만인을 위한 산업용로봇

힘 제어 (force control) 힘 제어를 이해하기 위해 산업용 로봇의 기본적인 제어 방식을 상기시켜볼 필요가 있습니다. 산업용 로봇은 어떻게 움직이는가 에서 말씀드렸던 것처럼 산업용 로봇은 기본적으로 위치를 제어합니다. 그런데, 위치가 아닌 힘(force)이 제어 대상이 될 경우, 힘 제어(force control)라 합니다. 제어 루프 다이어그램 힘 제어에서는 위치는 더이상 우리의 최대 관심사가 아닙니다. 즉, 목표 힘(target force)을 달성하기 위해서는 위치가 달라질 수 있습니다. 만약, 외부의 힘이 로봇에 가해질 경우, 이 힘에 의해 로봇의 위치가 달라질 수도 있는데요, 이러한 성질로 인해 힘 제어는 순응 모드(compliance mode)라고도 부릅니다. 가속도 법칙에 의하면, 힘..

산업용 로봇에 대해 우리가 기대하는 것은 빠르고 정확한 동작일 것입니다. 이번 포스팅에서는 로봇 동작의 빠르기에 대해 이야기하겠습니다. 조인트 속도 (joint speed) 조인트 속도는 시간 당 조인트 각도 변화량입니다. 이에 대한 개념은 상당히 명확할 것이라 생각됩니다. 조인트 최대속도는 모터와 감속기의 기술사양에 의해 결정됩니다. 산업용 로봇 기술 사양서에서 이를 찾을 수 있을 것입니다. 일반적으로, 링크가 길거나 페이로드가 무거울수록 로봇의 조인트 최대속도는 낮은 경향이 있습니다. 직선 속도 (linear speed) 로봇의 작업 속도를 평가하기 위해서는 엔드 이펙터의 직선 속도가 중요할 것입니다. 그런데 직선 속도는 생각보다 단순하지 않습니다. 로봇에서 움직이는 것은 조인트 뿐이며, 직선 속도는..

산업용 로봇에 우리가 기대하는 것은 빠르고 정확한 동작일 것입니다. 이번 포스팅에서는 로봇 동작의 정확한 정도에 대해 이야기하겠습니다. 반복정밀도 (repeatability) 산업용 로봇은 어떻게 움직이는가 에서 언급한 것처럼, 우리는 로봇의 목표위치와 이동경로를 티칭하고, 로봇은 정해진 프로그램에 의해 반복적으로 동작합니다. 로봇이 주어진 작업을 수행하기 위해 로봇은 항상 동일한 위치에 도달해야 합니다. 동일한 목표 위치에 대해 이전 사이클과 다음 사이클에서 로봇이 실제로 도달한 위치가 다르다면 작업에 영향을 미칠 수 있습니다. 로봇이 반복해서 동일한 목표위치로 이동하도록 명령할 때, 로봇의 실제 위치의 오차가 얼마나 될지 나타내는 사양이, 반복정밀도(repeatability) 입니다. 사격을 배울 때..

로봇 시스템 (robotic system) 산업용 로봇은 그 자체로는 의미 있는 일을 할 수 없습니다. 기본적으로 툴을장착해야 하며, 필요에 따라서는 컨베이어 등 주변장치와 통합되어야 합니다. 산업현장에서 로봇은 항상 시스템(system)으로 사용되며, 로봇은 시스템의 핵심 컴포넌트(key component)입니다. 로봇 시스템 (출처: 2-Finger 85 on Universal Robots, Robotiq) 자동화 시스템을 구성할 때, 로봇 없이, 해당 작업에 필요한 기계를 직접 설계할 수도 있습니다. 하지만, 설계 비용이 로봇 가격보다 큰 경우가 많으며, 작업이 변경될 경우 기계는 무용지물이 된다는 단점이 있습니다. 따라서, 다양한 응용에 활용할 수 있는 로봇암을 포함한 로봇 시스템을 적용하는 것이..

'로봇'이라 하면, 실제 동작하는 기구부를 떠올릴 것입니다. 하지만 데스크탑 PC에서 모니터와 본체가 나뉘어지듯이, 일반적인 산업용 로봇은 로봇암 기구부와 제어기로 나뉘어 집니다. 이번 포스팅에서는 하드웨어 및 소프트웨어 관점에서 산업용 로봇이 어떻게 구성되어 있는지 살펴보도록 하겠습니다. 하드웨어 (hardware) 처음에 언급한 바와 같이 산업용 로봇은 로봇암 기구부와 제어기로 분류할 수 있습니다. Robotic arm and controller (출처: UR5 with control box, Universal Robots) 로봇암은 링크와 구동부인 조인트로 구성됩니다. 우리 몸으로 치면 몸통부분이라 할 수 있는데, 링크는 팔이고, 조인트는 이름 그대로 팔꿈치나 어깨, 손목과 같은 관절에 해당된다고 ..

로봇이 움직인다는 것은 결국 각 조인트 각도를 움직이는 것입니다. 이번 포스팅에서는 조인트의 동작을 어떻게 제어하는지 살펴보도록 하겠습니다. 모터 제어 모터는 전기적 에너지를 운동 에너지로 변환시키는데, 이 결과 빠른 회전속도를 얻을 수 있습니다. 모터의 회전운동은 로봇 동작의 핵심이라 할 수 있으며, 실제로 각 조인트는 한개 혹은 그 이상의 모터가 장착되어 있을 것입니다. 특히, 전통적인 산업용 로봇은 모터가 밖으로 드러나 있습니다. 모터가 장착된 6축 로봇암 (출처: KR20, KUKA Robotics) 우리는 산업용 로봇에 정확한 동작을 기대합니다. 모터를 정확하게 제어하기 위해 인코더라는 센서를 사용하여 모터의 현재 각도를 파악합니다. 참고로 인코더의 성능은 분해능(resolution)을 통해 결..

힘은 질량과 가속도의 곱이라고 뉴턴이 주장한 바 있습니다. 물체가 이동하기 위해서는 속도가 있게 마련이고, 정지한 상태에서 어떤 속도에 이른다는 것은 속도가 바뀐다는 이야기, 즉 가속도가 발생한다는 것을 의미합니다. 질량과 위치, 속도, 가속도, 힘 등 움직임과 관련된 물리적 속성은 동역학(dynamics)을 통해 분석할 수 있습니다. 로봇은 질량이 있고 움직임이 있기 때문에, 동역학을 이야기하지 않을 수 없습니다. 특히, 동역학 계산을 바탕으로 각 모터에서 필요한 토크를 계산하고, 사람 혹은 외부 물체와의 충돌여부를 검지할 수 있기때문에, 동역학은 특히 중요합니다. 엔드이펙터에 걸리는 힘 우선, 로봇의 엔드이펙터에 걸리는 힘과 토크를 계산할 수 있습니다. 산업용 로봇에서 엔드이펙터 힘을 계산하기 위해 ..

빠른 속도와 높은 정밀도, 그리고 넓은 이동범위까지, 다양한 장점을 자랑하는 로봇암이지만 약점이 한 가지 있습니다. 그것은 바로 특이점(singularity)! 특이점이란? 특이점은, 쉽게 설명하면, 로봇이 불편해하는 포즈라고 할 수 있습니다. 작업영역 내에서 로봇의 엔드이펙터는 거의 모든 위치에 도달할 수 있습니다. 하지만, 모든 위치에서 모든 자세를 표현할 수 있는 것은 아닙니다. 아주 극단적인 예로, 로봇암을 쭉 뻗어 작업영역의 경계에 위치할 때, 엔드이펙터가 밖을 향하는 자세는 가능하지만 안쪽을 향하는 자세를 취하기는 어렵습니다. 특정 위치에서 어떤 자세를 취하기 어려운 경우, 소위, 각이 안 나온다 싶을 때, 로봇이 특이점 근처에 있을 가능성이 클 것입니다. 기구학 관점에서 보면, 직교 공간의 ..

두 개의 공간 포스팅에서 로봇에는 조인트 공간과 직선 공간이 있다고 말씀드렸습니다. 동일한 로봇 포즈에 대하여 각각의 공간은 서로 다른 방식으로 표현하기 때문에, 두 공간 사이에서 좌표를 변환하는 계산이 필요하고, 이를 기구학(kinematics)이라고 합니다. 정기구학 (forward kinematics) 로봇의 각 조인트는 특정한 각도를 갖는데, 현재의 조인트 각도는 각 조인트의 엔코더 센서에 의해 알 수 있습니다. 다시 말하면, 조인트 공간의 각도는 직접적으로 확인할 수 있습니다. 우리는, 로봇의 또 다른 중요한 공간인 직선 공간에서의 현재 좌표 또한 알고 싶을 것입니다. 로봇암의 경우, 직선 공간 상에서 우리가 관심있는 정보는 끝단의 엔드이펙터(end-effector) 위치와 자세입니다. 이제, ..

산업용 로봇의 움직임에서 목표 위치와 이동 경로가 중요하다고 말씀드린 바 있습니다. (산업용 로봇은 어떻게 움직이는가) 여기서, 로봇의 이동 경로는 어떤 공간에서 이동하느냐에 따라 나눌 수 있는데, 로봇암을 포함한 산업용 로봇의 경우 일반적으로 두 가지 공간(two different spaces)이 있습니다. 조인트 공간 (Joint space) 로봇암은 링크와 조인트로 구성되어 있고, 조인트 각도에 따라 특정한 포즈(pose)를 취합니다. 그리고, 모터에 의해 조인트 각도를 제어합니다. 결국, 제어기를 통해 직접적으로 구동할 수 있는 부분은 조인트 각도(joint angle)입니다. 2축 링크 (출처: Modeling inverse kinematics, Math Works) 처음에 언급한 것처럼 로봇은..