기계연, 도현민 박사 연구팀 '인간형 로봇 손' 개발
4개 손가락 16개 관절 힘·촉각 센서로 작으면서 강한 힘 발휘


한국기계연구원이 사람처럼 섬세하며 힘이 강한 로봇 손을 개발했다. 모듈화로 활용도를 높였다. 영상은 피아노 치는 로봇 손.<영상= 한국기계연구원>

피아노 치고 달걀을 옮기고 가위질까지 가능한 인간 손과 닮은 로봇 손이 탄생했다. 크기도 사람 손과 비슷하고 힘과 촉각 센서가 있어 다양한 형상과 크기에 따른 대상 제어가 가능하다. 규모를 줄인 모듈화에도 성공, 로봇 손을 원하는 곳에 쉽게 장착할 수 있도록 했다.

한국기계연구원(원장 박천홍)은 도현민 첨단생산장비연구본부 로봇메카트로닉스연구실 박사 연구팀이 일상생활에서 다양한 물체, 도구 조작이 가능한 사람 손 크기의 '인간형 로봇 손'을 개발했다고 22일 밝혔다.

인간형 로봇 손은 4개의 손가락과 16개의 관절로 이뤄졌다. 손가락마다 사람 손가락처럼 3개의 관절로 이뤄지도록 해 손가락 움직임이 유연하고 물건 대상에 따라 자유롭게 파지(손으로 쥐는) 변화를 줄 수 있다. 손가락을 4개로 한 것은 물건을 잡는데 필요한 손가락 중심으로 해 비용을 줄이고자 함이다. 로봇 손에는 각 방향으로 움직일 수 있도록 12개의 모터가 사용돼 각 손가락은 독립적으로 움직인다.

연구팀은 로봇 손의 손가락을 사람 손과 비슷한 수준으로 움직일 수 있도록 하기 위해 좁은 공간에서도 다자유도로 움직이는 메커니즘을 개발했다. 특히 손가락을 움직이는 구동부를 손바닥 내부에 장착해 모듈화에도 성공했다. 기존의 로봇 팔 구조를 변경할 필요없이 로봇 손을 쉽게 장착할 수 있도록 활용도를 높인 것이다. 모듈화 성공으로 로봇 손의 전체 크기도 사람과 비슷하게 줄였다.

개발된 로봇 손의 강점은 기존 상용 로봇 손보다 가볍고 섬세하면서 힘도 세다는 것이다. 로봇 손의 무게는 1kg 이하지만 3kg 이상의 물체를 들어 올릴 수 있다.
 

로봇 손이 물병을 들어 물을 따르는 모습.<영상= 한국기계연구원>
 

연구팀은 물체와 접촉을 감지할 수 있는 촉각 기능을 탑재하기 위해 힘 측정 센서를 개발하고 손가락 끝과 마디, 손바닥에 장착했다. 손가락 끝에 장착된 힘 센서는 지름 15mm, 무게 5g 이하의 초소형 센서로 로봇 손과 물체가 접촉할 때 손가락 끝에서 감지되는 힘의 크기와 방향을 측정할 수 있다. 물건을 쥐는 힘을 조절하는 핵심 기술이다.

손가락 마디와 손바닥에는 서울대학교와 공동연구를 통해 피부형 촉각 센서도 장착했다. 피부형 촉각 센서는 로봇 손과 물체 접촉시 접촉 부위의 분포와 힘을 측정한다. 이를 통해 정밀 파지와 곡면 접촉시 힘의 크기 방향 측정이 가능하다.

지금까지 개발된 상용 로봇 손은 촉각센서가 내장돼 있으면서 동시에 손가락 구동부가 손바닥 내부에 장착된 모듈형 제품이 없어 활용에 한계가 있었던 게 사실이다. 연구팀은 개발한 로봇 손과 관련해 국내외 특허를 출원도 마친 상태다.

도현민 책임연구원은 "인간형 로봇 손은 사람 손의 섬세한 움직임을 모방해 우리가 일상생활에서 사용하는 도구 등 다양한 물체를 다루기 위해 개발했다"며 "로봇 손의 파지 작업 알고리즘과 로봇 조작 지능을 연구하는 플랫폼으로도 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부의 '멀티모달인식 기반으로 일상생활환경의 다양한 물체를 파지 조작하고 도구 활용 작업이 가능한 로봇 작업 제어 기술 개발' 과제 일환으로 수행됐다.

가위질하는 로봇 손. 촉각센서 일체형 로봇 손 가위질 시연.<영상= 한국기계연구원>

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