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센서 기반 직교 로봇 VM 시리즈 센서 기반 직교 로봇 VM 시리즈 신은정 기자입력 2008-03-31 00:00:00

 

 

 

시작하며

 

 

(주)NT 리서치가 제조업용 로봇에서 항상 강조하고 있는 것은 센싱의 중요성이다. NT리서치에서는 지금까지 제조업용 로봇에 쉽게 부착할 수 있는 시각지능 모듈 NTVision 시리즈와 역각지능 모듈 ForceMate 시리즈를 여러 차례 발표하였다.

 

 제조업용 로봇에 핸들링 대상물을 인지할 수 있는 시각과 접촉력을 계측할 수 있는 역각을 통합하면 지능 제어가 그리 어렵지 않다는 것이 핵심이다. VM 시리즈는 NT 리서치의 직교 로봇 플랫폼인데, 로봇 그 자체로 본다면 타사와 크게 다르지 않은 4축 직교 로봇의 구성을 하고 있다. 그러나, 직교 로봇에 로봇 비전과 레이저 거리 센서를 통합한 2.5 차원 센싱 기능을 구현함으로써 강력한 지능 제어를 실현했다는 것이 큰 특징이다.

 

 

 

직교 로봇 VM50의 구성

 

 

NT 리서치의 VM 시리즈 중에서 중형에 속하는 VM50은 X, Y, Z, Theta(회전)의 4축 구동 방식이다. VM50은 X축, Y축, Z축의 직선 구동을 위해 AC 서보 모터, Theta 축의 회전 구동을 위해 스테핑 모터를 사용한다.

 

 

4축 로봇 기구의 끝에는 여러 가지 형태의 그리퍼를 달아서 복잡한 형상의 대상물을 핸들링할 수 있다. VM50은 다용도의 직교 로봇 플랫폼으로 개발되었는데, 사용 목적에 맞추어 로봇의 스트로크와 정밀도, 그리퍼의 종류를 선택할 수 있는 맞춤형이다.

 

 

 


우선, VM50의 각부 구성을 알아보면 다음과 같다.

 

 

 1. X축 구동 AC 서보 모터 X축 로봇을 움직이기 위해서 회전 운동.


 2. X축 구동 볼 스크류 X축 모터의 회전을 직선 운동으로 변환.


 3. Y축 구동 AC 서보 모터 Y축 로봇을 움직이기 위해서 회전 운동.


 4. Y축 구동 볼 스크류 Y축 모터의 회전을 직선 운동으로 변환.


 5. Z축 구동 AC서보 모터 Z축을 움직이기 위해서 회전 운동.


 6. Z축 구동 볼 스크류 Z축 모터의 회전을 직선 운동으로 변환.


 7. Theta축 스태핑 모터 Theta축을 움직이기 위해서 회전 운동.


 8. X축 원점 센서 X축 구동에서 원점 위치를 출력하는 광전 센서.


 9. X축 왼쪽 리미트(Limit) 센서 X축 구동에서 왼쪽 리미트 위치를 출력.


 10. X축 오른쪽 리미트 센서 X축 구동에서 오른쪽 리미트 위치를 출력.


 11. Y축 원점 센서 Y축 구동에서 원점 위치를 출력하는 광전 센서. 


 12. Y축 왼쪽 리미트 센서 Y축 구동에서 왼쪽 리미트 위치를 출력.


 13. Y축 오른쪽 리미트 센서 Y축 로봇의 오른쪽 리미트 위치를 출력.


 14. Z축 윗쪽 리미트 센서 Z축 로봇의 윗쪽 리미트 위치를 출력.


 15. Z축 아래쪽 리미트 센서 Z축 로봇의 아래쪽 리미트 위치를 출력.

 

 

전체적으로 일반적인 4축 직교 로봇의 구성을 따르고 있지만, 플랫폼으로 사용될 수 있도록 각축을 모듈화하고, 사용자가 쉽게 하위 레벨의 PC 제어나 PLC 제어를 할 수 있도록 설계되어 있다.

 

 

 

 

로봇 비전 레이저 거리센서 = 2.5D 센서

 

 

직교 로봇으로 대상물을 핸들링할 때 티칭 펜던트나 PC 제어를 이용하여 교시(Teaching)을 해야 한다. 직교 로봇을 전용기 개념으로 사용할 경우에는 교시에 소요되는 시간과 노력이 큰 문제가 되지 않을 수도 있다.

 


그러나 소량 다품종의 경우, 작업이 변경될 때마다 교시를 다시 해주어야 하기 때문에 티칭 코스트를 무시할 수 없다. 그리고, 작업의 정밀도를 확보하기 위해 대상물을 정위치에 고정하는 지그류를 만들어주기도 한다.

 


NT 리서치의 VM50에서는 이러한 불편을 2.5차원 센싱을 이용한 지능 제어로 해결하고 있다. 2.5차원이란 2차원과 3차원의 중간이라는 의미로 사용되고 있는데, 카메라 비전의 2차원 인식 기능에 레이저 센서의 1차원 거리 계측 기능을 추가하여 2.5차원이 된다.

 

 

 

 

보통 물체의 자유로운 핸들링을 위해서는 3차원 센싱이 필요하지만 3차원 센서의 가격이 비쌀 뿐 아니라 산업 현장에서 성능도 충분하지 않다. 그래서 현실적인 대안으로서, 기술의 완성도가 높은 2차원 비전 기술과 1차원 레이저 거리 계측 기술을 융합한 것이 VM50의 특징이다.

 

 

VM50에서는 2차원 비전 기능을 위해 직교 로봇 위에 카메라와 조명을 설치한다.

 

 

용도에 따라서는 직교 로봇의 그리퍼 바로 위에 카메라를 설치하여 로봇의 움직임과 비전을 연동시킬 수도 있다. 카메라 2대를 동시에 이용하여 넓은 시야와 좁은 시야를 동시에 확보하는 것이 유리한 경우도 있다.

 

 

카메라에서 획득된 영상은 VM50 내부에 있는 PC 제어기에서 처리되는데, 비전 소프트웨어 HexSight를 기반으로 응용 프로그램을 간단히 작성할 수 있다. HexSight는 ActiveX 제어나 C DLL 라이브러리의 형태로 사용할 수 있는 머신 비전 개발자 소프트웨어이다(그림 3).

 

 

 

영상 처리하고자 하는 물체를 간단하게 등록할 수 있으며, 기하학적 모델 매칭을 통하여 안정적이고 고속으로 획득 영상에서 등록 물체의 위치와 방향을 찾아낼 수 있다. 실제 물체와 등록 물체 간에 다소의 기하학적 변형(예를 들어, 크기 변형, 회전 변형 등)이 일어났다 하더라도 고속 검색하여 물체의 위치와 방향을 알아내는데 무리가 없다.

 

 

 

영상 처리에 필요한 각종 파라미터는 화면을 통하여 간단히 바꾸어 줄 수 있어서 초심자들도 쉽게 이용할 수 있다.
한편, VM50의 끝에 달려있는 적색의 레이저 센서는 대상물까지의 거리를 계측하여 아날로그 또는 디지털 값으로 출력해준다(그림 4).

 

 

 <표 1>은 VM50에서 사용되는 레이저 센서의 주요 사양으로서, 직교 로봇에서 사용하기에는 측정 범위, 측정 정밀도 면에서 충분하다. 레이저 센서를 이용하면 물체까지의 거리를 알 수 있기 때문에 Z축에 대한 티칭이 없이도 물체를 핸들링할 수 있다. 즉, 물체의 2차원 정보는 비전으로 알아내고 높이 정보는 레이저 센서로 측정한다.

 

 

실제로 높이가 서로 다른 물체가 무작위로 직교 로봇 아래에 놓여있을 때, 물체의 형상 정보를 모르더라도 물체를 고속으로 핸들링할 수 있다. 레이저 센서는 거리 계측 이외에도 비전 없이 단독으로 형상 정보를 얻는데 사용된다. 이러한 레이저 스캐너 모드에서는 직교 로봇의 X, Y 축을 움직여가면서 물체의 형상을 측정하는데, Z 축이 레이저 센서의 측정 범위(20~400mm)를 벗어날 경우에는 Z축도 물체 표면을 따라 움직일 수 있다.

 

 

그림 5는 직교 로봇 아래에 실물 크기의 하회 탈을 놓고 측정한 결과이며, 히화 탈처럼 비교적 평탄한 물체는 Z축의 이동 없이도 센서 측정 범위 내에서 계측이 가능하고, 3차원 측정 정밀도에 따라 모터 이동 피치를 변경해주면 된다. 이와 같은 2.5차원 비전은 3차원 비전보다는 성능이 떨어지지만 대부분의 산업 응용에서는 가격적으로 저렴하고 성능도 충분하다.

 

 

 

 

끝내며

 

 

NT 리서치의 VM50에서 볼 수 있듯이, 직교 로봇에 비전이나 레이저 거리 센서를 도입하면 지능 제어가 가능하다, 지능 제어를 통하여 대상물이 수시로 바뀌는 소량 다품종 생산에서 로봇의 핸들링 능력을 향상시키고 계측/검사 능력을 부가할 수 있다.

 

 

VM50은 직교 로봇을 사용하고 있지만, 2.5 차원 센싱 기능은 SCARA 로봇이나 수직다관절 로봇에 쉽게 응용될 수 있다는 점에서 폭 넓은 활용이 기대된다.

 

 

 

 

 (주)NT 리서치
www.ntresearch.net

 


 

신은정 기자
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