Franka Research 3 (FR3)

AI 및 로봇공학 연구의 기준 플랫폼 - Franka Panda의 차세대 진화

Franka Research 3 (FR3)

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Overview

Franka Research 3(FR3)는 독일 Franka Robotics(구 Franka Emika)가 개발한 차세대 7축 협동 로봇으로, 원래 Franka Panda의 진화된 버전이다. 모든 관절에 토크 센서를 내장하고 1kHz 실시간 제어를 지원하여 AI 및 로봇공학 연구의 사실상 표준(Reference Platform)으로 자리잡았다. 2025년 2월 기준 전 세계 1,000대 이상이 주요 연구기관에 배치되어 1 VLA(Vision-Language-Action) 모델 학습, 힘 제어 연구, 인간-로봇 상호작용 연구에 활용되고 있다.

핵심 스펙 테이블

항목Franka Research 3 (FR3)Franka Panda (레거시)
제조사Franka Robotics (Agile Robots AG 산하)Franka Emika
자유도 (DoF)7축7축
페이로드3 kg3 kg
리치855 mm850 mm
반복정밀도±0.1 mm (ISO 9283)±0.1 mm
작업공간 커버리지94.5%-
최대 엔드이펙터 속도2 m/s2 m/s
제어 주파수1 kHz1 kHz
관절 속도 (J1-4)150°/s150°/s
관절 속도 (J5-7)301°/s301°/s
로봇 중량17.8 kg18 kg
컨트롤러 중량7 kg-
힘 분해능< 0.05 N< 0.05 N
보호 등급IP40 (로봇) / IP20 (컨트롤러)IP30
작동 온도+5°C ~ +45°C (최적: 15-25°C)+15°C ~ +25°C
전원100-240V AC, 50-60Hz, 80W-
가격~$40,000+~$30,000+ (단종)

상기 스펙은 공식 데이터시트 및 제품 페이지 기준. 2

관절 회전 범위

관절최소최대
Joint 1-166°+166°
Joint 2-101°+101°
Joint 3-166°+166°
Joint 4-176°-4°
Joint 5-166°+166°
Joint 6-1°+215°
Joint 7-166°+166°

관절 범위는 Franka Research 3 Datasheet v1.1 기준. 3

핵심 의의

1. AI 및 로봇공학 연구의 기준 플랫폼

Franka Research 3는 전 세계 주요 대학과 연구소에서 사실상의 표준 연구 플랫폼으로 채택되었다. MIT, Stanford, CMU, Oxford Robotics Institute 등 세계적 연구기관이 FR3를 핵심 연구 장비로 사용하며, VLA 모델 학습을 위한 데이터 수집의 근간이 되고 있다.

2. VLA/모방 학습 연구의 핵심 플랫폼

Open X-Embodiment, DROID 등 대규모 로봇 학습 데이터셋에서 Franka 로봇 데이터가 핵심 비중을 차지한다. 최근 연구에서는 FR3를 활용한 VLA 모델이 LIBERO 벤치마크 및 정밀 조작 태스크(GPU 삽입/제거 등)에서 99% 이상의 성공률을 달성하며 4, 1시간 이상 무중단으로 작업을 수행하는 성과를 보였다.

3. 토크 제어 기반 정밀 힘 제어의 대중화

7개 관절 모두에 토크 센서를 내장하여 실시간 외력 추정 및 충돌 감지가 가능하다. 이를 통해 임피던스 제어, 컴플라이언스 제어 등 고급 힘 제어 기법을 구현할 수 있으며, 직관적인 핸드 가이딩 기능도 지원한다.

4. 연구 친화적 개방성

FCI(Franka Control Interface)를 통해 1kHz 실시간 제어가 가능하며, libfranka C++ 라이브러리, ROS 2, MATLAB/Simulink 등 다양한 개발 환경을 지원한다. 연구자가 저수준 제어부터 고수준 태스크까지 자유롭게 구현할 수 있다.

Panda 대비 주요 개선점

하드웨어 개선

항목PandaFR3개선 내용
리치850 mm855 mm5mm 증가
작업공간 커버리지미공개94.5%최적화된 기구학
무게18 kg17.8 kg200g 경량화
관절 마킹없음X/Y 축 표시직관적 셋업
디자인-현대적 미학인체공학적 개선
보호 등급IP30IP40향상된 방진

소프트웨어 개선

  1. Desk API: REST 인터페이스로 프로그래밍 방식의 로봇 제어 (브레이크 해제, FCI 활성화, 안전 위반 해제 등)
  2. 현장 토크 센서 재교정: 연구자가 직접 토크 센서 교정 가능 (수명 주기 전반에 걸쳐 일관된 민감도 유지)
  3. ROS 2 Jazzy 지원: 최신 ROS 2 프레임워크 완전 호환
  4. MoveIt 2 통합: 최신 모션 플래닝 프레임워크 완전 지원
  5. OTA 업데이트: 무선 소프트웨어 업데이트 지원

제어 인터페이스 (FCI)

Franka Control Interface(FCI)는 FR3의 핵심 저수준 제어 인터페이스로, libfranka C++ 라이브러리를 통해 1kHz 실시간 제어를 제공한다.

제어 모드 (5가지)

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│              Franka Control Interface (FCI) 제어 모드              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  1. Joint Torque Control                                        │
│     └─ 중력 및 마찰 보상 포함 관절 토크 직접 명령                    │
│                                                                 │
│  2. Joint Position Control                                      │
│     └─ 관절 공간 위치 명령                                        │
│                                                                 │
│  3. Joint Velocity Control                                      │
│     └─ 관절 속도 직접 명령                                        │
│                                                                 │
│  4. Cartesian Pose Control                                      │
│     └─ 카테시안 공간 위치/자세 명령                                │
│                                                                 │
│  5. Cartesian Velocity Control                                  │
│     └─ 카테시안 속도 명령                                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

1kHz 센서 데이터 접근

실시간으로 다음 데이터에 접근 가능:

  • 관절 데이터: 위치 (q), 속도 (dq), 링크 측 토크 센서 신호 (τ)
  • 외력 추정: 외부 토크 및 힘 추정값 (τ_ext, F_ext)
  • 충돌 정보: 충돌 감지 및 접촉 정보
  • 로봇 모델: 관성 행렬 M(q), 코리올리 항 C(q,dq), 중력 벡터 g(q), 야코비안 J(q)

비동기 관절 위치 업데이트

최신 FCI에서는 비동기 관절 위치 업데이트를 지원하여 더 유연하고 컴플라이언트한 제어 워크플로우가 가능하다.

프로그래밍 인터페이스 (3단계)

FR3는 연구 목적에 따라 3가지 수준의 프로그래밍 인터페이스를 제공한다.

1. Desk (고수준)

워크플로우 기반 비주얼 프로그래밍 인터페이스

  • 브라우저 기반 GUI로 드래그 앤 드롭 프로그래밍
  • 프로그래밍 지식 없이 빠른 프로토타이핑 가능
  • 인간-로봇 상호작용 연구, 데모, 실험 설정에 적합
  • Research Apps를 통한 기능 확장

2. RIDE (중수준)

Robot Integrated Development Environment

  • 커스텀 Desk Apps 개발 환경
  • 외부 센서 및 기타 기능 연결
  • Lingua Franka: 도메인 특화 언어(DSL)로 상태 머신 프로그래밍
  • ride-cli: 커맨드 라인 인터페이스로 개발
  • 밀리초 단위 반응이 필요 없는 연구에 적합 (태스크 플래닝, 경로 플래닝, 인식 기반 매니퓰레이션)

3. FCI (저수준)

Franka Control Interface - 실시간 저수준 제어

  • libfranka C++ 라이브러리 기반
  • 1kHz 실시간 제어 명령 전송
  • 모션 제어 연구, 고급 제어 알고리즘 개발에 필수
  • 커스텀 임피던스 제어, 힘 제어 구현 가능

Desk API (REST 인터페이스)

2025년 업데이트로 추가된 프로그래밍 방식 제어:

POST /api/brakes/release    # 브레이크 해제
POST /api/fci/activate      # FCI 활성화
POST /api/safety/clear      # 안전 위반 해제
  • 자동화된 연구 워크플로우 구현
  • 무인 실험 환경 구축 가능
  • <로봇 IP>/deskapi에서 문서 접근 가능

안전 기능

FR3는 협동 로봇으로서 ISO 10218 및 ISO/TS 15066 안전 표준을 준수한다.

핵심 안전 메커니즘

  1. 충돌 감지 (Collision Detection)

    • 7개 관절 토크 센서 기반 실시간 외력 감지
    • 빠른 제어 루프(1kHz)로 즉각적인 충돌 반응
    • 소프트웨어 기반 가상 벽/작업 공간 제한

  2. 힘 제한 (Power and Force Limiting)

    • ISO/TS 15066 기준 힘/압력 제한
    • 커스텀 안전 규칙 설정 가능
    • 자체 손상 방지를 위한 내부 감시

  3. 안전 기능 설정

    • 커스텀 안전 규칙 구현 (작업자 보호)
    • 속도, 힘, 작업 공간 제한 프로그래밍
    • 원격 안전 위반 해제 (Desk API)

  4. 핸드 가이딩

    • 토크 센서 기반 직관적 수동 조작
    • 부드러운 컴플라이언스 제어

VLA 연구 활용

FR3는 VLA(Vision-Language-Action) 모델 연구에서 가장 널리 사용되는 로봇 플랫폼 중 하나이다.

주요 연구 성과

연구성과FR3 활용
Self-Improving VLA (2025)99% 이상 성공률, 1시간 무중단 GPU 삽입/제거핵심 실험 플랫폼
PLD Post-TrainingLIBERO 벤치마크 99% 달성, SimplerEnv 50%+ 향상실제 로봇 검증
CoT-VLA (2025)46.7% 상대 성능 향상 (53.7% → 78.8%)Franka-Tabletop 평가
ReBot (2025)Octo 17%, OpenVLA 20% 성능 향상Real-to-Sim-to-Real 검증

주요 데이터셋

데이터셋규모FR3/Panda 활용
Open X-Embodiment1M+ 에피소드핵심 데이터 소스
DROID76,000+ 데모주요 수집 플랫폼
BridgeData V260,000+ 궤적일부 포함
LIBERO130 태스크PyBullet 시뮬레이션
Franka Kitchen다양한 태스크dm_control 기반

시뮬레이션 환경

  • MuJoCo: Franka 공식 지원
  • Isaac Sim: NVIDIA Omniverse 기반 USD 에셋 제공
  • LIBERO: PyBullet 기반 장기 조작 벤치마크
  • panda-gym: OpenAI Gym 호환 RL 환경
  • RLBench: CoppeliaSim 기반 100+ 태스크

소프트웨어 생태계

공식 지원

플랫폼지원 수준설명
libfranka공식C++ 실시간 제어 라이브러리
franka_ros2공식ROS 2 Control 통합
ROS 2 Jazzy공식 (2025)최신 ROS 2 완전 지원
MoveIt 2공식 (2025)모션 플래닝 프레임워크
MATLAB/Simulink공식제어 시스템 설계
MuJoCo공식물리 시뮬레이션

커뮤니티 도구

도구설명
Franky고수준 Python/C++ 제어 라이브러리
franka-interfaceCMU iamlab의 libfranka 래퍼
panda-gymOpenAI Gym 호환 강화학습 환경

타 로봇과 비교

항목FR3UR5eKUKA LWRKinova Gen3
DoF7677
페이로드3 kg5 kg7 kg4 kg
리치855 mm850 mm800 mm902 mm
반복정밀도±0.1 mm±0.03 mm±0.1 mm±0.1 mm
토크 센서모든 관절없음모든 관절없음
힘 제어네이티브외부 F/T 필요네이티브제한적
1kHz 제어지원제한적지원미지원
ROS 2 지원우수양호양호양호
VLA 생태계최대보통보통보통
가격~$40K~$35K~$100K~$35K

FR3의 차별점

  1. 토크 제어 네이티브: 모든 관절에 토크 센서 내장으로 정밀 힘 제어 가능
  2. VLA 연구 생태계: 최대 규모의 연구 커뮤니티 및 데이터셋
  3. 개방적 API: 1kHz 실시간 제어 및 전체 동역학 모델 접근
  4. 연구 친화적: Desk, RIDE, FCI 3단계 인터페이스로 다양한 연구 수준 지원

AI Companion (옵션)

Franka AI Companion은 FR3와 함께 사용할 수 있는 엣지 컴퓨팅 솔루션이다.

  • NVIDIA GPU 가속 연산
  • 1kHz 실시간 제어와 통합
  • AI/로봇공학 연구 워크플로우 가속화
  • 별도 워크스테이션 없이 실험 환경 구축

회사 연혁

연도사건
2016Franka Emika GmbH 설립 (뮌헨)
2017독일 미래상 수상, Panda 출시
2018Time “50 Best Inventions” 선정
2022Franka Research 3 (FR3) 출시
2023.08주주 분쟁으로 예비 파산 신청
2023.11Agile Robots AG에 인수 (~3,200만 유로)
2025.02FR3 1,000대 생산 달성
2025ROS 2 Jazzy, MoveIt 2, Desk API 지원

현재 상태 (2025)

  • 소유: Agile Robots AG (뮌헨, Softbank/Foxconn 투자)
  • 브랜드: Franka Robotics
  • 제품 라인: Franka Research 3, Franka Production 3
  • 지원: 지속적인 OTA 업데이트 및 기술 지원

구매 및 도입 가이드

가격 정보

  • Franka Research 3 + FCI 라이선스: ~$40,000+
  • Franka Hand (그리퍼): 별도 구매
  • AI Companion: 별도 견적
  • 교육 기관 할인: 문의 필요

필요 인프라

  • 안정적인 마운팅 표면 (진동 최소화)
  • 실시간 Linux PC (Ubuntu 권장)
  • 이더넷 연결 (10Gbps 권장)
  • 컨트롤러 설치 공간: 355 x 483 x 89 mm

구매처

References

공식 자료

학술 자료

뉴스/업데이트

시뮬레이션/데이터셋

See Also

Footnotes

  1. Franka Robotics 1,000대 FR3 생산 달성 (2025.02) ↩

  2. Franka Research 3 공식 페이지, Generation Robots FR3 제품 페이지 ↩

  3. Franka Research 3 Datasheet v1.1 (2022.08) ↩

  4. Self-Improving VLA with PLD (2025) ↩