기존의 로봇 핸드로는 수행하기 어려웠던 섬세한 작업을 가능하게 하고, 비용을 절감하는 차세대형 로봇 핸드의 연구가 이루어지고 있다. 이미 수많은 상업용 로봇이 가동되고 있는 제조현장뿐만 아니라, 사람이 원격으로 조작하는 “아바타 로봇(Avatar Robot)”과 같은 새로운 분야에서도 섬세한 작업을 하고자 한다는 니즈가 나오고 있기 때문이다.

2022년 10월에 개최된 로보틱스 분야의 저명한 국제학회 “IROS 2022”에서는 그 최신 성과가 집결했다. Honda의 연구개발 자회사인 혼다기술연구소(本田技術硏究所)와 Preferred Networks(PFN)이 각각 독자적인 로봇 핸드(Robot Hand)를 어필했다.

▲ 혼다기술연구소가 로봇 핸드로 캔의 풀 탭(Pull Tab)을 따는 동작을 시연했다.

혼다기술연구소는 손가락 끝에 손톱을 가진 4지형 로봇 핸드를 선보였다. 전시회장에서는 검지와 엄지에 해당하는 2개의 손가락을 사용해서 음료수 캔의 풀 탭을 당겨 캔을 따는 동작을 보여주었다.

강화학습을 적용하였으며 캔의 배치와 방향, 주변환경 등을 고려하여 다양한 상황에서 풀 탭을 딸 수 있다고 한다. 동전과 같은 얇은 것을 집거나 일단 손에 쥔 드라이버를 사람처럼 손끝으로 다시 쥐는 것도 가능하다.

손가락을 4개로 만든 것은 가능한 다양한 작업에 대응하고자 실용화를 위한 비용을 절감하기 위해서다. 해당 구조로 14종류의 파지법을 실현했다. 혼다기술연구소의 담당자는 “인간의 일상생활 속 작업의 약 80%를 커버할 수 있다”고 설명했다.

모터 수도 줄였다. 손가락 1개당 4개의 관절을 갖는다. 손가락 4개에 총 16개의 관절이 있으나, 모터 수는 11개로 줄였다. 파지력을 제어하기 쉽도록 손의 안쪽에는 촉각 센서를 탑재했다.

▲ 혼다기술연구소의 로봇 핸드는 동전과 같은 얇은 물건도 집을 수 있다

◆ PFN의 로봇핸드는 손가락이 2개
PFN은 전시조차 하지 않았지만 개발한 2지형 로봇 핸드에 대해 IROS 2022에서 강연했다. 2개의 손가락 중 1개는 고정, 1개는 가동이다. 가동 손가락을 구부려서 구동하여 물체를 쥔다. 파지 대상에 따라 임의로 로봇 핸드를 기울이는 등의 노력이 필요하지만, 1개의 가동 손가락으로 다양한 물체를 쥘 수 있는 것이 특징이다. 예를 들어 신용카드처럼 얇은 물건도 집을 수 있다.

▲ PFN는 2지형 로봇 핸드를 개발했다

손가락을 2개로 설정함으로써 로봇 핸드의 구조와 제어가 단순해지고 비용을 절감하기 쉽다. 작업 내용과 파지 대상에 따라 확장성도 갖는다. 예를 들어 고정 손가락의 수를 2개로 늘리면, 구(球)형의 물체를 잡기 쉬워진다. 고정 손가락의 형태를 주걱모양으로 만들면 햄버그 등을 뒤집는 동작도 가능해진다고 한다.

▲ 다양한 형태 및 크기의 물체를 파지할 수 있다

아바타 로봇의 해결과제 중 하나로 언급되는 것이 바로 조종자가 모니터를 보면서 파지 대상까지 거리감을 가늠해야 한다는 점이다. 특히 이쑤시개처럼 작은(가는) 파지 대상은 거리감을 가늠하기가 어렵다.

PFN이 로봇 핸드는 고정 손가락이 기준의 역할을 한다. 예를 들어 가는 막대를 잡을 경우, 고정 손가락을 막대 옆에 배치하고 그 후에 가동 손가락을 움직이면 대상을 간단하게 잡을 수 있다고 한다.

나아가 고정손가락은 상하로 움직이기 때문에 작업대에 고정손가락이 닿으면 높이를 조정할 수 있다.

파지 대상 옆까지 고정 손가락을 움직이고, 나머지는 가동 손가락을 움직여서 미세하게 조정하면 집을 수 있다. 그렇게 고가의 카메라나 센서가 없더라도 기구만을 사용해서 쉽게 파지할 수 있도록 했다.

PFN은 이미 차세대 제품도 개발을 마친 상태다. 고정 손가락을 수평 방향으로 움직이게 했다. 이를 통해 파지 방법의 배리에이션을 늘릴 수 있다고 한다.

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