제5부 구동·액추에이터·동력전달

5.23 브레이크·클러치와 관절 잠금

5.23.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

이 장은 로봇 관절을 정지시키고 전원이 없을 때 유지하는 장치, 곧 마찰 브레이크·클러치·비역구동 기구·형상 잠금 장치를 다룬다. 스프링 인가형 전자기 브레이크의 토크 식, 코일 전류가 정하는 스위칭 시간, 토크 상승 구간을 포함한 정지 시간·각·마찰 에너지, 정적 유지 선정과 브레이크 시험 토크, 전원 차단 때의 부하 보조 거동, 모터 권선 단락 제동, 웜 기어의 자기 잠금 조건을 계산한다. 제어 가능한 토크 클러치(자기유변·전기접착)는 5.24, 모터 반사 관성은 3.4, 마찰은 3.8, 중력 보상은 4.10, 안전 기능(비상정지·STO·SS1·SBC)은 26.7, 관절 모듈 통합은 7.2, 열·수명은 5.25, 브레이크 제품은 46.11에서 다룬다.

배우는 것:

• 잠금 장치의 분류 — 기계식·마찰식·특이점 방식과 능동·수동의 구분, 로봇에서의 세 가지 역할(정적 유지·비상 감속·에너지 관리).
• 전자기 브레이크 — 마찰 원판 토크, 스프링 인가형의 구성, 스위칭 시간 $t_{11}$·$t_1$·$t_2$, 보호 회로 의존.
• 정지 계산 — 지연·토크 상승·부하 토크·속도 구간별 토크가 정하는 정지 각과 마찰 에너지.
• 선정과 시험 — 정적 유지 여유, 온도·편차 보정, 브레이크 시험 토크와 허용 회전각.
• 보완 수단 — 단락 제동의 토크-속도, 웜 기어·나사의 자기 잠금 조건.

선수 지식: 3.4(반사 관성), 5.3(PMSM dq 모형), 3.8(마찰), 5.1(역구동성).

특히 중요한 독자: 수직축·중력 부하 관절의 정지 유지를 설계하는 엔지니어, 안전 기능과 브레이크 시험을 연결하는 인증 담당자, 브레이크 사양서의 토크·시간 정의를 비교하는 구매·품질 담당자.

출처 방침. 기준 시점은 2026-11-05이다. 직접 읽은 자료: (a) Plooij·Mathijssen·Cherelle·Lefeber·Vanderborght(2015, IEEE Robotics & Automation Magazine 22(1), 106–117) 전문(TU Delft 게시본, 표지에 IEEE 2015 저작권 표시). (b) mayr Installation and Operational Instructions ROBA-servostop Type 8980.00_00 Sizes 50–160(B.8980.EN, 2023-11-23) 5.2.1·5.2.3·5.2.6절·6절·7.3~7.5절, 같은 제조사의 Remarks and recommendations for the static brake test(2022-04-26, 2쪽)와 ROBA-servostop Safety brakes for servomotors(P.898000.V01.EN, 2015-02-27) — 모두 제조사 문서이다 (공개 주장치). (c) Mendolia(2000, Machine Design 8월 1일자 "Choosing servomotor brakes")의 선정 절차 — 실무 기사로서 2차 출처이다. (d) 이 책 5.3의 dq 모형과 이 장이 유도한 식. 읽지 못한 것: DIN VDE 0580·VDI 2241·ISO 13849-1·IEC 61800-5-2 등 표준 본문(번호는 제조사 문서가 인용한 것을 그대로 적는다), 다른 제조사의 브레이크 카탈로그, 영구자석 브레이크 문헌. 관절 예제의 매개변수와 모터 상수는 이 장의 가정이며 특정 제품의 사양이 아니다.

5.23.2 개념 — 정지시키는 장치와 유지하는 장치는 다르다

결론부터 적으면 다음과 같다. 관절의 브레이크는 모터를 돕는 감속 장치가 아니라 전원이 사라진 뒤에도 하중을 유지하는 정적 유지 장치이며, 정지 거리에서는 전원 차단 후 토크가 나타나기까지의 지연이 큰 비중을 차지한다(이 장 예제에서 모터축 정지 각의 68 %). Plooij 외(2015)는 잠금 장치를 접촉 구조에 따라 기계식(래칫·도그 클러치·캠·유압 잠금), 마찰식(전자기·일방향 클러치·자기증폭·캡스턴·압전·준안정·열), 특이점 방식(4절 링크·비선형 전달비)으로 나누고 각각 능동과 수동으로 가른다. 마찰식은 어느 위치에서나 잠그고 부하 상태에서 풀 수 있으나 전력·크기·가격이 불리하며, 기계식은 작고 토크가 크지만 부하 상태에서 풀기 어렵고 잠금 위치가 이산적이며 충격이 생긴다고 서술한다.

5.23.3 원리

5.23.3.1 마찰 원판의 토크

마찰 브레이크의 토크는 마찰 계수 $\mu$, 마찰면 수 $n$, 법선력 $F$, 평균 반지름 $r_m$의 곱 $T=\mu nFr_m$이다. 안쪽·바깥 반지름 $r_i$·$r_o$인 환형 면에서 균일 압력이면 $r_m=\frac{2}{3}\frac{r_o^3-r_i^3}{r_o^2-r_i^2}$, 균일 마모이면 $r_m=\frac{r_o+r_i}{2}$이다. 두 값의 차이는 $r_i/r_o=0.6$에서 2.1 %이고 0.3에서 9.7 %이다(이 장 계산). Plooij 외(2015)는 마찰식 잠금 장치의 토크가 법선력으로 제한되며 법선력을 키우는 증폭(자기증폭·캡스턴)이 없으면 작동력이 커진다고 서술한다. 마찰 계수의 속도·온도 의존은 3.8이다.

5.23.3.2 스프링 인가형 전자기 브레이크

가장 흔한 구성은 코일이 꺼지면 압축 스프링이 전기자를 밀어 회전자(마찰 라이닝)를 전기자와 브레이크 플레이트 사이에 끼우는 것이다(그림 1). mayr는 이를 고장 안전 원리(fail-safe principle)의 스프링 인가형 브레이크라고 서술하고, 코일에 통전하면 자기장이 스프링력에 거슬러 전기자를 코일 캐리어 쪽으로 당겨 회전자가 풀린다고 적는다. Mendolia(2000)는 정적 유지 브레이크가 대개 스프링 인가형이며 수동 해제 장치를 달 수 있다고 적는다. 로봇에서는 Hirzinger 외의 팔이 전 관절에 브레이크를 두어 전원이 꺼지면 로봇이 정지하도록 했고 Sugahara 외의 이족 로봇은 정지 때 관절을 브레이크로 유지해 에너지를 줄였다고 Plooij 외(2015)가 서술한다. 코일은 통전하는 동안 전력을 소비하며 mayr 표의 24 V·9.5~60.5 W가 그 값이다.

5.23.3.3 스위칭 시간과 보호 회로

mayr는 시간을 네 가지로 정의한다. 전원 차단에서 제동 토크가 정격의 10 %에 이르기까지가 응답 지연 $t_{11}$, 90 %에 이르기까지가 연결 시간 $t_1$, 통전에서 토크가 10 %로 내려가 거의 풀릴 때까지가 분리 시간 $t_2$이다. 값은 VDI 2241에 따라 1 m/s 미끄럼 속도에서 측정한 평균이며 허용 편차는 ±20 %이다. 코일 인덕턴스 때문에 전류는 지수적으로 줄고, 전류가 스프링력에 해당하는 값 아래로 내려가야 전기자가 떨어진다. 코일 양단을 프리휠링 다이오드로 닫으면 감쇠가 느려져 연결 시간이 DC측 개방의 6~10배가 되고, 바리스터로 전압을 제한하는 DC측 스위칭이 가장 빠르며 접점 마모와 전압 피크 보호가 필요하다고 mayr는 서술한다. Mendolia(2000)는 다이오드 회로에서 28 ms인 전기자 연결 시간이 제너 다이오드를 더하면 8 ms로 줄어든 예를 적는다. 전원 차단 후 전류가 $L\,di/dt=-Ri-V_c$로 감소한다고 하면 전류가 $f$배가 되는 시간은 $\frac{L}{R}\ln\frac{V_c+V_s}{V_c+fV_s}$이며 다이오드는 $V_c\approx0$이다(이 장 유도). 해제 쪽은 코일 온도에 의존한다. 구리 저항이 $0.393\,\%/^\circ$C(5.4의 값)로 늘어 20 °C에서 120 °C가 되면 정전압 구동의 전류가 0.72배, 비포화 자기 회로의 인력이 약 0.52배이며, mayr는 120 °C를 넘으면 자기력이 줄어 브레이크가 제대로 풀리지 않을 수 있다고 적는다.

5.23.3.4 정지 시간·정지 각·마찰 에너지

전원 차단 후 정지는 세 구간이다. $t<t_{11}$에는 제동 토크가 없어 부하 토크 $T_L$이 가속시키고, $t_{11}\le t<t_1$에는 토크가 $0.1M$에서 $0.9M$로 올라가며, 이후 일정 토크로 감속한다. 감속은 전체 관성 $J$에서 $J\dot\omega=T_L-T_b(t)$이다. 부하 토크가 0이면 마찰 에너지는 초기 운동 에너지 $\frac{1}{2}J\omega_0^2$이고 부하가 가속하면 $\int T_L\,d\theta$가 더해진다. Mendolia(2000)는 정지 각을 $S=[(t_4-t_3)+(t_5-t_4)/2]\,\omega/60$(회전수, $\omega$는 rpm)으로 적는다. mayr는 동적 제동 토크가 속도 구간별로 공칭값의 100·85·70 %로 낮아지고(표 5.2.3) 공칭 토크의 허용 편차가 +75 %이며 공칭값은 보증하기 어려운 하한이라고 적는다. 따라서 상한 $1.75M_N$이 감속기와 구조에 걸리는 순간 토크이다.

5.23.3.5 정적 유지 선정과 브레이크 시험

정적 유지는 부하 토크 $M_L$에 안전율 $s$를 곱해 시험 토크 $M_{Test}>M_Ls$를 정하고 브레이크 최소 토크가 $M_{Min}>1.25\,M_{Test}$이도록 고르는 절차이다(mayr, 안전율 1~1.3 또는 규범 요구). 온도 보정(60~80 °C에서 10 %, 80~100 °C에서 20 %, 100~120 °C에서 30 % 감소)과 토크 편차를 반영한다. 제어 통합 브레이크 시험은 시험 토크를 부드럽게 올려 1~5초 유지하며, 허용 회전각이 시스템 유연성·백래시·마찰값 형성에 필요한 회전자 5°의 합 이상이어야 하고 안전한 축 위치에서만 수행한다고 mayr는 권고한다. 시험 토크 수준과 빈도는 기계 제조자가 정한다. Mendolia(2000)는 정하중 브레이크에 필요 유지 토크의 1.5배 정격을 권한다. 정적 토크(정지 상태 이탈 토크)와 준정적 제동 토크(1 m/s, 20 °C)가 다른 양임에 주의한다.

5.23.3.6 단락 제동 — 전기적 감속의 한계

전기 제동은 구동 전자가 권선을 단락할 수 있으면 속도에 비례하는 감속 토크를 얻으며, 전원과 구동 전자가 모두 사라지면 얻지 못한다. 5.3의 표면 자석 PMSM dq 모형($L_d=L_q=L$)에서 단락 정상상태의 $q$축 전류와 토크는 다음과 같다.

$$i_q=-\frac{\omega_e\lambda_mR}{R^2+\omega_e^2L^2},\qquad \tau=-\frac{3}{2}p\,\frac{\omega_e\lambda_m^2R}{R^2+\omega_e^2L^2},\quad \omega_e=p\omega_m$$

저속에서는 $\omega$에 비례하고 $\omega_e=R/L$에서 최대 $K_t^2/(3pL)$이며 그보다 빠르면 인덕턴스 때문에 줄어든다(그림 2). 토크는 정지 속도에서 0이어서 유지에는 기계 브레이크가 필요하다. 단락 전류 진폭 $\omega_e\lambda_m/\sqrt{R^2+\omega_e^2L^2}$가 정격 전류를 크게 넘을 수 있어 소자·자석의 허용 한도 확인이 필요하다. dq 모형은 5.3, 인버터의 단락 동작은 5.6이다.

5.23.3.7 비역구동 기구 — 웜과 나사의 자기 잠금

웜·리드 스크류는 마찰이 하중에 의한 역구동 토크를 이기면 자기 잠금되며 Plooij 외(2015)는 효율이 매우 낮고 수동 잠금 장치로 분류한다. 경사면 모형에서 리드각 $\lambda$, 마찰각 $\varphi=\arctan\mu$일 때 구동 효율은 $\eta=\tan\lambda/\tan(\lambda+\varphi)$이고 역구동 효율은 $\tan(\lambda-\varphi)/\tan\lambda$이다. $\lambda\le\varphi$이면 역구동이 불가능하고, 경계($\lambda=\varphi$)의 구동 효율은 $(1-\mu^2)/2$로 항상 0.5 미만이다. 자기 잠금이 진동·마모로 풀리는 정도는 이 장이 계산하지 않았다. 직선 구동은 5.13, 기어는 5.10·5.11이다.

5.23.3.8 일방향 클러치·래칫·도그 클러치·형상 잠금

일방향(오버러닝) 클러치는 두 궤도륜 사이 롤러가 쐐기에 끼는 방향만 토크를 전달하며 의족·보조기의 스프링 에너지 저장과 로봇 손가락에 사용된다고 Plooij 외(2015)가 서술한다. 래칫은 폴이 톱니에 걸려 한 방향 운동만 허용하고, 도그 클러치는 맞물림으로 잠금 토크 대 질량 비가 크지만 이산적이다. 기계식은 부하 상태에서 풀기 어렵고 충격이 생기며 4절 링크 특이점 방식은 한 위치에서만 잠그지만 최대 부하에서도 작은 에너지로 풀 수 있다고 서술한다. 캡스턴은 케이블 장력이 감김 각의 지수로 증폭되어 $T_{load}=T_{hold}e^{\mu\theta}$이다(전기접착 캡스턴은 5.24).

5.23.4 알고리즘 — 브레이크 선정과 확인 절차

입력: 정적 유지 토크 M_L, 최대 속도 ω0, 전체 관성 J, 부하 토크 T_L(가속 방향 포함), 최대 정지 각, 주위 온도
 1. 정적 유지: M_Test = M_L·s, M_Min = 1.25·M_Test, 필요 M_N = M_Min / (1 - 온도 감소율).
 2. 크기를 고르고 토크 상한 1.75·M_N이 감속기·구조의 순간 허용 토크를 넘는지 확인한다.
 3. 스위칭 방식을 정한다: 짧은 정지 거리 요구 → DC측 스위칭(바리스터·제너), t11·t1 표 사용.
 4. 정지 모의: 지연 t11 동안 T_L이 가속, 토크 10~90 % 상승, 속도 구간별 토크 계수 적용.
 5. 정지 각 = θ_stop / 감속비가 허용 이내인지, 마찰 에너지가 1회 한도 이내인지, 최고 속도가 허용 속도 이내인지 확인한다.
 6. 허용 정지 각을 넘으면: 스위칭 지연 단축 → 단락 제동 병행 → 더 큰 크기·직렬 이중화.
 7. 브레이크 시험: M_Test, 유지 시간 1~5 s, 허용 회전각 합을 정해 제어기에 설정한다.
출력: 브레이크 크기, 스위칭 회로, 시험 파라미터, 정지 각·에너지 표

5.23.5 풀이 예제 — 크기별 지표, 정적 선정, 전원 차단 정지, 단락 제동, 웜

결론부터 적으면 다음과 같다. ① mayr 크기 50~160에서 공칭 토크는 질량의 1.38제곱에 비례해 4.4에서 16.4 N·m/kg로 오르고 단위 토크당 코일 전력은 6.3에서 0.60 W/(N·m)로 내린다. ② 부하 2.5 N·m·안전율 1.3의 정적 유지는 110 °C에서 크기 70에서 80으로 올라간다. ③ 3000 rpm에서 전원을 차단하면 DC측 스위칭의 정지 각은 출력축 12.0°(부하 0)이고 부하가 가속시키면 23.0°로 두 배가 되며 AC측 스위칭은 지연 동안 속도가 8000 rpm에 이르러 브레이크 허용 속도를 넘는다. ④ 단락 제동은 정지 시간을 134 ms에서 52 ms로 줄이나 정격을 넘는 전류를 요구한다. ⑤ 웜은 마찰 0.1에서 리드각 5.7° 이하에서 자기 잠금된다.

① 크기별 지표.

DC측 스위칭은 AC측 대비 연결 시간이 6~7배 짧다. 토크는 질량의 1.38제곱에 비례한다(로그-로그 기울기). 이는 표의 경험 관계이며 마찰 면적·반지름의 기하에서 유도하지 않았다.

② 정적 선정.

③ 전원 차단 정지(크기 60, 초기 3000 rpm, 그림 3).

DC측 스위칭 45 ms 동안 부하가 가속하면 속도가 4446 rpm까지 올라 정지 각이 부하 0의 2배이다. 마찰 에너지는 초기 운동 에너지 15.1 J에 부하가 한 일 $T_L\theta=40.1$ J이 더해진 55.2 J이다. AC측 스위칭(사례 E)은 지연 250 ms 동안 속도가 8000 rpm에 160 ms에 이르고 250 ms에는 10 810 rpm에 이르러 표의 속도 구간 밖이다. 코일 감쇠 시간의 보호 회로 의존은 다음과 같다.

$V_c=60\sim100$ V에서 다이오드 대비 느림 배수가 4.5~8.3으로 mayr가 적은 6~10배와 같은 범위에 들 수 있으나, 드롭아웃 전류 비 $f$·클램프 전압·기계 지연을 확인하지 못해 일치를 주장하지 않는다.

④ 단락 제동.

최대 토크 5.0 N·m는 1592 rpm에서 나오고 3000 rpm에서는 4.14 N·m이며 정상 단락 전류 진폭이 58.9 A이다. 사례 F는 정지 시간 52 ms, 출력축 2.7°이고 기계 브레이크가 흡수한 에너지가 0.1 J로, 권선이 대부분을 흡수한다. 정격을 크게 넘는 전류이므로 이 결과는 구동 전자·자석이 이를 허용하는 때에 한정된다.

⑤ 웜의 자기 잠금.

핵심 계산은 다음과 같다.

from math import pi, sqrt, log, atan, tan

def r_mean(ri, ro, model):
    """마찰 원판의 평균 반지름"""
    if model == 'wear':
        return (ro + ri) / 2
    return 2 * (ro**3 - ri**3) / (3 * (ro**2 - ri**2))

def band(n_rpm, bands):
    """속도 구간별 동적 토크 계수"""
    for lim, fac in bands:
        if n_rpm <= lim:
            return fac
    return None

def t_short(w, p, lam, r, l):
    """표면 자석 PMSM 단락 제동 토크 [N m]"""
    we = p * w
    return 1.5 * p * lam**2 * we * r / (r**2 + (we * l)**2)

def stop(j, w0, tl, m, bands, t11, t1, sc=None, dt=2e-5):
    """토크 10~90 % 선형 상승, tl>0은 가속하는 부하"""
    def tb(t, w):
        f = band(w * 30 / pi, bands)
        if f is None:
            raise ValueError
        a = 0.1 + 0.8 * min(1, (t - t11) / (t1 - t11))
        return 0.0 if t < t11 else a * m * f
    def dw(t, w):
        d = t_short(w, *sc) if sc else 0.0
        return (tl - tb(t, w) - d) / j
    t, w, th, e, wp = 0.0, w0, 0.0, 0.0, w0
    try:
        while w > 0 and t < 5.0:
            h = dt / 2
            k1 = dw(t, w)
            k2 = dw(t + h, w + k1 * h)
            k3 = dw(t + h, w + k2 * h)
            k4 = dw(t + dt, w + k3 * dt)
            wn = w + dt / 6 * (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4)
            th += (w + wn) / 2 * dt
            e += tb(t, w) * (w + wn) / 2 * dt
            t, w, wp = t + dt, wn, max(wp, wn)
    except ValueError:
        return None
    return t, th, e, wp

def coil_time(f, vc, vs=24.0):
    """전류가 f배가 되는 시간 / (L/R), vc: 클램프 전압"""
    if vc <= 0:
        return log(1 / f)
    return log((vc + vs) / (vc + f * vs))

def worm_eta(lam, mu):
    """리드각 lam·마찰 mu의 구동·역구동 효율"""
    phi = atan(mu)
    back = tan(lam - phi) / tan(lam) if lam > phi else 0.0
    return tan(lam) / tan(lam + phi), back

라이브러리 대조.

모든 대조는 수치 오차 수준에서 일치한다. 대조는 이 장의 식을 다른 도구로 다시 계산한 것이며 모형을 실물과 비교한 것이 아니다.

한계. 브레이크는 토크 10 %에서 90 %까지 선형 상승으로 두었고 실제 시간 곡선은 코일·공극·마찰 형성에 의존한다. 마찰 계수의 속도·온도 변화는 속도 구간 계수로만 반영했다. 동적 토크 계수는 크기 60의 표를 그대로 사용했고 한 번의 정지만 다루었다. 단락 제동은 준정상 토크(전기 시상수 0.6 ms)이며 정지 시간은 dq 전체 방정식과 1.8 % 차이이다. 모터 상수와 관성은 가정이다.

견해: 중력 부하가 있는 관절의 정지 사양은 브레이크 토크보다 먼저 전원 차단에서 토크 발생까지의 지연 $t_{11}$과 그동안의 부하 가속을 입력으로 정하는 것이 낫다고 본다. 근거는 이 장의 계산에서 같은 크기 60 브레이크가 부하 0이면 12.0°, 가속 부하 1.0 N·m이면 23.0°이고 지연이 250 ms인 AC측 스위칭이면 허용 속도를 넘는다는 점이다. 이는 한 크기 한 가정 관절의 결과이며 특정 제품이나 설계의 권고가 아니다.

5.23.6 설계 트레이드오프 — 유지 방식의 선택

• ① 스프링 인가형 전자기 브레이크. 전원 차단 시 자동으로 잠겨 안전한 기본 상태이며 위치를 가리지 않는다. 코일 전력과 지연, 마모·한정된 비상정지 횟수가 비용이다. mayr는 브레이크를 한정된 횟수의 비상정지가 있는 정적 유지용으로 규정하고 주기적 정지에는 적합하지 않다고 적는다.
• ② 비역구동 기구. 웜·나사는 부품이 추가되지 않고 전력이 들지 않지만 효율이 매우 낮고(이 장 계산 0.41~0.67) 충격 하중에서 잠금이 풀릴 수 있다.
• ③ 기계식 잠금(래칫·핀·도그). 작고 토크가 크지만 이산 위치이고 부하 상태에서 풀기 어렵다.
• ④ 가변 토크 클러치(자기유변·전기접착). 토크를 조절하고 빠르다. 유지 토크가 크지 않거나 전력·고전압이 필요하다(5.24).

견해: 수직축과 중력 부하 관절의 전원 차단 유지는 ①을 기본으로 하고 비역구동 기구는 보조로 두는 것이 낫다고 본다. 근거는 이 장의 계산에서 ②의 효율이 0.41~0.67로 낮고 ①의 정지 각이 스위칭 방식에 따라 크게 달라지는 점과 mayr·Plooij의 서술이며 세 방식을 같은 부하로 비교하지는 않았다.

5.23.7 응용 축 비교

위 표는 이 책의 정리이며 응용별 브레이크 사양은 확인하지 않았다.

5.23.8 관련 규격·프로토콜

비상정지와 보호 정지, 안전 제어 정지의 정의는 26.7와 27.11에서 다루며 이 장은 조항의 내용을 단정하지 않았다. 표준 전반은 27.1과 부록 A.3이다.

5.23.8.1 대표 제품과 현황

기준 시점은 2026-11-05이다. 이 장이 읽은 제품 서술은 mayr ROBA-servostop Type 8980.00_00의 크기 50~160 표(공칭 토크 1.5~100 N·m, 24 V DC, 9.5~60.5 W, 최대 속도 9500~3000 rpm, 질량 0.34~6.11 kg)와 같은 제조사의 정적 브레이크 시험 권고이며 모두 (공개 주장치)이다. mayr는 영구자석 브레이크가 마찰 계수 변동과 허용 마찰 일이 낮다고 서술하고 부하-모터 질량비 30:1 이상에서 자사 제품이 가능하다고 적는다 (공개 주장치). 다른 제조사 브레이크는 확인하지 못했다. 제품 비교는 46.11에서 다룬다.

5.23.9 관련 규제·인증 요구와의 연결

브레이크를 직접 규정하는 법령은 확인하지 못했다. 간접 연결은 세 가지이다. 첫째 브레이크는 정지 기능의 일부로서 안전 기능 설계(26.7)와 기능안전의 성능 수준 입증(26.6·41.5)에 입력된다. 둘째 mayr는 안전 관련 용도의 브레이크를 위험성 평가에 따라 선정·배치하는 것이 시스템 제조자·사용자의 몫이라고 적으며(26.4) 협동 운전의 접촉 안전과도 연결된다(26.9·27.10). 셋째 코일 구동의 전기 안전·EMC는 27.27의 대상이다. 이 장은 조항을 확인하지 않았다 (확인 필요).

5.23.10 한계·유의점·미해결

• 제조사 문서 한 계열. 시간·토크·마찰 일은 mayr 한 제품군의 표이며 다른 제조사·영구자석 브레이크로 일반화하지 않았다. 공칭 토크는 하한이고 보증되지 않는다고 제조사가 적는다.
• 스위칭 시간의 절대값. 코일 인덕턴스와 전기자 질량은 확인하지 못해 시간의 절대값 대신 보호 회로 비를 계산했다.
• 모형. 토크 상승은 선형, 마찰 계수는 속도 구간 계수로 근사했으며 마모·오염·수분은 포함하지 않았다.
• 단락 제동. 준정상 모형이며 소자·자석의 전류 한계와 구동 전자의 가용성은 별도 확인이 필요하다.
• 미확인. 표준 본문, 영구자석 브레이크의 정량 문헌, Mendolia 이후의 갱신 자료, 제품별 브레이크 시험 절차는 읽지 못했다.

5.23.11 체크포인트·연구 질문·출처

체크포인트:

1. 균일 압력과 균일 마모에서 평균 반지름 $r_m$을 유도하고 두 값의 차이가 $r_i/r_o$에 따라 어떻게 변하는지 설명하라.
2. 브레이크 코일을 프리휠링 다이오드로 닫을 때와 바리스터로 닫을 때의 전류 감쇠 시간을 $L\,di/dt=-Ri-V_c$에서 유도하라.
3. 전원 차단 후 정지 각이 지연·부하 토크·토크 편차에 어떻게 의존하는지 세 구간으로 나누어 유도하라.
4. 단락 제동 토크가 $\omega_e=R/L$에서 최대가 되고 그 값이 $K_t^2/(3pL)$임을 dq 방정식에서 유도하라.
5. 웜 기어의 자기 잠금 경계 $\lambda=\varphi$에서 구동 효율이 $(1-\mu^2)/2$임을 보여라.
6. 브레이크 시험의 허용 회전각이 시스템 유연성·백래시·5° 값의 합이어야 하는 이유를 설명하라.

연구 질문:

• 코일·전기자의 동특성을 포함한 정지 거리 모형에서 보호 회로 선택이 정지 각의 분산에 주는 영향은 얼마인가(이 장은 전류 감쇠 비만 계산했다)?
• 가변 토크 클러치(5.24)를 비상 감속 장치로 사용하면 스프링 인가형 브레이크의 정지 각과 어떻게 비교되는가?
• 브레이크 마찰 면의 마모와 토크 변동을 관절 모듈 안에서 상태 감시하는 방법은 무엇인가?

1차 출처(조회 2026-11-05).

• M. Plooij, G. Mathijssen, P. Cherelle, D. Lefeber, B. Vanderborght, "Lock Your Robot: A Review of Locking Devices in Robotics," IEEE Robotics & Automation Magazine 22(1), 106–117, 2015, doi:10.1109/MRA.2014.2381368 — 전문 직접 읽음.
• Chr. Mayr GmbH + Co. KG, Installation and Operational Instructions for ROBA-servostop Type 8980.00_00, Sizes 50–160 (B.8980.EN), 2023-11-23 — 해당 절 직접 읽음.
• Chr. Mayr GmbH + Co. KG, Remarks and recommendations for the static brake test — Rotation brakes, 2022-04-26 — 직접 읽음.
• Chr. Mayr GmbH + Co. KG, ROBA-servostop — Safety brakes for servomotors (P.898000.V01.EN), 2015-02-27 — 직접 읽음(구판).
• J. Mendolia, "Choosing servomotor brakes," Machine Design, 2000-08-01 — 웹 기사 직접 읽음(2차 출처).
• 이 책 5.3(dq 모형)·5.4(구리 온도 계수).
• numpy 2.5.4, SciPy 1.18.1, sympy 1.14.0.

다음 장. 5.24은 클러치 기반 구동을 다룬다. 자기유변 유체 클러치와 전기접착 클러치의 토크 모형, 길항 쌍으로 양방향 토크를 합성하는 구성과 미끄럼 열, 이 장에서 계산한 지연과 비교할 수 있는 응답 시간을 정리한다.