건조·습윤 환경 모두에서 물체 파지 가능한 소프트 핑거 시스템 개발

가나자와 대학 연구팀이 건조 및 습윤 조건에서 물체를 파지하고 놓을 수 있는 로봇 제어 시스템(또는 핑거팁)을 개발했습니다.

연구팀은 "높은 마찰력의 부드러운 표면 유체 핑거팁에 의한 물체 파지가 적절한 윤활제 적용으로 제어 가능함"을 검증했다고 밝혔습니다.

다만 현재 제어 기술을 제조 환경에 적용하려면 다양한 조건 하에서 추가 실험이 필요하다고 덧붙였습니다.

그럼에도 이 연구는 좁은 공간에서의 물체 파지·해제 작업 자동화 실현을 위한 한 걸음으로 기대됩니다.

기존 로봇 핸드의 한계

산업용 로봇은 이제 자동차 제조 등 분야에서 널리 사용되며 필수적입니다. 기존 로봇 핸드는 고정된 형태의 단단한 물체 파지에 적합하나, 복잡한 물체나 부드러운 물체를 살살 파지하기는 어렵습니다.

표면 특성(건조, 습윤 등) 등 물체 물리적 특성에 다양한 조건 하에서 대응하는 것도 필요합니다.

유체 핑거팁으로 마찰 제어

로봇 핸드의 부드러운 표면 핑거팁은 변형 가능해 물체 형태에 반응해 접촉 면적이 확대되므로 복잡한 형태 물체를 비교적 쉽게 파지할 수 있습니다.

부드러운 표면 핑거팁은 부드러운 물체 파지에 매우 효과적이며, 심지어 두부도 파지할 수 있습니다.

그러나 일반적으로 부드러운 소재 표면 마찰이 높아 해제가 더 어렵습니다. 특히 작업 공간이 좁은 경우 원하는 위치에 물체를 놓는 것도 어렵습니다.

가나자와 대학 와타나베 테츠요(Watanabe Tetsuyou) 교수 연구팀이 로봇 핸드 핑거팁에 의한 물체 파지 제어 기술을 연구해 왔습니다.

이번 연구에서는 마찰 제어 시스템 개발을 목표로 했습니다.

연구 방법

로봇 핸드의 부드러운 핑거팁으로 물체 파지, 해제는 윤활제 주입으로 수행했습니다.

윤활제로 무수 에탄올(>99.5%) 사용 - 화학적으로 안전하고 건조하기 쉽고 표면 장력이 낮기 때문입니다.

그림 1처럼 핑거팁 기초 양쪽에 니트릴 고무 필름을 접착해 체인톱 오일을 채울 공간을 만들어 '유체 핑거팁'을 만들었습니다.

그 위에 실리콘 '텍스처'를 접착해 고무 필름을 코팅했습니다. '텍스처' 소재는 간격 1.5mm 슬릿이 하중 방향 수직으로 있는 실리콘 실란트입니다.

슬릿은 수중 조건에서 큰 마찰을 내고 윤활제 확산을 위해 도입됐습니다.

이 유체 핑거팁으로 주방용품 소재 다양한 물체를 파지하고, 윤활제 적용 시 마찰이 실제로 감소함을 검증했습니다.

마찰 감소는 건조·습윤 조건 모두에서 관찰됐으나, 유분 조건에서는 윤활 효과가 관찰되지 않았습니다.

박스 포장 작업 시뮬레이션

종이 상자를 양쪽에서 두 유체 핑거팁으로 파지했습니다. 위 텍스처를 각 유체 핑거팁에 접착했습니다. 종이 상자에 추를 올려 안정적 파지 확인.

추 제거 후 양쪽 유체 핑거팁에 윤활제 주입, 2.5초 내 종이 상자가 아래로 미끄러져 포장 작업 완료.

여기서 보듯 고마찰 '텍스처'를 유체 핑거팁에 접착하고, 윤활제(무수 에탄올) 주입으로 마찰을 줄였습니다.

따라서 핑거팁을 움직이지 않고 마찰 제어만으로 물체를 원하는 위치에 해제·배치할 수 있었습니다.