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M26.04 · 기구 CAD·무게중심·조립·공차

단위별 목표·권장 선수와 자료 준비 상태를 확인하고, 공개된 본문과 활동을 읽고 준비 상태를 확인할 수 있습니다.

전체 커리큘럼

학습 안내

본문을 읽고 장비 없는 기본 실습·세 확인 문제와 해설로 이해를 확인하세요.

예상 학습 시간: 미정. 이 페이지 방문이나 자료 열람으로 완료·숙달을 자동 부여하지 않습니다.

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학습 목표

  • 파라미터/구속·부품/조립·좌표/질량 근거를 나누어 CAD 검토 흐름을 설명한다.
  • 같은 좌표계의 합성 무게중심을 계산하고 지그/실제 접촉의 정적 판정 범위를 구분한다.
  • 치수 공차의 총유격 구간·변형과 변경 영향을 계산해 조립/검증의 미확인을 기록한다.

아래 설명·실습·문제로 각 학습 목표를 확인하세요.

권장 선수

M26.03의 보드/핀·형상/미확인 검토가 선수다. 기존2.7 COM/관성을 연결하되 CAD/조립/공차의 제공 자료 분석을 보충한다. 언어 문법 없이 종이 계산/개념도를 사용한다. 실제 CAD/구조해석·제조/조립/계측·동적 균형/장비 실증은 수행하지 않는다. 이미 알고 있다면 직접 열어볼 수 있습니다.

설명 필수

세 목표에 대응하는 검수된 설명·예제를 읽습니다.

CAD에서 맞는 조립과 실제로 맞는 기구를 구분한다

보드가 bracket에 들어가 보이고 바퀴가 매끈하게 회전하는3D 화면은 좋은 확인 자료다. 하지만 공차/케이블·공구 접근을 빼거나 배터리 질량을 누락하면 실제 조립/동작과 다를 수 있다. CAD에서 차체를 fixed로 잡았다는 사실도 실제 로봇이 지면에 고정됐다는 뜻이 아니다.

M26.03의 PCB 외형/커넥터·전력 경계를 기구의 기준면/장착·질량/공차와 연결한다. 기존 2.7 질량·COM·관성을 부분 재사용하며, 이번에는 도구 공통 작업 흐름과 조립 판단을 보충한다. 제공 표/개념도의 종이 분석이며 실제 CAD 파일·제작/조립·계측 결과가 아니다.

치수·구속으로 설계 의도를 표현한다

파라미터 CAD는 형상을 치수/관계와 모형 이력으로 관리한다. 예를 들어 판 폭W=70mm, 두께3mm, bracket 내부 폭G=70.3mm처럼 이름과 단위·기준을 정한다. FreeCAD 공식 소개의 기하 구속/파라미터 이력이 한 예다. 특정 제품/버전의 메뉴를 실행하거나 새 CAD를 설치하는 것이 기본 조건은 아니다.

이 단위에서 sketch는 기준 평면 위의2D 형상/치수·구속, feature는 돌출/구멍 같은 생성/가공 단계, 부품은 개별 제작 대상, 조립은 부품의 배치/관계를 뜻한다. 도구별 body/component 이름과 의미는 다를 수 있으므로 파일/버전의 정의를 확인한다.

순서확인할 설계 의도/산출물
기준원점·축/단위·기준면과 보드/센서·바퀴 축 정의
sketch치수와 일치/평행·수직 등 관계. 남은 자유도/중복 구속 확인
feature판/돌출·구멍/포켓과 순서·치수 변경의 영향
조립부품 개정/수량·위치/방향·결합 관계·허용 운동
질량/검토재질/밀도 또는 질량 근거·COM/관성·간섭/공차·미확인
형상 묶음도면/공차·native파일/부품표·보드/케이블·좌표/질량·검토 결과

구속이 부족하면 움직이면 안 되는 형상이 바뀔 수 있고, 중복/모순 구속은 치수 변경을 막을 수 있다. 반대로 모든 것을 fixed로 잠가 그림을 안정화하면 의도한 기구의 운동을 숨길 수 있다. 바퀴/축의 허용 회전 자유도와 차체·센서의 고정 관계를 각각 적는다.

조립 순서·간섭·공차를 함께 본다

판이 들어가는 공간만 비교하지 말고 끼우는 방향/순서·fastener/공구 접근·배터리 교체/케이블·커넥터 결합 공간을 검토한다. CAD의 간섭 없음은 공차/변형/코팅이나 실제 조립 경로까지 검증했다는 뜻이 아니다. 재질/제조 방향·강도/열/진동·체결 조건도 별도 근거가 필요하다.

조립 여유와 지지 영역. 왼쪽은 보드/브래킷 단면, 오른쪽은 별도의 지지 영역 예시다. 축척·수치는 부여하지 않았다. 공차 통과와 COM 투영의 판단을 혼합하지 않으며 정적 투영만으로 동적 균형을 보장하지 않는다.그림 원본 크기로 보기

그림 M26.04-1. 왼쪽은 보드/브래킷 단면, 오른쪽은 별도의 지지 영역 예시다. 축척·수치는 부여하지 않았다. 공차 통과와 COM 투영의 판단을 혼합하지 않으며 정적 투영만으로 동적 균형을 보장하지 않는다. 직접 제작.

이 단위는 부품 선택·가공/체결 토크·실제 조립 절차를 지시하지 않는다. 제공 설계에서 어떤 자료가 빠졌고 어느 조합을 다시 검토할지 판단한다. 기구를 바꿔 IMU 축/장착 위치가 달라지면 M26.02의 추정/제어·HSI와 보드/케이블 조건도 함께 바뀐다.

보기 좋은 형상과 질량/관성 데이터는 다르다

렌더링 색상은 질량 근거가 아니다. 균일 밀도/형상으로 계산했는지, 실측 질량/중심을 덮어썼는지, 속이 빈 인쇄물/배터리·케이블·중복/누락 부품이 있는지 확인한다. Onshape Mass Properties 문서는 해당 제품에서 재료가 없는 부품이 계산에 포함되지 않을 수 있고 계산이 근사임을 설명한다. 이를 모든 CAD의 동일 동작으로 일반화하지 말고 각 도구의 포함 목록/밀도·override·기준 좌표를 확인한다.

각 묶음의 질량/COM이 이미 제공돼 있다면 같은 좌표계로 변환한 뒤 합성한다. 모양의 중심을 무조건 COM으로 쓰지 않는다. 질량 단위kg, 이 예제의 기구 좌표는mm이며 로봇 데이터로 옮길 때m로 변환한다. 관성은 질량/COM만으로 다 정해지지 않으므로 각 부품의 내부 분포·기준축/단위도 필요하다.

제공 질량표로 전체 COM을 계산한다

공통 좌표 O는 지면에 투영한 기준점, +x는 앞, +y는 왼쪽, +z는 위라고 준다. 표의 세 묶음은 겹치지 않고, 부품이 빠지지 않은 제공 합성 모형이다. 실제 측정/재료 계산값은 아니다.

묶음질량kg / 제공COM(x,y,z)mm
차체/바퀴 등2.0 / (0,0,50)
배터리1.0 / (80,0,100)
상부 센서0.5 / (-40,0,250)

전체 질량M=3.5kg이고 공통 좌표의 벡터 COM은 질량 가중 평균이다. 중력이 거의 균일한 이 예제에서는 질량중심/무게중심을 같은 위치로 다룬다.

c=∑imici∑imi\mathbf c=\frac{\sum_i m_i\mathbf c_i}{\sum_i m_i}

x분자는2×0+1×80+0.5×(-40)=60kg·mm, z분자는2×50+1×100+0.5×250=325kg·mm다. 따라서COM=(17.142857,0,92.857143)mm, SI로약(0.017143,0,0.092857)m다. 부품별 좌표를 서로 다른 원점 그대로 더하거나mm를m로 읽으면 결과가 틀린다.

이 표만으로 전체 관성 텐서를 계산했다고 하지 않는다. 각 묶음의 자체 관성이 없으므로 점질량 합성만으로 실제 전체 관성을 대체할 수 없다. 기존2.7의 COM 기준/평행축·단위와 연결한다.

지그의 지지 영역을 로봇 외형이나 두 바퀴 접촉과 혼동하지 않는다

첫 비교 조건은 평평한 지면의 네 점 지그가(x,y)=(±100,±80)mm에서 지지하는 가상 정적 상태다. 중력만 작용하고 접촉의 수직 반력은 음수가 될 수 없다고 준다. COM 투영(17.14,0)은 네 점의 직사각형 안이므로 이 단순 정적 접촉 범위 조건에 맞는다. 구조/마찰·체결 강도/실제 지그 하중을 검증한 것은 아니다.

MIT 접촉/CoP 설명의 반력/접촉점 관계에 정적·중력만이라는 가정을 두면, 무게를 지탱하는 수직 반력의 가중 평균 위치가COM 투영과 같아야 한다. 음의 반력을 요구할 수 없으므로 투영은 실제 접촉점의 convex hull 안이어야 한다. 차체의 외형 바닥면 전체를 접촉 영역으로 쓰면 안 되는 이유다.

다음은 두 조건을 겹쳐 비교하는 위쪽 보기의 ASCII 개념도다. 축척/정확한 위치 도면이나 실행 코드가 아니다. o는 지그 접촉, x는 지그 제거 후 바퀴 접촉이며 여섯 점이 동시에 지지한다는 뜻이 아니다.

+80 o------x------o
           | *COM
-80 o------x------o
    -100   0    +100 x

지그를 제거한 두 바퀴의 접촉점을(0,+80)/(0,-80)mm로 주면 지지는x=0의 선분이다. 제공 자세의COM x=17.14mm는 이 선분 밖이므로 그 자세를 수동 정적 평형이라고 할 수 없다. COM 투영이 정확히 선분 위여도 앞뒤 지지 여유가 생기는 것은 아니며 실제 균형 제어/접촉·운동 문제는 별도다. 지그 위 계산 통과나 CAD의fixed 상태를 실제2륜 균형 유지로 표시하지 않는다.

부품 이동/추가 뒤에는 계산과 제어 근거를 갱신한다

가상 payload2kg를(300,0,200)mm에 추가하면M=5.5kg, x분자는60+600=660kg·mm로COM x=120mm다. 지그의앞끝100mm 밖이므로 같은 정적 범위 조건도 충족하지 않는다. z=(325+400)/5.5≈131.818mm로 높이도 달라진다.

질량/기구 변경은 관성·모터/전원 하중·배선/케이블·IMU장착/좌표·제어 모형/이득/제한과 검토 조건에 영향을 줄 수 있다. 'COM을 낮추면 언제나 안정' 같은 규칙으로 모든2륜/동적 시스템을 설명하지 않는다. 같은 접촉 영역/수평 위치의 정적 기울임 비교와, 실제 접촉/가속·관성/제어를 구분한다.

명목상 들어가는 부품도 최악 공차에서 맞지 않을 수 있다

공차는 제작 치수가 허용 구간 안에서 달라질 수 있다는 명세다. 이번에는 폭W의 판과 내부 폭G의bracket 사이 폭 방향 총유격C=G-W를 계산한다. 한쪽 틈이나 구멍 위치/평행도·기하공차까지 포함한 값이 아니다.

제공W=70±0.2mm는69.8~70.2mm, G=70.3±0.1mm는70.2~70.4mm다. 총유격의 명목값은0.3mm지만 최소/최대는 다음처럼 계산한다.

Cmin=Gmin−WmaxCmax=Gmax−Wmin\begin{aligned} C_{min}&=G_{min}-W_{max}\\ C_{max}&=G_{max}-W_{min} \end{aligned}

Cmin=70.2-70.2=0mm, Cmax=70.4-69.8=0.6mm다. 제공 요구0.1≤C≤0.5mm의 양 끝을 포함한다고 해도 최소와 최대가 모두 벗어난다. 명목3D에서 들어가 보인다는 이유로 통과시키면 안 된다.0은 반드시 모든 실물이 끼인다는 뜻이 아니라 요구 최소 여유를 보장하지 못한다는 판정이다.

공간을 무조건 넓히는 것과 요구 충족은 다르다

변형제공 총유격 구간/판정
원래W70±.2/G70.3±.10~0.6mm. 최소/최대 모두 위반
G만70.5±.1로 확대0.2~0.8mm. 최소는 맞지만 최대 위반
W70±.1/G70.3±.050.15~0.45mm. 이 구간 산술은 요구 안

마지막 안은 요구 구간에 맞는 후보지만 실제 가공/인쇄 능력·코팅/온도/변형·구멍 위치/조립 경로가 검증된 것은 아니다. 더 작은 공차를 도면에 쓰는 것과 공정이 그 공차를 충족하는 것은 다르다. 승인 근거가 없으면 수정 후보/검증 대기로 남긴다.

이 계산은 제공 구간의 worst-case다. 독립/분포·공정 데이터가 없으므로 제곱합제곱근(RSS)으로 허용 범위를 임의 축소하거나 조립 성공 확률을 만들어내지 않는다. 양쪽 틈이 동일하다는 주장도 중심 정렬/위치 공차를 별도 확인해야 한다.

기구·전기·로봇 모델의 형상을 함께 넘긴다

기구 개정에는 native CAD/부품표·재질/질량 출처·기준면/좌표/단위·조립관계/자유도·공차/검토 결과를 묶는다. PCB/커넥터 위치와 전원/케이블·IMU/driver의 HSI도 같은 조합으로 연결한다. mesh로 외형을 내보냈다고 조인트/질량/관성·충돌 형상까지 올바르게 이행됐다고 하지 않는다. M08.04 질량/충돌와 실제 값/축을 대조한다.

기본 완료는 제공 CAD 의도/질량·접촉/공차의 정상·변형과 부족 근거를 설명한 상태다. 실제 CAD 작성/구조 해석·가공/조립·균형 유지/안전을 검증한 것은 아니다. 다음 M26.05 호스트/UI·명령 계약에서는 기구/축·버전과 요청/표시·현재 관측의 경계를 이어 적는다.

관련 기존 자료 · 보충해서 읽기

  • 기존 상세 본문 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    2.7 질량, 무게중심, 관성 텐서

    목표 일부 관련

    기존 자료의 관련 범위이며 신규 목표 전체의 품질 검수는 아직 진행하지 않았습니다.

학습 범위와 한계

기본 설명·예제가 준비되었습니다. 기존 보충 자료의 범위와 구별하세요.

실습 필수

장비 없는 실습을 수행하고 관찰·계산 근거를 해설과 비교합니다.

본문의 질량/좌표·접촉점/치수 구간으로 검토 메모를 작성한다. 실제 CAD/제조·조립/장비 운전은 하지 않는다.

  1. 판W/bracketG의 기준/치수·구속과 부품/조립 관계를 적는다. 바퀴의 회전 자유도와 CAD fixed/실제 접촉의 차이를 설명한다.
  2. M3.5kg/COM의x·z와m변환을 계산하고 지그/두바퀴 접촉에서 각각 판정한다. payload 추가의COM x120mm도 비교한다.
  3. 원래 총유격/확대안/공차변경안의 최소·최대를 계산하고0.1~0.5mm 요구와 대조한다.
  4. 질량/기구 변경에 연결할보드/케이블·프레임/HSI·제어/검증 자료와 미확인 항목을 적는다.

막히면 모든 좌표에 같은 원점/축·단위를 붙이고 실제 접촉점만 표시한다. 명목치/최악 구간·수치 통과/실제 공정 능력을 구분한다.

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학습 범위와 한계

기본 실습은 장비 없이 수행합니다. 실제 장비·GPU 실증을 완료했다는 뜻은 아닙니다.

평가·해설 필수

목표별 세 서술문항에 답하고 해설·판정 기준으로 자기검토합니다.

확인 문제 Q1

CAD에서 모든 부품을fixed로 잠갔고 재질이 없는 배터리는 질량 계산에서 빠졌지만 외형/간섭은 괜찮아 보인다. 구속/회전 자유도·질량/포함 목록과 실제 조립·형상 근거를 구분해 검토하라.

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확인 문제 Q2

제공 세 묶음의M/COM을 계산했다. 지그±100/±80mm 안이니 두 바퀴(x0,y±80)에서도 균형이 검증됐다고 한다. 좌표/실제 접촉·정적/동적 조건과payload 추가를 나눠 바로잡아라.

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확인 문제 Q3

W70±.2/G70.3±.1mm에서 명목유격.3mm라 요구.1~.5mm를 만족한다고 한다. 원래·G70.5±.1확대·W70±.1/G70.3±.05변형의 구간을 계산하고 실제 제작/조립의 미확인을 설명하라.

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학습 범위와 한계

서술답안과 해설이 준비되었습니다. 자기검토와 학습 완료는 숙달 인증과 별개입니다.

참고 자료

학습 확인

실습과 세 문항의 답안을 해설과 비교한 뒤, 이 단위의 학습 완료를 직접 기록할 수 있습니다. 자기검토·학습 완료는 자동 채점이나 숙달 인증과 별개입니다.

실습1개·확인 문제3개의 답안을 저장하고 각각 자기검토를 기록하세요.

학습 이동

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