Passive Compliance
- 다른 이름: mechanical compliance
- 카테고리: Mechanical structure › Arms & end-effectors
- 태그: compliance, end-of-arm-tooling, assembly, contact, mechanism-design
스프링, 댐퍼, 부드러운 재료처럼 로봇의 메커니즘에 내장된 유연성으로, 센싱이나 능동 제어 없이도 접촉력에 굴복하게 해 준다.
정의
수동 순응(passive compliance)은 로봇이나 그 공구에 설계로 넣은 기계적 유연성이다. 스프링, 탄성체, 플렉셔(flexure), 댐퍼, 부드러운 재료는 접촉력이 작용하면 변형되므로, 엔드 이펙터가 약간 이동하거나 기울어져 위치와 방향의 오차를 수용할 수 있다. 응답이 제어기가 아니라 물리 현상에서 나오기 때문에 즉시 작용하고, 센서나 계산이 필요 없으며, 소프트웨어나 전원이 고장 나도 계속 작동한다.
이는 능동 순응(active compliance)의 대응 개념이다. 능동 순응에서는 임피던스 제어나 어드미턴스 제어 같은 제어기가 힘 또는 토크 측정값과 모터 명령을 사용해 강성이 높은 로봇이 마치 순응적인 것처럼 거동하게 만든다. 능동 순응은 강성을 실시간으로 바꿀 수 있지만 센싱, 제어 대역폭, 지연에 의해 제한된다. 수동 순응은 어떤 제어 루프보다 빠르게 충격에 응답하지만, 강성이 고정되어 있거나 천천히만 조정할 수 있다. 많은 시스템은 둘 다 사용하는데, 예를 들어 임피던스 제어되는 팔 아래에 순응 손목을 단다.
잘 알려진 예는 원격 중심 순응(remote center compliance, RCC) 장치이다. 이는 순응 중심을 쥐고 있는 부품의 끝 근처에 두는 손목으로, 펙 인 홀 삽입 중의 측면 및 각도 정렬 오차가 재밍을 일으키는 대신 바로잡히게 한다. 다른 형태로는 스프링 또는 탄성체를 쓴 손목 마운트, 직렬 탄성 액추에이터, 부드러운 손가락과 플렉셔 기반 손가락, 다리 로봇의 순응 발이 있다. 주된 대가는 위치 정확도의 저하와 진동 가능성인데, 변위를 측정하지 않는 한 로봇은 더 이상 자기 공구가 정확히 어디 있는지 알지 못하기 때문이다.
중요한 이유
삽입, 닦기, 파지 같은 접촉 작업은 작은 위치 오차에 매우 민감하며, 완벽하게 강성인 로봇은 그런 오차를 큰 힘으로 바꾸어 부품을 끼이게 하거나 하드웨어를 손상시킨다. 수동 순응은 오차를 기계적으로 흡수하며, 그 덕분에 더 저렴하고 덜 정확한 로봇과 더 단순한 제어기로도 접촉이 많은 작업에 충분한 경우가 많다.
주요 응용
- 원격 중심 순응 장치를 이용한 펙 인 홀 삽입과 조립
- 연마, 샌딩, 닦기를 위한 순응 손목과 공구 마운트
- 물체 형상에 맞춰 변형되는 부드러운 그리퍼와 플렉셔 기반 그리퍼
- 안전한 상호작용과 힘 감지를 위한 직렬 탄성 액추에이터
- 다리 로봇의 발과 드론 착륙 장치의 충격 흡수
실제 사례
저가형 로봇 팔이 위치 오차가 간극보다 커서 고정구에 핀을 삽입하는 데 계속 실패한다. 팀은 팔을 업그레이드하는 대신 플랜지와 그리퍼 사이에 스프링-댐퍼 순응 유닛을 장착한다. 접근하는 동안 핀의 모따기가 구멍 가장자리에 닿으면, 유닛이 옆으로 휘고 기울어지며 핀이 미끄러져 들어간다. 팀은 그리퍼가 자체 무게로 처지지 않도록 스프링 강성을 조정하고, 빠른 이동 후의 진동을 멈추기 위해 감쇠를 더하며, 순응보다 정확도가 더 중요한 이송 동작 중에는 유닛을 강체로 만드는 잠금 장치를 단다.
흔한 오해
- 수동 순응은 임피던스 제어와 같다 — 임피던스 제어는 센싱과 피드백으로 순응을 만들어 내는 반면, 수동 순응은 메커니즘 자체에서 나온다
- 순응이 클수록 언제나 더 안전하고 더 좋다 — 순응이 너무 크면 정확도가 떨어지고, 처짐과 진동이 생기며, 갑자기 방출되는 에너지를 저장할 수 있다
- 수동 순응이 있으면 로봇은 공구의 위치를 알 수 없다 — 직렬 탄성 액추에이터에서처럼 변위는 인코더나 다른 센서로 측정할 수 있다
알아야 할 사람
- 엔드 오브 암 툴링(end-of-arm tooling) 및 그리퍼 설계자
- 조립 및 자동화 엔지니어
- 액추에이터 및 메커니즘 설계자
- 다리 로봇 및 소프트 로봇 연구자
관련 기술
- 원격 중심 순응 장치(Remote Center Compliance Device)
- 직렬 탄성 액추에이터(Series Elastic Actuator)
- 가변 강성 액추에이터(Variable Stiffness Actuator)
- 플렉셔 메커니즘(Flexure Mechanisms)
- 순응 손목(Compliant Wrist)