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기존 직교 로봇의 핵심부품인 볼스크루와 폐쇄형 볼너트 조합 대신 개방형 스크루와 슬라이더 조합을, 그리고 LM 가이드 대신 가이드베어링과 가이드샤프트 조합을 사용하여 고하중 및 정밀 위치제어능력을 유지하면서 속도와 행정길이 등을 획기적으로 늘일 수 있는 새로운 제품을 개발하였다. 그 역학적 타당성과 안전성을 검증하기 위하여 실증 시험뿐만 아니라 정적 해석과 유한요소해석을 수행하였다. 해석에 필요한 모멘트 부하의 계산과 평형방정식의 풀이 과정에서 발생하는 부정정 문제의 처리, 그리고 가이드베어링과 제동롤러 반력의 계산 등을 손쉽게 해결할 수 있는 Matlab 프로그램을 개발하여 다양한 로봇 조합에 대한 해석에 적용하였다. 그 결과는 유한요소해석에 입력하여 운전 중 급정지 시 각 부품에 발생하는 변위와 응력을 예측함으로써 제품의 안전성을 확인하였다.
A new Cartesian robot has been developed that can drastically increase the movement speed and travel length while maintaining high load and precision using an open screw and slider combination instead of a ball screw and closed ball nut combination, and a guide bearing and guide shaft combination instead of a linear motion guide. Static and finite element analyses, as well as empirical tests, were conducted to verify the mechanical validity and safety of the developed robot. A Matlab program, which can easily calculate the moment load required for analysis, resolve the statical indeterminacy problem encountered owing to the solution of equilibrium equations, and determine the reactive forces of the guide bearings and brake roller, was developed and applied for the analysis of various robot combinations. The results were inputted into the finite element analysis to verify the safety of the product by predicting the displacements and stresses of its parts when a sudden stop occurs during operation.
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Cartesian Robot, Open Screw, Static Analysis, Moment Load, Finite Element Analysis
