역구동성 (Backdrivability)
한 줄 정의: 출력 쪽에서 가한 힘으로 구동기와 전동계를 쉽게 거꾸로 돌릴 수 있는 정도를 뜻합니다.
쉽게 풀면
전원이 꺼진 로봇 팔을 손으로 밀었을 때 쉽게 움직이면 역구동성이 높은 것이고, 꿈쩍도 안 하면 낮은 것입니다. 감속비가 크거나 마찰이 큰 기어를 쓰면 바깥에서 밀어도 잘 돌아가지 않습니다. 역구동성이 좋으면 로봇이 외부 힘에 부드럽게 반응할 수 있습니다.
왜 중요한가
사람과 접촉하는 협동 로봇, 햅틱 장치, 외골격, 다리 로봇에서 안전성과 힘 제어 성능을 좌우하는 설계 지표입니다. 감속비를 낮춘 준직구동(quasi-direct drive) 다리 로봇 연구도 이 성질을 높이려는 흐름에서 나왔습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"낮은 감속비의 유성기어를 채택하여 관절의 역구동성을 확보하고 별도의 토크 센서 없이 전류 기반 토크 제어를 구현하였다."
설계 결정의 근거로 역구동성을 든 예입니다.
조금 더 깊게 보면
역구동성은 주로 반사 관성(모터 관성×감속비의 제곱), 전동계 마찰과 효율에 의해 결정됩니다. 감속비가 커질수록 출력 토크는 커지지만 반사 관성과 마찰이 커져 역구동성이 떨어집니다. 웜기어처럼 자체 잠김 특성이 있는 전동계는 사실상 역구동이 불가능합니다. 출력 쪽에서 구동계를 돌리는 데 필요한 토크를 측정해 정량적으로 비교하기도 합니다.
주의할 점
백래시가 기어 사이의 틈에 따른 유격을 말한다면, 역구동성은 출력 쪽에서 구동계를 돌리기 쉬운 정도라는 다른 성질입니다. 역구동성이 높으면 전원이 꺼졌을 때 중력에 의해 팔이 처질 수 있어 브레이크가 필요합니다.