무거운 짐 갑자기 얹어도 "거뜬해요"…로봇팔 새 알고리즘 나왔다

강상훈 UNIST 기계공학과 교수 연구팀

강상훈 UNIST 기계공학과 교수 연구팀이 개발한 로봇팔 제어 기술의 성능 검증 실험 및 결과를 나타내는 사진·표 /사진=UNIST

갑자기 무거운 짐을 들어도 손을 덜덜 떨지 않는 로봇팔 기술이 나왔다. 기존 제조용 로봇을 교체할 필요 없이 소프트웨어 업데이트만으로도 바로 적용할 수 있다.

UNIST(울산과학기술원)은 강상훈 기계공학과 교수 연구팀이 급격한 무게 변동이나 외부 충격에도 오류 없이 작동하는 '적응형 PID 제어 알고리즘'을 개발했다고 26일 밝혔다. 연구 성과는 국제 학술지 'TMECH'에 실렸다.

PID 제어기는 로봇팔의 '운동 신경'을 담당하는 일종의 두뇌다. 로봇팔을 원하는 대로 움직이기 위해 모터로 보내야 하는 힘을 실시간으로 계산한다. 현재 산업 현장에서 쓰는 로봇팔의 90% 이상이 이 기술을 사용한다.

문제는 PID 제어기의 융통성이 부족하다는 점이다. 처음 설정된 값으로만 움직이기 때문에, 로봇이 드는 물체의 힘이 갑자기 변하거나 외부 물체가 접촉하면 오작동하거나 '손을 덜덜 떠는' 진동이 발생한다.

연구팀은 로봇이 오차 정보를 이용해 스스로 제어값을 실시간 조절하는 알고리즘을 개발했다. 로봇팔 관절의 디지털 센서에서 발생하는 미세한 신호 잡음을 상쇄하도록 설계했다.

로봇 하드웨어 교체 없이 소프트웨어 업데이트만으로 적용할 수 있다는 게 가장 큰 특징이다. 로봇에 질량, 마찰력 같은 물리적 정보를 미리 입력하거나 고가의 무게 감지 센서를 추가할 필요가 없다. 이미 PID 제어기가 탑재된 로봇이라면 어디든 즉시 적용할 수 있다.

연구팀이 실제 관절이 2개인 로봇팔에 알고리즘을 적용해 로봇팔 자체 무게에 달하는 짐을 들게 한 결과, 새 알고리즘이 적용된 로봇팔은 환경 변화에 맞춰 스스로 제어값을 조절하며 흔들림 없이 목표 궤적을 따라갔다.

강 교수는 "산업용 로봇의 대다수를 차지하는 PID 제어기의 성능을 획기적으로 개선할 것"이라며 "작업 환경이 자주 바뀌는 스마트 팩토리, 사람의 미세한 힘 변화를 감지해 반응해야 하는 재활 로봇, 휴머노이드 로봇 등 다양한 로봇 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 전망했다.

이번 연구는 한국연구재단과 국립재활원의 지원을 받았다.

박건희 기자 wissen@mt.co.kr

Copyright ⓒ 머니투데이 & mt.co.kr. 무단 전재 및 재배포, AI학습 이용 금지.