로봇은 대부분 산업 용도로서 발달해 왔습니다. 주로 공장의 조립 라인, 부품 공급용, 용접용 등 매니퓰레이터 형태로 활용되고 있으며, 부품 이송 등에 사용되는 자율 주행형 로봇도 있습니다. 또한 최근에는 인형 로봇과 애완 동물 형 로봇, 로봇 청소기 등도 제품화 되어 로봇은 우리에게 친숙한 존재가 되었습니다. 이러한 로봇에는 어떤 센서가 사용되고 있는지 알아보도록 하겠습니다.
로봇 센서란?
우선 센서에 대해 이야기 하기에 앞서 로봇 본체의 움직임 제어에 대해 알아보겠습니다. 로봇의 동작을 제어 하려면 기본적으로 컨트롤러, 액추에이터, 메커니즘, 센서가 구성되어야 합니다. 그리고 제어계에는 오픈 루프 제어(열린 루프)나 시퀀스 제어 등도 있지만, 일반적으로 피드백(닫힌 루프) 제어를 이용합니다. 콘트롤러(컴퓨터 등)로부터의 명령을 액추에이터(모터, 실린더 등)가 실시해, 이 작용으로 메카니즘(로봇 팔 등)이 동작합니다. 그리고 이 동작 결과를 센서가 감지하여 컨트롤러에 통지합니다. 로봇은 기본적으로 이 루프에서 반복적으로 작동하고 제어합니다. 그리고 실제로는 컨트롤러로부터의 명령을 복수의 액추에이터가 동시에 실시하고, 추종 제어와 같이 명령 값이 시간에 따라 변화하는 제어를 실시하는 것으로 로봇은 복잡한 동작을 매끄럽게 실현합니다.
이러한 로봇 동작 제어 중에서 로봇 센서는 일반적으로 내부 센서와 외부 센서 두 가지로 구분 됩니다. 내부 센서는 로봇 본체의 내측에 있어서 본체 용으로 사용되는 것이고, 외부 센서는 본체 외부의 주위 환경 용입니다. 각각에 대해 더 자세히 알아보자면 다음과 같습니다.
(1) 내부 센서
내부 센서로서는 전압 센서, 전류 센서 등 동력원에 관련된 것과, 위치 센서는 기준이 되는 위치를 스위치로 검지하는 것이나, 엔코더, 포텐쇼미터에 의한 회전 각도 검출을 하는 것, 거리 센서, TOF (Time On Flight) 센서 등 이 있습니다. 또한 속도 센서, 각도 센서 등 선회, 회전, 상하 좌우, 굽힘 등의 움직임에 대한 것들도 있으며, 자세를 감지하는 경사계, 가속도 센서, 각속도 센서, 지자기 센서 등도 있습니다. 이상 검출에는 왜곡 게이지, 온도 센서, 충격 센서 등이 사용됩니다.
(2) 외부 센서
로봇 주변 환경에 대한 센서는 인간의 오감에 관련된 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각에 해당하는 것과 근접 거리 센서, 힘 센서 등으로 나눌 수 있습니다. 우선 시각에 해당하는 것에는 카메라에서 사용되는 이미지 센서, 광 검출에 사용하는 포토 트랜지스터 등이 있습니다. 또한 청각으로는 마이크를 비롯한 소리 센서 등이 있습니다. 촉각에는 압력 센서, 진동 센서, 기압 센서, 온도 센서, 습도 센서 등이 있으며, 후각에서는 가스 센서 등, 미각에서는 화학 센서의 일종인 미각 센서 등이 있습니다. 근접 거리 센서에서는 적외선 센서나 초음파 센서, 레이저 변위 센서 등 TOF 센서가 사용됩니다. 또한 스테레오 카메라에서 이용되고 있는 삼각측량형의 거리 센서 등이 있습니다. 힘 센서는 3축/6축 힘/토크 센서 등을 예로 들 수 있습니다. 로봇 주변의 안전한 환경을 유지하기 위한 안전 센서도 설치될 수 있습니다.
로봇 센서의 기술은 꾸준히 발전 예정
세계적으로 생산 인구가 감소함에 따라 인력 공백에 대처하기 위해 로봇이 그 수단으로 각광받고 있습니다. 인구 감소는 일시적인 현상이 아니므로 로봇에 대한 수요는 꾸준히 늘어갈 것으로 보입니다. 이렇게 산업적으로 로봇 시장은 더욱 더 확장되는 경향을 보이고 있으며, 가전 용이나 완구 용 등도 소비자 수요 상승에 따라 급속한 시장 발전을 이루고 있습니다.
많은 종류의 로봇이 사용됨에 따라 그에 사용 되는 센서에 대한 거대한 수요도 불가피합니다. 센서는 저전력, 소형화의 방향으로 개발될 것으로 보이며, 제조에 있어서는 MEMS(Micro-Electro Mechanical System)라 불리는 초소형 전자 기계 시스템 기술의 향상이 보다 강하게 요구되고 있습니다. 생체에 관련해서는 바이오 센싱 등의 대응도 포함하여 관련 기술 개발이 추가적으로 활발하게 진행될 것으로 예상됩니다.
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