서비스 로봇에 대한 기대가 커지고 있다

로봇시장이 호황을 이루고 있다. 그 중에서도 서비스로봇이 선두에 나서고 있다. 최근 프라운호퍼 생산기술 및 자동화 연구소(IPA)에서 열린 „산업용 서비스로봇공학“ 포럼에서 자동화분야의 전문인력과 경영진들이 핵심기술과 시장성 그리고 경제적 응용에 대해 토론을 벌였다.

하네스 바이크(Hannes Weik) M. A.: 프라운호퍼 IPA 연구소 로봇 공학 분야 에디터, 로봇 및 어시스턴스 시스템 분과

10월 중순 독일 슈투트가르트에서 열린 프라운호퍼 생산기술 및 자동화 연구소의 „산업용 서비스 로봇 공학“ 포럼이 자동화분야 및 서비스업체의 전문인력과 경영진들의 큰 관심을 불러 일으켰다. 로봇 신규 설치 곡선이 전세계적으로 현재 일위를 가리키고 있어서 발전이 더욱 기대된다. 프라운호퍼 IPA 로봇 및 어시스턴스 시스템 파트 책임자인 마틴 헤겔레는 IRF(국제로봇협회)에서 매년 공개하는 산업로봇과 서비스로봇의 현재시장 수치를 소개하였다.

서비스로봇 시장이 커지고 있다

잉골슈타트에 위치한 전자장치 전문매장 Saturn에는 프라운호퍼 IPA에서 개발한 서비스로봇 Care-O-bot이 활동하고 있다.

산업용 서비스로봇 매출이 2016년 전세계적으로 25% 성장하여 약 60,000대가 전세계에서 판매되었다. 현재 서비스로봇은 다양한 상업분야에 사용되고 있다. 물류분야에서 무인 운반차량으로, 농업 분야에서 착유로봇으로, 소매업이나 수술 중에는 모바일 정보전달자로서 이용되고 있다. 농업을 중심으로 전문적으로 사용하는 서비스로봇이 2018년에서 2020년까지 연평균 20 ~ 25% 성장할 것으로 기대되고 있다. 이는 전세계 약 700개 서비스로봇 제조사 가운데 290개가 유럽에 위치하기 때문이다. 이들 제조사들은 대부분 중소기업이다. 이들이 전세계 농업, 건축, 건설 분야에서 사용되는 모든 서비스로봇의 약 90%를 공급하고 있다. 특히 과거에도 오늘도 가정용 서비스로봇은 인기가 많은 편이다. 가정용 서비스로봇에는 진공청소로봇, 걸레질로봇 또는 잔디깍이로봇 등이 있으며, 이들 로봇이 개인적으로 사용하는 모든 서비스로봇의 2/3를 차지한다. 현재 구상하는 미래의 제품들은 노인이나 가사일 그리고 놀이를 돕는 어시스턴스 로봇과 같이 높은 개발 수준, 향상된 성능 그리고 이용가치가 큰 가정용 로봇을 목적으로 한다.

인간을 대체할 수는 없다

rob@work를 적용할 수 있는 시나리오는 창고관리이다. 이 로봇은 기술적으로 임의로 배치된 수많은 제품 중에서 원하는 것을 식별하여 옮길 수 있다.

독일의 한 중소기업 시니어기술 컨설턴트인 Dr. 니콜라우스 블륌라인이 소매업에서 사용하는 로봇시스템을 소개하였다. 그는 로봇의 큰 잠재력이 상품정리에 있다고 하였다. 노동시간이 많이 걸리고 신체적 부담이 되는 작업을 로봇이 대신할 수 있다. 로봇연구 중에도 물품정리 로봇을 개발하고자 하는 노력이 있었지만, 지금까지는 현실적 가격으로 구입할만한 로봇은 없다. 니콜라우스 블륌라인은 매장관리에도 부분적으로 로봇을 사용할 수 있다고 하였다. 서비스로봇이 바닥을 청소하고 제한된 범위에서 선반에 있는 제품을 식별할 수 있다. 그러나 선반에 상품을 일정하게 배치하고 가계를 장식하는 일에 대해서는 인간의 유연성을 대체할 수 없다. 현재 로봇이 기술적으로 크게 발전했다 하더라도 아직까지 서비스로봇의 가성비는 좋지 않다. 그럼에도 상업분야에서 로봇을 사용하는 것에 대해 흥미로운 전망들이 제시되고 있다. 이동식 서비스로봇이 진열대에서 상품을 가지고 올 수 있는 능력이 있음을 리차드 보어만이 rob@work로 보여주었다. 프라운호퍼 IPA가 개발한 머니퓰레이터를 장착한 이 무인운반차량은 임의로 진열된 많은 제품 가운데서 원하는 제품을 식별하고 집어서 목적지로 이동할 수 있다. 인간과 유사하게 rob@work는 대상 데이터뱅크에 저장되어 있는 것만을 찾아낸다. 따라서 새로운 제품은 센서와 카메라를 통해 스캔하고, 특징 포인트를 추출한 후 개별 뷰를 3D 모델로 결합한다. 이 데이터를 이용하여 동일한 제품을 식별하게 된다. 해당 알고리즘은 rob@work가 찾는 제품이 부분적으로 가려져 있거나 상품이 무질서하게 배치되거나 조명상태가 좋지 않더라도 찾아낼 수 있다. rob@work는 앞으로 창고에서 피킹하고, 재고조사를 하거나 상품진열대에 잘못 배치된 상품을 정돈할 수 있다.

간단한 프로그래밍

로봇은 24시간 내내 정확하게 작업을 수행할 수 있다. 이러한 로봇은 관련 지식이 없는 사람이 직관적으로 프로그래밍할 수 없다. 통상적인 로봇언어는 일반인에게는 너무 어려워 전문가가 프로그래밍을 해야 한다. 그러나 그러한 수고는 생산개수가 많거나 운용률이 높은 경우에만 이익이 될 수 있다. 로렌츠 할트는 프라운호퍼 IPA에서 이러한 문제를 연구하고 있다. 그의 미션은 프로그래밍을 단순화하는 것이다. 로렌츠 할트와 프라운호퍼 IPA의 전문가들은 조립로봇이 중소기업에서 수익을 낼 수 있도록 „pitasc“ 소프트웨어를 개발하였다. 이 소프트웨어를 이용하면 사전지식이 없는 일반인도 로봇 시스템을 단 시간에 새로운 조립작업에 맞추어 조정할 수 있다. Pitasc는 Makros와 같이 입력만 하면 되는 완성되는 프로그램 모듈을 제공한다. 이 소프트웨어는 조립로봇에게 새로운 능력을 부여하여, 센서정보와 연결하고 까다로운 접합공정을 실행한다.

라우드 기반 내비게이션이 작은 하드웨어로 우수한 내비게이션을 수행하다

공장의 정적센서와 모든 무인운반차량은 클라우드를 통해 서로 네트워크로 연결되어 있다. 이는 방향탐색을 담당하는 가상의 중앙 클라우드 서비스를 형성한다.

프라운호퍼 IPA의 펠리페 가르시아 로페즈의 연구개발영역은 한마디로 요약할 수 있다. 생산공장에 사용하는 무인운반차량을 클라우드를 통해 서로 네트워크로 연결되는 것이다. 가상의 중앙 클라우드서비스는 이동하는 각각의 서비스로봇에 대해 연산하고 집약적인 내비게이션 알고리즘을 실행한다. 생산공장의 레이저스캐너와 각 로봇의 센서들이 실시간으로 경로계획과 최적화에 필요한 데이터를 제공한다. 무인운반차량은 이에 따라 센서를 장착하지 않은 상태에서도 자발적으로 장애물을 피할 수 있게 되었다. 지금까지 방향탐색에 필요했지만 생산시스템의 유연성을 제한했던 공장바닥의 물리적 유도라인과 고정설치물이 필요없게 된 것이다. 따라서 클라우드 기반 내비게이션으로 공장의 디지털전환이 가능해졌다. 가르시아 로페즈가 프라운호퍼 IPA의 인더스트리 4.0 어플리케이션 센터에서 클라우드 기반 내비게이션이 어떤 방법으로 신뢰할 수 있게 기능하는지 시연하기위해, 기존의 서비스로봇과 시뮬레이션 된 서비스로봇을 임의대로 배치하고, 적당한 안전거리를 유지하면서 로봇 옆을 지나갔다. 제조산업의 트렌드가 개별화된 제품과 전환가능한 조립공장으로 발전하고 있다. Bär Automation과 함께 프라운호퍼 IPA는 일방으로 움직이는 무인운반시스템을 개발하였다. 이 무인운반시스템은 동적인 환경에서 밀리미터 단위로 정확하게 방향을 찾는다. 조립 스테이션간의 원활한 공급이 이루어지고 있어 기존의 컨베이어 벨트를 대체하고 있으며, 충전되는 에너지스토리지 덕분에 24시간 사용할 수 있다. 현재 Audi의 R8 매뉴팩처에서 사용되고 있다.

두 세상 사이에서

생산안전은 규격, 가이드라인, 법률에 규정되어 있다. 하지만 프라운호퍼 IPA에서 로봇 시스템 안전담당 테오 야콥스는 이러한 규정이 무인운반차량과 고정되어 동일한 작업을 수행하는 산업로봇에 대해서 유효하지 않다고 한다. 산업용 서비스로봇, 즉 인간과 긴밀하게 협업하는, 머니퓰레이터를 장착한 무인운반차량은 두 세계 사이를 왕래한다. 산업용 서비스로봇에 대한 유효한 규격은 없다. 산업용 서비스로봇이 많은 다양한 작업을 수행하기 때문이다. 현재 이동식 서비스로봇 제조사들은 무인운반차량과 머니퓰레이터에 대한 규격을 서로 조합하고 의문점이 있는 경우 엄격하게 규정을 적용하는 것 외에 달리 방법이 없다고 한다. 테오 야콥스는 이에 대한 성공적인 사례로 제한된 범위에서 자율적으로 테스트를 실시하는 이동식 서비스 로봇을 언급하였다. 이 서비스로봇을 새로운 작업에 사용하면 이동식 플랫폼이 꺼지고 머니퓰레이터는 직원이 인에이블 스위치를 누르고 있는 동안에만 작동한다.

F&P Personal Robotics AG의 설립자 Dr. 한스뤼디 프뤼도 인간-로봇 협업의 안전을 연구하고 있다. 스위스 글라트브루그에 위치한 이 회사는 산업과 의료시설에서 사용할 협업 서비스로봇 P-Rob을 개발하였다. P-Rob은 장애인을 보조하고 병원에서는 간호인력을 지원한다. 한스뤼디 프뤼는 안전을 무엇보다 중심축으로 삼았다. P-Rob은 부드러운 가죽스킨으로 감쌌으며 매우 낮은 전압에서 작동한다. 가죽스킨에는 가벼운 터치에도 반응하도록 인간과 로봇이 직접적인 커뮤니케이션을 지원하는 센서가 장착되어 있다.