용어집

그리퍼란 로봇이 물체를 집거나 놓을 수 있도록 팔 끝에 부착하는 파지(把持) 장치이다. 로봇팔은 그리퍼 없이 물체를 직접 다룰 수 없기 때문에, 작업 목적에 맞는 그리퍼를 장착해야 조립·포장·이송 등의 작업을 수행할 수 있다. 두 개 이상의 핑거(finger)가 열리고 닫히며 물체를 쥐는 방식이 가장 일반적이며, 진공으로 표면을 흡착하는 방식이나 전자석을 이용하는 방식도 널리 쓰인다. 예를 들어 자동차 조립 라인에서 볼트를 집어 지정 위치에 놓는 로봇팔 끝에는 볼트 크기에 맞춘 2핑거 그리퍼가 사용된다. 엔드 이펙터(end effector)는 그리퍼를 포함하는 더 넓은 개념으로, 용접 토치나 페인팅 노즐처럼 물체를 직접 집지 않는 도구도 모두 엔드 이펙터에 해당한다.

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라이다(LiDAR, Light Detection and Ranging)란 레이저 빛을 쏘고 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 주변 환경의 거리와 형상을 3차원으로 파악하는 센서다. 카메라는 색과 밝기를 기록하지만 거리를 직접 재지 못하는 반면, 라이다는 빛의 왕복 시간을 이용해 수십 미터 밖 물체까지 정밀한 거리 정보를 얻을 수 있어 로봇이 공간을 인식하는 데 활용된다. 측정 결과는 수만~수백만 개의 점으로 이루어진 '포인트 클라우드'라는 3차원 지도 형태로 표현된다. 자율주행 로봇이 창고 안을 돌아다닐 때 전방 장애물까지의 거리를 실시간으로 계산해 충돌을 피하는 것이 대표적인 활용 예다. 초음파 센서도 거리를 재는 센서지만, 라이다에 비해 측정 범위와 해상도가 낮아 정밀한 3차원 지도 작성에는 적합하지 않다.

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엔코더란 모터나 회전축의 움직임을 전기 신호로 변환하여 위치·속도·방향을 측정하는 센서이다. 로봇이 관절을 얼마나 돌렸는지 스스로 파악해야 목표 자세에 정확히 도달할 수 있기 때문에, 엔코더는 모터 제어에서 빠질 수 없는 피드백 장치다. 예를 들어, 6축 로봇팔은 각 관절마다 엔코더를 달아 현재 각도를 실시간으로 읽으면서 모터를 조절한다. 엔코더는 크게 회전량을 누적해 세는 증분형(Incremental)과, 전원이 꺼져도 절대 위치를 기억하는 절대형(Absolute)으로 나뉜다. 엔코더가 위치를 '측정'하는 장치라면, 서보 모터는 그 측정값을 이용해 위치를 '제어'하는 구동 장치라는 점에서 구분된다.

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자유도(DOF)란 로봇이 독립적으로 움직일 수 있는 방향 또는 축의 수를 말한다. 자유도가 높을수록 로봇이 더 다양한 자세와 경로로 움직일 수 있어, 복잡한 작업을 수행하는 데 유리하다. 예를 들어 6축 산업용 로봇팔의 자유도는 6으로, 팔 끝을 공간 안의 원하는 위치에 놓으면서 방향까지 자유롭게 조절할 수 있다. 자유도는 로봇 관절의 수와 종류에 따라 결정되며, 회전 관절 하나는 보통 자유도 1을 제공한다. 자유도와 혼동하기 쉬운 '작업 공간(workspace)'은 자유도 수가 아니라 로봇 끝단이 실제로 도달할 수 있는 공간의 범위를 가리킨다.

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가반하중이란 로봇이 정해진 동작 범위 안에서 안전하게 들어 올리거나 이동시킬 수 있는 최대 하중이다. 이 값을 초과하면 구동부에 과부하가 걸려 동작 정밀도가 떨어지거나 고장으로 이어질 수 있다. 산업 현장에서 로봇을 선정할 때 가장 먼저 확인하는 사양 중 하나로, 조립·팔레타이징·용접 등 작업에 맞는 로봇을 고르는 기준이 된다. 주의할 점은 가반하중에 그리퍼나 공구 같은 엔드이펙터의 무게도 포함된다는 것이다. 예를 들어 가반하중 10 kg인 로봇팔에 무게 3 kg짜리 그리퍼를 달면, 실제로 파지할 수 있는 물체의 무게는 7 kg이 된다. 가반하중은 로봇이 닿을 수 있는 최대 거리를 뜻하는 작업 반경(리치)과는 다른 개념으로, 두 값을 함께 확인해야 로봇의 실제 작업 능력을 파악할 수 있다.

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관절공간이란 로봇의 각 관절 값(회전 관절의 각도, 직선 관절의 변위)을 좌표로 삼아 로봇의 자세를 표현하는 공간이다. 로봇을 제어할 때 모터가 직접 다루는 값이 관절 값이므로, 관절공간에서 경로를 계획하면 각 모터의 움직임을 직접 설계할 수 있다. 예를 들어 6축 산업용 로봇팔은 여섯 개의 관절 각도로 하나의 자세를 나타내며, 이 여섯 값의 조합 전체가 관절공간을 이룬다. 관절공간 경로 계획은 용접·도장 자동화처럼 팔이 부드럽게 연속 동작해야 하는 현장에서 폭넓게 쓰인다. 관절공간은 로봇 끝단(엔드이펙터)의 위치와 방향으로 표현하는 작업공간(Task Space)과 구별되며, 두 공간 사이를 변환하는 것이 순기구학과 역기구학이다.

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서보모터란 위치·속도·토크를 목표값에 맞게 정밀하게 유지할 수 있도록 피드백 장치가 내장된 모터이다. 일반 DC 모터는 전원을 넣으면 그냥 회전하지만, 서보모터는 현재 상태를 측정해 목표와의 오차를 스스로 줄이는 방식으로 동작하기 때문에 원하는 각도나 속도에 정확히 맞출 수 있다. 이러한 특성 덕분에 반복 작업의 정밀도가 요구되는 곳에 적합하다. 산업용 로봇팔의 각 관절에 서보모터가 달려 있어, 지령한 각도로 정확히 멈추고 다시 같은 위치로 돌아올 수 있다. 스테핑 모터도 정밀 제어에 활용되지만, 서보모터는 실시간 피드백으로 부하 변화에도 위치 오차를 보정한다는 점에서 구분된다.

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작업영역이란 로봇의 끝단(엔드이펙터)이 물리적으로 도달할 수 있는 공간의 전체 범위를 말한다. 로봇 팔의 각 관절이 움직일 수 있는 각도와 링크의 길이가 작업영역의 크기와 형태를 결정한다. 실제 현장에서는 용접이나 조립 라인을 설계할 때 로봇이 목표 지점에 닿을 수 있는지 확인하기 위해 작업영역을 먼저 파악한다. 예를 들어, 6축 산업용 로봇팔은 관절 구조 특성상 본체 주변을 감싸는 구형(球形)에 가까운 작업영역을 가지며, 팔이 완전히 펴지는 최대 반경과 기구 구조상 손이 닿지 않는 사각지대가 함께 존재한다. 한편 작업영역은 위치에 도달할 수 있는지만 나타내며, 그 위치에서 엔드이펙터가 어떤 방향(자세)을 취할 수 있는지는 별도로 검토해야 한다.

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협동로봇이란 사람과 같은 작업 공간에서 안전하게 함께 작동할 수 있도록 설계된 로봇이다. 기존 산업용 로봇은 빠른 속도와 강한 힘 때문에 반드시 안전 울타리 안에서만 운용해야 했지만, 협동로봇은 충돌 감지 기능과 출력 제한 설계를 갖춰 사람 옆에서 바로 사용할 수 있다. 예를 들어 전자제품 조립 라인에서 협동로봇이 나사를 조이는 동안 작업자가 바로 옆에서 부품을 올려놓는 방식으로 함께 일한다. 반복적이거나 정밀도가 필요한 작업은 로봇이 담당하고, 판단이 필요한 부분은 사람이 맡는 역할 분담이 가능해 중소 제조 현장이나 물류·의료 보조 분야에 널리 쓰인다. 협동로봇과 산업용 로봇은 모두 자동화 장비이지만, 산업용 로봇은 사람과 반드시 분리된 구역에서만 운용해야 한다는 점이 다르다.

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무인운반차(AGV)란 사람이 직접 조종하지 않아도 미리 정해진 경로를 따라 스스로 이동하며 화물을 운반하는 차량이다. 공장이나 물류 창고에서 반복적인 자재 이송 작업을 자동화하여 인력 부담을 줄이고 운반 실수를 줄이기 위해 도입된다. 바닥에 붙인 자기 테이프, 레이저 반사판, 또는 QR 코드 등 다양한 방식으로 경로를 인식해 주행한다. 자동차 조립 공장에서 엔진 부품을 실은 AGV가 바닥의 자기 테이프 선을 따라 각 조립 공정으로 자동 이동하는 것이 대표적인 사례이다. 비슷해 보이는 자율이동로봇(AMR)은 고정 경로 없이 주변 환경을 스스로 인식하여 경로를 실시간으로 결정한다는 점에서 AGV와 구분된다.

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반복정밀도란 로봇이 동일한 명령을 여러 번 실행했을 때 매번 도달하는 위치가 얼마나 일정하게 모이는지를 나타내는 지표다. 자동화 공정에서는 같은 동작을 수백·수천 번 되풀이하므로, 끝점 위치가 조금씩 달라지면 조립 불량이나 작업 오류로 이어진다. 예를 들어 자동차 생산 라인의 용접 로봇은 매 사이클마다 토치를 정확히 같은 지점에 가져다 대야 하는데, 이 일관성이 반복정밀도로 평가된다. 정확도(Accuracy)와 혼동하기 쉬운데, 정확도는 지정한 목표 위치에 얼마나 가깝게 도달하는지를 뜻하고, 반복정밀도는 같은 동작을 반복할 때 결과가 얼마나 일관되는지를 뜻한다. 따라서 반복정밀도가 높더라도 목표 위치에 정확히 도달한다는 보장은 없다.

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액추에이터란 전기·유압·공압 등의 에너지를 받아 실제 물리적 운동(회전, 직선 이동 등)을 만들어 내는 장치이다. 로봇이 계산한 명령을 실제 힘과 움직임으로 변환해야만 물체를 잡거나 이동하는 동작이 가능하기 때문에 반드시 필요하다. 산업용 로봇팔의 각 관절에는 모터 형태의 액추에이터가 달려 있어, 제어기의 신호를 받아 팔을 원하는 각도로 회전시킨다. 센서가 환경 정보를 '읽는' 장치라면, 액추에이터는 반대로 환경에 '작용하는' 장치라는 점에서 구분된다.

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엔드이펙터란 로봇팔의 끝단에 부착되어 실제 작업을 직접 수행하는 장치이다. 로봇팔(매니퓰레이터)은 끝점의 위치와 방향을 결정하는 역할을 할 뿐이며, 물체를 집거나 용접하거나 도색하는 등의 구체적인 작업은 엔드이펙터가 담당한다. 물체를 잡는 그리퍼, 용접 토치, 진공 흡착 패드, 페인트 스프레이건 등이 모두 엔드이펙터에 해당하며, 예를 들어 자동차 조립 라인에서 차체 패널을 들어 올리는 진공 흡착 패드가 대표적인 예이다. 동일한 로봇팔에도 작업 종류에 따라 서로 다른 엔드이펙터를 교체해 장착할 수 있어 한 대의 로봇으로 다양한 공정을 처리할 수 있다. 엔드이펙터는 팔 전체를 가리키는 매니퓰레이터와 구별되며, 팔의 끝에 탈부착되는 부분만을 의미한다.

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관성측정장치(IMU)란 가속도계와 자이로스코프를 하나의 모듈에 결합하여 물체의 가속도와 각속도를 측정하는 센서 장치이다. 로봇이 GPS 신호 없이도 자신의 움직임 방향과 자세를 실시간으로 파악할 수 있도록 해 주기 때문에, 실내 주행이나 빠른 동작 제어에 널리 쓰인다. 예를 들어 드론은 IMU로 기울기와 회전 속도를 측정해 공중에서 수평 자세를 스스로 유지한다. 자기계(지자기 센서)를 추가로 탑재한 9축 IMU는 나침반 방향(방위각)까지 함께 측정할 수 있는데, 이를 6축 IMU와 혼동하지 않도록 주의해야 한다. IMU는 측정값을 시간에 따라 누적하는 특성상 오차가 서서히 쌓이는 드리프트 현상이 생기므로, 실제 시스템에서는 GPS나 카메라 같은 다른 센서와 융합하여 정확도를 보완한다.

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매니퓰레이터란 여러 개의 관절(조인트)과 링크가 연결되어 물체를 집거나 이동·가공하는 작업을 수행하는 로봇 팔이다. 사람의 팔과 유사한 구조로 3차원 공간에서 다양한 방향으로 움직일 수 있어, 정밀하고 반복적인 작업을 자동화하는 데 활용된다. 자동차 공장의 용접·도장 공정, 전자 부품 조립, 물류 센터의 피킹 작업 등 산업 현장에서 널리 쓰인다. 예를 들어 6축 산업용 로봇팔은 관절이 6개여서 3차원 공간의 거의 모든 위치와 자세를 구현할 수 있다. 매니퓰레이터 끝에 달려 실제로 물체를 쥐거나 작업하는 부분은 엔드이펙터(End-Effector)라고 하며, 매니퓰레이터 본체와는 구별해서 부른다.

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자율주행 로봇(AMR)이란 미리 정해진 경로나 외부 유도 장치 없이 센서와 지도를 이용해 스스로 주변 환경을 인식하고 목적지까지 이동하는 이동 로봇이다. 바닥에 레일이나 자기 테이프를 설치할 필요가 없어 환경이 바뀌어도 유연하게 대응할 수 있다. 물류 창고, 병원, 공장 등에서 물건이나 자재를 사람 대신 운반하는 데 주로 쓰인다. 예를 들어 전자상거래 물류 창고에서 AMR이 상품 선반 전체를 들어 올려 작업자에게 가져다주는 방식으로 운영되기도 한다. 바닥의 자기 테이프나 QR 코드를 따라서만 이동하는 AGV(자동유도차량)와 달리, AMR은 경로를 스스로 결정하고 장애물을 만나면 우회할 수 있다.

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작업공간 좌표란 로봇의 끝부분(엔드이펙터)이 실제 3차원 공간에서 차지하는 위치와 방향을 나타내는 좌표 체계이다. 사람이 '로봇 손을 이 지점에, 이 방향으로 가져다 놓아라'처럼 직관적으로 목표를 지정할 수 있어서, 작업 경로를 계획할 때 주로 활용된다. 예를 들어 조립 로봇이 나사를 조일 때, 나사 위치의 x·y·z 값과 드라이버가 향할 방향을 함께 지정하는 것이 작업공간 좌표이다. 실제 시스템에서는 이 좌표를 역기구학으로 변환하여 각 관절의 각도 명령으로 바꾼 뒤 모터를 제어한다. 작업공간 좌표와 혼동하기 쉬운 관절 공간(Joint Space)은 각 관절의 각도 값으로 자세를 표현하며, 로봇 내부에서 실제로 구동되는 단위이다.

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하모닉 드라이브란 웨이브 제너레이터, 플렉스플라인, 서큘러 스플라인 세 부품으로 구성된 정밀 감속기이다. 로봇 모터는 빠르게 회전하지만 힘(토크)이 약하기 때문에, 감속기를 통해 회전 속도를 줄이고 토크를 높여야 관절이 원하는 위치에 정확히 멈출 수 있다. 하모닉 드라이브는 부품 수가 적어 소형·경량이면서도 높은 감속비와 백래시(기어 맞물림의 유격)가 거의 없다는 특성을 함께 갖춘다. 예를 들어 협동로봇의 각 관절에 하모닉 드라이브를 사용하면 모터의 빠른 회전을 수십 대 일의 비율로 줄여 팔 끝이 밀리미터 수준의 정밀도로 위치를 잡을 수 있다. 유성기어도 감속 기능을 하지만, 하모닉 드라이브는 같은 부피에서 더 높은 감속비를 구현하고 백래시가 극히 작아 정밀 위치 제어가 중요한 로봇 관절에 특히 적합하다.

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티칭 펜던트란 작업자가 로봇 옆에서 직접 들고 사용하는 휴대용 조작 장치로, 로봇의 움직임 경로와 자세를 하나씩 기억시키는 데 쓰인다. 로봇은 스스로 작업 내용을 알 수 없으므로, 처음 도입할 때 사람이 원하는 위치와 순서를 직접 가르쳐 주어야 한다. 예를 들어 자동차 조립 공장에서 작업자가 티칭 펜던트의 버튼을 조작해 용접 포인트를 하나씩 지정하면, 로봇은 이후 그 경로를 반복해서 재현한다. 조이스틱·방향 키·조그 다이얼 등이 달려 있으며, 화면에서 로봇의 현재 위치와 저장된 프로그램을 확인할 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어 안에서 3D 모델로 경로를 만드는 오프라인 프로그래밍과 달리, 티칭 펜던트는 실제 로봇 앞에서 실시간으로 조작한다는 점이 다르다.

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ROS(Robot Operating System)란 로봇 소프트웨어를 개발하기 위한 오픈소스 미들웨어 프레임워크이다. 로봇은 카메라·모터·센서 등 여러 부품이 동시에 데이터를 주고받아야 하므로, ROS는 이 통신을 표준화된 방식으로 처리해 개발자가 각 기능을 독립적인 모듈로 작성하고 조합할 수 있게 해 준다. TurtleBot 같은 교육용 이동 로봇은 ROS를 기반으로 내비게이션과 장애물 회피 기능을 구현하는 대표적인 예이다. 자율주행 연구, 드론 제어, 협동 로봇팔 등 다양한 분야에서 활용된다. ROS는 Windows나 Linux 같은 일반 운영체제가 아니라 Linux 위에서 동작하는 미들웨어이므로, OS 자체와 혼동하지 않도록 주의해야 한다.

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