 수 있습니다.

시제품 검증 전에 모든 공급업체에게 다음 사항을 요청하십시오.

1. 백래시 또는 간극 값은 측정 방법, 하중 방향 및 기어상의 위치에 따라 달라집니다.
2. 측정 직경에 따른 축 방향 및 반경 방향 런아웃 값.
3. 장착면의 평탄도 및 볼트 조임 순서에 대한 요구 사항입니다.
4. 검사 기록. 뤄양 선회 베어링 유한회사에서는 모든 선회 베어링에 대해 CMM 3차원 검사 및 동적 하중 시험을 실시하며, 당사의 모든 공정은 ISO 9001:2015 품질 경영 시스템을 준수합니다. 자세한 내용은 당사 웹사이트를 참조하십시오.선회 구동 장치 품질 관리점검 방법에 대한 페이지입니다.
5. 밀폐 등급과 사용 환경에 적합한 재질을 선택하세요.

기록은 부품이 공장에서 어떻게 측정되었는지 보여줍니다. 하지만 프레임에 설치한 후 어떻게 작동하는지는 알 수 없으므로, 조립 과정에서도 직접 점검해야 합니다.

포지션 오류 예산을 구축하는 단계별 방법

1. 허용 가능한 팁 오차를 설정하십시오.작업 허용 오차를 고려하고 시력, 공구 및 제어 오류에 대한 여유를 두십시오.
2. 각도로 변환하세요.최대 도달 거리로 나눕니다. 1,200mm에서 0.5mm의 경우 각도는 약 0.0004라디안, 즉 약 0.024°입니다.
3. 할당하세요.조인트가 자주 반전되는 경우 백래시에 가장 큰 비중을 부여하고, 런아웃과 평탄도에는 더 작은 비중을 부여합니다.
4. 기초 부분을 확인하세요.장착면의 평탄도를 측정하십시오. 평탄도가 기준에 미달하면 링 자체를 탓하기 전에 먼저 가공 작업을 진행하십시오.
5. 부하 테스트.이동 방향의 양방향 모두에서 최대 도달 거리 및 최대 하중 상태에서 팁 위치를 측정합니다.
6. 보상할 내용을 결정하세요.소프트웨어에서 반복 가능한 기울기 오차를 매핑하고 하드웨어의 백래시를 줄입니다.

위의 예시에서 최악의 경우 1.5mm의 오차를 가진 스택은 0.5mm 목표치에 크게 못 미칩니다. 백래시만 0.05°에서 0.015°로 줄이면 이 오차는 약 0.31mm로 감소하여 전체 오차는 0.76mm에 가까워집니다. 0.5mm 목표치를 달성하려면 평탄도와 런아웃도 개선해야 합니다. 이것이 바로 오차 예산의 핵심입니다. 오차 예산은 어떤 개선이 결과에 영향을 미치는지 보여줍니다.

연결 부위에 비표준 볼트 패턴, 기어비 또는 하우징이 필요한 경우,맞춤형 선회 구동 장치오차 예산을 기준으로 이러한 사항을 정의할 수 있습니다. 표준 제품의 최소 주문 수량(MOQ)은 1세트이며, 맞춤형 제품의 MOQ는 5세트입니다. 3일 내 신속 프로토타입 제작, 24시간 내 기술 제안서 제공, 9일 표준 생산 주기를 제공하므로 테스트 유닛으로 인해 검증 일정이 지연될 염려가 없습니다. 2년 연장 품질 보증 및 48시간 내 기술 지원을 통해 주문 후 배송 서비스를 제공합니다. 일반 베어링 관련 제품은 당사 웹사이트를 참조하십시오.선회 베어링범위.

문의하실 때 암 도달 거리, 탑재 하중, 모멘트 하중, 작동 주기, 환경 및 목표 팁 오차를 포함해 주십시오. 이 여섯 가지 정보를 제공해 주시면 저희 엔지니어들이 일반적인 견적이 아닌 고객 맞춤형 제안을 보내드릴 수 있습니다.