로봇팔 혹은 로봇 핸드(robot hand)는 사람 팔과 비슷한 팔로 사람의 팔의 역할을 하는 로봇이다. 로봇팔은 생산현장에서 조립하거나 물건을 운반하는 일을 반복적인 작업을 하고 있으며 로봇공학, 생명공학에서도 널리 사용되고 있다. 생산현장에 쓰이는 로봇팔은 로봇암(robot arm)으로도 부른다.[1][2]
개요
로봇팔은 움직임에 있어서 정확성, 신뢰성, 내구성, 범용성을 확보하고 있어 산업 현장에서 널리 쓰이고 있다. 로봇팔은 제조업을 중심으로 하는 현장에서 사람의 팔이나 손의 기능을 대신하여 조립용, 기계 가공, 입출하, 검사측정, 프레스, 수지가공, 용접 등 단순 반복 작업을 진행한다. 기존 산업현장에서 주로 사용되던 로봇 팔은 안전성의 이유로 펜스와 같은 장치들을 통해 사람과의 접촉이 단절된 상태로 작업을 진행하였다. 하지만 현재는 인간과 로봇간 협동 작업을 위한 연구가 많이 진행되고 있어 같은 작업 공간 안이더라도 사람과 따로 작업하던 모습에서 벗어나 같은 공간 안에서 사람과 함께 작업하는 단계로 나아가고 있다. 공장에서 사용되는 로봇은 정해진 생산공정 내에서 미리 입력되어 있는 경로를 따라 움직이며 반복적인 작업을 하게 된다. 입력된 동작을 반복하여 수행하는 공장용 로봇의 모션 입력 방식은 공장 내 공정에서의 정해진 임무를 수행함에 있어서는 장점이 되지만 카메라를 로봇 팔에 부착하여 촬영에 활용하는 것과 같이 로봇을 상황에 따라 다양한 모션으로 구동할 때는 제한이 된다.[3]
로봇팔은 지난 수십 년 동안 무수히 많은 방법으로 설계돼 공장 등의 조립라인에서 사람의 일을 도왔다. 자동차 공장의 조립 라인은 이미 오랜 시간 동안 로봇 팔에 의해 보조됐다. 이것은 로봇 팔이 실용적으로 사용된 한 가지 예시일 뿐이다. 이제 로봇팔은 단순히 공장에서 사용되는 기계의 개념이 아니라 로봇공학, 더 나아가서 생명공학에 유익한 이정표 역할을 하고 있다. 사실상 모든 산업 로봇들은 단순히 끝에 물건 잡는 장치가 달린 로봇팔이다. 로봇팔은 어떤 로봇에게도 산업용이든 자율적이건 기본 조작 장치이다. 복수의 손가락에 의해서 물체를 구속 또는 이동시키는 기계의 손 특히 신체장애자용의 기계의 손을 의수(義手)라 하고 일반 산업용 로봇 핸드와 구별하고 있다.[4]
산업용 로봇팔 종류
수직다관절 로봇
수직다관절 로봇(Vertical Articulated Robot)은 이름처럼 관절이 여러 개 달려있다. 로봇의 기본은 모터가 달린 여러 개의 관절로 이루어 졌으며 그림에서 숫자가 있는 부분에 모터가 들어있고 화살표 방향으로 회전할 수 있다. 수직 다관절은 기본적으로 2, 3번 관절을 이용해 위아래로 빠르게 움직인다. 또한, 4~6번 관절을 움직이면 수평, 수직 작업뿐만 아니라 사용자가 원하는 각도로도 움직일 수도 있다. 최초의 전동식 상용 수직다관절 로봇은 스위스에서 1973년에 탄생하였다.
수평다관절 로봇
수평다관절 로봇(AKA SCARA, Horizontal Articulated Robot)의 주요 특징은 평행하게 연결된 1번 관절과 2번 관절이다. 1번과 2번이 동시에 움직여 평면상에서 좌우로 휘젓듯이 빠르게 움직일 수 있다. 좌우로만 움직이면 물건을 집어 옮기기 어려워 3번 관절이 위아래로 움직여 물건을 들었다 놨다 하며 굉장히 작은 물체도 잘 운반한다. 수평다관절 로봇의 다른 이름은 그 유명한 스카라(SCARA:Selective Compliance Assembly Robot Arm)이다. 최초의 스카라 로봇은 수직다관절에 비해 조금 늦은 1978년 일본 야마나시 대학의 히로세 마키노(Hiroshi Makino) 교수에 의해 발명되었다. 기존 수직다관절에 비해 컴팩트한 구조와 빠르고 정확하게 작업이 가능한 특징으로 단순 픽앤플레이스(Pick & Place) 작업에 큰 인기를 얻었다.
병렬형 로봇
병렬형 로봇은 거미처럼 여러 개의 다리가 있고 그 다리들이 끝에서 같이 붙어있는 모양이다. 팔이 일직선으로 쭉 연결된 수직, 수평 다관절 로봇은 직렬형 로봇, 아래처럼 여러 팔이 여러 각도로 붙어있는 로봇을 병렬형 로봇이라고 한다. 병렬형 로봇 중 가장 많이 팔린 종류가 델타 로봇(Delta Robot)이기 때문에 흔히 델타 로봇이라고도 부른다. 델타 로봇은 1980년대 레이몬드 클라벨(Reymond Clavel)이라는 스위스 연방 공과대학교수가 초콜릿 공장을 방문하고 영감을 얻어 발명되었다. 이렇게 개발된 델타 로봇은 초콜릿 공장에 처음으로 도입되었다. 델타 로봇은 기본적으로 잡아주는 다리가 여러 개라서 정밀도가 높고 가속과 감속 시 성능이 좋아서 빠른 작업 수행이 가능하다. 단점은 수직다관절 로봇에 비해 작업 자세가 제한적이고 보통 천정에 위치해야 하며 작업 범위가 상대적으로 좁은 편이다.
만능직교로봇
직교로봇은 직선의 긴 축들을 연결해 해당 축을 따라 상하좌우로 이동한다. 다른 로봇들에 비해 단순한 형태로 고객 요청에 맞춰 많이 커스텀 제작하기도 한다. 좌우로 움직이는 경우 하나의 축만 있으면 되고 평면상에서 좌우 그리고 앞뒤로도 움직이려면 두 개의 축을 연결하면 된다. 또 여기에 상하 이동 작업을 추가하려면 세로 축을 하나 더 연결하는 등 다양하게 커스텀이 가능하다. 요즘 많이 보급된 3D 프린터가 작은 형태의 직교로봇이라고 생각하시면 된다. 실제 산업현장에서는 현장 조건에 따라 크게 제작하여 사용하며 직교로봇 장점은 현장에 맞게 커스텀 제작이 용이한 점과 긴 축을 이용한 넓은 작업 영역이다. 축이 적으면 그만큼 가격도 저렴해지는 편이지만 넓은 거리를 이동하는 만큼 다른 로봇들에 비해 작업 속도는 느린 편이다.[5]
각주
- ↑ 〈로봇 암〉, 《네이버지식백과》
- ↑ 〈로봇 핸드〉, 《네이버지식백과》
- ↑ 박범영, 〈6축 산업용 로봇 팔과 3D 게임 엔진을 결합한 뉴 미디어 콘텐츠 운용 플랫폼〉, Journal of Korea Robotics Society, 2017-12-03
- ↑ 이윤히, 〈로봇팔, 공장뿐 아니라 의료계에서도 활용 커져..."생명공학에 새로운 화두 가져와"〉, 《AI타임스》, 2019-04-08
- ↑ 로말남, 〈로봇 말해주는 남자, 로말남 1편 - 산업용 로봇의 종류와 특징〉, 《로봇신문사》, 2021-04-08
참고자료
같이 보기
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