전방향휠 (Omnidirectional Wheel)
쉽게 풀면
바퀴 둘레에 작은 롤러들이 달려 있어서 앞뒤뿐 아니라 옆으로도 미끄러져 갈 수 있는 특수한 바퀴예요.
왜 중요한가
바퀴 둘레에 회전축과 수직인 롤러를 달아 구동 방향 외의 힘에는 자유롭게 미끄러지도록 한 바퀴로, 세 개 이상 배치하면 전 방향 이동이 가능해 로봇 축구와 실내 서비스 로봇에 쓰입니다. 메카넘 휠과 함께 전방향 이동 플랫폼의 두 주류입니다. 세 바퀴를 삼각형으로 배치하는 구성은 네 바퀴 메카넘 배치보다 부품 수가 적어, 소형 로봇 축구 플랫폼처럼 경량화가 중요한 응용에서 선호된다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 전방향휠은 비완전구속 제약을 극복하기 위한 하드웨어적 해결책으로, 메카넘휠이 대표적인 형태로 언급됩니다.
이 문장은 전방향휠의 성능이 바닥 재질에 따라 크게 달라질 수 있어, 특정 환경에서 잘 작동한다고 다른 환경에서도 똑같이 잘 작동한다고 볼 수는 없다는 것을 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
롤러가 바퀴 축과 수직이어서 바퀴를 서로 각도를 두고 배치해야 하므로 세 바퀴 삼각 배치가 흔하고, 메카넘은 45도 롤러 덕분에 네 바퀴를 평행 배치할 수 있다는 점이 다릅니다. 두 방식 모두 롤러 점 접촉 때문에 하중 용량과 요철 대응이 약하며, 전방향 이동이 필요하지 않은 작업에서는 단순 차동 구동이 더 신뢰성이 높습니다. 구동 방향의 힘은 바퀴 본체가 받아 전달하고, 그와 수직인 방향의 힘은 롤러가 자유롭게 굴러 흡수하는 구조이므로, 세 바퀴를 120도 간격으로 배치하면 어느 조합으로도 평면상의 임의 방향 속도와 회전을 동시에 만들어낼 수 있다. 롤러가 점 접촉으로 하중을 받기 때문에 바퀴 하나의 최대 가반하중은 같은 크기의 일반 바퀴보다 작다.
주의할 점
전방향휠은 옆방향 이동이 가능한 대신 일반 바퀴보다 접지력과 구동 효율이 낮아지는 경향이 있다.
롤러의 이음매를 지날 때 미세한 진동과 소음이 발생하고, 시간이 지나면 롤러 베어링 마모로 유격이 커져 위치 정밀도가 서서히 떨어진다.