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로봇핸드의 발상 전환 로봇핸드의 발상 전환 관리자 기자입력 2008-02-11 09:58:19

로봇핸드는 로봇 팔의 끝에 부착되어 최종적으로 대상물을 잡는(파지, 흡착) 기능을 발휘하기 때문에 작업(태스크)의 성패를 좌우하는 로봇의 핵심 부품이다.

그러나 로봇핸드의 기술적 중요성이나 기능의 유용성에 비하여, 현장에서는 로봇핸드를 전용 지그(jig)류 정도로 과소평가하는 경향이 있다. 국내의 로봇 핸드 개발 사례를 보더라도 일본, 미국, EU의 Dexterous Hand 기술에 비해 열세에 있다.

(주)NT 리서치에서는 로봇 팔 못지않게 로봇 핸드나 그리퍼를 중요한 연구개발 및 상품화 영역으로 추구하여 왔다.
 
(주)NT 리서치의 로봇핸드는 크게 인간 손을 모방한 휴머노이드 핸드, 제조업용 로봇에 사용되는 만능 그리퍼, 마이크로-나노 핸들링을 위한 나노 그리퍼의 3가지로 구분할 수 있다. 3가지 로봇 핸드는 각각 용도는 다르지만, 한결 같이 범용성과 기능성을 중시한 혁신적인 제품들이다.




·휴머노이드 핸드… 다양한 물체를 간단히 파지

인간 손의 구조를 모방한 휴머노이드 핸드는 로봇설계 기술과 지능제어 기술의 총아로서, 예전부터 일본, 미국, EU에서 다양한 개발 사례가 있다.

보통 3~5개의 손가락과 많은 손가락 관절을 가지고 있으며, 물체의 형상을 감지하기 위해 촉각센서를 부착하는 경우도 있다.

(주)NT 리서치도 개발 초기에는 이러한 해외의 선행개발 사례를 모방하여 3~5개의 손가락을 지니고 많은 손가락 관절과 여러 개의 모터로 구성된 휴머노이드 핸드를 개발하였다.
 
그러나 핸드 개발 기술을 축적해 나가면서 이러한 휴머노이드 핸드보다는 보다 단순한 구조와 제어 방식의 핸드가 바람직하다는 결론에 이르렀다.

휴머노이드 핸드의 구조와 제어가 복잡하면 연구용으로는 가능하겠지만 상용화가 어렵다는 점, 핸드에 여러 개의 모터와 촉각 센서가 내장된다고 하더라도 손가락 관절을 어떻게 제어하면 좋을지 판단이 곤란하다.

2007년 하반기에 처음으로 선보인 (주)NT 리서치의 휴머노이드 핸드 RoMAN Hand는 놀랍게도 하나의 모터로 5개의 손가락이 움직인다는 점, 하나의 모터를 회전시키는 것만으로도 다양한 형태의 물체를 잡을 수 있다는 점이 혁신적이다.

간단한 제어로 다양한 물체를 잡을 수 있는 원리는 손가락 관절이 컴플라이언스(Compliance)를 가지고 유연하게 움직일 수 있기 때문이다.
 
잡는 물체의 형상에 따라 핸드의 손가락 형상이 바뀌어 안정적으로 물체를 잡을 수 있다.

<그림 1>은 (주)NT 리서치의 휴머노이드 핸드가 손가락의 개별적인 위치 제어 없이도 서로 다른 형상의 물체를 잘 잡는다는 것을 보여준다. <그림 2>는 휴머노이드 핸드의 구조를 보여주는데, 손가락의 관절이 모여서 손바닥을 구성하는 골격 구조가 특징이다.

그리고 핸드 구동 시에는 엄지손가락이 먼저 움직이고 나머지 4개 손가락이 동시에 움직이도록 설계되어 있다. <그림 3>은 휴머노이드 핸드의 엄지부를 잘 보여주는데 물체의 안정 파지에 큰 도움을 준다. <표 1>에서는 휴머노이드 핸드의 각 부위별 특징을 정리하였다.




·제조업용 다지 그리퍼… 센서와 연동하여 다양한 물체 파지

(주)NT 리서치에서는 휴머노이드 핸드와 더불어 제조업용 그리퍼도 꾸준히 발매하고 있으며, 제조업용 그리퍼의 특징은 크게 두 가지이다.

- 그리퍼에 시각 센서(로봇 비전)와 역각 센서(F/T 센서)를 쉽게 붙일 수 있다.

- 다지(Multiple Finger) 그리퍼는 물체의 형상은 비슷하지만 크기가 다를 경우, 여러 개의 그리퍼 중 원하는 것을 선택할 수 있다.

<그림 4>는 센서를 쉽게 붙일 수 있는 그리퍼인데, 두 그림 모두 시각 센서, 조명, 역각 센서를 붙일 수 있다. 그리퍼를 설계할 때부터 센서의 취부를 고려함으로써 See & Grip(시각 센서의 경우), Touch & Grip(역각 센서의 경우)의 연동이 가능하다.

<그림 5>는 <그림 4>의 그리퍼를 다지(Multiple Finger)로 확장한 다지 그리퍼이다. 다지 그리퍼의 장점은 물체의 형상은 비슷하지만 크기가 다를 경우, ATC(Automatic Tool Chnage) 기능이 없이도 그리퍼의 선택이 용이하다는 점이다.

<그림 5>에서는 다지 그리퍼를 CNC에 적용하여 다양한 크기의 물체를 시각 센서(비전)로 인식하여 어떤 스트로크(Stroke)의 그리퍼를 사용할 것인가를 지능적으로 판단하고, 로봇의 회전 축으로 그리퍼를 정위치로 선택한 후 파지한다.

<그림 6>은 다지 그리퍼가 시각 센서와 연동하여 어떻게 다양한 크기의 물체를 잡는지 보여준다.







·나노 그리퍼… 나노 정밀도의 파지가 가능.

(주)NT 리서치에서는 독일의 Klo-
cke Nanotechnik사 등과 제휴하여 국내에 마이크로 또는 나노 정밀도의 그리퍼를 공급하고 있다.

나노 그리퍼는 <그림 7>과 같은 직교좌표형의 나노 매니퓰레이터의 끝에 장착되어 마이크로 또는 나노 정밀도로 미소 대상물을 파지한다. 나노 그리퍼는 제어가 단순할 뿐 아니라, 힘 센서 등을 옵션으로 추가할 수 있는 것이 특징이다. 광 파이버(Fiber), 레이저 다이오드, 각종 프로브 팁(Probe Tip) 등 미소 물체의 핸들링에서 위력을 발휘한다.





·향후 전망

국내의 많은 연구자들이 핸드의 상용화 가능성을 의심하고 있지만, (주)NT 리서치의 견해는 다르다. 무겁고 큰 물체이든 마이크로 크기의 작은 물체이든 잡는 것이 중요한 어플리케이션은 점점 많아질 것으로 예상하고 있다.

휴머노이드 핸드는 연구용 이외에도 의수나 애니메트로닉스(Animatron-ics)에 응용할 수 있다. 제조업용 그리퍼는 센서와 연동하여 다양한 물체를 파지할 때 유용하다. 궁극적으로는 눈 달리고(시각) 힘을 느끼는(역각) 그리퍼가 상용화될 것이다. 그리고 마이크로-나노의 세계에서 매우 작은 물체를 파지, 해지, 이동하는 기술은 부품 검사 및 실장 분야에서 점점 중요해질 것이다.


(주)NT 리서치
www.ntresearch.net

관리자 기자
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