사이클로이드 감속기란

사이클로이드 감속기란 사이클로이드 곡선(Cycloid curve)이라고 불리는 특수한 형상의 디스크를 사용한 감속 기구입니다.

일반적인 유성 기어(Planetary gear)와 비교하여 다음과 같은 특징이 있습니다.

백래시(Backlash)가 거의 제로— 유격이 적어 위치 정밀도가 높음 -
1단으로 높은 감속비 실현— 1단으로 1:20~1:100 정도의 감속이 가능 -
내충격성이 높음— 여러 개의 치아가 동시에 맞물리는 구조이기 때문에 강함 -

정밀한 위치 결정이 필요한 로봇 암(Robot arm)이나 산업용 기계의 관절 부분에 자주 사용됩니다.

계기

어느 날 인터넷에서 본 사이클로이드 감속기가 궁금해졌습니다.

유성 기어와 달리 독특한 곡선 형상을 하고 있어 외관도 멋있고, 유격이 적고 백래시가 적어 손실도 적다는 것을 알고 3D 프린터로 만들어 보고 싶다고 생각했습니다.

하지만 조사해 보니 설계가 생각보다 복잡하고 수학적 지식이 필요하여 스스로 처음부터 진행하기에는 힘들어 보였습니다.

그래서 Claude를 사용해 보기로 했습니다.

Claude와 Fusion 360을 MCP로 연동시켰다

Claude에는 MCP(Model Context Protocol)라는 메커니즘을 사용하여 Fusion 360과 연동시켜 두었습니다. 이를 통해 Claude가 대화 속에서 Fusion 360을 직접 조작할 수 있습니다. 코드를 받아서 스스로 실행하는 것이 아니라, Claude가 그대로 실시간으로 설계를 진행해 주는 이미지입니다.

즉 "설계해 줘"라고 전달하면, Claude가 Fusion 360을 열어 모델을 만들기 시작합니다.

연동 방법은 이 영상을 참고했습니다.

처음에는 잘 되지 않았다

처음에는 Claude에게 "3D 모델까지 전부 만들어 줘"라고 의뢰했지만, 사이클로이드 감속기의 3D 설계는 역시 너무 복잡해서 잘 되지 않았습니다.

"스케치(Sketch) 정도라면 가능할지도 몰라"라고 생각하여 의뢰 방식을 바꾸기로 했습니다.

스케치로만 한정했더니 한 번에 결정되었다

이런 식으로 다시 부탁했습니다.

Fusion 360에서 사이클로이드 기어(Cycloid gear)를 작성하고 싶습니다.

설계가 복잡하므로 우선 디스크와 주변 핀의 위치, 전달 구멍과 전달 샤프트(Shaft), 캠 샤프트(Camshaft)의 스케치만 작성해 주세요.

기어비는 1:20, 각 핀은 6mm로 상정해 주세요.

또한 부품별로 컴포넌트(Component)를 나누어 스케치를 그리도록 부탁합니다.

Claude는 즉시 설계 파라미터(Parameter)를 계산하였고, 기어비 1:20을 실현하기 위해서는 "링 핀 수를 21개로 하면 로브(Lobe) 수가 20개가 된다"는 점부터 각 치수를 단번에 전개해 주었습니다.

• 링 핀 수: 21개 → 기어비 1:20
• 링 핀 PCD: 100mm / 링 핀 직경: 6mm
• 편심량: 1.5mm
• 출력 핀: 6개 / 출력 핀 PCD: 50mm
• 캠 샤프트 직경: 15mm

파라미터가 결정되면 그대로 Fusion 360에 접속하여, 4개의 컴포넌트와 스케치를 자동으로 작성해 주었습니다.

Ring_Housing— 21개의 링 핀을 등간격으로 배치한 외륜 -
Cycloid_Disc— 20 로브의 사이클로이드 곡선과 전달 구멍 -
Output_Shaft— 전달 핀을 등간격으로 배치한 플랜지(Flange) -
Cam_Shaft— 편심 캠이 달린 입력축 -

대화하면서 CAD가 움직이는 것은 처음 겪는 경험이었으며, 스스로 설계식을 조사하고 정리하는 것부터 시작했다면 몇 시간은 걸렸을 것입니다.

느낌이 좋아서 플러그인화를 의뢰

스케치를 보고 가능성을 느꼈기에 다음 과제가 생겼습니다.

기어비나 각 부품의 사이즈를 여러 가지로 바꾸며 테스트하고 싶다. 하지만 매번 Claude에게 파라미터를 전달하여 스케치를 다시 만들게 하는 것은 효율이 떨어지고, 결과가 미묘하게 어긋날 가능성도 있다. 그렇다면 파라미터를 스스로 바꿀 수 있는 안정적인 도구로 만들어 버리자는 생각이 들었습니다.

그래서 "여러 가지 패턴을 시도할 수 있도록 플러그인 형태의 도구로 만들 수 있나요?"라고 이어서 의뢰했습니다.

Claude로부터 "UI 다이얼로그(Dialog)가 포함된 애드인(Add-in)인가, 스크립트(Script) 형식인가"라는 확인이 왔기에, 사용 편의성을 고려하여 UI 다이얼로그가 포함된 방식을 선택했습니다. 파라미터에 대해서도 "기본 파라미터는 항상 표시하고 나머지는 풀다운(Pull-down)으로 표시되게 하여 모든 설정을 가능하게 해줘"라고 전달했습니다.

완성된 애드인

"만들기(Create)\

기본 파라미터(Parameter)만 항상 표시되게 하고, 출력 샤프트(Output Shaft)·캠 샤프트(Camshaft)·상세 설정은 접기(Collapse)로 묶어주었습니다. 링 핀(Ring Pin) 수를 변경하면 기어비(Gear Ratio)가 실시간으로 업데이트됩니다. OK를 누르면 4개의 컴포넌트(Component)와 스케치(Sketch)가 자동으로 생성됩니다.

소스 코드는 GitHub에 공개되어 있습니다.

3D 프린트해서 움직여 보았다

생성된 모델을 그대로 3D 프린트했습니다.

핸들을 달아서 손으로 돌려보았습니다.

사용한 필라멘트(Filament)는 이것입니다.

윤활에는 그리스(Grease) 대신 바세린을 바르고 있습니다. 손에 묻어도 보습이 되기 때문에 신경 쓰지 않고 사용할 수 있습니다 (웃음)

생각했던 것보다 훨씬 부드럽게 돌아갔습니다. 유격(Play)도 거의 없습니다. 유격이 적고 이 정도로 부드럽게 움직인다면, 로봇 팔(Robot Arm)의 관절에 사용할 수 있지 않을까 하는 생각이 들기 시작했습니다.

애드인(Add-in)을 사용하고 싶은 분들께

소스 코드는 GitHub에 공개되어 있습니다.

설치 절차

• 위 리포지토리(Repository)에서 CycloidGearGenerator 폴더를 다운로드하여 다음 경로에 배치합니다.

macOS:

~/Library/Application Support/Autodesk/Autodesk Fusion 360/API/AddIns/

Windows:

%APPDATA%\Autodesk\Autodesk Fusion 360\API\AddIns\

• Fusion 360을 실행하고 Shift+S

→ 「애드인(Add-ins)」 탭 → 「CycloidGearGenerator」를 선택 → 「실행(Run)"

• 솔리드(Solid) 워크스페이스의 「만들기(Create)」 패널에 Cycloid Gear 버튼이 추가됩니다.

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