▲ DGIST 로봇공학전공 윤동원 교수(좌)와 제1저자인 양준모 석박사통합과정생(우)

DGIST 로봇공학전공 윤동원 교수 연구팀이 사람 손과 같이 정교하고 유연한 인간형 로봇핸드(Robot Hand) 핵심 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 제작이 간편하고 외부 충격에도 안정적으로 구동이 가능해 산업체의 협동로봇분야 등 다양한 스마트 로봇분야에 적용이 기대된다.

최근의 산업현장에서는 자동화 시스템을 통한 업무 효율을 높이기 위해 로봇의 비중이 증가하고 있다. 특히 다양한 강성의 물체를 움켜쥐거나 조립하는 등의 고도의 작업을 위해 로봇핸드가 주로 사용된다. 이러한 정밀한 로봇핸드 제어를 위해 구름베어링(rolling bearing) 기반의 볼베어링 회전 조인트가 주로 사용된다. 하지만 가격이 비싸고 조립이 까다로우며 외부 충격에 고장이 나기 쉬워, 이를 대체하기 위한 다양한 유연 조인트가 개발되고 있다.

이에 윤동원 교수 연구팀은 기존의 유연구조 로봇핸드의 약한 강성을 보강하고자 새로운 구조의 로봇핸드를 고안했다. 연구팀은 손가락 마디에 맞게 형상이 변형된 유연힌지를 마디 하나당 4개씩 적용해, 2쌍이 X자 형태로 교차 배치되게 설계했다. 연구팀은 실험을 통해 기존 베어링기반 로봇핸드보다 3축 방향으로의 충격을 46.7% 더 흡수하는 것을 입증했다. 특히 모터의 제어가 없는 부족구동 와이어 메커니즘으로 다양한 형상의 물체를 잡아 최대 4kg 무게까지 버틸 수 있음을 확인했다.

▲ 제안된 유연힌지 구조의 인간형 로봇핸드

▲ 개발된 로봇핸드의 파지 실험 수행

▲ 개발된 로봇핸드의 정량적 충격량 실험 수행

연구팀의 이번 성과는 유연한 재질과 독특한 구조를 활용해 필요한 방향의 강성을 키워 우수한 파지능력을 구현하고, 유연구조를 활용해 높은 충격 흡수율을 동시에 구현한 점이 특징이다. 특히 기존의 베어링기반 로봇핸드처럼 값비싼 소재와 복잡한 공정이 필요 없어 제작비 절감에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

윤동원 교수는 “이번 성과는 기존의 로봇핸드에 비해 제작이 용이해 가격 경쟁력이 있으며, 유연 힌지의 장점을 가지면서 가반하중을 증대시켜 실제 산업현장에 적용이 용이하다”면서, “다양한 산업제조현장, 서비스 로봇 등에 상용화될 수 있도록 후속연구를 진행하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 로봇분야의 국제학술지 ‘소프트 로보틱스(Soft Robotics)’ 3월 5일자 온라인으로 게재됐다. 더불어 DGIST 로봇공학전공 양준모 석박사통합과정생과 김정석 석사졸업생이 공동1저자로 참여했고, 한국연구재단의 신진연구지원사업으로 수행됐다.