로봇을 위한 감각적이고 스마트한 MRC 그리퍼

MRC(Man Robot Collaboration, 인간과 로봇의 협업)은 빠른 속도로 진보하고 있으며, 이와 더불어 MRC 그리퍼의 개발도 서서히 활기를 띠고 있다. 최신 안전 기준을 충족하고 유연하게 반응하는 새로운 그리퍼가 있다.

빅토리아 존넨베르크(Victoria Sonnenberg)

“핸들링 기술의 매력은 아마도 우리 인간의 행동 양식과 친숙하다는 사실 때문일 것이다. 우리 인간은 매일 수 천 번의 다양한 상황에서, 노동시간 이외의 자유로운 시간 중에도 손을 움직인다.” 이 말은 SCHUNK GmbH & Co. KG의 대표인 헨릭 슝크(Henrik Schunk)의 책 ‘움직이는 그리퍼’ 2판 서문에 있는 말이다.

핸들링 기술의 매력은 그리퍼 유형이 매우 다양하다는 점에도 이유가 있다. 그리퍼 유형은 인간 로봇 협업의 시대에 특히 두드러지고 있다. MRC 그리퍼는 협동 로봇이 급속하게 개발되면서 논리적으로 당연히 부각될 수 밖에 없다. 그리퍼는 로봇 팔 단말에 설치되어 있어, 발생하거나 또 발생할 모든 상황에 준비가 되어 있지 않는다면 막대한 손상을 입을 수도 있다.

로봇만 MRC에 잘 맞아야 하는 것이 아니라 로봇의 그리퍼도 적합해야 한다

로봇과 협업(협동)하는 비전이 현실화 되려면, 새로운 유형의 과부하 제한기를 장착한 안전한 로봇과 광범위한 센서 그리고 빠르게 반응하는 컨트롤이 필요하다. 뿐만 아니라 로봇 단말에 장착되는 그리퍼도 작업 안전, 작업 환경, 작동액 투입, 허용 및 탈거 등과 관련하여 포괄적인 요건을 충족해야 한다. 로봇만 안전과 관련한 특성이 구비할 것이 아니라 로봇의 중요한 단말 공구인 그리퍼도 안전과 관련된 특성을 갖추어야 한다. 이런 인식을 바탕으로 몇몇 그리퍼 제조사와 로봇 시스템 스페셜리스트 KUKA 사이에 몇 번의 콜라보레이션이 있었다.

또 그런 제조사 가운데 하나가 Röhm이다. 이 회사는 KUKA와 함께 MRC 그리퍼를 개발하여 지난 해에 시장에 소개하였다. 클램핑과 그리핑 기술의 전문업체인 Röhm은 제품 플랫폼을 기반으로 한 적층 제조법으로 제작하는 세계 최초의 MRC 로봇 그리퍼를 선보였다. 자주 사용하는 MRC 세그먼트는 사람과 로봇의 강점을 적합하게 연결하고 신체적으로 까다롭고 단조로우며, 인간 공학적으로 바람직하지 않은 작업에 부담을 덜어주는 데에 중점을 두었다. „조립 동료“로서 핸들링 로봇은 작업 조건을 잘 유지하고 작업 환경을 잘 유지하는 데에 효과적인 도움을 준다.

최신 안전 기준을 충족하는 Röhm 그리퍼

Röhm은 KUKA와 협력하여 적층 가공법으로 MRC가 가능한 최초의 그리퍼를 개발하였다. Röhm은 이 그리퍼로 급하게 성장하고 있는 MRC 분야에 대응하고 있다

인간과 로봇의 협업을 위한 구성 요소에 대한 수요가 급속히 증가하면서 Röhm이 KUKA와 함께 기술 개발을 현실화하였다. 이 그리퍼는 특히 안전에 대한 엄격한 기준을 충족한다. 최신 표준 ISO 10218 및 ISO/TS 15066은 모서리와 가장자리를 둥글게 하고, 특별히 조율한 플랜지와 정교하게 형성된 보호 실드로 충족하며, 로봇의 유연성이 작업자를 부상으로부터 보호한다. Röhm은 RRMG-MRC로 다양한 요구 사항에 유연하게 대응하고 적합한 솔루션을 제공한다. „적층 제조공정의 가장 큰 장점은 생각할 수 있는 모든 공작물 형태를 쉽게 형상화할 수 있다는 것입니다. 고객이 외부 그리핑을 원하든 또는 내부 그리핑을 원하든 상관없이 원형, 타원형 또는 임의의 형상 공작물을 내부 윤곽에서 잡을 수 있습니다. 그리퍼 핑거의 높은 유연성으로 하나의 그리퍼로 다양한 직경의 공작물을 안전하게 잡을 수 있습니다.“ (크리스티안 슈미트, 룀 제품 관리 매니저 및 그리퍼 전문가)

초점은 유연성, 견고성, 내구성에 있다

폴리아미드 PA12 소재의 표면은 재료가 손상될 일이 없다는 것이 장점이다. „PA12는 금속 가공유나 오일과 같은 매체에 특히 내성이 있고, 식품산업에도 적합하여 새로운 응용 분야를 개척할 수 있습니다. 견고성과 내구성 그리고 무게 최적화 디자인과 결합된 유연성은 고객과 우리 모두에게 매우 중요합니다.“ (크리스티안 슈미트) 그리퍼의 jaw는 3D 프린팅을 이용하여 고객의 구성품과 생산 목적에 맞게 정확하게 재단된다. 이 적층 가공법으로 생각할 수 있는 모든 공작물의 형태를 형상화할 수 있고 내부와 외부에서도 그리핑이 가능하다. 자체 무게는(그리퍼 핑거의 윤곽에 따라) 300g으로 가볍다. RRMG-MRC에 있어서는 긴 수명도 중요하다. Röhm에 따르면 이 그리퍼는 분당 최대 100 사이클로 최대 1천만 번의 그리핑 사이클까지 정비가 필요하지 않다. 그리핑 전략과 공작물의 윤곽에 따라 120N의 그리핑 힘으로 보다 더 큰 구성품을 안전하게 잡을 수 있다. 클램핑 위치 조회는 내장된 센서에 의해 이루어진다. „또한 KUKA LBR iiwa를 위해 특별히 개발된 플랜지를 이용하여 구성품을 수직으로 잡아야 하는지 아니면 수평으로 잡아야 하는지 경우에 따라 그립 위치를 90°씩 전환할 수 있습니다. 그리퍼는 빠른 조정 기능으로 간단하게 90°씩 회전할 수 있습니다.“ (크리스티안 슈미트)

그리퍼 시리즈 R800은 짐머 그룹이 KUKA와 협력하여 개발하였다.
KUKA LBR iiwa 7 R800, LBR iiwa 14 R820 및 KUKA Flex Fellow에 사용하기에 적합하다.

전동식 KUKA LBR 그리퍼인 R800도 협업으로 탄생하였다. KUKA가 Zimmer Group과 함께 이 그리퍼를 개발하였는데, 이 그리퍼는 사람을 부상에서 보호하도록 설계되었다. 그리퍼 시리즈 R800은 특별히 MRC 작업 환경을 위해 설계되었는데, 중간 jaw의 기계식 그립력 제한 기능을 통해 끼임 상황에서 보호할 수 있다. 이 그리퍼는 가장자리를 둥근 형태로 다듬어 실수로 걸릴 수 있는 위험성을 배제하였다. 또한 특수한 안전 기능을 갖추어 그리퍼로 인해 부상을 입거나 끼일 위험을 사전에 방지하였다. 기계적인 Fail-safe 기능은 그리핑 핑거가 지정된 힘을 초과하는 경우 저절로 그리퍼로부터 분리되고 로봇의 작업 범위에서 사람을 보호할 수 있다. 이 기능은 시중의 다른 시스템과 달리 완전히 되돌릴 수 있고 반복적으로 사용할 수 있다. 안전 기능이 발동된 이후 그리퍼가 다시 출발 상태로 되돌아가, 그리핑 핑거가 풀리면서 즉각 다시 사용할 수 있다. 또한 이 그리퍼 시리즈 전체는 완전 통합된 컨트롤을 갖추고 있어, 간단하게 작동을 개시할 수 있다.

SCHUNK의 Co-Act 그리퍼가 인간과 의사소통하다

SCHUNK는 Co-Act 그리퍼로 MRC 그리퍼 경쟁에서 선두 자리를 지켰다. 이 협업 그리퍼는 인간과 직접 상호작용하고 소통한다. 핵심적 특징은 둥근 모서리가 있는 순응형 외피, 공작물 손실을 막는 통합 보호 기능 그리고 인간과의 의사소통 인터페이스인 LED 패널이다. 이 그리퍼는 기본 단계에서 이미 안전한 인간 로봇 협업의 핵심적 요구 사항을 충족한다. 이 그리퍼는 잡은 대상을 절대로 놓치지 않으며, 인간과의 접촉을 인식하고, 공작물을 잡을 어떤 경우에도 사람을 다치게 않게 한다. 또한 안전한 드라이브 덕분에 파지력 스펙트럼이 넓고 기능 안전도 유지된다. 만일 프로세스가 비상 정지로 중단되면, 잡고 있는 부품은 파지 상태를 유지되도록 한다. 이 그리퍼는 주변 센서 장치를 이용하여 자신의 주변을 지속적으로 감지하고 내장된 소프트웨어로 데이터를 처리한다. 사람과 원하지 않은 접촉을 하게 되면, 파지력이 자동으로 제한된다. 특수 개발된 그리핑 전략과 핑거 내 힘 측정 jaw를 통해 Co-Act 그리퍼 JL1은 실시간으로 자신의 거동을 조율하여 공작물이 잡히는지 아니면 사람 손이 잡히는지에 맞추어 조정한다. 이에 대한 산업 로봇 안전 가이드라인인 DIN EN 10218이다. 앞으로의 DIN EN ISO 20218 (safety requirements for industrial robots, 산업용 로봇의 안전 요건) 측면도 이미 고려하였다. 또한 이 그리퍼는 시스템 컨트롤과 조작자 간의 통신 수단이 된다. LED 라이트와 적절한 컬러 시스템이 시스템의 준비 상태인지, 올바른 공작물을 잡았는지 등을 알려준다. SCHUNK는 더 많은 계획을 가지고 있는데, 앞으로 Co-Act 그리퍼는 다양한 센서와 안전 메커니즘의 복잡한 상호 작용을 가능하게 할 것이다. 촉각 센서와 용량 센서로 만들어진 피부나 전류 기반 힘 제어장치와 같이 힘 측정 조와 시각적 모니터링도 이러한 안전 메커니즘에 속한다.

앞으로 MRC 그리퍼의 통신 환경이 확대될 전망이다

MRC 그리퍼는 상황을 파악하기 위해 여러 감각을 종합적으로 사용하는 인간과 유사하게, 앞으로 여러 센서로부터 오는 모든 정보를 통합하여 최대한 정확하게 현실의 상을 도출할 것이다. 또한 Co Act 그리퍼는 OPC-UA 인터페이스를 통해 로봇과 상위 시스템 컨트롤과 통신할 수 있게 될 것이다.