로봇 잔디깎이에는 일반적으로 세 개의 모터가 필요합니다. 즉, 절단 모터 하나와 독립적으로 작동하는 바퀴 구동 모터 두 개입니다. 이 3모터 구성은 칼날 회전, 전진, 후진, 회전을 각각 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 널리 사용됩니다.

일반적인 모터 구성

로봇 잔디깎이 설계	절단 모터	구동 모터	보조 모터	일반적인 총계
기본형 소형 잔디깎이	1	1–2	0	2–3
표준 가정용 잔디깎이	1	2	0	3
이중 칼날 잔디깎이	2	2	0	4
사륜구동 잔디깎이	1	4	0	5
전동 높이 조절 기능이 탑재된 고급형 잔디깎이	1–2	2–4	1	4–7
상업용 멀티 디스크 모어	2–3	2–4	0–2	4–9

대부분의 가정용 로봇 잔디깎이의 경우, 3개의 모터가 이동성, 절단 성능, 에너지 소비, 기계적 복잡성 및 생산 비용 사이에서 최적의 균형을 제공합니다.

대부분의 로봇 잔디깎이가 3개의 모터를 사용하는 이유

일반적인 로봇 잔디깎기에는 대개 다음과 같은 구성 요소가 포함됩니다:

• 절단 디스크 또는 블레이드를 구동하는 모터 1개
• 왼쪽 바퀴를 구동하는 모터 1개
• 오른쪽 바퀴를 구동하는 모터 1개

두 바퀴 모터는 독립적으로 작동합니다. 속도와 방향을 조절함으로써, 잔디깎이는 직진하거나, 곡선 경로를 따라가거나, 후진하거나, 거의 본체 길이 내에서 회전할 수 있습니다.

예를 들어, 두 바퀴 모터가 모두 같은 속도로 앞으로 회전하면 잔디깎이는 직진합니다. 왼쪽 바퀴가 오른쪽 바퀴보다 더 느리게 회전하면 기계는 왼쪽으로 회전합니다. 바퀴가 반대 방향으로 회전하면 잔디깎이는 매우 좁은 공간 내에서 급격하게 회전할 수 있습니다.

이러한 구조 덕분에 별도의 기계식 조향 장치가 필요하지 않습니다. 기존의 조향 축을 사용하려면 연결 장치, 관절, 추가 공간 및 더 많은 움직이는 부품이 필요했을 것입니다. 독립적인 모터 제어는 방향을 자주 바꾸는 소형 자율 주행 기계에 일반적으로 더 적합합니다.

절단 모터는 바퀴 속도가 변하더라도 블레이드 속도가 안정적으로 유지되어야 하므로 별도로 작동합니다. 잔디깎이는 경계 근처에서 속도를 줄이거나, 장애물을 피하기 위해 멈추거나, 경사면에서 방향을 전환할 수 있지만, 절단 디스크는 여전히 목표 회전 속도를 유지해야 할 수 있습니다.

따라서 절단 시스템과 구동 시스템을 분리하면 제어 정확도와 시스템 유연성이 향상됩니다.

절단 모터

절단 모터는 잔디깎이 하단에 설치된 블레이드, 절단 디스크 또는 블레이드 캐리어를 구동합니다. 이 모터의 주요 기능은 과도한 진동, 소음 또는 에너지 소비 없이 잔디를 깔끔하게 깎을 수 있도록 충분한 회전 속도를 유지하는 것입니다.

대부분의 로봇 잔디깎이는 하나의 절단 모터를 사용합니다. 로봇 잔디깎이는 한 번에 많은 양을 제거하기보다는 자주 잔디를 깎기 때문에, 이는 보통 중소형 잔디밭에는 충분합니다.

기존의 수동식 잔디깎기는 며칠 또는 몇 주 동안 자란 키 큰 잔디를 깎아야 할 수도 있습니다. 반면 로봇 잔디깎기는 대개 주당 여러 번 작동하며 잔디 끝부분만 소량씩 잘라냅니다. 이로 인해 절단 시스템에 요구되는 토크가 줄어듭니다.

모터는 여전히 다음과 같은 요인으로 인해 발생하는 변화하는 부하를 감당해야 합니다:

• 무성한 잔디
• 젖은 잔디
• 작은 나뭇가지
• 절단 디스크 주변에 쌓인 잔디
• 고르지 않은 절단 높이
• 빽빽한 초목과의 갑작스러운 접촉

적합한 절단 모터는 무부하 회전수만 보고 선택해서는 안 됩니다. 모터의 연속 토크, 최대 토크, 열 성능, 샤프트 설계, 베어링 지지 구조 및 제어기 반응도 중요합니다.

두 개의 절단 모터를 사용할 때

일부 로봇 잔디깎이는 모터 하나를 사용하는 대신 두 개를 사용합니다. 각 모터는 별도의 절단 디스크를 구동할 수 있습니다.

듀얼 모터 절단 시스템은 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 더 넓은 절단 폭
• 큰 잔디깎이 본체 아래의 더 나은 커버리지
• 더 균일한 하중 분산
• 블레이드-디스크 직경 감소
• 섀시 설계의 유연성 증대

그러나 절단 모터를 하나 더 추가하면 전력 소비량, 컨트롤러 사양, 배선, 방수 처리 부위 및 유지보수 복잡성도 함께 증가합니다.

작은 절단 모터 두 개가 큰 모터 하나보다 무조건 더 효율적인 것은 아닙니다. 전체 절단 구조를 종합적으로 평가해야 합니다. 블레이드 직경, 블레이드 수, 디스크 속도, 중첩 면적, 잔디 밀도, 섀시 하부의 기류 등은 모두 실제 성능에 영향을 미칩니다.

듀얼 디스크 시스템은 매우 큰 절단 디스크 하나를 사용하지 않고도 넓은 절단 폭이 필요한 모어에서 가장 유용합니다.

휠 구동 모터

대부분의 로봇 잔디깎이는 두 개의 구동 모터를 사용하며, 각 구동 바퀴에 하나씩 연결되어 있습니다. 이 모터들은 일반적으로 감속 기어를 통해 작동하여 비교적 낮은 속도에서 필요한 바퀴 토크를 제공합니다.

구동 모터는 다음을 담당합니다:

• 전진 및 후진 주행
• 속도 조절
• 방향 전환
• 경계선 추적
• 장애물 회피
• 경사면 주행
• 위치 보정
• 도킹 정렬

로봇 잔디깎이는 길고 완벽하게 직선인 경로를 따라 이동하는 경우가 드물기 때문에 독립적인 바퀴 모터가 특히 중요합니다. 로봇 잔디깎이는 경계 신호, 매핑 데이터, 바퀴 피드백, 카메라 정보 또는 장애물 센서에 따라 지속적으로 경로를 조정합니다.

모터는 한 번의 잔디 깎기 주기 동안 수백 번에 달하는 미세한 속도 보정을 수행할 수 있습니다. 따라서 안정적인 저속 주행은 높은 최고 속도보다 더 중요할 수 있습니다.

빠르게 이동하지만 제어된 보정을 수행할 수 없는 잔디깎이는 깎이지 않은 구역을 남기거나, 잔디 가장자리를 손상시키거나, 충전 스테이션에 진입하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.

로봇 잔디깎이는 구동 모터 하나만 사용할 수 있을까요?

간단한 구조의 잔디깎이는 이론적으로 하나의 모터를 사용하여 공통 축이나 변속기를 통해 양쪽 바퀴를 구동할 수 있습니다. 이 경우 조향은 기계식 장치나 다른 액추에이터를 통해 처리될 수 있습니다.

이러한 설계는 주 구동 모터의 수를 줄일 수는 있지만, 다른 문제점을 야기합니다. 차동 기어, 클러치, 조향 링크, 또는 조향 액추에이터가 여전히 필요할 수 있습니다. 이러한 부품들이 포함되면 전체 시스템이 더 단순해지지 않을 수도 있습니다.

구동 모터를 공유하면 좌우 바퀴의 속도를 독립적으로 제어하기가 더 어려워집니다. 이는 회전 유연성을 제한하고 정밀한 주행을 더 어렵게 만듭니다.

이러한 이유로 단일 구동 모터는 조향 요구 사항이 제한적인 기본형 기계에 주로 적합합니다. 나무, 화단, 좁은 통로, 정원 가구, 불규칙한 경계를 우회해야 하는 자율 주행 잔디깎이에는 적합하지 않습니다.

일부 잔디깎이에 4개의 구동 모터가 필요한 이유

가파르거나 고르지 않은 지형을 위해 설계된 로봇 잔디깎이는 4륜 구동을 사용할 수 있습니다. 이러한 기계에서는 각 바퀴에 별도의 모터가 장착되어 총 4개의 구동 모터가 사용됩니다.

절단 모터 하나를 추가하면, 잔디깎이에는 최소 5개의 모터가 탑재될 수 있습니다.

4륜 구동 시스템은 다음을 개선할 수 있습니다:

• 경사면에서의 견인력
• 부드러운 지면에서의 이동성
• 고르지 않은 잔디밭에서의 안정성
• 얕은 구덩이에서 벗어나는 능력
• 젖은 잔디 위에서의 조종성
• 무게 분배
• 거친 노면에서의 선회 성능

그러나 모터 개수만으로는 우수한 경사면 주행 능력을 보장할 수 없습니다. 타이어 패턴, 휠 직경, 모어 무게, 무게 중심, 지상고, 제어 소프트웨어 역시 동등하게 중요합니다.

출력이 부족한 휠 모터 4개를 장착하는 것이, 적절한 타이어와 무게 분배를 갖춘 적정 크기의 모터 2개를 장착하는 것보다 성능이 떨어질 수 있습니다.

추가된 모터는 공간을 차지할 뿐만 아니라 더 많은 전자 제어 채널을 필요로 합니다. 휠 모터들은 서로 조화를 이루어 작동해야 하므로, 속도 조절이 부정확할 경우 타이어 마찰, 에너지 손실 또는 불안정한 움직임이 발생할 수 있습니다.

따라서 4모터 구동 시스템은 단순히 모터 수가 많다고 해서 더 첨단 기술처럼 보인다는 이유만으로는 정당화될 수 없으며, 지형상 필요한 경우에 한해 도입되어야 합니다.

보조 모터

고급 로봇 잔디깎이에는 절단이나 바퀴 움직임과 직접적인 관련이 없는 기능을 수행하기 위한 소형 모터나 액추에이터가 포함될 수 있습니다.

절단 높이 조절

일부 모델에서는 절단 높이를 전자적으로 조절할 수 있습니다. 소형 기어 모터나 선형 액추에이터가 절단 장치를 올리고 내립니다.

이 기능을 통해 앱, 제어판 또는 자동 프로그램을 통해 잔디깎이의 절단 높이를 변경할 수 있습니다. 또한 잔디밭 구역별로 서로 다른 높이 설정을 지원할 수도 있습니다.

조정 모터는 짧은 시간 동안만 작동하므로, 일반적으로 절단 모터나 구동 모터에 비해 필요한 전력이 훨씬 적습니다.

조향 액추에이터

대부분의 로봇 잔디깎이는 차동 바퀴 속도를 통해 조향하지만, 대형 또는 특수 기기의 경우 별도의 조향 액추에이터를 사용할 수 있습니다. 이는 조향 가능한 앞바퀴가 장착된 설계나 보다 전통적인 차량 구조에서 찾아볼 수 있습니다.

이러한 설계는 고속 주행 시 경로 제어 성능을 향상시킬 수 있지만, 추가적인 부품과 잠재적인 고장 지점을 발생시킵니다.

청소 또는 블레이드 위치 조정 시스템

상업용 또는 특수 목적의 로봇 잔디깎기에는 전동 청소 브러시, 블레이드 접이식 메커니즘, 높이 조절이 가능한 데크, 또는 배출 제어 시스템이 포함될 수 있습니다. 각 전동 기능마다 소형 모터가 하나씩 추가될 수 있습니다.

이러한 기능은 명확한 이점을 제공할 때만 추가하십시오. 모터가 하나 추가될 때마다 밀봉 요구 사항, 전기 연결, 제어 로직 및 유지보수 필요성이 증가합니다.

필요한 모터 수를 결정하는 요인

모터 수는 다른 기계를 그대로 모방하기보다는 잔디깎이의 작동 요구 사항에 따라 결정해야 합니다.

절단 폭

더 넓은 잔디깎이는 섀시 아래 전체 면적을 커버하기 위해 여러 개의 절단 디스크가 필요할 수 있습니다. 이로 인해 절단 모터 수가 늘어날 수 있습니다.

하나의 대형 디스크는 기계적으로 단순하지만, 더 많은 공간을 차지하고 회전 관성이 더 클 수 있습니다. 여러 개의 소형 디스크는 설계 유연성을 높일 수 있지만 더 많은 부품이 필요합니다.

지형

평평한 주거용 잔디밭은 대개 구동 바퀴 두 개로도 충분히 관리할 수 있습니다. 가파른 경사면, 느슨한 토양, 젖은 표면, 고르지 않은 지형에서는 4륜 구동이 필요할 수 있습니다.

선회 방식

차동 조향 방식은 일반적으로 두 개의 독립적으로 제어되는 구동 모터가 필요합니다. 기계식 조향 방식은 하나의 구동 모터와 하나의 조향 액추에이터를 사용할 수 있지만, 이러한 구성은 제어 및 유지보수 측면에서 다른 요구 사항이 따릅니다.

필요한 기동성

좁은 통로에서 작동하는 잔디깎이는 정밀한 바퀴 제어가 필요합니다. 두 개의 독립적인 구동 모터를 사용하면 기계를 좁은 반경으로 회전시키고 미세한 위치 보정을 할 수 있습니다.

배터리 용량

모든 모터는 배터리에서 에너지를 소비합니다. 배터리, 제어기 전략 및 기계적 효율을 적절히 조정하지 않으면 모터 수를 늘릴 경우 작동 시간이 단축될 수 있습니다.

모터 수가 많다고 해서 항상 소비 전력이 비례적으로 증가하는 것은 아닙니다. 각 모터가 담당하는 부하가 줄어들 수 있기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 대기 손실, 제어기 손실, 기어박스 마찰 및 추가 중량을 고려해야 합니다.

신뢰성 목표

더 단순한 3모터 구조는 밀봉, 제조, 테스트 및 유지보수가 더 쉬울 수 있습니다. 더 복잡한 잔디깎이는 더 나은 성능을 제공할 수 있지만, 더 많은 커넥터, 베어링, 기어, 케이블, 드라이버 및 잠재적인 고장 지점을 포함하게 됩니다.

일반적으로 3개의 모터가 실용적인 출발점입니다

일반적인 가정용 로봇 잔디깎이의 경우, 다음 구성이 실용적인 출발점이 됩니다:

• 브러시리스 절단 모터 1개
• 독립적으로 제어되는 기어드 휠 모터 2개
• 동력식 높이 조절 기능이 필요하지 않은 한 보조 모터 없음

이 구조는 시스템을 비교적 콤팩트하게 유지하면서도 일반적인 잔디밭을 관리하는 데 충분한 제어 성능을 제공합니다.

이후 실제 요구 사항에 따라 설계를 확장할 수 있습니다. 더 넓은 절단 데크의 경우 두 번째 절단 모터를 추가할 수 있습니다. 가파른 경사면용 모델의 경우 바퀴 모터를 두 개 더 추가할 수 있습니다. 자동 절단 높이 제어 기능을 추가하려면 소형 액추에이터를 장착할 수 있습니다.

필요한 기능을 충족하는 가장 단순한 구성부터 시작하는 것이, 기계적 및 제어 요구 사항을 완전히 파악하기 전에 모터를 추가하는 것보다 일반적으로 더 신뢰할 수 있는 설계를 만들어 냅니다.