Mayr 스마트 서보 시스템

운반 중인 수하물은 전기 차단이나 정전 또는 비상 정지 시 통제를 벗어나 낙하하거나 충돌하면 안 된다. 안전 브레이크가 서보 축을 안전하고 안정적으로 제 위치에 유지하며 이런 사태를 방지할 수 있다. 그렇다면 브레이크를 선택할 때 유의해야 할 기준은 무엇인가?

안드레아스 메르츠(Andreas Merz): Chr. Mayr GmbH + Co. KG 제품 매니저

서보 시스템은 오늘날 로보틱스 애플리케이션의 표준이다. 구조는 기본적으로 동일하며, 제어 전자 장치와 기어 그리고 안전을 책임지는 브레이크가 장착된 모터로 구성된다. 인간과 로봇이 긴밀하게 협업할수록 그 잠재적 위험성도 증가한다. 예를 들어, 작업 중에 전기가 단락 되면 작업 중인 로봇 팔을 그 위치에 고정하여야 작업자가 상해를 피할 수 있다. 이는 설계 단계부터 영구적으로 배제하는 것이 중요하다. 수하물의 의도치 않은 낙하와 허용되지 않는 긴 정지거리를 배제하기 위해서는 안전 브레이크의 선택과 이러한 안전 브레이크를 전체 시스템에 정확하게 통합하는 것이 중요하다.

페일 세이프 원리에 기반한 안전 브레이크는 서보모터에 필수적이다. 이는 전원이 차단된 상태에서 브레이크가 닫혀 있기 때문이고, 비상 정지나 정전 또는 케이블 파손으로 인해 에너지 공급이 중단되는 경우에도 필요한 제동 토크를 제공해야 한다. 비상 정지 상황에서 안전 브레이크가 마찰 작업을 수행하고, 정의된 제동 토크로 제동하려면 강철 카운터 마찰 표면과 함께 특별히 개발된 마찰 라이닝이 있어야 한다. 이는 스프링 적용 브레이크에서는 일반적이지만 스틸-온-스틸 마찰 조합이 있는 영구 자석 브레이크는 마찰 한계에 도달한다.

로보틱스 요건에 맞는 서보 브레이크

Mayr Antriebstechnik은 Roba-Servostop 시리즈를 통해 로봇 공학의 높은 요건에 맞는 서보모터용 스프링 브레이크를 개발했다. “우리는 지난 20년간 축적된 경험을 바탕으로 하였으며, 현재 Mayr 경량 브레이크는 전 세계의 수많은 로봇 응용 분야에서 사용하고 있습니다.”(베른트 키스, 제품 매니저)

표준 구성 키트는 다양한 설치 상황에서 높은 유연성을 제공한다. 사용자는 다양한 솔루션의 이점을 이용할 수 있다. “전체 길이는 서보모터에서 중요한 역할을 합니다. 즉 슬림한 브레이크가 이 부분에서 유리하게 작용한다.”(베른트 키스) 경량 로봇에서는 브레이크의 무게가 상당히 중요한 역할을 합니다. 다양한 작업 단계를 수행하는 로봇은 다양한 구성 요소를 옮겨야 하기 때문에 가벼운 브레이크가 큰 역동성을 제공한다. 이러한 응용 분야에서 로봇 조인트에 통합하도록 특별히 설계된 중공 샤프트가 있는 경량 브레이크를 사용한다.

모터에서 서보 브레이크는 A 베어링 실드에 설치하는 것이 바람직하다. 이 위치에는 고정 베어링이 있고 열팽창이 브레이크에 심각한 영향을 미치지 않기 때문이다. Mayr Antriebstechnik의 브레이크는 제한 없이 모터의 B 베어링 쪽에 통합하였다. 열팽창과 베어링 유격은 브레이크의 기능과 신뢰성에 부정적인 영향을 미치지 않기 때문이다. 사용자는 모터에 모듈식으로 부착된 내장 브레이크를 사용할 수 있다.

높은 성능 밀도로 에너지 효율적인 제동

Roba-Servostop 브레이크는 매우 가벼울 뿐만 아니라, 자기 작동 면에서 빠르게 작동한다. 동시에 전력 밀도가 높고 내마모성이 있다. 이 브레이크는 강한 브레이킹에서 허용되는 마찰력이 매우 높다. “Roba-Servostop 브레이크는 설치 공간을 최적화하고 많은 에너지를 절약할 수 있도록 설계되었습니다.”(베른트 키스)

하지만 작동 중에 브레이크를 Roba-Switch 정류기로 제어하면 비용을 절감할 수 있다. 이는 브레이크가 켜져 있을 때만 고전압으로 브레이크가 활성화되기 때문이다. 이 단계에서 에어 갭을 지나 전기자 디스크를 끌어당기기 위해 높은 자기력이 필요하다. 전기자 디스크가 코일 캐리어와 접촉하면 훨씬 작은 자기력으로 브레이크를 열린 상태로 유지할 수 있다. 따라서 이 단계에서 전압을 크게 낮출 수 있어, 브레이크가 해제된 후 정류기가 전압을 값의 1/3로 줄이면 코일 전력과 에너지 소비가 9분의 1로 줄어든다.

또한 짧은 정지거리는 작업자과 기계의 안전을 위해 중요하다. 브레이크 전환 시간은 제동 거리에 결정적이다. 브레이크가 닫히고 감속이 시작될 때 자유 낙하 시간에 질량도 영향을 주기 때문에 특정 상황에서 브레이크의 허용 값을 초과하게 된다. 따라서 사용자는 안전 브레이크를 선택할 때 전환 시간을 짧게 하고, 브레이크의 사용 연한 동안 전환 시간을 준수해야 한다. 이 과정에 모니터링 시스템도 중요하다. 지금까지 서보 브레이크는 에어 갭이 작거나 설치 상황 때문에 모니터링이 불가능했다. 하지만 Mayr Antriebstechnik이 센서리스 브레이크 모니터링을 위한 지능형 솔루션을 제공한다. 개조 가능한 Roba-BrakeChecker 모듈은 전류 및 전압의 고급 분석을 통해 전기자 디스크의 움직임을 감지하고 브레이크의 상태를 확인할 수 있다. 스위칭 상태와 임계 코일 온도를 모니터링하는 것 외에 마모, 예비 기능 및 오류에 대한 예방 기능을 모니터링할 수 있다.

Roba-Brake Checker 모듈의 확장 버전에는 고객별 인터페이스(예: 광학, Wi Fi, IO Link 또는 Profibus)가 있는 추가 회로 기판이 장착되어 있다. 이 인터페이스를 통해 스위칭 시간, 전류, 전압, 저항, 전력 및 상대 픽업 전류에 대한 데이터를 제공하고, 이를 통해 프로세스를 평가하고 프로세스를 인식할 수 있으며 복잡한 관계에서 결론을 도출할 수 있다. 이는 예측 유지 보수뿐만 아니라 로봇의 상호 작용에도 이점이 있으며, 원격 유지 관리 시스템과 통합도 가능하다.