日시바우라공대, 로봇용 비파괴 검사 기술 개발

로봇이 물체를 잡는 동작과 동시에 내부 상태를 정확히 파악할 수 있는 혁신적인 비파괴 검사 기술이 개발됐다.

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일본 로봇 전문 매체 ‘로봇스타트’ 보도에 따르면, 일본 시바우라공대(芝浦工業大学) 구와하라 히로아키(桑原央明) 교수팀은 로봇 핸드를 통해 단일 공정에서 ‘파지’와 ‘비파괴 검사’를 동시에 진행할 수 있는 비파괴 검사 기술 ‘인사이트 그립(nSIGHT Grip)’을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 별도의 고가 센서 없이 모터 제어만으로 작동해 생산 현장의 비용과 시간을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

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그동안 농산물의 숙성도를 판정하거나 제품의 결함을 진단하는 비파괴 검사에는 대형 레이저나 음향 장비가 주로 사용돼 왔다. 특히 농산물 수확이나 선별 작업과 농산물의 상태를 확인하는 검사가 분리돼 있어 효율성이 떨어졌다.

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구와하라 교수팀은 이러한 과제를 해결하기 위해 최소 2개의 모터로 구동되는 컴팩트한 로봇 그리퍼를 설계하고, 모터의 회전수와 전류값으로부터 힘을 역산하는 독자적인 ‘힘 센서리스(Force Sensorless) 제어’ 방식을 채택했다. 이를 통해 고가의 힘 센서 없이도 물체를 부드럽게 잡는 파지 제어와 미세한 진동을 주는 ‘가진 제어(加振制御)’를 동시에 구현하는 데 성공했다.

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이 기술의 핵심은 물체를 잡은 상태에서 특정 주파수의 진동을 가해 나타나는 응답을 분석하는 것이다. 연구팀은 물체 전체의 운동을 반영하는 제1 공진 피크와 표면 부근의 운동을 반영하는 제2 공진 피크의 차이를 산출해 내부의 ‘기계 임피던스(단단함의 정도)’를 도출해냈다. 이 방식을 적용하면 멜론처럼 겉은 딱딱하지만 속은 익어서 부드러운 상태를 외견이나 표면 접촉만으로도 즉시 판별할 수 있다. 실제 검증 결과, 로봇이 대상을 잡는 짧은 순간에 내부 상태를 파악하는 성능이 확인됐다.

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연구팀은 향후 이 기술의 상용화를 본격 추진할 계획이다. 우선 과일의 성숙도 판정 정밀도를 높여 무인 운반로봇(AGV)과 연동해 자동 수확·선별 시스템을 구축하고, 공업용 부재의 열화 진단, 의료, 건설 분야 등으로 적용 범위를 넓힐 예정이다.

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연구팀은 촉각 정보로 대상을 이해하는 능력을 ‘촉각지(觸覺知)'로 정의하고, 이를 산업계 전반의 공통 기반 기술로 확립해 인력 부족 해소와 식품 로스 절감 등 사회적 문제 해결에 기여하겠다고 밝혔다.

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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