센서의 위치
휴머노이드 로봇은 자기 무게를 지탱하는 전동 액추에이터의 연쇄입니다. 각 관절은 자신의 위치, 내고 있는 토크, 온도를 알아야 하고, 발과 손목은 접촉부의 힘을, 배터리는 셀의 온도를 알아야 합니다. 위치는 엔코더가, 자세는 관성 측정 장치가 제공하며, 둘 다 자체 처리 기능을 갖춘 디지털 장치입니다. 나머지는 고전적인 아날로그 측정, 즉 스트레인 게이지 브리지와 측온저항체입니다. 저울이나 모터 보호 회로와 같은 물리를 훨씬 좁은 공간에 담은 것입니다.
토크와 힘: 스트레인 게이지 브리지
관절 토크 센서와 6축 힘/토크 센서는 휘트스톤 브리지로 연결한 스트레인 게이지를 붙인 탄성체입니다. 출력은 로드셀처럼 정격 하중에서 여기 전압 1 V당 신호 밀리볼트로 표시됩니다. 정격 2 mV/V 브리지를 5 V로 여기하면 풀스케일에서 10 mV가 되므로, 정격 토크의 30 %로 움직이는 관절은 3 mV를 내고, 풀스케일의 1000분의 1은 10 µV입니다. 그래서 앰프와 변환기는 센서 내부나 바로 옆에 둡니다. 이 정도 크기의 신호는 모터 상선 옆을 지나는 움직이는 하네스를 통과하면 온전하지 못합니다.
로드셀 출력 계산기는 어떤 정격 출력, 여기 전압, 하중에 대해서도 이 계산을 합니다. 스트레인 게이지 브리지 계산기는 한 단계 앞, 게이지의 변형률에서 브리지 출력까지를 다루고, ADC 분해능 계산기는 브리지 뒤의 변환기가 무엇을 분해할 수 있는지 보여 줍니다. 노이즈 프리 18비트, 게인 128이면 100 N에 대한 10 mV 브리지 신호는 약 0.0015 N까지 분해됩니다. 한 번에 브리지 하나를 다룹니다. 힘/토크 센서의 6개 성분을 분리하고 크로스토크를 제거하는 행렬은 제조사의 교정에서 나오며, 범용 계산기로는 재현할 수 없습니다.
토크 센서를 어디에 두는지는 정격만큼 중요합니다. 감속기 출력 측에서 측정하면 신호에는 링크가 실제로 내는 힘이 담깁니다. 모터 측에서 측정하면 감속기의 마찰과 백래시가 센서와 부하 사이에 끼어듭니다.
온도: 권선과 셀
모터 권선은 고정자에 매립한 센서로 보호하며, 대개 NTC 서미스터나 PT1000입니다. 둘 다 저항으로 읽습니다. 일반적인 10 kΩ, β = 3950 K 서미스터는 베타 모델로 80 °C에서 약 1270 Ω, 100 °C에서 698 Ω까지 내려갑니다. PT1000은 120 °C에서 1460.68 Ω입니다. NTC 서미스터 계산기와 PT100 / PT1000 계산기로 양방향 환산할 수 있습니다.
둘 중 무엇을 고를지는 배선과도 관계가 있습니다. 팔다리 안에서는 센서를 가는 두 가닥 선으로 연결하는 경우가 많고, 그 저항이 측정값에 더해집니다. 0.205 mm²(AWG 24) 구리선 3 m에서 2선식 PT1000은 80 °C에서 약 0.13 °C 높게 읽고, 같은 선의 PT100은 약 1.3 °C 높게 읽습니다. PT100은 1도당 저항 변화가 10분의 1이라 10배 나쁩니다. RTD 리드선 오차 계산기로 어떤 길이와 단면적에서도 확인할 수 있습니다. 10 kΩ 서미스터는 리드선 저항의 영향을 더 적게 받지만, 대신 강한 비선형성과 개체 간 편차가 큽니다.
배터리 팩도 셀과 버스바에 같은 10 kΩ 서미스터를 씁니다. 베타 값은 부품마다 다르며(3435 K와 3950 K 모두 흔함), 잘못된 값을 쓰면 25 °C에서 먼 곳의 측정값이 몇 도씩 어긋납니다. 실장된 부품의 데이터시트에서 가져오십시오.
계산기가 알려 줄 수 없는 것
위의 수치는 센서 수준의 환산입니다. 로봇에서 이런 측정을 어렵게 만드는 동특성, 즉 토크 루프의 대역폭, 권선과 센서 사이의 열 지연, 스트레인 게이지 브리지의 온도 드리프트, 엔코더와 관성 데이터의 융합에 대해서는 아무것도 말해 주지 않습니다. 엔코더, 관성 측정 장치, 촉각 스킨, 비전에 대한 도구는 이 사이트에 없습니다.
밀봉은 따로 확인할 가치가 있습니다. IP67 액추에이터나 커넥터는 일시적 침수 시험을 통과한 것이며, 그것만으로는 IP65와 IP66의 분사수 시험이 포함되지 않습니다. 어느 등급이 무엇을 보장하는지는 IP 등급 디코더에서 설명합니다.
업데이트: 2026년 10월 11일