KITECH 생산기술 전문지

다양한 부품의 생산공정에서 조립공정에 소요되는 시간과 비용은 각각 전체 공정의 50%, 30%를 차지한다 [1]. 때문에, 생산성과 생산 효율을 향상시키기 위해 조립공정 자동화에 대한 연구가 폭넓게 수행되어 오고 있다. 그러나 로봇을 이용한 조립공정 자동화는 아직도 도전적이며 특히 정형화되지 않은 환경에서 다른 작업에 비해 더욱 정교한 기술이 요구된다. 가장 간단한 조립공정인 원형 펙인홀(peg-in-hole) 작업에서도 아주 작은 위치 오차에 의해 재밍(jamming)과 같은 끼임 현상이 발생할 수 있으며, 조립 실패로 이어질 수 있다. 이것은 물리적으로 환경과 로봇 사이의 강성이 클 때 더 쉽게 발생하며, 따라서 이를 해결하기 위해 로봇의 말단에 유연성을 제공하기 위한 연구들이 수행되어 왔다 [2]. 그 중 기계적으로 높은 컴플라이언스를 갖도록 설계된 수동 컴플라이언스 보상기를 이용하는 방법이 있다. 컴플라이언스 보상기는 스프링과 같은 탄성 요소로 설계되어 조립품 간의 미세한 오정렬을 기계적인 컴플라이언스를 통해 보정한다. 이러한 장치들은 복잡한 제어 알고리즘을 필요로 하지 않으며 충격으로부터 로봇과 조림품을 보호할 수 있지만, 대상 조립품이 제한적이며 범용적인 사용이 어렵다. 또한 어떠한 정보도 제공하지 못하기 때문에 조립 상태를 추정할 수 없다는 단점이 있다. 이러한 수동 컴플라이언스 보상기의 낮은 범용성 문제를 해결하기 위해 제어를 통해 로봇에 유연성을 부여하는 능동 컴플라이언스 제어 방법이 연구되어 왔다. 주로 관절토크센서, 힘/토크 센서가 사용되며, 조립 시 발생하는 반력을 측정하고 이를 피드백하여 컴플라이언스 제어를 수행함으로써 외력에 순응하는 동작을 구현한다. 이러한 방법은 소프트웨어에서 구현되기 때문에 다양한 모양과 크기의 조립품에 적용 가능하며 조립 상태를 추정할 수 있어 성공률과 정확도가 높다는 장점이 있다. 그러나 복잡한 알고리즘과 정교한 제어 기법을 필요로 하며, 기계적인 컴플라이언스가 없으므로 대역폭보다 빠른 충격에 대응할 수 없어 작업 속도가 상대적으로 낮다. 다양한 조립품에 대응하기 위한 범용성과 확장성을 확보하려면 외력 측정을 기반으로 한 피드백 제어가 필요하다. 동시에, 조립공정에서 발생할 수 있는 충격으로부터 로봇과 부품을 보호하고 조립 속도를 높이기 위해서는 기계적인 컴플라이언스가 요구된다. 따라서 본 고에서는 외력 측정이 가능한 컴플라이언스 보상기를 소개하며, 보상기의 설계 및 외력 측정 실험, 펙인홀 조립공정에서의 적용에 대해 다룬다.