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[전문가 기고 2] 휠 드라이브(Wheel Driver) 이동형 로봇(AGV/AMR)의 어드밴티지는 무엇인가? (계속)

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작성자 (주)모터114 댓글 0건 조회 3,611회 작성일 22-02-03 09:36

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바퀴 기반 이동형 로봇이 선택될 수밖에 없는 이유

정대상 기자입력 2022-01-25 14:56:46


이동형 로봇에는 바퀴를 이용한 주행 로봇에서부터 다리를 사용하는 보행 로봇까지 다양한 종류가 포함된다. 그중에서도 바퀴 구동 방식의 이동형 로봇은 기술 성숙도가 높으면서도 로봇의 높은 퍼포먼스와 효율적인 생산 단가를 실현할 수 있다. 이에 (주)모터114 기술연구소 전용철 상무이사는 바퀴 구동 방식의 이동형 로봇이 지니는 특·장점에 대해 소개한다.


(계속)

이러한 구조의 서보모터는 높은 토크, 우수한 안정성, 고효율, 콤팩트 구조 및 구동 시 감속기 노이즈 없음과 같은 많은 장점을 가지고 있으며, 이처럼 여러 가지 면에서 기존의 ‘서보모터+감속기’ 모드를 대체하고 로봇 구동 시스템의 핵심 구성 요소 중 하나가 되고 있다. 이에 따라 휠 인 서보모터의 장점은 특히 식당, 병원, 물류 및 슈퍼마켓과 같은 서비스 산업에 우수하게 적용되고 있다.

4. 휠 인 모터의 진화 ‘메카넘 휠 인 모터’

최근 좁은 공간에서 활약하는 이동형 로봇에 효율적으로 적용되는 사례가 많아지고 있는 메카넘 휠 인 모터에 대해 소개하고자 한다.

1) 메카넘 휠 수요의 증가

일반적인 공장 환경에서 주행 대차를 운용할 경우 작업 공간이 협소해지는 문제점이 있어 최근에는 제한된 공간에서 최대의 작업 효율성을 확보할 수 있는 AGV 차량이 요구된다. 즉, 유도선(Guidance line)에 제한을 받지 않고 최소한의 회전 반경으로 전방향 이동이 가능한 메카넘 휠(Mecanum Wheel) 구동형 AGV에 대한 수요가 높아지고 있다.

메카넘 휠 구동형 AGV는 차량의 회전반경을 최소화함으로써 불필요한 주행(후진, 차체 회전 등) 없이 물류 운반 시간을 단축하고, 주행 라인을 최소화해 최적의 공정 효율성을 구현할 수 있다.

또한 전방향 구동이 가능한 메카넘 휠은 기존의 휠 조향(Steering) 시스템보다 구성이 단순하고, 좁은 공간에서도 자유롭고 유연한 이동이 가능하며, 직각 및 사선주행 등 이동에 관한 높은 자유도를 가지기 때문에 다양한 산업 분야에 적용되고 있다.

메카넘 휠의 주요 특징 및 장점

• 조향장치 없이 좌우이동 및 회전이 가능해 구조/비용이 효율적이다.

• 주행 반경이 작아 공간 활용과 기동성이 높다.

• 효율적으로 공정 간 운반/이적재 시간을 단축시킬 수 있다.

• AGV 플랫폼 내 부품 수를 최소화할 수 있어 부피와 중량을 줄이고 제작 비용도 절감할 수 있다.

• 물류창고, 좁은 공장 내 물류, 경비, 의료 분야 등에 적합하다.

2) 메카넘 휠 인 모터(Mecanum Wheel In Motor)

휠 인 모터가 진화된 전방향 구동이 가능한 메카넘 휠 인 모터는 일반 메카넘 휠 대비 차별화된 특징을 지니고 있다.

기존의 메카넘 흴은 저속/고토크를 만들기 위해 외부에 유성감속기와 BLDC모터, 그리고 휠을 제작해 장착해야하므로, 기구 설계 시 공간에 대한 제약을 많이 받는다. 따라서 이에 대한 솔루션으로 메카넘 휠과 모터, 엔코더 및 전자 감속기가 일체형으로 설계된 저속/고토크용 신제품 메카넘 휠 인 서보모터가 주목을 받고 있다.

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ZLTECH 메카넘 휠 인 서보모터와 서스펜션(180㎜/200W/엔코더) (사진. 모터114)


메카넘 휠 AGV의 방향 제어 원리를 살펴보면, 롤러의 축은 휠의 축과 일정한 각도(대체로 45˚)로 배열되며 한두 개의 롤러만 지면과 접촉하고, 모터의 회전에 따라 휠의 각속도가 변경된다.

롤러와 휠의 회전축은 수직이 아니기 때문에 주행 시 슬립이 발생하는데 지면과의 마찰에서 각 롤러는 자유로이 회전하므로 롤러 축에 수직인 방향으로는 힘 벡터가 발생하지 않고 지면에 맞닿은 롤러의 축 방향으로 속도벡터가 생성된다.

주행 중 구동 휠이 축에 수직인 속도벡터를 가지는 데 비해 메카넘 휠은 사선 방향의 속도벡터를 가진다. 이러한 메카넘 휠의 특성을 이용해 아래과 같은 모양으로 AGV 플랫폼에 메카넘 구동 휠을 설치함으로써, 휠에서 발생하는 속도벡터들의 총합은 서로 상쇄되며 진행 방향이 결정된다.


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메카넘 휠 속도벡터 방향(사진. 모터114)


메카넘 휠을 물류 운반용 AGV 구동에 사용하기 위해서는 메카넘 휠의 설계상의 구조를 이해해야 한다. 일반적인 AGV 구동용 휠은 연속적인 면 또는 선의 형태로 지면에 접촉돼 구동하나, 메카넘 휠은 구동 시 지면과의 불연속 점 접촉이 이루어진다. 이로 인해 메카넘 휠의 회전동력은 지면과 접촉 시 슬립(Slip)이 발생해 구동력 손실이 발생하는 구조로서, 주행 시 불규칙한 바닥면 상태에 따라 구동 성능이 저하될 수 있다.

따라서 휠이 지면과 연속적으로 접촉해 슬립이 일어나지 않도록 메카넘 휠을 설계해야 하고, 롤러의 설치 각도와 형태 등에 의해 주행 능력이 결정되므로 설계뿐만 아니라 생산방식 자체가 복잡하기 때문에 AGV에 적용 시 기술력과 신뢰성이 검증된 제품을 사용해야 한다.

필자

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(주)모터114 기술연구소 전용철 상무

 

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