건축/환경에너지

Nikkei Construction_2019.5.27 신기술 (p24-25)

길이 10m의 다관절 로봇 팔 개발
10곳의 관절을 접어 좁은 장소에 진입/ 점검 작업 자동화

도쿄공업대학은 세계에서 가장 긴 10m의 다관절 로봇 팔을 개발하였다. 무게 10kg의 물체를 유지할 수 있다. 가늘고 긴 모양의 로봇 팔은 10곳의 관절을 접을 수 있기 때문에 장해물이 있는 좁은 장소에 진입할 수 있다. 교량이나 터널 등의 점검 작업에서 사람이 출입하기 어려운 곳에서 육안검사나 타음검사의 자동화에 응용될 것으로 전망한다.

이번에 개발한 로봇 팔은 길이 10m, 직경 20cm다. 관절 중 7개는 상하로, 3개는 좌우로 움직인다. 수직 방향으로 뻗으면 최대 높이 10m, 수평 방향은 좌우로 최대 4m씩의 범위를 커버한다.

로봇 팔 개발은 신에너지산업기술총합개발기구(NEDO)가 2015년도부터 추진하는 ‘차세대인공지능∙로봇 중핵기술개발’ 프로젝트의 일환이다. 정부가 15년 2월에 발표한 ‘로봇 신전략’에 근거한다. 이 프로젝트의 혁신적 로봇 요소 기술 분야의 수탁연구로서 개발에 착수한다.

일반적으로 긴 로봇 팔은 지렛대의 원리가 작용하기 때문에 수평이 될수록 중량물을 들고 유지하는 것이 어렵다. 때문에 지금까지의 다관절 로봇의 긴 팔은, 각 관절에 모터나 감속기 등의 구동부를 장치하는 것이 일반적이었다. 그러나 각 관절에 구동부를 설치하면 팔 전체가 무거워진다. 운반 부담이 늘어나고 하중에 견딜 수 있는 시설을 현장에 만들어야 하기 때문에 작업에 불필요한 시간과 비용이 들었다.

그래서 이번에 개발한 로봇 팔은 하중을 분산하여 지탱하는 로프에 의한 관절 구동 기구를 이용하였다. 팔의 시작 부분에 구동부를 배치하여 각 관절에 로프를 감은 도르래를 장착하였다.

로프에 의한 구동원리는 다음과 같다. 우선은 복수의 도르래를 경유한 로프를 팔 끝에 고정. 그 다음에 로프 시작 부분을 당기면, 끝 부분을 움직이는 토크(힘)와 같은 토크가 모든 관절에 발생한다. 그 결과, 끝 부분의 관절만이 아니라 다른 관절도 동일하게 굽어진다.

도쿄공업대학은 이 방식을 더욱 개량하였다. 중심부에 두꺼운 로프를 하나 통과시켜 팔의 무게 대부분을 지탱하게 한다. 동시에 복수의 경유 로프로 각 관절의 작은 움직임을 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 로프 소재에 고밀도 폴리에틸렌 섬유나 PBO(폴리파라페닐렌 벤조비스 옥사졸)섬유와 같은 고강도 화학섬유를 사용. 지금까지보다 큰 하중을 팔 끝으로 지탱할 수 있도록 개량하였다.

고강도 화학섬유 로프는 낚싯줄이나 어망, 방탄조끼에 사용되고 있다. 산업용 로봇의 구동기구에 많이 이용되는 스테인리스 로프와 비교해 무게는 8분의 1, 강도는 2배 이상 된다.

-- 원자력발전의 폐로 작업 전망 --
새로운 방식을 고안한 도쿄공업대학의 엔도(遠藤) 교수가 로봇 팔 개발에 관여한 것은 후쿠시마 제1원자력발전소의 폐로가 계기다. 중전기업체와 좁은 배관용 점검 로봇을 제조∙판매하는 HiBot(도쿄)의 로봇 팔 공동개발 프로젝트에 엔도 교수도 참가했었다.

프로젝트는 약 1년 후에 중단됐지만 도쿄공업대학은 개발한 시작기를 학회에서 발표. 그것을 본 시미즈건설이 HiBot과 공동으로 길이 4m의 실용기를 개발하여 후쿠시마 제1원자력발전소 조사에 사용하였다. 당시의 실용기는 구동기구에 금속 와이어를 채용하여 4개의 관절을 사용해 팔을 전후와 상하로 움직이는 것이었다.

엔도 교수가 NEDO의 프로젝트에서 개발한 화학섬유 로프에 의한 로봇 팔도, 원자로 격납 용기의 중심부에 조사 기기를 운반하는 것을 상정하고 있다. 폐로에 관여하는 기업을 조사하여 길이나 유지 무게를 설정하였다. 앞으로는 중량물을 들어 올려 운반하는 기술을 개발한다.

 -- 끝 --