Φ16mm 마이크로 조인트 액츄에이터가 능숙한 로봇에서 0.02° 각도 정확도를 달성하는 방법

능숙한 로봇의 경우 관절의 작은 움직임만으로도 엔드 이펙터의 위치가 눈에 띄게 달라질 수 있습니다. 이는 로봇 손이 작은 물체를 조작하거나, 여러 손가락을 조정하거나, 제한된 공간에서 제어된 움직임을 수행해야 할 때 더욱 중요해집니다. 이러한 애플리케이션에서는 조인트 크기만으로는 충분하지 않습니다. 또한 액추에이터에는 정확한 위치 피드백, 안정적인 전송, 컴팩트한 기계 및 전자 구조가 필요합니다.

Φ16mm 마이크로 조인트 액츄에이터는  이러한 유형의 고집적 모션 시스템을 위해 설계되었습니다. 직경이 16mm에 불과한 조인트 모듈은 소형 드라이브 구조, 고밀도 HDI PCB 권선 기술 및 고정밀 절대 자기 인코더를 결합합니다. 각도 정확도는 최대 0.02°에 달하므로 이 액추에이터는 정밀한 관절 움직임이 필요한 손재주가 있는 기타 소형 로봇 시스템에 적합합니다.

마이크로 조인트의 각도 정확도를 결정하는 것은 무엇입니까?

각도 정확도는 인코더만으로는 나오지 않습니다. 로봇 관절의 실제 움직임은 모터, 감속 메커니즘, 위치 피드백 시스템, PCB 또는 권선 구조, 기계 조립 및 제어 알고리즘을 포함하여 함께 작동하는 여러 부품에 따라 달라집니다.

액추에이터가 매우 작으면 이러한 관계가 더욱 까다로워집니다. 모터 및 변속기 구성요소를 위한 내부 공간은 더 적지만 시스템은 여전히 ​​유용한 토크를 생성하고 신뢰할 수 있는 위치 정보를 제공해야 합니다.

고정밀 엔코더는 관절 위치에 대한 자세한 정보를 제어 시스템에 제공할 수 있습니다. 동시에 기계식 변속기는 모터 움직임을 충분한 일관성을 갖춘 제어된 출력 움직임으로 변환해야 합니다.

따라서 16mm 클래스 조인트 모듈의 경우 지정된 각도 정확도를 달성하려면 전자, 기계 및 제어 요소를 통합 시스템으로 간주해야 합니다.

절대 자기 인코더의 역할

Φ16mm 마이크로 조인트 액츄에이터는 위치 피드백을 위해 절대 자기 인코더를 사용합니다.

직접적인 위치 정보 없이 모터 회전에만 의존하는 시스템과 달리 인코더를 사용하면 컨트롤러가 관절의 각도 위치를 모니터링할 수 있습니다. "절대" 특성은 시스템이 단순히 증분 움직임을 계산하는 것이 아니라 관절의 실제 위치를 알아야 할 때 특히 관련이 있습니다.

능숙한 손의 경우 여러 관절이 함께 작동하는 경우가 많기 때문에 이 정보가 중요할 수 있습니다. 한 관절의 작은 위치 오류는 손가락이나 엔드 이펙터의 최종 위치에 영향을 미칠 수 있습니다.

또한 인코더는 매우 제한된 액추에이터 내부 공간에 맞아야 합니다. 이는 소형 ​​액추에이터 설계가 단순히 기존 모터의 크기를 줄이는 문제가 아닌 이유 중 하나입니다.

HDI PCB 권선이 소형화를 지원하는 방법

액츄에이터에 사용되는 차별화된 기술 중 하나는 고밀도 HDI PCB 와인딩 기술입니다.

기존 모터 구조에는 권선 및 전기 연결을 위해 상당한 내부 공간이 필요할 수 있습니다. PCB 기반 권선 접근 방식은 소형 구조 내에서 전자기 구성 요소를 구성하는 또 다른 방법을 제공합니다.

Φ16mm 조인트 모듈의 경우 내부 공간은 중요한 엔지니어링 제약 사항입니다. 모터, 감속 메커니즘, 인코더, PCB 구조, 하우징 및 전기 연결은 모두 매우 작은 부피에 맞아야 합니다.

HDI 기술은 고밀도 회로 통합을 지원하고 사용 가능한 내부 공간을 더 잘 활용할 수 있도록 도와줍니다. 최적화된 전자기 설계 및 소형 기계 구성 요소와 결합하면 이 접근 방식은 컴팩트한 액추에이터 아키텍처에 기여할 수 있습니다.

목표는 단순히 액추에이터를 더 작게 만드는 것이 아닙니다. 더 중요한 요구 사항은 전체 조인트 크기를 줄이면서 유용한 토크, 피드백 정확성, 응답 및 신뢰성을 유지하는 것입니다.

기어비 및 제어된 관절 움직임

X16S/L-UM30/50-MH-4 모델은 30:1 및 50:1 기어비 옵션으로 제공됩니다.

기어비는 모터 속도와 출력 이동 사이의 관계에 영향을 미칩니다. 감속비가 높을수록 더 큰 출력 토크와 더 제어된 출력 동작을 제공할 수 있으며, 적절한 선택은 로봇 관절의 요구 사항에 따라 달라집니다.

예를 들어, 능숙한 손은 손가락 관절, 손목 메커니즘 또는 기타 소형 관절 구조에 대한 요구 사항이 다를 수 있습니다. 따라서 액추에이터는 출력 토크, 이동 속도, 제어 응답 및 사용 가능한 설치 공간의 필요한 조합에 따라 선택해야 합니다.

두 가지 기어비 옵션을 제공하면 로봇 설계자는 액추에이터를 특정 관절의 기계적 특성에 맞출 때 더 많은 유연성을 얻을 수 있습니다.

16mm 클래스 모듈에서 200mNm 연속 토크

유용한 출력 기능을 희생하면서 크기를 줄여서는 안 됩니다.

액추에이터는 최대 200mNm의 연속 토크와 최대 400mNm의 초기 토크를 제공합니다. 이 수치는 엔지니어에게 모듈이 특정 관절 하중 및 동작 프로필에 적합한지 여부를 평가하기 위한 출발점을 제공합니다.

연속 토크는 관절이 힘을 유지해야 하거나 장기간에 걸쳐 반복적으로 작동해야 하는 경우 특히 중요합니다. 한편, 초기 토크는 액추에이터가 특정 이동 조건에서 더 높은 토크를 생성해야 할 때 중요할 수 있습니다.

실제 애플리케이션 성능은 듀티 사이클, 작동 전압, 감소율, 기계적 부하, 제어 전략 및 열 조건과 같은 요소에 따라 달라집니다. 따라서 엔지니어는 단일 토크 값을 단독으로 사용하기보다는 전체 작동 프로필을 기반으로 액추에이터를 평가해야 합니다.

민첩한 로봇에서 낮은 무게가 중요한 이유

액추에이터의 무게는 약 24.3~26.1g입니다.

이러한 상대적으로 낮은 질량은 여러 개의 액추에이터가 동일한 로봇 메커니즘에 통합될 때 중요할 수 있습니다. 능숙한 손에는 독립적으로 제어되는 여러 개의 관절이 포함될 수 있습니다. 즉, 개별 액추에이터의 무게가 전체 시스템에 걸쳐 축적될 수 있습니다.

관절 질량을 줄이는 것도 로봇의 기계 설계에 영향을 미칠 수 있습니다. 액추에이터 무게가 낮아지면 상류 조인트가 전달하는 하중이 줄어들고 지지 구조물의 설계가 단순화될 수 있습니다.

이는 특히 사용 가능한 공간과 총 질량이 모두 제한된 소형 로봇 손과 고도로 통합된 로봇 시스템과 관련이 있습니다.

따라서 작은 직경과 가벼운 무게의 결합은 토크 및 제어 성능과 별도로 고려해야 할 사양이 아니라 Φ16mm 마이크로 조인트 액츄에이터의 가치 제안에 중요한 부분입니다.

12V 또는 24V: 적절한 구성 선택

액추에이터는 12V 및 24V 구성을 지원합니다.

적절한 전압은 로봇의 기존 전력 아키텍처와 모터 드라이버에 따라 결정되어야 합니다. 설계자는 배선, 전원 분배, 컨트롤러 호환성 및 전체 로봇 시스템의 작동 조건도 고려해야 합니다.

다관절 로봇의 경우 여러 액추에이터의 전력 요구 사항을 함께 고려해야 합니다. 따라서 선택한 전압 구성은 개별 액추에이터에 따라서만 선택하기보다는 시스템 수준 전기 설계와 호환되어야 합니다.

이러한 유형의 초기 단계 호환성 검사는 기계 구조가 이미 완료된 후에 전력 및 제어 시스템을 재설계하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

컴팩트 모션 제어를 위한 SPI 통신

액추에이터는 SPI 통신을 사용합니다.

고도로 통합된 로봇 시스템의 경우 관절 모듈이 로봇의 컨트롤러 및 피드백 아키텍처와 함께 작동해야 하기 때문에 통신 인터페이스는 액추에이터 선택의 중요한 부분입니다.

SPI는 소형 전자 제어 시스템에 통합될 수 있는 직접적인 디지털 통신 접근 방식을 제공합니다. 다중 관절 응용 분야에서 엔지니어는 통신 아키텍처가 개별 액추에이터, 컨트롤러, 센서 및 기타 전자 구성 요소를 어떻게 연결하는지 고려해야 합니다.

정확한 통신 구현은 시스템 아키텍처에 따라 다르지만 설계 프로세스 초기에 SPI 호환성을 확인하면 액추에이터가 의도한 제어 플랫폼에 맞는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

16mm 조인트 모듈을 사용할 수 있는 경우

소형 액추에이터는 기존 모터 및 감속기 어셈블리가 너무 많은 공간을 차지할 때 특히 유용합니다.

잠재적인 응용 분야에는 능숙한 로봇 손, 소형 로봇 관절, 고도로 통합된 로봇 메커니즘, 정밀 기기, 지능형 장비 및 액추에이터 용량이 제한되는 기타 시스템이 포함됩니다.

능숙한 손에서는 여러 개의 작은 관절이 손가락과 손바닥 내에 배열될 수 있습니다. 다른 로봇 메커니즘에서 소형 액추에이터는 엔지니어가 제한된 기계적 범위에 더 많은 모션 축을 배치하는 데 도움이 될 수 있습니다.

필요한 토크, 조인트 속도, 정확도, 듀티 사이클, 전압, 통신 인터페이스 및 기계적 장착 조건에 따라 애플리케이션을 평가해야 합니다.

마이크로 드라이브 기술에 대한 VAXOR의 접근 방식

VAXOR는 2024년에 설립되었으며 중국 쑤저우에 본사를 두고 있습니다. 로봇공학, 의료기기, 정밀기기, 지능형 장비용 마이크로 조인트 액츄에이터와 초소형 코어리스 모터를 개발하는 회사입니다.

기술적 접근 방식은 축 자속 모터 기술, PCB/FPCB 권선, 최적화된 전자기 설계, 소형 감소 메커니즘 및 정밀 제조를 결합합니다. 목표는 소형 드라이브 시스템의 핵심 요구 사항인 소형, 고성능, 빠른 응답 및 확장 가능한 생산을 해결하는 것입니다.

이 회사의 다양한 분야의 R&D 팀은 모터 설계, 정밀 제조, 구조 설계, 로봇 제어 및 지능형 제조를 다루고 있습니다. 엔지니어링 기능은 프로토타입 검증 및 파일럿 생산에서 배치 납품까지 확장되며, 이는 마이크로 드라이브 설계를 연구 개발에서 실제 배포로 이동하는 고객에게 중요합니다.

엔지니어가 마이크로 조인트 액츄에이터를 선택하기 전에 확인해야 할 사항

소형 액추에이터를 로봇 조인트에 통합하기 전에 엔지니어는 외부 직경보다 더 많은 것을 평가해야 합니다.

주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 요구되는 각도 정확도 및 위치 피드백 방법

• 연속 및 최대 토크 요구 사항

• 필수 기어비

• 공동작동속도

• 사용 가능한 설치 공간

• 총 액츄에이터 중량

• 전원 전압

• 통신 인터페이스

• 듀티 사이클 및 열 조건

• 기계적 장착 및 통합 요구 사항

하나의 매개변수를 변경하면 다른 매개변수의 요구사항에 영향을 미칠 수 있으므로 이러한 요소를 함께 평가해야 합니다.

예를 들어 관절 수를 늘리면 무게와 전체 부피가 더 중요해질 수 있습니다. 고정밀 로봇 손은 인코더 피드백과 각도 정확도에 더 중점을 두는 반면, 다른 메커니즘은 토크 밀도나 응답 속도를 우선시할 수 있습니다.

더욱 컴팩트한 로봇 모션 시스템 구축

고도로 통합된 로봇의 개발로 인해 출력 및 제어 성능을 포기하지 않고 액추에이터 설계가 더 작은 크기로 추진되고 있습니다. 16mm 조인트 모듈은 매우 제한된 공간 내에서 모터 기술, 변속기, 위치 감지, 전자 장치 및 기계 패키징을 결합해야 합니다.

0.02° 각도 정확도, 절대 자기 인코더, HDI PCB 와인딩 기술, 30:1 또는 50:1 기어비, 최대 200mNm 연속 토크, 24.3~26.1g 무게를 갖춘 Φ16mm 마이크로 조인트 액츄에이터는 컴팩트한 크기와 정밀한 조인트 제어가 함께 고려되어야 하는 응용 분야에 적합합니다.

능숙한 손과 고도로 통합된 로봇 메커니즘을 다루는 로봇 개발자의 경우 시스템 설계 단계에서 이러한 사양을 평가하면 소형 관절 모듈이 필요한 모션 아키텍처에 적합한지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.