자기감속기와 자기식 중력보상기구를 결합한 로봇팔 개발

키워드

확장요약문

산업용 및 협동 로봇에 사용되는 로봇 매니퓰레이터는 높은 구동 토크와 정밀한 위치 제어 성능이 요구된다. 일반적으로 로봇 관절에는 구동 모터의 회전 속도를 감소시키고 출력 토크를 증가시키기 위해 기계식 감속기가 사용되지만, 구동 과정에서 백래시, 마찰 및 마모 등이 발생할 수 있다. 또한 로봇팔의 자중에 의해 자세에 따른 중력 토크가 지속적으로 발생하므로 이를 극복하기 위한 추가적인 구동 토크가 요구된다. Fig. 1 은 이에 대한 3D 모델이다.

선행 연구에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 BLDC 모터와 1:10의 감속비를 갖는 자기감속기를 적용한 3자유도 매니퓰레이터를 설계 및 제작하였다 [1]. 또한 영구자석의 자기력을 이용하여 회전 관절에서 발생하는 중력 토크를 보상하는 중력보상기구를 설계하고, 유한요소해석을 통해 회전각에 따른 복원토크 특성을 분석하였다 [2].

본 연구에서는 선행 연구에서 각각 개발된 자기감속기와 중력보상기구를 Fig.1 과 같이 하나의 로봇 관절 시스템에 통합한 로봇팔을 설계 및 제작한다. 자기감속기를 이용하여 구동 모터의 동력을 비접촉 방식으로 전달하고, 중력보상기구의 복원토크를 이용하여 자세 변화에 따른 관절의 중력 부하를 감소시키고자 한다.

[1] K. M. Kim, Y. W. Im, Y. Kim, and B. Shin, "Design of 3 DOF Manipulator Using Magnetic Gear," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Conference, 2024.

[2] B. Shin, Y. W. Im, H. S. Shin, G. J. Kim, G. M. Kim, and Y. S. Kim, "Development of Gravity Compensation Device Using Magnetic Force," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Conference, 2024.