이송로봇 그리퍼 클램핑압은 파우치셀을 집어 옮기는 다관절 로봇 말단부가 셀 표면에 가하는 단위면적당 압축력이다. 지난 9월 2일 제이스로보틱스가 333억원 규모의 2차전지 제조 로보틱스 자동화설비 공급계약을 체결했다고 공시했다. 계약 상대방과 세부 사양은 영업비밀 보호를 이유로 비공개다(비공개). 파우치셀은 각형·원통형과 달리 외장재가 알루미늄 라미네이트 필름이라 국부 압축에 취약하다. 그리퍼 클램핑압이 과도하면 파우치 씰링부 압흔이나 내부 전극 밀림이 발생하고, 지나치게 낮으면 이송 중 슬립으로 낙하 사고가 난다. 클램핑압을 어떤 기준으로 정할 것인가가 기구설계의 핵심 질문이다.
기구학적 분석: 평행 죠와 다점 지지
그리퍼는 2점 평행 죠(jaw) 방식과 3점 이상 다점 지지 방식으로 나뉜다. 평행 죠는 구조가 단순하지만 셀 무게 전체가 좁은 접촉면에 집중돼 국부 압력이 높아진다. 다점 지지는 접촉면적을 넓혀 압력을 분산하지만 죠 개수만큼 액추에이터와 정렬 공차 관리 지점이 늘어난다. 이송 중 발생하는 가속·감속 하중까지 클램핑력이 버텨야 하므로, 정지 마찰계수와 안전율을 반영한 최소 클램핑력 계산이 먼저다.
계산·수식 검증
대형 파우치셀 1개 질량 $m$을 1.2kg으로 가정한다(추정, 근거: EV용 60Ah급 대형 파우치셀 통상 중량). 로봇 이송 구간 가감속도 $a$는 5 m/s²로 가정한다(추정, 근거: 수직다관절 이송로봇 통상 운전 프로파일).
$$F_{load} = m \times (g + a) = 1.2 \times (9.81 + 5) = 17.8\ \text{N}$$
이 하중을 마찰만으로 지지하려면 그리퍼 죠 2면, 패드-필름 마찰계수 $\mu = 0.35$(추정, 러버 패드-알루미늄 라미네이트 접촉 통상값) 기준으로 1차 안전율 $SF_1 = 1.5$를 적용한다.
$$F_{clamp} = \frac{F_{load} \times SF_1}{\mu \times n} = \frac{17.8 \times 1.5}{0.35 \times 2} = 38.1\ \text{N (편측)}$$
죠 접촉면적을 30mm×40mm(추정, 러버 패드 규격) = 1200mm²로 두면 실제 접촉압은 다음과 같다. 이 값이 낮을수록 파우치 씰링부 압흔 위험이 줄어든다는 점에서 실무적 의미를 가진다.
$$P_{actual} = \frac{F_{clamp}}{A} = \frac{38.1}{1200} = 0.032\ \text{MPa}$$
파우치셀 표면 허용 국부압력 $P_{allow}$을 0.08MPa로 가정하면(추정, 근거: 파우치셀 취급 가이드 통상값, 현장 계측 후 재확인 요망) 2차 안전율은 다음과 같다.
$$SF_2 = \frac{P_{allow}}{P_{actual}} = \frac{0.08}{0.032} = 2.5$$
$SF_1 = 1.5$, $SF_2 = 2.5$로 이중 안전율 기준(통상 최소 1.2~1.5)을 모두 만족한다. 하중측과 재료측 안전율을 분리해 검증했다는 점이 이 계산의 핵심이다.
실무적용(Shop-notes)
대안 기구로 진공 흡착 패드 방식을 검토할 수 있다. 국부 압력을 더 낮출 수 있지만, 파우치 필름 외장의 실링부 접힘이나 미세 굴곡이 있으면 흡착력이 급격히 떨어져 초기 양산 라인처럼 셀 표면 평탄도 편차가 큰 구간에서는 안정성이 떨어진다. 이번 설계에서는 미채택한다. 가공성 주석으로, 죠 표면 러버 패드는 폴리우레탄(쇼어 A 40~50) 사출 후 접촉면 라운드(R) 가공이 필요하며, 패드 마모 주기(약 20만 사이클 추정)에 맞춘 정기 교체 지그를 함께 설계해야 가공·유지보수 부담이 커지지 않는다.
- 그리퍼 죠 접촉압 로드셀 실측 후 계산값과 대조
- 로봇 가감속 프로파일 실측치 반영해 재계산
- 파우치셀 허용 국부압력 제조사 스펙 확인(현재 미확인)
- 러버 패드 마모 교체 주기 표준 수립
한줄요약: 이송로봇 그리퍼는 접촉압 0.032MPa 수준에서 $SF_1$ 1.5·$SF_2$ 2.5 이상을 확보해야 파우치셀 압흔 없이 안전하게 이송할 수 있다.