맞춤 전용 장치 엔드 이펙터(end-effector)

로봇이 작업을 할 때 대상에 직접 작용하는 기능을 가진 부분으로, 그리퍼(gripper : 사람 손처럼 물체를 잡고 다루는 역할을 하는 장비), 용접토치, 스프레이건, 너트 러너 등을 말하는 엔드 이펙터(end-effector)에 대해 알아보자.

 

현대 하이테크 정통 로봇 팔 현대 슈퍼 컴퓨터 프로세서를 들고. CPU 칩을 들고 산업 로봇 조작기 엔드 이펙터

 

◈ 엔드 이펙터(end-effector)란?

엔드이펙터는 로봇의 비즈니스 끝이라고도 하며, 로봇의 응용분야와 목적에 따라 다양한 현태와 원리로 설계되고 있다.

 

▣ 엔드 이펙터의 분류

엔드 이펙터는 웨이퍼를 이송하는 방식에 따라 크게 Vacuum Type, Active Grip Type, Passive Type의 세 가지로 분류된다.

 

ⓐ Vacuum Type : 웨이퍼를 진공 흡착 팁이나 롤러 등으로 잡아서 옮기는 방식

 

ⓑ Active Grip Type : 웨이퍼의 끝단을 그립 하여 옮기는 방식이다.

 

ⓒ Passive Type : 웨이퍼를 pad 위에 얹어서 옮기는 방식으로, 고청정도가 요구되는 반도체 공정에서 선호되는 유형이다.

 

웨이퍼 슬라이딩 감지가 가능한 엔드이펙터(End Effector) 개발

 

◈ 엔드 이펙터의 작동원리

엔드 이펙터는 로봇이 작업을 할 때 작업 대상에 직접 작용하는 기능을 가진 부분이다. 엔드 이펙터는 그리퍼, 용접 토치, 스프레이건, 너트 러너 등과 같은 다양한 형태와 원리로 설계되고 사용된다. 이 기기는 로봇의 손목에 물리적으로 장착되고 전원 연결 장치를 통해 움직인다. 전원 연결 장치는 유압, 공압 또는 전기일 수 있다. 주 힘 구성요소는 베이스 링크에서 생성되고 이동을 생성하며, 이 동작은 엔드 이펙터가 부착된 로봇 조작기의 극한 주변부까지 링크별로 전달된다. 

엔드 이펙터는 그리퍼와 잡을 물체 사이를 안정적으로 잡을 수 있도록 물리적 효과를 사용하여 분류된다. 예를 들어, 충격적인 그리퍼는 물체에 직접 영향을 미치는 턱 또는 발톱이다. 공격적인 그리퍼는 물체의 표면 내부에 물리적으로 침투하는 핀, 바늘 또는 고리와 같은 날카로운 점 표면이다. 연속 그리퍼는 접착제, 표면 장력 또는 동결과 같은 접착력을 나타 내기 위해 직접 접촉해야 한다.

엔드이펙터의 예로는 베르누이 그리퍼, 정전기 그리퍼, 반 데스 발스 그리퍼, 모세관 그리퍼, 극저온 그리퍼, 초음파 그리퍼, 침입 그리퍼 등이 있다. 각각의 엔드이펙터는 다른 원리와 적용분야를 가지고 있다.

 

◈  엔드 이펙터의 현재 발전 및 수요 현황

로봇의 엔드 이펙터는 로봇의 끝부분에 장착되어 각종 작업을 수행하는 기구부로, 사람의 손이나 발과 같은 역할을 한다. 엔드 이펙터는 특정 작업에 특화된 전용 장비를 넘어서, 사람의 손처럼 다양한 형태와 속성의 물체를 다룰 수 있는 범용 장비로 발전하고 있다. 이를 위해 사람의 손과 유사한 구조, 감각 기능, 동작 제어 등의 기술이 개발되고 있다.  엔드이펙터 중에서 사람 손처럼 물체를 잡고 다루는 역할을 하는 장비를 그리퍼(gripper)라고 한다. 그리퍼는 일반적으로 두 개의 직선형 손가락으로 구성되어 있지만, 다양한 형태의 물체를 잡기 위해서는 사람 손처럼 여러 개의 손가락을 가진 다지형 그리퍼가 필요하다. 한국의 원익로토틱스, 슝크(Schunk), 큐비로보틱스(qb robotics) 등은 사람손과 유사한 구조와 크기를 가진 로봇 손을 개발하고 시판하고 있다.

 

‘사람 손’ 닮아 가는 로봇의 엔드 이펙터[테크트렌드]

 

로봇손이 사람 손처럼 자유자재로 사물을 다루려면 많은 관절과 다수의 손가락만으로는 부족하다. 사물이 손상되지 않도록 형태, 경도, 질감 등 사물의 속성을 제대로 감지할 수 있는 시각, 촉각 등의 감각 기능을 갖춰야 한다. 촉각 기능을 구현하는 기술 중 대표적인 것은 인체의 말초 신경을 모방한 전자 피부이다. 영국 글래스 고대, 한국과학기술연구원(KIST), 영국 브리스톨대 등은 전기적 스파이크 형태로 신호를 전달하거나 돌기 구조를 가진 로봇용 인공피부를 개발하고 있다.

또한, 손에 있는 많은 관절을 각각의 임무에 따라 작동하도록 하는 데는 고도의 동작 제어 기술이 필요하다. 동작을 제어하는 전통적인 방식은 프로그램 방식이지만, 다양한 동작을 취하는 데는 한계가 있다. 최근에는 인공지능(AI)의 발달에 힘입어 딥러닝 등 AI를 적용한 동작 제어 기술도 개발되고 있다.

오늘날 사용되는 대부분의 엔드 이펙터는 산업용 로봇의 용접·절단·적재용 장비처럼 특정 작업에 특화된 로봇 전용 장비다. 엔드 이펙터를 장착한 협동로봇(collaborative robot : 분리된 공간에서 인간을 대신해 일하는 산업용 로봇과는 달리 작업자와 같은 공간에서 인관과 함께 협업하는 로봇) 등 산업현장에서 작업자들의 안전 확보와 생산성 향상을 위한 로봇 솔루션 개발이 활발히 진행 중이다.

 

더 많은 기술이 발전되어 사람이 하기 위험한 고난도 기술을 대신할 수 있는 있는 날이 왔으면 좋겠다.