Pancake Slip RIng

* ED-ARM용 펜케익 슬립링에 요구되는 사항

1. 2~4선 데이타 통신 가능할 것 : CAN (1Mbps), EitherCAT (20 Mbps)
2. 2선 전원 전송 가능할 것 : 24V, 10A 수준은 되어야 함.  정 안되면 5A라도..
3. 가능한한 패턴 넣을 수 있을 것 : 브러쉬를 이용한 리밋스위치 2채널 정도 들어가면 좋겠다.
4. 운용속도 : 20RPM 미만
5. 사이즈 : OD 75mm, ID 60~65mm 가량


* 데이타통신에 사용된 사례

1. 독일 SCHLEIFRING 사의 G시리즈 제품
http://lars.mec.ua.pt/public/LAR%20Projects/Laser3D/2009_JoaoDias/Prot%C3%B3tipo/Escova%20de%20an%C3%A9is%20rotativos/Cat%C3%A1logos/Series_G.pdf

드럼타입이긴 한데, 대략 사양을 보면...
250V 18A 가량 받아주고, 노이즈는 20밀리옴 미만.

http://www.ferret.com.au/c/CAN-Automotion/Schleifring-G-series-modular-slip-ring-systems-n1832124

여기 기사를 보면, DeviceNet, CANopen, Profibus, EtherNetIP 등 데이타 통신을 다 받아주는 것으로 되어 있다.
링 부분은 정밀 가공된 Brass 재질에 Gold 도금되어 있고, 브러쉬는 순도가 높은 Gold Wire를 사용하고 있는 것 같다.


2. MOOG 사 제품
카탈로그 http://www.hidrapa.com.br/Documentos/Moog/Slip%20Rings.pdf
고속통신지원 제품 http://www.moog.com/literature/MCG/SRA-73799_Ethernet_SlipRing_DtS.pdf
팬케잌 타입 http://www.moog.com/literature/MCG/PlatterSeparates.pdf
http://www.moog.com/products/slip-rings/commercial-industrial-slip-rings/separates/platter-separates/


이 회사 제품도 아날로그 시그널, 디지털 통신 다 받아주는 것 같다.



3. MOFLON사 제품
데이타시트 http://www.moflon.com/pdf/mp100.pdf
http://www.moflon.com/mp100.html#order

이 회사는 PCB 팬케잌 타입이다.
브러쉬의 모양을 보면, 접촉점에 마모가능한 물질을 올려놓은게 보인다.
추측컨데 신호전송 가능한 타입은 아닐 것 같다.


4. GLOBETECH 제품

홈페이지 http://www.globetech.jp/slipring.html

이 회사 제품의 브러쉬를 보면, 2갈래로 갈라 놓았는데 이것을 통해서 접촉점을 늘리는 효과를 준 것 같다.  패턴의 선폭이 얇은 걸로 봐선 신호전송 가능한 것 아닌가 한다.

5. 슬립링 코리아

웹사이트 http://skslipring.com/

전화 문의를 해 봤다.  SKE-P08 모델이 현재 재고가 있다고 한다.

가격은 30만원 정도.

외경 76mm 이기 때문에 필요한 것과 비슷한 사이즈로 참고가 된다.

다만 내경은 25mm 이다.

패턴 선폭은 2~3mm 급이고, 

신호선간의 EMC 문제를 피하기 위해 1~2mm 또는 2~3mm의 스페이스가 필요하다고 한다.

브러쉬 고정하는 플라스틱 브라켓은 CNC가공하여 제작하였다. (소량제작인듯)

필요한 전력 전송량과, 데이터통신 모두 문제없이 가능하다고 한다.

브러쉬의 합금 소재 기술문제로 높은 가격을 유지한다는 설명.

커스텀 사양으로 개발 가능.

6. 벌크 제작 사례

http://www.eoss.org/hardware/spin_atv.htm

벌크로 개인이 만들어서 사용해 본 모양인데, 비디오 시그널 정도는 이상없이 받아주나 보다.




...


이상 대충 알아본 바를 바탕으로 고찰해 보면,
필요한 선폭은 대략 3+2+3+2+2+2+2 = 16mm 정도는 최소한 나와줘야 4라인을 보장 가능하다.
리밋 스위치 라인은 꿈도 못꾸겠다.

만일 스페이스를 극단적으로 줄일 경우, 2+1+2+1+2+1+2 = 11mm 가 되어서 겨우 확보 가능한 공간에 충족된다.


그리고
'브러쉬의 합금 재료 기술'이라는게 실체가 뭔지 궁금해지는데...
일단 금도금을 대체하는 팔라딘 도금 공법이라는게 있는 모양이다.
http://www.acnnewswire.com/clientreports/513/Tanaka1108_KO.pdf
금도금보다 싸고, 표면 경도가 높아서 수명이 훨씬 더 길다고 한다.
전기특성도 좋겠지.

하지만 최고급품의 경우에는 순도높은 금와이어(도금이 아니라 통짜)를 사용하는 걸 봐서는
금보다 좋을리는 없다.
금 시세가 원체 오르니 대체품을 찾는 차원일 것이다.

통신 방식을 무선으로 처리 가능하다면 이런 문제도 없고 정말 좋겠는데
WiFi Motion Control 에 도전할 만한 개발자가 주변에 안 보이는 관계로 ...  ㅠㅠ

아무튼 슬립링 문제가 괘 골치아플 것 같다.
커스텀 제작을 할 경우 가격이 예상보다 지나치게 비싸기 때문에
제대로 협의해 들어가야 할 것 같고
자체개발하기에는 리스크가 커지기 때문에 실패에 대한 부담이 좀 있다.

HDT ROBOTICS - MK2

HDT Global사의 유튜브 채널이 있어서,
그들의 최신 제품인 MK2 로봇팔 동영상을 링크해 둔다.
(유튜브 채널 : http://www.youtube.com/user/hdtglobal )

   PACKBOT FINAL

   Bar bell Light bulb final

MK2의 데이타시트

http://www.hdtglobal.com/site_media/uploads/files/HDT_MK2robotics_11.pdf

이 제품의 스펙은 아무리 봐도 사기적이다.

자체중량 5.7kg인데, 팔을 완전히 뻗었을 때 가반하중이 13.6kg에 달한다.

팔관절 회전속도는 120deg/s 즉 20RPM 이므로, 단순히 계산하면

50cm * (5.7kg + 13.6kg) = 965kgf.cm = 94.6Nm 가 나온다.

이정도 파워는 KUKA LWR 또는 기계연구원 양팔로봇 1번 관절의 

80%에 해당하는 파워인 것이다.

이 파워를 스톨토크라고 가정하고,

사용된 모터의 스톨토크(Stall Torque)를 

정격토크(Norminal Torque)의 20%라고 추정한다면,

18.92Nm 정도가 정격토크가 된다.

사용된 감속기는 관절의 회전속도가 20RPM 수준인 것으로 보아 1:200 부근 수준이다.

즉 사용된 모터의 정격토크는 0.96kgf.cm 정도가 된다.

한가지 특기할 만한 것은, 보통 정격상태보다 과부하를 걸었을 때는

모터의 효율이 급격히 저하되어 발열이 많이 발생할 것인데,

이 제품의 경우 아무렇지도 않게 

스톨토크 즉 과부하 상태를 데이타시트에 적어놓았다고 한다면,

한마디로 발열관리에 자신있다는 이야기다.

즉 다음 2가지 가정이 가능하다.

(1) 모터가 발생시키는 50~70W 정도의 열을 충분히 운용허용온도 이내로 냉각시켜낼 수 있는 설계적 배려가 되어 있거나,

(2) 모터의 내구성이 아주 좋아서, 상당히 높은 온도까지도 파괴되지 않고 버틸 수 있다는 이야기다.

MK2의 외관은 군사사양이므로 완전방수로 밀폐되어 있고, 

초소형 사이즈로 하우징에 의한 히트 스프레딩 효과도 크게 보기 어렵다.

즉 발열 능력은 물리적으로 보아 20~30w 정도급이라고 볼 수 있다.

이에 따라 모터의 온도가 크게 올라가서 높은 지점에서 포화(Saturation)이 되는데...

어느정도 온도까지 올라갈까?

일반적인 상용 모터의 경우 지속 운용 허용 온도는 120도씨 내외이다.

그 이상 올라가면 모터 코일을 코팅한 에나멜 수지가 부글부글 끓어오르면서 파괴되어

합선이 발생하고 즉시 타는 냄새를 내면서 힘을 잃어버린다.

그러나 Maxon같은 모터회사의 제품들 중에서 

이상하게 높은 내열온도를 가지는 제품들이 있는데

초소형 BLDC모터 제품군들이 그것이다.  

이것들은 초소형의 사이즈로 

200도씨 정도의 온도에서도 그냥 운용이 가능함이 실험적으로 증명되어 있다.

(견마로봇 과제에서 포항공대의 모터제어 모델이 그것을 사용했는데, 

그정도 온도에서 운용되고 있었음)

이런 정황을 보면 MK2의 과부하 포화온도는 

200도씨 부근 또는 그보다 약간 밑에서 형성되리라 추측해 볼 수 있다.

하지만 사실 스톨토크 부근까지 과부하 상태로 

지속적으로 운용하는 시간이 통계적으로 그리 많을 것 같지는 않다.

때문에 실용적으로는 그보다 훨씬 아래의 부하 상태에서 운용될 것으로 추측되는데

실제로 공개된 동영상들을 보면 그런 점이 보인다.

예를 들어 핸드드릴을 집어서 작업을 할 때는 핸드드릴 무게가 끽해야 1~2kg 수준일 것이다.

바벨을 들어올리는데 그 무게도 그정도 수준으로 보인다.

폭탄을 들어올리는 시연 장면을 봐도, 폭탄 내부는 텅텅 비어있는 빈 통이다.

땅속에 뭍혀있는 폭탄캔을 들어올리는 것도 비슷해 보인다.

때문에 실제적인 가반하중은 13kg 수준이라기 보다는 

5kg 수준에서 형성되었다고 보는 것이 합리적일 듯 싶다.

TALON 위에 MK2를 양팔 구성으로 얹어놓은 형태

이 사진도 약간 트릭이 있는 것 같다.  
동영상에 나오는 팔의 하박부 길이와, 이 양팔 사진에 셋팅된 하박부의 길이가 다르다.
실제 작업을 보여주는 동영상의 하박부는 이보다 절반 정도로 더 짧다.
가반하중을 늘리기 위해 팔의 길이를 짧게 한 것일 수 있다.