<편집자 주> 로봇개발의 초창기인 1982~1997년까지 20여개) 로봇연구 과제를 수행하며 기업관련 과제 대부분을 당시 생산 공정현장에 적용하여 산업용 로봇개발을 이끌어온 한국기계연구원은 해당 회사의 생산공정 적용뿐만이 아니라 개발된 로봇기술을 활용하여 이후 로봇의 대량생산까지 연결하게 한 공로가 크다. 그러나 IMF 외환위기와 함께 로봇산업이 주춤하는 사이 이곳 역시 로봇관련 연구가 뜸하게 되어 아쉬움을 남겼었는데, 최근 로봇제어팀이 이전의 명성을 되찾기 위해 활발한 활동을 하고 있어 로봇관계자들의 이목을 끌고 있다. 본지에서는 로봇제어팀의 처음부터 지금까지 함께하고 있는 김두형 팀장을 만나 그간의 이야기를 들어보았다. 취재 정요희 기자(press1@engnews.co.kr) Q. 지능기계연구센터 및 로봇제어팀에 대한 소개를 부탁드립니다. A. 지능기계연구센터는 지능형정밀기계연구본부내의 3개의 연구센터 중 하나입니다. 본 연구센터는 2005년 4월 직제 개편시에 기존의 지능형정밀기계연구부중의 일부 연구팀으로 구성되었고, 현재 24명의 연구원이 기계기술 중 초정밀/초미세/지능화와 관련한 핵심기술을 연구하고 있습니다. 또한 지능기계연구센터는 초정밀기계팀, 로봇․제어팀, u-생산시스템팀의 3개의 팀으로 구성되어 있는데, 이중 로봇․제어팀은 명칭그대로 로봇에 관한 연구개발업무를 수행하고 있습니다. 로봇제어팀의 연혁을 이야기하자면 1982년으로 거슬러 올라가는데, 당시 경남 창원에 본소를 두고 있던 한국기계연구소에서 11명으로 최초에 시작하여 해를 거듭하는 동안 많은 인원의 증감이 있었습니다. 초창기에는 산업용 로봇에 대한 관심도가 높아 기계공학 분야의 공학도라면 로봇에 대한 전공열의가 대단하였고 기업과 학교에서의 관련전공자 수요도 상당히 많았습니다. 그래서 그런지 우리 팀을 통하여 대학으로 나가신 분들이 17분에 이르며, 현재는 6명을 유지하고 있습니다. Q. 다양한 분야의 연구를 진행하고 있는데, 여러 주제 중 로봇팀장으로서 가장 큰 관심을 갖고 있는 분야는 무엇인지 A. 어떤 주제로 어떤 내용의 과제를 할 것인가는 팀 내부에서의 논의를 통해 결정하고 있지만 개인적으로는 locomotion 즉 이동기술에 대한 관심이 큽니다. 특히, 이동기술 중에서도 다리를 이용한 보행기술로서 꼭 인간을 닮은 2족 보행기술이 아니라 다족보행이라도 보행이동기술은 꼭 개발되어야 할 기술로 생각하고 있습니다. 산업용 로봇이 로봇을 대표하고 있을 때에는 로봇기구의 강성이나 정밀도, 속도 등 기구부의 성능과 제어 및 티칭기술이 중요했습니다만 이러한 기술은 웬만큼 정착이 되었고 특수용도의 로봇 정도가 미개척 분야로 남아있습니다. 따라서 공장을 떠나 필드로 나서는 로봇의 이동기술은 가장 핵심이 되는 것입니다. 물론 바퀴로 이동할 수 있지만 이 기술은 한정된 장소에서만 사용할 수 있으니 당연히 다리를 이용한 이동기술이 개발되어야 하는 것입니다. 그러나 다족보행기술은 상당히 어렵기에 아직 전 세계적으로도 개나 말처럼 자연스럽고 유연하게 걸을 수 있는 로봇은 아직 개발되지 않은 것 같습니다. Q. 산업용 로봇기술개발을 하고 있다고 했는데, 대표적인 성과물은 무엇인지 A. IMF 위기를 겪으면서 국내로봇시장은 내수가 바닥이었고 로봇의 연구개발도 거의 중단되다시피 했습니다. 물론 우리 팀도 마찬가지로 이 기간 동안 실질적인 로봇개발 사업은 중단되어 소규모의 연구과제만 이어갔습니다. 다행히 2004년에 들어와 정부에서 로봇개발에 대한 관심을 갖게 되고 국내의 관련 연구자들이 노력하여 프론티어사업, 차세대 성장동력사업, 창원과 대전 등 지방사업에서 대형로봇사업들이 생겨나게 된 것입니다. 때문에 산업용 로봇에 있어서 최근의 대표적인 성과물은 아직 없습니다. 연구개발이 재개된 시점이 2004년도이니 성과물이 나오려면 2년 정도 이후가 되어야 할 것 같습니다. 이전의 성과를 지금 말씀드리기엔 쑥스러운 감이 있으나 국내 최초의 6축 다관절 로봇이 있고, 이로서 국내의 산업용 로봇은 우리 연구원에서 발아시켰다고 자부할 수 있습니다. 그 당시 국내 유수의 로봇기업들과 관련을 가지고 로봇개발을 주도하며 관련기술이 파급되도록 했기 때문입니다. 가장 최근에는 산업용 로봇은 아니지만 인간형 로봇 얼굴개발을 들 수 있습니다. 비록 연구가 중단되고 결실을 맺지 못하여 아쉽긴 합니다만 작년의 대전 로봇전시회에서 참관인의 관심을 집중시킨 바가 있습니다. Q. 초정밀 나노구동 로봇 및 스테이지는 지난해 ‘2005 일본로봇전’에서도 많이 선보여 눈길을 끌었는데, 이와 관련한 세계적인 흐름은 어떠하며 그들과 비교하면 우리의 기술수준은 A. 나노미터 수준의 분해능으로 구동할 수 있는 로봇 및 스테이지로서 대형, 중형, 소형으로 나눌 수 있습니다. 대형은 갠트리형의 XY 스테이지가 주를 이루고 있으며, 주로 대형 PDP 및 LCD 판넬의 제작에 이용되고 있고, 중형은 소형 전자부품 및 광부품 조립 등에 이용하기 위한 것으로 수십 cm의 작업영역과 수백 nm의 분해능을 가지고 있습니다. 마지막으로 소형은 나노/바이오 물질 조작 및 AFM(Atomic Force Microscope)을 위한 매니퓰레이터 및 스테이지로서 수 mm에서 수백 um의 작업영역과 수 nm의 분해능을 가지고 있습니다. 이러한 로봇들은 세계적으로 독일, 미국, 일본 등의 제품이 많이 이용되고 있으며, 고정밀도와 다양한 조작성능을 갖추기 위한 메커니즘 연구가 수행되고 있습니다. 특히, 독일의 벤처기업에서는 피에조 구동형 초소형 선형 및 회전 모터를 선보이고 있으며 이를 이용한 로봇 매니퓰레이터를 제품화하고 있습니다. 국내에서는 학교와 연구소 위주로 연구가 진행되고 있는데, 대형 및 중형의 경우 작년에 성장동력사업 중 초정밀로봇사업이 시작되어 광디스플레이 및 광부품의 제조에 이용되는 로봇을 개발하고 있고, 소형의 경우 학교와 연구소에서 소규모의 연구를 진행하고 있는 수준입니다. 세계와 어깨를 나란히 하기 위해 제일 중요한 것이 구동기와 센서인데, 초정밀 제어에 필수적인 센서는 전량 수입에 의존하고 있어 시급한 개발이 필요합니다. Q. 현재 로봇제어팀이 연구하고 있는 고강성 병렬형 가공로봇은 무엇입니까 A. 병렬형 로봇은 Parallel Robot, 또는 Stewart Platform이라고 알려져 있습니다. 이 로봇의 특징은 로봇의 구조에 있는데, 일반적으로 로봇을 생각하면 산업용 로봇이고 그 형태는 팔의 끝과 끝이 계속 연결되어진 소위 시리얼타입(Serial Type)이라고 부르는 로봇이 주류를 이루고 있습니다. 이런 로봇은 동작범위, 즉 한 곳에 고정되어 설치된 로봇이 일을 할 수 있는 영역을 크게 할 수는 있으나 구조의 특징상 로봇의 손끝에 나타나는 오차가 각 관절의 오차가 계속 더해져서 중첩되기 때문에 커지게 되고, 강성도 약하며 로봇의 구동모터가 받는 부하도 로봇 선단에서 아래로 내려갈수록 중첩되어 커지게 되니 속도를 아주 빠르게 하는데 한계가 있습니다. 그러나 병렬형 로봇은 이런 시리얼 타입과는 달리 일종의 장구모양과 유사합니다. 장구에서 보듯이 양 북면 중 하나는 로봇의 고정 베이스가 되고, 나머지 하나는 동작을 하는 면이라고 생각해 봅시다. 그리고 장구의 조임줄은 로봇에서 동작면을 운동시키는 직선 구동기가 됩니다. 이런 형태의 병렬형 로봇기구는 비행기 조정훈련장치의 의자나 입체영상 영화관에서의 움직이는 의자에 사용되고 있어 그 구동 파워를 실감하신 분들도 계실 것입니다. 이외에도 이전부터 중량물의 자세제어 등에 많이 사용해 왔습니다. Q. 고강성 병렬형 가공로봇을 연구하는 이유와 이 로봇의 국내/외 개발현황은 어떠한지 A. 로봇제어팀이 고강성 병렬형 가공로봇을 처음 접한 것은 1994년도에 개최되었던 『시카고 국제공작기계전시회』에서 였습니다. 이곳에서 세계최초로 병렬형 로봇구조를 이용한 6축가공용 머시닝 센터가 출품된 것입니다. 이후로 이 로봇에 대한 연구를 시작했고, 국내에서는 아직 관련된 로봇을 연구하는 곳이 없는 것으로 알고 있습니다. 병렬형 로봇은 소위 기구학의 해가 쉽게 풀리지 않고 여러 개의 모터가 서로 간섭되어 이들의 제어가 쉽지 않다는 단점이 있지만 이보다 더 많은 여러 장점들이 있기 때문에 고부하, 고속, 고정도를 요하는 활용분야에는 병렬형 로봇의 활용이 늘어나고 있는 추세입니다. 그 특징을 몇 가지 들어보면 첫째로 병렬형 로봇은 고강성을 낼 수 있다는 것입니다. 따라서 중량물을 들 수 있고 처짐에 대한 오차도 작으며 큰 힘을 낼 수 있어 기계가공과 같은 작업에도 사용할 수 있다는 것입니다. 우리 팀에서 개발하는 병렬형 로봇도 또한 기계가공용을 목표로 하고 있습니다. 두 번째 특징은 기계적인 오차를 줄일 수 있어 초정밀 위치결정이 가능하다는 것입니다. 요즈음 초정밀용 로봇의 구동에는 압전소자를 구동기로 하고 있으나 이는 구동범위가 작아, 상대적으로 구동범위가 크고 정밀도가 높은 로봇은 병렬형 로봇구조를 먼저 검토하게 됩니다. 세 번째로는 속도를 높일 수 있습니다. 말씀드린 바와 같이 시리얼구조에서는 모터가 받는 부하가 그 전단의 링크들의 중량이 중첩되나 병렬형에서는 로봇의 자체부하라고 할 수 있는 동작면의 무게가 모터의 개수만큼 분산되니 모터 하나하나가 받는 부하가 그만큼 작아져 결국 고속을 실현할 수 있는 것입니다. Q. 로봇이 융합기술이기 때문에 어느 한 분야의 전문가 혼자서는 힘들 것이라 생각되는데, 로봇팀의 경우는 이러한 문제를 어떻게 해결하고 있는지 A. 예 맞습니다. 예전에 연구했던 산업용 로봇들은 용도가 한정되어 있었고 이 로봇으로 생산되던 제품과 적용분야도 단순하여 복잡한 기능을 요구하지 않았습니다. 그때는 로봇의 개발에서 크게 보아 3가지 분야인 기구설계, 제어기 개발, 소프트웨어 개발을 시간만 있다면 한사람이 해도 가능했다고 봅니다. 그러나 현재는 로봇으로 시키는 작업이 복잡해지고 작업내용도 수시로 변하기 때문에 일단 로봇에 시각 센서를 비롯하여 여러 가지 센서가 장착됩니다. 그리고 기구부에서는 설계를 최적화하기위한 기법들이 사용되어야 하고 재료도 적절하게 선정해야 하며 제어기도 수많은 솔루션이 있다고 봅니다. 물론 작업이 복잡해지니 로봇용 소프트웨어도 복잡해 질 수밖에 없으며, 한걸음 더 나아가 로봇의 자율행동도 연구되고 있는데 이를 위한 지능까지 포함되면 로봇의 연구분야가 아주 많아집니다. 이 밖에도 로봇기술 외적인 요인으로는 요즈음의 로봇개발 사업이 대형화되고 있지 않습니까. 이런 대형 프로젝트를 몇몇이서 수행한다는 것은 거의 불가능합니다. 따라서 보통 개발과제 하나에 기업과 정부연구소, 학교가 참여한 공동연구과제 형태로 할 수밖에 없습니다. 물론 로봇의 원천기술 개발에는 소수의 인원이 사업을 수행하는 것이 더 효율적일 수 있습니다. Q. 지능기계연구센터 및 로봇제어팀의 목표는 무엇인지 A. 우리 지능기계연구센터의 중장기 목표는 한마디로 초정밀 지능기계기술의 개발입니다. 이로써 초정밀/초소형 기계분야에서 세계최고의 연구센터로 자리를 잡아 이 분야의 원천기술을 바탕으로 관련 장비개발의 선행연구의 입지를 확보하는 것입니다. 로봇제어팀으로는 우리센터의 목표에 부합하기위한 초정밀 로봇과 소형로봇의 개발을 중장기 목표로 하고 있고, 이외에 우리 팀의 강점인 산업용 로봇기술을 계속 발전시켜 현재 수행하고 있는 고강성 병렬형 로봇과 같은 특수사양의 산업용 로봇개발, 이동기술과 같은 원천기술 개발이 목표입니다. 또한 수시로 기업에서 의뢰하는 로봇개발의 협력도 빼 놓을 수 없으며, 현재 수행중인 로봇개발과제의 착실한 진행과 새로운 로봇개발과제의 아이템을 발굴할 계획입니다. www.kimm.re.kr TEL. 042)868-7125 FAX. 042)868-7135