원운경
팀장
커서를 움직이면 로봇팔이 따라갑니다. 상자를 클릭하면 그 상자를 옮기고, 노란 도킹포트를 클릭하면 그 자리로 옮겨 잡습니다
붙잡는 곳마다, 길이 된다.
D-end의 대칭 도킹형 매니퓰레이터는 이동을 위한 베이스와 작업을 위한 베이스를 분리합니다. 천장, 벽면, 바닥, 작업대, AMR, 4족 로봇에 같은 규격의 도킹포트를 두면, 로봇팔이 그 포트를 옮겨 잡으며 스스로 이동합니다. 한양대학교 ERICA 로봇공학과 학생 네 명이 만들고 있습니다.
팔은 충분했다. 문제는 발이었다.
매니퓰레이터는 끝단에 엔드이펙터를 장착해 작업을 수행하는 로봇입니다. 작업 지점에 도달하기 위해 고정형으로 설치되거나, AMR과 2족 및 4족 플랫폼에 탑재되어 이동해 왔습니다. 그런데 로봇팔과 이동 플랫폼이 하나의 베이스를 공유하는 탓에, 이동 플랫폼이 가진 제약이 로봇팔의 작업 제약으로 그대로 전이됩니다.
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진입 문제
AMR이 문턱과 케이블 트레이를 넘지 못하면, 로봇팔도 그 작업 공간에 진입하지 못합니다.
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도달 문제
고정형은 로봇이 놓인 위치가 곧 작업 영역을 결정합니다. 넓은 작업대처럼 가동 범위를 벗어나는 공간에서는 엔드이펙터가 작업 지점에 도달하지 못합니다.
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정밀성 문제
작업 반력이 이동 플랫폼까지 전달됩니다. 2족 및 4족 플랫폼에서는 몸체의 자세 제어와 로봇팔의 제어를 동시에 고려해야 하므로, 정밀 작업을 위한 제어가 복잡해집니다.
기존 방식으로 이 문제들을 해소하려면, 환경마다 서로 다른 로봇을 추가로 도입하거나 기존 작업 환경을 로봇에 맞추어 크게 개조해야 했습니다.
양쪽 끝이 똑같다. 그래서 어디든 간다.
이동을 위한 베이스와 작업을 위한 베이스를 분리한 도킹형 매니퓰레이터를 제안합니다. 이동 수단을 개선하는 대신 로봇팔을 탈부착할 수 있게 만드는 방향으로, 국제우주정거장의 Canadarm2가 도킹 방식으로 이동하는 구조에서 착안했습니다. 로봇팔은 양쪽 끝에 동일한 도킹 인터페이스를 갖추고, 이동형 로봇과 작업 기준점에는 같은 규격의 도킹포트가 배치됩니다.
이동 플랫폼에 실려 작업 구역까지
로봇팔은 AMR이나 보행 플랫폼에 도킹한 상태로 작업 구역 입구까지 이동합니다.
반대쪽 끝을 현장 포트에 체결
체결이 확인된 다음에야 이동 플랫폼 측 도킹을 분리합니다.
이동 수단은 떠나고, 팔은 고정된 채 작업
분리된 이동 수단은 다른 업무를 수행하러 이동합니다.
반경이 모자라면 인근 포트로
작업 반경에 한계가 있으면 인근 도킹포트로 자벌레처럼 옮겨 가 스스로 위치를 조정합니다.
이동 수단을 갈아타는 진입
로봇팔이 이동 수단을 바꿔 타므로, 특정 이동 수단의 진입 가능 여부와 무관하게 작업 공간에 들어갑니다.
다시 배치되는 작업 반경
도달에 문제가 있으면 작업 지점 인근 포트로 옮겨 잡아 가동 범위를 재배치합니다. 팔을 길게 만드는 대신 포트를 하나 더 두면 됩니다.
단단한 구조물 위의 정밀 작업
완전히 고정되지 않는 이동 플랫폼에서만 생기던 문제입니다. 로봇팔이 직접 단단한 구조물로 옮겨 가 작업하므로 안정성에서 이득을 봅니다.
개조 없이 끝나는 도입
작업 공간을 크게 개조하거나 처음부터 짓지 않습니다. 필요한 위치에 포트를 설치하고, 그 환경에 맞는 이동 수단을 준비하는 것으로 충분합니다.
이런 점에서 저희 도킹포트는 단순한 설비가 아니라, 다양한 이동 수단과 로봇팔을 연결하는 표준 어댑터로 기능합니다.
하나의 팔. 규격화된 포트. 바꿔 끼우는 손.
시스템은 대칭형 매니퓰레이터 본체, 표준 도킹포트, 모듈형 엔드이펙터로 구성됩니다. 도킹포트는 아래 다섯 가지로 규격을 통일해 현장 구조에 맞게 배치합니다. 매니퓰레이터는 포트 사이를 스스로 이동해, 각 작업 지점에서 고정된 베이스로 작업합니다.
- 천장형
- 벽면 및 바닥 고정형
- 작업대 설치형
- AMR 탑재형
- 4족 탑재형
도킹 인터페이스 체결 메커니즘
전원이 갑자기 끊겨도 잠금이 풀리지 않는 걸쇠형 구조로 낙하에 대비합니다. 체결 입구는 넓고 안으로 갈수록 좁아지게 설계해 액추에이터 오차를 흡수하고, 걸쇠 방식에서 생기는 유격은 잠금용 별도 액추에이터와 기구 설계로 잡습니다.
포트 인식 및 정렬 제어
ArUco 마커와 카메라로 포트를 인식하고, 포트에 접근하는 과정에서 발생하는 위치 오차와 자세 오차를 보정합니다.
베이스 좌표 재정의
도킹이 완료되면 포트 ID 인식과 사전 등록된 포트 좌표로 기구학 기준을 전환하고, IMU로 설치면 방향을 검증합니다.
이중 체결 안전 설계
반대쪽 체결이 완료된 것을 확인한 뒤에만 기존 체결을 해제하도록 순서를 강제합니다. 체결부를 이중으로 구성해 단일 고장이 낙하로 이어지지 않게 합니다.
실험대는 그대로 두고. 포트만 붙인다.
기존 자동화 시스템은 로봇을 들이기 위해 작업 환경 자체를 로봇에 맞게 바꿔야 하는 경우가 많았습니다. 현장 구조를 손봐야 했고 그만큼 추가 비용이 들었습니다. 그래서 이동형 로봇의 진입이 제한되거나 많은 로봇을 도입할 자본이 부족한 소규모 시설은, 자동화 수요가 높은데도 도입이 쉽지 않았습니다.
초기 진입 시장은 연구실 자동화 부문으로 설정합니다. 작업 지점이 고정적이고 이동 빈도가 낮아 도킹포트를 배치하기에 적합하며, 기존 이동형 로봇이 진입하기 어려운 공간이기 때문입니다.
바닥을 건드릴 수 없는 구조
연구실은 바닥 구조를 변경하기 어렵습니다. 기존 실험대와 벽면에 도킹포트를 부착하는 방식이라 공간을 재구성할 필요가 없습니다.
고정된 워크스테이션
기존 실험실 자동화 장비는 특정 워크스테이션에 고정 설치되므로 실험대 배치까지 함께 바꿔야 했습니다.
높은 위치 정밀도 요구
시약 분주와 플레이트 이송, 장비 투입은 높은 위치 정밀도를 요구합니다. 고정된 포트에서 작업하므로 이 요구를 충족합니다.
잦은 공구 교체
작업마다 피펫과 그리퍼, 캡 오프너를 교체해야 합니다. 베이스 체결과 공구 교체를 하나의 규격으로 통합한 구조가 그대로 이점이 됩니다.
전용 자동화 설비를 도입할 자본이 없는 대학 연구실과 소규모 기업 부설 연구소를 우선 대상으로 합니다.
움직일 땐 디딤점. 일할 땐 베이스.
| 방식 | 강점 | 한계 |
|---|---|---|
| 고정형 협동로봇 | 정밀도 확보 | 작업 범위가 설치 지점에 묶임 |
| 모바일 매니퓰레이터 | 이동 가능 | 바닥 장애물과 통로 폭의 제약 |
| 2족 및 4족 플랫폼 | 우수한 진입성 | 가반하중과 정밀 제어 |
| D-end | 이동 베이스와 작업 베이스를 분리해, 이동성과 작업 안정성을 동시에 확보 | |
표가 잘려 보이면 좌우로 밀어 보세요.
환경에 맞춰 고르는 이동 수단
개활지에서는 AMR을 이용하고, AMR이 진입하지 못하는 구역에서는 보행 플랫폼이 운반을 대신합니다. 작업 구역에 도달한 뒤에는 포트 사이를 스스로 이동하며 작업 범위를 넓힙니다.
필요한 만큼의 가반하중과 정밀성
더 무겁게 들거나 더 정밀해야 하면, 고정된 베이스로 옮겨 가거나 보행 플랫폼보다 안정적인 AMR 위로 옮겨 가 작업합니다.
낮게 유지되는 확장 비용
작업 지점이 늘어나거나 현장 배치가 바뀌어도 로봇을 추가로 도입하지 않습니다. 도킹포트만 증설하거나 이설하면 한 대의 본체가 여러 대의 역할을 합니다.
하나로 통일한 인터페이스
베이스 체결과 공구 교체를 같은 규격으로 묶었습니다. 이동과 공구 교체가 동일한 메커니즘으로 처리되어 그대로 자동화됩니다.
이 차별화 요소를 기술적 경쟁력으로 확보하기 위해, 도킹 메커니즘과 보정 제어 방식은 특허 출원을 통해 보호할 계획입니다.
모듈형 구조. 반복되는 매출.
본체와 도킹포트, 엔드이펙터가 분리되는 모듈형 구조를 수익 모델에도 그대로 반영합니다.
하드웨어 패키지
본체, 도킹포트, 엔드이펙터를 패키지로 판매해 초기 매출을 확보합니다.
모듈 추가 판매
도킹포트와 엔드이펙터를 모듈 단위로 추가 판매해 반복 매출을 만듭니다.
구독형 모니터링 서비스
도킹 위치 오차, 관절 부하, 재시도 횟수 등 운용 데이터를 별도 장비 없이 실시간으로 모니터링하고, 이상 감지와 예지 보전 기능을 제공합니다.
B2B — 시스템 구축 계약
본체와 도킹포트, 엔드이펙터 세트를 하나의 패키지로 제공합니다. 현장 실측과 포트 배치 설계, 초기 세팅까지 구축 계약에 포함됩니다.
B2C — 메이커용 키트
구축 계약 없이 사용자가 직접 설치하는 키트로 공급하고, 도킹포트와 엔드이펙터를 개별 판매해 작업 반경을 점진적으로 넓히게 합니다.
B2C 채널의 목적은 매출보다 응용 사례 확보와 데이터 수집에 있습니다. 염가형 도킹 인터페이스의 치수 규격과 기초 제어는 공개하고, 체결 메커니즘의 세부 구현과 도킹 보정 알고리즘은 공개하지 않습니다. 사용자가 직접 커스텀한 작업 사례가 쌓이면 B2B 영업의 레퍼런스이자 신규 애플리케이션 발굴 경로가 됩니다.
검증에서 확산까지. 네 단계.
베이스 전환 구현 및 시연
표준 도킹포트와 도킹 인터페이스를 제작해 AMR 상부와 벽면, 작업대에 같은 규격으로 설치합니다. 한 대의 로봇팔이 세 지점을 옮겨 가며 같은 작업을 반복하는 과정을 시연하고, 도킹 반복정밀도와 1회 소요 시간, 가반하중을 수치로 제시합니다.
자가 이동 구현
양단 대칭 구조를 완성해 포트 사이를 스스로 건너가는 동작을 구현하고, 천장과 벽면처럼 서로 다른 면에 설치된 포트 사이를 이동하는 전체 시나리오를 시연합니다.
현장 실증
시나리오 현장 한 곳을 선정해 실증을 진행하고, 포트 배치 기준과 실제 작업 정확도, 운용 중 발생하는 문제를 확인해 개선합니다.
규격화 및 확산
도킹포트와 엔드이펙터의 규격을 확정해 동일 업종의 다른 현장으로 사업을 확산합니다.
만드는 사람들.
한양대학교 ERICA 로봇공학과에서 로봇을 공부하는 네 명이 함께 만들고 있습니다.
남광민
소프트웨어
이시현
소프트웨어
장지원
하드웨어