로봇 팔에는 모터를 선택해야 할까요, 아니면 서보를 선택해야 할까요? 결정에 도움이 되는 3가지 핵심 사항

로봇 팔이 갑자기 공중에서 멈추거나, 홀린 듯 미친 듯이 진동할 때 문제가 무엇인지 생각해 본 적이 있나요?

1. 당신을 잠 못 이루게 만드는 객관식 문제

매개변수 목록을 보고 너무 걱정하지 마세요. 로봇 팔을 인간 팔로 상상해보세요. 모터는 순수한 근육과 같아서 강하게 수축하고 풀어주는 방법만 알고 있습니다. 그리고서보 기구자체 뇌를 가진 힘줄과 비슷하며, 어느 각도에 머물고 싶은지 정확히 알고 있습니다.

나는 많은 사람들이 처음 시작할 때 "토크"와 "전압"의 수치에 집착하는 것을 보았지만 최종 조립된 로봇 팔은 국수처럼 부드럽거나 힘과 지지력이 전혀 없었습니다. 때로 로봇팔은 녹슨 쇠파이프처럼 단단해 유연성과 조작성을 상실하기도 했다.

당신이서보 기구, 그래, 그렇다면 그 불쌍한 연속 회전 능력을 기꺼이 받아들이시겠습니까? 엄청나게 많은 수의서보 기구s는 "실행"보다는 "위치 지정"을 위해 만들어졌습니다. 반면, DC 모터를 선택하는 경우 피드백 부족, 모터가 어디로 회전했는지 어떻게 알 수 있는지 등의 성가신 문제에 직면할 준비가 되셨습니까?

문제를 보여주는 실험은 간단한 로봇 팔에 일반 9g 서보를 설치하고, 다른 간단한 로봇 팔에 동일한 가격의 N20 모터를 설치한 다음 계란을 잡게 하는 것입니다. 그 결과 서보암은 2초 만에 꾸준히 정지했고, 5회 시도 끝에 모터암이 달걀껍질을 깨뜨렸다. 문제는 모터가 충분히 강하지 않다는 것이 아니라, 언제 멈춰야 할지 모른다는 것입니다.

2. 두 가지 핵심 욕구의 대립

요구 사항을 분석해 보겠습니다.

기계 설계 분야에는 토크라는 특히 중요한 용어가 있는데, 이는 설계 기록에 자주 나타납니다. 로봇 팔이 500ml 물병을 집어 올리기를 원할 때 서보는 일반적으로 동일한 볼륨에서의 강도에 따라 보다 직접적인 잠금 힘을 제공할 수 있다고 상상해 보십시오. 추가 브레이크가 필요하지 않습니다. 이것과의 차이점은 모터가 감속 기어박스 및 인코더와 함께 작동하여 "어딘가에 정지"하는 상황을 시뮬레이션해야 한다는 것입니다.

작은 6축 로봇 팔을 예로 들어 보겠습니다. 각 관절이 서보를 사용하는 경우 전체 제어 시스템에는 PCA9685 보드만 필요할 수 있습니다. 하지만 모터로 교체한다면 어떨까요? 그런 다음 6개의 폐쇄 루프 드라이버와 여러 개의 인터럽트 핀을 신중하게 준비해야 합니다.

하지만 아직은 응원하느라 너무 바쁘지 마세요. 서보의 근본적인 문제는 반응성입니다. 0도에서 180도까지 회전하도록 요청하면 노인이 천천히 걷는 것처럼 동작합니다. 모터의 경우 전압이 조건을 충족하는 한 반원을 회전하는 데 0.1초밖에 걸리지 않습니다. 따라서 로봇 팔을 집는 탁구와 같이 빠른 잡기, 던지기 또는 지속적인 회전이 필요한 애플리케이션의 경우 서보를 사용하면 당황스러울 수 있습니다.

Q: 스티어링 기어가 모터보다 정말 더 정확합니까?

먼저 A씨는 반드시 그런 것은 아니라고 말하며 일반 서보의 정확도는 0.5도 정도지만 폐루프 스테퍼 모터와 엔코더의 정확도는 0.05도에 달할 수 있다고 언급하며 마지막으로 서보의 장점은 통합이 상대적으로 간단하다는 점을 지적했다.

Q: 교육용 로봇팔을 만들고 싶은데 어떤 것을 선택해야 하나요?

서보를 선택하고 인코더와 구동 회로를 제거한 다음 운동학과 프로그래밍 논리에 집중하세요. 치아 스캔을 피하기 위해 금속 치아가 있는 서보를 선택하도록 주의하십시오.

Q: 모터 솔루션이 더 저렴합니까?

1. A는 표면적으로는 저렴해 보이지만 실제로는 비싸다고 말했다. 2. DC 모터의 가격은 수십 위안입니다. 3. 하지만 엔코더, 드라이버, 기계식 브레이크가 추가된다면 어떨까요? 4. 최종 총 가격은 동일한 수준의 스티어링 기어 가격을 초과합니다.

3. 후회하게 만드는 그 가상의 시나리오

3주가 지나면 로봇 팔이 경련을 일으키기 시작합니다. 디버깅 인터페이스를 열고 15분 동안 연속 작동한 후 서보의 온도가 65도까지 치솟는 것을 발견했습니다. 그제서야 문득 기억이 납니다. 왜 애초에 비용 관리를 고려하지 않았습니까? 예산상의 비용이 아니라 '유지관리비'와 '시간비용'이다.

이와 동시에 학생팀의 실제 사례도 등장했다. 그들은 양팔 로봇을 만들기 위해 12개의 MG995 서보를 신중하게 선택했습니다. 그런데 시위 전날 예상치 못한 상황이 발생했다. 전원 리플의 영향으로 인해 모든 서보가 무작위로 점프했습니다. 그들은 계획을 변경하고 모터와 엔코더의 조합으로 교체할 수밖에 없었습니다. 그 이후로 PID를 디버깅하는 데 꼬박 두 달이 걸렸습니다.

비슷한 프로젝트가 있습니다.kpower서보 기구. 이 프로젝트를 구축하는 과정에서 다른 상황이 발생했습니다. 이번 프로젝트에서는 서보 자체에 과열 보호 기능이 있다는 점을 고려하면 속도가 다소 희생되기는 했지만 결국 예정대로 실증 결과를 달성했다.

따라서 이 객관식 질문에 대한 대답은 결코 '어느 것이 더 나은가'가 아니라 '어느 것이 덜 나쁜가'였습니다.

4. 귀하를 위한 3가지 조치 단계

종이 한 장을 선택하고 로봇 팔의 세 가지 핵심 동작을 적어보세요. '부품 집기'인가요, 아니면 '깃발 흔들기'인가요? 그 중 전자는 힘의 정적인 유지가 필요한 반면, 후자는 동적 가속이 필요하다.

간단한 하중 지지 테스트를 완료하십시오. 손을 사용하여 서보 암을 쥐어 다양한 각도에서 잠금 능력을 느껴보십시오. 그런 다음 (전원이 꺼진 상태에서) 손을 사용하여 모터 샤프트를 움직여 장애물 없이 자유로운 느낌을 경험해 보세요.

어려운 진실을 직시합시다. 두 세계의 장점을 모두 누릴 수는 없습니다. 최고의 응답 속도를 추구하고 부하가 200g 미만이라면 자기 인코더가 있는 마이크로 코어리스 모터가 미래의 추세입니다. 즉시 사용할 수 있는 간단한 구조와 집중된 전력이 필요한 경우 현재로서는 서보가 가장 덜 나쁜 선택입니다.

제가 본 가장 현명한 것은 둘 중 하나를 선택하는 것이 아니라 하이브리드 접근 방식을 사용하는 것입니다. 손목 관절에 서보를 사용하여 정확성을 보장하고 베이스에 모터를 사용하여 속도를 보장합니다. 한 쌍의 모순된 주장을 사용하여 마무리하십시오. 오늘 선택 문제를 해결하지 못하면 3개월 후에 로봇 팔은 서랍에 방치되어 먼지로 뒤덮이거나 과도한 열로 인해 잊을 수 없는 타는 냄새를 풍기게 됩니다.

이제 전화기를 옆으로 치우고 서보 암과 모터 샤프트를 돌립니다. 차이점을 깨닫고 선택하세요.