004. 로봇 치킨집 사장님은 알아야 할 로봇 지식-1탄(2)

얼마나 멀리 팔을 뻗을 수 있는가?

무게와 더불어 가장 기본 적인 스펙으로 로봇 팔의 리치(길이)를 확인해야 한다. 로봇 팔의 리치는 로봇 팔로 작업을 할 수 있는 작업 반경을 결정하는데, 일반적으로 로봇 팔을 한 곳에 고정시킨 채 사용하는 경우가 많기 때문에, 로봇이 설치된 지점을 중심으로 로봇이 작업해야 할 반경이 어느 정도 되는지를 조사하는 것이 필요하다.

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예를 들어 주방 한편에 로봇 팔을 설치해야 하는 상황이라면, 로봇 팔이 사용하게 될 도구들이 모두 로봇 팔이 닿는 곳 안에 놓여있어야 한다. 하지만 로봇 팔의 길이가 공간에 비해 너무 길면 주변 환경과 로봇이 부딪힐 위험이 높아지므로, 너무 짧지도 너무 길지도 않은 적절한 길이를 선택해야 한다.

같은 모터를 사용할 때 길이가 길어지면 가반하중이 줄어들고, 길이가 길더라도 모터용량이 크면 가반하중을 키울 수 있다. (사진출처 처,  TECH WORLD ONLINE NEWS , )

참고로 같은 용량의 모터를 사용할 경우 로봇 팔의 길이가 길어지면 로봇팔이 들 수 있는 무게가 줄어든다. 때문에 로봇 팔이 길어지면 로봇 팔 관절에 들어가는 모터의 용량을 키워서 들 수 있는 무게가 줄어들지 않도록 하거나, 용량을 확 키워서 긴 리치를 가진 로봇팔이 더 무거운 무게를 들 수 있도록 설계한다. 하지만 제조사에 따라 로봇 팔의 길이는 늘렸음에도 불구하고 모터 용량을 키우지 않아 들 수 있는 무게가 줄어드는 경우도 있으니 로봇 팔의 스펙을 볼 때 로봇 팔의 리치와 가반하중을 함께 살펴보길 바란다.

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당연한 이야기 이지만 작업 반경이 클 수록 로봇 팔의 크기가 커지고 무게도 무거워 진다. 넓은 작업 반경을 커버할 수 있는 로봇을 찾다 보면 협동 로봇 중에서는 원하는 길이를 찾지 못할 수도 있다. 이런 경우에는 로봇을 여러 대 사용하거나, 리니어 가이드나 AGV와 같은 이동 플랫폼 위에 로봇 팔을 설치하여 작업 반경을 넓히는 방법을 시도할 수 있다. 다만, 리니어 가이드 또는 이동 플랫폼을 활용할 경우 로봇 제조사에서 보장하는 로봇의 위치정확도 또는 반복 정밀도를 보장할 수 없기 때문에 로봇 동작의 정밀성이 필요한 경우에는 로봇을 여러 대 사용하는 접근이 더 바람직 할 수 있다.

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여러 대를 사용하면 편하다는 것은 모두가 알지만 알고도 선뜻 시도하지 않는 이유는 모든 것이 다 돈이기 때문이다. 대부분의 경우 로봇 팔이 뻗을 수 있는 작업 반경 내에 로봇이 사용하는 도구들의 배치를 잘 해서 공간 활용을 극대화 하는 방법으로 사업 환경 구성의 비용을 절약한다.

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로봇 팔은 사람이 작업하던 공간 그대로에서 바로 사용할 수 있는 것이 아니기 때문에 구매하고자 하는 로봇 팔의 스펙과 함께 사업장내 로봇 작업 환경에 대한 숙고가 필요하다.

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얼마나 팔을 꺾을 수 있는가?

사람도 팔꿈치를 쭉 뻗으면 더 이상 팔을 바깥쪽으로 펼 수 없듯이 로봇도 한계가 존재한다. 관절 가동 범위는 넓을수록 좋다. 이 스펙은 글이나 말로 백번 설명하는 것보다 관절의 가동범위가 좁은 로봇 팔을 직접 티칭 하다 보면 그 필요성을 바로 절감할 수 있다.

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관절 가동범위가 좁을 경우에 발생하는 문제는 좁은 관절 가동 범위가 공간 활용을 극대화 하는데 한계로 작용 한다는 것이다. 때문에 앞서 설명한 로봇 팔을 얼마나 뻗을 수 있는지의 문제와 함께 팔을 얼마나 회전할 수 있는지에 대해서도 확실하게 짚고 넘어 가야 한다.

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로봇 팔 제조사에서는 관절 가동 범위를 관절 리밋(Joint Limit)이라는 스펙으로 제공한다. 그리고 로봇 팔의 매뉴얼을 살펴보면 로봇 팔의 길이 정보와 작업 공간(Operation space)에 대한 정보를 확인할 수 있다. 물론 작업 공간의 범위를 통해 로봇 팔이 도달할 수 있는 공간상의 위치를 확인할 수 있다. 하지만 자세히 살펴 보면 이 공간 영역은 로봇 팔 손목의 중심이 도달할 수 있는 범위를 나타낸 것임을 알 수 있다.

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로봇 팔은 팔 끝에 달린 도구를 활용하여 물체를 핸들링 하기 때문에 로봇 팔 말단이 특정한 각도로 특정 위치에 도달할 수 있는지의 여부가 작업의 가능 여부를 결정한다. 쉽게 말해 국자를 들고 있는 로봇이 국물을 흘리지 않도록 국자를 똑바로 들고 있어야지, 그릇이 멀리 있다고 국자를 비스듬하게 들어서는 제대로 국을 퍼 담을 수 없다는 말이다. 게다가 국자를 그릇 근처에 가져간다 하더라도, 주변에 흘리지 않고 그릇에 국물을 안정적으로 붓기 위해서는 국자를 들고 있는 말단 축의 관절만 회전시키면 될게 아니라 다른 관절들도 적절히 함께 회전해 주어야 한다.

ROBOSTAR 社 의 RA007 모델의 WORK SPACE (출처, ROBOSTAR 로봇메뉴얼_국문_Ver2.1)

따라서 그릇이 작업공간 안에 있ㄱ 국물을 부어줄 수 없을 수도 있다. 그럼 어떻게 해야 할까? 그릇의 위치를 옮겨야 한다. 그러나 그릇 위치를 옮기는 문제 때문에 비용이 발생할 수도 있다. 그릇 위치를 옮기는 문제는 곧 사업장 환경을 바꾸는 문제이기 때문이다.

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사소하게 그릇 위치를 바꾸는 문제도 비용일진데, 다른 사업에서는 더 말할 것도 없을 것이다. 관절 가동 범위가 작은 로봇을 잘 못 구매하면, 관절을 10도만 더 돌릴 수 있었어도 바꾸지 않아도 될 환경을 바꾸느라 비용을 사용하거나 로봇으로 해당 작업을 하는 것을 포기하는 선택을 해야 할지도 모른다. 이런 고민을 할 가능성을 줄이기 위해서는 애초에 로봇 팔의 관절 가동범위도 넓은 것을 선택하는 것이 당신에게 이롭다.

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물론 AR이나 VR과 같이 시뮬레이션 환경이 잘 갖추어진 오늘날에는 가상환경에서 당신의 사업장 환경과 로봇을 설치하고 시운전을 해 보고 로봇의 적합성을 미리 확인해 볼수도 있을 것이다. 그렇지만 시뮬레이션을 통해서 내린 결론도 로봇 팔의 관절 가동범위가 넓을 수록 작업 반경 내 사용할 수 있는 공간 범위가 넓어진다는 결론이 나올 뿐이다. 관절 가동 범위를 넓히는 것이 다른 성능과 충돌하는 것만 아니라면 관절 가동 범위는 '홍홍익선(洪洪益善)'이다.

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참고로 관절 가동 범위는 하나의 로봇 팔 안에서도 몇 번째 관절인지에 따라서 다르다. 로봇의 구조상 회전하다가 스스로 부딫히는 자가충돌이 일어나는 관절들을 제외하고는 보통 +-180도의 관절 가동 범위를 갖고 있으며, 넓은 관절 가동 범위를 갖는 로봇 팔 중에는 +-360도를 회전할 수 있는 로봇 팔도 존재한다.

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그런데 이 스펙들만으로 로봇 팔을 고르기에 충분할까?

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협동 로봇 메이커들은 위 스펙과 관련하여 서로 비슷비슷한 라인업을 가지고 있기 때문에 만약 하나의 브랜드에서 당신이 원하는 가반하중, 리치, 관절 가동 범위를 만족하는 협동 로봇을 찾았다면 다른 브랜드에서도 같은 조건을 만족하는 로봇이 반드시 존재할 것이다.

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참고

- 로봇 스펙시트 같이 보기(미작성)

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그런데 위 세 가지 스펙은 비슷하지만 메이커마다 가격이 다른 것을 확인할 수 있을 것이다. 그 차이가 브랜드 값일까? 성능 차이일까? 도대체 뭘 따져봐야 할까?

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만약 당신이 이런 고민을 가지고 있다면, 지금부터는 당신이 구현하고 싶은 서비스가 무엇인지 더 구체적인 분석이 필요하다. 다음 글에서는 아래의 분석 기준들을 통해서 당신의 사업구상에 맞는 적합한 로봇 팔을 고르는 방법에 대한 소개를 이어나가 보겠다.

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로봇으로 하는 작업에 대한 분석 기준

2탄(미작성)

1. 로봇 팔이 조작하는 도구가 뭐냐? (I/O 포트, 공압)

2. 로봇으로 일정한 힘을 유지해야 하는 작업이 있냐? (힘 제어)

3. 로봇 말단이 정확하게 움직여야 하느냐, 카메라와 로봇을 함께 사용하느냐 (정확도, 정밀도)

3탄(미작성)

4. 서비스 환경이 열과 습기가 있는 환경이냐? (로봇 수명, 유지보수)

5. 로봇을 여러 대 사용하고, 로봇끼리 합이 맞아야 하는가? (다중로봇, 관제시스템)

6. 사람과의 작업 공간이 얼마나 겹치나? (안전기능)

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이 글은 로보틱스 이론과는 무관하지만, 로봇을 사용하는 관점에서 알고 있으면 좋을 스펙들에 대한 소개를 목적으로 작성하였습니다. 구체적인 로봇을 활용한 어플리케이션 사례를 들어 관련된 내용에 대한 직관적인 이해를 돕고자 노력을 하였습니다. 개중에 사실과 다른 내용이 있을수 있으니, 지적해주시면 배움의 기회로 삼도록 하겠습니다.