Vathos Robotics의 카메라와 앱을 이용한 로봇 트레이닝

중소기업들은 인공 지능을 이용하여 간단히 프로그래밍할 수 있는 로봇을 기다려 왔다. 뒤셀도르프의 한 스타트업이 로봇을 쉽게 프로그래밍하기 위해 어떤 과정을 거쳤는지 소개한다.

필립 퀴퍼(Philipp Küpper): VathosGmbH CEO, 감수: ABB 코리아 Robotics 김보미 책임

핵심 내용

  • Vathos Robotics는 인공 지능을 이용하여 로봇 프로그래밍에 표준화와 개별화 장점을 결합하였다.
  • 앱은 사용자가 간단하게 조작할 수 있어 사용자 친화적이다.

제조 산업의 생산 환경은 다양하고, 수행 과제 또한 특수하다. 또한 각각의 고객사별 Application에 대한 개별적인 대응이 요구됨에 따라 시장에서는 맞춤형 솔루션이 확산되고 있다. 하지만 이 개별 솔루션은 표준 컴포넌트에 비해 오류에 취약한 것으로 나타났다. 이러한 오류를 최소화하기 위한 종합적인 테스트는 많은 시간과 비용이 발생될 뿐만 아니라, 기본적으로 많은 생산량과 긴 생산 시간이 뒷받침되어야 가능하다. 안정성에 대한 산업계의 요구 사항이 하드웨어 분야에서 이루어진 것과 같이 소프트웨어 분야에서도 표준화를 통해 개선될 수 있다.

Vathos Robotics의 CTO인 Dr. 요나단 발처는 바로 그 점에 있어 인공 지능에 큰 잠재력이 있음을 확인했다. 그는 자동화 솔루션도 고객의 요구에 맞추어야 한다고 생각한다. Vathos는 인공 지능을 이용하여 표준화와 개별화의 장점을 결합하고자 한다. “우리는 앱을 통해 사용자의 편의성을 높이려고 합니다. 당사 솔루션은 고객사별 특수한 Application에서 발생되는 데이터에 맞게 조정이 가능합니다.”(요나단 발처) 이러한 접근법으로 Vathos Robotics는 새로운 형태의 인간과 로봇의 상호작용을 만들고자 한다.

컴퓨터 비전을 통한 로봇의 유연성 증대

자동화에서 이미지 처리 시스템이 중요한 역할을 차지하는 경우가 많다. 이러한 시스템을 구현하려면 생산 현장의 여건을 최대한 상세하게 모델링할 수 있는 전문가의 지식과 경험이 필요하지만, 중소기업은 이를 시행할 수 있는 여건이나 인력이 없는 게 사실이다. 따라서 생산 현장을 유연하게 자동화하는 작업은 대부분의 중소기업에서 큰 도전이 되고 있다. “로봇이 자신의 환경을 잘 감지할 수 있어야, 로봇을 통한 자율적 결정이 가능합니다.”(요나단 발처)

Vathos는 컴퓨터 비전 분야에 특화된 기업이다. 이 분야도 조작을 간단하게 하기 위한 목적으로 인공 지능을 이용하고 있다. “우리는 지금까지 사용자가 수동으로 입력해야 했던 수많은 정보들을 데이터로부터 배울 수 있습니다.”(요나단 발처) 즉 사용자는 트레이닝이 필요한 데이터를 시스템에 제공하기만 하면 된다는 의미이다. “사용자는 당사 시스템이 도출한 제안 사항을 확인하면 됩니다.” 요나단 발처는 이를 위해 구글 맵을 예로 들어 설명하였다. “여러분이 구글맵에 출발지와 목적지를 입력하면 구글이 제안하는 여러 경로나 교통 편을 보고 선택할 수 있습니다.” Vathos가 로봇 Operation에 구현하고자 하는 것 또한 이와 같은 맥락이다.

Vathos Robotics는 인공 지능을 이용하여 로봇 프로그래밍에 표준화와 개별화 장점을 결합하였다.

Vathos는 이를 위해 하드웨어와 소프트웨어를 조합하였다. 이 솔루션의 기능 원리는 Pick & Place 어플리케이션을 예로 들어 설명한다. 먼저 카메라가 필요하다. 알고리즘이 3D 이미지를 통하여 로봇 그리퍼에 대한 부품의 상대적인 위치를 감지한다. 알고리즘을 트레이닝하기 위해 각 부품의 CAD 모델을 Vathos 앱을 통해 업로드 하고, 웹 서비스로 전송한다. 웹 서비스에서 CAD 모델을 통한 데이터가 생성되고, 데이터를 이용한 딥러닝이 이루어진다. “Vathos 웹 서비스는 다양한 CAD 포맷에서 알고리즘을 위한 트레이닝 데이터를 생성할 수 있습니다. 새로운 구성 요소를 트레이닝하기 위한 컴퓨팅 성능은 고객의 주문에 따라 클라우드에서 가져오거나 고객의 강력한 서버에서 가져옵니다.”(요나단 발처) 이 솔루션은 간단한 조작 방법 외에도 두 가지 장점을 제공한다. 첫 번째는 인건비의 절감이다. 로봇 셋업이 수동이 아닌 딥러닝을 통해 이루어지기 때문이다. 두 번째로 장비의 교체 혹은 개조가 생산 계획 단계에서 이미 완료되기 때문에, 다운타임으로 인한 손실을 줄일 수 있다.

로봇은 3D 카메라로 이용하여 다양한 모양의 부품을 그리핑할 수 있다.

고장에 대한 안전성과 짧은 싸이클 타임을 보장하기 위해, 생산 설비에 작은 컴퓨팅 유닛(에지 컨트롤러)를 설치하였으며, 따라서 생산 중에 인터넷을 연결할 필요가 없다. “당사 AI 가능 인프라는 고객과의 수많은 대화와 테스트를 거친 결과입니다.”(요나단 발처) 요나단 발처는 다음과 같이 덧붙였다. “우리의 우선순위는 데이터 보안과 신뢰성입니다.” 알고리즘에 의해 부품 이미지가 감지되면, 에지 컨트롤러가 부품의 좌표를 로봇 컨트롤러에 전송한다. 이때 Vathos API가 다양한 표준(OPC UA 또는 HTTP)으로 통신한다. 이후 로봇 컨트롤러에서 동작 계획이 이루어지고 로봇에게 전송된다.

ABB도 Vathos Robotics와 함께 파일럿 프로젝트를 시작하였다.

Vathos 앱을 통해 로봇에게 새로운 제품을 교육할 수 있다.

이 솔루션은 아직 파일럿 단계이지만, 그 잠재력은 이미 많은 것을 설명하고 있다. 로봇 제조사 ABB도 2019년 1월에 자사 산업용 AI 액셀러레이터(Industrial AI Accelerator) 프로그램의 일환으로 Vathos Robotics와 함께 파일럿 프로젝트를 시작하였다. ABB의 파일럿 어플리케이션에는 컨베이어 벨트에 올려진 다양한 부품을 인식하는 시스템을 사용하였다. 이 프로젝트의 초점은 사용자가 프로그램을 간단하게 조작하는 데 있으며, Vathos 앱을 통해 ABB 로봇 Flex-Picker가 처음 접하는 다양한 제품을 핸들링 할 수 있도록 교육한다. ABB 산업용 AI 액셀러레이터 프로그램 종료 후, Vathos는 스타트업을 위한 ABB 자금 지원 프로그램 대상 기업으로 추가되었다. 이를 계기로 Vathos는 2019년 8월부터 스웨덴에 있는 ABB 글로벌 혁신 스카우트인 Syner Leap과 함께 제품의 상품화를 위한 추가 개발 중에 있으며, 2020년 출시를 목표로 하고 있다.

로봇 공학의 문제를 단순화하다

Vathos Robotics 팀에게 위에서 언급한 Pick & Place 어플리케이션은 이제 겨우 시작에 불과하다. “우리의 접근 방식으로 로봇 공학의 수많은 문제들을 단순화할 수 있습니다. 우리는 이미 카메라 보정, 대상 추적, 품질 점검 단순화를 연구하고 있습니다.”(요나단 발처) 이를 위해 몇 개월 이내에 팀을 더욱 확대할 계획이다. 요나단 발처는 분명한 목표를 갖고 있다. “로봇이 다양한 작업을 수행해야 하는 환경에서 시각적 정보를 확인능력이 없다면 곧 한계에 부딪힙니다. 우리는 로봇의 시각적 감지 센터 역할을 하려고 합니다.” 현재 Vathos는 로봇 제조사와 카메라 제조사에 대한 자사 솔루션의 호환성을 확장하고 있다. 그리고 중장기적으로 로봇 공학 외의 영역에도 이를 적용하는 것을 계획 중에 있다.“당사의 핵심 역랑은 3D 이미지로부터 정보를 획득하는 것입니다. 그리고 궁극적으로 획득한 모든 정보들을 다양한 시스템에 전달할 수 있도록 합니다.” 요나단 발처는 Vathos의 미래를 위와 같이 밝혔다.

Vathos Robotics 소개

필립 퀴퍼, Vathos CEO와의 짧은 인터뷰 – 이 인터뷰는 MM 빅토리아 존넨베르크 에디터가 진행하였다.

Vathos Robotics 는 앱을 이용한 로봇 트레이닝에 대한 아이디어를 어디서 얻었습니까?

그 아이디어는 한 중소기업의 디지털 프로젝트에서 나왔습니다. 그 중소기업은 지속적으로 새롭고 다양한 부품을 생산하기 때문에 기계와 로봇을 주기적으로 셋업 해야 했습니다. 우리는 셋업 시간을 줄이기 위해 직원들이 직접 부품의 각 매개변수(직경, 높이)를 로봇 컨트롤 시스템에서 수정할 수 있는 앱을 만들었습니다. 그러나 이 솔루션은 부품 특성의 편차가 클 때 한계에 부딪혔습니다. 그로 인해 ‘앱을 통해 간단하게 로봇 프로그래밍하기’ 라는 원리를 이미지 처리가 필요한 어플리케이션에도 적용하는 아이디어를 얻어냈습니다.

Vathos Robotics 는 인공 지능을 어떤 목적으로 사용합니까?

우리는 고객으로부터 자사 직원이 시스템을 전환할 수 있는 경우에만 이미지 처리 시스템을 사용하겠다는 피드백을 받았습니다. 우리는 해당 고객이 하드웨어와 소프트웨어로 구성된 복잡한 시스템을 간단하게 전환할 수 있도록 만들고, 이를 위해 우리는 인공 지능을 사용합니다. 우리의 목적은 사용자가 지금까지 수동으로 입력해야 했던 정보를 데이터로부터 배울 수 있게 하는 것입니다. 사용자는 당사 앱을 통해 CAD 모델만 업로드하면, 이 CAD 모델을 이용하여 당사 시스템이 교육합니다.

이 솔루션은 어떤 사례에 적합합니까?

현재 우리는 산업 환경에서 사용하는 Pick & Place 작업에 초점을 맞추고 있습니다. 특히 중소기업에 관심을 두고 있습니다. 왜 그럴까요? 중소기업들은 다품종 소량 생산으로 운영되는 경우가 많습니다. 따라서 지금까지는 산업용 로봇 사용으로 얻는 수익성이 크진 않았습니다. 이런 중소기업들도 짧은 셋업 시간과 간단한 사용자 인터페이스가 제공된 당사의 솔루션에 도움을 받아 생산 개수가 적은 생산 환경에서도 로봇을 사용할 수 있게 되었습니다.