무거운 짐을 들어도 떨리지 않는 로봇팔을 만드는 제어 기술이 나왔다.

강상훈 울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 교수팀은 급격한 부하 변동이나 외부 충격에도 로봇팔이 안정적으로 작동하는 '적응형 PID 제어 알고리즘'을 개발했다고 27일 밝혔다. 산업 현장 로봇팔 90% 이상이 사용하는 제어기의 소프트웨어만 업데이트하면 바로 쓸 수 있는 기술이다.

PID 제어기는 로봇팔이 원하는 궤적대로 움직이도록 모터에 보내야 할 힘을 실시간으로 계산한다. 구조가 단순하고 명확해 널리 쓰이지만, 처음 설정된 값으로만 작동해 융통성이 부족하다는 한계가 있었다. 로봇이 드는 물체 무게가 갑자기 변하거나 외부 물체와 접촉하면 오작동하거나 심한 진동이 발생했다.

연구팀은 로봇이 오차 정보를 활용해 제어 값을 스스로 조절하도록 하는 알고리즘을 만들었다. 기존 적응형 기술과 달리 로봇팔 관절 디지털 센서의 미세한 신호 잡음을 상쇄하도록 설계했다. 기존 알고리즘은 센서의 미세한 잡음에까지 반응하면서 불필요하게 힘을 키우거나 시스템이 불안정해지는 경우가 많았다.

이번 기술의 가장 큰 장점은 하드웨어 교체 없이 소프트웨어 업데이트만으로 적용된다는 점이다. 로봇의 질량이나 마찰력 같은 복잡한 물리 정보를 미리 입력하거나 고가의 무게 감지 센서를 추가할 필요가 없다.

연구팀은 관절이 2개인 로봇팔에 알고리즘을 적용해 로봇팔 자체 무게에 달하는 짐을 들게 하거나 강한 탄성 스프링이 연결된 복잡한 환경을 만드는 실험을 했다. 새 알고리즘이 적용된 로봇팔은 환경 변화에 맞춰 스스로 제어 값을 조절하며 흔들림 없이 목표 궤적을 따라갔다. 기존 제어 방식은 위치 오차가 커지거나 불안정한 모습을 보였다.

강상훈 교수는 "산업용 로봇 대다수를 차지하는 PID 제어기 성능을 획기적으로 개선할 수 있다"며 "작업 환경이 자주 바뀌는 스마트 팩토리뿐 아니라 재활 로봇, 휴머노이드 로봇 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 기계 및 로봇 공학 분야 학술지 IEEE/ASME 트랜잭션 온 메카트로닉스에 1월 13일 실렸다. 한국연구재단 미래유망융합기술파이오니어사업과 국립재활원 재활로봇중개연구 용역의 지원을 받았다.