UFACTORY 로봇 암의 충돌 감지: 전류 및 동적 모델 기반 기능

UFACTORY 로봇 암의 충돌 감지 기능은 전류 모델과 동적 모델의 조합에 기반합니다. 시스템은 각 관절의 이론 전류와 실제 전류를 비교하여 충돌 발생 여부를 판단합니다. 아래는 작동 원리와 관련 설정에 대한 상세 설명입니다.

1. 충돌 감지 원리 개요

로봇의 제어 시스템은 동적 모델을 기반으로 각 관절의 이론 전류를 계산합니다. 동적 모델은 다음과 같은 여러 요소를 고려합니다.

• 관절 위치: 로봇 암의 현재 자세

• 속도 및 가속도: 각 관절의 속도와 가속도

• 하중 무게 및 무게중심: 엔드 이펙터의 무게와 무게중심

• 설치 방향: 정방향, 측면, 천장형 등 로봇의 설치 방향

• 관절 마찰: 각 관절의 정마찰 및 동마찰 파라미터

컨트롤러는 이러한 파라미터를 동역학 방정식과 결합하여 이상적인 조건에서 각 관절이 소비해야 하는 예상 전류를 계산합니다. 동시에 시스템은 각 관절의 실제 전류를 모니터링하고 이를 이론값과 비교합니다. 차이가 미리 설정된 임계값을 초과하면, 해당 관절이 외부 저항이나 충돌을 겪었을 가능성이 있다고 판단하여 충돌 감지를 트리거합니다.

2. 오충돌 감지의 원인

실제 적용 환경에서는 로봇의 충돌 감지 기능이 때때로 잘못 트리거될 수 있습니다. 이러한 현상은 주로 엔드 이펙터 하중, 무게중심, 설치 방향, 마찰 파라미터와 관련이 있습니다. 다음은 대표적인 오트리거 원인입니다.

2.1 엔드 이펙터 하중 설정하중 무게 및 무게중심 설정

엔드 이펙터의 무게와 무게중심은 관절에 가해지는 힘과 전류 소모에 직접적인 영향을 줍니다. 무게 또는 무게중심 파라미터가 올바르지 않으면 동적 모델의 이론 전류 계산이 부정확해질 수 있습니다. 예를 들어, 툴의 무게중심이 로봇 암 끝단에서 멀리 떨어져 있으면 끝단 관절이 하중을 지탱하기 위해 더 많은 전류를 필요로 하게 됩니다. 이때 무게중심이 [0, 0, 0]으로 설정되어 있으면 컨트롤러가 전류 이상으로 오인할 수 있습니다.

정확한 하중 무게와 무게중심을 얻는 방법은 두 가지가 있습니다.

• UFACTORY Studio → Settings → Motion → TCP에서 payload 파라미터를 자동 식별

• 계측, 시뮬레이션 또는 기타 방법을 통해 엔드 이펙터의 무게와 무게중심을 산출

  
  

  이는 주로 TCP payload 식별 기능을 사용할 수 없을 때 수행합니다. 예를 들어 로봇 주변 공간이 협소해 TCP payload 식별 수행 시 주변 환경과 간섭이 발생할 수 있는 경우입니다.

동적 하중 변화

픽앤플레이스 애플리케이션에서는 프로그램이 실행되는 동안 로봇 암 끝단의 하중이 동적으로 변합니다. 워크피스를 집은 후에는 실제 하중이 증가하고, 워크피스를 내려놓은 후에는 실제 하중이 감소합니다. 따라서 프로그램 작성 시 이러한 하중 변화를 컨트롤러에 알려주어야 합니다. 일반적으로는 “pick-up” 명령 전에 payload를 설정하고, “place” 명령 후에는 다시 초기화합니다. 로직은 다음과 같습니다.

• TCP payload 설정(워크피스를 포함하지 않은 무게 및 무게중심)

• 로봇 암 이동

• 워크피스 픽업

• TCP payload 설정(워크피스를 포함한 무게 및 무게중심)

• 로봇 암 이동

• 워크피스 배치

• TCP payload 설정(워크피스를 포함하지 않은 무게 및 무게중심)

2.2 로봇 암 설치 방향

UFACTORY 로봇 암은 바닥형, 천장형, 벽면 상향/하향 또는 사용자 정의 등 다양한 설치 방향을 지원합니다. 각 설치 방향마다 각 관절의 이론 전류값을 보정하기 위한 중력 보상 계산이 다르게 필요합니다. 예를 들어, 실제로는 천장형으로 설치되어 있는데 소프트웨어에는 “floor”로 설정되어 있으면 이론 전류가 달라져 시스템이 전류 이상을 보고할 수 있습니다.

특히 사용자 정의 설치 방향의 경우, 소프트웨어에서 설정한 설치 방향이 실제 설치 상태와 일치하는지 확인해야 합니다. xArm XX1300 이후 버전과 모든 Lite6 및 850 모델의 경우, UFACTORY Studio에서 설치 방향을 설정할 때 시스템이 내장 센서로 측정한 실제 설치 방향과 사용자가 정의한 설정값을 비교합니다. 일치하지 않으면 경고가 표시됩니다.

2.3 마찰 파라미터

UFACTORY 로봇 암에서는 마찰 파라미터 역시 충돌 감지에서 중요한 역할을 합니다. 출고 전 UFACTORY는 각 관절에 대해 정마찰 및 동마찰 파라미터를 포함한 마찰 파라미터 식별을 수행합니다. 이러한 파라미터는 다양한 하중 및 동작 조건에서 각 관절의 이론 전류를 계산하기 위해 컨트롤러와 드라이브 유닛에 저장됩니다.

사용자가 컨트롤 박스를 교체하면 저장된 마찰 파라미터가 더 이상 일치하지 않을 수 있으며, 이로 인해 관절 전류 계산에 오류가 발생할 수 있습니다. 마찰은 관절의 저항과 전류에 직접적인 영향을 주기 때문에, 파라미터 불일치는 컨트롤러가 외부 저항을 잘못 감지하게 만들어 오충돌 감지를 유발할 수 있습니다.

아래 표는 UFACTORY 각 로봇 모델별 마찰 파라미터 저장 위치와 컨트롤러 교체 후 재로딩 방법을 보여줍니다.

로봇 모델	마찰 파라미터 저장 위치	마찰 재로딩 방법
850	로봇 암	비상정지 버튼을 눌렀다가 해제
Lite 6	로봇 암	비상정지 버튼을 눌렀다가 해제
xArm 5/6/7	로봇 암	비상정지 버튼을 눌렀다가 해제
xArm 5/6/7 (XX1300 이전)	컨트롤러	기술 지원 문의

올바른 마찰 파라미터가 사용되고 있는지 확인하는 방법은 무엇일까요?

UFACTORY 로봇 암의 마찰 파라미터는 로봇의 시리얼 번호(SN)에 연동되어 있습니다. 로봇의 실제 SN과 컨트롤러에 로드된 SN을 비교하십시오. 두 값이 일치하면 컨트롤러는 올바른 마찰 파라미터를 사용하고 있는 것입니다. 일치하지 않으면 마찰 파라미터를 다시 로드해야 합니다.

컨트롤러에 로드된 SN은 UFACTORY Studio → Settings → My Device → Device Info의 “Robot SN” 항목에서 확인할 수 있습니다. 로봇의 실제 SN은 로봇 암 하단의 스티커에서 확인할 수 있습니다.

3. 충돌 감지 최적화를 위한 권장 사항

UFACTORY 로봇 암의 충돌 감지 정확도를 높이고 오트리거를 방지하기 위해 다음과 같은 권장 사항을 적용할 수 있습니다.

하중 및 무게중심 정보를 적시에 업데이트

• 엔드 이펙터 또는 워크피스를 변경한 후에는 소프트웨어의 TCP payload 설정 페이지에서 무게와 무게중심 설정을 업데이트하십시오.

• 픽앤플레이스 프로그램에서는 픽업 및 릴리즈 동작 후 payload 설정을 업데이트하십시오.

올바른 설치 방향 설정로봇 암의 설치 방향이 UFACTORY Studio 또는 SDK에서 정확하게 설정되어 있는지 확인하십시오.

마찰 파라미터 일치 여부 확인컨트롤 박스를 교체한 후에는 해당 로봇 암에 맞는 관절 마찰 파라미터를 다시 로드하십시오.

4. 결론

UFACTORY 로봇 암의 충돌 감지 기능은 이론 전류와 실제 전류의 차이를 비교하여 충돌 발생 시 로봇을 즉시 정지시킵니다. 그러나 실제 사용 환경에서 발생하는 일부 오트리거는 엔드 이펙터 하중, 무게중심 및 설치 방향 설정과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 파라미터를 정확하게 설정하면 로봇의 안전성을 확보하는 동시에 오충돌 감지를 효과적으로 방지할 수 있습니다.