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전기연, 일체형 스마트 액추에이터 설계 기술 개발

[출연연 추천기술. 34] 협동 로봇 위한 스마트 액추에이터
빠르고 정확한 구동 능력 구비...산업 및 서비스 분야 소형 다관절 협동로봇 활용
소형 다관절 로봇용 스마트 액추에이터 <자료=전기연 제공>소형 다관절 로봇용 스마트 액추에이터 <자료=전기연 제공>

협동 로봇은 사람과 같은 공간에서 작업하면서 사람과 물리적으로 상호작용 할 수 있다. 이는 시스템이 간결하고 가벼우며 통신 속도와 제어 응답속도가 빨라야 가능하다.

이런 로봇에 삽입되는 스마트 액추에이터(원동 구동장치)는 기존 유압 구동 시스템을 대체하며 4차 산업혁명 트렌드에 따라 각종 기계에 접목되는 추세다.

한국전기연구원 전동력연구센터 이지영 박사 연구팀은 로봇 구동 주요소인 '감속기·전동기·제어기·센서·브레이크'를 일체형으로 구성한 스마트 액추에이터 설계 기술을 개발했다. 이 기술은 6축 다관절 로봇을 구성하는 용량별 스마트 액추에이터 개발을 위해 고출력 밀도와 출력을 갖는 영구자석 전동기와 제어기, 감속기, 스토퍼, 센서의 설계를 포함한다.

개발된 스마트 액추에이터는 48V 출력과 20rpm의 감속기 후단 정격속도를 낸다. 0.1mm 위치 정밀도와 360도 모션, 10kg 하중을 들 수 있다. 시스템 맞춤형 드라이버 알고리즘을 탑재하고 EtherCAT / CANopen 통신 로봇 모션제어 기술도 지녔다. 이밖에 간단하고 밀도있는 스토퍼와 브레이크, 전원선과 통신선이 축 내부로 삽입되게 속이 빈 중공형으로 설계된 것도 특징이다.

연구팀은 산업용 협동 로봇 뿐만 아니라 의료와 서비스 로봇 분야 소형 다관절 로봇을 만드는데 쓰이도록 60~300W급 3종 스마트 엑추에이터 모델을 개발했다. 기술은 성숙도(TRL) 6단계로, 상용화 전 시제품 테스트를 거쳤다.

연구팀 관계자는 "다른 정부출연연구소나 기업과의 전략적 제휴로 새로운 로봇 플랫폼 개발을 하고 기관별 장점을 부각한 대형과제를 창출할 수 있다"고 밝혔다.
 
관련특허 다관절 로봇의 브레이크장치 외5건
권리자 한국전기연구원
Keyword #액추에이터 #로봇 #다관절 #협동로봇
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[연구자]
이지영 박사
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