다관절로봇 (Articulated Robot)
쉽게 풀면
모든 관절이 사람 팔처럼 구부러지는 형태의 로봇으로, 가장 흔히 볼 수 있는 로봇팔이에요.
왜 중요한가
6축 다관절로봇은 산업용 로봇 출하량의 대부분을 차지하며 용접·도장·조립·핸들링 전반에 쓰이는 범용 구조입니다. 기구학·동역학 교과서와 논문의 예제도 대부분 이 구조를 전제로 하므로, 다른 로봇 형태를 이해하는 기준점 역할을 합니다. 동일한 6축 구조라도 손목 세 축이 한 점에서 만나는지 여부에 따라 역기구학을 닫힌 형태로 풀 수 있는지가 갈려, 로봇 설계 단계에서부터 제어 알고리즘의 복잡도가 정해진다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 다관절로봇은 직교좌표로봇, 스카라로봇 등과 비교되는 가장 범용적인 산업용 로봇 구조로 소개됩니다.
로봇공학 연구에서 조립·용접 등 복잡한 작업 궤적을 요구하는 산업 현장의 대표 구조로 다뤄진다.
조금 더 깊게 보면
회전관절만으로 이루어져 작업공간이 넓고 유연하지만, 위치 정밀도는 각 관절 오차가 링크 길이에 비례해 증폭되므로 직교좌표로봇보다 불리합니다. 특이점이 작업공간 내부에 존재해 경로계획 시 이를 피해야 하며, 관절 간 동역학 결합이 강해 고속에서는 계산토크제어 같은 모델기반 보상이 필요합니다. 6축 다관절로봇의 순기구학은 각 관절각을 순서대로 대입하면 되는 단순한 곱셈이지만, 역기구학은 손목의 세 축이 한 점에서 만나는 구조(구면 손목)를 가진 경우에 한해 닫힌 형태 해를 구할 수 있고 대개 여러 개(최대 8개)의 해가 동시에 존재한다. 어떤 해를 택하느냐에 따라 팔꿈치가 위로 향한 자세와 아래로 향한 자세처럼 서로 다른 형상이 나오므로, 이전 자세와 연속성이 있는 해를 선택하는 것이 실무의 관례다.
주의할 점
다관절로봇은 유연성이 높은 대신 순기구학은 단순해도 역기구학이 다중해를 가질 수 있어 해 선택 전략이 필요하다.
여러 관절이 직렬로 연결되어 있어 각 관절의 미세한 각도 오차가 링크 길이만큼 증폭되어 엔드이펙터 위치 오차로 쌓이므로, 관절이 많을수록 누적 오차 관리가 중요해진다.