RoMeLa 연구소가 개발하는 선상 자율 소방 로봇 ‘SAFFiR’
새피어의 놀라운 균형감각, 비결은 바로 맥슨모터에 있다!
미해군연구소와 버지니아 공대의 RoMeLa 연구소는 선상 자율 소방 로봇(Shipboard Autonomous Firefighting Robot)인 ‘새피어(SAFFiR)’를 개발, 제작하고 있다. 이 로봇에는 최고의 속도와 토크 비를 갖는 초경량 모터, 위치제어 및 전류제어가 편리한 소형 EPOS 제어기가 사용되었다. 이는 맥슨모터의 제품으로, 현재 버지니아 공대 연구진들은 가장 복잡하고 까다로운 로봇의 다리부분을 이들의 제품을 통해 만족할만한 결과를 얻었다고 평가하고 있다. 본지는 새피어를 통해 본 맥슨모터 제품들의 특징들을 살펴보도록 한다.
다리에 12개 맥슨모터와 10개 EPOS 제어기가 장착된 소방 로봇 새피어
민첩한 움직임, 속도, 견고성, 그리고 흔들리는 선상에서의 균형감각은 함선 내 화재현장에서 불과 싸우는 데 있어 필요한 요건이다. 현재 버지니아 공대의 RoMeLa 연구소는 인간을 대신해 소방 임무를 수행할 수 있는 휴머노이드 로봇을 개발하고 있다.
버지니아 공대 박사과정의 프로젝트 매니저인 Derek Lahr는 “새피어는 인간과 상호작용하여 불을 찾아낼 뿐 아니라 소방호스를 옮기거나 소화분말기술(PEAT)인 소화탄을 투척할 수 있다. 로봇의 다리는 완성되었으며 나머지 부분은 제작 중”이라고 말했다.
모터, 풀리, 와이어 하네스, 컨트롤러로 이루어진 새피어의 다리는 파도가 요동치는 배 위에서도 보행이 가능하다. 새피어 개발에 있어 핵심 관점은 로봇의 기계적 자세뿐 아니라 균형적 측면에서 보행을 제어한다는 것이다. 예를 들어, 배가 앞으로 흔들릴 때 로봇은 균형을 잃지 않기 위해 다리를 움직여 큰 보폭을 만들어야 한다.
Derek은 맥슨모터의 정밀한 위치제어기인 EPOS(Easy Positioning System)를 사용함으로써 로봇의 모든 동작을 쉽게 연결하여 구동할 수 있었다고 설명한다.
그는 “각 다리는 6자유도로 구성되어 있으며 6개의 모터가 장착된다. 새피어의 다리부분에만 총 12개의 모터가 사용되는 것이다.”라고 말했다.
로봇이 걸음을 내딛을 때 두 다리는 번갈아가며 빠르고 자유롭게, 그리고 천천히 움직이기 때문에 스피드와 토크 모두 필요로 한다. Derek과 연구팀은 Ø30㎜의 다양한 모터를 적용했으며 Unit의 무게를 줄이기 위해 가능한 모든 곳에 100W 모터를 사용했다. 모터가 로봇 무게의 대부분을 차지하기 때문에 무게 감소는 플러스 요인이 될 수 있다.
중요한 무릎관절에는 200W의 모터가 사용됐다. 인간의 무릎과 마찬가지로 로봇의 무릎도 특히 쪼그리거나 무릎을 구부릴 때 큰 부하를 받는다. 또한 이들은 걷는 동안에도 빠르게 움직여야 하기 때문에 로봇의 관절부분에는 더욱 큰 용량의 모터로부터 높은 토크와 속도를 얻어야 한다.
한편 로봇은 클로즈 루프 시스템으로 작동하고, 12개의 모터가 다리부분에 사용되기 때문에(목 부분에 2개, 팔과 손에 12개의 모터 추가 사용 예정), Derek과 연구팀은 부하를 조절할 수 있는 제어기가 필요했다.
Derek은 “우리는 맥슨의 EPOS 50/5 컨트롤러를 관절에 사용했고, 그 외에 두 개의 EPOS 24/5 컨트롤러는 자유도가 높지 않은 곳에 사용했다”고 말했다.
Ø30㎜ 맥슨 모터는 작고 가벼우면서도 가장 높은 토크와 속도를 제공한다.
다축제어가 가능한 맥슨모터의 EPOS, 상황에 알맞은 모드로 즉시 전환!
EPOS는 위치제어 모드와 전류제어 모드에서 사용된다. 위치제어는 센서로부터 위치 데이터를 읽고 로봇이 걷는 동안 위치 보정이 이루어지도록 다리의 구체적 위치를 면밀히 제어한다.
Derek은 “전류제어 모드는 로봇의 보행을 제어하는 방식 중 가장 최신 기술이다. 전류제어 방식은 ‘Pure Force’를 갖는 액추에이터를 만들기 위해 로드셀 피드백과 전류제어 회로가 포함되어 있으며 이는 다리를 자유롭게 움직일 수 있도록 해준다. EPOS는 상황에 알맞은 모드로 즉시 전환할 수 있도록 해준다. 이러한 특징은 로봇 다리에 가해진 충격이 다른 액추에이터를 손상시키지 않도록 한다. 1/1000초 만에 위치제어에서 전류제어로 전환하여 로봇의 보폭과 가해진 충격을 정확하게 제어할 수 있다.”고 전했다.
맥슨 컨트롤러의 또 다른 장점은 그래픽 사용자 인터페이스인 EPOS Studio에 있다. 이는 프로그램 유틸리티가 단순하고 CANopen 시스템을 실행하기 전에 소프트웨어 버그를 체크할 수 있다. EPOS는 사용자에게 소형의 내장형 컨트롤러의 다양한 기능을 제공하는 32-bit DSP 기술을 채택하여 설계되었다. 또한 로봇, 의료, 반도체 분야에서 요구되는 크기와 성능 조건을 만족시키기 위해 개발됐다.
버지니아 공대 연구진들은 가장 복잡하고 까다로운 다리부분의 설계를 이미 완료했기 때문에 앞으로의 여정은 순탄하리라고 기대하고 있다.
Easy Positioning System인 EPOS2는 다축제어에 이상적이다.
맥슨모터코리아 www.maxonmotor.com
