하드웨어 설계 & BOM
"교육·연구용 저가형 12-DOF"를 4족 보행 로봇으로 구현하기 위한 모든 부품과 가격을 한 곳에 정리합니다. 환율 기준: 1 USD ≈ 1,400 KRW (조회일 2026-08-21).
1. 시스템 아키텍처 (토폴로지)
![[mechadog 전체 분해도 일러스트 — 본체 프레임, 12개 서보, PCA9685, Pico 2, Rock 5C Lite, BNO055, 3S LiPo, ELRS 수신기, 카메라 위치가 표시된 모습]](images/01_exploded_view.png)
[RF RC Transmitter] --CRSF/SBUS 2.4GHz 333Hz--> [ELRS RX Matek R24-P6]
│ UART 420kbps
▼
[Rock 5C Lite 8GB SBC] ◀── USB/UART ─── [Raspberry Pi Pico 2]
│ 50Hz ONNX(policy) │ 1kHz SIG output to servos
│ Roll·Pitch·Yaw·... │ I2C 0x40 → PCA9685
│ 1× USB-Camera │ 12× PWM → MG90S servos (legs)
▼ │
[BNO055 IMU I2C 0x28] │ safety: E-stop OK?
↑ │
└── SPI/INT ────────────────────────┘
│
[3S 11.1V LiPo 2200mAh]── [XT60 anti-spark]── [5V/6V BEC]──→ SBC, MCU, RX, Cam
2. 성능/물성 요약표 (KPI)
2.5 kg
목표 자기 무게 (PETG 포함)
12 DOF
다리 4 × 3 관절
$5
저가 MCU (Pico 2)
$65
저가 SBC (Rock 5C Lite 8GB)
6 TOPS
Rock 5C의 RKNN NPU
~20ms
정책 추론 슬랙 (50Hz)
3. 단일 다리 분해도
![[한 다리(3-DOF) 분해도 — hip rotator / hip thigh / knee 서보, 3D 프린트 PETG 브래킷, M3 볼트, MG90S 서보 라벨 표시]](images/02_leg_exploded.png)
4. PCB 레이아웃 (계획)
![[메인 PCB 80x80mm — 좌상단 Rock 5C 캐리어, 우상단 PCA9685 I2C 브레이크아웃, 중앙 BNO055 IMU, 좌하단 XT60+BEC, 우하단 ELRS RX UART 헤더, 우측 USB-C]](images/03_pcb_layout.png)
PCB는 옵션 — 교육 단계에서는 30cm 점퍼 케이블(
dupont)로 직접 연결해도 충분합니다. PCB는 두 번째 iteration에서 부품을 안정화하거나 class project 결과물로 활용하세요. 가장 단순한 시작은 PCA9685 모듈(Adafruit) + Pico 2 carrier board 둘을 나사로 본체 프레임에 고정하는 것입니다.
5. 카메라·센서·IMU 라인업
| 구분 | 기본 옵션 (저가) | 상위 옵션 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 본체 IMU | BNO055 break-out (adafruit $34.95) | VectorNav VN-100 (고가, 산업용) | 9-DOF 보조 필터 · I2C 0x28, 100Hz |
| 옵티컬 플로우 (선택) | PX4FLOW $50 | PMW3901 광학 ($10 breakout) | 지면-속도 추정 |
| 카메라 (옵션 A) | Logitech C270 USB ($20) | OAK-D Lite ($300) | C270은 USB UVC 드라이버 지원 |
| 카메라 모듈 (옵션 B) | Raspberry Pi Camera v3 (IMX708, $25) | — | MIPI CSI-2 — Rock 5C에서 RKNN 처리 |
| 거리센서 (선택) | VL53L0X ToF ×4 ($4 ea) | — | I2C 멀티플렉서 TCA9548A 필요 ($6.95 adafruit 2717) |
6. BOM — 메인 서보형 (총 BOM)
| 카테고리 | 항목 | 수량 | USD | KRW | 출처 |
|---|---|---|---|---|---|
| 액추에이터 | MG90S 디지털 서보 (2.2 kg·cm) | 12 | $36 | ₩50,400 | (Amz/Ali 일반, $3/ea) |
| 서보 호른·M3 볼트 50개 | 1 | $7 | ₩9,800 | — | |
| MCU / SBC | Raspberry Pi Pico 2 | 1 | $5 | ₩7,000 | rp.com |
| Radxa Rock 5C Lite 8GB | 1 | $65 | ₩91,000 | radxa forum $65, docs.radxa.com | |
| I/O 확장 | PCA9685 16-Ch 12-bit Servo Driver (I2C 0x40) | 1 | $5 | ₩7,000 | (Amazon / Ali) |
| IMU | Adafruit BNO055 break-out | 1 | $34.95 | ₩49,000 | adafruit 2472 |
| I2C 멀티플렉서 | TCA9548A (ToF 센서용 옵션) | 1 | $6.95 | ₩9,730 | adafruit 2717 |
| RF 조종 라인 | Matek R24-P6 6Ch PWM RX (ELRS 2.4 GHz) | 1 | $20 | ₩28,000 | phaser $16.31, rogereo $40 (평균 $20) |
| RadioMaster Boxer TX (또는 LiteRadio 4) | 1 | $150 | ₩210,000 | (사용자 보유 가능) | |
| CRSF/SBUS 점퍼 (기존 TX 호환용) | 1 | $1 | ₩1,400 | — | |
| 전원 | 3S 11.1V 2200 mAh LiPo (CNHL / Turnigy) | 1 | $10 | ₩14,000 | CNHL 3S |
| XT60 안티스파크 + 5V/6V BEC (U-BEC) | 1 | $16 | ₩22,400 | tindie XT60 $10 + U-BEC $6 | |
| LiPo 충전기 | ToolkitRC M6AC balance charger (3S) | 1 | $50 | ₩70,000 | (ToolkitRC 일반) |
| 3D 프린트 | PETG Basic 1 kg (Bambu Lab) | 1 | $17.99 | ₩25,200 | PETG Basic $17.99 |
| 베어링 684ZZ (다리 관절) 12개 | set | $6 | ₩8,400 | — | |
| M3 볼트·너트 100개 세트 | set | $7 | ₩9,800 | — | |
| 케이블·마운트 | JST XH / 듀폰 케이블 / 덕트 테이프 | set | $10 | ₩14,000 | — |
| 서브토탈 (서보형) | $441.89 | ₩627,130 | |||
| TX(보유 가정) 제외 시 | $291.89 | ₩417,130 | |||
| 10% 예비비 | $29.19 | ₩41,713 | |||
| 배송 / 관세 (~15%, 한국 발수 기준) | $44 | ₩62,570 | |||
| 총 BOM (TX 미포함) | $365 | ~₩521,000 | |||
⚠ 출처 기반 가격 추정 모든 가격은 공개된 메이저 유통사 자료 또는 일반 가격대를 표시한 것이며, 알리익스프레스·B2B RFQ에 따라 5~15% 변동 가능. 정확한 발주 가격은 매입 시점에 재확인 권장.
7. BOM — QDD(연구)형 (참고용)
연구용으로 한 단계 위로 가려면 ODRI Solo12 패턴의 QDD BLDC 액추에이터를 사용합니다. 본 사이트의 BOM은 서보형 기준이며 QDD형은 다음 참고 표의 mjbots moteus 또는 CubeMars 라인업을 사용합니다.
| 아이템 | 수량 | USD | KRW | 출처 |
|---|---|---|---|---|
| mjbots moteus r4.11 (단품) | 12 | $948 (12×$79) | ₩1,327,200 | mjbots 블로그 가격 |
| BLDC 모터 (호환, T-Motor U8Ⅱ 등) | 12 | $240 (12×$20) | ₩336,000 | (T-Motor 일반) |
| AS5048A 14-bit encoder | 12 | $240 (12×$20) | ₩336,000 | iflight $21.99 |
| STM32H7 / Black Pill × 1 | 1 | $15 | ₩21,000 | (WeAct STM32H7) |
| Rock 5C Lite 8GB + BNO055 + 6S LiPo + 기타 | 1 set | $250 | ₩350,000 | (위 서보형과 동일) |
| QDD형 서브토탈 | ~$1,500+ | ₩2,100,000+ | ||
| 연구용 QDD형 총계 (개당) | ~$1,500 → ~$4,200 (모터 고가 라인) | ₩2,100,000 → ₩5,880,000 | ||
8. 보드 호환성 노트
Rock 5C Lite 8GB는 Radxa 공식망에서 8GB Lite를 $64.90, 풀 8GB를 $79.90에 판매하며(announce 페이지), RK3588S2 CPU(4×A76 2.4GHz + 4×A55 1.8GHz)에 6 TOPS NPU(RKNN)를 가지고 있습니다. 본 mechadog는 다음 조건들로 SBC를 선택했습니다:
- ONNX Runtime CPU 성능: 동일 Cortex-A76 단일 스레드에서 256-128 MLP 정책 추론 1.5–3 ms — 50 Hz 루프 충분
- ROS2 Humble/Jazzy: aarch64 데비안 패키지 그대로 설치 가능
- RF 조종 수신기 UART: devicetree로 UART 4 활성화 가능
- 전력: 5V 4A USB-C PD 입력 (배터리에서 BEC 후 직접 공급 가능)
Raspberry Pi 5 8GB는 대안이지만, RPi 5는 NPU가 없어 50Hz 정책 추론은 모두 CPU에서 돌아 약 2-3.5 ms의 살짝 더 긴 지연이 발생합니다. 단, 자료·커뮤니티가 훨씬 풍부하기 때문에 입문 단계에서는 RPi 5가 더 쉬울 수 있습니다.