열악한 환경을 위해 설계된 로봇 공학

다음 기사에서는 한 회사가 어떻게 창의적인 설계 기술과 온라인 구성 도구를 사용하여 다양한 애플리케이션에 맞출 수 있는 최신 로봇 암 및 그리퍼용 맞춤형 모터 및 기어헤드를 제공하는지 기술할 것입니다.

블루프린트 랩(Blueprint Lab)의 CEO인 폴 필립스(Paul Phillips)는 메카트로닉스 공학에 대한 열정에 바다에서의 서핑과 다이빙에 대한 사랑을 결합했습니다. 호주 시드니 교외에 위치한 이 회사는 해저의 열악한 환경에서 작동하는 제품을 설계 및 제조합니다. 폴에 따르면 “저는 초기 단계에서 해저 차량 제조업체에는 원격 조작 작업을 수행하기 위한 특수 하드웨어가 필요하다는 것을 깨달았습니다. 이러한 도구 자체를 개발하는 것은 엄청나게 비용이 많이 들고 복잡했습니다. 블루프린트 랩 팀은 "무엇보다 기술을 사랑합니다." 이것이 저희가 기술적으로 혁신적인 제품을 발명하려는 이유입니다. 저희들은 저희의 일을 사랑합니다.”라고 그는 설명합니다.

리치 알파 5(Reach Alpha 5)는 세계에서 가장 가벼운 수중 5-기능 조작 장치입니다.

이 회사의 로봇 조작 장치와 그리퍼 가 판매에 유리한 특별한 장점은 크기입니다. 폴에 따르면 리치 알파 5는 세계에서 가장 작은 ROV 조작 장치입니다. 이 장치는 말았을 때 ~23 x 15 x 4cm(~9 x 6 x 1.5인치)에 불과하며 최대로 폈을 때 ~58cm(~23인치)이며 동적 범위는 ~40cm(~16인치)입니다. 암은 최대 도달 시 2kg(~4.4파운드)의 무게와 100kg(~220파운드)의 축방향 정격 하중을 견딜 수 있습니다. 엔드 이펙터의 폐쇄력은 약 600N입니다. 이 장치는 최대 300미터(거의 1000피트) 깊이에서 작동하도록 설계되었습니다.

어떠한 ROV에도 사용할 수 있는 추가 장치, 리치 알파 5는 18 - 30VDC에서 작동하는 완전 전기 장치입니다. 이 시스템은 표준 RS232/RS485 프로토콜을 통해 빠르고 쉽게 통합됩니다. 이 장치에는 누출 감지 기능이 있어 해저 차량 진수 전에 안심할 수 있습니다. 교체형 엔드 이펙터에는 표준 펜치 그립과 쿼드 조, 특수 복구 조, 니들 노즈 그리퍼, 소프트 조, 평행 조 및 로프 커터 조가 포함되어 있습니다. 이 장치는 주로 경질 양극산화 AL6061 알루미늄으로 제조됩니다. 암과 엔드 이펙터는 모두 더 가혹한 환경과 증가된 강도가 필요한 경우를 위해 스테인리스 스틸로 만들 수 있습니다.

리치 알파 5는 맥슨 DCX 16mm 모터와 유성 기어로 구동됩니다. 이 모터는 병렬 배열로 탑재되어 있으므로 양방향에서 효율적으로 구동시킬 수 있습니다. 자체적으로 설계한 컨트롤러는 모터 사이에 끼워져 컴팩트하게 배치되어 있습니다. 자체적으로 설계한 나선형 기어 어셈블리가 최종 구동 부재로서 사용됩니다. 시스템에 대한 피드백은 일체형 홀 효과 절대 위치 인코더가 제공합니다. “하이 토크 조인트의 경우에는 하중 용량이 증가한 하이 토크 기어박스를 사용합니다. 그래버 및 인라인 회전 모터와 같은 다른 조인트의 경우 표준 DCX 구성품으로 충분했습니다.”라고 폴은 말했습니다. 

폴은 “제품을 위한 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어를 당사가 자체적으로 개발했기 때문에 고객에게 훨씬 더 높은 수준의 최적화, 내구성 및 지원을 제공할 수 있었습니다.”라고 말했습니다. 회사의 가장 큰 과제는 제품을 프로토타입에서 개발의 생산 단계로 이행하는 것이었습니다. 고객이 요구하는 적합성, 공정 능력 및 생산 반복성을 제공하기 위해서는 매번 모든 것을 완벽하게 제작하는 것이 필수적인 요소입니다. 따라서 블루프린트 랩은 맥슨의 주요 장점 중 하나가 맞춤형 모터를 위한 온라인 구성기라고 생각했습니다. 즉, 고객은 연중무휴로 모터를 주문할 수 있습니다(11일 만에 생산 가능). 그런 다음 시장 수요에 따라 생산 수준의 수량으로 제품을 공급합니다.

맥슨 DCX 프로그램에는 높은 전력 밀도, 고효율을 제공하고 원활하게 작동하는 모터 라인의 모터가 포함됩니다. 이 모터는 6mm에서 35mm까지의 크기로, 온라인으로 구성할 수 있습니다. 고객은 귀금속 또는 흑연 브러시, 볼 또는 소결 베어링 등을 포함한 패키지 또는 프레임리스 패키지 중에서 선택할 수 있습니다. 맥슨은 사용자가 개별 사양에 따라 DC 또는 BLDC 모터와 유성 헤드기어 및 센서를 구성하고 조합할 수 있도록 합니다. 다양한 세대의 제품을 통해 고객 요구 사항을 더 잘 충족시키고 견고성을 향상시키기 위해 모터 및 기어비를 변경하였습니다. 폴에 따르면 “DCX 제품군을 사용하면 기계적 설계 없이도 이러한 변경을 원활하게 수행할 수 있습니다. 

예를 들어, 회사는 액추에이터 개발 단계에서 올바른 제품을 결정하기 전에 온라인으로 최대 20개 버전의 모터를 주문할 수 있습니다. 연구 시간이 훨씬 더 비싸기 때문에 온라인 구성으로 실제로 회사 비용을 절약할 수 있습니다. 또한 선택하기 전에 블루프린트에서 사용할 수 있는 모든 옵션을 테스트할 수 있습니다.

맥슨의 DCX 16mm 모터는 리치 알파 5 조작 장치 전체에 걸쳐 사용됩니다.

맥슨의 비앙카 브라운(Bianca Braun) 및 브레트 모툼(Brett Motum)이 참여한 브레인 스토밍 회의에서 추가 아이디어가 제시되었습니다. 이 회의에서 폴과 그의 팀은 맥슨 컨트롤러를 주제로 삼았습니다. 회사의 초기 요구 사항 중 하나는 맥슨 ESCON 서보 증폭기의 기본 버전을 내장하여 모터 직경에 맞추는 것이었습니다. 회의의 대화는 엔지니어가 컨트롤러를 구성할 수 있는 방법으로 확장되었습니다. 설계자는 모터 컨트롤러 하드웨어에 이미 있는 기능 중 선택한 다음 컨트롤러의 형태을 온라인으로 구성할 것입니다. "새로운 아이디어에 대한 맥슨의 개방성은 중요합니다."라고 폴은 말했습니다.

회사의 로봇 조작 장치용 애플리케이션은 대부분 도달하기 어렵거나 위험한 장소에 있습니다. 이러한 장치는 수색 및 복구 작업을 위해 ROV에서 사용되며, 석유 및 가스 시추를 위한 연안 인프라의 검사 수행, 해양과학 연구를 위한 샘플 수집, 군 및 민간 최초 대응자의 특수 회수 작전에도 사용됩니다. 연구를 위해 해저에서 작동하는 것 외에도 리치 알파 5는 폭탄 처리 로봇과 같은 경찰 및 군사 작전과 석유 화학 및 원자력 작업의 근접 육안 검사에도 사용할 수 있습니다.

블루프린트 랩은 리치 알파 5를 위한 회사 자체의 핵심 기술 구축을 통해 다른 회사에 비해 강력한 기술적 이점을 제공하는 동시에 원자력, 석유화학, 육상 및 항공우주 애플리케이션과 같은 더 넓은 시장으로 확장합니다. “저희는 항상 다음 개발을 생각하고 있습니다.”라고 폴은 설명했습니다. 예를 들어, 머신 러닝 알고리즘은 회사의 핫 이슈입니다. AI 미래로 진출하는 데 도움이 될 최신 제품에서 하드웨어를 구현하고 있기 때문입니다.

블루프린트 랩은 자신이 하는 일을 사랑하는 20명 이상의 창의적인 엔지니어와 함께 운영되는 진보적이고 기술에 정통한 회사입니다. 폴은 더 많은 여성 엔지니어가 회사에 지원하기를 바란다고 강조합니다. “호주에서 더 많은 여성 메카트로닉스 엔지니어를 만나면 좋을 것입니다.”라고 그는 말했습니다. “저희는 항상 역동적인 사람들을 찾고 있으며 현재 로봇 산업에는 여성 졸업생이 충분하지 않습니다.” 

올바른 엔지니어와 올바른 제품을 함께 사용하면 놀라운 일을 이룰 수 있습니다. 블루프린트 랩은 자사의 제품에 맥슨 모터와 같은 정밀 부품을 내장하는 것을 과제로 삼았습니다. 로봇 팔과 그리퍼를 사용하는 모든 종류의 원격 작동 차량이 성장함에 따라 앞으로 몇 년 동안 블루프린트 랩과 같은 회사를 위한 곳이 있을 것입니다.