고효율지능형공장을 위한 갠트리 로봇 제어시스템 설계

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 스마트 팩토리의 응용 요구를 기반으로 하여, 격자형(桁架 式) 흡착식 이송 로봇에 대한 체계적인 연구를 수행하였으며, 구조 설계, 하드웨어 선정 및 제어 시스템 구현의 전 과정을 포괄하였다. 다축 운동 제어, 이송 효율 및시스템 통합과 같은 핵심 기술적난제를 해결하기 위 하여, PLC 기반 제어 시스템을 제안하고 구현하였다. 우선, 시스템요구사항과목재 이송 공정을 분석한 후, 격자 구조를 핵 심으로 하는 기계적 설계 방안을 제시하고, PLC, 서보 드라이브 및 HMI(Human Machine Interface)를 통합한 제어 아키텍처를 구축하였 다. 하드웨어 측면에서는 응용 요구를 반영하여 산업용 PC, PLC 및 서 보 드라이브의 합리적 구성을 완성함으로써 제어 시스템의 실시간성과 신뢰성을 확보하였다. 소프트웨어 측면에서는 Siemens TIA Portal 플 랫폼을 기반으로 주 프로그램, 기능 모듈 및 변수의 계층적 프로그래밍 을 수행하였으며, HMI 화면과의 연계를 통해 작업 지령 전송, 공정 모니 터링 및 오류 알람 등의 기능을 구현하였다. 제안된 제어 방안의 유효성을 검증하기 위하여, 가상 환경에서 제어 플랫폼을 구축하고 시뮬레이션 실험을 진행하였다. 그 결과, 본 시스템 은 고정밀 좌표 모니터링과 우수한 시각화 효과를 달성하였으며, 목재의 자동 픽업 및 적재 작업을 안정적으로 수행하여 스마트 팩토리가 요구하 는 이송 효율, 위치 정밀도 및운전 안정성을충족시킴을 확인하였다. 이 를 통해 설계된 제어 시스템의 실현 가능성이 입증되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This dissertation, grounded in the application requirements of smart factories, systematically investigates the gantry-type suction-based handling robot, comprehensively covering the entire process from structural design and hardware selection to control system implementation. To address critical challenges such as multi-axis motion control, handling efficiency, and system integration, a PLC-based control system is proposed and realized. The study first analyzes the system requirements and the workflow of wooden board handling, and subsequently proposes a mechanical design scheme centered on a gantry structure. A control architecture integrating PLC, servo drives, and a Human– Machine Interface (HMI) is then established. On the hardware level, industrial PC, PLC, and servo drives are configured in accordance with application demands, ensuring the real-time performance and reliability of the control system. On the software level, hierarchical programming of the main program, functional modules, and variables is accomplished using Siemens TIA Portal, while the HMI interface is integrated to realize task dispatching, process monitoring, and fault alarming functions. To validate the effectiveness of the proposed approach, a control platform was constructed in a virtual environment and subjected to simulation testing. The results demonstrate that the system achieves high-precision coordinate monitoring and effective visualization, while stably performing automated pick- and-place and stacking operations of wooden boards. The system meets the requirements of smart factories in terms of handling efficiency, positioning accuracy, and operational stability, thereby confirming the feasibility of the designed control system.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 현황 및도전 과제 4
• Ⅱ. 연구목표 및 내용 7
• 1. 시스템 요구 분석 7
• 2. 목재 패널 이송 공정 9
• Ⅲ. 격자로봇 제어 시스템 11
• 1. 주요한 기술 11
• 2. 기계 구조 12
• 3. 제어 시스템 통합 아키텍처 15
• 4. 프로그램가능 논리 제어기（PLC） 18
• 5. 서보 제어 시스템 41
• 5.HMI 50
• Ⅳ. 제어시스템 모의실험 54
• 1. 시뮬레이션 실험 54
• 2. 시뮬레이션 실험 결과와 분석 55
• Ⅴ. 결론 57
• 참고문헌 59