005. 로봇 치킨집 사장님은 알아야 할 로봇 지식-2탄(1)

로봇으로 하는 작업에 대한 분석 기준1

로봇을 이용한 작업을 여러 가지 다른 기준들을 통해 분석할 있겠지만 필자는 다음에 소개할 내용들을 바탕으로 분석해 보았다. 그리고 로봇 치킨집에 해당 분석기준을 적용하며 구체적인 설명을 이어나가 보고자 한다.

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2탄 - 로봇으로 하는 작업에 대한 분석 기준1

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 - 로봇으로 하는 작업에 대한 분석 기준2

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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본 글에서는 로봇으로 치킨을 튀기는 상황을 예로 들어 세 가지 기준에 따라 분석해 보았다. 치킨을 튀기는 공정 중 다음과 같은 상황에서 로봇을 사용한다고 가정해 보자. (실제로 로봇 치킨 브랜드에서는 더 많은 공정을 로봇으로 수행함)

1마리 분량의 염지닭이 반죽과 튀김옷이 입혀진 채로 소분되어 있음

로봇 팔이 위의 소분된 닭을 튀김기에 넣고 튀김

적절한 시간 동안 튀긴 후 튀김기에서 치킨을 꺼내서 플래이팅 함.

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첫 번째 기준 : '로봇 팔이 조작하는 도구가 뭐냐?'의 적용

첫 번째 기준은 로봇 팔을 사용하게 될 도구에 대한 분석이다. 위에서 언급한 작업만 하려고 하더라도 로봇 팔이 핸들링해야 하는 대상은 세 가지이다. 로봇 팔이 다루어야 할 도구들을 살펴보자.

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1. 먼저 로봇 팔이 튀김옷을 입은 닭이 소분되어 담긴 용기를 들고 튀김기(튀김 바스켓)에 부어야 한다.

2. 정해진 시간이 지나 튀겨진 치킨을 튀김기에서 꺼내기 위해서 튀김 바스켓을 들어야 한다.

3. 마지막으로 튀겨진 치킨을 플레이팅 하기 위해서 접시를 들어서 세팅해야 한다.

치킨을 튀겨 서빙하는 프로세스, 사용하는 도구들을 보라.

 로봇 팔 한대로 위의 동작을 모두 수행한다면, 당신이라면 로봇 팔 끝에 어떤 도구를 달겠는가? (로봇을 여러 대 사용한다면 로봇 팔의 끝에 특화된 도구를 하나씩 붙여 놓으면 된다.)

작업에 적합한 로봇 툴 고르기(미작성)

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하나의 로봇으로 다양한 작업을 수행하기 위해서는 적절한 도구가 필요하다. 로봇 말단에 어떤 도구를 다느냐에 따라서 작업의 난이도가 크게 달라질 수 있기 때문에 도구의 선택은 매우 중요하다. (로봇의 역할은 작업을 하는데 필요한 도구를 옮기는 정도인 경우가 대부분임)

로봇 팔 만큼은 아니지만 매우 비싼 그리퍼(미작성)

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로봇이 하는 작업이 하나로 국한되어 툴을 로봇 말단에 볼트 체결하는 경우가 아니라면 로봇 말단부에는 다음과 같은 도구들을 체결하여 사용한다.

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1. 그리퍼 (공압/전기)

2. 툴 체인저 (공압)

3. 범용 핸드 (전기)

로봇 말단에 부착할 수 있는 도구(미작성)

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우선 위에서 언급한 세 가지 방식 모두 전기신호를 필요로 한다. (툴 체인저는 아닌 경우도 있다.) 로봇은 물체를 잡기 위한 신호와 잡은 물체를 놓기 위한 신호를 통해 물건을 집고 놓을 수 있기 때문이다. 그리고 그 신호를 도구로 전달 위해서는 로봇(혹은 로봇이 포함된 전체 시스템)과 도구 사이에 전기적으로 연결이 되어 있어야 하는데, 로봇 말단의 통신포트와 직접 연결되어 전원 공급과 통신 신호를 받을 수 있도록 호환이 되는 도구가 아니라면 로봇 외부로 전원선과 통신선을 연결해서 사용해야 한다.

로봇 외부에 선이 지저분하게 나와있는 것과 로봇 말단에 살짝 나와있는 것의 차이

 하지만 외부로 연결해야 하는 전원선과 통신선은 선정리를 필요로 하고, 선정리를 하더라도 거추장스러워진다. 선정리를 위해서 드레스팩을 로봇에 달기도 하는데, 선을 조금 더 깔끔하게 정리할 뿐이지 애초에 선이 없는 것만은 못하다.

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한편 로봇 업계에는 협동 로봇을 만드는 제조사의 숫자보다 로봇 그리퍼를 만드는 제조사의 숫자가 더 많으며, 그리퍼 제조사 입장에서는 가장 시장 점유율이 높은 회사(UR)의 제품과 호환이 되도록 만드는 것이 자사 제품의 판매에 유리하다.

 

따라서 호환되는 그리퍼가 많은 로봇 메이커의 제품을 구매하는 것이 유리할 수 있다. 온 로봇과 같이 규모가 큰 그리퍼 제조사에서는 되도록이면 많은 협동 로봇 제조사의 로봇들과 호환이 되도록 그리퍼를 만들고 있기 때문에 로봇을 사용하기 전에 당신의 서비스에 맞는 그리퍼를 먼저 선정하고 해당 그리퍼 제조사와의 호환성이 좋은 로봇을 역으로 선택하는 것도 방법이다. (그리퍼 제조사에서 연결을 제공하는 협동 로봇 제조사도 규모가 어느 정도 큰 곳이어야 하므로 풀이 제한적이기는 하다. 호환과 관련해서는 업체에 문의하면 된다.)

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하지만 그리퍼의 가격이 생각보다 비싸다. (필자의 개인적인 견해입니다.) 하는 일이 집게를 오므리고 펴는 일이 전부인 것처럼 보이는 이 장치는 이해할 수 없지만 가격이 몇 백만 원을 하는 경우가 많다. (전기 그리퍼의 경우) 때문에 저렴한 공압 그리퍼나 툴 체인저를 많이 이용한다.

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공압 그리퍼 또한 전기 신호를 받기는 하지만 그것이 솔레노이드 밸브를 열었다가 닫는 일을 하는 데 사용되기 때문에, 전기 그리퍼처럼 몇 센티만큼만 오므리고 몇 센티만큼만 벌리는 등의 작업을 위해서 전기 신호를 제어할 필요가 없다. 다만 공압 그리퍼나 공압 툴 체인저의 경우 공압을 사용해야 하기 때문에 에어 컴프레셔나, 진공펌프 같은 부가적인 장치가 필요하다. (공압 그리퍼에 에어 컴프레셔나 진공펌프의 가격은 미포함이며, 둘은 추가적인 공간을 차지하며 소음을 발생시킨다. 매장에 놓기에 좋을까?) 또한 공압을 활용할 경우 로봇에 공압 라인이 내장된 경우가 아니라면 공압 호스가 로봇 외부로 나오게 되는데 이 역시 선정리가 필요한 경우와 같다.

전기 그리퍼가 비싸고 공압 그리퍼가 싼 이유(미작성)

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협동 로봇 중에는 로봇 내부에 공압 라인이 내장되어 로봇 말단에 공압 호스를 꽃을 수 있도록 호스 피팅이 달려있는 경우도 있다. (KUKA 로봇의 iiwa) 그런데 iiwa는 로봇 한 대 가격이 외제차 한 대 가격과 비슷하기 때문에 널리 팔리지는 않고 연구용으로 많이 사용되는 것으로 알고 있다. (성능은 매우 좋다)

KUKA 社의 iiwa 좋지만 비싸다

최대한 저렴하게 서비스 구축을 하려고 했는데 기능에 비해 터무니없이 비싼 로봇과 그리퍼를 사기에는 부담스럽다. 그렇다고 저렴하지만 공간을 많이 차지하고, 번잡해 보이는 로봇과 그리퍼를 사용하기도 애매하다. 이런 경우에는 전기도, 공압도 사용하지 않고 기구적으로 체결과 해체가 용이한 구조로 툴 체인저를 만들기도 하는데, 툴 체인저 자체만으로는 물체를 파지 할 수 없기 때문에, 로봇이 드는 물체를 툴 체인저로 연결할 수 있도록 개조하여야 한다.(공압 툴 체인저도 마찬가지)

오믈렛을 만드는데 필요한 여러 가지 도구들을 전기적 체결 없이 기계적으로만 체결하는 형태의 툴 체인저

앞서 언급한 준비된 염지닭을 치킨 튀긴 뒤, 플레이팅을 하는 예시의 경우는 고가의 그리퍼 사용이 필요 없어 보인다. 사용하는 도구(치킨이 담긴 용기, 튀김 바스켓)를 적당히 개조해서 로봇이 집기 좋은 형태로 만들어 사용하면 될 것이다. 다만 치킨을 만드는 데 필요한 다른 작업들도 모두 로봇으로 할 때도 전기적인 연결이 필요 없는지는 고민이 더 필요할 것이다.

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다시 한번 말 하지만, 로봇과 바로 연결해서 사용할 수 있는 도구가 많을수록 유리하다. 다만 서비스가 구체적이고 명확하며 굳이 비싼 로봇과 그리퍼를 이용할 필요 없다고 판단이 되면 가성비를 따져 선택을 하면 된다. 따라서 적당한 로봇을 선정할 때는 당신이 구상한 서비스에서 로봇이 수행하는 공정을 분석한 뒤, 로봇이 핸들링하는 도구가 무엇인지를 파악하라.

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그리고 그 도구를 사용하기 위해서

사용하려는 도구가 전기적인 제어신호를 필요로 하는가?

사용하려는 도구가 로봇과 호환이 잘 되는 제품인가?

사용하려는 도구가 공압을 사용하는가?

를 따져보길 바란다.

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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.