다양한 물체 파지 및 조작을 위한 로봇손 및 그리퍼 개발 동향

Abstract

지금까지 로봇손은 인간의 손의 기계구조를 가깝게 모방하여 설계되었다. [그림 1]에서와 같이 인간의 손에 있는 각 손가락에는 중수지골(MCP), 근위 손가락간질(PIP) 및 말단지골(DIP) 관절 등 세 관절이 존재한다. 엄지손가락은 이와는 달리 말안장과 유사한 TMC 관절이 기저부에 존재한다. PIP 및 DIP는 굴곡 및 연장을 허용하는 단일자유도(DOF) 관절이 다. MCP는 접힘/펴짐 및 손가락의 외전/내전을 가능하게 하는 2 자유도 관절이다. PIP 및 DIP 접합은 간단하고 상대적 으로 쉽게 구현할 수 있다. 대조적으로, 축이 교차하는 MCP의 두 조인트는 로봇손 디자인에서 복잡성을 초래하고 관절 (지골) 수준에서 모듈화를 방해한다. 로봇 핸드는 이와 같이 인간 손의 기구학적 구조를 모방하여 제작되어 왔다. [그림 2]는 대표적인 두 가지 로봇 핸드 구조의 예를 나타내는데, 오른쪽 경우는 전통적인 핸드 구조이며 왼쪽 경우는 MCP 관절의 배열이 달리 설계된 Allegro-hand를 보여준다. 로봇손은 손가락 구조 설계에 따라 다른 특성을 갖게 되는데, Allegro-hand는 기존의 로봇핸 드의 구조에 비교하여 변형된 MCP 관절 구조로 인하여 매우 큰 활동구간을 가지며 전반적으로 등방성비가 향상되는 장점을 가지는 반면에 검지와 중지를 이용한 가위질 동작 그리고 담배 쥐는 동작 등에 단점을 지니고 있다. [2]. 이 밖에도 다양한 구조의 손가락 구조가 가능하리라 판단되는데, 일반적으로 손가락 말단에서 세 개의 독립적인 방 향으로 모션 또는 힘을 생성하기에 적합한 네 개의 관절 조합이면 손가락 구조로 모두 가능하다. 해부학적으로 DIP관절 은 PIP관절의 운동에 연동되어 있다고 알려져 있다. 따라서 실질적으로 세 개의 독립관절을 사용하여 손가락 말단에서 3개 방향의 위치 또는 힘 제어가 가능하며, 연동되는 DIP관절은 손가락 구조의 전반적인 활동구간을 넓히는 역할을 담 당한다. 인간의 DIP관절은 PIP관절과의 연동율이 일정하지 않은 것으로 알려져 있으나 설계의 복잡성으로 인하여 일반 적인 로봇 설계에서는 일정한 연동율을 사용하여 설계한다. 본 논문에서는 일반적인 인간손 작업동작을 분류하고 이 러한 작업을 가능케 하는 로봇핸드 그리고 그리퍼 설계에 대 하여 논하고자 한다. 또한 그동안 개발되어 왔던 대표적인 로봇핸드 및 그리퍼에 대한 소개를 하고자 한다.