일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.1.14

로봇의 시각과 촉각을 보완하는 '근접각 센서'
오사카대학의 고야마 교수가 사업화

오사카대학 기초공학연구과 고야마(小山) 교수는, 자신이 개발한 ‘근접각 센서’ 등을 중심으로 한 벤처기업을 설립해 로봇에 응용하는 사업을 시작한다고 밝혔다. 벤처는 2년 이내에 설립할 계획이다. 현재 로봇에서 많이 사용되는 이미지 센서나 압력 센서 등 접촉을 감지하는 센서로는 실현하기 어려운, 빠르고 복잡한 움직임이 가능한 로봇 개발을 목적으로 한다.

근접각 센서는 로봇이 물체를 잡으려고 할 때 핸드 등이 대상 물체에 수 cm까지 가까워진 시점에서 비접촉으로 대상물을 감지하거나 자세를 파악하기 위한 센서다. 시각과도 촉각과도 다르다. 이에 상응하는 감각이 인간에게는 없다. 현재의 로봇에서도 거의 볼 수 없는 감각이기 때문에 '근접각'이라고 불러 구별한다.

기존의 로봇은 시각에 상당하는 이미지 센서로 대상 물체의 위치나 자세를 특정한 후에 핸드를 움직이는 것이 많다. 이 방법으로는 위치 특정 후에 물체가 이동했을 경우에 잘못 잡을 수도 있다. 뿐만 아니라 빠르게 잡는 동작을 실현하기 어렵다는 단점이 있다. 핸드가 대상 물체에 가까워질수록 이미지 센서의 시야를 핸드가 가려, 대상 물체를 인식할 수 없게 되기 때문에 접촉을 감지할 때까지 핸드를 저속으로 근접시킬 수밖에 없기 때문이다.

이 시각과 촉각을 보완하는 것이 근접하는 물체의 위치나 자세를 감지하는 근접각이다. “인간에게 없는 감각이지만 로봇이 반드시 인간을 흉내 낼 필요는 없다는 생각으로 연구를 진행해 왔다”(고야마 교수). 구체적인 실현 방법은, LED(발광 다이오드)에서 빛을 대상물에 투사하고, 되돌아온 빛을 수광부에서 감지하는 것이다. 근접각 센서의 수광부를 둘러싸도록 8개의 LED를 배치하고, 어느 LED에서 나오는 빛이 어떻게 되돌아오는가의 패턴에 따라 대상 물체의 위치와 자세를 산출한다.

고야마 교수는 이미 근접각 센서를 응용하여 시트형 종이나 마스크 등을 1장씩 단시간에 찍을 수 있는 로봇 등을 개발, 전시회에 출품하고 있다.

-- 투명물, 반사물도 인식 --
10년 가까이 되는 연구를 거듭해, 광학식으로는 감지가 어렵다는 투명한 유리판 같은 물체나 거울처럼 빛을 반사하는 물체를 감지하는 것도 가능하게 했다. LED를 특정 주파수로 빛나게 하는 아이디어 등을 통해, 물체에서 되돌아오는 빛이 약해도 노이즈와 구별해 검출한다. 검출이 가능해지면, 빛이 되돌아오는 방식의 패턴에 의해 물체의 위치(센서로부터의 거리), 자세(방향)를 산출할 수 있다.

검출 분해능은 ‘Mechatronics Technology Japan 2021(MECT 2021)’(21년 10월 20~23일, 포트메세 나고야)에 출품한 것으로, 거리 30µm, 각도 1.5도로 1초에 1,000회 검출할 수 있다. 핸드에서 대상물까지는 0~30mm의 범위에서 감지에 이용할 수 있다. “로봇의 메커니즘의 정밀도가 수십 μm, 나쁜 경우에도 수백 μm이기 때문에 센서의 정밀도도 그 정도가 아니면 의미가 없다”(고야마 교수). 현재 시판되고 있는 거리 센서는 정밀도가 그렇게까지 높지 않은 것이 많고, 반복 정밀도가 ±1mm 정도인 것도 있어 재빠른 동작을 실현하기에는 충분하지 않다고 한다.

-- 자석 기어와 조합하다 --
고야마 교수가 설립 예정인 벤처는, 근접각 센서와 함께 자기기어(Magnetic Gear)에 의한 액추에이터 기구를 사업의 핵심으로 삼는다. 자기기어는 자석의 N극과 S극에서 기어 치(齒)의 산과 골을 대신하는 것으로, 비접촉이기 때문에 전달 손실이 적다.

이 자체는 고야마 교수가 개발한 것은 아니지만 베벨기어와 같이 회전축을 90도 변환하는 기구로 응용하려고 한다. 손실이 적은 만큼 로봇의 관절을 구동하는 모터를 소형화할 수 있다. 동시에 모터의 장비 위치나 방향이 더 자유로워지기 때문에 사람의 손가락과 같은 기구를 콤팩트하게 실현할 수 있다.

벤처 설립 초기에는 근접각 센서와 자기기어 기구에 대해 각각 로봇에 적용하는 것을 도모할 생각이다. 사업이 궤도에 오르면 서로의 기술을 조합해, 인간과 동등한 수준 이상으로 세세한 동작을 빠르게 해낼 수 있는 로봇의 실현을 목표한다. 시각 센서로는 인식하기 어려운 부정형 물체를 줍는 작업, 복잡한 형태의 물체 표면을 따라 테이프나 시트를 붙이는 작업, 물체에 게이지를 맞추는 검사 작업 등에 응용하는 것을 생각할 수 있다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.