ROV에 전동 매니퓰레이터를 달 때 무게와 부력 계산
점검용 ROV에 전동 암을 달면 암의 수중 무게만큼 부력을 보태야 하고, 팔을 뻗을 때 생기는 모멘트와 작업 반력까지 ROV가 감당해야 합니다. 할 수 있는 작업이 늘어나는 만큼 균형 계산도 새로 해야 한다는 뜻입니다. TMI-Orion Dynamics가 공개한 EMA 사양으로 무게, 부력, 자세, 반력을 차례로 계산해 보겠습니다.
EMA 무게
공기 중 16 kg, 물속에서는 11 kg
ROV에 더해지는 짐은 공기 중 16 kg이 아니라 수중 무게 11 kg 안팎으로 계산합니다. EMA는 공기 중에서 16 kg, 담수에서 11 kg인데, 속이 공기로 찬 부분이 물을 밀어내 약 5 kg의 부력을 받기 때문입니다. 해수는 담수보다 약 2.5% 무거워 같은 부피가 받는 부력도 조금 더 크므로, 해수에서는 약 10.9 kg으로 어림합니다.
| 환경 | 계산 | 수중 무게 |
|---|---|---|
| 공기 | 공개 사양 | 16 kg |
| 담수 | 공개 사양 | 11 kg |
| 해수 | 16 − 5 × 1.025 | 약 10.9 kg |
암 무게와 ROV 페이로드 여유 비교
암의 수중 무게와 카메라·센서 같은 다른 탑재물의 합이 ROV 페이로드를 넘지 않아야 합니다. 카메라와 조명이 이미 달린 ROV라면 그 무게까지 합산해야 남는 여유를 제대로 알 수 있습니다.
관측급 ROV의 페이로드는 기종마다 크게 다릅니다. 각 ROV의 공식 페이지 기준으로 Demre MiniROV는 5 kg, Myra는 25 kg, Lyra S는 30 kg입니다. 5 kg급은 암 하나의 수중 무게(11 kg)도 감당하지 못하고, 25 kg급은 암을 달고도 14 kg이 남습니다.
| ROV 예 | 페이로드 | 암(약 11 kg) 장착 후 남는 값 |
|---|---|---|
| Demre MiniROV | 5 kg | 부족(−6 kg) |
| Myra | 25 kg | 14 kg |
| Lyra S | 30 kg | 19 kg |
페이로드가 공기 중 기준인지 수중 기준인지, 이미 달린 장비를 포함한 값인지는 기종마다 다를 수 있습니다. 기준이 다르면 11 kg을 더한 결과도 달라지므로 계산 전에 사양서에서 먼저 확인하세요. EMA 제품 페이지의 호환 ROV 목록에는 Myra 같은 점검·작업급 기종이 올라 있습니다.
부력재는 얼마나, 어디에 더해야 할까요?
ROV는 수중에서 중성부력에 가깝게 맞추므로, 암 때문에 수중 무게가 11 kg 늘었다면 부력재도 그만큼의 순부력이 더 필요합니다. 순부력이 리터당 0.5 kgf인 부력재라면 약 22 L입니다. 이 값은 설명을 위해 가정한 것이므로, 실제 필요량은 선택한 부력재 사양으로 다시 계산하세요. 부력재 위치는 암의 무게가 만드는 기울기를 상쇄하는 쪽으로 정합니다.
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 암의 수중 무게 | 11 kgf |
| 무게중심 앞쪽 거리(가정) | 0.4 m |
| 생기는 모멘트 | 11 × 0.4 = 4.4 kgf·m |
무게중심과 부력중심이 어긋나면 ROV가 한쪽으로 기웁니다. 암의 무게중심이 앞에 있다면 위 표의 4.4 kgf·m와 같은 크기를 뒤쪽 부력재나 밸러스트로 상쇄합니다. 암을 접은 채 수조에서 먼저 균형을 잡고, 팔을 뻗은 자세에서 한 번 더 확인하세요.
팔을 뻗을 때의 모멘트와 작업 반력
모멘트는 하중에 도달 거리를 곱한 값이라, 팔을 길게 뻗을수록 같은 하중에서도 마운트에 걸리는 부담이 커집니다. 완전 전개 시 도달 거리 700 mm에서 16 kgf를 들면 11.2 kgf·m, 즉 암 뿌리에 약 110 N·m의 모멘트가 걸립니다. 정적으로는 50 kg까지 버티는 사양이므로 마운트는 약 340 N·m까지 견디도록 설계하고, 프레임과 볼트는 이 값보다 여유를 두고 정하세요.
| 하중 조건 | 도달 거리 | 암 뿌리 모멘트 |
|---|---|---|
| 동적 16 kg | 700 mm | 약 110 N·m |
| 정적 50 kg | 700 mm | 약 340 N·m |
작업 반력도 따져야 합니다. 암이 물체를 16 kgf로 밀거나 당기면 같은 크기의 힘이 ROV로 되돌아오므로, 추진기가 이를 상쇄해 위치를 유지할 수 있어야 합니다. 각 ROV 공식 페이지 기준 전진 추력은 Demre MiniROV 18 kgf, Myra 32 kgf로, 같은 작업에서도 여유 차이가 큽니다.
전원과 통신 여유 점검
EMA는 9~24 VDC에서 최대 150 W를 사용하고 RS485 반이중으로 제어합니다. ROV가 공급하는 전압이 이 입력 범위 안에 있는지, RS485 채널이 비어 있는지 먼저 확인하세요. 전원은 ROV가 다른 장비에 나눠 주는 전류를 빼고도 150 W가 남는지가 기준입니다. 케이블이 길 때의 전압강하는 「수중 전동 장비 전원, 24 V에서 9 V까지 전압강하 계산」에서, 통신 배선은 「RS-485 배선, 종단저항과 바이어스」에서 이어집니다.
장착 전 계산 순서
무게에서 시작해 전원까지 차례로 계산하면 부족한 항목을 장착 전에 찾을 수 있습니다. 장착한 뒤에 모자란 부분이 드러나면 부력재와 마운트를 다시 설계해야 하므로, 아래 순서대로 하나씩 확인하세요.
- 암의 수중 무게를 구합니다(해수 약 10.9 kg).
- 다른 탑재물과 합쳐 ROV 페이로드 안에 들어오는지 확인합니다.
- 부력재 용량과 위치를 정합니다.
- 무게중심 이동으로 생기는 모멘트를 부력재 위치로 상쇄합니다.
- 암의 최대 모멘트와 작업 반력을 마운트와 추진기 용량에 견줍니다.
- 전원 용량과 통신 채널에 여유가 있는지 확인합니다.
함께 볼 글
자주 묻는 질문
EMA 매니퓰레이터 무게는 얼마인가요?
공기 중 16 kg, 담수 중 11 kg입니다. 해수에서는 약 10.9 kg으로 어림하는데, 이는 담수 부력 5 kg에 해수 밀도 1.025를 곱해 구한 계산값입니다.
EMA 암을 달면 부력재를 얼마나 더해야 하나요?
수중 무게 11 kg 안팎을 상쇄할 만큼의 순부력이 필요합니다. 필요한 부피는 11을 선택한 부력재의 리터당 순부력으로 나누면 나옵니다. 예를 들어 리터당 0.5 kgf라면 약 22 L입니다.
EMA 매니퓰레이터는 몇 kg까지 들 수 있나요?
완전히 뻗은 상태에서 동적 16 kg, 정적 50 kg입니다. 완전 전개 시 도달 거리가 700 mm이므로 암 뿌리에 걸리는 모멘트는 동적 약 110 N·m, 정적 약 340 N·m입니다.
Demre MiniROV에도 EMA를 달 수 있나요?
페이로드 사양으로는 맞지 않습니다. 이 ROV의 페이로드는 5 kg인데 EMA의 수중 무게는 11 kg이기 때문입니다.
ROV 매니퓰레이터 장착 검토, 엔지니어와 상의하세요
ROV 기종과 탑재 장비를 알려 주시면 (주)테솔 엔지니어가 부력과 전원 여유를 함께 계산해 드립니다. 대표번호 031-713-5988
제품 상담하기참고 자료
- TMI-Orion Dynamics, EMA Electrical Manipulator Arm 5F Datasheet ed12 (TO/DS/190701)
- TMI-Orion Dynamics, EMA 제품 페이지
- HOYTEK, Demre MiniROV·Myra·Lyra S 제품 페이지
