모바일 로봇 시스템이 Festo의 BionicSoftHand 2.0을 만나다

산업의 변화는 사람과 기계 그리고 데이터 간의 새로운 상호 작용을 요구한다. 미래에는 로봇과 오퍼레이터가 더욱 긴밀하게 협력하게 될 것이다. 이것이 Festo가 작업자들이 단조롭거나 위험한 활동을 하지 않도록 하고, 동시에 위험을 초래하지 않는 시스템 등에 집중하는 이유이다. 여기에 인공지능이 중요한 역할을 한다. BionicMobileAssistant는 3차원으로 독립적으로 움직이며 물체를 식별하여 그립하고 인간과 함께 작업할 수 있는 로봇 시스템 프로토타입이다.

스위스 취리히의 연방 공과대학교와 공동으로 개발한 이 시스템은 모듈식 설계로 모바일 로봇과 전기 로봇 팔 그리고 BionicSoftHand 2.0의 세 가지 하위 시스템으로 구성된다. 2019년 Festo가 처음 선보인 이 공압 그리퍼는 인간의 손에서 영감을 얻었다.

BionicSoftHand 2.0: 사람의 손을 기반으로 하다

힘과 손재주 그리고 미세 운동 기술이 독특하게 결합된 인간의 손은 자연의 기적적인 작품이다. BionicSoftHand 2.0은 사람 손의 움직임을 실질적으로 수행할 수 있도록 컴팩트한 밸브 기술과 센서, 전자장치 그리고 기계 구성 요소를 좁은 공간에 통합하였다. 엄지손가락과 나머지 네 손가락은 공기실이 있는 유연한 벨로우즈 구조로 구성되어 견고하며 탄력있는 편직물로 보호되고 있다. 이로 인해 손이 가볍고 민감하면서 동시에 강력한 힘을 발휘할 수 있다. 공압 핑거는 손에 직접 장착된 소형 밸브 터미널로 작동된다.

정보는 데이터 증강의 도움으로 사전에 훈련된 신경망에 의해 처리됩니다

활동 반경이 최적화된 BionicSoftHand의 계속적인 발전

개발자는 BionicSoftHand의 첫 번째 버전에 비해 엄지와 검지의 기동성을 확장하기 위해 두 손가락의 측면 회전범위를 크게 늘렸다. 결과적으로 서로 잘 작동하고 정밀하게 그립할 수 있다. 2개의 자유도가 있는 3D 프린팅한 손목 덕분에 손은 앞뒤는 물론 왼쪽과 오른쪽으로도 움직일 수 있다. 즉, 반경이 매우 타이트한 조건에서도 그립이 가능하다.

손가락이 민감한 그리퍼

손가락의 안정성을 높이기 위해 공기 챔버에는 골격 역할을 하는 두 개의 구성 요소가 포함된다. 각 손가락에 대해 두 개의 세그먼트가 있는 벤딩 센서가 손가락 끝의 위치를 결정한다. 손은 물론 손가락 끝과 손바닥 그리고 로봇 손의 바깥쪽에 촉각 센서가 있는 장갑을 착용하여 잡는 물건의 특성을 감지하고 인간이 하는 것처럼 특정 물건에 맞게 쥐는 힘을 조정할 수 있다.

SoftHand 2.0은 사람이 하는 것처럼 작업물의 특성을 감지하고 특정 항목에 대한 그립력을 조정할 수 있다.

신경망을 이용한 물체 감지

손에는 촉각 센서 외에도 손목 안쪽에 카메라가 설치되어 물체를 시각적으로 감지할 수 있다. 로봇 손은 물체가 부분적으로 덮인 경우에도 이를 통해 다양한 물체를 감지하고 잡을 수 있다. 손이 훈련을 받으면 수집된 데이터를 사용하여 개체를 평가하고 양품과 불량품을 구별할 수 있다. 정보는 데이터 증강의 도움으로 사전에 훈련된 신경망에 의해 처리된다.

전기 팔을 이용한 모바일 로봇 애플리케이션

BionicSoftHand 2.0은 모바일 볼봇과 경량의 전기 로봇 팔인 DynaArm과 구성된다. DynaArm은 무게가 1kg에 불과한 고도로 통합된 드라이브 모듈을 적용한 경량 설계 덕분에 빠르고 역동적으로 동작을 수행할 수 있다.

로봇 손은 카메라 이미지를 사용하여 예를 들어 나뭇잎으로 가려진 사과와 같이 일부가 가려져 있는 경우에도 다양한 물체를 감지하고 잡을 수 있다.

이동 식사용 및 독립형 에너지 공급

개발자는 볼봇을 위해 정교한 구동 개념을 선택했다. 로봇은 공 위에서 균형을 잡을 수 있으며, 이는 BionicMobileAssistant가 모든 방향으로 자유롭게 이동할 수 있음을 의미한다. 모든 시스템 에너지 공급장치가 탑재되어 있으며, 팔과 로봇용 배터리는 본체에 있다. 공압 손을 위한 압축 공기 카트리지는 상완에 설치된다. 따라서 로봇은 이동할 수 있을 뿐만 아니라 자율적으로 작동할 수 있다. 마스터 컴퓨터에 저장된 알고리즘은 시스템의 자율적 움직임을 제어한다. 로봇은 두 대의 카메라를 이용하여 3차원에서 독립적으로 방향을 지정한다.

다양한 응용 옵션

이 시스템은 서비스 로봇, 조립 도우미 또는 작업자가 인체공학적으로 힘들거나 단조로운 작업을 수행하는 데 도움을 주는 등, 작업자를 위한 직접적인 조수 역할을 완벽하게 수행한다. 또한 위험한 지역이나 접근이 제한된 지역, 작업자가 일하기 어려운 환경에서 사용할 수 있다. 유지 보수 또는 수리 작업, 데이터 측정 또는 육안 검사 등이 예시이다. 또한 감염 위험이 높거나 감염으로 인해 사람이 접근할 수 없는 곳에서 작업을 수행하는 모바일 로봇을 생각할 수 있다. 예를 들어, 미래에 가능한 시나리오로는 로봇이 식당에서 음식과 음료를 테이블로 가져오거나 병원 또는 요양원에서 환자들에게 필요한 약을 전달하는 역할들이다.

인간과 손잡고

BionicSoftHand 2.0은 모듈식 개념으로 다른 로봇 팔에도 빠르게 장착할 수 있으며, 쉽게 시운전을 수행할 수 있다. 그리퍼는 Festo의 생체공학 개념인 BionicCobot 또는 BionicSoftArm과 결합되어 고유한 유연성과 규정을 준수하며 사람과 손을 잡고 작업할 수 있는 공압 로봇 시스템을 형성할 수 있다.