초록 ▼

3. 개발결과 요약

(1세부 : 모바일 IT제품 제조공정용 형상 가변형 다관절 머니퓰레이터 및 드라이버 일체형 모션제어기로 구성된 로봇시스템 개발)
최종목표
1. 모바일 IT제품 제조공정 조립작업용 형상가변형 다관절 머니퓰레이터 기술 개발
가. Payload 6kg 형상가변형 머니퓰레이터 개발
나. 윈도우기반 형상가변형 머니퓰레이터 설계용 시뮬레이터 개발
2. RTOS기반 저가형 모션제어기 개발
가. x86 CPU HW플랫폼 및 RTOS Linux 모션제어 SW플랫폼 개발
3. 일체

3. 개발결과 요약

(1세부 : 모바일 IT제품 제조공정용 형상 가변형 다관절 머니퓰레이터 및 드라이버 일체형 모션제어기로 구성된 로봇시스템 개발)
최종목표
1. 모바일 IT제품 제조공정 조립작업용 형상가변형 다관절 머니퓰레이터 기술 개발
가. Payload 6kg 형상가변형 머니퓰레이터 개발
나. 윈도우기반 형상가변형 머니퓰레이터 설계용 시뮬레이터 개발
2. RTOS기반 저가형 모션제어기 개발
가. x86 CPU HW플랫폼 및 RTOS Linux 모션제어 SW플랫폼 개발
3. 일체형 서보드라이브 개발 및 서보제어 알고리즘 개발
가. 2축용 서보드라이버 개발(0.4kW급/1.0kW급)
나. 서보모터 제어성능 향상을 위한 전동기 제어 알고리즘 개발
4. x86 CPU기반 모션제어 HW플랫폼 개발
가. Apollo lake기반의 SBC(Single Board Computer) 개발
5. 실시간 임베디드 모션제어기 개발 및 여유자유도 알고리즘 개발
가. 실시간 임베디드 로봇제어 엔진 개발
나. 여유자유도 로봇의 자기 충돌 및 관절 제한을 감안한 오프라인 모션 알고리즘 개발
다. 다관절 머니퓰레이터 모션제어에서 특이점 회피가 가능한 역기구학 및 역동역학 알고리즘 개발
6. 로봇 신뢰성 검증 및 검증용 로봇시스템 개발
가. 다관절 머니퓰레이터 신뢰성 시험 평가방법 및 평가
7. 저가형 로봇시스템 사업화 전략 구축

개발내용 및 결과
1. 모바일 IT제품 제조공정 조립작업용 형상가변형 다관절 머니퓰레이터 기술 개발
가. 저가요소품 적용 Payload 6kg 형상가변형 머니퓰레이터 개발
나. Payload 20kg, Reach 1,600mm 제어기 검증용 수직다관절 개발
다. 상용 툴 활용, 윈도우기반 설계용 시뮬레이터 개발
2. RTOS기반 모션제어기 개발
가. x86 CPU 메인보드, 이더켓기반 서보드라이버 HW 플랫폼 개발
나. RTOS Linux기반 이더켓 모션제어 SW플랫폼
다. 다관절 로봇모션, 주변장치 자동화 기능 통합
3. x86 CPU 기반 모션제어 HW플랫폼 개발
가. Apollo lake기반 SBC HW 및 BIOS 개발
나. 외부기관 인증을 통한 신뢰성 확보
4. 일체형 서보드라이브 개발
가. OneChip Solution(MAX10SA50) 활용으로 H/W 구조 최적화
나. 다축형(2축 이상) H/W 구현으로 부품의 공통 사용 부분 최대화, 서보 부품 간략화로 저가화 추구
5. 단축 및 다축용 서보 드라이버 개발
가. 단축용 고용량 서보드라이버 개발(2.0kW/3.0kW 미만)
나. 2, 3축용 서보드라이버 개발(0.4kW급/1.0kW급)
6. 인터페이스 보드 개발
가. IO, AD/DA, 엔코더 인터페이스 보드 개발
7. 여유자유도 로봇의 기구학 및 알고리즘 특이점, 자기 충돌 및 관절 제한을 감안한 온라인 모션 프로그래밍 라이브러리 개발
가. 충돌 감지 및 충돌 회피 알고리즘을 이용한 임피던스 제어기 개발
8. 2관성 시스템 실험세트 제작과 자체 세트를 통해 제진제어 알고리즘 개발
가. 스카라 로봇, 6축 머니퓰레이터의 순시 관성 추정과 유효관성 계산, 진동 감지를 통한 오토튜닝 제어기 개발
9. 다관절 로봇 시험방법 개발
가. 다관절 로봇시스템 시험방법 개발
나. 다관절 로봇시스템 품질규격(성능/신뢰성/안전가이드) 개발

기술개발 배경
1. 국내 모바일 IT제품 제조 메이커는 인건비와 제조환경 Infra기반이 우수한 동남아로 이전하고 있는 추세임. 그러나 최근 동남아 제조현장 작업자 인건비 상승 및 제품 신뢰성 확보를 목적으로 제조현장 자동화에 대한 욕구는 날로 증가하고 있음. 제조 메이커는 반복위치 정밀도가 상대적으로 높지 않은 단순조립 공정부터 저 임금 노동자를 대체할 수 있는 자동화를 저가의 자동화 솔루션으로 무인화를 진행하고 있음. 따라서 저가의 자동화 솔루션 개발을 위해 고가의 외산 요소품 적용을 배제, 내구성과 신뢰성이 확보된 국산 부품 적용된 자동화 장치개발이 필수적임.
2. 기존의 DSP기반 로봇제어시스템의 제원을 충족할 수 있는 상용 x86기반의 저가형 SBC 제품의 부재. 따라서 로봇모션제어, 주변장치 네트워크 구축등 고속네트워크기반 로봇시스템 구축을 위해서는 멀티코어기반 x86 CPU채용된 SBC(Single Board Computer)제품 개발이 필수적임.
3. 로봇 및 생산/자동화 장비의 다축화, 고속화에 따라 EtherCAT 등 고속 산업용 모션제어 통신 대응이 가능한 구동 모듈의 다축화, 소형화, 고속화가 필요
4. 서보 드라이버는 스마트공장, 로봇 및 저동화장비 둥에 필수적으로 적용되는 4차 산업혁명의 핵심부품으로 정부의 지원이 절대적으로 필요한 분야임
5. 다축제어가 가능한 소형 드라이버기술 미확보시, 핵심부품 의존도 심화 및 기술종속으로 로봇 및 자동화 모션제어 분야는 외국기술 및 제품에 종속될 것임

핵심개발 기술의 의의
1. 로봇 머니퓰레이터, 제어기 저가화를 실현, 제조현장 자동화 핵심인 로봇 시스템 저가화를 실현하고 수요기업과 연계된 최적의 로봇 시스템을 현장 적용하여 국내 로봇부품 기업, 로봇 Total Solution기업의 경쟁력 강화와 세계화에 기여할 것임.
2. 저가형 자동화 솔루션으로 제조공정 무인화 진행으로 생산성 향상을 통해 국내 모바일 IT제품 제조 메이커의 제품 Cost경쟁력 향상에도 크게 기여할 것임.
3. 최신의 intel 6세대 ATOM(Apollo-lake)를 이용한 신규 SBC 개발, 회로 및 Artwork등 자재를 제외한 모든 공정들을 국내에서 개발 진행하여 SBC를 국산화함.
4. H/W 변경없이 F/W 변경만으로 다양한 종류의 모터 및 다양한 수의 모터 제어가 가능한 드라이버 개발로 기술적 차별성 확보함
가. 주요 기능을 FPGA의 IP화하여 모터 종류, 모터 수에 따라 IP 조합에 의해 제어구조의 재구성이 가능한 제어기 구성에 관한 특허로 독창성이 있음

적용 분야
1. 제조업용로봇, 반도체, 디스플레이 장비 등 자동화 분야
2. 스마트공장


(2세부 : 로봇전용 All-in-One 중공형 엑츄에이터 시리즈 개발)
최종목표
저가격화를 위한 All-in-One(모터, 드라이브, 엔코더, 브레이크, 감속기 일체형) 중공형 엑츄에이터 5종(110/150/220/420/760W급) 개발을 통한 국산화 제품 경쟁력 확보를 목표로 함.

개발내용 및 결과
저가격이고 중공형 모터 및 드라이브와 듀얼피드백 엔코더, 전자기식 기계 브레이크가 일체화된 중공형 모듈 5종(110/150/220/ 420/760W급) 제품과 모듈 신뢰성 시험 및 수명가속 시험 방법

기술개발 배경
1. 제조공정용 로봇에서 구동부품은 50% 이상의 원가비중을 차지함에도 불구하고, 국산화율이 15% 수준으로 국내 로봇제품 경쟁력 확보에 한계가 있고, 제조공정용 로봇이 가져야 하는 고신뢰 제어성과 저가격화 실현을 위한 핵심 구동부품 고성능화 및 저가격화에 관한 기술개발이 필요함
2. 국내 로봇 업계는 고성능의 외국산 서보 모터에 기대치가 맞추어져 있으므로, 외국산 제품 수준의 성능을 가지면서도 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 Low-cost 하이엔드급 All-in-one 중공형 엑츄에이터의 국산화 기술개발이 요구됨

핵심개발 기술의 의의
제조공정용 로봇에 사용되는 All-in-one 중공형 엑츄에이터의 구성품 중 서보 모터 및 드라이브, 브레이크, 엔코더에 관한 것으로 저가격 고성능 자석을 적용한 중공형 AC 서보모터와 EhterCAT/CANopen/Profibus 통신 등 Multi 네트워크, 구조를 단순화 시켜 저가격 통합형 모듈 및 싱글턴 20bit, 멀티턴 16bit를 가지고 듀얼 피드백이 가능한 엔코더 탑재 기반의 고응답성 서보드라이브 구성, 고성능 제어기술개발을 통한 국산화 제품 경쟁력 확보하였음.

적용 분야
협동로봇, 웨어러블 로봇, AGV


(3세부 : 가반중량 1~30kgf급 제조로봇에 적용하기 위한 감속기 시리즈의 경박단소 구조 및 원가절감 기술 개발)
최종목표
가반하중 1~30kgf급 산업용 로봇의 서보모터 결합이 용이한 저가형 로봇 감속기 중공형 6종, 양단지지 베어링 일체형 중실형 6종, 총 12종 개발

개발내용 및 결과
1. 저가의 치형생성 공정 기술 확보 및 고가의 생성공정 배제로 전반적인 생산비용 절감.(총 12종 개발)
가. 1차년도 중공형 3종(50~100Nm, 100~150Nm, 200~350Nm), 중실형 3종(100~150Nm, 150~290Nm, 300~500Nm) 개발
나. 2차년도 중공형 3종(500~700Nm, 900~1600Nm, 1600~2000Nm), 중실형 3종(550~850Nm, 1000~1500Nm, 1500~2000Nm) 개발

기술개발 배경
1. 로봇/산업자동화기기 감속기는 선진국 의존도가 큰 분야 중 하나로 로봇/산업자동화기기에 사용되며, 전체시스템의 효율향상, 고정밀화, 경량박형화의 요구에 맞춰 사용수가 크게 증대되고 있는 실정임.
2. 그러나 고정밀의 경량박형화 된 제품의 경우 대부분 독일, 일본 등의 수입품에 의존하고 있음.
3. 본 기술개발을 통해 해외 제품의 기술 난점을 해결하고 선진제품 대비 동급 성능을 갖는 저가 감속기를 개발하고자 함.

핵심개발 기술의 의의
감속기 기술개발을 통해, 우리나라 로봇/산업 자동화기기 분야의 취약 부분인 부품산업의 기술수준을 선진국 수준으로 끌어 올리고, 중요 부품의 국산화를 통해 전체 시스템의 가격경쟁력을 높일 수 있음.

적용 분야
- 로봇 산업 전반적인 분야 적용 가능
- 제조업용 로봇, 산업 자동화 장비, 서비스 로봇 등


(4세부 : 고속 정밀 제어용 무전원 다회전 절대 엔코더 개발 및 일체형 모터 드라이브 시스템 개발)
최종목표
1. 무전원 다회전 절대위치 마그네틱 엔코더를 개발
가. 2,275회전의 검출 범위를 가지는 다회전 정보를 출력
나. 분해능 50000과 선형성 ±0.1%의 절대위치 정보를 출력하는 기구 및 알고리즘 개발
2. 개발한 엔코더를 포함하는 일체형 모터드라이브 개발

개발내용 및 결과
1. 엔코더 신호처리 시스템 개발
가. 엔코더 하드웨어에서 발생하는 자기 신호를 측정하고 신호처리할 수 있는 임베디드 시스템 개발 및 정보 출력용 통신부 개발
나. 1차년도, MCU를 연산장치로 사용하는 신호처리 시스템 개발
다. 2,3차년도, FPGA를 연산장치로 사용하는 신호처리 시스템 개발
2. 무전원 다회전 엔코더
가. 주축 외에 부축 및 자석을 부착하고 이를 기어 연결 하면, 각축이 기어에 의하여 상이한 비율로 회전하게 됨. 각 부축의 상이한 회전 비율에 의해 생기는 조합을 사용하여 다회전을 기계적으로 구현함
3. 고분해능 절대위치 마그네틱 엔코더
가. 주축의 쌍극 자석 외에 다극 자석을 추가하여 1회전 내에서 다수의 정현파를 확보할 수 있으며, 이를 기반으로 360°을 좀 더 세밀하게 나누어 표현 가능. 따라서 상기 정현파의 신호에서 잡음을 제거하고 틀어진 위상을 보상하는 등의 알고리즘을 개발하고 구현함
4. 엔코더 선형성 확보
가. 선형성을 보정하는 알고리즘을 적용하고 검출한 절대위치 정보가 실제 위치와 일치하는지 검증하기 위하여 선진사의 고성능 엔코더와 비교하여 0.1% 내의 정확도를 검증함
5. 일체형 모터 드라이브 개발
가. 1차년도에는 선진사의 절대치 엔코더를 부착하여 모터 및 드라이브 일체형 제품을 개발하여 자체 개발한 엔코더를 적용하기 위한 기본 모델을 개발
나. 2차년도에는 1차년도에 개발한 분해능 10,000/회전의 엔코더를 적용 개발하고, 3차년도에는 2차년도에 개발한 분해능 50,000/회전의 엔코더를 적용하고 ±1Pulse의 정밀 제어가 가능한 일체형모터드라이브시스템을 개발함.

기술개발 배경
1. 기존의 다회전 엔코더는 배터리 백업으로 메모리에 저장하는 방식을 주로 사용하므로 주기적 배터리 교체가 필요하여 추가 유지보수 작업 발생 또한, 증분형 엔코더를 사용시 위치 판단을 위한 원점확인 동작이 필요함. 따라서 모터의 회전수와 절대 위치를 배터리 없이, 동작하는 엔코더로 변화하는 추세에 있음
2. 절대치 엔코더 적용시 원점센서,리미트 센서의 불필요로, 배선 감소, 원감절감의 효과 및 전원 투입 후 원점 설정 동작 없이 즉시 동작 할 수 있는 장점이 있음.(IT 제조 장비, 자동차 생산 라인에서는 매우 중요한 요소로 작용함)
3. 경쟁사(오리엔탈)는 최근에 상기 무전원 다회전 절대위치 마그네틱 엔코더를 직접 개발하여 국내시장에 진입하였으며, 또한 국내 자동화 장비 업체의 무전원 절대위치 엔코더의 수요가 증가하고 있음

핵심개발 기술의 의의
현재 독일, 일본 등의 선진사(Heidenhain, Hengstler, Oriental 등)에서 무전원 엔코더에 대한 주요 기술을 보유하고 있는 실정으로, 이 기술의 국산화를 통해 국내 절대치엔코더 적용 스텝 모터 시장에서 가격 경쟁력을 가지고 국산화 대체가 가능하며, 세계 시장 진입이 가능함.

적용 분야
단축 및 다축, 다관절 장비의 제어, 제조 라인의 벨브 제어 등 IT 제조 장비, 자동차 생산 라인, 의료장비 등에 적용

(출처 : 초록 5p)