왜 스트레인 게이지를 선택해야 할까요? AL.Robot의 선택과 기준

산업용 로봇이 발전하고 협동 로봇이 점차 보편화됨에 따라, 로봇이 외부 환경에 민감하게 반응하고 정밀하게 작동해야 할 필요성이 더욱 중요해졌습니다. 이러한 맥락에서 힘/토크 센서는 로봇 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 특히 6축 힘/토크 센서는 복잡한 다방향 하중을 동시에 감지할 수 있어 고정밀 응용 분야에서 로봇이 더욱 유연하고 정확하게 움직일 수 있도록 지원합니다.

힘/토크 센서란?

힘/토크 센서는 입력과 출력 사이의 비틀림이나 굽힘과 같은 물리적 변화를 감지하여 측정 가능한 힘 또는 토크 값으로 변환합니다. 이러한 센서는 일반적으로 로봇 관절, 엔드 이펙터 또는 접점에 장착되어 상호작용하는 힘을 실시간으로 감지하여 정밀한 제어와 피드백을 가능하게 합니다.

6축 모델은 3차원에서 힘(Fx, Fy, Fz)과 토크(Tx, Ty, Tz)를 측정합니다. 따라서 협동 로봇의 충돌 감지, 의료 로봇의 정밀 제어, 자동 조립 시 미세 삽입 작업과 같은 응용 분야에 필수적입니다.

내부 감지 방식은 센서의 성능과 구조에 상당한 영향을 미칩니다. 가장 일반적인 유형은 스트레인 게이지 센서와 정전용량 센서이며, 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다.

스트레인 게이지 vs. 정전식 감지 방식

스트레인 게이지 센서는 센서 구조의 미세한 변형으로 인한 전기 저항의 변화를 감지하여 작동합니다. 힘이 가해지면 구조에 접합된 스트레인 게이지는 측정 가능한 저항 변화를 보입니다.

이 방법은 뛰어난 선형성과 반복성을 제공하여 고정밀 환경에 이상적입니다. 온도 보상 또한 더욱 정확하여 다양한 조건에서도 안정적인 출력을 유지합니다. 또한, 표준 인터페이스(EtherCAT, CAN, RS485)와 호환되어 자동화 시스템에 쉽게 통합할 수 있습니다.

그러나 이 방법에는 한계가 있습니다. 센서 구조가 기계적 응력을 직접 흡수하기 때문에 과부하 허용 오차는 일반적으로 150%에서 300% 사이이며, 특수 설계의 경우 최대 500%까지 가능합니다. 또한, 이 시스템은 신호 증폭, 필터링, 고정밀 교정이 필요하기 때문에 다른 방법에 비해 제조 비용이 높습니다.

반면, 정전용량 센서는 외부 힘에 따라 내부 전극 사이의 거리가 변함에 따라 발생하는 정전용량 변화를 측정합니다. 비접촉식 또는 유연한 구조 덕분에 극한의 과부하(최대 1000%)를 견딜 수 있으며 소형화가 용이합니다. 따라서 드론, 웨어러블 기기, 경량 로봇 시스템에 이상적이며 생산 비용을 낮출 수 있습니다.

그러나 이러한 측정의 간접적인 특성으로 인해 비선형적인 출력이 발생합니다. 정전용량형 센서는 온도, 습도, EMI에도 민감하여 산업 환경에서 장기적인 안정성 확보가 어렵습니다. 더욱이, 일관된 출력을 얻으려면 하드웨어 보상 회로와 복잡한 소프트웨어 교정이 필요하여 개발 시간과 장기적인 유지보수 비용이 증가합니다.

요약하자면, 정전식 감지는 매력적이지만, 실제 환경에서 안정화하기 위해서는 상당한 지속적인 노력이 필요합니다. 고정밀 산업 운영의 경우, 스트레인 게이지 기술이 여전히 업계 표준으로 자리 잡고 있습니다.

※ 스트레인 게이지 vs. 정전식 감지

AL.Robot의 감지 접근 방식: 가장 중요한 것

AL.Robot에서는 모든 힘/토크 센서를 스트레인 게이지 방식을 기반으로 합니다. 이는 산업적 요구의 현실에 근거한 의도적인 결정입니다.

스트레인 게이지 기술은 검증된 선형성과 반복성을 바탕으로 명확하고 비례적인 출력을 보장합니다. AL.Robot의 센서는 고급 온도 보상 및 고해상도 신호 처리를 통해 이러한 장점을 더욱 강화하여 역동적인 환경에서도 일관된 성능을 보장합니다.

이 센서는 EtherCAT 및 기타 표준 프로토콜을 기본적으로 지원하여 기존 시스템에 원활하게 통합할 수 있습니다. 구조 측면에서는 강화된 내부 설계와 보호 회로를 통해 일반적인 스트레인 게이지 한계를 넘어서는 과부하 내구성을 향상시켰습니다.

AL.Robot은 습관이 아닌 필요에 의해 스트레인 게이지 기술을 선택합니다. 혁신도 중요하지만, 더 중요한 것은 실제 성능입니다. 산업 현장에서 고객이 원하는 것은 일관되고 신뢰할 수 있는 출력이며, 스트레인 게이지는 그 조건을 충족합니다.

AL.Robot은 센서 자체를 위한 센서를 만드는 것이 아닙니다. 현실 세계에서 신뢰할 수 있는 도구를 만들고 있습니다.

힘/토크 센서의 응용 분야 및 전망

힘/토크 센서의 적용 범위는 모든 산업 분야에서 계속해서 빠르게 확대되고 있습니다.

• 협동 로봇에서는 충돌 감지, 힘 제어, 쉬운 교육이 가능합니다.

• 정밀 조립에서는 자동차 부품 장착, 전자 부품 삽입, 연마와 같은 작업을 지원합니다.

• 의료 로봇 분야에서는 섬세한 촉각 감지와 안전한 로봇 수술에 필수적입니다.

앞으로 힘/토크 센서는 더욱 높은 정확도, 소형화, 그리고 비용 효율성을 향해 발전할 것입니다. AI와 머신러닝을 통합하면 스마트 보상, 예측 제어, 그리고 자가 교정 기능이 가능해질 것입니다.

AL.Robot은 이러한 발전에 발맞춰 숫자 이상의 성능, 즉 신뢰성을 제공하는 기술을 개발하고 있습니다.