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최근 수정 시각 : 2023-12-16 21:57:10

로봇 그리퍼


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1. 개요2. 주요 기능3. 역사4. 분야5. 기술의 종류6. 기술의 장점7. 한계8. 실제 사례9. 관련 회사
9.1. 국내 제조사9.2. 해외 제조사
10. 시장 규모11. 출처

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1. 개요

파일:그리퍼.jpg

로봇 그리퍼(Robot Gripper)

로봇 그리퍼는 물체를 쥐고 조작할 수 있게 해주는 장치이다.

그리퍼를 설명하는 가장 쉬운 방법은 사람의 손을 생각하는 것이다. 손과 마찬가지로 그리퍼를 사용하면 물체를 잡고, 조이고, 다루고, 풀 수 있다.
그리퍼는 자동화 시스템의 한 구성 요소이며 로봇에 부착할 수도 있고 고정 자동화 시스템의 일부일 수도 있다. 다양한 스타일과 크기의 그리퍼가 존재하므로 용도에 맞는 올바른 모델을 선택할 수 있다.

2. 주요 기능

로봇 그리퍼가 수행할 수 있는 기능들은 다음과 같다.

1. 물체 집기 : 로봇을 이용하여 자동화 시스템이 있는 제조업에서 부품을 조립하거나 물체를 이동시키는 작업을 수행할 수 있다.

2. 물체 회전 및 조작 : 그리퍼는 집은 물체를 원하는 각도로 회전하거나 조작할 수 있습니다. 이는 물체의 위치를 정확하게 조절하거나 특정 작업을 수행하기 위해 필요한 경우에 사용됩니다.

3. 패킹 및 포장 : 그리퍼는 제품을 포장하거나 상자에 담는 작업에도 활용된다. 제품의 안전한 포장과 배치를 보장하여 생산 효율성을 향상시킨다.

로봇 그리퍼의 형태와 원리는 다양하며, 집게 그리퍼, 감압 그리퍼, 진공 그리퍼, 자석 그리퍼 등 다양한 종류가 있다. 각각의 그리퍼는 특정 작업에 적합하도록 설계되어 있으며, 로봇의 목적과 환경에 따라 선택적으로 사용된다.

3. 역사

20세기 초, 숫자나 기호로써 구성된 정보를 이용하여 기계의 운전을 자동으로 제어해주는 NC기계의 발명과 컴퓨터의 인기 그리고 집적 회로의 발명은 산업용 로봇 그리퍼 기술의 탄생의 도움을 주었다.

처음으로 개발된 로봇 그리퍼의 이름은 Unimate로 Inland Fisher Guide Plant의 General Motors 조립 라인에서 작업한 제품이다.
이 기술을 발명한 사람은 George Devol이고 Devol이 특허 출원을 할 당시 이 기계를 다음과 같이 설명하였다.

"본 발명은 기계의 자동운전, 특히 핸들링장치 및 이에 적합한 자동제어장치에 관한 것이다."

기술의 초기에는 무겁고 위험하며 단조로운 작업만을 맡기며 인간이 하기 불편한 것들만 하였다.
예를 들어 이 기술은 조립 라인에서 다이캐스팅을 운반하고 이러한 부품을 자동차 차체에 용접하는 작업을 수행했는데, 이는 작업자에게 위험한 작업이었다. 조심하지 않으면 독성 연기에 중독되거나 팔다리를 잃을 수도 있었다
점점 복잡한 모션을 만들고, 외부 센서를 장착하고 용접, 연삭, 디버링 및 조립과 같은 프로그램들이 추가되며 더욱 다양한 부분에 사용할 수 있게 되었다.
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이후 우리가 일반적으로 사용하는 로봇 그리퍼는 1969년에 발명되었다.
이름은 'The Stanford Arm'이며 이 기술을 발명한 사람은 Victor Scheinman이다.
'The Stanford Arm'은 전기로 작동하며 컴퓨터로 통제되는 첫 로봇 그리퍼이며 현재 나와있는 대부분의 로봇 그리퍼의 시초이다.

그 이후 더욱 정교한 조립기, 압력 센서, 마이크로 컴퓨터가 내장된 'The Sliver Arm'은 1974년에 발명되며 로봇 그리퍼 기술의 대중화가 시작되었다.
1970년대 중반에는 실제로 산업용 로봇 시장이 호황을 누리며 연간 시장 성장율이 약 30%에 육박하며 오늘날과 같은 로봇 산업이 나타나게 되었다.

로봇 그리퍼 기술의 종류에서 서술될 전기 그리퍼, 마그네틱 그리퍼와 같은 기술들은 시대의 필요에 맞게 제작되면서 자세한 기술의 시초에 대해서는 발견이 불가하였고 활용되는 분야가 유행하던 시기에 처음으로 제작될 것으로 예상된다.

4. 분야

로봇 그리퍼 기술은 다양한 분야에서 활용되며, 그 활용 정도는 산업 및 기술 발전에 따라 지속적으로 증가하고 있다. 몇 가지 주요 분야와 쓰이는 정도는 다음과 같다:

1.제조업:

2.물류 및 창고 관리:

3.의료 분야:

4.농업:

5.우주 로봇:
로봇 그리퍼는 소행성, 달, 화성 및 다른 행성의 표면에서 표본 수집 임무에 사용된다. 이를 통해 지구 외 행성에서의 과학적 연구와 자원 탐사가 가능해진다.

6.기타 분야:
로봇 그리퍼 기술의 쓰임새는 기술 발전과 산업 자동화의 증가로 지속적으로 확대되고 있다. 특히 로봇과 자동화 기술이 더욱 발전하면서 로봇 그리퍼의 정밀성과 다양성이 향상되어 다양한 분야에서 더 많이 활용될 것으로 예상다.

5. 기술의 종류

1. 압축 공기 공급: 공압 그리퍼는 압축 공기를 필요로 한다. 이 압축 공기는 일반적으로 공압 시스템을 통해 그리퍼로 공급된다.
2. 그립핑 액츄에이터: 그리퍼에는 그립핑 액츄에이터라고 불리는 부품이 있다. 이 액츄에이터는 일반적으로 공압 실린더나 솔레노이드 밸브 등을 사용하여 제어된다.
3. 그립핑 압력: 압축 공기가 그립핑 액츄에이터로 공급되면 압력이 증가하고, 그리퍼의 그립핑 매커니즘(클로우, 펑거, 플랫 그리퍼 등)가 닫힌다. 이로써 물체를 안전하게 잡을 수 있다.
4, 물체 이동 또는 고정: 그리퍼가 물체를 안정적으로 잡으면, 로봇 팔, 자동화 시스템 또는 기타 장치를 통해 물체를 이동하거나 특정 위치에 고정시킨다.
5. 그립핑 해제: 작업이 완료되면 압축 공기의 압력을 낮추어 그립핑 액츄에이터를 열어서 물체를 놓게 된다.
1. 속도와 정밀도: 공압 그리퍼는 빠른 속도와 높은 정밀도로 작동하여 생산성을 향상시킨다.
2. 다양한 물체 적용: 다양한 크기, 형태, 무게 및 특성의 물체를 다룰 수 있어 다양한 응용 분야에 유용하다.
3. 신뢰성: 공압 그리퍼는 간단하며 내구성이 뛰어나므로 장시간 작동에도 신뢰성을 제공한다.
1. 자동화 생산 라인: 산업 자동화에서 제품을 운반, 조립, 패킹 또는 검사하는 데 사용된다.
2. 로봇 응용: 산업 로봇 팔에 부착하여 로봇이 물체를 집거나 이동하도록 돕는다.
3. 물류 및 창고 자동화: 상품을 옮기거나 적재, 언로딩하는 과정에서 사용된다.
4. 검사 및 테스팅: 제품 또는 부품을 테스트하거나 검사할 때 사용된다.
5. 조립 및 제조: 제품 조립 라인에서 부품을 조립하거나 처리하는 데 활용된다.
1. 유압 시스템: 유압 그리퍼는 유압 시스템을 필요로 하다. 이 시스템은 유압 펌프, 유압 액체, 밸브 및 실린더로 구성된다.
2. 그립핑 액츄에이터: 그리퍼에는 그립핑 액츄에이터라고 불리는 부품이 있다. 이 액츄에이터는 일반적으로 유압 실린더를 사용하여 제어된다.
3. 압력 전달: 유압 펌프가 유압 액체를 그립핑 액츄에이터로 전달하면 액츄에이터는 그립핑 매커니즘(클로우, 펑거, 플랫 그리퍼 등)를 움직여서 물체를 잡거나 고정한다.
4. 물체 이동 또는 고정: 그리퍼가 물체를 안정적으로 잡으면, 로봇 팔, 자동화 시스템 또는 기타 장치를 통해 물체를 이동하거나 특정 위치에 고정시킨다.
5. 그립핑 해제: 작업이 완료되면 유압 밸브를 조작하여 액츄에이터의 압력을 해제하고, 그립핑 매커니즘이 열린다. 이로써 물체가 놓아지게 된다.
1. 고객하이드로리크 힘: 유압 그리퍼는 높은 하이드로리크 힘을 생성할 수 있어 무거운 물체를 안정적으로 잡거나 고정하는 데 적합하다.
2.고정도와 정확도: 유압 그리퍼는 고정도와 정확도를 제공하며, 물체를 정밀하게 조작할 수 있다.
3.내구성과 장수명: 유압 그리퍼는 내구성이 뛰어나며, 오랜 시간 동안 신뢰성 있게 작동한다.
1. 중공업 및 건설: 크레인, 캐리어, 지게차 등의 중공업 장비에서 무거운 물체를 옮기거나 고정하는 데 사용된다.
2. 자동화 생산 라인: 자동화된 제조 라인에서 제품을 조립, 패킹 또는 검사하는 데 사용된다.
3. 광산 및 채광: 광산 및 채광 산업에서 원료나 광물을 처리하고 운반하는 데 활용된다.
4. 자동차 제조: 자동차 조립 라인에서 자동차 부품을 조작하고 조립하는 데 사용된다.
5. 재활용 및 폐기물 관리: 재활용 시설에서 재료를 분류하고 처리하는 데 사용된다.
1. 전기 모터: 전기 그리퍼는 전기 모터를 사용하여 작동한다. 이 모터는 전기력을 받아서 회전력을 생성한다.
2. 그립핑 메커니즘: 전기 그리퍼에는 그립핑 매커니즘이 있으며, 이것이 물체를 잡거나 고정한다. 그립핑 매커니즘은 일반적으로 장력을 조절하거나 클로징 액션을 수행하여 물체를 안정적으로 고정한다.
3. 제어 시스템: 그리퍼의 작동은 제어 시스템에 의해 조절된다. 이 시스템은 전기 모터를 제어하고 그립핑 메커니즘의 동작을 조작한다.
4. 전원 공급: 전기 그리퍼는 전원 공급을 통해 전기력을 받아서 작동한다.
5. 물체 조작: 제어 시스템은 전기 모터를 통해 그립핑 메커니즘을 움직여서 물체를 집거나 고정한다.
1. 정확성과 반복성: 전기 그리퍼는 높은 정확성과 반복성을 제공하여 정밀한 조작이 가능하다.
2. 효율성: 전기 그리퍼는 에너지 효율적이며, 필요할 때 전력을 공급할 수 있다.
3. 다양한 응용 분야: 전기 그리퍼는 다양한 크기와 형태의 물체를 다룰 수 있어 다양한 산업 및 로봇 응용 분야에 적용할 수 있다.
4. 낮은 유지 보수: 전기 그리퍼는 유지 보수가 비교적 간단하고 저비용이다.

2. 자동화 생산 라인: 제조업에서 제품을 운반, 조립, 패킹 또는 검사하는 데 사용된다.
3. 로봇 응용: 산업 로봇 팔에 부착하여 로봇이 물체를 집거나 이동하도록 돕는다.
4. 물류 및 창고 자동화: 창고에서 상품을 운반하거나 적재, 언로딩하는 과정에서 사용된다.
5. 검사 및 테스팅: 제품 또는 부품을 테스트하거나 검사할 때 사용된다.
6. 조립 및 제조: 제품 조립 라인에서 부품을 조립하거나 처리하는 데 활용된다.
1. 자석: 마그네틱 그리퍼에는 강력한 자석이 내장되어 있다. 이 자석은 그리퍼의 그립핑 부분에 위치하며, 물체를 당기거나 고정하는 데 사용된다.
2. 전원 제어: 마그네틱 그리퍼는 전원을 통해 자석을 활성화 또는 비활성화한다. 자석이 활성화되면 물체는 자석에 달라붙게 된다.
3. 물체 조작: 그리퍼의 제어 시스템은 자석을 활성화하거나 비활성화하여 물체를 집거나 놓을 수 있다.
2. 비접촉 그립핑: 마그네틱 그리퍼는 물체를 직접 접촉하지 않고도 그립핑할 수 있으므로, 미세한 물체나 환경에 민감한 물체를 손상시키지 않고 다룰 수 있다.
3. 고정도와 정밀도: 마그네틱 그리퍼는 높은 정밀도와 고정도를 제공하여 정밀한 조작이 가능하다.
4. 속도와 반복성: 그리퍼의 작동은 빠르며, 반복성이 뛰어나므로 고속 프로세스에 적합하다.
5. 유지보수 필요성 감소: 마그네틱 그리퍼는 감소된 마찰과 미끄럼 현상으로 인해 부품의 마모가 적으며, 유지보수가 간단하다.
1. 반도체 제조: 마그네틱 그리퍼는 반도체 공정에서 미세한 칩이나 부품을 조작하는 데 사용된다.
2. 의료 기기: 수술 로봇이나 의료 장비에서 민감한 생체 조직을 조작하거나 고정하는 데 사용된다.
3. 재료 핸들링: 마그네틱 그리퍼는 미세한 입자, 센서, 혹은 실험 장비의 핸들링에 적용된다.
4. 정밀 제조: 정밀 부품을 생산하는 과정에서 사용되며, 정밀한 어셈블리 작업에 활용된다.
5. 로봇 응용: 로봇 팔이나 로봇 그리퍼에 부착하여 로봇의 물체 조작 기능을 개선하는 데 사용된다.

6. 기술의 장점

로봇 그리퍼 기술은 다양한 분야에서 사용되며 다음과 같은 장점을 가지고 있다:

로봇 그리퍼 기술은 제조업, 물류, 의료, 농업, 우주 탐사, 건설, 자동차 제조 및 기타 다양한 분야에서 사용되며, 이러한 장점들을 통해 효율성을 높이고 생산성을 개선하는 데 중요한 역할을 하다.

7. 한계

- 불규칙한 형태를 가지거나 단단하지 않은 표면을 가진 물체를 잡을 때 로봇 그리퍼가 제대로 작동하지 못할 수 있다.
ex) 미끄럽거나 젖은 표면, 부서지기 쉬운 물체
- 자동차에 있는 자율주행 모드도 아직 사람을 제대로 인식하지 못한다. 그런데 로봇 그리퍼는 더욱 다양한 물체들을 gripping 하기 위해선 어떻게 잡아야 하는지 인식이 되어야 하는데 인식의 오류가 생길 경우 작동에 문제가 나타난다. 즉 로봇 그리퍼는 변화에 유연하지 못하고, 만약 사람을 다른 물체도 잘못 인식할 경우 큰 인명사고가 생길 수 있다.

고도로 발달한 로봇 그리퍼라면 위 문제들이 해결될 수도 있겠지만 현실적으론 많이 불가능하다. 작은 물체를 잡기위해선 최대한 정밀하게 이를 집어야하지만 만약 젖은 박스를 주워야한다면 최대한 표면적을 넓게하여 박스가 찢어지지 않게 그리퍼를 바꿔야하는데 이를 자유자재로 작동하기엔 아직 기술이 발전하지 못했다.

8. 실제 사례


1. 삼성웰스토리와 레인보우로보틱스의 협업
- 로봇 팔을 생산해내는 국내 기업 레인보우로보틱스가 삼성웰스토리와 협업하여 급식 조리에 최적화된 로봇팔을 개발하여 실제 급식 사업장에 도입, 확산해나가고 있다.
https://blog.naver.com/kips1214/223198733032

2. 산업통상자원부는 13일 만도넥스트M에서 방문규 장관 주재로 첨단 로봇산업 전략회의를 개최해 이같은 내용의 ‘첨단 로봇산업 비전과 전략’을 발표했다.
그 내용을 자세히 살펴보면, 첫째 2030년까지 민관 합동으로 3조원 이상을 투자해 기술, 인력, 기업 경쟁력을 강화한다.
그 일환으로 5개 하드웨어 기술과 3개 소프트웨어 기술 등 8대 핵심 기술을 확보한다. 또 첨단로봇 산업을 이끌어 갈 전문 인력 1만 5000명 이상을 양성하고, 매출액 1000억원 이상의 지능형 로봇 전문 기업도 30개 이상 육성한다.
https://blog.naver.com/mocienews/223292517240

3. 우리나라 CJ대한통운에서도 팔레트에 쌓인 상자들을 컨베이어벨트로 옮겨주는 ‘AI 로봇 디팔레타이저’를 사용화하는데 성공하였다. (이 로봇은 3D 이미지 감지, Ai 딥러닝 기술이 탑재되어 있어 상자의 모양과 높이가 달라도 한 번에 2개까지 옮길 수 있다.)
https://www.klnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=301218

4. 로봇 팔이 산업에만 쓰이는 것은 아니다. 카이스트와 서울대병원의 공동연구에서 팔을 움직일 때 발생하는 대뇌 피질 신호를 인공지능에 학습시켜 생각만으로 로봇 팔을 움직이는 기술을 개발하였다. -> 의료용으로 쓰이게 되어 팔이 없는 사람들을 위한 기계로도 쓰인다.
https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2022/10/24/4V7BUTYDCRA2HALZOLIGAFAZKA/

5. 한국스트라이커는 인공관절수술 로봇팔 ‘마코’를 서울에 이어 부산경남지역 병원에도 도입하였다. 이 로봇팔은 로봇인공관절수술을 도와주는 기계로 실제로 FDA 승인을 받은 의료로봇이다.
http://www.bosa.co.kr/news/articleView.html?idxno=2117963

9. 관련 회사

9.1. 국내 제조사

9.2. 해외 제조사

10. 시장 규모


파일:전세계 로보틱스 시장.png
[단위 : 억 달러]

(아무래도 로봇 그리퍼 기술은 산업용 로봇, 상업용 로봇에 거의 필수적으로 부착되어있는 요소이므로 로봇 시장 규모에 따라 발전정도를 확인할 수 있다.)

- 2022년 세계 산업용 로봇 시장 규모 324억 달러
시장조사 기관 Statista의 조사에 따르면 전 세계 로보틱스 시장 매출은 2022년 324억 1000만 달러를 기록할 것으로 추산되며 다음 그림과 같이 큰 상승률을 보이며 발전해 왔다는 것을 확인할 수 있다.

- 로봇공학 산업 벤처캐피탈 투자 유치액 65억 달러
ABI Research의 조사에 따르면, 로봇공학 산업의 밴처캐피털 투자 유치액이 2021년에사 2022년 사이 38% 증가하면서 총 65억 달러를 기록한 것으로 전해진다. 상업용 로봇의 투자 규모가 산업용 로봇의 투자 규모를 뛰어넘었는데, 투자 규모가 가장 많았던 분야는 헬스케어 및 삶의 질(QOL)의 분야로 전체 투자의 금액의 18.8%를 기록했다. 산업용 로봇에서는 제조 로봇 분야가 7%로 가장 큰 비중을 차지했다.

- 세계 시장 규모
아시아는 세계 최대 산업용 로봇 시장이다. 2020년에는 266,452대가 설치되었으며, 이는 2019년 249,598대 대비 7% 증가. 새로 배치된 로봇 중 71%가 로봇에 설치되었다. 2015년부터 2020년까지 연간 로봇 설치 수는 매년 평균 11% 증가하였다.
전체적으로 중국에서는 강하게 성장한 반면(168,377대), 일본 시장(38,653대)와 한국 시장(30,506대)이 어려움을 겪었다.

두 번째로 큰 시장인 유럽은 총 설치된 산업용 로봇이 67,700대이다.
2018년 75,560대를 정점으로 매년 연속 감소세를 보이고 있다.
가장 설치 수가 많은 이탈리아(8,525대)와 프랑스(5,368대)들은 코로나19 팬데믹으로 인해 상반기에 장기간 엄격한 봉쇄 조치가 취해졌다.그로 인해 시장이 크게 발전하지는 못하였다.

하지만 현재 코로나19 바이러스가 거의 사라져가고, 경제활동이 다시금 활성화가 되었기에 수많은 장점과 역할을 할 수 있는 로봇 그리퍼의 기술은 좋은 전망을 가질 것이라고 예측할 수 있다.

11. 출처

1.EVS, 'Robot Gripper: What It Is and How It Is Used for Robots'https://www.evsint.com/what-is-a-robot-gripper/
2.'Industrial Robot History'https://www.robots.com/articles/industrial-robot-history
3.SoftGripping, 'A Comprehensive Guide To Grippers'https://soft-gripping.com/discover/a-comprehensive-guide-to-grippers/
4.Universal Robots, 'Magnetic Grippers For Manufacturers'https://www.universal-robots.com/blog/magnetic-grippers-for-manufacturers/
5.HVR MAG, 'Types of grippers used in manufacturing'https://www.hvrmagnet.com/news/magnetic-grippers-132.html
6.Machine Design, 'A history of gripping and gripper technologies and the available options for today's engineer'https://www.machinedesign.com/markets/robotics/article/21833349/a-history-of-gripping-and-gripper-technologies-and-the-available-options-for-todays-engineer
7.SCHMALZ, 'Magnetic Grippers'https://www.schmalz.com/en/vacuum-knowledge/the-vacuum-system-and-its-components/special-grippers/magnetic-grippers/
8.ROWSE pneumatics, What Are Pneumatic Grippers?'https://www.rowse-pneumatics.co.uk/blog/post/what-are-pneumatic-grippers
9.Handling Concepts, 'Below-The-Hook Lifting Devices'https://www.handlingconcepts.co.uk/hydraulic-grippers/
10.Universal Robots, 'Robot Gripper Showdown: Air Gripper vs. Electric Gripper'https://www.universal-robots.com/blog/robot-gripper-showdown-air-gripper-vs-electric-gripper/

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