Development of a Gravity Compensation Device Using Permanent Magnets for Robot Arm

로봇에서 구동부의 출력 토크 상당 부분은 자체 하중으로 발생하는 중력 토크를 지지하기 위해 사용된다. 중력 보상 장치는 중력 토크와 동일한 크기의 보상 토크를 생성하여 구동부가 생성해야 하는 토크 출력을 크게 줄일 수 있다. 이를 통해 구동부의 에너지 소비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 구동부에 요구되는 용량도 감소시킬 수 있다. 현재 대부분의 연구에서는 스프링을 사용하여 중력 보상 장치를 설계한다. 본 연구에서는 영구자석을 사용하여 보상토크를 생성하는 중력보상장치를 설계하였다. 제안된 장치는 고정자와 회전자로 구분되며, 총 여섯 개의 축 방향으로 자화된 영구자석과 두 개의 요크로 구성되어 있다. 제안된 중력 보상 장치는 구조가 간단하며, 회전 관절에 쉽게 설치할 수 있는 장점을 가지고 있다. 제안한 개념을 바탕으로 유한 요소 분석을 통해 최적 형상을 상세 설계하고, 프로토타입을 제작하여 개발한 중력 보상 장치의 성능을 검증하였다.