지난해 고가의 트래커 없이도 다관절로봇의 직진도를 직교로봇 수준으로 끌어올릴 수 있는 로봇 응용 기술 ILC(Iterative Learning Control, 반복학습제어)를 공개했던 엔케이알 주식회사가 올해는 영상 기반 비주얼 서보잉이라는 무기까지 장착했다. 영상 기반 비주얼 서보잉 기술은 연구소 및 POC 레벨에서는 활발하게 연구가 진행되고 있으나 실제 상용화 및 현장 적용은 아직까지 제한적인 것으로 알려져 있다. 이에 엔케이알 주식회사는 실제 양산 현장 적용을 목표로 이 기술의 기술성숙도를 높여나가고 있다.
엔케이알 주식회사 김영준 과장 / 사진. 로봇기술
대한민국 로봇산업의 힘 ‘로봇 응용 기술’
대한민국은 산업용 로봇을 가장 잘 활용하는 나라로 평가받고 있다. 전자, 자동차, 이차전지와 같은 로봇의 주력 수요 산업 분야에서 글로벌 시장을 선도하는 기업들이 다수 포진해 있어 로봇 자동화에 대한 사용자의 기준이 높고, 중소기업 수요층에서는 이미 설비를 갖춘 좁은 공장 환경에 로봇을 들여야 하는 상황이 비일비재하다. 결국 로봇 자동화를 직접 구축해야 하는 로봇SI 업체들은 까다로운 고객의 요구를 만족시키면서 고난도의 SI를 수행해야 하는 경우가 많다. 이 같은 환경에서 생존해 온 우리나라 산업용 로봇 전문 기업들의 솔루션 기술, 즉, 로봇 응용 기술은 세계적인 수준이다.
로봇 응용 기술은 산업용 로봇의 진화를 이끌 수 있는 수단이다. 똑같은 로봇을 동일한 공정에 투입해도 누가 로봇 시스템을 구축하느냐에 따라 성능을 한층 더 높일 수 있고, 어떤 경우에는 불가능해 보이는 로봇 애플리케이션을 가능하게 만들기도 한다.
산업용 로봇 전문 기업 엔케이알 주식회사(이하 NKR)가 창사 이래 지금까지 끊임없이 로봇 응용 기술에 매진해 온 이유도 여기에 있다. 우리나라 로봇산업의 구조상 로봇을 잘 활용하는 기술이 곧 대한민국 로봇산업을 강화한다는 철학 때문이다. NKR(Normal Korean Robot)이라는 사명에는 특정한 브랜드의 로봇에 국한되지 않고, 더 넓은 의미에서 한국형 로봇 응용 기술을 추구하겠다는 회사의 의지가 담겨 있다. 실제로 회사는 산업용 로봇을 비롯해 로봇용 컴퓨터 응용 소프트웨어, 프로그래밍, 캘리브레이션 기술 등 40여 개 이상의 로봇 응용 기술 관련 특허를 보유하고 있다.
IBVS 데모 시스템 / 사진. 로봇기술
영상 기반 비주얼 서보잉 기술 개발
최근 NKR은 영상 기반 비주얼 서보잉(Image-Based Visual Servoing, 이하 IBVS) 기술을 개발하고 기술성숙도를 높여 나가고 있다.
IBVS는 3차원 정보를 바탕으로 로봇 매니퓰레이션하는 일반적인 위치 기반 비주얼 서보잉(Position-Based Visual Servoing, 이하 PBVS)과 달리 저렴한 2D카메라를 이용해 획득한 이미지 정보를 기반으로 로봇을 정밀하게 움직일 수 있다.
PBVS는 3차원 복원 정보를 통해 로봇을 제어하기 때문에 카메라와의 캘리브레이션 오차나 로봇의 기구적 오차 등이 있을 경우 목표 위치와 실제 위치 간에 누적 오차가 발생해 제어 정확도가 낮아질 수 있다. 반면 엔케이알은 실시간으로 2D카메라로부터 획득하는 영상 정보만을 활용해 로봇 제어 명령을 만드는 IBVS 기술로 이 문제를 해결했다.
NKR 김영준 과장은 “예를 들어, 양손의 손가락 끝을 맞닿는 행동을 한다고 가정했을 때, PBVS는 오른손 손가락 끝과 왼쪽 손가락 끝의 위치를 계산하고, 팔이 어느 위치로 움직이게끔 연산하는 방식이다. 반면 IBVS는 사람이 눈으로 보면서 실시간으로 움직이며 손가락 끝을 맞닿게 하는 것과 마찬가지다.”라고 설명했다.
이 데모 시스템에서는 종이의 크기나 기울기가 달라져도 로봇이 티칭 없이 즉시 동일한 작업을 수행한다.
/ 사진. 로봇기술
실제 제조 현장 도입 목표로 R&D 추진
IBVS는 앞서 이미 정립된 기술 이론이지만, NKR은 이 기술을 실제 산업 현장에 적용하는 로봇 애플리케이션 레벨까지 확장해나가고 있다는 점에서 주목할 만하다.
IBVS를 실제 제조 현장에서 사용하기에는 기술적으로 진입 장벽이 있었다. 연구소 레벨의 기술로는 현업에 적용하기가 쉽지 않았고, 반대로 전통적인 로봇SI 업체가 해당 기술을 개발하는 것도 쉬운 일은 아니었기 때문이다. 반면 NKR은 대기업 고객사의 니즈를 충족하기 위한 차세대 기술로 IBVS를 직접 개발했다는 점에서 의미가 깊다.
김영준 과장은 “현재 모 대기업 프로젝트로 플랫 케이블 체결 작업을 로봇으로 자동화하는 프로젝트를 진행 중이다. 컨베이어를 타고 이동하는 워크에 리본처럼 플렉시블한 움직임을 보이는 케이블을 체결하는 작업으로, 현재는 룩&무브(Look & Move) 방식으로 데모를 구현해 납품했다.”이라고 밝혔다.
엔케이알 주식회사가 룩&무브 방식으로 구현한 플렉시블 플랫 케이블 체결 시스템 / 사진. 로봇기술
룩&무브는 간헐적 피드백 제어의 일종으로, 카메라로 물체 위치를 인식(Look)하고, 계산된 좌표로 로봇을 이동(Move)하는 과정을 여러 차례 반복하는 방식이다. 목표 지점에 도달할 때까지 인식-이동-정지-다시 인식-이동의 과정을 반복하는 시각 피드백 루프로 오차를 보정하는 기술로서, 현재 NKR은 이 기술을 이용해 고객사가 요구한 택타임보다 작업 시간을 더욱 단축시키는 데 성공하고 데모 장비를 납품한 상황이다.
NKR은 현재 진행 중인 룩&무브 플랫 케이블 체결 공정 자동화 라인을 더욱 고도화하기 위한 차세대 기술로 IBVS 적용을 준비하고 있다. 정지 후 시각 정보를 처리하는 룩&무브 방식의 단점을 실시간 제어로 개선하면서 동시에 정밀성을 유지하기 위함이다.
다양한 로봇 애플리케이션에 적용 기대
NKR은 플랫 케이블 체결 공정 외에도 이 기술이 적용될 다양한 로봇 애플리케이션을 검토 중이다. 특히 컨베이어 트래킹 기반 로봇 애플리케이션에서 이 기술의 활용성이 높을 것으로 기대하고 있다. 이미 일부 고객사에서는 컨베이어 트래킹 시 엔코더를 설치해 추종하며 나사를 체결하는 공정 등에 적용할 수 있는지 문의한 것으로 알려졌다.
김영준 과장은 “6자유도 로봇을 제어하는 IBVS를 컨베이어 트래킹에 접목하면 유연성이 필요한 비정형화된 환경에서 더욱 강점을 지닌다. NKR은 이 기술이 파괴력을 가질 수 있는 다양한 로봇 애플리케이션을 발굴하고 있다. 예컨대 특정 고객사의 경우 컨베이어상에서 이동하는 워크를 추종하며 나사를 체결하는 공정을 자동화하기 위해 엔코더 모듈을 설치하고 있지만, 우리 기술을 사용하면 엔코더 모듈 없이 별도의 마크만으로 추종하면서 체결하는 게 가능하다.”라며 “뿐만 아니다. 필요한 경우에는 엔코더와 IBVS를 융합해 작업 속도를 더욱 향상하는 것도 가능하다. 예컨대 빠르게 움직이는 컨베이어 정보를 엔코더로 읽고, 컨베이어 위에서 움직이는 워크에 대한 매니퓰레이션을 IBVS로 수행하는 하이브리드 방식으로 작업 속도를 개선하는 방향이다.”라고 설명했다.
나치 스네이크로봇(7축 협동로봇) 프로토타입을 이용한 데모 시스템 / 사진. 로봇기술
한편 김영준 과장은 “지난해 선보였던 ILC(Iterative Learning Control, 반복학습제어)나 이번에 개발한 IBVS 등은 고가의 주변 장치 없이 로봇 자동화 공정을 고도화하는 로봇 응용 기술이다. 이 외에도 7축 구조의 협동로봇을 활용한 협소 작업 자동화 기술, 트랙볼 마우스를 이용해 직관적으로 로봇을 조작하는 기술 등 고객사의 경쟁력을 높일 수 있는 여러 기술들을 준비하고 있다.”라며 “앞으로도 NKR은 고객사에 혁신적이면서도 비용 경쟁력을 갖춘 로봇 자동화 시스템을 공급하기 위해 로봇 응용 기술 개발에 매진할 것”이라고 전했다.
