팜봇과 밭봇, 그리고 비밀스러운 개선!

by Dongyub Lee | 2017-03-13 19:40
farm farmbot robot 농사 농업 로봇 팜봇

팜봇을 가지고 밭봇을 설계하면서 여러가지 부분을 개선하기로 했다.

가장 불만이었던 내후성 부분은 비용이 많이 발생하는 부분이다. 녹이 잘 슬지 않으면서 비바람 부는 외부환경에서 동작되는 자동화로봇을 만드는 것이 비용도 많이 발생하면서 설계도 쉽지는 않기 때문이다.

일반 철로 된 부품은 과감히 스테인레스 스틸이나 엔지니어링 플라스틱으로 설계를 했다.


(스테인레스 스틸 TM볼트와 테프론 등 특수소재의 TM너트들)

모든 구동부에 들어가는 베어링을 고가의 스테인레스 스틸 베어링으로 설계 했으며, 캐이블과 호스가 지나가는 캐이블캐리어 조차도 UV가 차단되는 재질로 새로 설계했다.

캐이블캐리어는 통과할 수 있는 내부 크기별로 제품이 구성되기는 하지만, 같은 제품안에서 휘어지는 각도별 R 값을 기준으로 제품이 나뉜다. 예를 들어서 내부구조가 15mm x 10mm 구조로 비어 있어서 큰 캐이블이나 호스가 지나갈 수 있는 제품이 있다면, 동일한 제품을 가지고, 35R, 48R, 54R 같은 케이블캐리어가 구부러졌을때의 구경을 기준으로 제품을 선택할 수 있다.


(구부러진 부분의 반지름이 중요하다.)

팜봇은 캔트리로봇의 한 종류에 해당하는데, 이러한 로봇이나 공작기계를 구성할 때는 직선운동을 담당하는 축을 어떻게 구성하냐가 가장 중요한 부분 중 하나다.

팜봇이 사용하는 방식은 미국의 한 업체가 생산하는 알루미늄 프로파일과 그 업체의 베어링 바퀴를 사용해서 구성한 리니어모션을 사용한다.


(기존 팜봇의 레일부분 확대. 알루미늄 프로파일 상하에 베어링바퀴를 물리는 구조다.)

그런데 이 알루미늄 프로파일과 베어링 바퀴는 미국업체의 상품으로서 한국에서 생산하는 어떠한 제품과도 호환이 안되는 독자적인 구조를 가지고 있다. 즉, 기존 팜봇의 설계대로 제품을 만든다면 결국에는 모든 구동축을 담당하는 알루미늄 프로파일과 바퀴를 수입해야 한다는 사실.

또한 이 부품들은 CNC나 3D프린터의 제작을 위해서 만들어진 부품이었기 때문에 정밀도는 높지만 흙이나 돌 등으로 레일 부분이 오염되면 베어링 바퀴부분이 걸려서 스테핑 모터에 탈조가 쉽게 발생하는 문제도 발견 되었다. 물론 레일 부분을 잘 청소하면 되지만, 흙과 돌이 필수인 밭과는 잘 안 어울리는 구조라는 판단이다.

결국에는 리니어모션도 새로운 방식으로 설계를 할 필요가 생겼다. 저렴하면서도 한국에서 수리 및 유지보수 등의 관리가 쉬운 실용성 높은 밭봇을 만들고 싶었기 때문이다.


(밭봇의 레일부분 확대. 아직은 초기 형태이지만 안정되고 오염에 강한 내후성을 가지고 있다.)

한국에서 가장 흔하게 구할 수 있는 표준 알루미늄 프로파일을 이용하면서도, 부드럽고 오염이 되어도 잘 구동되는 레일시스템을 만들게 되었다. 그래서 탄생하는 시스템이 '파이프로라 리니어모션' 구조다. 이 구조는 타이밍 벨트의 장력을 조정하기 쉬우면서 길이가 길어야 하는 레일을 효과적으로 구성할 수 있는 좋은 솔루션으로서 밭봇의 중요한 부분이 되었다.

밭봇의 역할상 수시로 위치를 바꾸면서 상하로 구동되는 암(Arm) 부분의 구조가 중요한 요소로 작용하는데, 기존 팜봇은 동력을 전달하는 Z 나사와 암 본체의 위치가 비대칭 구조로 Z축의 무게중심이 한쪽으로 치우쳐지는 문제가 있다


(팜봇의 중앙 암구조. 모터와 연결된 Z볼트의 위치가 암의 한쪽에 치우쳐져 있다.)

밭봇은 초기 설계부터 Z축과 암부분을 좌우 대칭되는 무게 중심을 가지려고 구조를 조정했다. 그러다 보니 기존에 하나로 구성되어 있던 케이블 캐리어 부분을 암의 좌우에 하나씩 대칭 되게 배치하게 되었다.


(밭봇의 암 상단모습과 중앙 크로스 부분 확대. 좌우 대칭되는 구조를 볼 수 있다.)

앞으로 밭봇이 발전해 나가면서 다양한 케이블과 호스를 통한 공급이 필수 요소로 자리잡을 예정이라 여유있게 두개로 양분한 구조가 큰 역할을 하리라 본다.

여러 요소들을 개선 하고 있지만 그 중 핵심이 되는 부분들을 먼저 소개 하였다.

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Dongyub Lee

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