로봇 다리 구동장치 제작 일지

핵심 요약작고 실제 새 같은 로봇의 다리를 만들기 위해 음성 코일, 솔레노이드 등 여러 형태의 액추에이터를 실험하고, 직접 설계부터 조립까지 반복하는 과정에서 기술적 문제와 해결 시도를 기록한 이야기입니다.

새 로봇 다리의 핵심 구조

다리는 여러 움직이는 관절(예: 발, 발목, 무릎)과 각 관절을 움직이는 액추에이터와 케이블로 이루어져 있습니다. 관절의 회전은 슬리브 베어링으로 구현되고, 강한 복원력을 위해 나중에 스프링을 추가할 예정이었습니다.

액추에이터의 종류와 선택 이유

초기에는 음성 코일(voice coil actuator)를 사용했지만, 작은 크기와 큰 힘이 필요해 힘과 열 관리 한계에 부딪혔습니다. 결과적으로 더 단순하고 힘이 강한 솔레노이드로 방향이 변경되었습니다.

음성 코일 액추에이터 실험

알루미늄 보빈에 구리선을 감아 코일을 만들고, 영구자석·철 케이스와 조립하여 직선 운동을 얻으려 했습니다. 하지만 코일이 장치 내부에 위치해 있었고, 열이 심하게 발생하여 성능과 내구성에 문제가 생겼습니다. 또한 설계상 운동 범위(스트로크)가 좁은 한계도 발견했습니다.

솔레노이드 액추에이터 제작과 개선

회전식 솔레노이드 구조를 적용하여 직접 강자성 재질로 본체와 armature(움직이는 플레이트)를 만들었습니다. 슬로프가 있는 홈, 볼 베어링, 스프링 등이 결합되어 전류로 인한 당김을 회전 운동으로 변환할 수 있게 설계했습니다. 하지만 스프링 선택, 선 뽑기 위치, 베어링 슬랙 등 시행착오가 이어졌습니다.

시제품 활용과 생산성에 대한 재고

기성품 솔레노이드를 구입해 분해하면서 DIY와 상용 제품의 장단점을 비교했습니다. 직접 제조는 재미나 배움이 있지만, 완성도와 효율 측면에서는 기성품을 쓰는 게 더 나을 때도 있습니다. 프로젝트의 지속성을 위해 융통성 있는 방법을 선택하겠다는 결론에 도달했습니다.

실험 중 발견된 기술적 문제들

• 코일 과열: 보빈 내부에 위치한 코일 열이 잘 빠지지 않아 손상 발생

• 케이블 슬랙과 장력 문제: 관절 배치에 따라 케이블이 느슨해져 힘 전달에 장애

• 베어링 및 부싱 오차: 미세한 오차로 인한 마찰, 기구 불안정

• 스프링 복원 실패: 회전력 복원은 토크 스프링이 필요했으나 처음엔 압축 스프링만 사용함

• DIY의 한계: 반복 조립·해체, 재설계, 예상치 못한 단점들과 마주침

인사이트

작은 기계 구조를 실제로 작동하게 하려면, 설계 단계에서 부품의 열관리, 힘 전달, 운동 범위, 복원력 등 복수의 물리적 제약을 꼼꼼히 확인해야 합니다. 직접 제작도 중요하지만, 개발 목표나 일정에 따라 기성품 활용도 적극 고려하는 것이 효율적입니다. 실험에서 얻은 시행착오는 기록해두면, 다음 번 시도에 큰 자산이 됩니다. 만약 여러분이 로봇·기계 DIY를 생각 중이라면, 초기 설계에서 부품 간 온도, 운동 경로, 복원 메커니즘을 충분히 시뮬레이션하고, 필요시 간단한 방법(예: 기성품 활용)으로 프로젝트를 이어가는 융통성을 갖는 것이 좋습니다.

출처 및 참고 :