DC 모터

오늘은 DC 모터를 왜 배워야 하는지부터 살펴보겠습니다.

화면의 사진을 보세요, 실제 소형 DC 전동기 모습입니다.

이 작은 부품 하나가 로봇 관절 움직임의 출발점이죠.

먼저 왼쪽 상단, What 부분을 보시면 입력과 출력이 아주 단순합니다.

입력은 전압과 전류, 출력은 속도와 토크입니다.

가운데 화살표처럼 전류가 자기장 속에서 로렌츠 힘을 만듭니다.

이 힘이 회전자를 돌리는 원리입니다.

비유하면 물레방아처럼, 물을 많이 부을수록 바퀴가 세게 돕니다.

다음은 왜 로봇공학에서 DC 모터를 먼저 배우는지 볼게요.

로봇 관절 대부분은 결국 무언가를 회전시켜야 합니다.

전압을 조절하면 속도가, 전류를 조절하면 토크가 따라옵니다.

이 선형성 덕분에 기본 제어기로도 정밀 구동이 가능하죠.

중간 왼쪽 Why 박스를 보시면 실패 사례가 나옵니다.

토크-속도 특성을 모르면 힘 부족한 모터를 고르게 됩니다.

그러면 로봇팔이 자기 무게조차 못 드는 일이 생기죠.

역기전력을 모르면 제어 게인을 잘못 튜닝하게 됩니다.

결국 핵심 실패점은 모터 선정과 게인 튜닝, 두 곳입니다.

이제 가운데 How 박스, 실제 사용처를 보시면 알 수 있습니다.

저가 RC카나 완구 모터는 수백 원, 토크는 수 밀리뉴턴미터입니다.

드론 프로펠러는 브러시 없는 방식으로 수만 rpm까지 돕니다.

전동 그리퍼나 서보는 위치 피드백을 결합해 정확히 멈춥니다.

로봇팔 관절은 감속기와 엔코더를 더해 수십 뉴턴미터 토크를 냅니다.

왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 토크는 커지고 제어는 정밀해집니다.

이제 상단으로 돌아가 이 레슨의 핵심 세 축을 보세요.

첫째는 토크, 전류에 비례해 토크는 케이티 곱하기 전류입니다.

둘째는 역기전력, 속도에 비례한 반대 전압입니다.

수식으로는 이는 케이이 곱하기 오메가입니다.

이게 바로 고속에서 토크가 급감하는 이유입니다.

셋째는 이 둘이 결합해 만드는 토크-속도 특성 곡선입니다.

이 세 가지가 DC 모터를 이해한다는 것의 전부입니다.

모든 모터 선정과 제어 설계가 여기서 출발합니다.