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다양한 식자재 썰고, 잡고, 운반하고…식품산업용 로봇 그리퍼로 해결한다

가격 낮추고 효율 높인 국산 그리퍼 개발에 주목

[산업일보]
식품산업에서 로봇은 주로 자재 취급 및 포장 작업을 위한 생산 시스템에 적용해 왔지만 5G, 인공지능(AI) 등의 첨단기술과 융합한 로봇 응용 프로그램, 하드웨어 제작기술의 발전으로 음식 조리, 서빙, 설거지, 배달 등의 분야로 활용 폭이 커지고 있다. 특히 코로나19의 영향으로 감염 방지와 비대면 문화의 확산이 이러한 식품로봇(Food Robotics) 적용의 촉매 역할을 하고 있다.

다양한 식품로봇 중에서 음식 조리 및 보조로봇의 경우에는 기존 제조 분야에서 적용해 왔던 그리퍼(Gripper)와 달리 다양한 형태의 식품을 잡고 썰고 이동시킬 수 있어야 한다.

사람의 경우에는 두 손을 자유롭게 움직여서 다채로운 요리를 만들고 채소 등을 다듬고 써는 등의 작업을 복합적으로 수행 할 수 있지만 로봇의 경우에는 작업에 따라 로봇팔의 끝단에 툴체이저(Tool Changer)를 부착한 후 그리퍼를 교체하며 작업을 진행해야 한다.

이러한 시장 상황으로 인해 식품로봇에 적용할 수 있는 그리퍼 개발이 한창이다. 정부출연연구기관에서 개발을 수행하거나 로봇을 활용해 식품사업을 진행하려는 기업에서는 적용 사업에 맞는 그리퍼를 주문 제작하는 모습이다.

최근 한국기계연구원에서는 문어다리를 닮은 흡착형 그리퍼를 개발했다. 작업에 따라 그리퍼를 교체하는 대신 하나의 그리퍼로 다양한 작업을 수행할 수 있는 것이 특징이다.
다양한 식자재 썰고, 잡고, 운반하고…식품산업용 로봇 그리퍼로 해결한다
▲한국기계연구원에서 개발한 문어다리를 닮은 흡착형 그리퍼. 개발된 그리퍼는 물체를 감싸 안는 형상으로 변형된 후 벌집 구조 내의 육각형의 유연 구멍들이 문어 빨판처럼 세부 형상과 일치하도록 변형되어 흡착한다.(자료 : 한국기계연구원)

이 연구는 기계연 기본 사업 ‘올인원 로봇 작업 시스템을 위한 스마트 엔드 이펙터’ 과제의 지원을 받아서 수행한 것으로, 한국기계연구원 로봇메카트로닉스연구실에 따르면, 개발한 흡입형 그리퍼를 이용하면 다양한 물체를 파지(把持, 꽉 움키어 쥐고 있음)할 수 있다.

예를 들면, 가스레인지의 손잡이를 돌려서 불을 켜거나 호떡을 뒤집을 수도 있으며, 무거운 주전자 손잡이를 잡고 뜨거운 물을 붓는 것도 가능하다.

최근 개최한 2021 로보월드(ROBOT WORLD)에도 다양한 식품로봇이 참관객들을 맞았다.
다양한 식자재 썰고, 잡고, 운반하고…식품산업용 로봇 그리퍼로 해결한다
▲(주)플레토로보틱스(Folletto Robotics)가 2021 로보월드에서 선보인 무인 카페에서 로봇바리스타가 주문한 커피를 준비하고 있다.

이 전시회에 참가한 (주)플레토로보틱스(Folletto Robotics)는 무인 카페인 해피본즈(Happy Bones)를 선보였다. 전시장을 참관하러온 참관객에게 이 회사 관계자는 커피를 주문받은 후 만드는 과정을 소개하고, 바리스타로봇이 만든 아이스커피를 증정했다.

이 업체에 따르면, 무인 카페를 기획하고 바리스타 로봇을 통해 커피서비스를 제공하려고 할 때 그리퍼가 적합하지 않았다. 컵을 파지하고 이동시킬 수 있어야 하는데 자칫 액체 상태의 음료를 쏟을 수 있어서, 이를 개선하기 위해 전용 그리퍼를 제작해 음료를 제조하는 과정에서 필요한 동작의 안정성 및 안전성을 높였다.

로봇과 그리퍼 가격, 확산의 걸림돌로 작용
고려대학교 지능로봇연구실 송재복 교수 연구팀은 최근 개최된 2021 로보월드에서 당근, 파프리카 등의 모형 식자재를 협동로봇이 도마 위로 운반하고 칼로 써는 데모시연을 선보였다.
다양한 식자재 썰고, 잡고, 운반하고…식품산업용 로봇 그리퍼로 해결한다
▲고려대학교 지능로봇연구실 송재복 교수

송재복 교수는 “기존의 툴체이저는 굉장히 고가의 제품이다. 때문에 로봇생태계 구현을 위해서는 가격을 낮추는 것이 관건이라고 생각하고 다양한 연구를 진행하면서 자동툴체인저와 그리퍼를 개발했다.”고 밝혔다.

“개발한 툴체인저에는 모터가 탑재돼 있지만 그리퍼에는 제어기나 모터가 없는 무동력으로 설계했다. 이를 통해 기존 툴체인저나 그리퍼 대비 절반 이하로 가격을 낮추는 동시에 자동으로 교환할 수 있도록 시스템을 구성해 작업시간과 효율은 높인 것이 강점이다.”고 덧붙였다.
다양한 식자재 썰고, 잡고, 운반하고…식품산업용 로봇 그리퍼로 해결한다
▲고려대학교 지능로봇연구실 송재복 교수 연구팀은 2021 로보월드에서 자동툴체인저를 장착한 로봇이 식자재를 절단하고 크리퍼를 자동교체하면서 움직이는 데모시연을 선보였다.

송 교수에 따르면, 전시장에 설치한 시연부스의 그리퍼는 4개만 보여주고 있지만 사용자의 요청에 따라서는 6~10개까지도 자동으로 교환할 수 있는 시스템으로 구성이 가능하다. 또한 식품 분야의 적용뿐만 아니라 셀 제조방식의 생산시스템에도 적용이 가능하다.

앞으로 연구팀은 현재의 개발시스템을 보다 발전시키기 위해 인공지능(AI)기술을 적용할 계획이다.

송 교수는 “예를 들면, 다양한 식자재와 여러 개의 그리퍼가 있을 때 AI기술을 기반으로 사람의 개입없이 식자재별로 적합한 그리퍼를 선택하고 툴을 교체해 정확한 위치로 이동시킨 후 식자재를 파지 후 자동으로 작업을 진행하게 될 것이다. 특히 절단 크기 등 세부적이고 구체적인 부분까지도 작업할 수 있도록 만드는 것을 목표로 삼고 있다.”고 말했다.

그는 이번에 개발한 자동툴체인저와 그리퍼 기술을 통해 내년에는 연구실 벤처로의 창업도 계획하고 있다며, 그리퍼 분야로 특화된 기업으로 발전시켜 국내뿐 아니라 해외로 뻗어가는 기업으로 성장시키고 싶다고 포부를 밝혔다.
김원정 기자 sanup20@kidd.co.kr

제조기업 강국이 되는 그날까지, 공장자동화 스마트팩토리에 대한 뉴스를 기획·심층 보도하겠습니다.

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