로봇 시장의 성장 요인 포스팅에서 사람-로봇 협업(Human-Robot Collaboration)은 전환점(breakthrough)을 맞이할 것이라고 언급하였습니다. 이번 포스팅에서는 사람-로봇 협업에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 개념 사람과 로봇의 협업 개념을 이해하기 위해서는 기존 산업용 로봇이 사용되는 방식을 확인하고 넘어가는 것이 좋습니다. 전통적인 산업용 로봇은 사람과 충돌할 경우 치명적인 부상을 가할 수 있습니다. 그래서 항상 안전펜스를 설치하여 사람과 로봇을 격리합니다. 로봇이 동작할 때에는 사람이 작업영역 안으로 들어가면 안됩니다. Traditional robotic work cell 이와 달리, 사람-로봇 협업 작업에서는 로봇의 작업영역 안에 사람이 들어가 함께 작업을 수행할 수 있습니다..
IFR 보고서, Executive Summary World Robotics 2016 Industrial Robots 에서는 2016년부터 2019년까지의 산업용 로봇 시장에 대하여 매년 두 자릿수 대의 성장율을 보일 것으로 예측하였습니다. 또한, 이러한 성장을 가능하게 하는 요인을 나열하였는데, 각각이 어떤 의미를 갖는지 살펴보도록 하겠습니다. 상당수는 단순히 "로봇 수요가 증가할 것이다"로 해석할 수 있습니다. 그러나 일부 항목들은 추가 설명이 필요할 것으로 생각되며 이는 별도 포스팅에서 다룰 예정입니다. 1. 인더스트리 4.0은 실제 공장과 가상 현실을 연결시키고, 이는 전세계 제조업에서 매우 중요한 역할을 할 것이다. 컴포넌트로서의 로봇 포스팅에서 언급했던 것처럼, 로봇은 제조업에서 자동화 시스템의..
'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..
산업용 로봇의 움직임을 모션(motion)이라 부르는데, 로봇 모션에서 가장 중요한 것이 두 가지 있습니다. 어디로 가야 하는가. 먼저, 목표 위치(target position)가 중요합니다. 도달해야 할 위치를 프로그램에 기록해놓고 로봇은 그 위치를 향해 반복적으로 동작합니다. 위치는 산업용 로봇에서 가장 기본적이며 중요한 제어입력입니다. 산업용 로봇은 기본적으로 위치 제어(position control)를 한다고 보시면 됩니다. 어떻게 가야 하는가. 다음으로, 목표 위치로 이동하는 경로(trajectory)가 중요합니다. 로봇은 직선으로 움직일 수도 있고 곡선으로 움직일 수도 있습니다. 일반적으로 로봇의 이동 경로는 참조하는 공간에 따라 달라질 수 있습니다. (참조: 두 개의 공간) 우리는 산업용 로..
로봇의 사전적 정의는 논쟁의 여지가 있을 수 있지만, 다양한 타입의 로봇이 산업에서 사용되고 있다는 점은 말씀은 드릴 수 있습니다. 대표적인 것이 직교로봇(Cartesian Robot)입니다. 직교로봇은 쉽게 말하면, 직선으로 움직이는 로봇을 말합니다. 빠르고 정확하며, 복잡한 수학적 알고리즘을 필요로 하지 않는 것이 장점입니다. 직교로봇 (출처: Linear actuators, PBC Linear) 이와 전혀 다른 타입으로는, 자율주행능력을 갖춘 모바일로봇이 있습니다. 가정에서도 로봇청소기는 제법 보편화되어 있는데요, 최근 산업계에서는 모바일로봇에 대한 수요가 급증하는 추세입니다. 모바일 로봇 (출처: Mobile robot, Wikipedia) 사람팔을 닮은 로봇암(Robotic Arm) 또한 대표적..
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