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 최근 인간과 로봇 사이의 협업을 수행하는 로봇에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이러한 인간-로봇 협업은 작업 도중에 인간과 로봇이 충돌할 위험성이 있다. 본 연구에서는 인간-로봇 협업의 충돌 안전성을 확보하기 위한 두 가지 해결책을 제시하였다. 첫 번째는 인간-로봇 충돌로 인한 작업자의 상해를 최소화하기 위한 충돌 감지이고, 두 번째는 근본적으로 안전한 로봇 팔을 설계하기 위한 인간-로봇 충돌모델이다.

본 연구에서는 두 가지 충돌감지 방법을 제안하였다. 첫 번째로 외부 환경과 물리적 상호작용을 수행하는 로봇의 충돌 감지 방법과 센서를 사용하지 않고 충돌을 감지하는 방법을 제안하였다. 협업 로봇이 수행하는 작업은 매우 다양하며, 이러한 작업의 대부분은 하중의 취급, 힘 제어와 같은 로봇과 외부환경 사이의 물리적인 상호작용을 수반한다. 그러나 기존의 충돌감지 방법은 주로 로봇의 모델에 기반하며, 로봇과 외부환경 사이의 물리적인 상호작용을 모델링하는 것은 현실적으로 불가능하므로 기존의 충돌감지 방법은 협업 로봇에 적용하는 것은 많은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 외부환경에 대한 정보를 사용하지 않고 외부환경과 물리적 상호작용을 수행하는 로봇에 발생한 충돌을 감지할 수 있는 방법을 제안하였다. 이를 위하여 작업으로 인한 외력과 무관하고 충돌에는 민감한 충돌 감지 지수를 선형 공간 투영(linear space projection)에 기반하여 개발하였다. 제안된 충돌감지 방법은 7자유도 로봇 팔을 이용한 실험을 통하여 검증하였으며, 실험 결과를 통하여 신뢰할 수 있는 수준의 충돌감지가 가능함을 확인하였다.

두 번째로 센서를 사용하지 않는 충돌감지 방법을 제안하였다. 산업 현장에서 사용되는 로봇의 대부분은 이러한 센서가 장착되어 있지 않다. 따라서 센서에 기반한 기존의 충돌감지 방법은 산업용 로봇에 적용할 수 없었다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 추가적인 센서의 사용 없이 로봇의 엔코더와 모터 전류만을 이용하는 충돌감지 방법을 제안하였다. 이를 위하여 관측기를 이용하여 충돌로 인한 외부 토크를 추정하였으며, 감속기의 마찰모델을 개발하였다. 7 자유도 로봇 팔을 이용하여 제안된 충돌감지 방법의 성능을 검증하였다.

근본적으로 안전한 로봇을 설계하기 위해서는 반드시 로봇의 설계 과정에서 충돌 안전성 평가가 수행되어야 하며, 그 결과가 로봇의 설계에 반영되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 로봇의 설계 변수들과 충돌 안전성 사이의 관계를 나타내는 인간-로봇 충돌모델을 제안하였다. 개발된 충돌 모델을 사용하면 안전한 로봇 팔을 설계하기 위한 설계변수들을 체계적으로 결정할 수 있다.

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