로봇 관절용 다자유도 위치제어 스피리컬 전동기의 성능 개선에 관한 연구

Abstract

전력 변환을 이용하여 기계 동력을 제공하는 중요한 역할을 하는 전동기는 과거 100년사의 세월을 무색하게 할 만큼 최근 들어 기술적인 요구와 수요가 크게 증대되고 있다. 이처럼 다양화된 동력 시스템에서 보다 중요한 역할을 하게 되는 전동기는 사용되는 분야에 따라 시스템의 요구 특성에 맞도록 설계의 포인트가 크게 달라지며 어느 분야에서 전동기를 사용하느냐에 따라 그 종류도 동력용 전동기, 위치제어용 서보 전동기, 저전압형 전동기, 초고속 전동기 등 여러 타입으로 구분하여 분류하게 된다. 본 논문에서 연구된 스피리컬 전동기는 인간과 가장 흡사한 움직임을 모사할 수 있는 휴머노이드 시스템의 관절에 적용될 수 있는 위치제어용 서보 엑츄에이터이다. 스피리컬 전동기는 기존의 전동기와 달리 회전축이 회전 운동과 동시에 여러 방향으로 기울어질 수 있는 포지셔닝 구동 특성을 가지고 있기 때문에 학계에서는 다자유도 구동 엑츄에이터로 분류되고 있다. 따라서 본 논문에서는 스피리컬 전동기가 다자유도 구동을 하기 위해서 어떠한 설계 관점이 필요한지를 전자계 해석과 구동 특성 해석을 통해 분석을 하였다. 또한 보다 최적화된 성능을 위한 구조 설계와 제어 특성에 대한 분석을 융합하여 이중 공극형 다자유도 스피리컬 전동기라고 하는 새로운 타입의 전기기기를 제안하고 이를 설계, 제작하여 시험을 통해 그 성능을 검증하였다. 아울러 부록을 통해 다자유도 구동 엑츄에이터의 기술적 분류와 스피리컬 전동기의 국내외 연구 내용을 소개함으로써 스피리컬 전동기를 연구하고자 하는 분들에게 조금이나마 도움이 되고자 하였다.