이젠 로봇이 유연한 배선작업까지 … 아주대 김의겸 교수팀, 로봇손 난제 세계 최초 해결

아주대학교는 기계공학과 김의겸 교수 연구팀이 그동안 로봇이 가장 하기 어려운 작업으로 꼽혔던 ‘케이블링(배선 작업)’을 정밀하게 수행할 수 있는 로봇 손(gripper, 그리퍼) 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

그동안 가전제품이나 자동차 제조 공정에서 전선을 연결하는 작업은 전선 특유의 유연성 때문에 자동화가 어려워 대부분 사람의 손에 의존해 왔다. 이번 연구 성과는 로봇도 정교한 배선 작업이 가능함을 보여준다. 제조 현장에서의 활용을 기대할 수 있게 됐다.

전선처럼 형태가 쉽게 변하는 물체는 로봇이 잡는 강도나 위치를 조금만 잘못 조절해도 꼬이거나 미끄러지기 일쑤다. 이 때문에 ‘케이블링’은 로봇 공학계에서 오랫동안 풀지 못한 숙제로 남아 있었다.

김 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘최소 자유도 메커니즘’을 적용한 새 로봇 손을 설계했다. 로봇의 관절과 움직임을 복잡하게 만드는 대신, 꼭 필요한 핵심 움직임만으로 정교한 기능을 구현했다. 덕분에 로봇은 구조가 단순해져 제작 비용이 저렴해지고, 전선을 평평하게 잡는 방식(평행 파지)과 손가락 끝으로 꼬집듯 잡는 방식(핀치 파지) 모두 자유자재로 구사할 수 있게 됐다.

연구팀의 로봇은 비싼 ‘촉각 센서’를 따로 달지 않고도 로봇이 전선의 상태를 알아차릴 수 있다. 연구팀은 외부 힘이 로봇 손에 가해졌을 때 로봇 손 내부 모터에 흐르는 전류 변화를 분석해 외부 힘을 정확히 측정해 내는 ‘내재적 센싱(Internal Sensing)’ 기술을 성공적으로 적용했다. 이를 통해 로봇은 모터의 힘만으로 전선을 놓치지 않았는지, 지금 얼마나 세게 잡고 있는지, 전선의 어느 부분을 건드리고 있는지를 실시간으로 파악한다. 통상 로봇 손은 손가락 부위에 마찰력이 커서 미세한 감지가 불가능했지만, 연구팀은 로봇 손의 설계를 효율화해 이를 가능케 했다.

김 교수는 “로봇 공학의 난제였던 케이블링 작업을 로봇으로 구현한 사례는 세계적으로도 매우 드문 성과”라며 “산업 현장에서 배선 작업 등 섬세한 작업의 자동화에 기여할 수 있길 바란다”고 말했다.

이번 연구 결과는 미국전기전자학회(IEEE)-미국기계학회(ASME)가 공동으로 발간하는 기계공학·로봇 제어 분야의 세계적 권위지 ‘트랜색션스 온 메카트로닉스(IEEE-ASME Transactions on Mechatronics)’ 3월호 온라인판에 실렸다. 아주대 박지범 석박통합과정이 제1저자, 김 교수가 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 산업통상자원부의 로봇산업핵심기술개발사업과 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐다.