자동화 장비에서 작업물을 잡는 공압 그리퍼를 선정하려고 하면 생각보다 많은 종류 때문에 혼란스러울 수 있습니다.
2핑거 평행형, 3핑거 척, 앵귤러 그리퍼, 와이드 오픈 타입, 웨지 캠 타입, 회전 구동 타입 등 여러 구조가 존재합니다.
하지만 모든 에어 척을 하나의 기준으로 비교해서는 안 됩니다.
작업물의 형태와 크기, 필요한 파지력, 개폐 스트로크, 반복정밀도, 설치 공간에 따라 적합한 구조가 달라지기 때문입니다.
SMC의 공압 그리퍼 제품군만 보더라도 평행형 2핑거, 3핑거, 4핑거, 와이드 오픈 타입, 웨지 캠 방식, 회전 구동 방식 등 다양한 구조가 제공됩니다.
이번 글에서는 가장 많이 사용되는 2핑거 평행형, 앵귤러 타입, 3핑거 에어 척의 모션 구조를 중심으로 차이를 살펴보겠습니다.
1. 에어 척을 모션 구조로 구분하는 이유
공압 에너지원 자체는 대부분 비슷합니다.
압축공기가 피스톤을 움직이고 피스톤의 힘이 핑거로 전달됩니다.
그러나 그 힘을 핑거에 어떻게 전달하느냐에 따라 움직임은 크게 달라집니다.
대표적으로
평행 직선 운동
회전 개폐 운동
중심을 향한 3방향 동기 운동
등이 있습니다.
즉 에어 척의 차이는 단순히 핑거가 몇 개인가보다 피스톤 운동을 어떤 기구로 변환하는가에 있다고 볼 수 있습니다.
2. 2핑거 평행형 에어 그리퍼
가장 일반적으로 볼 수 있는 구조가 2 Finger Parallel Gripper입니다.
두 개의 핑거가 서로 평행을 유지하면서 안쪽 또는 바깥쪽으로 움직입니다.
예를 들어 핑거가 완전히 열려 있는 상태에서 공압을 공급하면
왼쪽 핑거 → ← 오른쪽 핑거
방향으로 동시에 움직이며 작업물을 잡습니다.
해제할 때는 반대로 벌어집니다.
SMC는 다양한 2핑거 평행형 에어 그리퍼 제품군을 제공하며 웨지 캠, 리니어 가이드, 크로스 롤러, 로터리 구동 등 여러 내부 구조를 사용합니다.
3. 평행형이 가장 많이 사용되는 이유
평행형의 가장 큰 장점은 제품을 잡는 동안 핑거의 방향이 크게 변하지 않는다는 것입니다.
제품의 양쪽 면을 일정하게 잡기 쉽습니다.
사각 부품, 판재, 전자부품, 금속 블록, 플라스틱 제품 등 매우 다양한 작업물에 사용할 수 있습니다.
또한 핑거 끝에 별도의 어태치먼트 또는 그립핑 조(Grip Jaw)를 장착하여 작업물 형상에 맞출 수 있습니다.
자동화 장비에서 범용성이 높은 이유입니다.
4. 평행형 내부에서는 어떤 운동이 일어날까?
평행형의 내부에는 여러 종류의 운동 변환 구조가 사용됩니다.
대표적인 것이 웨지 캠입니다.
피스톤이 전후 방향으로 움직이면 웨지의 경사면이 양쪽 그리퍼 조를 좌우로 움직입니다.
SMC의 MHK2와 MHS 계열은 웨지 캠 구조를 사용하며, MHS의 경우 웨지 캠 구조를 통해 컴팩트한 크기에서 강한 파지력을 얻도록 설계되어 있습니다.
Festo의 일부 평행 그리퍼에서는 피스톤과 핑거 사이에 레버 메커니즘을 사용합니다. 압축공기로 피스톤이 움직이면 그 힘이 레버를 통해 그리퍼 조로 전달되고, 두 조는 기계적으로 연동되어 동기화됩니다.
따라서 외형은 같은 평행형이어도 내부 기구는 서로 다를 수 있습니다.
5. 앵귤러 그리퍼란?
앵귤러 그리퍼(Angular Gripper)는 핑거가 직선으로 이동하지 않고 회전축을 중심으로 각도를 이루며 열리고 닫히는 구조입니다.
사람이 집게를 벌리고 닫는 움직임을 생각하면 이해하기 쉽습니다.
핑거가 회전하기 때문에 완전히 열었을 때 제품 주변에서 핑거를 크게 치워둘 수 있습니다.
이 구조는 좁은 공간에 들어가 제품을 잡거나 작업물을 넣고 뺄 때 핑거 간섭을 줄여야 하는 장비에 유용할 수 있습니다.
6. 와이드 앵글 타입은 무엇이 다른가?
일반적인 앵귤러 그리퍼보다 훨씬 큰 각도로 핑거가 열리는 제품을 와이드 앵글 타입이라고 부릅니다.
CKD HJD는 약 180° 수준의 넓은 개폐 범위를 제공하며, 넓게 열리는 구조 덕분에 픽앤플레이스 과정에서 불필요한 수직 이동을 줄이는 데 유리한 특성을 가지고 있습니다.
예를 들어 핑거를 거의 옆으로 완전히 펼칠 수 있다면 작업물을 잡기 위해 매번 로봇을 높이 들어 올린 후 이동할 필요가 줄어들 수 있습니다.
이는 장비 레이아웃과 사이클 타임 측면에서 장점이 될 수 있습니다.
7. 앵귤러 타입의 내부에는 어떤 메커니즘이 들어갈까?
앵귤러 핸드에는 피스톤과 레버, 링크, 토글 기구 등이 사용될 수 있습니다.
피스톤은 직선으로 움직이지만 핑거은 회전해야 하기 때문에 두 운동 사이의 변환 장치가 필요합니다.
예를 들어 피스톤이 링크의 한쪽을 밀면 링크가 회전축을 중심으로 움직이고 그 힘이 핑거를 회전시킵니다.
토글 메커니즘을 적용하면 파지 마지막 구간에서 높은 힘을 얻을 수도 있습니다.
CKD HJD 역시 높은 파지력을 위해 토글 메커니즘을 사용합니다.
8. 3핑거 에어 척이란?
3핑거 에어 척은 세 개의 그리퍼 조가 중심을 향해 동시에 움직이는 구조입니다.
선반의 3조 척을 생각하면 이해하기 쉽습니다.
특히 원형 제품이나 축, 원통형 부품을 중심에 맞춰 잡아야 할 때 유리합니다.
SMC MHS3는 3핑거 평행형 그리퍼로 제공되며 원통형 작업물을 파지하는 용도로 적합한 특성이 소개되어 있습니다.
9. 3핑거 척이 원형 제품에 유리한 이유
2핑거로 원형 제품을 잡을 수도 있습니다.
하지만 두 개의 접촉점만 사용하면 제품의 자세가 접촉면 형상과 마찰에 크게 영향을 받을 수 있습니다.
3핑거에서는 중심을 기준으로 세 방향에서 제품을 잡기 때문에 원형 작업물을 중심에 정렬하기가 상대적으로 쉽습니다.
그래서
원형 샤프트
베어링
링
원통형 하우징
가공 전후의 둥근 소재
등의 파지에 자주 사용됩니다.
10. 3핑거는 어떻게 동시에 움직일까?
3핑거 그리퍼 역시 하나의 피스톤 운동을 세 방향의 움직임으로 변환해야 합니다.
이를 위해 다중 웨지 구조를 사용할 수 있습니다.
Festo의 3점 그리퍼 자료에서는 직선 운동으로 발생한 힘을 웨지 메커니즘을 통해 그리퍼 조의 움직임으로 변환하며, 이 구조를 통해 조가 동기화되어 움직인다고 설명합니다.
과거의 Festo 3점 그리퍼 자료에서도 세 개의 핑거, 트리플 웨지 메커니즘과 피스톤 구조가 명시되어 있습니다.
즉
피스톤 1축 운동 → 3방향 웨지 힘 분산 → 세 핑거 동기 이동
구조라고 이해하면 쉽습니다.
11. 2핑거와 3핑거 중 어느 것이 더 좋은가?
어느 하나가 무조건 더 좋은 것은 아닙니다.
사각형 작업물, 평면이 있는 제품, 다양한 형상의 부품에는 2핑거가 간단하고 효율적일 수 있습니다.
반면 원형 제품의 중심을 잡아야 한다면 3핑거가 유리할 수 있습니다.
또 3핑거 타입은 구조가 복잡하고 설치 공간이나 가격 면에서 차이가 날 수 있습니다.
따라서 제품 형상이 가장 중요한 판단 기준 가운데 하나입니다.
12. 롱 스트로크 타입이 필요한 경우
작업물의 크기 편차가 크다면 기본형 평행 그리퍼의 스트로크가 부족할 수 있습니다.
예를 들어 한 라인에서 지름 30mm 제품과 80mm 제품을 모두 취급한다면 핑거 개폐량이 충분해야 합니다.
SMC 제품군에는 큰 개폐 스트로크를 목적으로 하는 MHL2 계열과 같은 와이드 오픈 평행 그리퍼가 별도로 제공됩니다. SMC는 해당 제품군에서 큰 작업물이나 치수 편차가 있는 작업물을 다루기 위한 넓은 개폐 스트로크를 특징으로 제시합니다.
다만 스트로크가 크다고 항상 좋은 것은 아닙니다.
그리퍼 크기와 무게가 증가하면 로봇의 가반하중에도 영향을 줄 수 있습니다.
13. 로봇에 설치할 때 그리퍼 무게도 중요하다
로봇 EOAT를 구성할 때 작업물 무게만 확인하는 실수가 많습니다.
로봇이 실제로 들어 올리는 질량에는
그리퍼 자체 무게 + 어댑터 + 핑거 + 센서 + 배관 + 작업물
이 모두 포함됩니다.
특히 작은 로봇이나 협동로봇에서는 무거운 그리퍼를 선택하면 실제 사용할 수 있는 작업물 가반하중이 크게 감소할 수 있습니다.
따라서 그리퍼를 필요 이상으로 크게 선정하는 것은 좋지 않습니다.
14. 파지력은 어느 정도가 필요할까?
파지력 선정에서는 작업물의 정적 무게뿐 아니라 가속도를 고려해야 합니다.
로봇이 제품을 잡은 상태에서 빠르게 출발하거나 급정지하면 관성력이 발생합니다.
제품이 수직 방향으로 잡혀 있다면 핑거와 제품 사이의 마찰도 중요한 요소입니다.
따라서 제조사에서는 보통 일정한 안전율을 적용하여 필요한 파지력을 선정하도록 권장합니다.
실제 모델 선정에는 제조사의 전용 선정 프로그램을 활용하는 것도 좋은 방법입니다. SMC는 에어 그리퍼 전용 모델 선정 소프트웨어를 제공하며, 여러 그리퍼 구조와 조건에 맞춰 제품을 비교할 수 있도록 하고 있습니다.
15. 핑거 형상 설계가 중요한 이유
에어 척 본체만 잘 골랐다고 해서 파지가 완성되는 것은 아닙니다.
실제로 작업물과 접촉하는 것은 사용자 제작 핑거인 경우가 많습니다.
핑거는 제품의 형상에 맞춰 설계해야 합니다.
원형 부품에는 V 홈을 만들 수 있고, 표면 손상이 중요한 제품에는 우레탄 패드나 고무를 적용할 수 있습니다.
무거운 부품에는 단순 마찰만으로 잡기보다 제품의 홈이나 단차를 이용해 기계적으로 걸어주는 방식도 고려할 수 있습니다.
잘 설계된 핑거는 필요한 공압 파지력을 낮추고 파지 안정성을 높이는 데 큰 영향을 줍니다.
16. 반복정밀도는 언제 중요할까?
단순히 상자 안에 제품을 옮기는 장비라면 매우 높은 반복정밀도가 필요하지 않을 수 있습니다.
하지만 작은 부품을 조립 구멍에 정확히 삽입하거나 가공기 척에 전달해야 한다면 그리퍼의 반복정밀도가 중요합니다.
SMC MHS 계열은 웨지 캠과 슬라이드 가이드를 사용하면서 ±0.01mm 수준의 반복성을 특징으로 제시하는 제품군이 있습니다.
다만 시스템 전체 위치정밀도는 그리퍼만으로 결정되지 않습니다.
로봇 정밀도, 핑거 가공 오차, 제품 치수 편차, 장착 오차도 모두 영향을 줍니다.
17. 먼지나 절삭유가 있는 환경이라면?
가공장비 주변에서는 절삭칩과 분진, 절삭유가 그리퍼 가이드 안으로 들어갈 수 있습니다.
이 경우 일반형보다 방진 구조나 실링 에어 기능이 있는 제품을 검토할 수 있습니다.
Festo HGPT의 경우 실링 에어를 이용해 입자나 수용성 절삭유 등이 그리퍼 조 가이드로 들어가는 것을 억제할 수 있는 구조가 소개되어 있습니다.
SMC MHK2 역시 방진·방적 및 환경 대응성을 고려한 제품으로 제공됩니다.
따라서 그리퍼 선정에서는 파지력만큼 사용 환경도 중요합니다.
18. 최종적으로 어떻게 선택해야 할까?
다음과 같이 생각하면 이해하기 쉽습니다.
사각형이나 범용 제품 → 2핑거 평행형
가장 일반적인 선택입니다.
핑거를 크게 벌려야 함 → 앵귤러 또는 와이드 앵글 타입
작업물 주변에서 핑거 간섭을 줄여야 하는 경우 유리할 수 있습니다.
원형 제품의 중심 파지 → 3핑거 타입
원통형 제품이나 축을 중심에 맞춰 잡는 작업에 적합합니다.
제품 크기 변화가 큼 → 롱 스트로크 또는 와이드 오픈 타입
필요한 개폐거리를 먼저 확인합니다.
하지만 이것은 기본적인 방향일 뿐이며 실제 모델은 작업 조건과 제조사 허용값을 기준으로 선정해야 합니다.
마무리
에어 척은 모두 비슷하게 생긴 공압 부품처럼 보이지만 내부 모션 메커니즘에 따라 작동 특성이 크게 달라집니다.
2핑거 평행형은 피스톤의 직선 운동을 웨지나 레버를 이용해 두 개의 동기화된 평행 운동으로 변환합니다.
앵귤러 타입은 피스톤 운동을 링크나 토글 기구를 통해 회전 운동으로 변환합니다.
3핑거 타입은 하나의 피스톤 운동을 다중 웨지 기구를 이용해 세 방향으로 분산하여 원형 작업물을 중심에 맞춰 잡을 수 있습니다.
따라서 공압 그리퍼를 선정할 때에는 단순히 “2핑거냐 3핑거냐”만 판단할 것이 아니라 작업물 형상, 질량, 파지 방향, 필요한 스트로크, 그립 포인트, 가속도, 반복정밀도, 설치 공간, 그리퍼 자체 무게, 사용 환경을 함께 검토해야 합니다.
이러한 모션 구조를 이해하면 자동화 장비에서 왜 어떤 공정에는 평행 그리퍼를 사용하고, 다른 공정에는 앵귤러 핸드나 3지 에어 척을 사용하는지 훨씬 쉽게 이해할 수 있습니다.