직교좌표로봇 (Cartesian Robot (Gantry Robot))
쉽게 풀면
앞뒤, 좌우, 위아래로만 곧게 움직이는 로봇이에요.
왜 중요한가
세 개의 직선축이 직교하는 구조라 기구학이 자명하고 위치 정밀도가 작업공간 전체에서 균일하여, 3D 프린터·갠트리 로더·대형 팔레타이징에 널리 쓰입니다. 로봇 형태 비교 논문에서 정밀도와 강성의 기준으로 자주 언급됩니다. 반도체 웨이퍼 검사 장비처럼 수 마이크로미터 단위의 반복 정밀도가 요구되는 응용에서는, 관절 오차가 누적되는 다관절로봇보다 축별로 독립적인 직교좌표로봇이 여전히 선호된다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 직교좌표로봇은 순기구학과 역기구학이 매우 단순하다는 장점을 가진 특수 구조 로봇으로 언급됩니다.
다만 작업공간이 직육면체 형태로 고정되어 있어 곡면이나 복잡한 자세가 필요한 작업에는 적합하지 않다는 한계도 함께 지적된다.
조금 더 깊게 보면
다관절로봇과 달리 특이점이 없고 야코비안이 상수이지만, 작업공간 부피에 비해 설치 면적이 크고 자세 자유도가 없어 손목을 별도로 달아야 합니다. 직선축은 가이드와 볼스크류의 길이에 비례해 처짐과 열팽창이 커지므로, 대형 갠트리에서는 강성보다 열변형이 정밀도의 지배 요인이 됩니다. 세 직선축이 서로 직교하므로 순기구학은 단순히 각 축 위치를 더하는 것과 같고 야코비안은 항상 단위행렬에 가까워 특이점이 존재하지 않는다는 것이 다관절로봇과 가장 뚜렷이 대비되는 특징이다. 볼스크류나 리니어모터로 구동되는 각 축은 축 길이가 길어질수록 자체 무게에 의한 처짐과 열팽창의 영향이 커져, 대형 갠트리 구조에서는 이 처짐을 보상하는 소프트웨어 캘리브레이션이 병행된다.
주의할 점
직교좌표로봇은 회전 자유도가 없거나 제한적이라 물체의 방향 전환이 필요한 작업에는 부적합할 수 있다.
직교좌표로봇은 축이 서로 독립적이라 제어는 단순하지만, 각 축의 이동 범위를 넘어서는 위치나 회전이 필요한 작업에는 별도의 회전축이나 다른 로봇 형태를 결합해야 한다.