(주)뉴로메카의 협업로봇 기술(下)

----------목차----------

1. 협업로봇의 기술적 전망

2. (주)뉴로메카의 협업로봇 기술

1) 로봇 제어

2) 직접 교시(Direct Teaching)

3) 충돌 감지

4) HRI 기법

3. 결론

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3) 충돌 감지

충돌 감지란 로봇이 동작 중에 의도되지 않은 충돌이 발생하는 경우 이를 인지하는 것이다. 충돌 감지는 협업 로봇의 안전 확보를 위한 첫걸음이라 할 수 있다.

충돌 감지는 감지 시점에 따라 다양한 방법으로 행해질 수 있다. 비전 및 다양한 거리 측정 센서 등을 이용해 로봇과 사람 간의 거리를 기반으로 충돌을 미리 감지하거나, 표면에 가해지는 압력 또는 관절에 가해지는 토크를 측정해 충돌 발생 후에 감지하는 방법이다.

현재 대부분의 협업로봇이 지닌 기본적인 충돌 감지 방식은 센서 정보를 알고리즘으로 처리해 관절에 가해지는 외력을 추정하는 방식으로 동작하며(참조. DLR 논문), 필요한 센서와 알고리즘 방식에 따라 충돌 감지 성능이 결정된다. 예를 들어 KUKA의 iiwa는 토크 센서를 내장하고 있으므로, 토크센서값을 피드백하고 관절 위치 센서값을 이용해 외력을 추정하는 관측기를 이용하는 것으로 보인다. 또한 Universal Robots사의 UR은 모터의 입·출력축에 장착된 두 개의 엔코더를 이용한다고 추정된다.

한편 뉴로메카의 협업로봇은 추가적인 센서 없이 엔코더 정보만으로 외력을 추정하는 알고리즘을 적용하고 있다. 특히 효과적인 외력을 추정하기 위해서는 고속의 동역학 연산이 필요한데, 뉴로메카는 자체 개발 제어기에서 최적화된 동역학 연산을 통해 외력 추종 알고리즘을 10㎑ 정도로 구동하며 고속 실시간 동기 분산제어 필드버스인 EtherCAT을 채용하고 있어 4㎑의 실시간 제어를 구현하고  있다.

 

4) HRI 기법

산업용 로봇을 구동 및 프로그래밍하는 경우 필수적으로 필요한 HRI 장치는 티칭펜던트(TP)이다. 로봇을 프로그래밍하는 방법은 다음과 같은 세 가지 방식이 존재한다.

 

로봇 프로그래밍 방법 오프라인 프로그래밍

 

 

? 온라인 프로그래밍(Online Programming)

로봇에 티칭펜던트가 연결된 상태, 즉 온라인에서 TP의 조이스틱을 이용해 로봇의 경로점을 설정하는 방법이다. 입력은 관절축 별로 이동시키거나(Joint Move), 엔드이펙터에 설정된 TCF(Tool Coordinate Frame, 도구 좌표계)를 축별로 이동시키는(Frame Move) 식으로 진행된다.

 

? 오프라인 프로그래밍(Offline Programming 또는 OLP)

온라인 프로그래밍으로 복잡한 경로를 티칭하는 것은 쉽지 않다. PC에 설치된 시뮬레이터와 GUI 도구를 이용해 경로를 설정한 후, 로봇 제어기에 다운로드시키는 방법을 일컫는다.

? 직접 교시(Direct Teaching)

사용자가 물리적으로 로봇의 관절을 조정해 경로점을 설정하는 방식이다. 온라인 프로그래밍처럼 사용자의 로봇에 연결되어 있을 뿐만 아니라 직접 교시가 구현된 실시간 제어알고리즘이 구동되고 있어야 한다. 일반적인 직접 교시는 Joint Move를 구현하고 있는 경우가 많다. 앞서 서술한 바와 같이 일부 산업용 로봇은 Frame Move의 직접 교시 버전을 ‘핸드-가이드(Hand-guide)’란 이름으로 구현하고 있다.

 

대부분의 산업용 로봇은 엄격한 산업 기준을 준수하는 별도 제작된 티칭펜던트를 제공하며, 주요 로봇 기업들의 경우 시뮬레이터 기반의 별도 OLP 소프트웨어를 제공하고 있다. 현재 직접 교시 기능은 일부 협업로봇들에 구현되어 있으며 점점 그 수가 늘 것으로 전망된다. 특히 산업용 로봇에 있어서 직접교시의 유용성을 보여주는 사례들이 보고되면서 산업용 로봇의 직접교시도 활발하게 진행될 것으로 기대되는 상황이다.

뉴로메카는 협업로봇의 가격 장벽을 낮추기 위해 다양한 HRI 구현 기법들을 시험 중이다. 기존의 하드웨어로 구현되는 티칭펜던트 대신 안드로이드 OS 기반의 태블릿에서 구동되는 앱인 스마트TP(SmartTP)를 제작했다. 이 스마트TP는 고성능 실시간 애니메이션 기반의 온라인 프로그래밍과 Joint-move, Frame-move를 구현했다. 또한 안드로이드 OS에서 구현된 시뮬레이터 기반의 오프라인 프로그래밍도 지원하도록 개발했다. 계획된 경로들은 서버 및 로컬에 저장할 수 있고, 경로들을 이용해 로봇 모션을 비주얼 프로그래밍할 수 있다. 스마트TP 앱은 로봇제어기와 USB를 통해 통신을 하거나 와이파이를 통해 무선으로 접속할 수 있다.

 

스마트TP(SmartTP)

한편 제어기와 분리된 스마트TP 대신 HRI가 통합된 EtherCAT 마스터 로봇제어기 플랫폼인 ‘콘티(Conty)’도 최근 출시를 준비 중이다. 콘티는 저전력 고성능 인텔 브라스웰 쿼드코어 CPU 기반의 산업용 팬리스 제어기에 12인치 터치스크린을 장착했고, 리눅스 버전의 Qt를 이용해 스마트TP의 사용자 인터페이스를 구현했다.

스마트TP 및 콘티가 지원(또는 지원 예정)인 로봇 프로그래밍 방법은 온라인 프로그래밍, 오프라인 프로그래밍을 이용한 Joint-move 및 Frame-move, 관절경로 점 설정을 위한 직접 교시 및 작업 경로점 설정을 위한 eMoDi(출시 예정) Teaching 등으로 구성된다.

 

 

HRI 통합 EtherCAT 마스터 로봇 제어기 콘티(Conty)

 

3. 결론

 

최근 중국의 북경에서 개최된 2016 WRC(World Robot Conference 2016) 전시에서 느낀 점은 로봇 하드웨어에 있어서 중국과 선진국의 기술 격차를 실감하기 어려웠다. 오히려 다수의 로봇 업체들이 시장에 진출하면서 로봇 하드웨어의 가격 파괴가 기대된다.

협업로봇은 아직 규모의 경제를 실현하고 있지는 않다. 여기서 더욱 더 중요해지는 것은 기술력, 특히 알고리즘이다. 기술력에 따른 가격 파괴의 징조는 이미 2017년 상반기 출시 예정인 독일 KBee사의 협업로봇 플랫폼인 Franka에서 볼 수 있다.

향후 협업로봇은 사물인터넷(IoT) 기술과 결합하면서 스마트팩토리의 중요 허브역할을 할 것으로 기대되고 있다. 뉴로메카의 스마트 커넥티드 로봇(SCR)이 지향하는 바가 여기에 있다.

한편 기존 협업로봇의 절반 이하 가격대를 차지하는 저가형 협업로봇 시장을 개척하고 있는 뉴로메카의 입장에서 한 가지 난제는 비즈니스 모델을 확립하는 것이다. 이것은 규모의 경제와 함께 반드시 풀어야 할 숙제이다.

 

(주)뉴로메카 www.neuromeka.com

 

 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - (주)뉴로메카의 협업로봇 기술(下)