안녕하세요.
수많은 공장에서 로봇이 사용되고 있는데, 얼마 전에는 삼성전자에서도 무인 공장을 도입한다는 뉴스가 보도되었습니다.
https://www.hankyung.com/finance/article/2022080192691
[단독] 삼성전자 무인공장…2030년 도입한다
[단독] 삼성전자 무인공장…2030년 도입한다, 공정 100% 자동화 TF 구성 R&D 중심 인력운용 방침
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삼성전자를 포함하여 다수의 회사들이 스마트 팩토리 기반 무인공장으로 변화/확장해 나가고 있습니다.
아래 추이를 보면 지속적으로 성장해가는 산업에서 자본(생산자동화 - Robot)에 의한 생산이 노동에 의한 생산을 점점 줄여 나가고 있습니다.
이렇듯 다양하고, 산업에 필요한 로봇이 어떻게 움직일까요?
Robot에 의한 공장자동화가 가장 잘 발달된 것으로 알려진 Tesla에서는 최근 AI DAY를 실시하였습니다.
자동차 뿐만 아니라 자체 휴머노이드 Robot까지 만들고 있습니다.
지난 AI DAY에서 보여진 Tesla의 Optimus Robot입니다. 이 Robot에는 40개의 관절 Actuator가 구성되어 있습니다.
이 Actuator 는 대부분 Motor 구동 방식으로 움직이고 있는 것을 알 수 있습니다. [회전 운동]
휴머노이드 로봇 뿐만 아니라 산업용 로봇의 축도 대부분 Servo Motor로 구성되어 있습니다.
Servo Motor
Servo Motor는 무엇일까요?
Servo는 Servo Mechanism의 줄임말로써 일본 공업 규격(JIS)에서는 "물체의 위치, 방위, 자세 등을 제어량으로 하고 목표치의 임의 변화에 추종하도록 구성된 제어계"라고 정의되어 있습니다.
참고로 서보의 어원은 라틴어 Servue, 영어 Sevant 하인이라는 의미를 가지고 있으며, "추종한다", "따른다"는 의미로 이해하면 됩니다.
즉 Servo Motor(서보모터)란 제어계의 움직임에 충실하게 동작하는 Motor라고 이해하면 됩니다.
Motor의 종류
1. DC Motor
영구 자석 N,S에 의해 자계가 형성되고, 브러쉬와 정류자를 통한 전류가 도체를 흐르면 플레밍의 법칙에 따라, 화살표 방향으로 토크가 발생합니다. 회전자가 회전 하여 90도가량 회전하면 정류자에 의해 전류 방향이 바뀌어 지속적인 회전을 할 수 있습니다.
실제 모터는 정류자가 수십개 붙어있으며, 자력선과 전류의 방향이 직각으로 교차하는 모양으로 되어 있어, 전류에 비례하여 안정된 토크를 항상 얻을 수 있습니다.
필요조건 : 브러쉬, 정류자
2. AC Motor
AC Motor는 DC Motor의 정류자를 슬립링으로 바꾼 것입니다.
브러쉬 A가(+),브러쉬 B가(-)로 되는 모양으로 통전하면DC 모터와 같은 모양의 토오크가 발생하여 모터가 회전하게 됩니다. 그러나 정류자가 없기 때문에 정지하므로, 적당한 시기에 전류 방향을 바꿔줄 필요가 있습니다.
역으로 생각하면, 전원을 교류로 하면 그 주파수에 맞는 회전 속도로 계속 돌게 할 수 있습니다. 이와 같이, 전원 주파수에 동기 시켜 모터를 돌리는 것이 교류 모터이고, 회전자의 위치에 의해 전원의 극성을 반전시키는 것이 브러쉬 리스 모터입니다.
3. AC Servo Motor
AC Servo 모터는 브러쉬리스 모터로 DC 모터가 가진 정류 장치를 모터에서 떼어내고, 대신에 전원을 제어하여 회전자 위치에 맞는 전류를 흘리는 장치 즉, 드라이버에 의해 구동됩니다. DC 모터는 정류자의 개수를 늘림으로써 토오크 리플을 적게 할 수 있는데, 브러쉬리스 모터에서는 3상 배선으로 하고, 각 상의 전류를 구형파 혹은 정현파의 교번 전류를 흘러 구동합니다.
* Driver(드라이버) : 전원을 제어하여 회전자 위치에 맞는 전류를 흘리는 장치
이상 Robot에 사용되는 Actuator의 주요 구동축인 Motor에 대해 알아보았습니다.
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