백래시 (Backlash)
쉽게 풀면
톱니바퀴 사이에 살짝 틈이 있어서, 방향을 바꿀 때 잠깐 헛도는 현상이에요.
왜 중요한가
감속기가 달린 거의 모든 로봇 관절에 존재하며, 방향 전환 시 위치 오차와 진동을 일으켜 정밀 가공이나 조립 성능을 제한합니다. 저렴한 기어를 쓴 로봇의 정밀도를 논하거나 하모닉드라이브처럼 백래시가 거의 없는 감속기의 채택 이유를 설명할 때 반드시 등장합니다. 저가의 스퍼기어 감속기를 쓰는 로봇에서는 백래시가 수십 아크분에 달하기도 해, 정밀 조립보다는 이송이나 반송처럼 위치 정밀도 요구가 낮은 작업에 주로 배치된다. 정밀 가공이나 검사 장비에서는 백래시를 아예 없애기 위해 기계적으로 예압을 걸어 기어 잇면을 서로 밀착시키는 무backlash 설계를 채택하는 경우도 있다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 백래시는 감속기의 정밀도를 평가하는 핵심 지표이자, 제어기 설계 시 보상해야 할 비선형 요소로 언급됩니다.
정밀 위치제어가 요구되는 로봇 관절이나 공작기계에서는 백래시를 줄이기 위해 예압을 가하거나 유격이 적은 감속기 구조를 채택하는 경우가 많다.
조금 더 깊게 보면
모터 측 엔코더는 백래시를 감지하지 못하므로, 출력 측 엔코더를 추가하거나 마찰보상처럼 모델 기반으로 보상하는 방식이 쓰입니다. 데드존 비선형이라 선형 제어 이론으로 다루기 어렵고, 과도하게 보상하면 방향 전환 시 오히려 충격이 생기므로 마모에 따라 커지는 틈을 주기적으로 재식별하는 것이 실무적 대응입니다. 백래시는 수학적으로 데드존을 갖는 비선형 요소로 모델링되며, 이 구간에서는 모터가 회전해도 출력측은 즉시 반응하지 않아 위치 제어 루프에서 지연처럼 작용한다. 감속기 제조사는 백래시를 아크분(도의 60분의 1) 단위로 표기하며, 정밀 조립 로봇에는 1아크분 이하의 저백래시 감속기가 요구되는 경우가 많다.
주의할 점
백래시가 있는 시스템에서 단순 위치 제어만 적용하면 방향 전환 시 리밋사이클(지속적인 작은 진동)이 발생할 수 있다. 백래시는 기어 마모에 따라 시간이 지날수록 서서히 커지므로, 초기 사양만 믿고 장기간 재점검하지 않으면 정밀도가 서서히 저하되는 것을 놓치기 쉽다.