로봇팔 만들기 – 3. 오픈소스 로봇팔 DIY (기구부 1)

지난 시간에 로봇팔의 구성요소인 손, 관절에 대한 기본기를 다뤄 봤습니다.

• 로봇팔 만들기 – 1. 손 (MECHANICAL CLAWS)
• 로봇팔 만들기 – 2. 관절 (JOINT)

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이제 본격적으로 로봇팔을 하나 만들어볼까 합니다. 로봇팔 관련된 오픈소스 프로젝트가 몇 가지 있습니다만 여기서는 부품 구하기도 쉽고, 비용도 적게들고 조립 난이도도 적당한 MeArm v0.4 를 만들어 보겠습니다. MeArm 프로젝트에 대해서는 아래 링크를 참고하세요.

• MeArm 오픈소스 로봇팔 프로젝트 : 마이크로 서보모터를 이용한 소형 로봇팔을 만드는 프로젝트입니다. 만들기도 쉽고 직접 소스코드를 수정해서 다른 형태로 변형하기도 좋습니다. 특성상 힘은 좀 떨어지고 세밀함이나 완성도는 좀 낮지 않나 생각됩니다.
• 제작 매뉴얼 : http://www.instructables.com/id/Pocket-Sized-Robot-Arm-meArm-V04/
• 다운로드 : http://www.thingiverse.com/thing:360108/#instructions

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준비물

로봇팔에 사용되는 기구 부품들입니다. 중요 부위들을 아래와 같이 레이저 커터를 이용해서 만듭니다. 약 A4 한 장 크기로 부품들을 다 뽑을 수 있습니다.

원작자의 매뉴얼에는 아크릴을 이용해서 뽑았는데 전 그냥 구하기 쉬운 합판으로 했습니다. 나무재질은 레이저 커터로 자르면 단면에 그을음이 생기기도 하고 끝 부분의 갈라짐 현상이 생기기도 합니다. 대세엔 지장 없습니다.

출력을 다 하고나면 부품들이 모두 나왔는지, 구멍이 제대로 뚫렸는지 면밀히 검사하세요. 그리고 여분의 부품이 필요할 수도 있으니 2장 이상 뽑아두시길 추천합니다.

그리고 각 기구들을 연결할 때 필요한 연결 부품들이 필요합니다. M3 (Metrics 3mm) 표준 나사, 너트 들입니다.

• Nut x 10
• 6mm x 9
• 8mm x 12
• 10mm x 3
• 12mm x 7
• 20mm x 4
• Washers x 0 (원작자는 썼는데.. 따라하는 사람들이 안써서 이제는 빼버림)

실제 만들어보면 이 부품보다 더 들어갑니다. 볼트 너트를 더 넉넉하게 준비하시고.. 꼭 길이를 다 맞춰서 준비할 필요는 없습니다. 전 6mm, 12mm, 20mm 나사만 사용했습니다.

그리고 서보모터를 4개 준비해야 합니다. 서보모터는 마이크로 서보모터(SG90 등등)입니다. 근데 얘가 너무 약해서 일정 한도 이상의 힘을 가하면 내부 기어 이가 나가버려서 못쓰곤 합니다. 불상사를 대비해서 2개 정도 여유분을 더 준비하는 것이 좋습니다. (해외구매하면 무척 쌉니다)

추가로 아래 물품도 구비해 둡니다.

• 드라이버
• 순간 접착제 – 필수는 아닌데 부품이 부러지면 응급조치용으로
• 로봇팔을 원하는 곳에 고정할 수 있는 방법 (빨판, 무거운 물체 등등)

일단 여기서는 기구부를 만드는데 필요한 부품만 나열합니다. 전자회로 구성에 필요한 부품들은 다음 글에서 설명하겠습니다.

부품들이 많습니다. 재료 준비가 힘들다 , 이도저도 귀찮다 하시는 분들은 원작자의 판매 페이지에서 풀세트를 사시거나, 인터넷으로 로봇팔 세트를 구하셔서 조립하세요.

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조립

부품이 다 구비됐으면 이제 조립을 시작해 봐야죠. 우리가 만들 최종 모습입니다.

2.1 지지대 만들기

지지대 부품들을 준비합니다. 나사는 8mm, 20mm 두 종류 및 너트가 필요합니다.

20mm 나사를 아래와 같이 다이아몬드 모양의 구멍 주위로 넣고 너트를 끼운 다음, 사각판을 그 위로 띄웁니다.

아래처럼 서보모터를 도넛모양 지지대에 끼웁니다. 서보모터 연결선 있는 쪽이 네모난 구멍 한쪽의 작은 여유공간을 통과할 수 있도록 합니다.

도넛모양 지지대를 다 끼웠으면 아래와 같이 연결해줍니다. 서보모터방향 잘 확인하시고, 서보모터 아래쪽에서 나사 2개로 단단히 고정합니다.

2.2 구동부 만들기

만들기 제일 복잡하고 까다로운 구동부입니다. 먼저 우측 팔 부위부터… 준비물.

• 2 x 8mm Screw
• 2 x 12mm Screw
• 2 x Nut
• 1 x 6mm Screw
• 1 x Collar
• 1 x Rectangular side part as pictured
• 1 x Servo mounting arm – 서보모터에 포함된 부품
• 1 x Straight lever – 같은게 3개가 있음
• 1 x Servo
• 1 x Short servo screw
• 1 x Long servo screw

앞서 서보모터 끼울때와 같은 방식으로 서보모터를 도넛모양 지지대에 결합합니다.

복잡한 모양의 큰 판에 서보모터를 고정시킵니다. 이 부분이 로봇팔을 바라볼 때 구동부 우측 측면이 됩니다. 나사로 단단히 고정하세요.

서보모터에 연결될 링크를 만듭니다.  Servo horn을 구멍에 끼웁니다. 사진에 반대쪽에도 구멍이 있어야 하는데… 레이저 커터가 깜빡하고 안깍았나 봅니다;;;; 그래서 전 손으로 깍아줘야 했습니다….

반대쪽으로 돌려 서보모터에 포함된 나사로 단단히 고정시켜 줍니다.

긴 레버를 나사로 물려서 링크를 확장합니다. 나사가 완전히 조여지면 관절이 잘 움직이질 않습니다. 서보모터 힘이 약하므로 관절이 쉽게 돌아가도록 적당히 조여주세요.

다 만든 관절을 서보모터에 결합합니다. 서보모터의 팔은 아래각도에서 시계방향으로 150′ 정도 움직일 수 있어야 합니다.

주의!! 주의!! 주의!! 서보모터에 결합되는 링크의 각도가 중요합니다. 서보모터는 0~180′ 이내의 범위만 움직일 수 있기 때문에 자칫 아무렇게나 연결하면 일정 각도 이상 넘어가지 않는 사태가 발생합니다. 이 상태에서 팔을 연결해서 좌우로 움직여보면 동작 범위를 알 수 있는데, 마이크로 서보모터가 약해서 0′, 180′ 부근에서 조금만 힘을 줘도 내부의 기어 이가 나가버립니다. 가장 안전한 방법은 서보모터를 아두이노에 연결해서 아두이노에서 강제로 90′ 위치로 오도록 합니다. 그런 다음 링크가 움직일 수 있는 범위의 중간쯤 위치에서 서보모터에 연결하는 겁니다. (서보모터는 중간 위치에 있으므로)

한 숨 돌리고, 이제 구동부 좌측 측면을 조립할 차례입니다. 준비물을 펼쳐 놓습니다.

• 2 x 8mm Screw
• 2 x 12mm Screw
• 2 x Nut
• 1 x 6mm Screw
• 1 x Collar
• 1 x RH Side piece
• 1 x Long lever (좀 전에 사용한 것과 같은)
• 1 x Central lever RHS (사진참고)
• 1 x Servo
• 1 x Small servo screw
• 1 x Large servo screw
• 1 x Servo horn

부품 이름으로 찾기 힘들테니 사진보고 찾으세요.

서보모터에 연결될 팔을 만듭니다. 앞서 만든것 처럼 서보모터에 포함된 팔(Servo horn)을 링크에 끼우고 반대쪽에서 긴 나사로 고정하면 됩니다. 사진속 짧은 나사는 서보모터에 팔을 단단히 고정하기 위해 사용하는 나사입니다.

그리고 아래처럼 끼웁니다. 서보모터 팔의 동작 범위는 아래 사진보다 15′ 정도 쳐진 각도부터 시계방향으로 160′ 정도 돌아가야 합니다. 좌우 하단부에 나사와 너트를 끼워 뒀습니다. 나중에 구동부를 전체 결합할 때 사용합니다.

주의!! 주의!! 주의!!  여기서도 서보모터의 동작 범위가 중요합니다. 동작 범위가 마음에 안들경우 다시 분해해서 이 부분을 바꿔줘야 합니다. 일정량(20′) 정도는 소스코드 상에서 보정이 가능하긴 합니다.

이제 구동부 전체 모양을 잡아주는 단계입니다. 준비물들을 모읍니다.

• 2 x 12mm Screw
• 2 x Nut
• 1 x 6mm Screw
• 1 x Cradle base (squarish bit)
• 1 x LH Central lever
• 2 x Cradle ends
• 1 x “The Pig”
• 1 x Central section of central lever…
• 1 x Long servo horn
• 2 x Long servo screws
• 1 x Short servo screw

중앙 지지대를 만듭니다. 연결부위에 나사로 고정. 이전처럼 원할하게 돌아갈 수 있을만큼만 조입니다.

서보모터에 포함된 양날팔을 하판에 아래와 같이 고정해줍니다. 서보모터에 포함된 나사 2개를 사용하면 됩니다.

이제 본격적으로 구동부의 각 부품들을 조립합니다.

구동부 좌측 측면에 아래 부품, 고정판을 나사와 너트로 고정합니다.

조립하면 아래 사진처럼 됩니다. 반대쪽도 같은 방법으로 고정판을 덧댑니다. 중간에 다른 부품을 끼워야 하므로 일단 헐겁게 해두세요.

두 개의 고정판이 세워졌으면 그 사이에 중앙지지대를 끼웁니다. 중앙지지대가 끼워지면 양쪽 고정판을 단단하게 조여줍니다.

여기에 미리 만들어 둔 하판도 결합니다. 하판은 지지대와 서보모터를 통해 결합됩니다. 지지대에 있는 서보모터가 구동부를 좌우로 돌려주는 거죠.

중앙지지대에 링크간 연결용 부품을 끼워줍니다. 앞서처럼 나사와 너트로 고정합니다. 사진을 보시는게 이해가 빠르실듯…

이제 우측 측면 조립해둔 걸 결합합니다. 나사, 너트로 연결 부위들을 고정해줍니다.

가장 중요한 구동부가 완성되었습니다!!

힘드니까 잠시 쉬어가죠…