로봇 팔

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1. 개요
2. 종류
3. 쓰임
4. 저가형 로봇 팔
5. 로봇 핸드
참조

1. 개요

로봇 팔은 모터로 작동하는 관절로 연결된 링크 체인으로 구성되며, 엔드 이펙터(로봇 핸드)를 장착하여 다양한 작업을 수행하는 기계 장치이다. 직렬, 데카르트, 협동, 원통형, 구형, SCARA, 관절, 병렬, 인간형 등 다양한 종류가 있으며, 자유도에 따라 분류된다. 로봇 팔은 정밀 부품 조립, 용접, 우주 탐사, 체스 게임 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 사람이 하기 어려운 작업이나 위험한 환경에서 유용하게 사용된다.

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로봇 팔
기본 정보
산업용 로봇 팔이 자동차를 조립하고 있다.
유형	기계 팔
용도	제조 용접 자재 취급 포장 조립 위험 물질 취급 수술 무기
작동 방식	수동 원격 제어 자동 (프로그래밍)
특징
자유도	최대 10개 이상의 관절
운동 범위	수 센티미터에서 수 미터
정밀도	반복 정밀도 수 밀리미터
가반 하중	수백 그램에서 수천 킬로그램
구동 방식	전기 모터 유압 공압
제어 방식	PLC (Programmable Logic Controller) 로봇 컨트롤러 PC 기반 제어
센서	힘/토크 센서 비전 센서 근접 센서 레이저 스캐너
역사
개발	1950년대 후반
최초의 상업용 로봇 팔	Unimate (1961년)
개발자	조지 데볼
분야
산업 자동화	생산성 향상, 인건비 절감, 작업 환경 개선
의료	수술 로봇, 재활 로봇
우주 탐사	원격 조작, 위험 작업 수행
군사	무인 시스템, 정찰, 폭탄 처리
장점
특징	높은 정확도와 반복성 위험한 환경에서의 작업 가능 24시간 가동 가능 다양한 작업 수행 가능 생산성 향상 품질 향상
단점
특징	초기 투자 비용이 높음 유지 보수 비용 발생 프로그래밍 및 운영 교육 필요 작업 변경 시 유연성 부족

2. 종류

로봇 팔은 다양한 형태와 기능을 가지며, 각각 특정한 작업에 적합하도록 설계되어 있다. 주요 종류는 다음과 같다.

데카르트 로봇/갠트리 로봇: 직교 좌표계를 사용하는 로봇이다.
협동 로봇 (코봇): 인간과의 협업을 위해 설계된 로봇이다.
원통형 로봇: 원통 좌표계를 사용하는 로봇이다.
구형 로봇/극좌표 로봇: 극좌표계를 사용하는 로봇이다.
SCARA 로봇: 수평 다관절 로봇이라고도 불리며, 평면상에서 유연하게 움직인다.
관절 로봇: 수직 다관절 로봇이라고도 하며, 여러 개의 회전 관절을 가진다.
병렬 로봇: 여러 개의 관절이 동시에 움직이는 로봇이다.
인간형 로봇: 사람의 손과 유사한 형태를 가진 로봇이다.

2. 1. 데카르트 로봇/갠트리 로봇

피킹 및 배치 작업, 실란트 도포, 조립 작업, 공작 기계 취급 및 아크 용접에 사용된다. 이는 데카르트 좌표계와 일치하는 축을 가진 3개의 각주 관절을 가진 로봇이다.

2. 2. 협동 로봇 (코봇)

협동 로봇(코봇)의 적용은 로봇이 인간과의 접촉으로부터 격리되는 기존 산업용 로봇 적용과 대조된다. 코봇은 상업적 응용, 로봇 연구, 분배, 자재 취급, 조립, 마감, 품질 검사 등과 같은 다양한 응용 분야를 가지고 있다. 코봇의 안전성은 경량 구조 재료, 둥근 모서리, 속도와 힘의 내재적 제한, 또는 안전한 동작을 보장하는 센서와 소프트웨어에 따라 달라질 수 있다.^[4]

2. 3. 원통형 로봇

조립 작업, 공작 기계 취급, 스폿 용접 및 다이캐스팅 머신 취급에 사용된다. 축이 원통형 좌표계를 형성하는 로봇이다.^[4]

2. 4. 구형 로봇/극좌표 로봇

공작 기계 취급, 스폿 용접, 다이캐스팅, 페틀링 머신, 가스 용접 및 아크 용접에 사용된다. 축이 극좌표계를 형성하는 로봇이다.

2. 5. SCARA 로봇

SCARA 로봇은 선별 및 배치 작업, 실란트 도포, 조립 작업 및 공작 기계 취급에 사용된다. 이 로봇은 평면에서 유연성을 제공하기 위해 두 개의 평행 회전 관절을 특징으로 한다.^[4],^[5]

2. 6. 수직 다관절 로봇

수직 다관절 로봇은 팔에 최소 3개의 회전 관절이 있는 로봇으로, 조립 작업, 다이캐스팅, 페틀링 머신, 가스 용접, 아크 용접 및 스프레이 페인팅 등에 사용된다.^[4] ^[5]

2. 7. 병렬 로봇

병렬 로봇은 팔에 동시 각주 또는 회전 관절이 있는 로봇이다. 한 가지 용도로는 조종석 비행 시뮬레이터를 처리하는 모바일 플랫폼이 있다.^[4]

2. 8. 인간형 로봇

인간형 로봇은 독립적인 손가락과 엄지손가락 등 인간의 손과 유사한 방식으로 모양이 만들어져 있다.^[4]

3. 쓰임

로봇 팔은 사람이 하기 어렵거나 정밀함, 효율성이 요구되는 작업 등 다양한 분야에서 활용된다.

인사이트 착륙선의 지진계가 로봇 팔에 의해 접시에서 들어 올려져 화성 표면에 놓이는 모습의 애니메이션

3. 1. 조립

로봇 팔은 인간이 수행하기 어려운 정밀한 부품 배치 및 조립에 사용된다. 특히 자동차나 초대형 TV와 같이 복잡한 제품의 부품을 조립할 때 유용하며, 사람의 오차를 줄이고 정밀도를 높여야 하는 작업에 주로 활용된다.

3. 2. 용접

자동차, 우주선, 초대형 TV 등의 철골 등을 용접할 때 사용한다. 과거에는 사람이 직접 용접 작업을 수행했으나, 위험하고 효율이 낮아 최근에는 로봇이 주로 용접을 한다.

3. 3. 우주 탐사

국제우주정거장(ISS)에서 부품 조립 및 수리 등에 사용되는 로봇 팔은 캐나다가 만들어서 캐나담(Canadarm)이라고 부른다.^[31] 큐리오시티에서도 로봇 팔이 사용된다.^[32]^[33]^[34]^[35]^[36]^[37]

우주에서 캐나다암과 그 후속 모델인 캐나다암2는 다중 자유도 로봇 팔의 예시이다. 이 로봇 팔은 카메라와 센서가 최종 장치에 부착된 특수 붐을 사용하여 우주왕복선을 검사하고, 위성을 배치하고 회수하는 등 다양한 작업을 수행하는 데 사용되었다.^[6]

화성에서 ''큐리오시티''와 ''퍼서비어런스'' 로버는 로봇 팔을 사용한다.^[7]^[8]^[9]^[10] ''퍼서비어런스''는 캐싱 조립체 내 로버 아래 차체 내부에 작은 샘플 캐싱 팔도 가지고 있다.

TAGSAM은 우주선 OSIRIS-REx에서 작은 소행성에서 샘플을 수집하기 위한 로봇 팔이다.^[11]

2018년 화성 착륙선 인사이트는 IDA라는 로봇 팔을 가지고 있으며, 카메라, 그래플러가 장착되어 특수 기기를 이동하는 데 사용된다.

3. 4. 기타

사람이 하기 힘든 정밀한 부품 배치, 조립 등을 한다.

캐나다암 또는 SRMS로도 알려진 우주왕복선 원격 조작 시스템과 그 후속 모델인 캐나다암 2는 여러 자유도를 가진 로봇 팔의 우주에서의 예시이다. 카메라와 센서가 장착된 특수 부착 붐을 사용하여 우주왕복선의 검사, 인공위성 배치, 우주왕복선 격납고로부터의 회수 처리 등 다양한 작업을 수행하기 위해 이러한 로봇 팔이 사용되어 왔다.^[20]

화성의 ''큐리오시티'' 탐사 로봇에서도 로봇 팔이 사용된다.^[21]^[22]^[23]^[24]

체스나 쇼기 등의 말을 로봇 팔로 이동시켜, 판과 말을 사용한 대국이 가능한 시스템도 개발되었다.^[25]^[26]

4. 저가형 로봇 팔

2010년대에 들어 저가형 로봇 팔의 보급이 크게 증가했다. 이러한 로봇 팔은 주로 취미 또는 교육용 장치로 판매되지만, 실험실 자동화와 같은 분야, 예를 들어 자동 시료 주입기로의 활용이 제안되었다.^[12]^[13]

5. 로봇 핸드

엔드 이펙터, 즉 로봇 핸드는 응용 분야에 따라 용접, 유지, 회전 동작 등 요구되는 작업을 수행하도록 설계할 수 있다. 예를 들어, 자동차 산업의 조립 라인 로봇 팔은 용접이나 조립 중인 부품의 회전 및 설치 등 다양한 작업을 수행한다. 폭발물 해제 및 처리를 위해 설계된 로봇 등 일부에서는 사람의 손을 정밀하게 재현해야 하는 경우가 있다.^[19]

참조

_[1] 웹사이트 OSHA Technical Manual https://www.osha.gov[...]
_[2] 웹사이트 Paper on Space Robotics, pg 9 https://web.archive.[...] 2007-04-09
_[3] 웹사이트 Polar Robots: Types, Applications & Advantages https://svrobotics.u[...] 2023-05-28
_[4] 웹사이트 Robot Arm and Computer Vision https://www.youtube.[...] 2016-07-29
_[5] 웹사이트 MeArm Open Source Robot Arm (source files) http://www.thingiver[...] 2016-06-21
_[6] IEEE IEEE Xplore:The Canadarm grasps this boom and can position it in the necessary positions to permit a complete inspection https://ieeexplore.i[...]
_[7] 웹사이트 Curiosity Rover - Arm and Hand http://mars.jpl.nasa[...] NASA 2012-08-21
_[8] 웹사이트 Mars Science Laboratory Sample Acquisition, Sample Processing and Handling: Subsystem Design and Test Challenges https://ntrs.nasa.go[...] NASA 2012-08-21
_[9] 뉴스 Curiosity Stretches its Arm https://web.archive.[...] NASA 2012-08-21
_[10] 웹사이트 Mars Science Laboratory Robotic Arm http://www.esmats.eu[...] 15th European Space Mechanisms and Tribology Symposium 2011 2012-08-21
_[11] 웹사이트 OSIRIS-REx is Prepared to TAG an Asteroid http://www.nasa.gov/[...] 2018-12-15
_[12] 간행물 A low cost, easy to build, portable, and universal autosampler for liquids 2013-12-01
_[13] 간행물 Adapting a Low-Cost Selective Compliant Articulated Robotic Arm for Spillage Avoidance 2016-02-16
_[14] 간행물 Life-like, cost-effective robotic hand can disable IEDs http://www.rdmag.com[...] 2012-09-13
_[15] 웹사이트 OSHA Technical Manual https://www.osha.gov[...] 2007-09-23
_[16] 웹사이트 Paper on Space Robotics http://www.ssl.umd.e[...] 2007-04-09
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_[20] 간행물 A hybrid range imaging system solution for in-flight space shuttle inspection IEEE 2007-09-23
_[21] 웹사이트 Curiosity Rover - Arm and Hand http://mars.jpl.nasa[...] NASA 2012-08-21
_[22] 웹사이트 Mars Science Laboratory Sample Acquisition, Sample Processing and Handling: Subsystem Design and Test Challenges https://ntrs.nasa.go[...] NASA 2012-08-21
_[23] 뉴스 Curiosity Stretches its Arm http://marsprogram.j[...] NASA 2012-08-21
_[24] 웹사이트 Mars Science Laboratory Robotic Arm http://www.esmats.eu[...] 15th European Space Mechanisms and Tribology Symposium 2011 2012-08-21
_[25] 웹사이트 将棋代指しロボット「電王手くん」がダブルアームに最終進化！名前の由来はあの伝説の棋士？ https://www.itmedia.[...] 2024-06-02
_[26] 웹사이트 ［TGS2022］将棋・囲碁ソフトの老舗，シルバースタージャパンブースに設置されていた“将棋ロボット”をチェック。その性能や如何に https://www.4gamer.n[...] 2024-06-02
_[27] 간행물 A low cost, easy to build, portable, and universal autosampler for liquids http://www.sciencedi[...] 2013-12-01
_[28] 간행물 Adapting a Low-Cost Selective Compliant Articulated Robotic Arm for Spillage Avoidance http://jla.sagepub.c[...] 2016-02-16
_[29] 웹인용 OSHA Technical Manual https://www.osha.gov[...] 2018-06-02
_[30] 웹인용 Paper on Space Robotics, pg 9 https://www.ssl.umd.[...] 2018-06-02
_[31] 웹인용 IEEE Xplore:The Canadarm grasps this boom and can position it in the necessary positions to permit a complete inspection https://ieeexplore.i[...] 2018-06-02
_[32] 웹인용 Arm and Hand https://mars.jpl.nas[...] 2018-06-03
_[33] 웹인용 Mars Science Laboratory Sample Acquisition, Sample Processing and Handling:Subsystem Design and Test Challenges https://ntrs.nasa.go[...] 2018-06-03
_[34] 웹인용 Curiosity Stretches its Arm https://mars.jpl.nas[...] 2018-06-03
_[35] 웹인용 MARS SCIENCE LABORATORY ROBOTIC ARM http://esmats.eu/esm[...] 2018-06-03
_[36] 웹인용 Mars Rover Curiosity's Arm Held High https://www.jpl.nasa[...] 2011-06-13
_[37] 웹사이트 https://thestempedia[...]

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