산업 현장에서 로봇 팔이 갑자기 무거운 물체를 들어 올리거나 외부 충격을 받았을 때 심한 진동이 발생하고 동작이 불안정해지는 문제를 완화할 수 있는 제어 기술이 나왔다.
강상훈 유니스트 기계공학과 교수 연구진은 급격한 부하 변화와 외부 접촉 상황에서도 로봇 팔이 목표 궤적을 안정적으로 따라가도록 돕는 '적응형 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 알고리즘'을 개발했다고 26일 밝혔다.
PID 제어기는 로봇 팔이 계획된 움직임을 정확히 수행하도록 모터에 필요한 힘을 실시간으로 계산하는 핵심 장치다. 구조가 단순하고 적용이 쉬워 산업용 로봇 팔의 대부분이 이 제어 방식을 사용한다.
다만 일반적인 PID 제어는 초기 설정한 제어값을 기준으로 동작하기 때문에, 작업 중 들어 올리는 물체의 무게가 바뀌거나 외부 물체와 접촉하는 등 조건이 달라지면 오차가 커지고 진동이나 오작동으로 이어질 수 있다는 한계가 있었다.
연구진은 이 약점을 보완하기 위해 로봇이 동작 과정에서 발생하는 오차 정보를 활용해 제어값을 스스로 조정하도록 설계한 알고리즘을 제안했다. 환경 변화가 감지되면 로봇이 실시간으로 제어 파라미터를 업데이트해 흔들림을 줄이고 원하는 궤적을 유지하는 방식이다.
특히 이번 기술은 로봇의 하드웨어를 바꾸지 않고 소프트웨어만 업데이트하면 적용할 수 있다는 점이 강점으로 꼽힌다. 연구진은 이미 PID 제어기가 탑재된 로봇이라면 추가 장비 없이도 도입이 가능하다고 설명했다.
연구진은 관절 2개를 가진 로봇 팔에 알고리즘을 적용해 성능을 검증했다. 실험 결과, 로봇 팔은 작업 환경이 달라져도 제어값을 스스로 조절하며 목표 궤적을 안정적으로 추종했고, 진동 없이 움직임을 유지했다.
강상훈 교수는 "작업 조건이 수시로 바뀌는 스마트 팩토리 환경은 물론, 사람의 미세한 힘 변화에 반응해야 하는 재활 로봇, 휴머노이드 로봇 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 크다"고 말했다.
이번 연구 성과는 기계·로봇공학 분야 국제 학술지 'IEEE/ASME 트랜잭션 온 메카트로닉스(Transactions on Mechatronics)'에 지난 13일(현지 시각) 게재됐다.
참고 자료
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics(2026), DOI: https://doi.org/10.1109/TMECH.2025.3634620