접착력의 능동 제어와 촉각 센싱이 가능한 스마트 그리핑 표면의 적층제조

Abstract

제조업의 생산기술 패러다임이 변화함에 따라 스마트 팩토리 구축을 위한 첨단화 및 지능화 기술들의 필요성이 증대되고 있으며, 특히 고도의 자동화 생산을 구현하기 위해서는 지능형 로봇 기술 도약이 필수적이다. 로봇 그리핑 시스템은 제조 산업의 다양화로 인하여 적용 범위가 넓어졌으며, 수동적이고 전통적인 그리핑 방법으로는 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 기계적으로 유연하면서도 접촉을 감지할 수 있는 촉각 센싱 기능과 접착력을 가역적으로 제어가능한 3차원 2-in-1 스마트 그리핑 표면구조를 제안한다. 광경화성 수지 조형 방식(SLA)의 적층제조 방식을 이용하여 마이크로 미터 크기의 3차원 접착 표면을 제작하고, 은 나노 와이어로 구성된 전극 패턴 형성과 탄성중합체(elastomer)를 코팅함으로써 전자접착(electroadhesion)을 유도하여 그리핑이 가능하다. 이때 형성된 전극은 콘덴서 구조를 가지며, 표면구조와 접촉될 때 발생하는 전기용량(capacitance)의 변화율을 측정함으로써 접촉 면적, 접촉력, 접촉 깊이, 재질에 따라 촉각 감지를 구현할 수 있다. 0-3kV의 인가되는 외부 전압에 따라 전기접착력의 크기가 변화하며, 이때 인가 전압을 조절하여 접착력 조작한다. 또한, 적층 제조 기술을 활용하면 다양한 형상을 가지는 마이크로 표면 구조를 제작하여 성능을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 각도, 접착표면의 모양, 스케일의 변화에 따른 기계적 물성을 측정하여, 다양한 조건에서의 측면 접착력(lateral adhesion)과 전기용량 변화를 분석한다. 또한 3차원 접착 표면을 로봇 그리퍼에 적용하여 가용 파지력(gripping force)를 정량적으로 평가한다.