이중 팔 로봇을 활용한 자동차 와이어 하네스 자동 조립 기술

와이어하네스(Wire Harness)는 전기 신호와 전력을 자동차 내의 다양한 부품에 전달하는 중요한 역할을 합니다.
하지만 이러한 시스템은 아직까지 대부분 수작업에 의존하고 있어 높은 비용과 낮은 생산 효율, 인체공학적 위험 등의 문제를 동반하고 있습니다.

자동화가 어려운 이유

와이어하네스는 유연하고 복잡한 구조를 가지며, 분기(branch)가 많고 제품별 맞춤 설계가 필요하기 때문에 자동화가 쉽지 않습니다.
기존 자동화 기술은 특정 작업만 처리할 수 있고 전체 조립 공정을 아우르는 완전한 자동 시스템은 부족한 실정이었습니다.

연구의 핵심: 이중 팔 로봇 기반 조립 시스템

이러한 문제를 해결하기 위해 이중 팔 로봇과 CAD 기반 경로 생성, 지각(Perception), 고급 조작 제어 등이 통합된 새로운 와이어하네스 조립 시스템을 제안합니다. 이 시스템은 유연한 작업 수준 프로그래밍(task-level programming)을 통해 다양한 제품 구조에 빠르게 적응할 수 있으며, 실제 자동차 제조 공정에 쉽게 통합될 수 있도록 설계되었습니다.

시스템 구성

CAD 플랫폼: 조립 레이아웃 및 대상 제품 정보를 기반으로 전체 작업 흐름 자동화
작업 계획 모듈: 고수준 작업 플랜을 로봇이 수행할 세부 동작으로 자동 분해
지각 모듈: 컴퓨터 비전 기반 케이블 탐지, 분기 인식, 그립 위치 계산
고급 조작 기능: 이중 팔 동기화, 힘 제어, 속도 제어, 자동 툴 교체
사용자 인터페이스(UI): 웹 기반 제어 및 실시간 모니터링
안전 관리자: ROS와 Safety PLC 간 실시간 정보 교환으로 사용자 안전 확보

주요 기능 및 성능

본 시스템은 실제 와이어하네스 조립 시나리오에서 검증되었습니다. 실험 결과, 각기 다른 길이, 색상, 분기 구조를 가진 하네스를
정확하게 분리하고, 경로에 맞춰 조립하며, 접착 테이핑까지 수행할 수 있었습니다.

특히 이중 팔 로봇의 동기화된 움직임과 고정밀 비전 시스템은 분리 간격이 1mm 이하인 케이블도 정확히 구분하여 작업이 가능하도록 했습니다.
또, 힘 센서 기반의 제어는 케이블에 무리를 주지 않으면서도 확실한 고정과 조립을 가능하게 했습니다.

산업적 적용 가능성

제안된 시스템은 인간 중심 작업환경에 맞게 설계되어, 기존 작업대 구조를 크게 변경하지 않고도 도입이 가능합니다.
작업자의 개입을 최소화하며, 사용자는 웹 UI를 통해 손쉽게 작업 흐름을 제어할 수 있습니다.

결론

이 연구는 기존의 수작업 중심 와이어하네스 조립 공정을 로봇 기반으로 전환할 수 있는 실질적 가능성을 제시합니다.
향후 추가적인 최적화를 통해 더 많은 종류의 하네스를 자동으로 조립할 수 있게 될 것이며,
이는 전기차, 자율주행차 등 차세대 자동차 산업의 핵심 인프라로 자리잡을 것입니다.

시스템 GitHub: https://github.com/pablomalvido/remodel_ws

관련 영상 보기: YouTube 시연 영상