(주)스포스가 이탈리아 글랜스비전(Glance Vision)의 특허 기술이 적용된 비전 센서 기반 티칭 시스템에 대해 소개한다. 본 시스템은 비전 센서 기반의 직관적인 인터페이스로 복잡한 협동로봇 프로그래밍 과정을 대폭 간소화해 작업 전환 시간 단축과 경로 정밀도 향상이라는 두 가지 과제를 동시에 해결할 수 있으며, 이를 바탕으로 용접, 실링, 디스펜싱 등 다양한 공정에 적용 가능하다.
협동로봇 티칭 시연 / 사진. 로봇기술
정밀 제어의 새로운 지평
지속적인 산업 자동화와 정밀 협동로봇 제어에 대한 요구가 증대되면서, 협동로봇의 효율적인 프로그래밍은 핵심 과제로 부상하고 있다. 이러한 배경 속에서 비전 센서 기반 티칭 시스템은 협동로봇의 프로그래밍 속도를 높이는 동시에 최대한의 정밀성을 보장하는 기술로 주목받고 있다.
본 시스템은 사용 편의성을 최우선으로 고려해 설계돼, 복잡한 코드 기반 프로그래밍 없이도 협동로봇의 정교한 움직임을 구현할 수 있도록 돕는다. 이는 비전문가도 협동로봇을 손쉽게 제어하고 활용할 수 있는 가능성을 열어주며, 용접이나 실링처럼 복잡한 궤적을 요구하는 작업에서 협동로봇이 따라야 할 경로를 펜 형태의 포인팅 장치로 직접 그리는 방식으로 티칭을 수행할 수 있도록 한다.
시각화된 비전 기반 티칭 시스템 뷰 / 사진. (주)스포스
티칭 방식은 사용자가 실제 경로를 따라 장치를 움직이기만 하면, 협동로봇이 해당 궤적을 자동으로 인식해 경로로 학습하게 되는 방식이다. 이로써 다양한 협동로봇 애플리케이션에서 작업 전환(Job Change)이 쉽고 빠르게 이루어질 수 있다.
작동 원리로는 협동로봇의 움직임을 시각적으로 캡처하고 해석해, 사용자의 직관적인 명령을 협동로봇 동작으로 변환하는 방식이다. 이와 같은 시각 정보 처리 기반의 인터페이스는 협동로봇의 운용 효율성을 극대화하며, 티칭 과정에서 발생할 수 있는 부정확한 입력이나 환경 변화로 인한 오작동 가능성을 줄이는 데 기여한다. 또한, 실시간 피드백 기능을 통해 불필요한 재프로그래밍을 최소화하고, 오류로 인한 협동로봇의 잠재적 손상을 사전에 방지한다.
핵심 구성 요소
비전 센서 기반 티칭 시스템, 다르도(Dardo)의 구성품 / 사진. (주)스포스
· 카메라(Camera)
협동로봇의 플랜지(Flange)에 연결되는 시각 센서로, 협동로봇의 움직임을 캡처하고, 사용자의 포인팅 장치 움직임을 실시간으로 인식하는 데 중요한 역할을 한다. 또한, 협동로봇의 다른 도구를 장착할 수 있는 플랜지 연결부를 동일하게 제공해 유연성을 높인다.
· 스타일러스(Stylus)
비전 센서 기반 티칭 시스템의 필수 구성 요소로, 별도의 케이블이나 배터리 없이 작동하는 수동 장치다. 사용자가 특정 지점을 가리키거나 협동로봇의 경로를 지정할 때, 이 스타일러스를 통해 명령을 직관적으로 전달할 수 있다. 이는 사용자가 협동로봇이 움직일 경로를 직접 그리는 듯한 경험을 제공하는 펜 형태의 포인팅 장치이다.
스타일러스(Stylus) / 사진. 로봇기술
· 임베디드 PC(Embedded PC)
활성화 동글과 함께 제공되는 유닛으로, 카메라로부터 입력되는 시각 정보를 해석하고, 협동로봇의 움직임을 제어하는 데 필요한 연산을 수행한다. 이 프로세스를 통해 협동로봇이 사용자의 지시에 따라 유동적이고 정밀하게 반응할 수 있도록 지원한다.
· 플러그인(Plugin)
협동로봇 제어 시스템의 기능을 확장하는 맞춤형 플러그인으로, 시스템 설정 및 비전 센서 기반 티칭 시스템을 이용한 웨이포인트 캡처 기능을 제공한다. 캡처된 웨이포인트는 협동로봇 프로그램 트리에 나타나며, 연속적인 궤적의 캡처 및 실행도 가능하게 한다.
다르도(Dardo) URCap 플러그인 / 사진. (주)스포스
· 외부 애플리케이션
임베디드 PC에 사전 설치된 소프트웨어로, 비전 작업, 궤적 생성 및 시각화, 협동로봇 트래킹 기능을 수행한다. 이 소프트웨어는 카메라에서 들어오는 데이터를 처리하고 이를 협동로봇의 움직임 명령으로 변환하는 핵심적인 역할을 담당한다.
주요 특징
· 궤적 처리
단일 웨이포인트와 연속적인 궤적을 모두 캡처할 수 있는 비전 센서 기반 티칭 시스템은 캡처된 각 지점을 X, Y, Z, RX, RY, RZ의 여섯 가지 자유도(Degree of Freedom, DOF)로 표현한다. 이때 궤적은 이러한 지점들을 연속적으로 연결해 구성되며, 이를 통해 복잡하고 정교한 협동로봇 동작을 구현할 수 있다. 본 시스템은 최대 초당 40개의 자세를 감지할 수 있어, 빠르고 직관적인 궤적 학습이 가능하다.
온보드 카메라 뷰를 통해 감지 품질을 시각적으로 확인할 수 있어, 사용자는 궤적 학습의 정확성을 즉시 파악할 수 있다. 워크피스의 형태가 동일한 경우, 앵커링 포인트를 지정함으로써 물체의 위치가 바뀌더라도 동일한 협동로봇 경로를 손쉽게 재구성할 수 있다
· 운용 모드
정적 모드는 티칭 과정 동안 협동로봇이 고정된 상태를 유지하는 방식으로, 충돌 회피와 안전 확보에 유리하며 사용자가 특정 지점을 정밀하게 지정할 때 효과적이다.
반면, 추적 모드는 협동로봇이 사용자 지정 거리 내에서 펜 포인터를 능동적으로 따라가는 방식으로 작동한다. 이를 통해 협동로봇이 이동하면서 카메라가 원하는 영역을 프레이밍할 수 있어, 동적인 재위치 지정이 가능하다. 이 모드는 실시간으로 작업 중인 물체를 따라가며 경로를 티칭하는 데 효과적이다.
비전 센서 기반 티칭 시스템으로 티칭한 협동로봇과 컨트롤러 / 사진. (주)스포스
· 정밀도 및 견고성
정확히 보정된 시스템 기준 ±0.5㎜ 이하의 오차 범위를 보인다. 이러한 정밀도는 다양한 응용 분야에서 신뢰성 높은 반복 결과를 보장하며, 조명 변화나 복잡한 배경 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계돼 실제 산업 환경에서도 일관된 성능을 발휘한다. 또한, 협동로봇의 플랜지에 장착되는 카메라는 단일 채널 카메라로, 복잡한 외부 설정 없이도 조명 변화나 어수선한 주변 환경에 강한 특성을 지닌다.
· 고급 시각화 및 편집 기능 활용
캡처한 점과 궤적을 모니터에서 실시간으로 시각화해, 증강현실(AR) 모드를 통해 작업 영역 위에 캡처된 데이터가 겹쳐져 표시되며 사용자는 프로그래밍된 점과 궤적을 명확하고 동적으로 확인할 수 있다.
현재 개발 단계에 있는 ‘3D 궤적 위치 지정(3D Trajectory Positioning)’은 강력한 궤적 편집 기능을 포함하고 있어, 사용자가 증강현실 환경에서 직접 작업 영역 상의 궤적을 편집하고 조작할 수 있도록 지원한다.
이를 통해 간단한 복사 및 붙여넣기 방식으로 궤적을 조정할 수 있으며, 3D 공간상에서 단 세 지점을 설정하는 것만으로 동일한 형상의 다른 위치 물체에 복잡한 궤적을 손쉽게 복사할 수 있다.
현재 개발 중인 ‘3D 궤적 위치 지정(3D Trajectory Positioning)’ / 사진. (주)스포스
· 호환성 및 확장성
시스템 통합업체나 원장비 제조업체(Original Equipment Manufacturer, OEM)를 위한 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(Application Programming Interface, API)를 제공해, 자체 로봇 제어 플러그인에 시스템을 통합할 수 있도록 돕는다.
API를 활용하면 사용자는 시스템의 현재 위치 정보를 얻고, 추적 기능을 시작하거나 중지하며, 궤적 캡처를 직접 로봇 제어 플러그인에서 제어할 수 있다. 이는 시스템의 적용 가능성을 크게 확장하지만, 하나의 시스템당 한 대의 로봇만 티칭할 수 있다.
적용 사례
비전 센서 기반 티칭 시스템은 산업 현장의 효율성과 생산성을 극대화할 수 있는 기술로, 로봇 자동화 시스템을 비롯해 다양한 산업 분야에 적용돼 광범위한 이점을 제공할 수 있다.
용접, 디스펜싱, 실링과 같이 협동로봇이 복잡한 경로를 따라 용접 비드, 실런트 또는 기타 재료를 도포해야 하는 응용 분야에서, 본 시스템은 작업자가 직접 경로를 그리는 방식으로 빠르고 정확하게 협동로봇을 프로그래밍할 수 있도록 한다.
비전 센서 기반 티칭 시스템을 통한 협동로봇 용접 / 사진. 글랜스비전(Glance Vision)
샌딩, 연마, 디버링과 같은 표면 처리 작업에서는 섬세하고 반복적인 움직임이 요구되는데, 이 시스템은 수동 궤적 조정의 필요성을 줄이고 협동로봇이 일관되고 정밀한 표면 처리를 수행하도록 돕는다.
벤딩, 나사 조임과 같이 특정 지점에서 정확한 힘과 각도로 도구를 적용해야 하는 조립 작업에서는, 이 시스템이 경로점 티칭을 간소화하고 협동로봇이 지정된 자세를 유지하며 작업을 수행할 수 있게 한다.
품질 검사와 같이 육안 검사 또는 특정 센서를 활용한 감시 작업에서는 협동로봇이 특정 영역을 따라 정밀하게 움직일 필요가 있는데, 본 시스템은 경사 경로를 쉽게 프로그래밍할 수 있도록 도와준다. 협동로봇이 보는 화면을 실시간 그래픽 인터페이스를 통해 확인하고, 증강현실 기능을 활용해 프로그래밍 단계에서 궤적의 시각화와 조작을 통해 정확도를 높일 수 있다.
필자
(주)스포스 백인창 대표
