KNR Systems의 유압 컴포넌트 (연재#3 유압 컨트롤러)

3. 유압 컨트롤러

컨트롤러는 유압 액추에이터에서 발생된 움직임을 센서로 읽어들여서 필요한 운동을 제어하는 핵심 구성요소입니다. 로봇용 제어기는 일반적인 산업용 유압제어기와 달리 소형으로 구성되면서도 다양한 제어기능을 가지고 있어야 하므로, 일반적으로 각 축당 제어를 수행하는 분산제어 형태를 띄고 있습니다. 각 축의 제어를 담당하는 하위제어기 (Axis controller)완성된 로봇 형태의 운동을 생성하고 제어하는 상위의 로봇제어기 (Robot controller)를 연결하여 구성됩니다.

유압 하위 제어기는 모터제어기와 달리 높은 전압과 전류를 사용하지 않고 매우 작은 전류만으로 유압의 흐름을 제어하므로 액추에이터에 바로 내장하거나 부착할 수 있으며 모터형 로봇 제어기와 유사한 성능과 기능을 필요로 합니다. 완성된 다자유도 형태의 로봇이 아니더라도 1~2축 또는 독립적인 액추에이터 구성으로 사용되는 경우도 많기 때문에 하위제어기와 유압 액추에이터, 밸브만으로 시스템을 구성하는 수요도 매우 많습니다.

유압 하위 제어기는 모터제어기와 달리 높은 전압과 전류를 사용하지 않고 매우 작은 전류만으로 유압의 흐름을 제어하므로 액추에이터에 바로 내장하거나 부착할 수 있으며 모터형 로봇 제어기와 유사한 성능과 기능을 필요로 합니다. 완성된 다자유도 형태의 로봇이 아니더라도 1~2축 또는 독립적인 액추에이터 구성으로 사용되는 경우도 많기 때문에 하위제어기와 유압 액추에이터, 밸브만으로 시스템을 구성하는 수요도 매우 많습니다.

유압로봇의 각 축의 제어를 담당하는 하위 제어기(Axis controller)는 액추에이터에 가까이 배치될 만큼 소형으로 구현되어야 하며, 다양한 제어 알고리즘을 내장하고, 주요 통신으로 외부와 연결될 수 있어야 합니다. KNR Systems의 HAC 시리즈 표준형 제어기는 현재 버전 2.2까지 개발되었고 고성능의 Cortex M4 칩으로 구성되어 최대 5kHz 주기로 내부 제어가 가능하며, CAN/SPI/SSI/Analog를 비롯한 제어용 통신을 지원하고 있습니다. 내부 제어기로 위치, 힘, 컴플라이언스 컨트롤 기능을 기본으로 선택이 가능하며, 5종 이상의 피드백 센서를 사용할 수 있도록 옵션보드를 제공하고 있습니다. 최근 개발 완료 단계에 있는 HAC Pro 1.0은 액추에이터에 일체형을 목적으로 개발되고 있으며, 더 빠른 연산인 가능한 MCU와 CANFD, EtherCAT, Pronfinet 등 다양한 최신 실시간 고속 통신을 지원하도록 개발하고 있습니다.

KNR Systems는 상위의 로봇제어기 (Robot controller)LCU를 개발하여 판매하고 있으며, 이더넷 통신을 하는 TMS320 DSP를 사용한 고성능 8축 다축 제어기입니다. 이 고성능 제어기는 로봇팔 등에 부착할 만큼 작으면서도 로봇 기구학을 매번 1kHz이상 연산해 낼 수 있는 성능을 확보하고 있습니다.

유압시스템의 구성?

(1) 유압 액추에이터 : 리니어 액추에이터, 로터리 액추에이터

유압 로봇을 구성하기 위해 변위와 힘을 발생하는 것이 액추에이터입니다.
동작 형태에 따라서 리니어 액추에이터로터리 액추에이터로 분류할 수 있습니다.

서보밸브는 유압로봇 구성에 있어 액추에이터와 쌍으로 구성되어 유압의 흐름을 제어함으로써 액추에이터를 구동하는 역할을 하는 핵심 구성요소입니다.

(3) 센서류 : 변위측정센서, 각도측정센서, 압력센서 등

 센서류 등은 유압로봇의 제어를 목적으로 관절의 각도, 변위, 힘 등을 측정하는 구성요소입니다.

(4) 유압 컨트롤러 : 하위제어기, 상위제어기

 컨트롤러는 유압 액추에이터에서 발생된 움직임을 센서로 읽어들여서 필요한 운동을 제어하는 핵심 구성요소입니다. 하위제어기(Axis controller)와 상위제어기(Robot controller)로 구성됩니다.

액추에이터 ,밸브, 센서, 제어기 등으로 구성된 완성된 유압로봇을 구동하기 위해서는 유압을 발생하여 공급해주는 동력원이 필요하며 이를 HPU (Hydraulic Power Unit)이라 합니다.