7개의 관절을 가진 암 로봇(Arm Robot)의 태극권 공연

엘모(Elmo)의 최상의 다중-축 및 서보 솔루션이 중국 시아순(Siasun)이 만든 최초의 중국산 협업로봇(Chinese Collaborative Robot)의 설계 및 개발에 채택되었다.

중국의 로봇 및 자동화 분야의 한 선도기업은 엘모의 독보적인 첨단 서보 기술을 이용해 자체 개발한 최초의 국산 휴먼-머신 협업용 공장 자동화 로봇의 개발을 완료했다. 엘모는 로봇 관절에 직접 탑재될 수 있는 초소형의 강력한 네트워크 기반의 서보 드라이브를 공급했다. 이는 효율성, 견고성, 공간절감, 배선 최소화, 낮은 EMI, 전반적인 시스템 안정성 향상 등을 비롯해 수많은 이유로 그 장점이 입증되었다. 이러한 정교한 기록적인 7개 관절의 협업 암 로봇(Arm Robot)을 구현하는 경우 듀얼 서보 루프로 최대 서보 성능을 달성하고, 고해상도 절대위치 인코더를 구동해야 하는 일부 문제들에 직면하게 된다. 엘모의 하이-엔드 모션제어 로봇 분야에서 입증된 기록은 개발공정 중 최고 수준의 다축, 서보 성능에 도달하는데 필수적이었다.

엘모 솔루션

서보 드라이브
엘모의 초소형의 강력한 EtherCAT 골드(Gold) 서보 드라이브는 도전적인 작업을 위해 채택되었다. 이 드라이브는 로봇 관절에 직접 탑재되었고, 로봇의 크기를 줄이는데 완벽한 선택이었다. 2개의 강력한 초소형 골드 솔로기타(Gold SOLO GUITAR) 드라이브는 로봇의 전체 기계적 구조를 지지하는 2개의 베이스 관절 모터를 드라이브하는데 사용되었다. 50A의 연속전류 및 최고 100A의 높은 피크 전류로 모터를 구동할 수 있어 필요한 고속 및 가속, 감속 동작속도를 달성할 수 있었다. 또한 20A의 연속전류와 최고 40A의 피크 전류로 동작하는 5개의 소형 골드 솔로휘슬(SOLO WHISTLE) 드라이브는 또 다른 5개의 로봇 관절을 동작하는데 사용되었다. 시스템의 각 드라이브는 최대 속도 및 가속, 감속 속도로 동작해야 하며, 또한 매우 높은 정확도와 정밀도로 느린 속도로도 동작할 수 있어야 한다. 동일한 드라이브를 사용해 완전히 상반된 동작을 가능하게 한 것은 1:2000의 탁월한 동적 전류범위와 드라이브의 매우 넓은 대역폭 반응으로 달성되었다. 로봇 관절에 직접 탑재될 수 있을 정도의 작은 물리적 크기를 갖춘 이 드라이브는 이러한 복잡한 프로젝트에 적합한 유일한 옵션이었다. 서보 피드백과 매우 인접하게 드라이브를 배치함으로써 배선 및 외부 노이즈로부터의 영향을 최소화하고, EMI와 RFI를 낮추고, 전반적인 시스템 안정성을 획기적으로 증대시켰다.

EASII(Elmo Application Studio)
엘모의 매우 뛰어나면서도 사용이 간편한 컨피규레이션 툴인 EASII(Elmo Application Studio)는 필요한 모든 작업을 수행할 수 있으며, 최고 수준으로 서보 성능을 최적화하기 위해 네트워크 상에서 각각의 개별 드라이브들을 조정할 수 있도록 해준다. 기계장치의 구조적 결함을 극복하기 위해 고차 필터(High Order Filter)를 사용한 적절한 컨트롤러 설계와 시스템 식별은 단 몇 개의 툴을 통해 시스템이 최고의 서보 성능을 갖도록 구현되었다. 또한 여러 축 간의 크로스오버-효과를 제거하기 위해 특수 포지션 게인(Position Gain) 스케쥴링을 갖춘 간단하면서 뛰어난 식별 방법을 이용한 다축 식별 기능이 구현되었다. 이외에도 최고의 대역폭과 최고속 반응시간, 동시 유지관리 안정성, 높은 마진의 안정적인 로봇 동작 등 시스템 동작에 필요한 여러 다른 기능들도 이 애플리케이션에 사용되었다.

플래티넘 마에스트로(Platinum Maestro), 최상의 다축 컨트롤러
엘모의 데카르트(Cartesian), SCARA, 3-링크, 델타(Delta) 등과 같은 메커니즘을 갖춘 첨단 다축 컨트롤러 플래티넘 마에스트로(Platinum Maestro: P-MAS)를 이용한 다양한 통합 로봇 기구학(Robot Kinematics)의 입증된 기능은 모든 로봇 관련 문제에 간단하게 해법을 제시한다. 통합 기구학 지원은 턴 테이블이나 컨베이어, 다른 외부 장치와 완전 동기화된 MCS(Machine Coordinate System) 또는 PCS(Product Coordinate System)로 동작한다. 또한 P-MAS는 사용자 애플리케이션을 위한 특수 실시간 코드 섹션이 있다. 이 특수 코드 섹션을 통해 로봇 개발자는 고유의 특정 로봇 기구학 공식을 작성할 수 있으며, P-MAS를 통해 사용자가 자신의 고유 특정 기구학을 구현할 수 있는 현재 제공되는 모든 하이-엔드 로봇 유형을 제한없이 지원할 수 있다. 최신의 강력한 4-코어 프로세서에 기반하고 있는 P-MAS는 로봇 기구학의 실시간 계산 및 250µSec 미만의 네트워크 사이클 타임으로 기구학 도치가 요구되는 애플리케이션에 필수적이다. 실시간 섹션에 사용자가 입력해 구현된 기구학 공식은 시스템의 모든 축의 토크 및 타깃 위치/속도를 계산하고, 이를 각 EtherCAT 사이클 상에서 산출한다. 로봇 동작은 두 가지 주요 모드로 구분되어 있는데, 첫 번째는 티칭 모드(Teaching Mode) 동작이고, 두 번째는 작업 모드이다. 티칭 모드는 작업자가 원하는 경로 궤도에 따라 핵심 위치 지점으로 물리적으로 로봇을 이동시킨다. 다축 컨트롤러는 작업 모드에서 전체 궤도운동이 반복되도록 관련 위치 지점을 기록한다. 이 모드에서 드라이버는 CST(Cyclic Synchronous Torque) 동작 모드를 기반으로 구동한다. 토크 명령과 함께 다축 컨트롤러는 중력이나 로봇 역학과 같은 저항요소들을 극복하기 위해 추가적인 보상 전류(토크)를 산출하며, 원활하게 드래깅 프로세스를 유지한다. 이러한 복잡한 로봇 솔루션의 강점 중 하나는 티칭 프로세스를 간단하게 구현할 수 있다는 것이며, 프로그래밍 경험이나 전문기술을 갖추지 않고도 대부분의 작업을 처리할 수 있다. 두 번째 동작 모드는 작업 모드로, 다축 컨트롤러는 로봇의 기구학 모델(DH 매트릭스 역 기국학 솔루션)에 따라 7개의 타깃 위치/속도를 계산하고, 필요한 경우 동적 모델에 기반한 토크 보상을 전체 출력 토크에 추가한다. 드라이버는 타깃 위치/속도 명령 및 토크 오프셋 명령을 받아 CSP(Cyclic Synchronous Position) 또는 CSV(Cyclic Synchronous Velocity) 동작모드를 기반으로 동작한다.

솔루션의 주요 강점
- 강력한 서보 성능
- 완벽하게 조정 및 동기화된 최고 16축을 위한 250us 사이클 타임
- 로봇 관절에 직접 탑재된 매우 높은 전력등급을 갖춘 소형의 서보 드라이브
- 고속 및 고정밀을 위한 매우 역동적인 전류범위
- 듀얼 루프 제어 기능
- 여러 피드백 장치와 통신 가능(증분식 및 절대식 인코더)
- 강력한 다축 컨트롤러를 이용한 동기화 및 로봇 운동 구현
- 고속 EtherCAT 실시간 직렬 확정적 네트워킹(Deterministic Networking)
- 최적화된 서보 성능: 매우 다양한 제어 루프 대역폭으로 인해 매우 빠른 반응 시간
- 뛰어난 EASII를 통해 손쉽게 로봇 컨피규레이션 및 구현 가능
- 높은 효율성 및 최고의 안정성
- 매우 견고한 이 드라이브는 어느 곳이든 탑재 가능
- 낮은 EMI 및 RFI

요약
엘모의 스마트하고, 작고, 간단한 서보 및 모션 솔루션은 성능을 극대화하는 것은 물론, 시아순(Siasun)의 최신 기술의 협업 로봇의 기능을 향상시켜준다.

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