로봇 프로그래밍 입문자가 마스터해야 할 11가지 필수 요소

로봇 프로그래밍을 시작할 때 알아두면 가장 유용한 기본 속성은 무엇일까요?

로보틱스 세계에 처음 입문했거나 프로그래밍 실력을 향상시키고자 한다면, 알아두면 좋은 로봇 프로그래밍 기초 11가지를 소개합니다.

로봇 프로그래밍을 시작하려면 로보틱스 학위가 필요한 것처럼 느껴질 때가 있습니다. 기존의 산업용 로봇 프로그래밍 접근 방식은 새로운 로보틱스 프로그래머에게는 이해하기 어렵게 보입니다.

그러나 로보틱스 기초에 대한 적절한 이해와 좋은 로봇 프로그래밍 소프트웨어가 있다면 쉽게 빠르게 시작할 수 있습니다.

가장 유용한 로봇 프로그래밍 기초 11가지는 다음과 같습니다:

1. 로봇의 기본 부품

로봇을 프로그래밍하는 방법을 배우기 전에 모든 산업용 로봇의 기본 부품을 파악하는 것이 도움이 됩니다. 그렇게 하면 프로그래밍할 물리적 기계에 대해 최소한 익숙해질 수 있습니다.

예를 들어 6자유도 산업용 로봇의 가장 기본적인 부품은 다음과 같습니다:

• 매니퓰레이터 암
• 엔드 이펙터
• 컨트롤러
• 전원
• 센서(있는 경우)

구성 요소는 로봇 유형에 따라 약간 다를 수 있습니다.

2. 자유도

로보틱스에서 중요한 개념인 자유도(Degrees of Freedom, DoF)를 이미 소개했습니다.

로봇의 DoF는 로봇이 독립적으로 이동할 수 있는 축의 수를 지정합니다. 예를 들어 6 DoF 매니퓰레이터 암은 6개의 독립적으로 제어 가능한 축을 가집니다. 일부 DoF는 '회전형(revolute)'(즉, 한 점을 중심으로 회전)이고 일부는 '직선형(linear)'(즉, 선을 따라 이동)입니다. 로봇을 프로그래밍하기 전에 해당 로봇의 DoF에 익숙해지는 것이 도움이 됩니다.

3. 조인트와 엔드 이펙터

로봇의 '일하는 끝'(즉, 작업을 수행하는 부분)을 '엔드 이펙터'라고 합니다. 프로그래밍할 때는 보통 로봇의 엔드 이펙터를 특정 위치로 이동시키는 것에 가장 관심이 많습니다.

로봇을 움직이려면 로봇의 각 DoF에 대한 원하는 위치를 담은 지시를 보내야 합니다. RoboDK 같은 소프트웨어를 사용하면 특정 조인트 위치를 보내는 대신 원하는 엔드 이펙터 위치를 직접 프로그래밍할 수 있습니다.

4. 포즈: 위치와 방향

엔드 이펙터에 어디로 갈지 어떻게 지시하나요?

로봇의 엔드 이펙터(또는 프로그래밍하는 다른 위치)의 위치와 방향이 결합되어 '포즈(pose)'를 형성합니다. 로봇이 프로그램에서 이동할 모든 위치의 포즈를 지정해야 합니다. 프로그래밍에서 포즈를 지정하는 가장 일반적인 방법은 오일러 각(Euler Angles)을 사용하는 것입니다.

자세한 내용은 '로봇 오일러 각: 필수 입문서' 기사를 참조하세요.

5. 툴 센터 포인트 (TCP)

프로그래밍할 때 엔드 이펙터 포즈에 가장 관심이 많기 때문에 툴의 작동 중심을 가리키는 용어로 툴 센터 포인트(Tool Center Point)를 자주 사용합니다.

다양한 엔드 이펙터에 대한 예시는 다음과 같습니다:

• 글루 건 — TCP를 건의 끝부분에 설정할 수 있습니다.
• 그리퍼 — TCP가 그리퍼 손가락의 중앙에 있을 수 있습니다.
• 용접 건 — 불꽃이 가장 뜨거운 건 끝에서 몇 밀리미터 떨어진 곳에 TCP가 있을 수 있습니다.

프로그래머로서 로봇의 TCP를 어디에 두는 것이 가장 합리적인지 선택합니다.

6. 키네마틱스

로보틱스에서 더 어려운 측면 중 하나는 키네마틱스입니다. 이는 로봇의 기하학적 배열을 의미합니다. 키네마틱스는 상당히 큰 방정식이나 알고리즘으로 표현됩니다.

순방향 키네마틱 방정식은 '로봇의 조인트를 특정 위치로 설정하면 TCP가 어디에 위치할까?'라는 질문에 답합니다.

역방향 키네마틱 알고리즘은 반대 질문인 'TCP가 이 포즈에 도달하려면 조인트를 어떤 위치로 설정해야 할까?'에 답합니다.

좋은 로봇 프로그래밍 소프트웨어를 사용하면 직접 키네마틱스를 공식화할 필요는 없지만, 기본 개념을 이해하는 것은 도움이 됩니다.

7. 조인트 한계

키네마틱 방정식은 순수 기하학과 수학으로 로봇을 설명합니다. 그러나 로봇은 물리적 기계입니다. 물리적 로봇은 기하학이 말하는 모든 위치에 도달하지 못하는 경우가 많습니다.

로봇 조인트의 움직임을 물리적으로 가능한 위치로만 제한하기 위해 프로그래밍에 조인트 한계를 도입합니다. 이는 프로그램에게 '이 조인트는 이 특정 각도를 넘어 움직일 수 없다'고 알려줍니다.

8. 이동 유형

로봇을 프로그래밍할 때 로봇이 수행하게 할 수 있는 다양한 유형의 움직임이 있습니다.

기본 3가지 움직임은 다음과 같습니다:

1. 조인트 이동 — 모든 조인트가 목표 위치에 최대한 빨리 도달하려는 빠르고 거친 움직임입니다. 충돌을 피하기 위해 조인트 이동은 로봇이 자유 공간에서 이동할 때만 프로그래밍해야 합니다.
2. 선형 이동 — 두 포즈 사이의 선을 따라 제어된 움직임입니다. 로봇은 선형 이동 시 반드시 더 느리게 움직이지만 불필요한 충돌을 일으키지도 않습니다.
3. 원호 이동 — 선형 움직임과 마찬가지로 로봇이 제어된 선을 따라 움직이지만, 이번에는 원호 경로를 따라갑니다.

9. 시뮬레이션과 오프라인 프로그래밍

로봇 제조사가 제공하는 (보통 복잡한) 프로그래밍 언어로 '직접 손대며' 프로그래밍하는 것을 포함해 로봇을 프로그래밍하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

시뮬레이션과 오프라인 프로그래밍은 더 쉬운 프로그래밍 방법을 제공합니다. 실제 로봇을 직접 프로그래밍하는 대신 직관적인 명령을 사용해 로봇의 시뮬레이션 모델을 프로그래밍합니다. 소프트웨어는 프로그램을 실제 로봇이 이해할 수 있는 코드로 변환합니다.

10. 포스트 프로세서

로봇 프로그램을 변환하는 오프라인 프로그래밍 소프트웨어의 부분을 포스트 프로세서라고 합니다. 프로그래밍 소프트웨어는 각 로봇 제조사마다 다른 포스트 프로세서를 가지며, 때로는 하나 이상을 가집니다.

포스트 프로세서에 대한 자세한 내용은 '로봇 포스트 프로세서: 알아야 할 모든 것' 기사에서 확인할 수 있습니다.

11. 디버깅

어떤 프로그래밍 방법을 사용하든 필수적인 기본 기술은 디버깅입니다. 로봇을 생산 환경에서 실행하기 전에 프로그램이 의도한 대로 작동하는지 확인하기 위해 항상 디버깅해야 합니다.

오프라인 프로그래밍은 실제 로봇에 프로그램을 다운로드하기 전에 시뮬레이션된 로봇 모델을 프로그래밍하기 때문에 추가적인 디버깅 단계를 제공합니다. 이는 오류 가능성을 줄여줍니다.

지금 바로 로봇 프로그래밍을 시작하고 싶다면 여기에서 RoboDK 무료 체험판을 다운로드할 수 있습니다.

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