MODULE M9 · 10.0 HOURS

성능 시험 및 검증

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LEARNING OBJECTIVES

이번 모듈의 목표

  1. 로봇 손의 정밀도 및 반복성 검증을 위한 정량적 시험 지표 설계
  2. FSR 센서 데이터를 활용한 파지력 제어 알고리즘의 안정성 평가
  3. DYNAMIXEL 액추에이터 피드백 데이터와 실제 물리적 동작의 오차 분석
  4. 기구적 결함 및 텐던 구동 메커니즘의 내구성 검증 절차 습득

성능 시험 및 검증 이론

로봇 손의 성능 검증은 설계 사양과 실제 물리적 거동 사이의 일치성을 확인하는 과정입니다. [S1]. 주요 지표는 다음과 같습니다.

1. 위치 및 파지 정밀도

반복성(Repeatability)은 동일한 명령을 수행했을 때 로봇 손이 도달하는 위치의 오차 범위를 의미합니다. XM430-W350-T 액추에이터는 내부 엔코더를 통해 정밀한 위치 피드백을 제공하지만 [S11], 최종 손가락 끝의 위치는 텐던의 신율과 마찰에 의해 오차가 발생합니다. Dyneema 텐던은 신율이 1% 미만으로 매우 낮아 반복성 확보에 유리합니다 [S16].

2. 힘 제어와 FSR 센서 신호 처리

FSR 402 센서는 가해진 힘에 따라 저항이 감소하는 특성을 가집니다 [S12]. 이를 10 kΩ 저항과 분압 회로로 구성하여 OpenCR의 12비트 ADC로 측정합니다 [S13, S26]. 센서 데이터는 노이즈가 많으므로 이동 평균 필터(Moving Average Filter)를 적용하여 안정적인 파지력 피드백 루프를 형성해야 합니다.

3. 과전류 보호 및 전원 안정성

시스템은 3개의 독립된 12 V 전원 분기를 사용합니다 [S15]. 각 분기는 10 A ATOF 퓨즈로 보호되며 [S25], 액추에이터 피크 전류 합계가 보호 정격을 초과하지 않도록 배분해야 합니다. 이는 제조업체에서 제공하는 퓨즈의 시간-전류 곡선을 통해 보호 협조를 검증해야 합니다.

WORKED EXAMPLES

해설 예제

  1. 예제 1: OpenCR ADC 전압 계산. FSR 저항이 10 kΩ이고, 직렬 저항이 10 kΩ일 때, 3.3 V 전압 분배기 출력은 V_out = 3.3 * (10k / (10k + 10k)) = 1.65 V입니다. 이는 12비트 ADC 범위 내에 적합합니다 [S13, S26].
  2. 예제 2: 퓨즈 보호 협조. 액추에이터 4대가 스톨 상태일 때 전류 합계는 9.2 A입니다 [S11]. 10 A 퓨즈의 냉간 저항은 7.7 mΩ이므로 [S25], 정상 운전 시 전압 강하는 약 0.07 V 수준으로 무시할 수 있으나, 과전류 시 정확한 응답은 퓨즈 제조사의 시간-전류 곡선을 참조해야 합니다.

LAB PROTOCOL

로봇 손 통합 기능 시험

  1. 1

    각 전원 분기를 물리적으로 분리한 상태에서 3개 어댑터의 출력을 DC 전압 모드로 계측하여 12 V가 나오는지 확인합니다.

  2. 2

    안전 지그에 로봇 손을 고정하고, 제어기(OpenCR)를 PC에 연결하여 액추에이터 토크를 0으로 해제합니다.

  3. 3

    손가락별로 FSR 센서에 인가되는 압력을 손으로 가하며 ADC 데이터 변화를 기록합니다.

  4. 4

    무부하 상태에서 각 손가락의 최대 가동 범위(ROM)를 5회 반복 동작시켜 텐던 간섭 여부를 확인합니다.

  5. 5

    시험 종료 후 반드시 3개 전원 어댑터를 벽면 콘센트에서 분리하고 잔류 전압을 확인합니다.

안전 점검
  • 반드시 보안경을 착용하고 시험에 임합니다.
  • 전원 인가 중 가동 범위 내에 손을 넣지 않습니다.
  • 이상 발열·냄새·연기 감지 시 접근하지 말고, 위험 구역 밖에서 사전 지정된 건물 분전반 차단기 또는 인증된 upstream master disconnect로 3개 어댑터의 공급 전원을 차단한 뒤 대피한다. 위험 구역 밖에서 작동 가능한 upstream 차단 수단이 없으면 시스템 통전을 금지한다. 토크 해제는 전원 차단을 대신하지 않는다. 정비·접근은 계획 정지 후 물리적 분리 및 무전원 계측 확인 뒤에만 수행한다
  • 전압 계측 없이 시스템을 만지지 않습니다. 1 V 미만 DC 확인은 필수입니다.

실습 제출물

  • 손가락 파지력 센서 교정 기록
  • 반복 동작 정밀도 측정 데이터
  • 전원 분기별 부하 전류 측정치

ASSIGNMENT

로봇 손 성능 분석 최종 보고서

제출물

평가 기준

  • 센서 데이터의 신호 대 잡음비(SNR) 분석의 적절성
  • 반복 동작 시험에서의 정밀도 정량화
  • 보호 설계(퓨즈)가 시스템 보호 의도를 만족하는지에 대한 이론적 고찰
  • 설계 사양과 실제 제작품의 성능 지표 비교

KNOWLEDGE CHECK

이해도 점검

1FSR 402 센서와 OpenCR ADC를 이용한 힘 측정 회로 구성 시 옳은 것은?
2DYNAMIXEL XM430-W350-T 액추에이터의 12 V 전원 분기를 관리하는 방법으로 옳은 것은?
3로봇 손 검증 단계에서 가장 중요한 안전 절차는 무엇인가?

FIELD CHECK

완료 기준

  • 성능 시험 결과 보고서 제출 및 70점 이상 획득
  • 모든 Lab 단계에서 안전 지침 준수 및 물리적 전원 분리 확인 완료
  • 제어 코드의 센서 데이터 필터링 기능 구현 확인

MODULE SOURCES

이 모듈의 근거

  1. Introduction to Robotics: Mechanics and Control - John J ... John J.Craig-Introduction to Robotics Mechanics and Control ... Introduction to robotics : mechanics and control : Craig ... Introduction to Robotics: Mechanics and Control (3rd Edition) Introduction to robotics : mechanics and control : Craig ... Introduction to Robotics: Mechanics and Control - John J ...books.google.com · textbook
  2. XM430-W350 e-Manualemanual.robotis.com · datasheet
  3. D-Pro 1.5 mmliros.com · technical_documentation
  4. FSR Model 402interlinkelectronics.com · datasheet
  5. OpenCR 1.0emanual.robotis.com · technical_documentation
  6. 10K Ohm 5 Percent 1/4W Through-Hole Resistorsadafruit.com · technical_documentation
  7. GST160A12-R7B Enclosed Desktop Power Adaptermeanwell.com · datasheet
  8. ATOF 287 Series 10 A Blade Fuselittelfuse.com · datasheet