태양계 탐사라고 하면 로켓이 헤드라인을 장식합니다. 하지만 우주 탐사의 가장 중요한 측면 중 하나는 달, 화성, 소행성, 혜성, 심지어 지구에서도 볼 수 있는 흙과 암석의 분리된 혼합물인 레골리스라는 보다 일상적인 것입니다. 이 무기 혼합물에는 귀중한 광물이 포함되어 있으며, 그 부산물은 지구의 식민지와 지역 사회를 지원하는 데 사용될 수 있습니다. 문제는 저중력 또는 무중력 환경에서 대량으로 채굴할 수 있는 방법을 찾는 것입니다.

이 사례 연구를 읽고 자세히 알아보세요:

  • 컴팩트한 상용 기성품(COTS) 고출력 서보 드라이브로 저중력의 거친 환경에서 로봇의 내비게이션을 지원하는 방법
  • 최고의 서보 성능, 고급 네트워킹 및 안정성을 모두 소형 PCB 실장형 패키지로 얻을 수 있는 이점
  • 개발 시간을 최소화하여 시장 출시 기간 단축

그림 1: RASSOR는 달, 화성, 소행성 등의 물체에서 표면 물질을 수집하기 위해 서로 반대 방향으로 회전하는 드럼을 사용하여 무중력 굴착기를 제작합니다. (NASA 제공)

머신 요구 사항

저중력 또는 무중력 환경에서 레골리스를 채굴하고 운반하기 위해 NASA에서 개발한 원격 조작 이동 로봇인 레골리스 고급 표면 시스템 운영 로봇(RASSOR)을 소개합니다. 개념 증명을 위해 설계된 RASSOR는 크기, 무게, 전력 소비를 최소화하는 견고한 상용 기성품(COTS) 부품을 주로 사용하여 제작되었습니다. "우리는 까다로운 무게와 공간 제약 조건을 충족하고 많은 연구 개발이 필요 없는 패키지에서 여러 센서를 읽을 수 있는 상용 제품을 찾기 위해 노력했습니다. 우리는 제품을 사용하고 연구에 집중할 수 있습니다."

RASSOR는 이동식 로봇 플랫폼에 장착된 한 쌍의 역회전 버킷 드럼을 기반으로 합니다. 각 버킷 드럼은 서보 축에 의해 독립적으로 구동되며 바퀴 달린 이동 로봇 플랫폼에 장착된 단일 회전축을 통해 독립적으로 제어 가능한 로봇 암에 장착됩니다. 버킷 드럼 회전과 로봇 팔 위치 지정의 조합을 통해 RASSOR는 고급 위치 지정 및 장애물 회피를 위한 곡예를 수행할 수 있습니다.

역회전하는 버킷 드럼의 힘의 균형을 맞추려면 고해상도 피드백과 복잡한 디깅 알고리즘이 필요합니다. 복잡한 동작을 위해서는 조인트가 속도와 위치 등의 작동 모드를 전환하고 조인트가 조율하여 작동할 수 있도록 피드백을 수신해야 합니다.

그림 2: 회전 암과 버킷 드럼의 조합으로 초기 버전의 RASSOR는 (왼쪽 위부터 시계 방향으로) 스스로 뒤집고, 장애물을 오르고, Z 자세를 취하여 대형 호퍼에 드럼을 비우고, 지상 함정을 탈출하거나 파편을 제거하기 위해 바퀴를 땅에서 들어 올릴 수 있습니다. (NASA 제공)

Motion Control 솔루션

 

이 굴삭기에는 각 드럼용 모터 2개, 각 암용 모터 2개, 섀시의 바퀴를 구동하는 모터 한 쌍 등 총 10개의 모션 축이 통합되어 있습니다. 부하에는 앱솔루트 광학 인코더와 모터 샤프트에는 인크리멘탈 광학 인코더를 조합하여 사용합니다.

복잡성과 관련된 피드백의 양을 고려할 때 NASA는 드라이브 수준의 지능이 필요했습니다. "RASSOR는 단순히 멍청한 '드라이버 인 더 루프' 로봇이 아닙니다."라고 Nick은 말합니다. "모터를 끄고 켜는 기본적인 드라이브 이상의 것이 필요했습니다. 피드백과 제어 기능을 갖춘 스마트 모터가 필요했습니다."

이 팀은 요구 사항을 충족하기 위해 Elmo Motion Control Gold Solo Whistle 드라이브를 선택했습니다. 각 드라이브는 전류 모드, 속도 모드, 위치 모드에서 작동할 수 있습니다. PC 컨트롤러는 기본적인 모션 요구 사항을 CANopen을 통해 전송합니다. 드라이브는 정류, 전류 조절, 속도 조절 및 위치 루프를 자체적으로 관리합니다. 드라이브의 내부 궤적 생성기는 가속/감속 및 속도 정보와 함께 목표 끝점을 사용하여 경로를 계획하고 하중을 배치합니다.

이 드라이브는 매우 높은 전력 밀도를 제공하므로 공간 제약이 있는 RASSOR에 적합합니다. 또한 산업용 애플리케이션에 적합하며 애플리케이션의 높은 충격과 진동을 견딜 수 있을 만큼 견고합니다. 컨포멀 코팅은 인클로저에 침투할 수 있는 미세 먼지로부터 보호하는 데도 도움이 됩니다. 팀은 Elmo드라이브 튜닝 및 구성 소프트웨어인 Elmo Application Studio를 사용하여 바운싱 및 기타 장애를 미세 조정했습니다.

오늘의 솔루션:

Elmo 이 로봇이 설계된 이후 새로운 솔루션과 옵션을 도입했습니다. 오늘도 마찬가지입니다:

  • 이 시스템은 ElmoPlatinum Maestro (PMAS) 모션 컨트롤러를 사용하여 중앙 집중식 PLC 또는 컴퓨터에서 무선 네트워크를 통해 시스템을 제어하고 작동할 수 있습니다.
  • 이 애플리케이션은 Gold Solo Twitter 서보 드라이브.
    • Elmo고유한 "R" 타입 서보 드라이브는 더 높은 연속 전류 성능을 제공하여 장애물을 극복하기 위해 장시간 높은 전류가 필요할 수 있는 고관성 모션 시스템(예: AGV)에 이상적입니다.