로봇의 관절 설계 원리

안녕하세요, 롭스토리 입니다.

 

오늘은 로봇의 관절 설계의 원리에 대해, 잘 나와있는 자료가 있어 소개해드리려 합니다.

 

 

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로봇 설계에서, 관절 설계

로봇을 설계한다는 것에서 가장 중요한 것 중 하나가 바로 '관절 설계' 입니다.

관절이 제대로 움직일 수 있어야 로봇이 제대로 기능을 하는데,

 

특히 휴머노이드나, 동물을 모사한 로봇, 다리가 달렸거나 팔이 달렸거나, 

어떤 형태가 되었든, 관절을 가진 로봇이라면 관절의 성능이 로봇의 전체적인 성능에 매우 큰 영향을 미치게 됩니다.

 

그정도로 중요한 것이 바로 관절 설계인데요,

직선으로 움직이냐, 아니면 회전을 하느냐.  회전을 한다면 한 방향으로만 회전을 해야 하는지 아니면 3방향으로 회전을 해야 하는지.. 어떤 종류의 관절을 사용해야 하는지,  

그리고 그런 형태가 정해졌다면, 얼마나 정밀하게 , 빠르게, 힘있게 움직여야 하는지 등등..

 

이 모든 요소 하나하나가 계산되어야 비로소 하나의 설계 프로세스가 완성됩니다.

 

 

이런 요소들을 결정하기 위해서는 로봇의 목적, 기능이 우선적으로 결정이 되야 합니다.

 

그렇다면 관절은 어떤 구성 형태들이 있을까요?

 

 

 

로봇 관절의 자유도

 

먼저 자유도라는 개념은 몇 개의 관절이 있느냐라고 생각하면 쉽습니다.

 

한 축으로만 움직인다 = 1자유도를 가진다.

수직으로도 회전하고, 수평으로도 회전해야 한다 = 2자유도.

 

이렇게 자유도를 많이 가질 수록 로봇은 다양한 동작을 할 수 있게 됩니다.

 

그렇다고 자유도를 무한정 늘려버리면?

 

그만큼 모터를 많이 사용해야 하고, 기구가 복잡해지고, 무엇보다 제어가 불가능해집니다.

로봇 팔을 만든다면, 사람의 팔과 비슷하게 6자유도 혹은 조금 더 자유롭게 움직이게 하기 위하여 7자유도를 주는 것이 일반적이고,

간단하게 앞뒤로 왔다갔다만 해도 된다고 하면 1자유도를 사용하기도 하고.

그 목적에 맞게 자유도를 설정하는 것이 1차적으로 중요한 업무입니다.

 

발목은 2자유도를 가지는데, 

때문에 걸어다니는 로봇을 만든다고 했을 때, 로봇의 발목 부분은 2자유도 관절을 주로 사용하게 됩니다.

 

 

 

관절 구성

관절, Joint, 자유도..

용어가 어찌 되었든 설계적인 관점에서 봤을 때, 기구물을 직선운동 시키거나 회전운동을 시키려면

무언가 구동 장치가 필요합니다.

전기모터를 사용하기도 하고, 유압, 공압, 그리고 또 이런저런 시스템들이 있을텐데

이 또한 로봇의 목적과 사양에 따라 결정되게 됩니다.

 

예를 들면, 모터는 유압에 비해 낼 수 있는 힘이 작지만 정밀한 제어가 가능하다는 장점이 있다거나.

이런 식으로 각 시스템마다 가지는 특징이 있죠.

 

 

결국 우리가 아는 모든 운동은 직선운동과 회전운동. 2가지로 구분할 수 있습니다.

 

그렇다면 직선운동을 주기 위한 메커니즘은 무엇이있고, 어떤 장치들이 있는가.

회전 운동을 주기 위해서는 어떤 메커니즘이 있고 어떤 장치들이 있는가

 

이것을 공부하는 것이 로봇 관절을 설계하기 위한 첫걸음이 아닐까 싶네요.

 

 

오늘은 여기까지 짧게 마치겠습니다.

관절을 설계하기 위한 실제적인 방안들에 대해서도 차차 다뤄보면 좋을 것 같습니다.

그럼 이만