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새로운 시장을 향해 달려가는 ‘모바일 로봇’

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작성자 최고관리자 작성일16-11-23 10:49 조회1,812회 댓글0건

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세상에 중요한 로봇기술은 매우 많다. 그렇다면 이 많은 로봇기술들이 지향하는, 가장 원초적인 로봇의 기본 요소는 무엇인가. 한 로봇업계 관계자는 로봇에 작업 능력을 부여할 수 있는 로봇 팔 기술과, 로봇을 이동시킬 수 있는 모바일 기술, 그리고 이를 운용할 수 있는 제어기술을 꼽았다. 곰곰이 생각해보면, 현재 운용되는 많은 형태의 로봇들은 이 세 가지로부터 파생됐다는 사실을 알 수 있다. 이에 본지에서는 새롭게 부상하고 있는 시장, 모바일 로봇에 대해 살펴보고자 한다.

 

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로봇 팔과 로봇의 이동성, 그리고 이를 위한 제어는 로봇기술에 있어 빼놓을 수 없는 기본적인 요소들이다.

로봇 팔의 경우 1961년 유니메이션을 시작으로, 이제는 하드웨어 기술과 더불어 관련 응용기술 분야까지 많은 기술적 진보를 이룩했고, 이미 시장 측면에서도 눈부신 성과를 거두었다.

반면 로봇의 이동성, 즉 모바일 로봇의 경우에는 아직까지도 폭발적인 시장의 증가를 보여주고 있지는 않다. 로봇을 이동시키는 다양한 수단(바퀴, 다리 등)을 통틀어도 마찬가지이다. 이것이 과연 모바일 로봇 개발이 로봇 팔 개발보다 상대적으로 뒤쳐져서일까? 그렇지 않다.

 

최초의 모바일 로봇, ‘Shakey’

세계 최초의 모바일 로봇은 1966년부터 1972년까지 스탠포드 연구소(Stanford Research Institute International)에서 선보인 ‘Shakey the Robot(이하 Shakey)’이다. 세계 최초의 로봇 팔이 등장한 시기와 비교해 그리 차이가 나지 않을 정도로 사실 이 분야는 로봇 역사에 있어 오랫동안 연구되어 왔다.

스탠포드 연구소가 Shakey를 개발한 동기는 인공지능 문제를 연구하던 연구자들이 이를 직접 액션으로 검증하기 위해서였다.

DARPA의 자금이 투입된 이 프로젝트에는 프로젝트 매니저 Charles Rosen을 비롯해 Nils Nilsson, Alfred Brain, Sven Wahlstrom, Bertram Raphael, Richard Duda, Peter Hart, Richard Fikes, Richard Waldinger, Thomas Garvey, Jay Tenenbaum, Michael Wilber 등이 주요 연구자로 참여했다.

스탠포드 연구소는 1969, 24분짜리 Shakey 관련 영상을 공개하며 언론의 주목을 받았고, 이어 2004년 명예의 전당에 헌정됐다.

이후 많은 연구자들이 로봇의 자율주행과 관련된 다양한 연구들을 진행해왔지만, 현재까지 이동성이라는 전방위적인 적용 특성에 비해 두드러지는 적용 사례가 등장하지는 않고 있는 상황이다.

 

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(주)NT로봇의 Sbot2-MD

 

자율주행 기술 넘어 응용 기술 개발이 필요

최근 병원 물류 이송 로봇으로 가시적인 성과를 달성하고 있는 ()NT로봇의 김경환 대표이사는 확장성이 뛰어난 자율주행 로봇을 굳이 의료분야에 한정하는가에 대한 질문에 모바일 로봇은 환경에 영향을 받기 때문이라고 답했다. 요컨대, 공장에서 사용되는 모바일 로봇과 병원에서 사용되는 모바일 로봇이 다르다는 의미이다.

공장에서 사용되는 로봇은 중량물을, 정해진 시간에 이송하며, 상대적으로 소음 또는 사람의 간섭으로부터 자유롭지만, 병원용 이송 로봇은 클린성, 소음, 그리고 불특정한 시간에 빈번하게 활용되기 때문에 두 모바일 로봇에 요구되는 사양이 다르다.

또한 그는 오랫동안 많은 사람들이 자율주행 기능에 집착해왔는데, 이런 방식으로는 시장을 열 수 없다이제는 모바일 로봇을 상용화하는 측면에서의 기술도 고려되어야 한다. 예를 들어 단순히 자율주행 기술을 넘어 사람을 따라가는 기능, 휴대폰으로 모바일 로봇을 부르는 기능, 여러 대의 로봇들 중 가장 가까운 로봇이 사용자에게 갈 수 있는 기능, 반대로 다수의 사용자들이 호출했을 때 로봇이 작업 순서를 관리하는 기능, 엘리베이터가 있는 환경에서 로봇이 엘리베이터 서버와 연동되는 기능 등 자율주행을 넘어 실제 현장에 적용하기 위한 응용기술들의 개발이 중요한 시점이 왔다.”고 전했다.

 

제조 현장 속에서 활약하는 AGV

인공지능 플랫폼을 이용해 장애물을 회피하는 자율주행에 대한 연구가 결실을 맺고 있는 상황이지만, 사실 오래 전부터 제조 현장에서는 보다 단순한 타입의 모바일 로봇이 적용되어 왔다. 바로 바닥, 천장, 벽 등에 표시된 가이드를 따라 움직이는 AGV(Automated Guided Vehicle) 형태의 로봇이다.

AGV는 레일 등의 부가적인 기구물 대신, 자기센서, 전자기유도센서, 컬러포토센서, 레이저 내비게이션 등 다양한 유도장치와 마커를 이용해 로봇의 주행을 실현하는 방식으로, 컨베이어 장치, 로봇 암 등 다양한 부가장치를 장착해 목적에 적합한 최적의 시스템을 구성할 수 있다. 최근에는 대전 소재의 로봇SI기업 비전세미콘이 자사의 AGV인 오토밴에 유니버설로봇을 조합한 자유로시스템을 선보이며 AGV와 수직다관절로봇의 융합을 선보이기도 했다.

 

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이미 오래 전부터 AGV는 자동화 공정에 있어 하나의 합리화기기로서 운용되어 왔으며, 국내에서는 제조용 로봇 메이커뿐만 아니라 다수의 물류 자동화 기업들이 AGV를 공급해오며 기술력을 탄탄하게 쌓고 있다.

통상적으로 대기업 등 개발력을 보유한 기업들은 자체적으로 AGV를 개발하기도 하지만, 전문기업들은 다년간 축적된 노하우 및 응용 사례를 바탕으로 자동차, 반도체, 식품, 택배·물류, 금형, 화장품, 전자 등 전방위적인 산업에 AGV를 공급하고 있다.

구동의 핵심이 되는 드라이브 유닛은 보통 BLDC 모터를 사용하고, 정밀제어 및 고속을 원할 경우에는 서보모터로 대체하기도 하며, 특히 중량물 이송을 위한 AGV에는 저전압 AC모터가 사용되기도 한다. 일부 국내기업들은 이러한 핵심 부품을 국산화하며 더욱 강력한 경쟁력을 갖추기도 한다.

부산소재의 AGV 전문 기업인 한성웰텍()의 경우에는 중량물 AGV의 드라이브 유닛을 국산화하며 6급 모델을 양산 중이고, 소형 RDD 드라이브 유닛도 개발해 100~200w급의 용량도 자체적으로 생산하고 있다. 동사의 서서교 연구소장은 과거에 도입되었던 AGV는 해외 제품을 그대로 판매하거나 비싼 부품들을 사용해 고객들이 가격적으로 부담을 가졌고, 일부 대기업에서는 자체 개발해 사용하고 있었다당사는 이를 90% 이상 국산화하는데 성공하면서 가격 경쟁력을 확보했고, 이를 통해 도입을 망설였던 여러 산업 분야에서 AGV 도입에 대한 긍정적인 분위기를 조성하는데 앞장서고 있다고 전했다.

 

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똑똑한 모바일 로봇의 등장 ‘AIV’

국내에서 AGV가 어느 정도 시장성을 형성한 상황이라면, ‘AIV(Autonomous Intelligent Vehicle)’는 새로운 시장을 공략해가고 있는 형국이다. 이 경우는 기존의 AGV가 적용되던 시장뿐만 아니라 인간과 모바일 로봇이 공존할 수 있는 영역에서의 적용까지 염두에 두고 있어 그 활용 범위가 더욱 넓다고 할 수 있다. 

가이드를 트랙킹하는 로봇은 원하는 장소로의 이동을 우선 목표로 삼는다. 반면 완전 자율주행 모바일 로봇은 좀 더 복잡하고, 다양한 환경에서 스스로 생각할 수 있어야만 한다. 

여러 가지 차이점이 있지만 그중에서 가장 두드러지는 장점은 역시 모바일 로봇을 위한 별도의 장치나 공간을 할당할 필요가 없다는 점이다.

세계적으로, 이 분야에서 가장 주목받는 플랫폼은 단연 오므론어뎁트의 링스(Lynx)이다. Lynx는 모바일 로봇의 역할에 충실하면서도 인간과 협업이 가능한 안전기능을 갖추고 있으며, 실제 적용사례도 보유하고 있다. 일례로 CASTEC International사는 Lynx와 유니버설로봇의 UR을 접목해 제조 현장 및 창고에서의 작업, 물류 자동 이송이 가능한 플랫폼 ‘i-OPERATOR’를 출시한 바 있다. i-OPERATOR는 20/60/100㎏의 적재물을 이송할 수 있으며, 초당 1m의 속도로 움직인다. 상부에 탑재된 UR은 잡업물의 적재 역할을 담당한다. 한 번의 충전으로 최대 7시간까지 연속 운용이 가능하고, 작업자들 및 장비 틈에서도 충돌과 사고가 발생되지 않도록 안전규격을 획득했다. 한 대의 마스터 PC로 모바일 베이스와 로봇 암, 그리고 카메라 시스템을 이더넷 통신으로 제어한다.   

 

아직까지는 연 300~500대 수준의 생산량을 주문생산 방식으로 제조하고 있지만, 추후 시장 확장에 따른 양산을 통해 충분히 가격적인 경쟁력도 확보할 것으로 기대되고 있다. 더욱 반가운 소식은, 최근 국내에서도 (주)와이에스썸텍을 통해 Lynx를 만나볼 수 있다는 사실이다. (주)와이에스썸텍의 강석준 대표이사는 “스마트공장, 스마트물류에 대한 관심이 증가되고 있는 상황에서, 공정 레아아웃의 유연성을 보장하고, 또한 기존의 AGV보다 진화된 이송 시스템을 요구하는 고객들로부터 많은 관심을 받고 있다”고 전했다.

 

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아마존 물류창고에서 활약하는 키바

 

바코드를 스캔하는 모바일 로봇

오래 전부터, 아주 많은 수의 모바일 로봇이 물류 현장에서 적용되어 왔지만, 대중들에게 물류 이송 로봇의 패러다임을 직접적으로, 그리고 실질적으로 제시한 기업은 단연 아마존이다. 2012년 아마존의 키바시스템즈 인수는 로봇 업계를 비롯해 물류·유통 업계, 나아가 일반 대중들에게까지 BIG ISSUE였다. 

키바시스템즈의 모바일 로봇 ‘키바(Kiva)’는 로봇 하단에 장착된 카메라가 이동경로 바닥에 있는 수 많은 바코드를 스캔함으로써 위치를 파악하고, 이동하는 원리이다. 이 로봇은 현재 전 세계 109개의 아마존 물류센터 내에서 운용되고 있다. 일례로 아마존의 가장 큰 규모의 트레이시 센터는 축구장의 28배나 되는 규모인데, 이 센터에는 3천 대에 달하는 키바가 하루에 약 70만 개의 상품 출하를 담당하고 있다. 아마존은 이 밖에도 지난 2년 간 10개의 물류센터에 1만5천여 대의 로봇을 배치해 9,900억 원가량의 인건비를 절감하기도 했다. 

키바의 장점은 여러 가지가 있다. 지게차 사용을 하지 않게 됨으로써 소음을 줄였고, 물류센터 내 상품의 순환이 빨라져 재고 유지비용도 감소했다. 특히 기존의 컨베이어 시스템과 비교해도 생각보다 저렴한 가격과 빠른 시간 안에 설치가 가능하다는 장점에 인간과 협업 시에도 안전성을 확보할 수 있다. 

 

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QR코드를 인식해 이동하는 (주)마로로봇테크의 M3

 

한편 국내에서도 ‘제2의 키바시스템즈’를 꿈꾸며 최근 급부상한 기업이 있다. 바로 (주)마로로봇테크다. 키바시스템즈와 같은, 카메라를 이용한 바코드 스캔 기술을 기반으로 하고 있으며, 무엇보다도 QR코드 스티커로 로봇의 움직임을 제어하기 때문에 기존의 마그네틱, RFID 타입을 이용한 로봇 가이드보다 설치 시 비용이 매우 저렴하다. 이 회사의 사례를 주목하는 가장 큰 이유는, 현재 프로토타입만 공개했음에도 불구하고 ‘아마존의 키바’를 꿈꾸는 유수 기업들로부터 뜨거운 관심을 받고 있기 때문이다.

 

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모바일 로봇, ‘주행기술을 넘어 적용기술을 고민할 때

모바일 로봇의 구동방식은 앞서 언급했던 바와 같이 다양하지만, 사실상 각 현장에 적합한 로봇을 사용하는 것이 중요하다. 예를 들어, AGV는 바닥 평탄도와 마커에 의존해야 된다는 단점이 있지만, 시스템 구성이 용이하고, 가격이 합리적이며, 중량물을 취급하는 제조 현장에서 적합하다는 장점이 있다. 여기에 오래 전부터 제조 및 물류 현장에서 혁신을 주도해왔던 만큼 응용 시스템에 대한 노하우도 풍부하다.

반면 AIV는 바닥평탄도나 마커로부터 상대적으로 자유로운 구동과 유연한 시스템 관리가 가능하지만, 높은 가격과, 적용된 레이저 센서가 처리하기 힘든 방대한 정보가 유입될 경우 이동성이 저하된다는 단점이 있다.

한편, 물류를 위한 모바일 로봇과 더불어 DARPA의 그랜드 챌린지 이후 인간을 태우는 모바일 로봇에 대한 연구도 활발한 상황이다. 구글을 필두로 이미 글로벌 완성차 메이커들은 대부분 자율주행자동차 제조에 뛰어든 상황이며, 일본에서는 무인택시 시장을 공략하는 기업도 설립됐다.

두 분야의 시장 전망에 대해 한 업계 관계자는 모바일 로봇은 아무래도 역시 물류 분야에서 더 빨리 시장이 확장될 것 같다이미 AGV가 현장에서 많이 활용되고 있는 상황에서, 진화된 AGV 기술이 자율주행자동차보다 각광받을 것으로 판단된다고 평하기도 했다. 또한 그는 로봇 본질적인 기술 중 로봇 팔 분야는 이미 상용화가 진행된 상황이지만, 여기에 비해 모바일 로봇은 뒤쳐져 있는 상태라며 그렇기 때문에 앞으로 기회가 있다고 생각된다고 전하기도 했다.

움직임을 대신할 수 있다는 것은 분명 로봇의 매력적인 장점이다. 그간 수많은 연구자들이 인공지능이 가미된 플랫폼으로 A에서 B까지 무사히 장애물을 회피해 도착하는 연구들을 진행해왔다. 이제는 본격적으로 이 플랫폼들이 현장에서 적용되기 위해 필요한 기술을 고민할 때이다. 

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