로봇 관절 모듈용 싱글턴 절대형 엔코더와 멀티턴 절대형 엔코더: 어떻게 선택해야 할까요?

휴머노이드 로봇, 협동 로봇 팔, 외골격 로봇을 개발할 때 엔지니어들은 정확한 관절 위치 피드백이 필수라는 점을 잘 알고 있습니다. 앱솔루트 엔코더는 기존의 원점 복귀 절차 없이 전원을 켠 직후 위치 정보를 제공할 수 있어로봇 관절 모듈에 널리 사용됩니다. 단, 엔코더와 제어 시스템이 올바르게 구성되어 있어야 합니다.

그렇다면 싱글턴 앱솔루트 엔코더와 멀티턴 앱솔루트 엔코더 중 무엇을 선택해야 할까요?

안녕하세요. 저는 HONPINE의 기술 이사 Theodore Li입니다. 이 글에서는 HONPINEHPJM 하모닉 관절 액추에이터PRO 시리즈를 예로 들어 두 가지 엔코더 구성의 주요 차이점과 실제 응용 환경에서의 작동 방식, 로봇 관절에 적합한 옵션을 선택하는 방법을 설명하겠습니다.

잘못된 엔코더 구성을 선택하면 정전 후 위치를 판단할 수 없거나, 로봇 자세가 잘못되거나, 기립이 불안정해지거나, 원점 복귀 절차를 반복해야 할 수 있습니다. 또한 수동으로 움직인 뒤 관절 위치에 예기치 않은 오류가 발생할 수도 있습니다.

핵심은 한 가지 근본적인 차이를 이해하는 것입니다. 싱글턴 앱솔루트 엔코더는 한 회전 내의 각도 위치를 측정하는 반면, 멀티턴 앱솔루트 엔코더는 회전 횟수도 추적합니다. 다만 정전 후 멀티턴 정보가 유지되는지는 엔코더의 구체적인 메모리 기술과 백업 전원 구성에 따라 달라집니다.

싱글턴 앱솔루트 엔코더와 멀티턴 앱솔루트 엔코더의 차이점은 무엇인가요?

싱글턴 앱솔루트 엔코더는 일반적으로 0°~360° 범위에서 한 바퀴 이내의 각도 위치를 식별합니다. 축이 완전히 몇 바퀴 회전했는지는 독립적으로 식별하지 않습니다.

멀티턴 앱솔루트 엔코더는 한 바퀴 이내의 각도 위치와 누적 회전 횟수를 모두 제공하므로, 지원되는 측정 범위 내에서 여러 회전에 걸친 절대 위치를 시스템이 파악할 수 있습니다.

싱글턴 앱솔루트 엔코더: 360° 이내의 위치

싱글턴 앱솔루트 엔코더는 한 회전 이내에서 축의 각도 위치를 보고합니다. 예를 들어 축이 서로 다른 횟수만큼 완전히 회전한 뒤에도 동일한 각도 판독값이 나올 수 있습니다.

로봇 관절의 기계적 회전 범위가 제한되어 있고 제어 시스템이 해당 범위 내 관절 위치를 안정적으로 파악할 수 있다면 싱글턴 엔코더로 충분할 수 있습니다.

무릎, 엉덩이, 어깨 및 몸통 피치 관절과 같은 많은 휴머노이드 로봇 관절에서는 기계적 이동 한계 덕분에 싱글턴 피드백을 실용적인 선택으로 사용할 수 있습니다.

멀티턴 앱솔루트 엔코더: 각도 위치와 회전 횟수

멀티턴 앱솔루트 엔코더는 한 회전 이내의 각도 위치뿐 아니라 지원 범위 내 회전 횟수도 추적합니다.

이러한 추가 정보는 여러 바퀴 회전할 수 있거나 드라이브 전원이 꺼진 상태에서 수동으로 움직일 수 있는 관절에 특히 유용합니다.

그러나 모든 멀티턴 엔코더가 회전 횟수 정보를 동일한 방식으로 유지하는 것은 아닙니다. 일부는 비휘발성 또는 에너지 하베스팅 기술을 사용하고, 다른 제품은 전자식 멀티턴 카운팅을 유지하기 위해 백업 배터리에 의존합니다.

배터리 백업 방식 엔코더의 경우 백업 전원이 지정된 작동 조건을 유지해야 회전 횟수 정보가 보존됩니다. 백업 전원이 끊기면 엔코더 설계에 따라 저장된 회전 횟수 정보를 사용할 수 없게 될 수 있습니다.

HONPINE HPJM PRO 시리즈: 두 가지 앱솔루트 엔코더 구성

HONPINEHPJM 하모닉 관절 액추에이터PRO 시리즈는 로봇 응용 분야의 위치 피드백 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 엔코더 구성을 제공합니다. 비교해 볼 만한 구성으로는 듀얼 엔코더 싱글턴 버전과 배터리 백업 방식 멀티턴 버전이 있습니다.

중요한 차이는 단순히 엔코더 개수에 있는 것이 아닙니다. 주 전원 공급이 차단되었을 때 해당 구성이 관절의 누적 회전 횟수를 유지할 수 있는지가 핵심입니다.

HPJM 싱글턴 앱솔루트 엔코더 관절 모듈 — 듀얼 엔코더 버전

하드웨어 구성: 지정된 구성에 따라 싱글턴 절대 위치 측정 기능을 갖춘 듀얼 엔코더 피드백을 제공하며, 엔코더 백업 배터리 인터페이스는 없습니다.

작동 방식은?

싱글턴 엔코더는 한 회전 이내의 각도 위치를 제공합니다. 정전 후 누적 멀티턴 횟수는 유지하지 않습니다.

로봇을 다시 시작하면 엔코더가 현재 싱글턴 각도를 보고할 수 있습니다. 관절이 알려진 기계적 이동 범위 안에 있고 제어기가 해당 판독값으로 관절 위치를 하나로 특정할 수 있다면, 기존의 원점 복귀 절차 없이 시스템이 작동 위치를 복구할 수 있습니다.

하지만 관절을 수동으로 한 바퀴 이상 회전시키거나 싱글턴 판독값이 모호해지는 위치로 움직이면, 제어기는 싱글턴 측정값만으로 실제 기계적 위치를 파악하지 못할 수 있습니다.

실용적인 엔지니어링상의 장점

1. 각도 이동 범위가 제한된 관절에 적합

±180° 또는 ±120°와 같이 기계적 범위가 정해진 관절에서는 기계적 한계와 제어 로직을 통해 위치 모호성을 방지할 수 있다면 싱글턴 피드백만으로 충분한 위치 정보를 제공할 수 있습니다.

2. 백업 전원 요구 사항 간소화

엔코더 배터리 인터페이스가 없는 구성은 멀티턴 카운팅을 위한 엔코더 백업 배터리가 필요하지 않습니다. 따라서 배터리 백업 방식의 회전 횟수 유지와 관련된 배터리 노후화 및 유지보수 문제를 줄일 수 있습니다.

3. 양산 지향 로봇 관절에 실용적

관절의 기계적 범위가 제한되어 있고 싱글턴 피드백으로 위치를 안정적으로 재구성할 수 있다면, 싱글턴 구성을 통해 시스템 아키텍처를 단순화하고 유지보수 요구 사항을 줄일 수 있습니다.

싱글턴 앱솔루트 엔코더의 한계

주요 한계는 독립적으로 유지되는 멀티턴 카운트가 없다는 점입니다.

전원이 꺼진 상태에서 관절을 수동으로 움직여 동일한 싱글턴 판독값이 여러 기계적 위치에 해당할 수 있게 되면, 제어기가 실제 관절 위치를 알지 못할 수 있습니다.

예를 들어 관절의 허용 범위와 기준 설정에 따라 30°라는 판독값은 30°, 390° 또는 이에 해당하는 다른 각도를 나타낼 수 있습니다.

전원을 켤 때마다 위치 오류가 발생한다는 뜻은 아닙니다. 사용 가능한 싱글턴 피드백과 다른 기준 정보만으로는 판별할 수 없는 방식으로 기계적 위치가 바뀔 때 위험이 발생합니다.

권장 응용 분야

다음과 같은 경우 HPJM 싱글턴 구성을 고려할 수 있습니다:

• 휴머노이드 로봇 무릎 관절

• 기계적 이동 한계가 정해진 엉덩이 관절

• 회전이 제한된 어깨 관절

• 몸통 피치 관절

• 각도 이동 범위가 제한된 협동 로봇 관절

사전에 정해진 동작 범위 내에서 작동하는 외골격 로봇 관절

이러한 응용 분야에서는 기계 설계, 제어 전략 및 작동 절차를 통해 위치를 안정적으로 복구할 수 있다면 싱글턴 피드백이 실용적인 선택이 될 수 있습니다.

HPJM 멀티턴 앱솔루트 엔코더 관절 모듈 — 배터리 백업 버전

하드웨어 구성: 지정된 구성에 따라 전용 엔코더 백업 배터리 인터페이스를 갖춘 멀티턴 절대 위치 피드백을 제공합니다.

작동 방식은?

배터리 백업 방식 멀티턴 구성은 주 전원 공급이 차단되었을 때 백업 전원을 사용해 전자식 멀티턴 카운팅을 유지합니다.

올바르게 구성하고 엔코더의 지정된 백업 전원 조건을 준수해 사용하면, 엔코더가 누적 회전 횟수를 보존하여 재시작 후 현재 싱글턴 각도와 멀티턴 위치를 모두 보고할 수 있습니다.

이를 통해 전원 재인가 후 원점 복귀나 수동 위치 재구성의 필요성을 줄이고 개발 작업을 더욱 편리하게 진행할 수 있습니다.

전원이 꺼진 상태에서 관절을 움직여도 절대 위치를 잃지 않을 수 있는지는 엔코더의 실제 멀티턴 유지 성능, 백업 배터리 상태 및 허용 측정 범위에 따라 달라집니다.

실용적인 엔지니어링상의 장점

1. 정전 후 위치 복구가 더 쉬움

멀티턴 정보가 올바르게 유지되면 제어기는 싱글턴 각도에만 의존하지 않고 재시작 후 관절의 절대 위치를 복구할 수 있습니다.

2. 프로토타입 개발이 더 편리함

로봇 개발 중 엔지니어는 관절 위치를 자주 조정하고, 기구를 수동으로 움직이며, 동작 시험을 반복합니다. 주 전원이 꺼진 상태에서 관절이 여러 바퀴 회전할 수 있는 경우 멀티턴 위치 유지를 통해 이러한 작업을 간소화할 수 있습니다.

3. 다회전 관절에 더 적합

한 바퀴를 초과해 회전해야 하는 관절의 경우, 멀티턴 피드백은 싱글턴 엔코더만으로는 제공할 수 없는 위치 정보를 제공합니다.

이는 연속 회전 또는 다회전 동작을 위해 설계된 손목 관절 및 기타 회전 기구와 특히 관련이 있습니다.

배터리 백업 방식 멀티턴 엔코더의 한계

주요 고려 사항은 백업 배터리 유지보수입니다.

배터리가 노후화되거나 방전되거나 지정된 환경 조건에서 충분한 전력을 공급하지 못하면 엔코더가 누적 회전 횟수를 잃을 수 있습니다. 구체적인 동작은 엔코더 설계와 오류 처리 로직에 따라 달라집니다.

멀티턴 카운트가 손실되었을 때 안전하거나 원활하게 싱글턴 작동으로 전환된다고 간주해서는 안 됩니다. 제조업체 문서에 따라 제어기가 엔코더 상태 또는 위치 유효성 오류를 감지하고 처리해야 합니다.

따라서 엔지니어는 배터리 수명, 교체 주기, 저전압 진단, 작동 온도 한계, 멀티턴 데이터가 유효하지 않게 되었을 때의 복구 절차를 확인해야 합니다.

권장 응용 분야

다음과 같은 경우 HPJM 배터리 백업 방식 멀티턴 구성을 고려할 수 있습니다:

여러 바퀴 회전하는 로봇 관절

기계적 한계 내에서 연속 또는 제한 없는 회전이 가능하도록 설계된 손목 관절

개발 중 수동으로 자주 움직이는 로봇 프로토타입

반복적인 수동 위치 조정이 필요한 티칭 및 시연 시스템

전원을 끈 상태에서 움직인 후에도 관절 위치를 유지하는 것이 중요한 작동 요구 사항인 응용 분야

연속 회전이 가능한 관절의 경우 엔코더의 지원 회전 횟수 범위와 전체 기계 설계가 응용 분야의 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오.

로봇 관절에 적합한 앱솔루트 엔코더를 선택하는 방법은?

싱글턴 앱솔루트 엔코더와 멀티턴 앱솔루트 엔코더 중 무엇을 선택할지는 관절의 기계적 이동 범위, 전원이 꺼진 상태에서 예상되는 움직임, 위치 복구 요구 사항 및 유지보수 전략을 기준으로 결정해야 합니다.

다음과 같은 경우 싱글턴 앱솔루트 엔코더를 선택하십시오...

관절의 기계적 이동 범위가 명확하게 정해져 있습니다.

제어 시스템이 사용 가능한 싱글턴 피드백을 통해 실제 관절 위치를 파악할 수 있습니다.

시스템 전원이 꺼진 상태에서 관절이 위치를 모호하게 만드는 지점까지 움직일 것으로 예상되지 않습니다.

배터리에 의존하는 멀티턴 카운팅을 피하고 싶습니다.

응용 분야에서 유지보수 구성을 간소화하는 것이 중요합니다.

다음과 같은 경우 배터리 백업 방식 멀티턴 앱솔루트 엔코더를 선택하십시오...

관절이 완전한 회전을 여러 번 수행할 수 있습니다.

주 전원 공급이 차단된 상태에서 관절을 수동으로 움직일 수 있습니다.

응용 분야에서 재시작 후 멀티턴 위치 정보가 필요합니다.

프로토타입 시험 중 수동 움직임과 전원 재인가가 자주 반복됩니다.

적절한 배터리 모니터링 및 유지보수 절차를 마련할 수 있습니다.

엔코더를 선택하기 전에 확인해야 할 사항

통합형 로봇 관절 액추에이터의 엔코더 구성을 최종 결정하기 전에 엔지니어는 다음 사항을 확인해야 합니다:

관절의 최대 기계적 회전 범위는 얼마인가요?

주 전원이 꺼진 상태에서 관절을 수동으로 움직일 수 있나요?

외부 백업 전원 없이도 엔코더가 멀티턴 정보를 유지하나요?

엔코더 배터리가 방전되면 어떻게 되나요?

제어기는 동작을 활성화하기 전에 절대 위치의 유효성을 확인하나요?

엔코더 오류 또는 위치 정보 손실 후 원점 복귀 절차가 필요한가요?

이러한 질문을 통해 위치 모호성을 방지하고 시작 및 복구 절차의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

결론: 관절의 기계 설계에 맞는 엔코더를 선택하십시오

싱글턴 앱솔루트 엔코더와 멀티턴 앱솔루트 엔코더는 서로 다른 엔지니어링 요구 사항을 충족합니다.

싱글턴 앱솔루트 엔코더는 기계 설계와 제어 시스템이 관절 위치를 안정적으로 파악할 수 있다면 각도 이동 범위가 제한된 로봇 관절에 실용적인 선택이 될 수 있습니다. 배터리 백업 방식 멀티턴 엔코더는 정전 중에도 누적 회전을 유지해야 하는 경우에 더 적합하며, 특히 다회전 관절과 수동으로 자주 움직이는 응용 분야에 유용합니다.

HONPINEHPJM 하모닉 관절 액추에이터 PRO 시리즈의 적합한 구성은 관절의 회전 범위, 위치 유지 요구 사항 및 유지보수 전략에 따라 달라집니다.

HONPINE은 휴머노이드 로봇, 협동 로봇 팔, 외골격 로봇 및 기타 정밀 모션 제어 응용 분야를 위한 하모닉 관절 액추에이터를 제공합니다.

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