📍 모터 감속기
감속기란 일반적으로 동력원인 모터에 결합하며 출력 회전수를 감소시켜 높은 회전 출력 토크를 얻을 수 있도록 하는 모터 부속 부품이다.
모터의 경우 규격품으로 항상 나오며 출력 회전수를 현상에 맞게 다양하게 조절할 수 없기 때문에 감속기로 조절해야한다.
쉽게 말해서 작용하는 위치에 큰 힘이 필요하게 되면 입력 장치(모터)에서 들어오는 힘을 증폭시키는 작업(회전 출력 토크 증가)을 감속기가 해준다. 대신 속도가 ↓
감속기는 감속 비율을 고려하여 선정해야할 뿐 아니라 출력 토크, 백래시, 회전 정밀도, 모터의 취부방법 등을 고려해서 선정해야 한다.
📖 요약
감속기를 사용하는 이유는 모터의 회전 속도를 줄이거나 회전력(토크)를 높이기 위해서이다.
📍 감속기의 원리
감속기의 원리는 구동축과 피동 축의 원주 속도는 항상 같은 것을 이용
위그림에서 작은 톱니바퀴(구동축)가 돌게되면 큰 톱니바퀴(피동축)가 같이 돌게된다. 작은 톱니바퀴와 큰 톱니바퀴는 서로 맞물려 돌아가기 때문에 작은 톱니바퀴의 톱니가 5개 돌아가면 큰 톱니바퀴도 5개 돌아간다. 즉, 돌아가는 톱니바퀴는 서로 맞물리기 때문에 원주의 속도는 같다.
이때, 작은 톱니바퀴가 5개의 톱니가 돌면 큰 톱니바퀴도 같은 5개의 톱니가 돌지만 작은 톱니바퀴에 비해 큰 톱니바퀴는 반지름이 더 크기 때문에 돌아가는 속도가 더 느리다. 조금 더 직관적으로 이해하면 작은 톱니바퀴가 한바퀴 다 돌아도 큰 톱니바퀴는 한바퀴를 돌지 못한다. 따라서 두 톱니바퀴는 원주 속도는 같지만 각속도는 달라진다. 이를 이용하면 모터의 속도 감속 가능
구동축 (Driving Shaft)구동축은 감속기에 입력되는 축으로, 전동 모터 등으로부터 전달되는 회전 운동의 축
즉, 모터가 연결되어 회전력을 전달하는 축
피동축 (Driven Shaft)피동축은 감속기의 출력 축으로, 감속기를 통해 변환된 회전 운동의 결과가 나오는 축
즉, 감속기가 감속된 회전력을 출력하는 축
원주 속도 (Peripheral Velocity)원주 속도는 축의 둘레에 따라서 나타나는 속도를 의미
회전하는 원의 둘레 길이에 따라 결정된다.
일반적으로 원주 속도=2πr×회전 속도 로 계산(r은 축의 반지름)
감속기의 주요 원리는 구동축에서 입력된 회전 운동을 피동축에서 필요한 속도로 변환하는 것이다. 이 변환 과정에서 입력 축과 출력 축의 회전 속도는 서로 반대 방향으로 변환되거나 회전 속도가 감소될 수 있다. 이런 변환은 기계적 감속기에서는 기어, 톱니바퀴, 벨트와 풀리 등을 통해 이루어지고 전기적 감속기에서는 전자적인 방식으로 제어될 수 있다.
📖 감속기의 장단점
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장점
① 작은 모터를 이용해도 큰 물체를 움직일 수 있다.
② 배터리의 소모 전류가 낮아 장시간 이용 가능하다. -
단점
① 부가적인 기계장치가 추가되기 때문에 물체의 무게가 늘어난다.
② 토크가 커진 만큼 속도가 느려진다. 그래서 실제 속도가 높은 물체에는 사용하기 어렵다
📍 오토튜닝
오토튜닝이란 컨트롤러가 자동으로 제어 대상(여기서는 모터)의 특성을 측정하여 그에 맞는 최적의 P.I.D 값들을 계산하여 자동으로 설정하는 기능
설정값을 기준으로 ON/OFF 제어 출력을 내어 발생하는 헌팅 주기와 진폭을 측정하여 P.I.D 정수를 계산한다.
📖 PID(Proportional - Integral - Derivative)
시스템의 특정 변수(예: 온도, 압력, 위치 등)을 원하는 목표치로 유지하거나 제어하는 데 사용되는 일반적인 제어 알고리즘이다.
PID 제어는 세가지 주요 요소로 구성된다.
Proportional (비례) 요소 (P)
현재 오차(목표치와 현재 값의 차이)에 비례하여 제어 입력을 생성
오차가 클수록 제어 입력이 크게 되어 빠르게 오차를 줄이려고 한다.
Integral (적분) 요소 (I)
시간에 따른 누적 오차를 기반으로 제어 입력을 조정
오랜 시간 동안 오차가 있으면 적분 요소는 오차를 보상하여 정확한 목표치에 도달하도록 도와준다.
Derivative (미분) 요소 (D)
오차의 변화율에 비례하여 제어 입력을 조정
미분 요소는 오차의 급격한 변화를 예측하여 오버슛(overshoot)을 줄이고 시스템의 반응 속도를 조절하는데 도움을 준다.
📍 Z축 모터
기계의 Z축 방향(즉, 수직 방향 또는 높이 방향)으로 움직이는데 사용
📍 Z축 모터 brake
전기를 넣어야만 축이 돌아가는 구조
X, Y축은 직선 운동을 하기 때문에 크게 상관이 없지만 Z축으로 수직 운동을 하는 경우 위아래 운동을 하다가 전원이 꺼졌을 때 brake가 없다면 축이 고정이 안되기 때문에 확 내려가는 경우가 있다. but, brake 타입은 축이 고정되어있기때문에 이런 것을 미리 방지할 수 있음
Spring Brake 타입의 경우 4Bar 이상의 공압이 공급되지 않으면 모터 구동이 불가능하도록 설계되어있다. Output 신호 설정을 이용하여 움직일 때만 공압을 공급하며 움직이지 않을때에는 정지할 수 있도록 설정 가능
📖 수직보정장치(Wight Compensation)
수직운동을 하는 리니어모터(Linear Motor)의 경우 모터의 전원이 끊어졌을 때 중력의 힘으로 인해 아래로 떨어지는 현상이 발생하는데 이 현상을 막기위한 또다른 방법은 수직보정장치를 활용하는 것이다. 수직 보정 장치에는 스프링 타입과 공압 타입이 있다.
① 스프링 타입 : 스프링의 장력을 이용하여 수직의 힘을 보정한다. 따라서 처음 제품 선정 시 설계와 용도에 맞게 설계되어야 한다.
② 공압타입 : 공압을 이용하여 가변적으로 사용 가능하다. 제품 사용 시 Calibration 기능을 사용하여 공압에 맞게 최적화하여 사용 가능, 하지만 공압이 공급되지 않으면 사용할 수 없다.
