[로봇 의수] 소소한 개선

지난번에 만든 로봇 의수는, 작동은 어느 정도 가능했지만 그 신뢰성이 매우 낮았습니다.

말로 설명하자니 조금 어려운데, 손가락을 굽힐 때, 서보 모터에서 실이 풀리는 길이가 손등쪽으로 들어가는 실이 당겨지는 길이보다 길어서 실이 느슨해집니다.
그런데, 이 로봇 의수는 사용 공간을 최소화하기 위해 서보모터에 풀리를 연결해서, 실을 감는 방식입니다.

<로봇 의수 구동방식>

그렇다 보니, 실이 느슨해지면 실이 풀리에 감기지 않아 실을 제대로 당겨주지 못하는 문제가 발생합니다.

<느슨해진 낚싯줄>

이 문제를 해결하기 위해, 실제 우리 팔의 해부학적 구조를 찾아봤습니다.

<팔의 해부학적 구조(출처)>

인간의 팔은 손가락을 굽히는 근육과 손가락을 오므리는 근육이 따로 있고, 낚싯줄과는 달리 힘을 전달하는 힘줄에 탄력이 있습니다.

이 중 후자의 원리에서 착안하여, 로봇 의수의 낚싯줄 힘줄에 스프링을 추가했습니다.

<구입한 스프링(구입처)>

이 스프링 판매처도 한국미스미처럼 배송비가 무료라 좋았습니다.

그런데 저런 콩알만한 스프링 10개가 만원에 육박하니...

생각보다 크기가 작으니, 웬만하면 큰 것을 주문하시는게 좋을 것 같습니다. 제가 주문한 규격은 KB1014입니다.

이 스프링을 낚싯줄 중간에 연결해 주었습니다.

<낚싯줄에 연결한 스프링>

처음에는 어떻게 해야 스프링과 실이 견고하게 결합될 지 고민했는데, 스프링의 고리 부분을 플라이어를 이용해 낚싯줄에 꽉 집어 단단히 고정시키고, 순간접착제를 한 방울 떨어뜨리니 낚싯줄에 접착제가 흡수된 상태로 경화되어 단단하게 고정되었습니다.

<스프링의 장력 조절 작용>

효과는 훌륭했습니다. 이처럼 낚싯줄이 풀리더라도 스프링의 길이가 줄어들면서 낚싯줄의 장력을 일정하게 유지시켜 주었습니다.

아두이노를 이용해 10분가량 동작을 반복시켜도 실이 풀리지 않고 정상적으로 작동했습니다.

<EVA폼 접착>

마지막으로, 손바닥의 마찰력 증가를 위해 손바닥과 손가락에 EVA폼을 잘라서 붙여주었습니다.

마찰력 뿐 아니라, 보기에도 더 좋아 보입니다.

마지막으로 로봇 의수 작동 영상입니다.

[Ultimaker 2] 3D 프린터 사용법

학교에서 다른 사람들도 Ultimaker 2를 사용할 수 있도록 매뉴얼을 만들어 보았습니다.

이메일로 요청하시면 PDF파일도 보내드리겠습니다.

1. Cura 실행

2. 속채움, 출력속도 설정

Tip: 출력 속도가 높을수록 출력 시간이 짧아지지만, 정밀도와 표면 품질이 떨어집니다.

높은 정밀도와 표면 품질을 위해서는 20~30mm/s, 빠른 속도를 위해선 50~60mm/s로 출력하는 것이 좋습니다.

속채움은 일반적으로 10~20 사이의 값으로 설정합니다. 30으로 설정하면 충분히 튼튼합니다. 50 이상부터는 오히려 수축이 증가해 정밀도가 감소합니다.

3. STL 파일 로드

Load 버튼을 누르고 출력하고자 하는 STL 파일을 선택합니다.

4. 파일 수정

마우스 오른쪽 버튼을 누른 채로 마우스를 움직이면 시야 위치를 바꿀 수 있습니다.

마우스 왼쪽 버튼으로 물체를 클릭한 뒤, 왼쪽 아래의 버튼들을 이용해 크기와 각도를 조절할 수 있습니다.

5. 오버행 확인

오른쪽의 모래시계 모양 버튼을 누른 뒤, Overhang을 선택합니다.

3D 프린터는 아래부터 쌓아나가는 방식이다 보니, 바닥이 없는 형태는 출력할 수 없습니다. Overhang 기능을 이용하면 이와 같이 3D 프린터가 출력할 수 없는 부분을 빨강색으로 강조해서 보여줍니다.

만약 빨간 부분이 심각하게 넓다면, 서포트 옵션을 켜 주어야 합니다.

6. 서포트 설정

오른쪽에서 Support Type을 선택합니다.

빨간 부분의 넓이가 넓다면, Everywhere을 선택합니다.

빨간 부분의 넓이가 작다면 None을 선택합니다.

서포트를 깔면 공중에 떠 있는 부분을 출력할 수 있지만, 서포트가 출력물과 상당히 강하게 접착되어 있어 서포트를 제거하기가 힘들고, 제거하더라도 흔적이 남아서 출력물 표면이 깔끔하지 않습니다.

웬만하면 모델링 단계에서부터 공중에 뜬 부분이 생기지 않도록 하고(모델을 두 조각으로 나누는 것도 좋은 방법입니다.), 만약 빨간 Overhang의 넓이가 작다면 프린터를 믿고 그냥 출력해 보는 것도 좋습니다.

7. 레이어 확인

오른쪽 위 메뉴에서 Layers를 선택하면 실제 3D 프린터의 노즐이 지나갈 경로를 볼 수 있습니다.

서포트를 켠 경우, Layers 모드에서 서포트를 확인할 수 있습니다.

위 사진에서 하늘색 부분이 서포트입니다.

오른쪽의 슬라이더를 조절하면 모델의 단면을 볼 수 있습니다.

내부가 격자 모양으로 채워져 있는 것은 속채움 값에 따라 그 조밀함이 달라집니다.

Layers 모드에서 빨강색은 테두리, 노랑색은 속채움, 하늘색은 서포트를 의미합니다.

출력물의 표면 품질은 테두리의 출력 속도에 따라 결정됩니다.

8. SD 카드에 G-code 저장

3D 프린터가 알아들을 수 있는 언어가 바로 G-code입니다.

Cura는 3D 모델을 해석해 G-code로 변환해줍니다.

프린터에서 SD카드를 분리합니다.

분리한 SD카드를 컴퓨터에 연결합니다.

SD카드가 컴퓨터에 정상적으로 연결되면 Cura에서 SD카드에 G-code 저장 기능이 활성화됩니다.

이 버튼을 눌러주면

이와 같이 G-code가 저장되었다는 알림이 나타납니다.

이 때, 저장된 G-code의 이름을 기억합니다.

이 상태에서 SD카드 제거 버튼을 누르고 컴퓨터에서 SD카드를 제거한 뒤, SD 카드를 다시 프린터에 넣어줍니다.

9. 출력

프린터 뒷면의 전원 스위치를 켭니다.

우측의 조그 셔틀을 돌려 ‘PRINT’를 선택하고, 조그 셔틀을 눌러 출력모드로 진입합니다.

조그 셔틀을 돌려 방금 기억해 놓은 G-code 파일의 이름을 찾은 뒤, 조그 셔틀을 누르면 프린터가 출력을 시작합니다.

노즐과 베드가 가열될 동안 기다린 후, 출력이 시작되면 첫 번째 레이어가 바닥에 잘 달라붙는지 확인합니다. 첫 번째 레이어가 출력된 이후에는 프린터를 지켜보지 않아도 됩니다. 다른 일을 보고 돌아오면 잘 출력되어 있을 것입니다.

만약 출력 과정에서 문제가 있다면 아래 주소로 연락해 주세요.

13-133 조정민

wakalics@gmail.com

[3D 프린터] 국내최초! Ultimaker2 리뷰

이번에 학교에서 Ultimaker 2를 구입했습니다.
사실 주문 자체는 작년 10월 경에 했고, 도착은 올해 1월쯤에 했는데(네덜란드에서 오는 것이다 보니 시간이 많이 오래 걸리네요.) 이번에 개학하고 처음 봤습니다.

Ultimaker은 네덜란드의 3D 프린터 제작사입니다.
Makerbot에 이에, 두 번째로 높은 점유율을 유지하고 있죠.

얼티메이커의 특징은 훌륭한 설계(개인적으로 현존하는 저가형 3D 프린터 중 가장 훌륭하다고 생각합니다.)를 통해 작은 크기, 큰 출력가능부피, 높은 퀄리티, 빠른 속도를 모두 확보한 프린터입니다.
3D 프린터 슬라이서로 많이 사용하시는 Cura와 Marlin 또한 Ultimaker 사의 작품입니다.
Ultimaker는 모든 프로그램과 설계를 오픈소스로 공개했기 때문에 누구나 직접 만들 수 있습니다.

개인적으로 가장 좋아하는 3D 프린터이기도 합니다.

본사 홈페이지는 https://www.ultimaker.com/입니다.



이런 Ultimaker의 신제품, Ultimaker 2가 작년에 출시되었습니다.

<Ultimaker2 와 Ultimaker 비교>

나무판을 레이저 커터로 가공해 만들었던 전작과는 달리, DiBond(플라스틱 판 앞뒤에 얇은 알루미늄판을 붙여 제작한, 가볍고 강도가 높은 소재)와 반투명 플라스틱을 이용해 프레임을 만들었고, 익스트루더가 작아졌으며, LCD가 내장되는 등 여러모로 깔끔하게 변했습니다.

특히, 노즐 양쪽에서 출력물을 식혀주는 Dual Fan으로 출력물 퀄리티를 높였고, 우수한 설계를 통해 소음을 49데시벨까지 줄였다고 합니다.

제품 설명은 이 정도로 하고, 이제 자랑을 시작하겠습니다.

전작인 얼티메이커는 팹랩서울의 김재민 매니저님 등 이미 사용한 사람들이 많지만, 얼티메이커 2 는 한국과학영재학교가 최초인 것 같습니다.

일단 구글링을 해 본 결과로는 아직까지는 국내 사용자는 없는 것으로 보입니다.

<정면에서 본 Ultimaker 2>

한 눈에 봐도 투박해 보였던 전작과는 달리 굉장히 세련된 외관을 가지고 있습니다.

특히, 내부에 LED가 장착되어 출력물을 환하게 비춰주고, 반투명 플라스틱으로 된 옆면이 은은하게 빛나 정말 멋집니다.

가공된 상태를 보아하니 각 판들은 CNC 라우터로 가공된 것 같습니다.

<Ultimaker 2의 LCD>

LCD도 GLCD가 들어가서 상당히 고급스럽습니다.

옆의 조그 다이얼과 함께 사용하면 아주 편하게 사용할 수 있구요, 출력 중간에 속도나 온도 등의 설정을 변경할 수도 있습니다.

베드 레벨링도 프린터만으로 쉽게 진행항 수 있구요.

UI도 약간의 애니메이션이 들어가서 매우 부드럽습니다.

<Ultimaker 2의 정면 및 내부 모습>

전반적인 구조는 Ultimaker과 동일합니다.

하지만 전작에서는 샤프트가 전부 M8이었는데, Ultimaker 2는 X,Y축은 모서리쪽은 M8, 가운데에 노즐을 움직여주는 샤프트는 M6, Z축은 M10 또는 M12로 되어있습니다. 각 부위별로 더 적합하게 바뀐 것 같습니다.

<Ultimaker 2 익스트루더>

아까도 말씀드렸지만, Extruder가 작게 변했습니다. 전작에선 감속기어가 붙어있었고 익스트루더 전체가 바깥으로 노출되어 있었는데, 이번에는 모터는 내부로 들어가있고 감속기어 없이 모터축에서 필라멘트를 바로 밀어주는 Direct Drive 방식으로 변경되었습니다.

필라멘트는 여전히 3mm를 사용합니다. 원료 구하기 힘들겠네요.

<Ultimaker 2 노즐부>

노즐부의 모습입니다.

아아, 저 구조는 정말 아름답다는 말 밖에는 나오지 않네요.

특히, 노즐부에는 팬이 3개가 장착되어, 한 개는 노즐의 배럴을 실시간으로 식혀주고(필라멘트가 부드럽게 나오게 해 주는 효과가 있습니다.) 두 개는 덕트에 연결되어 출력물을 식혀줍니다.(출력물의 표면이 매끄러워지고 자세한 디테일이 잘 살아나며 Overhang 각도가 증가하고 Bridging이 원활하게 되는 장점이 있습니다.)

전반적인 구조는 Ultimaker과 동일하지만, 확실히 업그레이드 된 것을 볼 수 있습니다.

<Ultimaker 2 출력>

로봇 의수를 만들기 위해 팔뚝 부품을 출력한 사진입니다.

출력 가능 공간이 워낙 넓어서 이런 큰 구조물도 여러개를 동시에 출력할 수 있습니다.

Ultimaker의 설계가 정말 대단한게, 전체 부피 대비 출력 가능 공간 부피가 정말 큽니다. 제가 알기론 세계 최고입니다.

심지어 Ultimaker2에서는 전체 부피는 줄어들고 출력가능 부피는 증가했습니다.

<출력된 팔뚝 부품>

아직 세팅이 완료되지 않아(Ultimaker 2와 같이 익스트루더와 노즐이 떨어져 있고 테프론 튜브로 연결된 모델은 세팅이 아주 중요합니다.) 조금 문제가 있지만, 그럼에도 불구하고 출력물 표면이 아름답습니다.

프레임이 매우 견고하다 보니 진동이 매우 적죠.

지금까지 너무 장점만 얘기한 것 같은데, 단점을 말해 보겠습니다.

- 비싸다(배송비 제외하고도 300만원 가량)

- 본사가 네덜란드에 있고, 수입사가 없다보니 구입도 힘들고 유지보수를 위한 부품 구입도 힘들다.

- 3mm 필라멘트를 사용해 원료 수급이 어렵다.

- 완제품이다(이건 제게만 단점인 것 같습니다.)

- 보우덴 방식(Ultimaker 2와 같이 익스트루더와 노즐이 떨어져 있고 테프론 튜브로 연결된 방식)

  이라 세팅이 어렵고 출력물의 퀄리티가 떨어진다.(세팅이 잘못되면 중간중간 빈 공간이 생깁니다.)

- 용량이 작은 모터를 사용해 모터 발열이 조금 있다.

이 정도입니다.

그래도 여전히 매우 좋은 프린터입니다.

가격만 좀 저렴하다면 개인적으로 구매해서 1.75mm 필라멘트를 사용하도록 개조해서 들고다니며 사용하고 싶습니다.