(3) 하체 : 하체 조립과정

하체를 조립합니다

종아리부터 발바닥, 허벅지까지 조립

주의해야 할 점 : 배선을 미리 삽입해야 하는 관절 구조에서는 반드시 배선부터 끼워야 합니다.
나중에 배선을 끼우려면 다시 조립해체를 해야 하기 때문이죠.
일단 조립 사진만 투척합니다. 조립 방법은 완벽하게 조립을 끝내고 수정할 것 다 수정하고 다시 올리겠습니다.
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(1) 보행 모션 시뮬레이션

모션 시뮬레이션 – 간단한 기본 보행 영상 공유

휴머노이드 로봇의 아주 간단한 보행 패턴입니다.

일단 영상부터 공유합니다.

휴머노이드 로봇을 처음 하시는 분들은 어떻게 보행을 시작할 지 많은 고민과 시행착오가 있을 것입니다. 정말 열심히 만들었는데 잘 걷지 못한다면 정말 마음 아프겠지요.

사실, 휴머노이드 로봇 대회에서 잘 걷게 하는 것은 매우 중요한 요소입니다. 노하우가 축적되어 잘 걷고 부드럽게 동작할 수 있는 모션을 만들면, 대회에서 많은 상을 탈 수 있습니다.

하지만 그 반대로 모션에 대해 노하우가 없는 분은 안타깝게도 열심히 만들었지만 잘 안되는, 그래서 로봇에 싫증을 느끼는 경우도 많이 있습니다.

이제 모션의 노하우를 공개하겠습니다. 많은 사람들이 휴머노이드 로봇을 가지고 즐기고 행복했으면 좋겠습니다.

앞으로 정리해서 공유드리겠습니다.


(로보티즈 사 보행 패턴에 대한 분석을 추후에 해야겠습니다.)

(1) 그럼 로봇(모터)는 어떻게 구동시키지? (개론)

모터를 구동시키기 위해서

모터를 구동하는 일은 정말로 멋진 일입니다!!!!!

여기까지 따라 오셨다면 휴머노이드 로봇을 만들기 과정에서 절반 이상은 오신 겁니다! 시작이 반이니까요!! 설계를 말끔히 마치고 기구를 발주해서 조립까지 한 다음은 어떤 것을 해야할까요? 아직 로봇 제작을 맡기지는 않았지만 일단, 먼저 알아보도록 하겠습니다. 로봇에게 생명을 불어넣는 아주 중요하고 멋진 작업입니다. 여러분은 여러분의 로봇의 창조자가 되는거에요!(현재 설계 단계의 3번째 연재 중 여러 단계를 건너 뛰고 모터 제어부터 포스팅하겠습니다)

그래서 뭘 하면 되나요?

차근 차근 알려드리겠습니다. 그냥 이대로 따라 하시면 모터가 짠! 하고 움직일 거에요

1. 모터를 다음 주소에서 구매한다 (로보티즈 AX12A)

http://www.robotis-shop-kr.com/?act=shop.goods_view&GS=738&GC=GD010000

* 참고로 저는 로보티즈와는 관련이 없는 사람입니다 ^^;

2. 모터 배선을 준비한다

이미 위의 1번 스텝에서 모터 한 개 살때는 포함 되어 있습니다.

3. 전원을 준비한다 (SMPS 12V 5A) 

http://www.robotis-shop-kr.com/?act=shop.goods_view&GS=304&GC=GD01020B

4. 제어기(보드)를 준비한다

여라 가지의 방법이 있습니다. 2000~2010년에는 모든 제어기를 스스로 만드는 것이 유행이었습니다. 유행도 유행이지만 그런 것을 만들어 주는 곳이 별로 없었지요. 다들 ATmega128을 납땜해가면서 스펙 보면서 하나하나 고대 유적지를 탐방하듯 (사실 여기서도 희열이 있지요 ^^) 만들어 갈 수 있습니다. 하지만 우리는 일반인이잖아요!?

여기서 선택할 수 있습니다. 아래 표중 둘 중 하나의 제품을 구입하면 됩니다.

그냥 귀찮으면 CM-530을 구입하면 끝!

무언가 좀 더 하드코어 & 작게 해 보고싶으면 CM 9.04-C 구입!

 

   openCM 9.04-A +
 openCM9.04-악세사리세트
 openCM 9.04-C  CM-530
   
 가격  9,900원 +4,400원 19,800원  99,000원
미니 USB 케이블  x  o o
 케이스  x o
특징  오픈프레임오픈소스 (하드웨어 완전 공개) 버튼 5개 (reset 1, Port5)마이크(소리감지) 1개전압 센서 1개

외부 5핀 I/O (input, output) 포트 6개

AX/MX 시리즈 커넥터 5개

 추가 구매 or 제작필요한 것 –  전원 어댑터와 제어기(보드) 와의 커넥터(스스로 만들어야 합니다)or

SMPS2Dynamixel (기성품 5,500원)

-모션 작업을 위해서 로보플러스를 사용하려면 USB 다운로더 LN-101(16,500원)

or BT-210(33,000원) 필수

 비고  납땜하면 openCM 9.04  납땜 완료 쉽게 확장 가능초보자라면 추천

집에 인두기 없으신 분들은 “openCM 9.04-C와 SMPS2Dynamixel”  또는 “CM-530″을 구매하는 편이 낫습니다.

*혹시 내용이 틀리다면 제보해 주세요 ^^;; (특히 저 납땜 완료)

이 블로그는 두 개 모두 소개하려 하지만 일단 모터를 돌리기 위하여 CM-530을 통하여 소개하도록 하겠습니다.

5. 전원을 제어기에 넣고 (CM-530은 바로 SMPS를 꽂으면 됩니다)

6. USB 케이블을 제어기에 꽂고 PC에 꽂습니다.

7. PC에서 전용 프로그램을 사용하여 동작

가장 간단한 방법입니다. 이렇게 해서 모터를 일단은 돌릴 수 있습니다. 참 어렵고도 쉬우며 어느 정도 돈이 들어갑니다.

그냥 제어기를 골라주세요 어떤 기준으로  사야  할까요?

위에서 말씀드린 것처럼 초보자라면 CM-530을 사는 것을 추천합니다. 또는 초보가 아니더라고 강력한 Teach & Play 프로그램인 RoboPlus 를 바로 이용하기 위해서는 CM-530을 사면 됩니다. 하지만 모터 단 하나만 움직이는 작품을 간단하게 만들고 싶으시다면 openSource 프로젝트(소스코드, 설계도 등등을 전부 공개하는 방식)인 openCM9.04 시리즈를 구입하면 저렴하게 개발할 수 있습니다. 아두이노같은 개발 환경이며 C언어(프로그램 언어 – 프로그램을 짜기 위한 언어)에 대해 조금이라도 알고 계신다면 편하게 모터 하나쯤은 거뜬하게 움직일 수 있습니다.

심화학습  – 아두이노란?

예전에 LED 하나를 켜기 위해서는 다음과 같은 지식이 필요했습니다.
(한마디로 엄청 어렵고 번거롭다는거에요) MCU(atmega128같은:일종의 아주 작은 컴퓨터 칩)를 보드에 납땜하고, 전원부 설계해서 납땜하고 각 MCU에 맞는 명령어들을 datasheet (반도체 칩 설명서)를 보면서(전부 영어랍니다^^;;) 프로그램을 작성합니다. 프로그램을 작성하는 tool을 어디선가 받아서 설치하고 예제 코드를 작성합니다. 인터넷 어디선가 떠돌아다니는 예제를 찾고 있노라면 며칠이 걸리지요. 소스를 작성한 뒤 ISP나 Debugger 장비를 통해 (프로그램을 MCU에 다운로드 하는 장비) 다운로드 합니다. 만에 하나 납땜을 잘못했거나 프로그램을 조금이라도 잘 못 짜면 LED가 켜지지 않습니다.
(한마디로 엄청 간단하다는거예요) 아두이노는 보드를 구매한 뒤, LED를 꽂고, 아두이노 IDE(프로그램 통합 개발 환경)을 설치하고 예제를 복사 붙여넣기 (클릭만으로도 가능)한 뒤, 아두이노 보드와 USB로 컴퓨터와 연결하고 다운로드 버튼을 누르기만 하면 LED가 켜집니다.
위처럼 쉽게 모터를 제어할 수 있지요
다음 포스팅에서는 실제로 보드를 이용하여 로봇을 제작하는 과정을 보여드리겠습니다.

(2) 상체 : 두근두근 탄생중

상체 조립과정 

상체를 조립합니다

뚝딱뚝딱 일단 조립합니다.
팁이 있다면 모든 나사를 모두 한 번에 조일 필요는 없습니다.
큰 틀을 먼저 갖춘다는 의미로, 먼저 크게 한 번 조립을 해 보고, 만약 오류가 발생했을 시 다시 분해 할 수 있도록 여지를 남겨 놓는거죠. 모두 다 한 뒤에는 네 귀퉁이 정도는 반드시 나사로 고정하는 것이 좋습니다.

(1) 부품 확인, 조립할 준비

조립하기 (1) 부품 확인 – 오류부품 체크

부품의 품질 확인  – 조립 모양대로 배치

부품을 조립할 모양대로 배치하는 것은 직관적으로 어떤 부품이 부족한지를 알 수 있는 척도가 될 수 있습니다. 물론 만드는 사람에게 뿌듯함도 역시 선사합니다.

아직 로봇을 조립할 모터가 없기 때문에 프레임만 깔아놓고 설계 수정부위를 체크하고 있습니다.

여러 가지의 문제가 발견되는군요

특히 접히는 날개가 짧은 부분은 말려 올라가서 길이가 다소 부족해 지기도 합니다.

로봇에겐 작은 차이가 큰 오차를 가져올 수 있는데요, 작은 부품이 틀어진 것은 잘못된 일이지만 어느 정도 오차를 허용하겠다고 생각하신다면, 설계 상 가장 중요하게 생각했던 의도대로 붙어있게 하면 됩니다. 예를 들어 위의 프레임은 모터간 축을 돌려서 붙이는 배치를 고정하기 위함인데요, 와셔 몇 개로 높이를 조절하고 , 프레임을 살짝 손봐서 방향을 살짝 틀어서 할 수 있다면 괜찮습니다.

두근두근

오랜만에 샤크라시리즈의 얼굴을 조립하니 너무 벅찬 감동에 젖어 있었습니다.

실제로 로봇을 조립하면서 겪는 시행 착오를 다음 포스팅에 기록하겠습니다.

3D 설계, cad 파일 (샤크라 타이니)

<압축파일 다운로드>

사실 많은 고민을 했습니다.
소형 휴머노이드 로봇 설계 파일을 원 상태 그대로 공개합니다.
아직 덜 다듬어진 상태며 누구든지 코멘트 달아주시면 반영하여 다시 올리도록 하겠습니다.

<오토데스크 인벤터 2012버전 이상에서 사용 가능>

파일 구조 설명

프로젝트 파일 : 샤크라타이니.ipj
최종 조립 파일 : 샤크라타이니.iam
나머지 : 도면, 각 부품들

인벤터 파일은 크게 세 가지로 구분할 수 있습니다.

– 프로젝트 파일인 *.ipj
– 조립파일인 *.iam
– 부품 파일인 *.ipt

그리고 2D cad 파일은

– *.dwg

파일입니다.

일반적으로 3D 설계를 하고 2D로 펼쳐서 가공을 하는데요, 가장 중요한 3D 설계는 모든 로봇의 첫 걸음이라 할 수 있습니다.

파일 여는 방법

  1. 샤크라타이니.jpi 더블클릭
  2. 인벤터 화면이 열리면 [열기] – [샤크라타이니.iam] 선택 후 [열기]

열기

파일선택

열기 완료 후 다음과 같은 화면을 볼 수 있습니다.

열기완료

이제 도면을 보겠습니다.
081118_전체도면.dwg을 열면 다음과 같은 화면이 나옵니다.

캐드파일

(5) 샤크라 타이니 가공 판재 두께 조절 및 재설계 과정

가공 판재 1.5T -> 0.8T 로 두께 바꾸기 

본 과정은 원래 설계가 1.5T 두께의 판재로 되어있는 것을 0.8T로 바꾸는 과정입니다. 처음부터 두께에 대한 고려를 하시고 한 번 설계하면 나중에 바꾸지 않도록 하는게 가장 낫습니다. 이 페이지는 그냥 그렇구나~ 하면서 넘어가시면 됩니다.

왜?

재료를 기존의 설계 말고 다른 것으로 쓰기로 했습니다. 알루미늄이 상대적으로 비쌉니다. 그리고 새로운 도전을 해보기로 한거죠 0.8T sus 재질로 해 보려고 합니다. 혹시 주변에서 이미 시도해 보신 분들 계시면 어떤지 알려주세요~

신경써야 할 부분들은?

기존의 두께가 1.5T였기 때문에 그 두께 차이가 내측 혹은 외측의 길이를 차이를 만들어버리면 부품이 원래 의도대로 맞춰지지 않을 수가 있습니다. 그러한 중요한 것들을 잘 생각하면서 원래 설계에서 두께 조절을 해야 하는 겁니다. 여러분께 공개할 도면은 검증 과정을 거칠거라 별 걱정하지 않으셔도 됩니다 ^^;; 하지만 저는 실수가 있으면 비용이기때문에 ㅠ ㅠ
자 , 그럼 설계를 바꿔볼까요?

로봇의 반이 썰렸습니다. 팔과 다리는 좌우 대칭구조라서 한쪽만 설계하면 나머지 한쪽은 자연스레 만들어지게 됩니다.(혹은 대칭을 해야할 수도 있어요)

중요한 부위는 두께를 바꾸기 전과 후의 길이를 측정하여 별다른 추가적 수정을 해야하는지 안해도 되는지 판단합니다.

등짝이 맘에 들지 않습니다. 새로 설계한건데 너무 단순하게 했어요. 근데 지금은 좀 쉬어야겠습니다. 설계를 계속 오래 하다보면 원하는 모양대로가 설계하는게 아니라 그냥 그리기 쉽게 설계하려고 하거든요. 창작의 가장 큰 걸림돌이지요! (등짝은 새로 설계해야합니다. 원래 CM5 예전의 보드 사이즈에 맞게 설계했는데 이번에는 cm9.04 를 사용할거기때문이죠)

쉬었다가 다시 포스팅하겠습니다!

<14년 12월 05일>

데스크탑을 새로 마련했습니다. 노트북으로는 정말 무리가 있어서, 지포스 예전꺼 달린 데탑 하나를 구했습니다. 계속 설계 수정중인데 여기까지 왔네요ㅎ

(4) 설계파일을 제작하고 맡기는 방법

어떻게 하면 나의 설계를 가공업체를 통해서 만들 수 있을까?

현재 휴머노이드로봇 공개프로젝트 샤크라타이니 프로젝트의 가공 방법

판재(알루미늄 혹은 철판)을 가공 기계를 통해 원하는 모양대로 자르고, 접는 과정을 통해서 만들어집니다. 마치 종이접기 과정같지요. 종이처럼 아주 얇은 판은 접을 때 별로 변형이 일어나지 않지만 철판이나 알루미늄 판은 가공 시 휘어지고 늘어나면서 그 길이를 예상하기 힘듭니다. 그 과정을 가공 업체에 맡길 때는 주의해서 알려줘야겠지요?

 

샤크라타이니를 포함한 많은 소형 휴머노이드 로봇은 외골격 로봇입니다. 사람처럼 뼈가 있고 피부가 있는 것이 아니라 곤충처럼 피부가 뼈의 역할까지 수행하는데, 이는 많은 장점을 가집니다. 가볍고 튼튼하며 모터를 그 안에 넣을 수 있어서 공간 효율이 좋습니다. 다른 3D 가공보다 훨씬 저렴하게 로봇을 가공할 수 있습니다. 최근 3D 프린터를 이용해서 제조 방식이 확 바뀌었는데요, 앞으로 이 블로그에서도 3D 프린터로 소형 휴머노이드를 제작할 계획이 있습니다. 외골격 로봇의 프레임을 가공업체에 맡기는 과정, 한 번 알아보겠습니다.

설계 파일부터 가공하기까지

  1. 설계를 3D tool을 이용해서 한다.
  2. cad 파일을 만든다
  3. 맡기면서 가장 중요한 것을 얘기한다
    1. 내측
    2. 외측

그럼 지금부터 한 번 알아보겠습니다.

3D 설계 tool 이용해서 설계하기

3D 설계 툴은 정말 다양하고 많습니다. 저는 Autodesk 사의 3D 설계 프로그램 ‘인벤터’를 사용하며, 이 블로그 또한 그것으로 설명드립니다.

tip : 목적에 따른 3D 설계 tool

기계설계나 역학 계산 – 카티아, 솔리드웍스, 프로엔지니어, 인벤터 등

제품디자인 – NX, 라이노 등
캐릭터 디자인 – 맥스, 지브러쉬 등
인테리어 – 맥스, 스케치업

(출처 : http://ikeahackers.blog.me/220135665088)

사실 툴을 어떤 것을 쓰든 자신의 목적에 맞게 사용하면 됩니다. 하지만 초보자일 경우 어떤 것부터 해야 할지 판단이 서지 않는게 당연하지요. 일단 제가 사용하는 인벤터의 세계를 소개하자면, 산업 현장에서 autocad 가 워낙 널리 쓰이고, 그것과 호환이 잘 된다는 점에서 같은 회사의 제품입니다. 아무래도 이점이 많겠지요.

3D 설계 툴로 설계를 하게 되면 2D로 종이에 그리는 것 보다 훨씬 더 효과적으로 설계를 하고, 설계 실수를 방지할 수 있습니다. 2D 도면으로만 해석할 때는 아무래도 오해의 여지가 다분하지요.

1. 2d vs 3d 설계

3D 설계를 시작하는 것은 “책을 하나 사서 보는 것” 이 가장 빠릅니다.

3D 설계 프로그램 ‘인벤터’의 절곡, 판금 등등을 보면 위와 같은 종이접기 형식의 부품을 잘 만들 수 있습니다.
http://uartis.tistory.com/plugin/CallBack_bootstrapperSrc?nil_profile=tistory&nil_type=copied_post

2. cad 파일 변환

만약, 2d 프로그램을 써서 설계를 하셨다면 무방하겠지만 3D 프로그램을 사용하셨다면, 이 파일을 가공 업체에게 맡기기 위해서는 2d 파일로 변환해 줄 필요가 있습니다. 3D 설계 프로그램 ‘인벤터’ 는 기능 중 도면을 출력할 수 있게 해 주는 기능이 있습니다.

새로만들기 – 도면 선택

도면을 선택하면 다음과 같이 시트하 하나 나옵니다.

[기준] 버튼을 누르면 도면 뷰가 나오며 기존에 작성해 놓은 3D 파일을 경로 지정하여 불러올 수 있습니다.

방향을 선택하고 도면 위에 마우스 포인터를 가져다 놓으면 저렇게 설계 그림이 마우스를 따라다니면서 움직이며, 적당한 위치에 클릭하면 됩니다.

클릭 후 마우스를 위 아래 대각선 등으로 움직이면 조각의 옆이나 대각 위치에서의 모습도 볼 수 있습니다. 그 상태에서 클릭을 하면 저렇게 네모난 박스가 생성이 되며 마우스 우클릭을 한 뒤 작성 버튼을 누르면 아래 그림처럼 3D 설계 파일이 2D 파일로 변환되어 점, 선등으로 표현됩니다.

키보드 D 버튼을 누른 뒤 원하는 위치의 선, 점으로부터 원하는 점, 선으로까지의 길이나 각도를 기입할 수 있습니다. 이렇게 기입을 하는 것은 실무자(가공업체)들에게 반드시 지켜야 할 수치라는 것을 알리는 역할을 합니다.

모든 수치를 입력하는 것이 아니라 일부 가장 중요한 수치를 입력하는 것이 중요합니다.

특히 절곡을 할 때는 절곡하는 재료와 기계 등의 여러가지 복합적인 변수로 원하는 설계와 다르게 나올 수 있습니다. 예를 들어 저는 저 접히는 부분의 굴곡이 어떻게 되든 큰 상관이 없지만 절곡 결과물의 내측이 정확히 42mm이길 원한다는 것을 알려주는 것입니다. 이를 최대한 맞추는 것이 업자들의 노하우입니다. 왜 노하우인지 아래에서 정확히 알려드리겠습니다. 짧게 말씀드리자면 3D 설계 프로그램에 일일이 그 변수(늘어나는 성질 등)의 수치 등을 기입하기가 어렵기 때문에 업자에게 맡겨버리는 것이 가장 편하다는 것이지요

4. 중요한 부위 설명하기

위에서 잠시 설명 드렸듯 내측, 외측이 절곡에서는 굉장히 중요한 요소입니다. 그 요소들을 정확하게 설명하기 위해서는 2D cad 상에 정확하게 설명하고 업체 관계자 분들과 최대한 많은 얘기를 통해서 서로의 치수에 대해서 맞춰가는 것이 중요합니다. 여러 산업 단지들마다 조금씩 설명이 다르며 이해하는 방식도 약간 다릅니다(등각투영에 대해 다른 해석을 하시는 업체가 종종 있습니다) 그래서 중요한 부위는 설명드리는게 중요합니다.

왜 이런 번거로운 일이 생겼을까요? 종이접기 하듯 만드는 외골격 프레임 때문이지요. 절곡을 할 때 금속이 변형되는 성질이 모두 다 다르기도 해서 복잡합니다.

접힐 때 연신율에 따라서 모두 다른데요, 연신율이 무엇인지 한 번 볼까요? (한마디로 어렵습니다)

 

 

 

위 연신율을 실제로 현장에서 일하시는 분들은 많은 노하우와 경험으로 신기에 가까울 정도로 우리의 설계대로 뽑아 주십니다. 아래는 현장에 계시는 분들의 노하우로 설명드리는 예입니다.

인터넷에서 참고하였으며 출처는 http://cafe.naver.com/kstylenstudy/12418  입니다.

 

 

 

 

일반적으로 많은 업체가 접혀진 채로 그림을 그려 주면 알아서 계산해서 프레임을 만들기 때문에 저희는 신경쓸 것이 많이 없습니다. 다만 어떤 치수가 중요한 것인지를 알려 줘야 가공 업체도 그 부분에 신경써서 가공을 해 주겠지요?

굉장히 현장에 가까운 관점으로 본 포스팅을 해 봤습니다. 다음 포스팅에서는 실제로 샤크라타이니를 어떻게 발주하는지를 보여드리겠습니다. 현재 샤크라타이니의 설계를 수정하고 있으며 (새로운 보드(로봇을 움직이기 위한 제어기)를 적용하기 위해서 사이즈가 달라졌습니다. 또한 알루미늄 1.5T (T는 두께를 말하는 것으로 단위는 mm 입니다) 두께의 재질을 사용했지만 현재 실험적으로 0.8T SUS를 사용해 보기 위해서 조금 설계를 바꾸고 있습니다. 여담이지만 샤크라타이니는 현재 실물이 없습니다. 약 4년 전, 다른 작품을 만들기 위해 분해해버렸습니다 ;;;

어렵게 설명된 부분이 있다면 지적해 주시면 좀 더 풀어 설명하겠습니다.

본 설명은 로봇을 전혀 모르는 분들도 로봇을 만들 수 있게끔 (부품을 사서 쓰더라도 원리는 알고 있는게 좋겠지요?) 도와드리는 것이기 때문에 쉬워야하니까요!

(3)모터로 관절을 표현해보자(다리)

모터로 관절을 표현해보자 (다리)

다리의 관절 구조

(3축 골반 + 1축 무릎 + 2축)

발목은 아주 조금은 복잡합니다. 총 6개의 모터를 이용해서 제작합니다. 전체 설계 사진을 보면서 설명드리겠습니다.

까만색 모터가 6개가 들어 있습니다. (골반 3, 무릎1, 발목 2개) 이 전 포스팅에서 보셨듯, 각 한 개의 축은 한개의 모터가 담당합니다. 직접 일어나서 골반을 움직여 보면 잘 알 수 있습니다.

모터가 돌아가는 축 부분에 가상의 선을 그어보겠습니다.

그리고 그 축이 어떤 부분을 돌리는지 한 번 찬찬히 살펴보세요

위의 모터 축을 가상의 선을 그었을 때 선과 선이 한 점에 만나는 것을 알 수 있습니다. 이 처럼 축을 한 점에 교차하게 만드는 것을 “축일치 시킨다” 라는 말을 사용합니다. 축을 일치시켰을 때 좀 더 자연스러운 동작이 나올 수 있습니다. 예를 들어 어깨 관절은 3축이 일치가 되어 있습니다. 그래서 어깨의 한 점으로부터 모든 방향으로 자유롭게 팔을 뻗을 수 있고, 돌릴 수 있지요. 아래의 그림은 각 축에 해당하는 모터가 돌아갔을 때 어떻게 기구가 동작하는지 보여주는 그림입니다. 빨간색 모터가 움직이면 해당하는 부위가 저렇게 움직이게 되는거죠. 골반만 설명드리겠습니다. 나머지 발목과 무릎은 골반과 거의 비슷합니다.

 

1. 골반의 Roll(롤) 축 회전 시 다리의 움직임

 

 

 

2. 골반의 Yaw(요) 축 회전 시 다리의 움직임

  

 

  

 

3. 골반의 Pitch(피치) 축 회전 시 다리의 움직임

 

 

이렇게 자신이 원하는 방향으로 움직이기 위해서는 여러 모터를 조합해야 하며, 조합하는 방법은 위와 같이 배치하면 됩니다. 물론, 다른 방식으로 배치해도 됩니다!

(2) 모터로 관절을 표현해보자 (팔)

모터로 관절을 표현해보자!! (모터 배치 & 팔)


모터를 알려드립니다.

어릴 적 애니메이션 ‘달려라 부메랑’ 의 인기로 모든 남자 아이들은 미니카 한 개 씩은 가져본 적이 있지요? 저 역시 블랙모터, 골드 모터 등등 여러 부품을 바꿔가면서 미니카의 성능을 업그레이드 했던 경험이 있습니다. 여러분은 모두 모터에 대해서 어렴풋이 알고 있습니다.
건전지를 끼우고 전원 스위치를 켜면 모터는 굉음과 동시에 최대속도를 내면서 달려갑니다. 앞으로 가는 것은 좋으나 속도 조절, 움직일 거리 조절은 할 수는 없고 매우 빠른 속도로 달려가다가 벽에 부딛쳐 앞 범퍼가 부러지기도 합니다.
한 번쯤 이런 생각을 해 보시지 않았나요?
“내가 원하는 위치에서 정확하게 멈춰 줬으면 좋겠다”
“내가 걷는, 뛰는 속도랑 비슷하게 미니카가 달려 줬음 좋겠다”
하지만 어떻게 해야 위와 같이 모터를 내 맘대로 조종할 수 있을 지 잘 모르겠지요?
그렇다고, 모터 내부에 대해 해부하고, 전자 기호들을 그려 가면서 배우는 것은 머리가 아픕니다.
우리의 목표는 움직이는 작은 휴머노이드 로봇을 만드는 것이기 때문에 어려운 것들은 뒤로 하고 그냥 모터부터 잘 제어되는 여러 상용 모터를 소개해 드리겠습니다.
■ 원하는 위치, 속도로 모터를 움직이는 방법
1. 스마트한 모터를 구입한다. 
2. 위 모터가 원하는 대화(통신 방법) 을 사용해서 명령한다
 
참 쉽습니다. 그럼 국내에는 어떤 제품이 있는지 알아볼까요?
로보티즈 Dinamixel 시리즈http://www.robotis.com/index/
 국 내외에서 많이 알려진 로봇 플랫폼 및 모터 회사입니다. 데니스홍 교수와 한재권 박사가 있는 회사이기도 하지요. 꽤 오랜 시간동안 축적한 소형 휴머노이드 로봇 모터를 생산하고 있으며 본 블로그에서 만들 로봇은 로보티즈의 AX12+를 사용합니다. (단가 38,500원)
 로보빌더 제품http://www.rqworld.com/
 소형 교육용 로봇 플랫폼을 생산, 판매하고 있으며 조립과 분해가 편리한 반면, 커스터마이징해서 자신만의 로봇을 만들기에는 다소 제약이 따릅니다만, 저렴하게 로봇을 만들고 싶으신 분들께 추천합니다.
 동부로봇http://www.dongburobot.com/jsp/cms/view.jsp?code=100216
 최근 소형 로봇 모터를 생산하기 시작하였으며 아직 많은 사용자가 확보되지 않아 커뮤니티가 활발하게 이뤄지지는 않고 있습니다.

각 모터 제조사마다 조금씩 다르겠지만 다음과 같은

■ 원하는 위치, 속도로 모터를 움직이는 방법
1. 스마트한 모터를 구입한다. 
2. 위 모터가 원하는 대화(통신 방법) 을 사용해서 명령한다
 

방법에서 벗어나지 않습니다. 모두 저런 식으로 동작하지요

즉 우리는 모터에 전원을 넣어주고(배터리 or 어댑터) 통신을 이용하여 모터에게 “어느 위치로 가세요”, “속도는 얼마나 되도록 돌아가세요” 라는 명령을 전달해 주면 알아서 가게 됩니다.

한가지 더 고려해야 할 사항이 있습니다.

바로 토크인데요, 모터가 얼마나 큰 힘을 가지고 돌릴 수 있는지를 알려주는 척도입니다. 로봇이 크면 클 수록 토크가 큰 모터를 사용해야 하며, 반대로 작으면 작을 수록 토크가 작은 것을 사용해도 괜찮습니다. 일반적으로 2~3kg 정도의 (현 프로젝트 : 샤크라타이니 : 의 로봇 무게는 2.5kg정도입니다) 로봇은 로보티즈사 AX12+ 정도이면 충분합니다. 토크에 따른 모터 선정이 여러분에게는 어려우실 수 있고, 토크가 큰 모터는 기하급수적으로 모터가 비싸지기 때문에 일단, 작은 모터를 사용해서 제작해 보도록 하겠습니다.

관절에 붙여보겠습니다

자! 드디어 모터를 마음대로 다룰 수 있게 되었습니다.  휴머노이드 로봇의 관절에 (우리 맘대로 움직일 수 있게 된)모터를 장착하여 한 번 만들어 볼까요?
우리가 쓰게 될 모터는 AX12+입니다.

우리의 샤크라 타이니는 이렇게 모터를 사용합니다.
팔 (한 팔당 4개, 양 팔 8개)
어깨 (3개 : 3축)
팔꿈치 (1개 : 1축)
다리 (한 다리당 6개, 양 다리 12개)
골반 (3개 : 3축)
무릎 (1개 : 1축)
발목 (2개 : 2축 : 3축을 사용하여도 되지만 최소한의 기능을 위하여 2축을 사용합니다)
총 20개를 사용합니다.

팔의 관절 구조  (3축 어깨 + 1축 팔꿈치)

위처럼 어깨 3축과 팔꿈치 1축을 표현했습니다.

모터를 배치하는 것은 각 관절이 몇 개의 축을 담당하는지를 정하면 그 후에는 자신이 원하는대로 배치하면 됩니다. 주의할 점은 각도를 90도로 배치해야 한다는 것입니다. 다른 각도로 설치해도 되지만 그렇게 하면 두 개 이상의 모터가 동시에 돌아야 직각의 방향으로 팔이 진행되기 때문이죠. 모터 배치가 로봇의 모양에 안좋은 영향을 주기도 해서 일부러 비틀어 설치하기도 합니다. 모든 것은 제작자 몫이지만, 일단 샤크라 타이니는 저렇게 했습니다.

다음 포스팅은 다리 관절을 알려드리겠습니다