벱토 뉴매틱 로고
KO
견적 요청
KO

대형 낙하 사고를 막기 위해 공압 그리퍼 시스템의 실제 인양 능력을 어떻게 계산해야 하는가?

죠 1개당 힘, 마찰, 가속도 및 핑거 위치로 공압 그리퍼의 인양 능력을 계산하고 압력과 공기 손실 시 안전성을 검증하는 방법을 설명합니다.

15 분 읽기
공유
Siyu Wang, 공압 응용 엔지니어, 벱토 뉴매틱

작성자 소개

Siyu Wang

공압 응용 엔지니어

저는 벱토 뉴매틱의 공압 응용 엔지니어 Siyu입니다. 견적 전 공압 제품 요구 사항, 부품 적용, 기술 세부 사항 검토를 돕습니다.

작성자 글Siyu@bepto.com

공압 그리퍼의 인양 능력은 파지력, 핑거, 죠, 공작물, 이송축 및 안전 상태에 대해 검증한 모든 한계를 만족하는 최대 공작물 질량입니다. 실린더 보어만으로 계산하지 말고 실제 각 접촉점에서 사용할 수 있는 힘을 기준으로 계산해야 합니다. 그런 다음 중력, 가속도, 모멘트, 최저 압력, 공작물 편차 및 공기 손실 시 동작을 확인합니다.

카탈로그의 힘 정의가 중요합니다. SMC MHL2 카탈로그의 유효 파지력은 핑거 1개의 추력인 반면, SCHUNK는 해당 PZN-plus 페이지에서 거리 P 지점의 각 죠 추력을 산술적으로 합한 값을 파지력으로 정의합니다(SMC MHL2 카탈로그, 2026년 확인; SCHUNK PZN-plus, 2026년 확인). 워크시트에 수치를 입력하기 전에 정의를 통일하십시오.

핵심 요점

  • 실제 압력, 파지 방향 및 핑거 위치에 해당하는 카탈로그 파지력에서 시작합니다.
  • 질량, 가속도, 마찰, 죠 수와 근거가 명확한 안전율로 죠 1개당 필요한 힘을 계산합니다.
  • 모멘트와 공기 손실 시 동작은 별도로 확인합니다. 파지력 여유를 늘리는 것만으로 안전하지 않은 회로가 페일 세이프가 되지는 않습니다.
SMC 제품 시연은 그리퍼를 완성된 기구로 보여 줍니다. 하중 계산을 결정하는 것은 피스톤 면적만이 아니라 완성된 죠의 힘과 적용 형상입니다.

카탈로그 파지력을 올바른 출발점으로 사용하는 방법

SMC는 MHL2 파지력 표가 모든 핑거와 부착물이 공작물에 접촉했을 때 핑거 1개의 추력을 나타낸다고 설명합니다. 또한 파지점은 선택한 압력의 힘 곡선 범위 안에 있어야 합니다(SMC MHL2 카탈로그, 2026년 확인).

잘 알려진 피스톤 식은 액추에이터 내부에서는 유효합니다.

Fpiston=P⋅AF_{\mathrm{piston}} = P \cdot A

하지만 이 식만으로는 공작물에 작용하는 힘을 알 수 없습니다. 피스톤과 완성된 핑거 사이에는 씰, 가이드, 웨지, 랙, 피니언, 토글 또는 앵귤러 링크가 있습니다. 접촉점은 베이스 죠에서 수십 또는 수백 밀리미터 떨어질 수 있습니다.

다음 세 가지 힘을 구분하십시오.

힘의 단계 의미 적합한 선정 용도
피스톤 추력 유효 피스톤 면적에 작용하는 압력 제조사 데이터에서 요구할 때 내부 기구 확인
베이스 죠 추력 그리퍼의 죠 기준 위치에서 나오는 출력 명시된 카탈로그 정의로 본체 비교
접촉력 실제 핑거 접촉점에서의 힘 공작물 미끄러짐과 인양 능력 계산

제조사별 정의는 서로 바꿔 쓸 수 없습니다. SMC MHL2는 핑거 1개의 추력을, 해당 SCHUNK PZN-plus는 각 죠 추력의 합을 사용하며, Festo의 현행 데이터시트는 특정 모델에 대해 0.6 MPa에서 그리퍼 죠 1개당 79 N이라고 명시합니다(Festo 평행 그리퍼 데이터시트, 2026년). 가져오는 모든 수치에 ‘죠 1개당’ 또는 ’합계’를 기록하십시오.

본체, 회전 죠 및 핑거 장착부가 보이는 XHY 180도 앵귤러 공압 그리퍼

앵귤러 그리퍼는 피스톤 이동이 죠 회전으로 바뀌므로 기구 형상과 핑거 위치에 따라 접촉력이 달라진다는 점을 쉽게 보여 줍니다. 평행 그리퍼는 전달 방식이 다르지만 같은 원리가 적용됩니다. 자세한 내용은 평행 그리퍼 기구 가이드를 참조하십시오.

당사는 워크시트 첫 줄에 실린더 보어가 아니라 카탈로그의 힘 정의를 기록합니다. 곡선이 죠 1개당 값인지 합계인지, 열림 측인지 닫힘 측인지, 기준 압력과 죠 기준에서 접촉점까지의 거리를 기록합니다. 이 작은 습관으로 알아차리기 어려운 입력 오류를 많이 막을 수 있습니다.

수직 마찰 파지에서 죠 1개당 필요한 힘을 계산하는 방법

NIST의 표준 중력가속도는 9.80665 m/s²입니다. 대칭 수직 마찰 파지에서는 질량, 상향 가속도, 마찰, 죠 수 및 선택한 안전율로 하중을 분담하는 죠 1개당 필요한 힘을 계산합니다(NIST SI 가이드, 2026년 확인).

Frequired,jaw=m(g+a)SμnF_{\mathrm{required,jaw}} = \frac{m(g+a)S}{\mu n}

각 기호의 의미는 다음과 같습니다.

기호 의미 단위 또는 제약 조건
mm 공작물과 함께 이송되는 모든 것을 포함한 총 지지 질량 kg
gg 표준 중력가속도 9.80665 m/s²
aa 그리퍼 기준 최악의 상향 가속도 m/s²
SS 정의한 하중 조건의 안전율 무차원
μ\mu 실제 접촉면의 보수적 마찰계수 무차원
nn 실제로 하중을 분담하는 죠 수 개
Frequired,jawF_{\mathrm{required,jaw}} 각 죠에 필요한 최소 법선 접촉력 N/죠

이 식은 미끄러짐 방향이 접촉면과 평행한 마찰 파지를 대상으로 하며 죠가 하중을 분담한다고 가정합니다. 한쪽 핑거가 먼저 닿거나 공작물이 편심되어 있거나 공차 누적으로 균일 접촉이 이루어지지 않으면 모든 죠가 완전히 하중을 분담한다고 볼 수 없습니다.

2 kg 공작물을 3 m/s²로 위쪽으로 가속하고 하중 분담 죠가 2개이며 μ=0.30\mu=0.30, S=2S=2인 경우는 다음과 같습니다.

Frequired,jaw=2(9.80665+3)20.30⋅2=85.4 N/jawF_{\mathrm{required,jaw}} = \frac{2(9.80665+3)2}{0.30 \cdot 2} = 85.4\ \mathrm{N/jaw}

선택한 그리퍼는 실제 핑거 위치와 최저 동압에서 죠 1개당 최소 85.4 N을 발생해야 하며, 아래에서 설명하는 모멘트, 표면 압력 및 안전 상태 확인도 통과해야 합니다.

도구진공 및 그리핑공압 그리퍼 힘 계산기하중 질량, 마찰계수, 죠 수, 가속도, 안전율 및 실제 파지점에서 사용할 수 있는 힘으로 죠 1개당 필요한 힘과 인양 가능 질량을 추정합니다.죠당 파지력 = 하중 x (g + a) x 안전계수 / (마찰계수 x 죠 수)하중 질량마찰 계수죠 수량가속 여유계산기 열기

죠 1개당 사용 가능한 힘을 알고 있을 때 지지 가능한 질량을 역산하는 식은 다음과 같습니다.

mforce=Favailable,jawμnS(g+a)m_{\mathrm{force}} = \frac{F_{\mathrm{available,jaw}}\mu n}{S(g+a)}

이 결과는 파지력 기준 능력이며 그리퍼 시스템의 최종 정격 인양 능력이 아닙니다. 파지력, 죠 하중, 공작물 강도, 핑거 강도, 이송축 가반하중, 안전 상태 및 기계 위험성 평가 가운데 가장 낮은 허용 한계가 지배합니다.

가속도, 자세 및 마찰이 결과를 바꾸는 방식

해당 PZN-plus 페이지의 SCHUNK 권장 공작물 질량은 정지 마찰계수 0.1과 중력으로 인한 미끄러짐에 대한 안전율 2를 사용합니다. 이는 명시된 모델에 적용되는 가정이지 모든 패드와 공작물에 공통인 계수가 아닙니다(SCHUNK PZN-plus, 2026년 확인).

가속도는 하중 식에 직접 넣습니다. 기계 가속도를 알고 있다면 계산 결과에 임의의 ’동적 감쇠계수’를 곱하지 마십시오. 수직 상승에는 g+ag+a를 사용합니다. 하강 중 감속도 공작물 관성이 핑거를 기준으로 미끄러지는 방향에 작용하면 같은 유효 방향이 될 수 있습니다.

전체 동작 프로파일을 확인하십시오.

  • 정상 생산: 픽업, 이송 및 배치 중 최대 가속도를 사용합니다.
  • 비상 정지: 신뢰할 수 있는 최악의 감속도를 계산하거나 측정하고 공작물이 안전 방호 구역에 들어가지 않는지 확인합니다.
  • 회전: 최악의 자세에서 중력과 관성 가속도를 미끄러질 수 있는 각 방향으로 분해합니다.
  • 진동과 충격: 불확실한 피크는 측정과 위험성 평가 문제로 다루고 임의의 배율로 대신하지 않습니다.

마찰은 흔히 가장 불확실한 입력값입니다. 표면 조도, 코팅, 오일, 절삭유, 분진, 수분, 패드 마모, 온도, 접촉 압력 및 제품 편차에 따라 달라집니다. 허용되는 생산 조건에서 입증된 최저값을 사용하십시오. 데이터가 없다면 일반 표의 값을 옮겨 쓰지 말고 대표적인 최악 조건 공작물로 시험하십시오.

단차, 홈, 구멍 또는 가장자리를 감싸는 형상 구속 핑거는 다른 하중 경로를 사용합니다. 마찰이 주된 유지 메커니즘이 아니더라도 핑거 면압, 굽힘, 해제 간극, 공차 및 충격을 확인해야 합니다. 마찰식만으로 포획형 공작물의 안전성을 증명했다고 주장해서는 안 됩니다.

수직 인양 실린더 선정 가이드도 직선축에 같은 m(g+a)m(g+a) 하중 논리를 사용합니다. 그리퍼 계산에는 접촉면을 추가하고 필요한 법선력을 죠 사이에 분배합니다.

핑거 길이와 죠 모멘트가 두 번째 능력 한계가 되는 이유

SMC는 MHL2 힘 곡선의 파지점 범위를 벗어나면 핑거나 가이드에 과도한 편하중이 작용해 핑거 풀림 또는 수명 저하를 일으킬 수 있다고 경고합니다. 따라서 사용 가능한 파지력과 허용 죠 하중을 동시에 확인해야 합니다(SMC MHL2 카탈로그, 2026년 확인).

돌출 거리에서 작용하는 접촉력은 죠 모멘트를 만듭니다.

M=Fc⋅LM = F_c \cdot L

FcF_c는 해당 접촉력 성분이고 LL은 제조사가 지정한 죠 기준에서 작용선까지의 수직 거리입니다. 추가 오프셋은 여러 축의 모멘트를 만들 수 있습니다. 선택한 모델 문서의 좌표계와 복합 하중 규칙을 사용하십시오.

수치는 모델별로 다릅니다. 예를 들어 2026년에 공개된 Festo 자료는 특정 모델에 대해 0.6 MPa에서 닫힘 측 추력 79 N/죠, 최대 정적 죠 힘 500 N 및 기재된 각 축의 최대 정적 모멘트 35 N·m를 제시합니다(Festo 평행 그리퍼 데이터시트, 2026년). 이는 파지력과 구조 한계가 별도 사양이라는 예이며 다른 모델에 적용할 수 없습니다.

선정할 때 다음 두 열을 함께 확인하십시오.

미끄러짐 계산 구조 계산
실제 파지점에서 사용 가능한 힘 허용 핑거 돌출량
죠 1개당 필요한 힘 핑거 질량과 관성
보수적 마찰계수 죠 하중 FxF_x, FyF_y, FzF_z
중력과 가속도 죠 모멘트 MxM_x, MyM_y, MzM_z
하중 조건의 안전율 제조사의 복합 하중 규칙

긴 핑거는 선정에서 두 가지 방식으로 불합격을 일으킵니다. 힘 곡선에서는 해당 거리에서 사용 가능한 힘이 감소하고, 같은 접촉력에서도 가이드 모멘트가 증가합니다. 공칭 파지력에 하나의 감쇠계수를 곱하는 방식으로는 어느 한계도 검증할 수 없습니다.

파지력 결과를 승인하기 전에 완성 핑거 도면을 요구하면 또 다른 입력 오류를 방지할 수 있습니다. 접촉 거리, 핑거 질량, 오프셋 및 체결 배치가 없는 카탈로그 본체 번호만으로는 모멘트 확인을 재현할 수 없습니다.

최저 압력과 공기 손실 시 동작을 확인하는 방법

MHL2 힘 곡선은 0.2~0.6 MPa로 구분되어 있어 사용 가능한 파지력이 접촉 거리뿐 아니라 압력에도 좌우됨을 보여 줍니다. 컴프레서의 정적 압력계가 아니라 죠가 이동 하중을 유지하는 동안 예상되는 최저 압력 곡선을 사용하십시오(SMC MHL2 카탈로그, 2026년 확인).

최악의 동시 수요 이벤트 동안 그리퍼 가까이에서 압력을 측정하십시오. 시운전에서는 레귤레이터가 정상 설정 압력을 표시하더라도 유량이 부족한 밸브, 가는 튜브, 막힌 소음기 또는 공용 분기 때문에 닫힘 동작이나 이송 중 챔버 압력이 떨어질 수 있습니다. 상류 진단은 압축공기 압력 강하 가이드를 참조하십시오.

제조사 데이터가 보간을 뒷받침하지 않는 한 파지력이 레귤레이터 압력에 완전히 비례한다고 가정하지 마십시오. 정확한 모델, 방향 및 파지점의 카탈로그 곡선이나 선정 소프트웨어를 사용하고 조립된 기계에서 확인하십시오.

공기 손실은 마찰식에 더하는 항이 아니라 별도의 상태입니다. 스프링 보조 그리퍼, 밀폐 압력 회로, 기계식 래치 또는 2차 지지 장치가 공작물을 유지할 수 있지만 각각 한계가 있습니다. Zimmer는 공급 압력이 떨어진 뒤 압축공기를 가두고 스프링 보조 그리퍼의 파지력을 유지하는 압력 안전밸브를 설명합니다(Zimmer 압력 안전밸브, 2026년 확인). 누설과 제한된 스프링 힘은 여전히 고려해야 합니다.

ISO 4414:2010은 기계의 주요 공압 위험을 다루는 국제 표준입니다. ISO 12100:2010은 더 광범위한 위험성 평가와 위험 저감 방법을 제시하지만 ISO는 2026년 현재 개정 중이라고 밝힙니다(ISO 4414, 2021년 현행 확인; ISO 12100, 2026년 확인).

일반 산업용 공압 그리퍼를 사람 인양 장치로 취급해서는 안 됩니다. 비상 정지, 공급 손실, 호스 파열, 밸브 무전원 상태, 센서 고장, 느린 압력 저하 및 재시작에 대해 안전한 결과를 정의하십시오. 낙하 공작물이 사람에게 닿을 수 있다면 가드 또는 공압 계통과 독립된 기계식 유지 장치가 필요합니다.

계산 예: 실제 인양 능력

SCHUNK가 공개한 공작물 질량 규칙은 가정을 함께 명시해야 하는 이유를 보여 줍니다. 해당 계산은 마찰계수 0.1, 안전율 2 및 중력을 사용합니다. 카탈로그 파지력이 같아도 마찰, 가속도 또는 힘 정의가 달라지면 결과가 달라집니다(SCHUNK PZN-plus, 2026년 확인).

예를 들어 제조사 곡선에서 실제 파지점 80 mm와 측정된 최저 압력에서 120 N/죠를 사용할 수 있다고 가정합니다. 이는 계산 예의 입력값일 뿐 특정 그리퍼의 정격이 아닙니다.

입력값 값 필요한 근거
죠 1개당 사용 가능한 힘 120 N 정확한 모델 곡선, 방향, 압력 및 파지점
하중 분담 죠 2 완성 핑거의 접촉 확인
최소 마찰계수 0.25 최악 조건의 접촉면 시험
상향 가속도 4.0 m/s² 동작 프로파일 또는 측정값
안전율 2.5 문서화된 위험 및 설계 규칙
핑거 돌출량 80 mm 완성 도면과 카탈로그 기준

파지력 기준 질량은 다음과 같습니다.

mforce=120⋅0.25⋅22.5(9.80665+4.0)=1.74 kgm_{\mathrm{force}} = \frac{120 \cdot 0.25 \cdot 2}{2.5(9.80665+4.0)} = 1.74\ \mathrm{kg}

이어서 기준점에서 80 mm 떨어진 위치에 120 N이 작용할 때의 죠 모멘트를 확인합니다.

M=120⋅0.080=9.6 N⋅mM = 120 \cdot 0.080 = 9.6\ \mathrm{N\cdot m}

정확한 그리퍼의 허용 모멘트 또는 복합 하중 규칙이 9.6 N·m를 허용하지 않으면 마찰식이 1.74 kg을 나타내더라도 설계는 불합격입니다. 더 짧은 핑거, 다른 접촉 위치, 더 가벼운 툴링, 형상 구속, 외부 가이드 또는 더 큰 그리퍼로 개선할 수 있습니다. 1.74 kg을 그대로 시스템 정격이라고 부를 수는 없습니다.

최종 사용 하중 한계는 검증된 한계 중 최솟값입니다.

msystem=min⁡(mforce,mjaw,mfinger,mpart,mhandling axis,msafe state)m_{\mathrm{system}} = \min\left( m_{\mathrm{force}}, m_{\mathrm{jaw}}, m_{\mathrm{finger}}, m_{\mathrm{part}}, m_{\mathrm{handling\ axis}}, m_{\mathrm{safe\ state}} \right)

이 최저 한계 방식이 ’실제 인양 능력’의 실무적 의미입니다. 서로 다른 메커니즘을 하나의 감쇠계수로 감추지 않고 지배 조건을 드러냅니다.

설비 승인 전에 완료해야 할 검증 시험

ISO 12100은 기계 수명주기에 걸친 위험요인 식별, 위험 추정, 위험 저감 및 검증의 문서화를 요구합니다. ISO 4414는 이 안전 원칙을 기계에 사용하는 공압 시스템과 장비에 적용합니다(ISO 12100, 2026년 확인; ISO 4414, 2021년 현행 확인).

시험 전에 계산을 완료해야 하지만 계산만으로 끝내서는 안 됩니다. 조립된 그리퍼, 핑거, 밸브, 튜브, 센서, 이송축 및 실제 공작물을 하나의 시스템으로 시운전하십시오.

검증 조건 기록 항목 불합격 징후
최저 동압 최악 수요 시 그리퍼 압력 파지력 또는 닫힘 동작 여유 손실
최악 동작 프로파일 가속, 감속, 자세 및 사이클 시간 미끄러짐, 회전, 튀어 오름 또는 안착 지연
공작물 편차 최소·최대 치수, 표면, 오염 및 온도 불균일 접촉 또는 마찰 저하
핑거 하중 변형, 체결 상태, 죠 힘 및 모멘트 영구 변위, 풀림 또는 과도한 변형
고장 상태 공기 손실, 전원 손실, 밸브 상태, 센서 고장 및 재시작 제어되지 않은 해제 또는 위험 동작
내구성 근거 검사 주기와 합격 기준 힘 저하, 마모, 누설 또는 죠 유격

제조사가 지정한 시험 및 유지보수 절차를 사용하십시오. 일반적인 ’150% 내력 시험’은 모델 설명서, 적용 표준, 피로 평가 또는 기계 위험성 평가를 대신하지 못합니다. 고장 공작물이 사람에게 맞거나 주변 장비를 손상시키지 않도록 시험을 계획하십시오.

카탈로그 개정판, 힘 정의, 모델 및 옵션 코드, 핑거 도면, 파지점, 최저 압력, 마찰 근거, 동작 프로파일, 계산 버전, 시험 결과 및 승인 하중을 기록하십시오. 그러면 이후 핑거, 패드, 밸브, 속도 또는 공작물이 바뀔 때 PLC 주석 속 출처 불명의 수치가 아니라 정식 근거로 재검토할 수 있습니다.

사이클 시간은 파지력 확인과 공압 그리퍼 픽 앤 플레이스 가이드를 함께 검토하십시오. 동작을 빠르게 하면 가속도 입력값이 달라져 이전 검증 범위를 벗어날 수 있습니다.

공압 그리퍼 인양 능력에 관한 자주 묻는 질문

SMC MHL2의 힘은 핑거 1개의 추력인 반면 해당 SCHUNK PZN-plus는 각 죠 추력의 합입니다. 다음 다섯 문항은 이 정의 차이가 계산에 섞이는 것을 막고 마찰 능력과 구조·공기 손실 확인을 구분합니다(SMC, 2026년; SCHUNK, 2026년).

압력과 피스톤 면적의 곱만으로 완성 그리퍼의 정격을 정할 수 있습니까?

아니요. 압력과 피스톤 면적의 곱은 이론 액추에이터 추력입니다. 그리퍼 전달 기구, 마찰, 열림·닫힘 방향, 핑거 위치 및 가이드 하중에 따라 공작물에서 사용할 수 있는 힘이 달라집니다. 정확한 모델, 압력, 방향 및 접촉 거리의 제조사 유효 파지력 곡선을 사용하십시오.

공압 그리퍼 계산에는 어떤 마찰계수를 사용해야 합니까?

표면 조도, 오일, 절삭유, 분진, 수분, 온도, 패드 마모 및 공작물 편차를 포함한 허용 생산 조건에서 입증된 최저 계수를 사용하십시오. 해당 SCHUNK 공작물 질량 값은 0.1을 사용하지만 이는 공개된 제품 계산의 가정이지 모든 접촉면에 공통인 값이 아닙니다.

인양 능력 식에는 몇 개의 죠를 넣어야 합니까?

법선 하중을 분담한다고 입증된 죠만 계산합니다. 대칭 2죠 파지에서는 n=2n=2를 사용할 수 있지만 공차, 정렬 불량, 편심 공작물 또는 한쪽 핑거의 선접촉으로 균등 분담이 깨질 수 있습니다. 3죠도 형상과 접촉을 확인하지 않고 세 개가 동일하게 기여한다고 계산해서는 안 됩니다.

안전율을 키우면 공기 손실 후에도 안전합니까?

아니요. 안전율은 정의한 하중 조건에서 계산상의 힘 여유를 늘릴 뿐입니다. 에너지를 저장하거나 누설을 막거나 밸브의 고장 위치를 바꾸거나 기계식 유지를 추가하지 않습니다. 공급 손실을 별도로 분석하고 기계에서 사용하는 스프링, 밀폐 압력 장치, 래치, 지지대, 가드 및 재시작 동작을 검증하십시오.

아니요. 권장 질량은 공개된 가정 범위에서만 유효합니다. 힘이 죠 1개당 값인지 합계인지 확인하고 마찰, 중력, 가속도, 핑거 위치, 압력, 모멘트, 자세 및 안전율을 검토하십시오. 핑거, 패드, 공작물, 동작, 공급 조건 또는 그리퍼 옵션이 바뀔 때마다 다시 계산해야 합니다.

출처 및 기술 자료