바퀴형 로봇용 BLDC 모터: 구동 레이아웃, 듀티, 기어링

바퀴형 로봇이 타이어에서 토크를 얻는 데 필요한 것은 감속기가 아니라 로봇을 지탱할 수 있는 구조입니다. 현재 바퀴형 로봇 응용 분야에 묶여 있는 모든 다이렉트 구동 유닛은 하우징도, 자체 베어링도 없는 스테이터와 회전자만으로 공급되므로, 레이디얼 하중(radial load)으로서 허브에 도달하는 기계의 무게는 설계자가 마련한 무언가가 감당해야 합니다. 같은 그룹의 기어드 모듈 두 개는 대신 정격 레이디얼 하중 수치를 공표하는데, AKA60-6 KV80은 18 kg, AKA10-9 KV60은 50 kg이며, 제조사는 두 제품 모두 바퀴형 로봇과 AGV를 위해 만들어졌다고 설명하고, 더 큰 쪽은 바퀴형 플랫폼에서 측면 및 레이디얼 충격을 견디도록 규정되어 있습니다. 부하 경로가 기계인 베어 모터와 부하 경로가 자체 출력단인 기어드 유닛으로 갈리는 이 구분이 이후의 모든 것을 정리합니다. 접지점에서의 토크, 바퀴가 실제로 회전하는 속도, 바퀴 네 개가 하나의 팩에서 끌어오는 전류, 그리고 설계하고 비용을 지불해야 하는 부품의 수입니다.

한눈에 보는 답

현재 이 응용 분야에 묶여 있는 바퀴형 로봇용 BLDC 모터는 열한 개이며, 좋은 것과 나쁜 것이 아니라 두 가지 아키텍처로 나뉩니다. 아홉 개는 프레임리스 다이렉트 구동 키트로, 60 g에서 710 g까지의 아우터 로터 RO 유닛 다섯 개와 155.9 g에서 500 g까지의 이너 로터 RI 유닛 네 개이며, 중간 단도, 백래시도, 감속 손실도 없이 토크를 바퀴에 곧바로 전달하고, 허브 베어링과 축, 레이디얼 하중 경로를 전적으로 기계 설계에 맡깁니다. 두 개는 기어드 일체형 모듈로, 6:1의 AKA60-6 KV80과 9:1의 AKA10-9 KV60이며, 감속단과 작은 백래시 수치를 대가로 출력 측 토크와 정격 레이디얼 하중을 공표합니다. 열한 개 전체에서 정격 토크는 0.2 N·m에서 18 N·m까지, 최대 토크는 53 N·m에 이르고, 질량은 60 g에서 1.06 kg까지이며, 모두 제조사가 공표한 값입니다.

여기서 세 가지 결과가 따라오며, 이것이 선택을 KV로 결정하지 않는 이유입니다. 첫째, 다이렉트 구동 바퀴에서 모터는 정상 주행 시 정격 속도보다 훨씬 낮게 회전하므로, 전기적 속도 상한이 선택을 좌우하지 않습니다. 결정하는 것은 듀티의 가장 가혹한 구간에 대항하는 연속 토크입니다. 둘째, 기어드 바퀴에서는 반대입니다. 출력 속도가 구속 조건이 될 수 있는데, 토크를 사는 감속이 속도를 나누기 때문입니다. 셋째, 바퀴가 가하는 레이디얼 하중은 다이렉트 구동 키트가 스스로 감당하지 않는 하중이므로, 결정은 모터 단독이 아니라 모터와 허브 구조 사이에서 나뉩니다. 아래 절들은 이 세 가지를 차례로 다룬 다음, 열한 개를 하나의 사양 표로 놓고 구동 레이아웃별로 읽습니다.

바퀴형 로봇이 BLDC 모터에 요구하는 것

바퀴형 이동 로봇은 부하가 간헐적인 연속 듀티 기계입니다. 이 구분이 중요한 이유는 사양 패널에서 가장 흔히 인용되는 두 수치, 즉 최대 토크와 무부하 속도가 바퀴 구동이 수명 중 가장 적게 사용하는 값이기 때문입니다. 다리 관절은 착지 순간에 최대 토크를 1초의 몇 분의 일 동안만 발휘합니다. 반면 바퀴 구동은 플랫폼이 만재 상태로 경사를 오를 때마다 연속 능력에 가까운 값을 요구하며, 그것도 개방형 프레임 위의 관절처럼 환기할 수 없는 바퀴 안에 모터가 들어 있는 상태에서 그렇게 합니다.

바퀴가 곧 부하 경로다: 레이디얼 하중이 허브에 도달한다

관절에서는 모터의 출력이 토크이고, 그 반력은 주변 구조가 감당합니다. 바퀴에서는 같은 토크가 관절이 보지 못하는 것과 함께 도착합니다. 기계의 무게가 접지점과 축을 거쳐, 바퀴를 지탱하는 무엇엔가 가해지는 레이디얼 하중으로 전달되는 것입니다. 프레임리스 키트에는 베어링이 없으므로 다이렉트 구동 경로에서는 그 하중이 설계자가 설계한 허브에 도달하며, 제조사 자체 제품 노트도 이 제품군에 대해 같은 점을 지적합니다. 이들은 회전자와 스테이터를 분리한 부품으로 공급되며, 그래서 지지 구조와 플랜지, 베어링 배치를 기계에 맞춰 조정할 수 있습니다. 기어드 경로는 대신 수치를 공표합니다. AKA60-6 KV80은 레이디얼 하중 18 kg으로, AKA10-9 KV60은 50 kg으로 정격되며, 후자는 같은 토크에서 AK10-9 대비 레이디얼 하중 용량을 약 120% 높인 구조 재설계이자 바퀴형 플랫폼이 만들어 내는 측면 및 레이디얼 충격에 최적화된 제품으로 설명됩니다.

연속 듀티가 먼저, 최대 토크는 마지막

정격 토크는 권선의 열 한계 내에서 유지할 수 있는 값이며, 바퀴형 로봇에서는 작업 수치입니다. 최대 토크는 짧은 구간의 예비분이고, 그 구간 자체와 그 배후의 주위 온도 및 장착 가정은 제품 기록이 아니라 제조사 문서에 있습니다. 열한 개를 정격 토크만으로 읽으면 RO40 KV140 Lite의 0.2 N·m에서 AKA10-9 KV60의 18 N·m까지, 구십 배의 폭이 나오며, 이는 이 응용 분야가 60 g의 킥 스쿠터급 바퀴부터 레이디얼 하중 50 kg의 산업용 플랫폼까지 모두 포괄한다는 것을 상기시킵니다.

연석과 경사, 그리고 방향 전환

연석은 토크 이벤트이고 경사는 듀티 이벤트이며, 둘을 같은 수치로 사이징해서는 안 됩니다. 경사를 오르면 중력 항이 더해져 오르는 동안 내내 모터에 남으며, 이는 연속 듀티 문제이므로 정격 토크에 대조해야 합니다. 연석은 짧은 장애물로 도착해 최대 토크 이벤트에 가깝고, 바퀴가 그 앞에서 정지해 있는 시간으로 한정됩니다. 방향 전환은 다른 이유로 중요합니다. 차동 구동 베이스에서는 양쪽을 서로 반대 방향으로 구동해 회전을 만들므로, 모터는 기동 중 일부 구간에서 에너지를 내보내는 대신 흡수하며, 이렇게 되돌아온 에너지는 드라이브 전자장치 어딘가로 가야 합니다.

바퀴 네 개가 하나의 팩에서 전류를 끌어온다

전류 예산은 단일 수치가 아니라 합계입니다. 정격 전류 4 A인 동일한 바퀴 네 개는 플랫폼이 출발하거나 바퀴가 접지력을 잃을 때 발생하는 전류 서지를 전혀 고려하지 않고도 연속 16 A를 끌어오며, AKA60-6 KV80은 정확히 정격 4 A를, 그룹에서 가장 큰 다이렉트 구동 유닛인 RO100 KV55는 정격 20 A를 공표합니다. 토크만 보고 선택한 뒤 산술을 나중에 발견하는 것이 팩이 용량 부족으로 끝나는 흔한 경로입니다.

다이렉트 구동 프레임리스, 아니면 기어드 바퀴 액추에이터

아키텍처 질문은 사양 질문보다 앞서는데, 어떤 수치가 바퀴 구동 모터에 의미가 있는지를 결정하기 때문입니다. 다이렉트 구동 바퀴는 회전자가 바퀴 속도로 도는 모터입니다. 기어드 바퀴는 그 사이에 기어 단이 있고 회전자가 바퀴 속도에 감속비를 곱한 속도로 도는 모터입니다. 둘 다 이 응용 분야에 있으며, 열한 개는 아홉 대 둘로 다이렉트 구동 쪽에 기웁니다.

다이렉트 구동: 바퀴 속도가 곧 모터 속도다

열한 개 중 아홉 개, 즉 RO 아우터 로터 다섯 개와 RI 이너 로터 네 개가 프레임리스 키트입니다. 다이렉트 구동 바퀴에서는 출력 속도가 모터 속도이므로 공표된 속도 수치를 감속 항 없이 주행 속도에 대조해 읽을 수 있고, 백래시를 더하는 기어 단도, 잃을 감속 효율도, 회전자와 타이어 사이의 추가 회전 관성도 없습니다. 그 대가로 접지점에서 쓸 수 있는 토크는 모터가 낼 수 있는 토크와 정확히 같으며, 모터는 바퀴의 전체 듀티를 연속으로 감당할 수 있어야 합니다. 여기서 가장 큰 다이렉트 구동 유닛인 RO100 KV55 Standard는 710 g에서 정격 4 N·m, 최대 12 N·m를 공표합니다.

기어드: 타이어에서의 토크, 그리고 감안해야 할 단

AKA 모듈 두 개가 기어드 옵션이며, 그룹에서 감속비와 백래시 수치, 정격 레이디얼 하중을 함께 공표하는 유일한 유닛입니다. AKA60-6 KV80은 6:1 단, 출력에서 정격 3 N·m와 최대 9 N·m, 460 g, 레이디얼 하중 18 kg을 공표합니다. AKA10-9 KV60은 9:1 단, 정격 18 N·m와 최대 53 N·m, 1.06 kg, 백래시 0.15°, 레이디얼 하중 50 kg을 공표하며, 출력 측에 단일 16비트 자기 엔코더가 있습니다. 이 단이 사주는 것은 더 가벼운 모터로 얻는 타이어에서의 토크이고, 치르는 값은 속도의 분할과 백래시 수치, 그리고 모든 속도 값을 모터 측이 아니라 감속기 출력 측에서 읽어야 하는 의무입니다.

프레임리스 키트에 포함되지 않는 것

프레임리스 키트는 스테이터와 회전자입니다. 하우징도, 베어링도, 축도 없으며 별도로 지정하지 않는 한 엔코더도 없고, RO 제품군에 대한 제조사 노트는 중공 보어가 케이블 배선과 출력 축 또는 감속기로의 직접 결합을 위한 것이라고 덧붙입니다. 이 거래를 한 문장으로 말하면 이렇습니다. 키트는 하우징이 있는 어떤 것보다 가볍고 기계적으로 자유로우며, 그 대가로 베어링 배치와 하우징, 레이디얼 하중 경로가 기계 설계의 일부가 됩니다. RI 이너 로터는 그 배치가 기반으로 삼는 보어를 공표합니다. RI50 KV100은 22 mm, RI60 KV120은 30 mm, RI80 V2.0 KV75는 40.5 mm, RI100 KV105는 45 mm이며, 이는 관통 축이나 케이블 런에 쓸 수 있는 공간이지 베어링 사양이 아닙니다.

백래시는 구동 축이 아니라 조향 축의 문제다

구동만 하고 조향하지 않는 바퀴에는 구동 경로의 백래시 수치가 쓸모가 없습니다. 바퀴가 지면에 맞닿아 있고, 지면은 진행 방향으로 컴플라이언트하지 않기 때문입니다. 기어드 유닛이 바퀴 각도를 유지하는 스워브 또는 조향 모듈에서는 이야기가 다릅니다. 그곳에서는 백래시가 타이어가 반응하기 전의 진행 방향 유격으로 나타나므로 사양으로 읽을 가치가 있습니다. 이 응용 분야의 대부분을 차지하는 구동 전용 바퀴에서 중요한 두 수치는 출력 토크와 정격 레이디얼 하중이며, AKA10-9 KV60은 실제로 조향하는 모듈을 위해 그 옆에 백래시 0.15°를 함께 공표합니다.

공표된 기록에서 바퀴의 토크와 속도, 전류 읽기

뒤따르는 표의 모든 수치는 제조사가 해당 모델에 대해 공표한 값이며, 이 절의 계산은 매번 바퀴 지름을 명시한 상태에서 그 수치들에 수행한 산술입니다. 목적은 공표된 열 중 어느 것이 실제로 바퀴 구동을 결정하는지 보여 주는 것입니다. 그중 두 개는 사양 패널에서 차지하는 비중에 비해 훨씬 덜 중요하다는 것이 드러나기 때문입니다.

회전자의 토크에서 접지점의 추력까지

토크는 바퀴 반지름으로 나누면 추력이 됩니다. 정격 0.58 N·m인 RI50 KV100이 반지름 0.0625 m의 125 mm 바퀴를 구동하면 접지점에서 9.3 N의 추력이 나오고, 그런 바퀴 네 개는 합쳐서 37 N을 냅니다. 같은 산술을 반지름 0.1 m의 200 mm 바퀴에 적용하면 그 0.58 N·m는 바퀴당 5.8 N이 되는데, 같은 모터로 37% 감소한 값입니다. 더 큰 바퀴는 모터에 대해 더 긴 지레이기 때문입니다. 계산 전체는 정격 토크와 명시된 바퀴 지름이라는 두 개의 공표 열에만 기대며, 그 밖의 것은 없습니다.

공표된 속도에서 주행 속도까지

주행 속도는 같은 바퀴의 원주에서 나옵니다. 초당 미터 단위의 속도는 미터 단위의 바퀴 원주에 초당 회전수를 곱한 값이며, 원주율에 지름과 rpm을 곱해 60으로 나눈 것과 같습니다. 지름 125 mm에서 2 m/s의 순항에는 바퀴가 306 rpm 필요하고, 200 mm에서는 같은 순항에 191 rpm이 필요합니다. 이 두 수치가 공표된 속도 열을 읽는 기준이며, 그렇게 읽으면 이 응용 분야에서 가장 유용한 관찰 하나가 나옵니다. 다이렉트 구동 유닛은 공표된 버스 레벨에서 2000 rpm에서 4200 rpm 사이의 정격 속도를 공표하는데, 이는 125 mm 바퀴에서 2 m/s 순항이 실제로 요구하는 306 rpm의 육 배에서 십사 배입니다. 기어드 AKA60-6 KV80은 48 V에서 400 rpm, 즉 요구치의 1.3배를 공표하고, AKA10-9 KV60은 그보다 낮은 109 rpm을 공표하므로, 바퀴 지름 125 mm에서 그 모듈의 정격 속도는 주행 속도를 약 0.71 m/s로 제한하며, 바퀴가 200 mm로 커져야 1.14 m/s에 도달합니다.

정격 전류가 듀티를 결정하는 수치다

권선을 가열하는 것은 전류이고, 권선은 그 열이 빠져나가야 하는 표면입니다. 바퀴형 로봇에서 모터는 지면 가까이, 흔히 기계 설계자가 통풍이 아니라 강성을 위해 만든 바퀴나 하우징 안에 자리하므로, 열 경로는 보통 개방된 공기 중의 관절보다 나쁩니다. 따라서 정격 전류는 전기적 세부 사항이 아니라 듀티 한계로 읽어야 합니다. RO100 KV55 Standard는 20 A를, RO40 KV140 Lite는 2.85 A를 공표하는데, 이 일곱 배라는 차이는 각 권선이 얼마나 많은 열을 어느 기간에 걸쳐 배출해야 하는지에 대한 진술입니다.

하나의 기록에 담긴 세 전압 열

열한 개 중 네 개, 즉 RI 이너 로터 그룹 전체가 같은 기록, 같은 권선에서 24 V, 36 V, 48 V의 속도와 전류 값을 공표합니다. 이는 마케팅상의 편의가 아니라, 세 개의 전기적 운전점을 가진 하나의 기계 사양이며, 바퀴형 로봇용 BLDC 모터에서 이것이 있어서 플랫폼을 모터에 맞춘 전압이 아니라 이미 존재하는 팩을 중심으로 설계할 수 있습니다. 아래 표는 그 세 열을 나란히 놓습니다.

현재 바퀴형 로봇 응용 분야에 묶여 있는 이너 로터 모델 네 개에 대해 제조사가 공표한 정격 전압, 각 공표 버스 레벨에서의 무부하 속도, 각 공표 버스 레벨에서의 정격 속도, 정격 토크입니다. 정격 속도는 정격 토크에서의 출력 측 값이고, 무부하 속도는 해당 버스 레벨에서의 상한입니다. 각 기록에서 세 열은 하나의 정격 토크와 하나의 최대 토크, 하나의 정격 전류를 공유하며, 그래서 이것들이 하나의 기계 사양 위에 놓인 세 개의 전기적 운전점이 됩니다. 무부하 속도 열은 버스 레벨에 정확히 비례하여, 모든 행에서 36 V 값이 24 V 값의 1.5배이고 48 V 값이 그 두 배입니다. 정격 속도 열은 그보다 조금 더 빠르게 올라, 36 V에서 1.53배에서 1.71배, 48 V에서 2.06배에서 2.39배이며, 네 비율 모두 같은 행과 모델의 24 V 열로 각 공표 열을 나누어 도출한 값입니다. 바퀴 속도와 주행 속도는 표에 넣지 않았습니다. 공표된 rpm을 주행 속도로 바꾸려면 명시된 바퀴 지름이 필요하고, 그 계산은 표가 아니라 본문에 나옵니다.

쌍을 따라 내려가며 읽으면 거래는 정확합니다. 버스를 24 V에서 48 V로 올리면 무부하 속도가 정확히 두 배가 되고 정격 속도가 2.06배에서 2.39배로 올라가며, 정격 토크와 최대 토크, 정격 전류는 그대로입니다. 토크는 권선 전류가 정하고, 권선은 어느 버스 레벨에서든 같은 토크에 같은 전류를 흘리기 때문입니다. 더 높은 버스가 더해 주는 것은 속도 열의 상단부에 아예 도달할 수 있는 여유이며, 그렇지 않으면 역기전력이 드라이브가 공급할 수 있는 전류량을 제한하게 됩니다. 더해 주지 않는 것은 연속 토크이고, 연속 토크야말로 바퀴형 로봇이 수명 내내 사용하는 값입니다.

바퀴형 로봇용 BLDC 모터: 사양 비교 매트릭스

현재 바퀴형 로봇 응용 분야에 묶여 있는 열한 개 모델을 아래에 하나의 사양 세트로 놓았으며, 가장 작은 바퀴 유닛에서 하중 지지 유닛으로 넘어가는 단차가 열 자체에 드러나도록 공표된 정격 토크 기준으로 정렬했습니다. 모든 수치는 제조사가 해당 모델에 대해 공표하고 이 플랫폼이 제품 기록에 담고 있는 값입니다. 정격 전압은 공표된 대로 표시하므로, 3중 정격 기록은 세 레벨이 모두 나타납니다.

제조사가 공표한 정격 전압, 정격 토크, 최대 토크, 정격 전류, 정격 속도, 질량, 외형을, 현재 바퀴형 로봇 응용 분야에 묶여 있는 모델에 대해 정격 토크 기준으로 정렬했습니다. 정격 토크는 권선의 열 한계 내 연속 수치이고, 최대 토크는 단시간 구간의 수치이며, 그 구간과 주위 온도 가정, 장착 조건은 기록이 아니라 제조사 문서에 있습니다. 전압 수치가 하나면 단일 버스 모델이고, 둘 또는 셋이면 그 버스 레벨 각각에서 공표된 모델이며, 대응하는 속도 수치도 전압 열의 오름차순으로 각각 따로 공표됩니다. 정격 속도는 정격 토크에서의 출력 측 값이므로, 기어드 모듈 두 개에서는 이미 감속비로 나뉜 값입니다. 외형은 외경과 본체 길이로 주어지며 축과 케이블, 커넥터 돌출부는 제외합니다. 프레임리스 키트에서는 스테이터와 회전자 어셈블리이고, 기어드 모듈에서는 자체 베어링 배치를 포함한 완성 유닛입니다. 감속비 열은 없습니다. 열한 개 기록 중 아홉 개는 감속단이 아예 없고, 있는 두 개의 비율은 본문에 제시합니다.

열한 개를 한 페이지에 놓으면 두 가지가 두드러집니다. 첫째, 토크 열과 질량 열은 나란히 가지 않습니다. RO100 KV55 Standard는 710 g에서 정격 4 N·m를 공표하고, AKA60-6 KV80은 460 g에서 정격 3 N·m를, AKA10-9 KV60은 1.06 kg에서 18 N·m에 이릅니다. 기어드 모듈은 다이렉트 구동 유닛이 구리와 자석으로 하는 일을 단으로 해내고 있으며, 그 값은 속도 열입니다. 다이렉트 구동 유닛의 네 자리 수에서 400 rpm, 다시 109 rpm으로 떨어집니다.

둘째, 정격 전류도 정격 토크를 따라가지 않습니다. AKA10-9 KV60은 10.6 A로 18 N·m를 유지하는데, 감속단이 모터 전류를 비례해서 늘리지 않고 모터 토크를 출력 토크로 바꾸기 때문이며, RO100 KV55 Standard는 4 N·m에 20 A가 필요합니다. 듀티 한계로 읽으면, 이 차이는 토크 수치만이 시사하는 것보다 배터리 구동 플랫폼에 더 값어치가 있습니다. 기어드 바퀴는 팩 전류를 바퀴 토크로 더 효율적으로 바꾸는 대신, 백래시 수치와 목표 순항 속도에 대조해 확인해야 하는 속도 상한을 치릅니다.

구동 레이아웃별로 열한 개 읽기

표는 토크로 정렬하는데, 이는 선정 결정에는 맞는 순서이고 그룹이 무엇을 담고 있는지 이해하기에는 틀린 순서입니다. 대신 구조로 읽으면 열한 개는 네 블록으로 나뉩니다. 24 V 아우터 로터 키트 두 개, 48 V 아우터 로터 키트 세 개, 이너 로터 네 개, 그리고 기어드 모듈 두 개입니다.

24 V Lite 한 쌍: RO40 KV140과 RO50 KV108

Lite 아우터 로터 두 개는 그룹에서 가장 작고 가벼운 유닛이며, 단일 24 V 버스로 정격된 유일한 제품입니다. RO40 KV140 Lite는 Ø46.3 × 13 mm 외형에서 60 g으로 정격 0.2 N·m와 최대 0.6 N·m를 공표하고, RO50 KV108 Lite는 Ø61.7 × 14.5 mm에서 105 g으로 정격 0.3 N·m와 최대 0.9 N·m를 공표합니다. 둘 다 Lite 사양의 일부로 홀 센서 없이 공급되며, 둘 다 하중 지지 축이 아니라 케이블 배선을 위한 중공 보어를 갖습니다. 둘 중 어느 것으로 바퀴를 만들든 서보 루프는 모터 내부의 센싱이 아니라 기계가 제공하는 엔코더로 닫히며, 이는 Lite 사양의 기계적 결과이지 권선의 한계가 아닙니다.

48 V Standard 삼인방: RO60 KV115, RO80 KV105, RO100 KV55

Standard 아우터 로터 세 개는 단일 48 V 버스로 옮겨가고 사양의 일부로 홀 및 온도 센싱을 더합니다. RO60 KV115 Standard는 248 g으로 정격 0.8 N·m와 최대 2.4 N·m를, RO80 KV105 Standard는 352 g으로 정격 1.3 N·m와 최대 4 N·m를, RO100 KV55 Standard는 Ø113.5 mm에서 710 g으로 정격 4 N·m와 최대 12 N·m를 공표합니다. 세 제품을 따라 내려가면 질량은 2.9배 오르는데 정격 토크는 5배 올라, 더 큰 유닛이 작은 유닛을 단순히 확대한 버전이 아님을 보여 줍니다. RO100 KV55 Standard는 또한 그룹에서 가장 높은 정격 전류인 20 A를 공표하며, 바퀴 네 개가 하나의 팩에서 구동될 때 중요한 수치가 바로 이것입니다.

이너 로터 네 개: RI50 KV100, RI60 KV120, RI80 V2.0 KV75, RI100 KV105

RI 그룹은 반대 방향으로 만들어집니다. 자석이 안쪽에 있고 권선이 그것을 둘러싸므로, 회전자가 내부 부재이고 어셈블리는 중공축이 아니라 관통 보어를 갖습니다. 그 보어는 네 기록 모두에 공표되어 있으며, 관통 축이나 케이블 런을 위한 설계 외형입니다. RI50 KV100은 22 mm, RI60 KV120은 30 mm, RI80 V2.0 KV75는 40.5 mm, RI100 KV105는 45 mm입니다. 네 제품 모두 24 V, 36 V, 48 V에서 공표되고, 모두 0.57 N·m에서 1.76 N·m 사이로 정격되어, RO60과 RO80 아우터 로터와 같은 토크 대역에 놓이면서 다른 기계적 인터페이스와 더 넓은 버스 범위를 제공합니다.

기어드 바퀴 액추에이터 두 개: AKA60-6 KV80과 AKA10-9 KV60

이 그룹에서 응용 분야 행에 바퀴형 로봇을 명시한 기록은 AKA 모듈 두 개입니다. 두 기록 모두 AGV와 바퀴형 로봇을 명시된 응용 분야로 나열하는 반면, RO Standard 세 제품은 협동로봇 팔을, 이너 로터 네 개는 협동로봇 팔 또는 외골격을 명시하며, Lite 한 쌍은 응용 분야 행 자체를 공표하지 않습니다. AKA60-6 KV80은 6:1 단, 정격 3 N·m와 최대 9 N·m, 정격 전류 4 A, 460 g, 레이디얼 하중 정격 18 kg을 제공하며, 제조사는 보강된 부하 경로가 비슷한 토크에서 AK60-6 대비 레이디얼 용량을 약 52% 높인다고 밝힙니다. AKA10-9 KV60은 9:1, 정격 18 N·m와 최대 53 N·m, 정격 전류 10.6 A, 1.06 kg, 레이디얼 하중 50 kg, 백래시 0.15°, 출력 측 16비트 자기 엔코더를 제공합니다. 9:1 기록은 또한 다른 어떤 것을 고려하기 전에 정격 속도 109 rpm을 목표 순항 속도에 대조해 확인해야 하는 기록입니다.

같은 토크에서 아우터 로터인가 이너 로터인가

그룹 안의 두 유닛이 비슷한 토크를 공표하는 경우, 둘 사이의 선택은 전기적이 아니라 기계적입니다. RO80 KV105 Standard와 RI80 V2.0 KV75는 각각 최대 토크 4 N·m와 4.1 N·m를, 352 g과 411 g에서, Ø92.6 × 26.4 mm와 Ø85 × 27 mm로 공표합니다. 아우터 로터는 더 가볍고 약간 더 넓으며, 이너 로터는 지름이 더 좁고 59 g 더 무거우며, 40.5 mm 관통 보어와, 단일 48 V 정격 대신 24/36/48 V 버스를 제공합니다. 어느 차이도 성능 차이가 아니며, 둘 다 바퀴 구조가 무엇을 받아들일 수 있는지로 결정됩니다. 아우터 로터는 회전하는 외부 부재 주위에 반경 방향 여유가 필요하고, 이너 로터는 보어 공간과 그를 통과하는 축이 필요합니다. 프레임리스 제품군 전체에 대한 더 넓은 논의는 프레임리스 토크 모터: 진입 등급부터 고성능 등급까지 12개 모델 비교에 나옵니다.

장착과 베어링, 그리고 레이디얼 하중 경로

이것은 어떤 모터 사양으로도 해결되지 않는 바퀴형 로봇 설계의 부분이며, 다이렉트 구동 경로가 돈이 아니라 설계 시간을 요구하는 이유입니다. 또한 바퀴형 로봇용 BLDC 모터 후보 목록이 최종적으로 갈리는 지점이기도 합니다. 이 문제에서 공표된 수치는 답을 주는 대신 문제의 범위를 한정하기 때문입니다. 그래도 그 수치는 유용하게 범위를 한정합니다. 기록이 정격 레이디얼 하중을 담고 있으면 그 하중은 유닛 내부에서 감당되고, 담고 있지 않으면 하중은 기계가 감당합니다.

로봇의 무게를 감당하는 것

기어드 모듈 두 개에서는 답이 명시되어 있습니다. AKA60-6 KV80은 레이디얼 하중 18 kg으로, AKA10-9 KV60은 50 kg으로 정격되며, 제조사는 더 큰 쪽을 바퀴형 플랫폼에서 측면 및 레이디얼 충격을 받도록 만들어진 구조 재설계로 설명합니다. 이 두 수치가 모든 바퀴형 로봇이 던지는 질문에 대한 공표된 답이며, 모듈 내부 베어링 배치를 이에 맞춰 사이징합니다. 프레임리스 키트 아홉 개에는 상응하는 수치가 나타나지 않는데, 사이징할 베어링 배치가 없기 때문입니다. 제품군에 대한 제조사 노트는 이 키트를 분리된 스테이터와 회전자 부품으로 공급되는 것으로 설명하며, 그래서 지지 구조와 플랜지, 베어링 배치를 기계에 맞춰 설계할 수 있습니다.

보어는 배선 결정이다

공표된 보어 수치는 기능이 아니라 설계 제약으로 읽을 가치가 있습니다. RI100 KV105의 45 mm 관통 보어는 케이블 다발이나 고정 축이 바퀴 중심을 통과하기에 충분하며, 그래서 회전하는 케이블 연결 없이 바퀴 구동을 만들 수 있습니다. RI50 KV100의 22 mm 보어는 케이블 런에는 충분하지만 같은 규모의 구조용 축에는 부족합니다. RO 아우터 로터는 같은 목적을 위한 중공 설계로 보어를 공표하며, RO40과 RO50은 각각 13 mm와 14.5 mm 본체 길이에 그것을 담고 있는데, 이는 그룹에서 가장 작은 바퀴에 쓸 수 있는 공간입니다.

공표된 문서가 확정하는 것과 그렇지 않은 것

이 그룹의 모든 모델에 대해 공표된 것은 전기 및 기계 사양입니다. 정격 및 최대 토크, 정격 전류, 각 버스 레벨에서의 정격 속도, 질량, 외형, 그리고 해당되는 경우 보어와 감속비, 백래시, 정격 레이디얼 하중입니다. 제품 기록에 공표되지 않은 것은 최대 토크 배후의 듀티 구간, 열 수치 배후의 주위 온도 및 장착 가정, 레이디얼 하중 정격 배후의 베어링 수명, 그리고 습하거나 먼지 많은 환경에서의 밀봉 배치입니다. 이 네 가지는 제조사 데이터시트와 기술 도면에 있으며, 야외에서 운용되는 바퀴형 플랫폼에서는 사양이 확정된 뒤가 아니라 그 전에 해결할 가치가 있습니다.

바퀴형 로봇용 BLDC 모터 선정: 사이징 순서

아래 순서는 이 응용 분야의 수치를 확정해야 하는 순서이며, 각 단계가 다음 단계가 되돌릴 수 없는 후보를 제거하기 때문입니다.

1. 바퀴 지름과 순항 속도를 확정한다. 이 두 수치가 듀티에 필요한 바퀴 rpm을 만들어 내며, 125 mm에서는 2 m/s에 306 rpm입니다. 그 하나의 수치가 속도가 남아도는 다이렉트 구동 바퀴 구동 모터 후보와, 정격 속도가 구속 조건이 될 수 있는 기어드 후보를 곧바로 갈라 놓습니다.
2. 연속 듀티와 최악의 연석을 확정한다. 경사와 만재 순항에 대항하는 연속 토크가 어느 정격 토크 열이 허용 가능한지를 결정하고, 연석은 제조사가 명시한 최대 구간에 대조해 최대 토크가 얼마나, 얼마 동안 제공되어야 하는지를 결정합니다.
3. 버스와 전류 예산을 확정한다. 버스는 이미 존재하는 팩에서 따라오며, 이너 로터 기록 네 개가 하나의 권선에 세 버스 레벨을 공표하는 것도 바로 그 때문입니다. 전류 예산은 구동되는 모든 바퀴의 정격 전류 합이며, 팩과 케이블링, 드라이브 전자장치를 결정하는 수치입니다.

이 세 단계를 거친 뒤에야 아키텍처 질문이 해결되며, 그것도 토크가 아니라 레이디얼 하중에 대조해 해결됩니다. 바퀴가 자체 출력단을 통해 기계를 지탱해야 하는 곳에서는 기어드 모듈 두 개가 그 정격을 공표하는 그룹이고, 기계가 설계 팀이 관리하는 허브를 통해 바퀴를 지탱하는 곳에서는 프레임리스 키트 아홉 개가 그럴 여지를 남기는 그룹입니다. 일체형 모듈이라는 범주는 로봇용 액추에이터: 로봇 관절에 맞는 일체형 액추에이터 선택 방법에서 더 깊이 다룹니다.

바퀴 구동 모터가 쓰이는 곳

이 플랫폼의 응용 분야 페이지는 기계를 무엇을 담고 있는지가 아니라 무엇을 하는지로 묶으며, 바퀴형 로봇 듀티는 그중 여러 곳에 나타납니다. 아래 구분은 크기가 아니라 구동 레이아웃에 관한 것입니다.

차동 구동 AMR과 실내 서비스 로봇

캐스터가 달린 이륜 차동 베이스는 가장 단순한 바퀴형 로봇이며, 바퀴가 작고 듀티가 평탄한 바닥이고 레이디얼 하중이 가벼워 다이렉트 구동 키트가 가장 흔히 답이 되는 경우입니다. 24 V Lite 한 쌍이 그 범위의 아래쪽에, 48 V Standard 세 제품이 그 위에 자리합니다. AGV 응용 분야는 듀티가 산업용이고 연속적인 같은 구동 아키텍처를 다룹니다.

야외 및 필드 바퀴형 플랫폼

야외 플랫폼은 연석과 경사, 먼지와 진동을 더하며, 이것들은 사양을 동시에 두 방향으로 바꿉니다. 연속 토크는 페이로드와 경사에 따라 올라가고, 충격이 더 크므로 레이디얼 하중 경로가 더 중요해집니다. 공표된 레이디얼 하중 정격이 토크 수치보다 값어치가 큰 곳이 여기이며, 기어드 모듈과 더 큰 다이렉트 구동 유닛이 자연스러운 후보군이 되는 곳입니다.

스워브 구동 및 전방향 베이스

스워브 모듈은 바퀴가 수행하는 두 기능을 분리합니다. 한 모터가 바퀴를 구동하고 다른 모터가 조향합니다. 조향은 백래시를 다시 사양으로 불러들이는데, 진행 방향의 유격으로 나타나기 때문이며, 또한 듀티를 나누어 구동 모터와 조향 모터를 하나의 유닛으로 둘 다에 과대하게 맞추지 않고 따로 사양할 수 있게 합니다.

바퀴-다리 복합 및 하이브리드 기계

바퀴로 굴러가면서 장애물을 넘는 하이브리드 기계는 바퀴 구동과 다리 관절을 같은 차체에 싣고, 그곳의 바퀴 듀티는 특이합니다. 구르는 동안 낮은 토크가 오래 지속되다가, 기계가 발을 딛을 때 부하 과도 상태가 끼어듭니다. 이는 정격과 최대 토크 사이의 간격이 넓은 유닛을 어느 한 극단에 최적화된 유닛보다 선호하게 만들며, 그 듀티의 바퀴 쪽 끝이 이 페이지의 주제이고 다리 쪽 끝은 4족 보행 로봇용 BLDC 모터 선택: 토크와 속도, 열 한계와 4족 보행 로봇 응용 분야에서 다룹니다.

자주 묻는 질문

공식 자료

CubeMars는 각 유닛에 대해 사양 패널과 기술 도면, 제어 문서를 갖춘 공식 제품 페이지를 공개하고 있으며, 그 페이지가 여기 인용된 모든 수치의 진실의 출처로 남습니다. 예를 들어 RI50 KV100 제품 페이지, RO100 KV55 Standard 제품 페이지, AKA10-9 KV60 제품 페이지가 그렇습니다. 위 표의 토크, 전류, 속도, 질량, 외형, 보어, 감속비, 백래시, 레이디얼 하중 수치는 그 페이지가 공표하는 값이며, 바퀴 설계가 의존하는 듀티 구간이나 열 가정, 베어링 수명은 사양 패널에서 추론할 수 있는 수치가 아니라 제조사에 물어야 할 질문입니다.

다음 단계

읽기가 아니라 후보 압축이 목적이라면 플랫폼의 세 도구가 순서대로 일을 해냅니다. 전체 프레임리스 토크 모터 카테고리를 살펴 다이렉트 구동 키트 아홉 개와 그 사양을 나란히 보고, 제품 선정으로 토크와 전압, 질량 기준으로 좁힌 다음, 제품 비교에서 후보를 서로 대조하십시오. 바퀴가 자체 출력단을 통해 기계를 지탱해야 하는 경우에는 로봇 액추에이터 카테고리에 기어드 모듈과 나머지 일체형 제품군이 있습니다.

두 편의 추가 글이 바퀴 구동이 해결하지 않는 이 주제의 부분을 다룹니다. 프레임리스 토크 모터: 진입 등급부터 고성능 등급까지 12개 모델 비교는 프레임리스 제품군 전체를 대역별로 정리하며, 구동 아키텍처는 정해졌지만 크기가 정해지지 않았을 때 알맞은 동반 글입니다. 4족 보행 로봇용 BLDC 모터 선택: 토크와 속도, 열 한계는 구르면서 걷기도 하는 기계를 위해 같은 듀티의 다리 쪽 끝을 다룹니다.

요약하면 이렇습니다. 먼저 바퀴 지름과 순항 속도를 확정하십시오. 이들이 모터 속도를 주행 속도로 바꾸고, 기어드 경로가 도달할 속도가 애초에 있는지를 드러내기 때문입니다. 둘째로 연속 듀티와 최악의 연석을 확정하십시오. 정격 토크와 최대 토크가 서로 다른 이벤트에 답하기 때문입니다. 마지막으로 버스와 전류 예산을 확정하십시오. 버스는 팩을 따르고, 전류 예산은 구동되는 모든 바퀴에 걸친 합이기 때문입니다. 그런 다음 레이디얼 하중에 대조해 아키텍처를 정하십시오. 이는 다이렉트 구동 키트가 기계에 맡기고 기어드 모듈이 정격으로 공표하는 바로 그 수치입니다.