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4 족 로봇

4 족 로봇. 삼식이팀 박명대. 보행 로봇의 제작시 고려 사항. 어떤 액추에이터를 사용할 것인가 ? 어떤 MCU 또는 CPU 를 사용할 것인가 ? 어떤 전원을 사용할 것인가 ? 어떤 기구부를 사용할 것인가 ? 어떤 제어 방식으로 사용할 것인가 ? 어떤 방식의 무선 통신을 사용할 것인가 ?. 어떤 액추에이터를 사용할 것인가 ?. HS-5645MG 12.1 Kg/cm HS-5945MG 13.0 Kg/cm HS-5925MG 9.2 Kg/cm

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Presentation Transcript

  1. 4족 로봇 삼식이팀 박명대

  2. 보행 로봇의 제작시 고려 사항 • 어떤 액추에이터를 사용할 것인가? • 어떤 MCU 또는 CPU를 사용할 것인가? • 어떤 전원을 사용할 것인가? • 어떤 기구부를 사용할 것인가? • 어떤 제어 방식으로 사용할 것인가? • 어떤 방식의 무선 통신을 사용할 것인가?

  3. 어떤 액추에이터를 사용할 것인가? • HS-5645MG 12.1 Kg/cm • HS-5945MG 13.0 Kg/cm • HS-5925MG 9.2 Kg/cm • HS-5735MG 19.0 Kg/cm (약150g) • Ai Motor 7.0 Kg/cm • Ko-2344 13.0 Kg/cm (고강도 기어) • 기타(공압, 유압, 일반 기어드)

  4. 어떤 MCU 또는 CPU를 사용할 것인가? • 프로그램 라이트가 편한가? • 처리속도가 빠른가? • 메모리가 큰가? (원칩의 경우) • 개발툴이 용이 한가? • 시리얼 포트가 많은가? • 칩의 구매가 쉬운가?

  5. 어떤 전원을 사용할 것인가? • 니켈 카드뮴(Ni-Cd) • 장점 : 내부저항이 작고 순간 방전율이 뛰어나며 열악한 조건(저온, 과방전, 과충전)등 잘 견딤 - 단점 : "메모리 효과"라는 현상 발생 - 용량 : 250mA, 1000mA, 2400mA

  6. 어떤 전원을 사용할 것인가? • 니켈 수소(Ni-Mh) - 장점 : 니켈 카드뮴 전지에 비하여 2배의 용량과 "메모리 효과"의 개선 - 단점 : 자가 방전율이 니켈카드뮴에 비해 1.5배 정도 낮음 - 용량 : 750mA, 2100mA, 3300mA

  7. 어떤 전원을 사용할 것인가? • 방전전압 - 알카라인은 1.6V ~0.8V까지 방전 - 카드뮴이나 수소는 1.4V ~1.0V까지 방전

  8. 어떤 기구부를 사용할 것인가? • 하나의 프레임을 제작 후 조합 • 자체 설계 후 가공 • 발목 관절의 두 축을 동일 면에 놓을 것인가? • 발목 관절을 다른 평면에 축을 놓을 것인가? • 골반부에 구조는 어떻게 할 것인가? • 모터의 반대편 축을 어떻게 고정할 것인가?

  9. 어떤 제어 방식으로 할것인가? • 각각의 모터에 슬레이브 MCU를 둔다. • 하나의 MCU를 가지고 모두 제어한다. • 펄스열을 생성할 때 동시에 생성할 것인가? • 펄스열을 연속적으로 나열할 것인가? • 아나로그 서보인가? • 디지털 서보인가?

  10. 어떤 방식의 무선통신을 사용할 것인가? • FM RF Module • Bluetooth Module • IR 통신 • Radio Control System • AM RF Module

  11. 서보 시스템 • 지령에 따라 충실히 수행하는시스템을 총칭 • 반드시 상위로부터 지령을 받아 동작 • 받은 지령을 충실히 수행하기 위하여 자체적인 피드백 제어 시스템을 갖고 있다

  12. 인코더 • 회전자 위치 판별 - 최적의 조건으로 제어 할 수 있도록 하는 역할, 서보의 출력 특성에 중요한 요소. • 위치 카운팅 - 위치펄스의 분해능은 서보의 정밀도를 결정. • 동일조건의 서보모터에서 인코더의 성능은 서보 시스템의 성능과 정밀도를 좌우하게 된다.

  13. DC 서보모터 • 장점 : -제어회로가 간단하여 소형화가 용이하다 -제어 드라이브의 가격이 싸다 • 단점 : -브러쉬 마모에 따른 분진발생과 유지보수 필요 -정류자와의 기계적 접촉에 따른 소음이 발생 -고속회전이 어렵다.

  14. DC 서보모터 • 용도 : 초소형 제어시스템, 운반기계.

  15. AC 서보모터 • 장점 : - 브러쉬 및 정류자가 없어 유지보수가 필요없고, 소음이 적다. -구조가 견고하고, 내환경성이 우수 -대출력이 용이 -고속회전이 용이 • 단점 : - 제어회로가 복잡하고, 가격이 비싸다. - 회전자 위치검출 장치가 필요.

  16. AC 서보모터 • 용도 : 각종 산업용기계 및 자동화 시스템에 광범위하게 사용.

  17. 서보모터와 스테핑모터 • 서보모터 - 센서를 이용하여 피드백제어를 함으로써 지령에 대하여 고속, 고정밀로 추종 • 스테핑 모터 - 위치를 펄스단위로 분해, 지령펄스 만큼 위치 이동 - 위치센서가 없어 탈조 발생 시 위치가 틀어진다 - 진동 및 소음이 심하고, 대출력이 어려워 소형 제어 시스템에서 주로 이용 - 제어회로가 간단하여 가격이 싸다

  18. AI MOTOR-701

  19. 서보모터와 AI모터와의 차이점 • 서보모터 - PWM 방식의 펄스 신호로 제어 명령 • AI 모터 - RS232 비동기 직렬통신 방식의 명령 패킷으로 제어 서보모터가 가지지 않는 여러 기능 제공

  20. PWM(Pulse Width Modulation) - 펄스신호의 듀티비를 조정하는 방법 - 듀티비 : 한 주기에 대한 High 신호의 시간의 비 - 듀티비를 조정함으로서 제어값의 조정 - ON,OFF의 비(RATIO)를 제어하여 속도 제어

  21. AI 모터의 장점 • 장점 - 우수한 가격 대비 성능 - 모듈간의 뛰어난 조립성 - 강인한 기어 내구성 - 다양한 동작 모드 지원 - 테스트 도구 프로그램 지원 - 다양한 응용 프로그램 지원

  22. 서보모터와 AI모터의 비교시 유의사항 • AI모터는 모터 뿐만 아니라 기구부(기어,연결부), 하드웨어부(제어회로, 센서회로,통신회로, 전원회로, 전원보호회로, 모터드라이버회로)가 함께 모듈화된 제품이다.

  23. 서보모터의 구동 • DC 모터 - 적절한 전원만 공급하면 모터는 동작 - DC모터가 +,- 의 두개의 전선으로 연결 • 서보모터 - 전원만 연결해서는 모터가 구동하지 않는다 - 전원과 함께 펄스 신호를 내보내주어야 한다 - +,- 그리고 펄스신호를 보내는 신호선이 추가가 되어 통상 세개의 전선으로 연결

  24. AI 모터의 구동 • 마이컴(또는 PC)을 통해 제어명령(패킷)을 주고 AI모터 내에 있는 또다른 두뇌에서 PWM신호를 모터드라이버회로에 보냄으로써 모터를 구동시키게 됩니다.

  25. RC서보모터의 제어 명령 인터페이스 : PWM AI모터의 제어 명령 인터페이스 : RS-232 비동시 직렬 통신에 의한 패킷 신호

  26. AI 서보모터 하드웨어적인 연결 • 필요한 준비물 - AI모터 1개와 컴퓨터, MGR-B232보드, 시리얼잭, 전원어답터, AI 모터 데이터선.

  27. RS-232 • AI 모터에서 사용하는 신호레벨은 0 과 +5V이고, PC쪽의 시리얼포트에서 나오는 신호선 레벨은 +-12V 이므로 곧바로 연결해서 사용할 수 없다. • 레벨(즉, 전압)을 변화시켜주는 기능이 필요하며, 이러한 레벨변환기의 역할을 칩(MAXIM사의 MAX232 Line Driver IC)을 사용하여 만든다.

  28. MAX232 회로도

  29. 연결

  30. AImotorTool v121 • AImotorTool - AI모터의 제작사에서 제공하는 파라메터 변경 툴 • 모터를 운영하는데 필요한 기본적인 사항들을 조정하게 해주는 AI모터 전용프로그램

  31. AImotorTool v121

  32. AI모터 기능 • 위치 제어 기능 저해상도 모드 (0 ~ 332ﾟ), 고해상도 모드 (0 ~ 166ﾟ) • 센서 기능 전류(8 bit), 위치(8 bit) 피드백 • 속도 조절 기능 위치 제어 모드5단계,360ﾟ회전 모드16단계

  33. AI모터 기능 • 해상도 조절 기능 (2단계) 저해상도 1.3ﾟ, 고해상도 0.65ﾟ • 360ﾟ회전 기능 (바퀴형 동작 모드) • 동기화 위치 제어 기능 여러 개의 모듈을 동시에 동작시키는 기능

  34. AI모터 기능 • 이동 범위 설정 기능 출력단의 최대 위치 최소 위치를 , 설정 가능 • 역전압 보호 기능 0 ~ -28 V 까지 보호 • 과전류 보호 기능 과전류 기준 설정 가능 범위 400~1000mA

  35. AI모터 기능 • 파라메타 설정 기능 ID, 통신 속도, 해상도, 과전류 기준, P-이득, D-이득 • 전압 감지 기능 입력 전압(5 ~ 10V)에 따라 내부의 제어 이득이 자동으로 설정

  36. AI모터 기능 • 모듈간의 기구적 직접 연결 기능 2개의 출력 샤프트,1개의 몸체 연결부,11종의 연결부로 다양한 연결 가능 • 모듈간의 전기적 직접 연결 기능 2개의 커넥터 단자,연결 케이블을 이용하여 전기적으로 직접 연결 가능

  37. AI모터 기능 • 통신에 의한 제어 기능 Full-duplex 방식의 UART를 내장하여, RS-232 패킷 통신 방식으로 제어되며 한 개의 채널당 31개까지 연결해서 제어 가능

  38. 추후 계획 • MAX232 칩을 이용하여 RS232C 보드 구현 • 모터의 기본 기능들 구현 • 배터리 팩을 만들어서 전원부 구현 • 여러 모터를 연결해 자연스러운 동작을 구현

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