구동체 자세제어를 위한 하이브리드 방식 다자유도 구동 전동기의 설계 및 제어특성에 관한 연구

Abstract

기존 전동기에서 벗어나 동력변환의 새로운 메커니즘인 다자유도 구동 전동기에 대한 연구가 2000년 초반을 시작으로 많은 연구가 진행되어왔다. 하나의 작용점에서 2자유도 이상의 구동을 하기 위해 여러가지 형태의 구조가 제안되었으며, 각각의 형태에 적합한 제어방식도 연구가 진행되었다. 그리하여 다자유도 구동 전동기의 전자계 해석 및 구동 특성 해석능력과 같은 전반적인 기반 기술의 향상은 있었지만, 응용분야에 적용되어 실용화된 경우는 거의 없다. 반면 로봇, 자동차, 항공우주, 비전 산업 등 2자유도 또는 3자유도 이상을 필요로 하는 구동체에 다자유도 구동 전동기 적용의 타당성 검토 차원을 넘어 실용화에 대한 요구가 나날이 증가하고 있다. 특히 최근 가장 큰 이슈가 되고 있는 멀티콥터 및 드론 시스템은 현재 연구되고 있는 다자유도 구동 전동기를 적용할 경우 적용 효과를 가장 극대화할 수 있는 응용분야로 생각된다. 본 논문은 기반기술에 대한 연구 뿐만아니라 2자유도 이상을 필요로 하는 구동체에 적용하기 위한 실용화 단계로 틸팅토크 증가, 제작성 향상, 그리고 제어가 용이한 하이브리드 방식 다자유도 구동 전동기를 새롭게 제안한다. 즉, 회전구동과 틸팅구동을 전자계적으로 분리하여 제작성 향상뿐만 아니라 제어를 용이하게 하였으며, 틸팅토크 증가를 위한 여러가지 틸팅구동 엑츄에이터의 특성 연구를 수행하였다. 마지막으로 제안한 하이브리드 방식 다자유도 구동 전동기를 설계, 제작하여 시험을 통해 그 성능을 검증하였다. 아울러 기대되는 응용분야인 멀티콥터 시스템에서의 다자유도 구동 전동기의 필요성 및 시스템 모델링을 통해 다자유도 구동 전동기의 실용화 연구 저변 확대에 밑바탕이 될 것이라 생각된다.