한국기계연구원(원장 박천홍)이 산업용 로봇팔을 더 쉽고 안전하게 조작할 수 있는 ‘스마트 교시(敎示·teaching) 장치’를 개발했다. 산업 현장의 로봇팔 조작에 필요한 복잡한 장비와 전문가의 작업 단계를 단축시켜 쉽고 효율적인 작업이 가능하면서도 사람과 충돌을 예방하는 기능도 탑재하여 스마트 팩토리 확대에도 기여할 것으로 기대된다.

기계연 첨단생산장비연구본부 로봇메카트로닉스연구실 도현민 박사 연구팀은 로봇에 직접 부착하여 사람이 원하는 방향대로 로봇의 관절 축을 움직이거나 끝단의 위치를 조정할 수 있는 스마트 교시 장치를 개발했다. 로봇에 부착된 교시 장치를 직접 손으로 움직이는 만큼 작업 중 충돌을 감지하고 예방할 수 있는 기능도 포함시켜 안전성을 확보했다.

연구팀이 개발한 스마트 교시 장치는 로봇팔을 움직이는 ‘마우스’와 같다. 사용자가 로봇에 부착한 교시 장치를 손으로 잡고 마우스처럼 조작하면 장치가 로봇팔 제어기와 통신하며 로봇을 원하는 대로 움직일 수 있다. 교시 장치에 가해지는 사용자의 조작 의도를 정확하게 측정하고, 이를 통신으로 로봇의 제어부에 전달하는 원리다. 연구팀은 사용자의 입력을 받기 위한 6자유도 마우스를 설계하고 필터링 알고리즘을 고안하여 신호 혼선 없이 6자유도의 움직임을 정확하게 구현하는데 성공했다.

스마트 교시 장치는 교시부와 충돌예측부로 구분된다. 충돌예측부는 로봇에 상시 부착되어 로봇제어기와의 연결을 담당하며, 거리 측정 센서를 내장하여 로봇 동작 중에 충돌을 예측할 수 있다. 교시부는 6자유도 마우스를 포함하여 사용자의 조작 입력을 받고 로봇의 좌표계 변환 및 교시점 저장 등 로봇교시에 필요한 기능을 가지고 있다. 교시부와 충돌예측부는 탈착이 가능하여 교시작업시 교시부를 충돌예측부에 부착하여 사용하고, 교시작업이 끝나면 분리 가능하도록 했다.

또한 교시 장치를 약 500g 이하의 경량 장비로 만들어 로봇팔의 작동에 미치는 영향을 최소화했다. 스마트 교시 장치는 로봇에 부착하여 사용자가 원하는 대로 직관적으로 움직일 수 있으며 공간이 협소할 경우 분리하여 무선으로 조정도 가능하다. 아울러LED로 충돌 위험을 비롯한 로봇의 교시 및 재현 등 동작상황을 사용자에게 알릴 수 있도록 만들어 사용자 친화성을 높였다.

이 기술을 적용하면 프로그래밍 언어에 익숙하지 않은 로봇 비전문가도 로봇의 움직임을 쉽게 교시할 수 있을 것으로 기대된다. 지금까지는 로봇 교시를 위해 티칭 펜던트(teaching pendant)가 주로 사용됐다. 티칭 펜던트는 산업용 로봇에 쓰기 위해 개발된 장치로 로봇과 거리를 두고 버튼이나 다이얼을 조작해 움직임을 조정할 수 있지만 사용이 어렵고 직관적이지 않아 전문 프로그래머의 작동이 필요했다.

도현민 책임연구원은 “스마트 교시 장치는 산업용 로봇의 직관적인 교시가 가능하도록 사용자 친화적으로 개발한 장치”라며 “생산현장에서 로봇 비전문가인 작업자들도 로봇의 움직임을 쉽게 교시할 수 있어 공정 변화에 빠르게 대응하고, 생산효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다 ”고 말했다.

이 과제는 산업통상자원부의 ‘작업자 공간공유 및 스마트공장 적용을 위한 차세대 제조용 로봇’ 과제의 일환으로 수행됐다.