[테크월드=방제일 기자] 최근 스마트 공장이 확산되면서 주변 환경을 인식하고 사람과 공동으로 작업할 수 있는 산업용 협동로봇에 대한 수요가 증가하고 있다.

특히 기계부품 속에 다른 부품을 끼워 넣는 ‘팩인홀(Peg-in-hole)’ 작업에 많이 쓰이는데, 로봇팔(Arm)이 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 부품을 잡고 한 번에 맞춰 넣는 조립방식이다.

하지만 조립 위치가 설정 값과 다르거나 부품 간 오차가 발생할 경우 공정에 차질이 생긴다는 한계로 인해 사람 손처럼 정밀하면서도 유연한 대응이 가능한 로봇손(Hand) 조작기술이 주목받고 있다.

한국생산기술연구원(이하 생기원)이 사람 손동작을 모방해 세 개의 로봇 손가락만으로 물체를 잡아 빠르고 정교한 팩인홀 작업을 수행할 수 있는 조립기술을 세계 최초로 개발했다.

산업현장에서 활용되는 기존 로봇팔의 경우 집게 형태의 그립퍼(Gripper)가 손 역할을 대신하고 있는데, 부품 형상에 따라 그립퍼의 크기와 모양이 제각기 달라야 하고 물체를 잡으면 그대로 고정돼 오차 보정 조작이 어렵다는 단점이 있다.

한편 학계에서는 로봇 손에 부착된 ‘힘-토크 센서(Force-torque sensor)’를 이용해 물체를 조립하는 기술을 주로 연구하고 있는데, 부품 위치에 오차가 있어도 대응 가능한 반면, 센서 가격이 개당 천만 원 가량으로 비싸 상용화 부담이 큰 편이다.

생기원 로봇응용연구부문 배지훈 박사 연구팀은 2016년 독자 개발한 양팔로봇 기술을 발전시켜 각각 3~4마디의 관절을 지닌 손가락 3개로 로봇 손을 제작, 상용 로봇 팔에 부착해 새로운 협동로봇을 구현해냈다.

이 로봇은 손가락 2개가 물체를 잡고 나머지 손가락이 물체를 살짝 기울인 상태에서 조립 위치로 끌고 가 흔드는데, 이때 부품이 들어갈 구멍 방향으로 합력이 생겨 빨려 들어가는 과학적 원리를 이용한다.

또한 로봇에는 작업 위치와 상황을 스스로 판단할 수 있는 ‘인공지능 맵(AI-Map)’이 구축돼 있어 오차가 있어도 자체 보정하며 불필요한 팔 동작은 최소화한 상태에서 손가락 관절을 주로 움직여 조립한다.

개발된 협동로봇은 현재 부품 간 이격이 0.1㎜ 수준에 불과한 팩인홀 작업을 약 3초 내외로 수행할 수 있어 사람 손에 상응할 정도로 빠르고 정교하다.

또한 값비싼 힘-토크 센서가 필요 없는 독자적인 구동방식이고 로봇팔 부품은 상용 제품을 사용하기 때문에 제작비용도 저렴하다.

아울러 손가락 4개가 사용됐던 연구팀의 양팔로봇 대비 개수를 3개로 최소화해 사양을 낮추고 중소 제조현장에서의 활용성을 극대화했다.

 
 

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