아주대 김의겸 교수팀, 사람 손 닮은 고성능 로봇 손 개발 … 전구 끼우기·볼트 죄기도 가능

아주대학교는 기계공학과 김의겸 교수 연구팀이 다양한 방식으로 물체를 쥐거나 조작할 수 있는 고성능 로봇 손(로봇 그리퍼)을 개발했다고 23일 밝혔다. 접촉력을 정밀 측정할 수 있는 촉각 센서도 함께 개발해 로봇 산업 분야에 널리 활용될 전망이다.

그동안 끝이 세 갈래로 갈라진 삼지 형태의 로봇 그리퍼는 물체를 잡거나 놓는 수준의 작업만 수행할 수 있었다.

아주대 연구팀은 제어성과 견고함을 유지하면서도 평행 잡기, 정밀 잡기, 감싸 잡기와 같이 다양하게 물건을 쥘 수 있는 기능을 구현하는 데 성공했다. 또한 손안에서 물체의 방위를 바꾸거나 공구를 조작하는 기능까지 가능한 로봇 손을 개발했다.

이를 위해 연구팀은 병렬·직렬 구조 기반의 새로운 링크 메커니즘을 개발해 높은 구동 자유도를 확보했다. 견고한 구동계와 구조 설계로 쥐는 힘도 높였다.

더불어 연구팀은 로봇 손끝에 결합할 수 있는 촉각 센서를 개발했다. 이 센서는 물체가 어떻게 잡히고 조작되는지를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 센서는 로봇과의 결합이 쉽고, 높은 공간 해상도(0.1㎜ 이하)와 분포 하중 측정 기능을 포함한다. 이 기능은 센서가 정확하게 접촉력을 측정하고 로봇이 섬세하게 조작할 수 있도록 제어하는 데 도움을 준다.

새로 개발한 센서와 로봇 손을 휴머노이드 로봇이나 산업용 로봇의 끝단에 장착하면 기존에 하기 어려웠던 작업을 하나의 그리퍼 플랫폼에서 수행할 수 있다.가령 기존에는 로봇 그리퍼로 전구를 단순히 잡고 놓는 작업만 가능했지만, 새로 개발한 그리퍼는 전구의 방향을 원하는 방향으로 돌리거나 전구를 끼워 설치하는 작업도 수행할 수 있다. 볼트처럼 작은 물체를 돌려서 빼고 방향을 맞춰 구멍에 끼우는 작업은 물론 드라이버를 잡고 볼트를 조이는 작업도 가능하다. 특히 그리퍼 촉각 센서를 활용하면 물체가 어떻게 잡히고 조작되는지 실시간으로 확인할 수 있어 자동화 제어에 활용할 수 있다.

김 교수는 "사람 손 모양을 본뜬 로봇손은 특수한 제어방법론이 필요해 아직 산업 현장에서 활용하기가 어렵다"며 "이번에 개발한 다자유도 그리퍼는 작업 범위가 넓고 명확한 기능성을 가지고 있어 로봇 신산업 개척에 중요한 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구 논문(전방위 물체 조작이 가능한 다자유도 산업용 로봇 그리퍼)은 '트랜색션스 온 메카트로닉스(IEEE-ASME Transactions on Mechatronics)' 12월호에 게재됐다. 그리퍼 촉각센서에 대한 내용은 '정밀한 접촉력 측정이 가능한 손가락 끝 촉각 센서'라는 제목으로 '트랜색션스 온 인더스트리얼 일렉트로닉스(IEEE Transactions on Industrial Electronics)' 10월호에 실렸다. 김 교수가 교신저자, 아주대 이유성·박정화 석박사 통합과정생이 제1저자로 참여했다. 한국기계연구원 박동일 박사와 아주대 기계공학과 최정일 교수는 두 논문의 공동 교신저자로 함께했다.

이번 연구는 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발사업과 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐다.