Analysis of Vibration Reduction Characteristics of a Robot End-Effector to Improve Product Positioning Accuracy in Injection Molding

사출 성형 공정에서 제품 취출·이송을 수행하는 산업용 로봇(YASKAWA GP-25)과 End-Effector로 구성된 시스템을 대상으로 3차원 유한요소 모델을 구축하고, 모달 해석과 하모닉 응답 해석을 통해 진동 특성을 정량적으로 규명하였다. 로봇 베이스는 완전 고정하고 접촉부에는 연성 연결 조건을 적용하였으며, 구동부 감쇠 효과는 Rayleigh 감쇠(2%)로 반영하였다. 또한 메시 의존성 검증을 수행하여 해석 신뢰성을 확보하였다. 서보 모터의 작동 주파수 대역(약 1.7–10.1 Hz)과 1차 고유진동수(8.88 Hz)의 중첩으로 공진 가능성이 확인되어, 공진 회피를 목표로 End-Effector 경량화 및 강성 보강 설계를 제안하였다. 구조용 탄소강(SS400)을 알루미늄 합금(A6061-T6)으로 변경하고 질량 재배치 및 손목부 리브 보강을 적용한 결과, 1차 고유진동수는 10.93 Hz로 약 23% 상승하였다. 하모닉 응답 해석에서는 말단부 최대 진동 진폭이 x축 29%, y축 69% 감소하여 제품 위치 정밀도 향상에 기여할 수 있음을 보였다. 또한 100 N 파지 하중 조건의 정적 구조 해석에서 안전여유가 56.3에서 64.3으로 약 14% 향상되어 구조적 안전성도 개선됨을 확인하였다. 향후에는 위상 최적화 기반의 체계적 설계와 관절부 유격 및 비선형 감쇠를 포함한 모델 고도화, 그리고 실측 모달 시험을 통해 현장 적용성을 확장할 예정이다.