제어 대역폭은 로봇 관절 모터 성능에 어떤 영향을 미칠까요?

소개  

로봇 관절 모터를 평가할 때 엔지니어들은 일반적으로 정격 토크, 속도, 출력 및 엔코더 해상도에 먼저 집중합니다. 그러나 이러한 매개변수만으로는 로봇 관절이 동작 명령에 얼마나 빠르고 정확하게 반응할 수 있는지를 완전히 판단할 수 없습니다.

협동 로봇, 휴머노이드 로봇, 정밀 로봇 팔 및 기타 동적 로봇 시스템에서 제어 대역폭은 관절의 동적 응답 능력을 나타내는 중요한 지표입니다.

현대 로봇 관절은 더 이상 단순히 모터와 기어박스의 조합이 아닙니다. 완전한 로봇 관절 모듈은 서보 모터, 정밀 감속기, 엔코더, 서보 드라이브, 베어링, 하우징 및 통신 인터페이스를 하나의 소형 액추에이터에 통합할 수 있습니다. 결과적으로, 달성 가능한 제어 대역폭은 모터 단독이 아닌 전체 관절 시스템의 상호 작용에 의해 결정됩니다.

고성능 서보 모터는 전기적 응답성이 뛰어날 수 있지만, 변속기의 유연성이 과도하거나, 기계 구조의 강성이 낮거나, 피드백 시스템에 상당한 지연이 발생하면 위치 제어 대역폭을 무한정 늘릴 수는 없습니다.

따라서 하모닉 조인트 모듈이나 유성 조인트 모듈을 평가할 때는 다음과 같은 질문을 하는 것이 더 유용합니다.

실제 부하 및 작동 조건에서 로봇 관절 전체가 달성할 수 있는 효과적인 제어 대역폭은 얼마입니까?

이 글에서는 제어 대역폭이 로봇 관절 모터 성능에 미치는 영향을 설명하고, 모터, 감속기, 엔코더, 구동 장치, 기계 구조 및 제어 시스템이 어떻게 상호 작용하여 통합 로봇 관절의 동적 성능을 결정하는지 살펴봅니다.

로봇 관절의 제어 대역폭이란 무엇인가요?

제어 대역폭은 제어 공학의 주파수 응답 분석에서 유래합니다. 로봇 관절의 경우, 제어 대역폭은 폐루프 제어 시스템이 안정적이고 예측 가능한 성능을 유지하면서 변화하는 동작 명령을 효과적으로 따라갈 수 있는 주파수 범위로 이해할 수 있습니다.

일반적인 폐루프 시스템에서 제어 대역폭은 주파수 응답의 -3dB 지점을 사용하여 평가하는 경우가 많습니다.

예를 들어, 로봇 관절의 위치 제어 대역폭이 30Hz라고 해서 로봇이 30Hz의 속도로만 움직일 수 있다는 의미는 아닙니다. 오히려 위치 명령의 주파수 성분이 증가함에 따라, 해당 주파수 범위에 가까워질수록 관절의 추적 능력이 크게 저하되기 시작한다는 것을 의미합니다.

따라서 제어 대역폭은 로봇 관절이 변화하는 명령에 얼마나 빠르게 반응할 수 있는지를 나타내는 지표입니다.

로봇의 궤적, 가속도 변화, 급회전, 접촉 이벤트, 힘 제어 동작 등은 모두 서로 다른 주파수 성분을 포함합니다. 대역폭이 낮으면 시스템이 빠르게 변화하는 명령을 따라가는 데 더 많은 시간이 필요합니다. 반대로 대역폭이 높으면 동작 변화 및 외부 교란에 더 빠르게 대응할 수 있습니다.

하지만 제어 대역폭이 높다고 항상 좋은 것은 아닙니다.

제어 대역폭이 기계 구조의 공진 주파수에 가까워지면 제어 이득을 증가시켜 진동을 증폭시키고 안정성 여유를 줄이며 심지어 불안정성을 유발할 수도 있습니다.

따라서 목표는 단순히 대역폭을 최대화하는 것이 아니라 응답 속도, 기계적 강성, 소음, 안정성 및 응용 분야 요구 사항 간의 적절한 균형을 달성하는 것입니다.

제어 대역폭은 로봇 관절 모터만으로 결정되는 것이 아닙니다.

이는 로봇 관절 성능을 평가할 때 가장 중요한 요소 중 하나입니다.

제품 사양에는 모터 속도, 정격 토크, 출력 및 엔코더 해상도가 포함되는 경우가 많습니다. 그러나 이러한 사양을 로봇 관절 전체의 제어 대역폭으로 직접 해석해서는 안 됩니다.

일반적인 통합 로봇 관절은 다음과 같은 요소로 구성된 시스템으로 볼 수 있습니다.

모터 → 서보 드라이브 → 감속기 → 엔코더 → 베어링 및 기계 구조 → 로봇 컨트롤러

모든 단계는 달성 가능한 제어 대역폭에 영향을 미칠 수 있습니다.

모터는 기본적인 구동 능력과 전기적 응답을 결정합니다. 서보 드라이브는 전류, 속도 및 위치 제어 루프의 성능을 결정합니다. 감속기는 모터 속도, 출력 토크 및 반사 관성 간의 관계를 변경합니다. 엔코더는 위치 피드백의 품질과 지연 시간을 결정합니다. 베어링, 하우징 및 기계 구조는 강성, 관성 및 기계적 공진을 결정합니다.

따라서 고속 모터가 자동으로 고대역폭 로봇 관절을 생성하는 것은 아닙니다.

예를 들어, 서보 모터는 매우 빠르게 반응할 수 있지만, 강성이 낮은 기계 구조에 연결된 경우 위치 루프 이득을 증가시키면 기계적 공진이 발생할 수 있습니다.

이 경우 실제적인 한계는 모터 자체보다는 전체 기계 시스템에서 비롯됩니다.

이것이 바로 통합형 로봇 관절 모듈이 점점 더 중요해지는 이유 중 하나입니다.

모터, 감속기, 엔코더 및 구동 장치를 완전한 통합 시스템으로 설계하고 매칭하면 엔지니어는 나중에 개별 구성 요소를 통합하는 대신 관성 매칭, 피드백 위치, 제어 매개변수, 기계적 강성 및 통신 지연 시간을 함께 최적화할 수 있습니다.

계단식 제어 아키텍처는 로봇 관절 대역폭에 어떤 영향을 미치는가?

로봇 관절 모터는 일반적으로 단일 위치 컨트롤러가 모터를 직접 제어하는 방식 대신 계단식 제어 아키텍처를 사용합니다.

일반적인 아키텍처는 전류 루프, 속도 루프 및 위치 루프를 포함합니다.

전류 회로는 모터에 가장 가깝기 때문에 가장 빠른 응답 속도가 필요합니다. 이 회로는 모터 전류와 전자기 토크를 제어하며 일반적으로 가장 높은 제어 주파수에서 작동합니다.

속도 제어 회로는 전류 제어 회로와 위치 제어 회로 사이에 위치하며 모터 속도를 제어합니다. 속도 제어 회로의 대역폭은 일반적으로 전류 제어 회로의 대역폭보다 낮습니다.

위치 루프는 가장 바깥쪽 루프이며 로봇 관절의 위치 추적 성능을 직접적으로 결정합니다. 이는 기계적 관성, 구조적 강성, 감속기 유연성 및 기계적 공진에 큰 영향을 받습니다.

이는 다음을 의미합니다.

고속 전류 루프가 로봇 관절의 위치 제어 대역폭이 높다는 것을 자동으로 의미하는 것은 아닙니다.

서보 드라이브는 매우 빠른 전류 제어가 가능할 수 있지만, 로봇 관절에 상당한 기계적 유연성이 있다면 위치 루프 대역폭을 무한정 늘릴 수는 없습니다.

따라서 로봇 관절 모터 또는 통합 액추에이터를 평가할 때 엔지니어는 드라이브의 제어 주파수나 모터의 전기적 응답뿐만 아니라 관절 출력에서의 실제 위치 루프, 속도 루프 및 토크 루프 성능을 검토해야 합니다.

감속기가 로봇 관절 제어 대역폭에 영향을 미치는 이유는 무엇일까요?

기계식 감속기를 사용하는 로봇 관절의 경우, 감속기는 동적 성능에 영향을 미치는 핵심 구성 요소 중 하나입니다.

감속기의 주요 기능은 회전 속도를 낮추고 출력 토크를 높여 비교적 작은 모터로 더 큰 로봇 부하를 구동할 수 있도록 하는 것입니다.

하지만 제어 관점에서 보면 감속기는 시스템 전체의 기계적 특성도 변화시킵니다.

감속비는 모터 측 관성과 부하 측 관성 사이의 관계에 영향을 미칩니다. 변속기 마찰, 비틀림 강성, 기계적 유연성 및 백래시 또한 연결부의 주파수 응답에 영향을 줄 수 있습니다.

기계 시스템에 상당한 탄성 모드가 있는 경우, 제어기 이득을 증가시키면 특정 주파수에서 공진이 발생할 수 있습니다.

따라서 감소율이 높다고 해서 반드시 더 좋은 것은 아닙니다.

로봇 관절 설계는 출력 토크, 출력 속도, 관성 일치, 강성, 마찰 및 제어 대역폭 간의 균형을 필요로 합니다.

이것이 바로 로봇의 각 축이 서로 다른 감속비 또는 심지어 서로 다른 유형의 관절 모듈을 사용할 수 있는 이유입니다.

하모닉 조인트 모듈은 로봇 관절의 동적 응답에 어떤 영향을 미칠까요?

높은 토크 밀도, 소형 크기 및 정밀한 위치 지정이 요구되는 로봇 관절의 경우, 하모닉 관절 모듈은 중요한 액추에이터 구조입니다.

하모닉 조인트 모듈은 서보 모터, 하모닉 감속기, 엔코더, 서보 드라이브, 베어링 및 하우징을 소형 로봇 관절 액추에이터에 통합할 수 있습니다. 모터와 감속기를 별도로 구매하여 시스템 수준에서 통합하는 방식과 비교했을 때, 통합 아키텍처는 기계적 인터페이스를 줄이고 시스템 통합을 간소화하는 동시에 구성 요소를 완전한 관절로 매칭할 수 있도록 합니다.

제어 대역폭 관점에서 중요한 질문은 단순히 고조파 저감기가 특정 대역폭을 갖는지 여부가 아닙니다. 오히려 핵심 질문은 고조파 전달 장치가 폐루프 제어를 위해 어떤 종류의 기계적 기반을 제공하는가입니다.

낮은 변속기 백래시는 위치 제어의 예측 가능성을 향상시킬 수 있습니다. 높은 기계적 강성은 부하 변화로 인한 출력 위치 오차를 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 적절한 감속비는 모터가 적절한 속도 및 토크 범위 내에서 작동할 수 있도록 합니다.

고해상도 엔코더, 특히 출력측 엔코더와 결합하면 컨트롤러는 로봇 관절 출력의 실제 위치에 대한 더욱 정확한 정보를 얻을 수 있습니다.

결과적으로, 하모닉 조인트 모듈은 어깨 및 팔꿈치 축과 같이 비교적 높은 출력 토크가 필요한 로봇 관절에 대해 토크 밀도, 정밀도, 소형화 및 폐루프 제어 성능의 유용한 균형을 제공할 수 있습니다.

하지만 하모닉 조인트 모듈의 최종 제어 대역폭은 모터, 감속비, 엔코더, 서보 드라이브, 기계 구조 및 제어 매개변수의 전반적인 매칭에 따라 달라집니다.

유성 기어 관절 모듈은 제어 대역폭에 어떤 영향을 미칩니까?

유성 기어식 관절 모듈은 특히 출력 속도, 연속 작동, 토크 용량 및 동적 응답의 다양한 조합이 요구되는 응용 분야에 적합한 로봇 관절 설계의 또 다른 선택지를 제공합니다.

제어 대역폭은 감속비, 변속기 강성, 마찰, 부하 관성 및 기계적 공진의 영향을 받습니다.

따라서 유성 기어식 조인트 모듈을 선택한다고 해서 자동으로 제어 대역폭이 높아지는 것은 아니며, 마찬가지로 하모닉 조인트 모듈을 선택한다고 해서 자동으로 동적 응답이 향상되는 것도 아닙니다.

보다 적절한 접근 방식은 관절 구조를 실제 동작 요구 사항에 맞추는 것입니다.

예를 들어, 일부 로봇 관절은 높은 토크, 소형 크기, 낮은 백래시 및 정밀한 위치 지정을 우선시합니다. 다른 관절은 출력 속도, 연속 회전 및 동적 응답에 더 중점을 둘 수 있습니다. 이러한 응용 분야에서 유성 기어 관절 모듈은 대안적인 동력 전달 구조를 제공할 수 있습니다.

로봇 제조업체의 경우, 로봇 전체에 동일한 액추에이터를 사용하는 것보다 로봇의 각 축에 서로 다른 관절 구조를 사용하는 것이 더 실용적일 수 있습니다.

감쇠비와 제어 대역폭 사이의 관계는 무엇입니까?

감속비는 로봇 관절 설계에서 가장 자주 오해되는 매개변수 중 하나입니다.

감속비를 높이면 출력 토크가 크게 증가할 수 있지만, 로봇 관절의 제어 대역폭이 비례적으로 증가한다는 의미는 아닙니다.

시스템 동역학 관점에서 감속기는 모터와 부하 사이의 관성 관계를 변화시킵니다. 적절한 감속비는 모터-부하 정합을 개선하고 모터가 보다 적합한 속도 및 토크 범위에서 작동할 수 있도록 합니다. 그러나 지나치게 높은 감속비는 출력 속도 저하, 마찰, 탄성 및 동적 특성의 변화를 초래할 수도 있습니다.

따라서 로봇 관절 설계에는 다음과 같은 요소들 간의 균형이 필요합니다.

토크 밀도, 출력 속도, 기계적 강성, 관성 정합 및 제어 대역폭.

이는 휴머노이드 로봇과 협동 로봇에게 특히 중요한데, 이러한 로봇들은 높은 토크뿐만 아니라 잦은 방향 전환과 다양한 자세 및 하중 조건에서도 안정적인 동적 성능을 필요로 하기 때문입니다.

인코더 설정이 로봇 관절 제어 대역폭에 영향을 미치는 이유는 무엇일까요?

인코더는 폐루프 로봇 관절에서 중요한 피드백 구성 요소입니다.

제어기는 로봇 관절의 실제 위치를 직접적으로 알지 못합니다. 엔코더 피드백을 통해 시스템 상태를 파악합니다. 따라서 엔코더 해상도, 샘플링 속도 및 신호 지연은 제어 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

기존 모터 제어에서 모터 측 엔코더는 주로 정류, 자계 지향 제어, 속도 피드백 및 위치 피드백에 사용됩니다.

하지만 로봇 관절의 경우 모터 위치가 출력 위치와 반드시 일치하는 것은 아닙니다.

모터와 로봇 관절 출력 사이에는 감속기, 베어링 및 기계 구조물이 있을 수 있습니다.

고성능 로봇 관절의 경우, 이중 인코더 구조는 추가적인 피드백 정보를 제공할 수 있습니다.

모터 측 엔코더는 고속 모터 제어에 사용될 수 있으며, 출력 측 엔코더는 관절의 출력 위치를 직접 측정합니다. 이를 통해 컨트롤러는 모터 측 및 출력 측의 움직임을 모두 이해할 수 있습니다.

변속기 유연성이 있거나 하중이 변하는 로봇 관절의 경우, 이러한 피드백 구조가 특히 유용할 수 있습니다.

출력측 토크 센서와 결합하면 이 시스템은 임피던스 제어, 유연한 동작 및 인간-로봇 상호 작용을 위한 보다 직접적인 토크 제어 루프를 구축할 수 있습니다.

따라서 제어 대역폭 관점에서 볼 때, 인코더는 단순히 해상도 사양으로만 여겨져서는 안 됩니다. 인코더는 전체 피드백 루프의 동적 성능의 일부입니다.

통신 주기 시간이 로봇 관절 제어 대역폭을 제한할 수 있을까요?

예.

로봇 관절에 고해상도 엔코더와 고성능 서보 드라이브가 장착되어 있더라도 피드백 데이터가 컨트롤러에 충분히 빠르게 도달하지 못하면 폐루프 성능이 제한될 수 있습니다.

일반적인 로봇 제어 시스템은 지속적으로 다음과 같은 작업을 수행합니다.

센서 데이터 획득 → 데이터 전송 → 제어 계산 → 명령 전송 → 액추에이터 응답

모든 단계에서 어느 정도의 지연이 발생합니다.

제어 주파수가 증가함에 따라 작은 통신 및 계산 지연조차도 상당한 위상 지연을 유발하고 안정성 여유를 감소시킬 수 있습니다.

따라서 EtherCAT 및 CAN과 같은 통신 기술은 단순히 최대 통신 속도만으로 평가해서는 안 됩니다. 제어 주기 시간, 데이터 용량, 동기화, 지연 시간 및 전체 로봇 제어 아키텍처도 고려해야 합니다.

통합형 로봇 관절 모듈의 경우, 서보 드라이브를 관절에 통합하면 시스템 아키텍처를 더욱 단순화하고 모터와 제어 전자 장치 간의 외부 배선 및 통합 복잡성을 줄일 수 있습니다.

부하 변동은 로봇 관절 제어 대역폭에 어떤 영향을 미칠까요?

로봇 관절 제어 대역폭은 실제 부하와 독립적으로 평가할 수 없습니다.

관절은 무부하 조건에서는 우수한 주파수 응답을 보일 수 있지만, 로봇이 페이로드, 엔드 이펙터 또는 도구를 장착하게 되면 유효 관성과 기계적 하중이 변합니다.

예를 들어, 로봇 팔이 완전히 펼쳐진 상태일 때 관절에 가해지는 하중은 접힌 상태일 때와 매우 다를 수 있습니다.

결과적으로 동일한 관절 모듈이라도 작동 조건에 따라 서로 다른 동적 반응을 보일 수 있습니다.

따라서 로봇 관절 대역폭 테스트는 무부하 측정에만 의존해서는 안 됩니다.

보다 의미 있는 평가는 무부하, 정격 부하 및 대표적인 작동 관성을 고려하고 각 조건에서의 시스템 안정성과 공진을 검토하는 것입니다.

따라서 로봇 제조업체에게 가장 유용한 사양은 단순히 실험실 조건에서 측정된 최고 대역폭이 아니라 다음과 같은 사항입니다.

로봇 관절은 실제 작동 부하 조건에서 어느 정도의 유효 제어 대역폭을 유지할 수 있을까요?

로봇 관절 제어 대역폭은 어떻게 테스트하나요?

사인파 스윕 테스트는 로봇 관절의 주파수 응답을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 엔지니어링 방법입니다.

관절은 점진적으로 증가하는 주파수를 가진 정현파 위치, 속도 또는 토크 신호로 제어됩니다. 그런 다음 실제 출력 진폭 및 위상 응답이 기록됩니다.

입력 주파수가 증가함에 따라 출력은 일반적으로 진폭 감쇠와 위상 지연 증가를 나타내기 시작합니다. 이때 지정된 진폭 감쇠에 해당하는 주파수를 제어 대역폭의 기준으로 사용할 수 있습니다.

보드 선도(Bode plot)는 시스템 이득, 위상 응답 및 공진 피크에 대한 추가 정보를 제공할 수 있습니다.

하지만 단순히 "XX Hz"와 같은 값을 보고하는 것만으로는 로봇 관절 모듈을 제대로 평가하기에 충분하지 않습니다.

시험 조건에는 부하, 출력 관성, 동작 진폭, 제어 모드, 샘플링 주파수, 기계적 설치 및 기타 관련 매개변수도 명시해야 합니다.

그렇지 않으면 서로 다른 로봇 관절 모터 또는 액추에이터 모듈의 대역폭 값을 직접 비교할 수 없을 수 있습니다.

로봇 관절 제어 대역폭을 늘리는 것은 단순히 모터 출력을 높이는 것만으로는 충분하지 않습니다.

로봇 관절의 반응 속도가 충분히 빠르지 않을 때, 모터를 더 강력한 모터로 교체한다고 해서 반드시 문제가 해결되는 것은 아닙니다.

제어 대역폭은 전체 시스템에 의해 제한됩니다.

기계 구조에 저주파 공진이 있는 경우, 모터 출력을 높이면 오히려 진동이 더 두드러질 수 있습니다. 엔코더 피드백에 지연 시간이 큰 경우, 제어 게인을 높여도 지연이 사라지지 않습니다. 통신 주기가 너무 느리면 고성능 모터라도 최대의 동적 잠재력을 발휘할 수 없습니다.

따라서 로봇 관절 제어 대역폭을 늘리려면 시스템 수준의 최적화가 필요합니다.

모터는 충분한 전기적 응답 능력을 갖춰야 합니다. 감속기는 모터와 부하에 적절하게 맞춰져야 합니다. 기계 구조는 충분한 강성을 제공해야 합니다. 엔코더는 고품질의 피드백을 제공해야 합니다. 서보 드라이브는 적절한 제어 사이클을 지원해야 합니다. 제어 알고리즘은 응답 속도와 안정성 사이의 균형을 유지해야 합니다.

이는 통합형 로봇 관절 모듈의 또 다른 중요한 장점입니다.

모터, 감속기, 엔코더 및 서보 드라이브를 개별적으로 선택하는 대신, 전체 관절 시스템을 중심으로 통합 액추에이터를 설계할 수 있습니다. 이를 통해 제품 개발 단계에서 주요 구성 요소를 매칭할 수 있으며, 시스템 통합 과정에서 파라미터 매칭 문제를 줄일 수 있습니다.

하모닉 및 플래닛 조인트 모듈은 제어 대역폭을 어떻게 조정해야 할까요?

로봇 제조업체에게 있어 핵심 질문은 단순히 어떤 액추에이터가 가장 높은 제어 대역폭을 가지고 있느냐가 아닙니다. 더욱 유용한 접근 방식은 각 로봇 축의 동작 요구 사항에 따라 적절한 관절 구조를 선택하는 것입니다.

관절 크기와 무게를 제한하면서도 비교적 높은 출력 토크가 요구되는 어깨, 고관절, 팔꿈치 등의 축 관절에는 하모닉 조인트 모듈이 효과적인 선택이 될 수 있습니다. 높은 감속비, 낮은 백래시, 그리고 컴팩트한 구조 덕분에 제한된 기계적 크기 내에서 높은 출력 토크와 정밀한 위치 제어 성능을 구현할 수 있습니다.

출력 속도, 연속 작동 또는 다양한 하중 용량과 동적 응답 조합에 더 중점을 두는 로봇 축의 경우, 유성 기어 조인트 모듈이 대안 솔루션을 제공할 수 있습니다.

휴머노이드 로봇일수록 로봇 관절 간의 차이는 더욱 두드러진다.

고관절과 무릎 관절은 높은 하중과 역동적인 충격을 견뎌야 할 수 있습니다. 어깨 관절은 하중 지지력과 가동 범위 사이의 균형을 유지해야 합니다. 손목과 손 관절은 일반적으로 크기, 무게, 속도 및 민첩성에 더 큰 비중을 둡니다.

따라서 제어 대역폭은 로봇 관절 구조를 선택하는 유일한 기준으로 사용되어서는 안 됩니다. 전체 액추에이터 시스템의 일부로 평가되어야 합니다.

제어 대역폭 관점에서 로봇 관절 모듈을 어떻게 평가해야 할까요?

로봇 관절 모듈을 평가할 때 모터 출력이나 감속비만으로는 충분하지 않습니다.

보다 의미 있는 평가는 실제 작동 조건에서 전체 액추에이터의 동적 거동에 초점을 맞춥니다.

엔지니어는 모터 응답, 감속기 특성, 출력 강성, 엔코더 구성, 서보 드라이브 사이클 시간, 통신 지연, 부하 관성 및 기계적 공진을 고려해야 합니다.

관절 모듈이 고해상도 엔코더를 사용하더라도 기계적 강성이 충분하지 않으면 엔코더 해상도가 실제 위치 결정 성능으로 완전히 변환되지 못할 수 있습니다.

높은 감속비를 사용하더라도 결과적으로 생성되는 출력 속도가 로봇의 동작 요구 사항에 충분하지 않다면, 해당 액추에이터는 여전히 최적의 솔루션이 아닙니다.

마찬가지로, 모터와 서보 드라이브의 반응 속도는 빠르지만 관절에 상당한 기계적 공진이 발생하는 경우, 제어기 게인만 높이는 것으로는 문제를 해결할 수 없습니다.

따라서 고성능 로봇 관절 모듈은 변속기, 서보 모터, 센서, 구동 전자 장치 및 기계 구조 간의 시스템 수준 매칭의 결과물입니다.

통합형 로봇 관절 모듈이 점점 더 중요해지는 이유는 무엇일까요?

협동 로봇, 휴머노이드 로봇 및 차세대 로봇 시스템이 더욱 가볍고, 소형이며, 역동적인 디자인으로 발전함에 따라 기존의 개별 모터, 감속기 및 서보 드라이브 조합은 시스템 통합에 점점 더 많은 어려움을 겪고 있습니다.

통합 로봇 관절 모듈은 여러 핵심 구성 요소를 단일 액추에이터로 결합할 수 있으므로 로봇 제조업체는 모터, 감속기, 엔코더 및 구동 장치를 일치시키는 데 필요한 엔지니어링 노력을 줄일 수 있습니다.

더욱 중요한 것은, 통합을 통해 제품 개발 초기 단계부터 제어 시스템을 중심으로 전체 조인트를 최적화할 수 있다는 점입니다.

높은 토크 밀도와 정밀도가 요구되는 로봇의 경우, 하모닉 조인트 모듈은 컴팩트한 동력 전달 솔루션을 제공할 수 있습니다. 속도, 하중 및 동적 요구 사항이 서로 다른 축의 경우, 유성 조인트 모듈이 또 다른 선택지가 될 수 있습니다.

따라서 로봇 관절 성능의 미래는 단순히 개별 모터나 감속기 사양을 비교하는 것만으로는 결정되지 않을 것입니다. 앞으로는 전체 액추에이터의 동적 성능, 감지 기능, 제어 기능 및 통합 수준에 따라 성능이 좌우될 것입니다.

결론: 제어 대역폭은 시스템 수준의 로봇 관절 성능 지표로 평가되어야 한다.

제어 대역폭은 모터만의 사양이 아닙니다. 이는 로봇 관절의 전반적인 동적 성능을 반영하는 중요한 요소입니다.

모터는 기본적인 구동 능력을 제공합니다. 감속기는 토크와 속도 사이의 관계를 결정합니다. 엔코더는 피드백을 제공합니다. 서보 드라이브는 제어 루프를 실행합니다. 기계 구조는 강성과 공진 특성을 결정하며, 컨트롤러와 통신 시스템은 이러한 구성 요소들이 얼마나 효율적으로 함께 작동할 수 있는지를 결정합니다.

따라서 로봇 관절 모터 성능을 평가할 때는 정격 토크, 모터 속도 또는 제어 주파수만을 고려하는 것이 아니라 실제 작동 조건에서 전체 로봇 관절 모듈의 폐루프 동적 응답을 평가하는 것이 더 의미가 있습니다.

높은 토크와 소형화를 요구하는 로봇 관절의 경우, 하모닉 조인트 모듈은 높은 감속비, 낮은 백래시, 높은 토크 밀도 및 정밀한 위치 제어를 제공할 수 있습니다. 속도, 하중 및 동적 요구 사항이 서로 다른 로봇 축의 경우, 유성 기어 조인트 모듈은 대안적인 동력 전달 구조를 제공할 수 있습니다.

로봇 관절 제조업체는 모터, 감속기, 엔코더, 서보 드라이브 및 기계 구조를 통합함으로써 시스템 수준에서 동적 응답 및 제어 성능을 최적화할 수 있습니다.

따라서 로봇 제조업체에게 가장 중요한 질문은 단순히 다음과 같은 것이 아닙니다.

“어떤 로봇 관절 모터가 가장 높은 제어 대역폭을 가지고 있습니까?”

보다 유용한 공학적 질문은 다음과 같습니다.

“로봇의 실제 부하, 속도, 관성 및 제어 요구 사항 하에서 빠르고 안정적이며 반복 가능한 동적 응답을 제공할 수 있는 완벽한 로봇 관절 솔루션은 무엇입니까?”

이러한 시스템 수준의 관점은 협동 로봇, 휴머노이드 로봇, 산업용 로봇 및 기타 고성능 로봇 응용 분야에 사용되는 하모닉 조인트 모듈, 유성 기어 조인트 모듈 및 통합 로봇 조인트 모터를 평가하는 데 더욱 의미 있는 방법을 제공합니다.