QPT, 협동로봇용 모터 드라이브 테스트베드 출시

QPT의 마이크로다이노 테스트 플랫폼은 질화갈륨(GaN) 기술이 협동로봇 모터의 성능을 어떻게 향상시킬 수 있는지 보여준다. (사진=QPT)

 

미국 QPT가 협동로봇(코봇)용 모터 드라이브 테스트베드를 출시했다고 더로봇리포트가 보도했다.

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QPT가 초고주파 질화갈륨(GaN) 기반 모터 드라이브의 성능을 보여주는 저전압 모터 구동 테스트 플랫폼인 마이크로다이노(MicroDyno)를 출시했다.

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이 플랫폼은 시스템 복잡성과 비용을 줄이는 동시에 제어 및 효율성을 향상시키도록 설계됐으며, 성장하는 협동로봇(코봇) 시장에 적합하다.

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1MHz 스위칭 속도로 작동하는 마이크로다이노는 소형 필터를 통합해 모터에 진정한 사인파 전압을 제공한다.

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QPT의 IP는 고전력까지 확장 가능하지만 이 저전압 플랫폼은 토크 코깅 및 토크 리플의 동적 보정과 드라이브 내부의 고충실도를 감지함으로써 코봇 및 일반 로봇의 성능을 어떻게 혁신할 수 있는지 보여주는 데 사용된다.

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이 모든 것이 고가의 외부 센서나 인코더 없이 구현돼 시스템들의 비용을 크게 절감하는 동시에 표준 펄스폭변조(PWM) 기반 시스템보다 성능을 크게 향상시킨다.

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현재 대부분의 로봇 드라이브는 4~16kHz PWM 주파수에서 작동하며, 전류를 사인파로 변환하지만 모터 전압을 높은 순간전압상승률(dv/dt) PWM으로 유지시킨다.

일부 특수 시스템은 100kHz까지 확장 가능하지만, 이러한 시스템은 전자기적 문제에 직면하고 있으며, 진정한 사인 전압 출력 및 전자파장애(EMI) 필터링에 필요한 작고 비용 효율적인 필터링을 구현하기에는 주파수가 여전히 너무 낮다.

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이 시스템은 GaN 트랜지스터의 최대 성능을 끌어냄으로써 표준 주파수의 약 100배에서 작동할 수 있어 매우 작고 저렴한 출력 필터를 구현할 수 있으며, 모터 단자에 직접 깨끗한 신호 대 잡음비가 매우 높은 사인 전압을 생성한다.

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또한 전자파장애(EMI)를 제거하고 베어링 전류를 줄이며, ‘센서 없는 감지’를 가능케 하고, 비차폐 케이블이나 완전 통합 모터 드라이브를 사용할 수 있게 해 준다. 이는 로봇 통합에 있어 획기적 전환점이다.

 

큐컨트롤(qControl)은 1MHz 펄스폭변조(PWM) 컨버터 주파수에서 14비트 분해능을 구현해 고정밀 사인파를 구현한다. 사진은 펄스 폭을 40피코초 단위로 제어하는 모습을 보여준다. (사진=QPT)

▲동적 토크 리플 및 코깅 보정=QPT의 통합된 큐센스(qSense) 기술을 사용해 실시간 보정을 수행하고, 사인파 드라이브의 높은 신호 대 잡음비를 통해 시간 및 주파수 영역에서 전압 및 전류 교란을 감지한다.

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▲정밀성과 부드러움=QPT의 q컨트롤 기술은 피코(1피코=1조분의 1)초 단위의 정확도로 1MHz 신호를 생성할 수 있다. 이 작은 필터는 진정한 사인 전압을 제공해 더욱 깨끗한 제어 신호를 구현하고, 섬세한 조립 및 의료 로봇에 필수적인 더욱 부드러운 동작을 구현한다.

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▲센서없이 고충실도 진단=깨끗한 사인파 출력은 고급 감지 및 예측 유지보수를 위한 고급 토크 및 진동 모니터링을 지원한다. 모터 드라이브는 고가의 외부 센서 없이도 시스템 내 진동의 원인을 감지하고 보고할 수 있다.

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▲소형, 경량 통합=1MHz 스위칭으로 필터 및 드라이브 크기가 줄어들어 모터 드라이브를 로봇 관절의 모터와 완벽하게 통합할 수 있다.

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▲시스템 및 개발 비용 절감=필터가 통합돼 값비싼 차폐 케이블이 필요없다. 전자파적합성(EMC)도 훨씬 간소화되고, 모터 수명이 연장되며, 값비싼 인코더와 센서를 제거할 수 있고, 더 저렴한 모터로 훨씬 더 높은 성능을 얻을 수 있다.

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▲차세대 설계를 위한 인공지능(AI) 지원=마이크로다이노는 각 모터의 성능을 개선하기 위한 로컬 AI 처리 기반을 구축하고, 공작기계 또는 로봇의 전체 생산 라인과 같은 전기 모터 시스템 전반을 모니터링하고 최적화하는 클라우드 기반 솔루션을 제공한다.

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마이크로다이노는 로봇 및 코봇을 위한 QPT의 48V 아키텍처를 보여주지만, 그 기반 기술은 완벽하게 확장 가능하다. QPT의 독점적인 큐어태치(qAttach) 패키징을 사용하면 동일한 고주파 사인파의 장점이 400V 및 800V 시스템으로 확장된다.

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또한 사인파 출력은 훨씬 작은 범위의 모듈로 메가와트 수준의 전력을 병렬로 사용하는 다상 모듈 설계의 기능을 제공해 모터 드라이브 제조업체들이 경쟁력을 갖게 한다.

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robot3@irobotnews.com

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