로봇연구기관별 기술 소개
끊임없는 로봇기술 개발 ‘지금 이 순간에도 진행 中’

로봇연구기관들이 올해에도 로봇기술의 발전을 위해 연구와 개발을 끊임없이 진행하고 있다. 또한 이러한 성과들은 각 기관별 홈페이지, 혹은 문의 등을 통해 보다 상세하게 알아볼 수 있으며, 추후에는 로봇연구기관협의체가 추진 중인 로봇 기술 중개 사이트를 통해 일목요연하게 확인할 수 있을 것으로 예상된다. 본문에서는 각 기관들이 개발하고 있는 주요 로봇기술들의 시장성 및 기대효과, 혹은 사업화 사례 등에 대해 간략히 살펴보았다.

한국과학기술연구원(KIST, www.kist.re.kr)

1966년 한국 최초의 과학기술 연구소로 출범해 각종 산업 기술의 개발과 보급으로 경제성장에 이바지해 온 한국과학기술연구원은 원천기술 연구개발을 통해 첨단 연구 성과를 이룩하며, 한편으로는 과학기술 인재 양성을 위한 국제협력을 주도하고 있다. 현재로봇연구기관협의체에는 한국과학기술원의 3개 로봇 단체(지능로봇사업단, 실감교류로보틱스 연구센터, 바이오닉스연구단)가 참여하고 있다.

[주요기술]

조작을 위한 3차원 물체/환경 인식 및 모델링
신호 분리코딩 및 에러 정정을 통한 구조 광기반의 3차원거리 영상 측정 방법, 입자 샘플링 방법과 센서 융합 및 필터링 방법 등의 명으로 I社에 이전된 본 기술은 시각기반 자율 조작 기능의 실현을 위해 환경 변화에 강인하고 실시간 처리가 가능한 물체 인식 및 위치/자세추정, 물체/작업환경 모델링, 비주얼서보 및 3차원 데이터 획득(3차원 카메라) 관련 독창적 핵심 원천 기술 개발을 목적으로 개발이 진행되고 있다.

인지/학습 엔진의 구현을 위한 지능 SOC 기술
Y社, N社 등에 기술이전된 본 기술은 실시간으로 주변 환경을 인지하는 과정을 처리하기 위해 콤팩트하면서도 전력소모가 낮으며 하드웨어 기반 언어를 이용한 최적화된 연산처리 과정을 갖춘 지능시스템의 필요성 증대에 의해 개발하게 됐다.
실시간 상황 이해 지능 SoC와 실시간 다중 물체 추적용 SoC의 개발은 경제적, 산업적으로 다양한 부가가치를 발생시킬 수 있다. 이 기술의 적용은 지능로봇의 가격을 절감시키고, 소형화시킴으로써 국내외 새로운 지능로봇 시장 창출을 가능하게 할 수 있을 것으로 전망된다.

한국생산기술연구원(KITECH, www.kitech.re.kr)

천안에 본원을 둔 한국생산기술연구원은 산업계, 특히 중소·중견기업의 기술 경쟁력을 높일 목적으로 설립됐다. 전국에 있는 많은 지역본부를 통해 지역별 특화 산업에 맞춤 지원이 가능한 조직을 구성해 전방위적으로 중소기업을 지원하고 있는 것이 특징이다.
로봇산업과 관련해서는 현재 생체모방로봇연구그룹, 로봇융합연구그룹, 실용로봇연구그룹 등 3개 조직이 갖춰져 30여명의 연구원들이 로봇산업 발전을 위해 불철주야 매진하고 있으며, 중소기업을 위한 많은 기술 개발 성과들이 이루어지기도 했다. 기술력을 통해 열악한 중소기업의 경쟁력을 높인다는 설립취지에 맞게 로봇기업들에게 실직적인 기술력을 제공할 수 있는 방안을 모색 중이다.

[주요기술]

초경량 고출력 유압 액추에이터 모듈 기술
콤팩트한 사이즈의 모터로 큰 출력을 낼 수 있는 유압 구동 모듈 및 알고리즘 개발을 위해 KITECH는 파스칼의 원리를 적용했다. 기존의 전기 유압 파워팩과 유압 부품, 아울러 밸브 제어로 인한 기존 유압 시스템의 단점을 개선하기 위해 진행되고 있는 원천기술이다.
연구내용으로는 ▲밸브, 펌프 및 모터 등 요소 부품 및 유압 회로 모델링, 시뮬레이터 ▲에너지원 사용을 최소화하는 최적 유압 회로 및 요소 부품 설계 ▲새로운 개념의 유압 구동 회로 및 제어 알고리즘 개발(힘제어, 에너지사용 저감기술 등) ▲전기/유압 시스템 콤팩트 모듈화(유압 시스템 무게 70% 이상 감소) ▲모터 제어(위치, 힘 추종 등 2종 이상 제어 모드) ▲배관 감소, 에너지 효율 향상(에너지 사용 저감율 50% 이상) 등이 있다.

3차원 환경 인식 센서 및 알고리즘 기술
현재 구글카가 활용하고 있는 벨로다인(Velodyne)의 64채널 센서는 대략 1억 원가량의 고가 센서이다. 하지만 KITECH가 개발을 진행하고 있는 이 3차원 환경 인식 센서는 대략 1/10 수준의 가격 구현을 목표로 하고 있다. 복잡한 기구적 구성으로 인한 수명의 한계를 극복하기 위해 MEMS Mirror를 이용했다. 올해 기준으로 70% 이상 개발이 진행된 과제로, KITECH 측은 향후 시장에서의 파급효과가 상당할 것으로 내다보고 있다.
연구내용으로는 ▲LD Module, APD Module, Scanning Module, ROIC Module이 통합된 센서 시스템 구현(펄스 레이저 출력주기 30㎑->50㎑로 160% 향상) ▲DSP ARM Dual-Core 임베디드 프로세서 기반 LADAR 통합제어기 개발(컨트롤러의 Size가 기존의 50%로 축소) ▲Multi-Echo 신호처리 및 고속 UDP Data 통신 기반 유저 인터페이스 기술 개발(1유저에서 다수의 유저 접속 가능) ▲DSP ARM Dual-Core에 최적화된 DSPLINK BIOS를 응용한 프로세서간 인터페이스기술(IPC) 개발(프로세서간 데이터 교환 속도 300% 향상) ▲MEMS Mirror기반의 Scanning 기구 변경을 통한 경량 Scanning Mechanism 개발(기존무게의 40%로 경량화 및 기존 크기의 20%로 소형화) 등이 있다.

전자부품연구원(KETI, www.keti.re.kr)

1991년 설립된 전자부품연구원은 2007년 차세대로봇전략기술지원단 주관기관으로 선정되어 사업기획, 정책수립 및 로봇산업 육성을 위해 지능형 로봇개발/보급을 위한 로봇특별법(2008. 2. 28) 수립에 기여했다. 전자부품연구원에는 지능로보틱스연구센터와 지능메카트로닉스연구센터가 있다. 지능로보틱스연구센터는 로봇의 자율주행 기술, 영상정보에 담겨있는 의미를 분석하는 로봇 비전 기술, 외부환경 정보를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 로봇 센서기술, 햅틱 기술 등 다양한 로봇 시스템 통합기술을 연구하고 있으며, 지능메카트로닉스연구센터는 액추에이터와 모터 등 핵심구동부품 개발을 진행하고 있다. 로봇기술개발사업을 로봇기업들과 함께 진행해 기업으로의 로봇기술 Spin-off에 힘쓰고 있으며, 지역특화분야(부천시 로봇산업)에 부합되는 기술지원제도를 병행하고 있다. 또한 로봇산업의 중추적인 역할을 담당할 로봇부품산업 활성화를 위해 중장기 기획 및 로봇부품 연구개발 사업도 준비하고 있다.

[주요기술]

독립형 KETI-CAM
미국 CMU 대학에서 개발하여 기술이전에 성공한 CMU 카메라($300)가 대학이나 연구기관에서 최근 많이 사용되고 있다.
KETI에서는 CMU 카메라가 일반 유저가 사용하기 어려웠던 부분을 개선한 독립형 KETI-CAM을 개발했다.
이 카메라를 국가과제 등에 활용하던 중 P社에서 KETI-CAM을 활용해 서울시상수도 사업본부와 상수도 배관탐사 로봇 개발에 KETI-CAM과 관련된 기술을 이전받아 시스템에 탑재했다.

지능형 서비스 로봇용 위치인식 임베디드 모듈
상보성금속산화물반도체 센서를 활용한 지능형서비스 로봇용 고성능 위치인식 임베디드 모듈은 비전 센서가 수집한 영상정보를 자율적으로 클러스터링해 의미있는 지표 생성 및 인식이 가능한 알고리즘이 임베디드되어 있어 층고가 높고, 면적이 넓은 공간에서도 위치인식이 가능하다. 고가의 스테레오 카메라 대신 저렴한 CMOS센서 및 2D 데이터를 채택해 생산 원가 절감을 실현했고, 알고리즘 및 센서 등을 모듈화했다.

안전관절 모듈
최근 제조업용 로봇산업은 사람과 공존하며 작업할 수 있는 경량 고강성 로봇에 대한 수요가 증대되고 있으며 사람과 협업 시 발생할 수 있는 안전성 확보가 큰 이슈로 대두되고 있다.
KETI가 개발 중인 안전관절 모듈은 감속기를 제외한 경량 다극형 모터, 브레이크, 엔코더, 제어기, 토크센서 등을 일체화해 자중대비 가반하중을 2:1 이하로 구현한 세계최고 수준인 DLR社의 LWRⅢ에 근접한 성능수준을 확보했다. 향후 L社 휴대폰 포장공정에 사용될 예정이며, H社 비롯한 로봇 매니퓰레이터 업체에서 관심을 많이 보이고 있어 기술이전이 예상되고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI, www.etri.re.kr)

혁신형 국가 전략기술 개발, 가치창출형 지식재산 확보, 산업성장 견인형 기술 실용화를 목표로 운영되고 있는 ETRI는 1,900여 명에 달하는 연구원들이 창의·융합 기획체계 구축, 글로벌 오픈 R&BD 플랫폼 구축, 지식재산 신 비즈 전략 추진, 기술사업화 신 에코 시스템 구축, 창의인재 육성의 가치를 실현하기 위해 노력하고 있다.

[주요기술]

uRON(범용 로봇주행 라이브러리)
범용 로봇주행 라이브러리는 F社(2011), R社(2011), R社(2012)에 기술이전됐고, 각 사 로봇SW, 로봇시스템에 탑재해 시범사업에 적용됐다. 이 기술은 2009년도에 인천 미래도시 시범사업에 적용되어 당시 마이크로로봇, 하이드로젠파워, 한울로봇 등 11대의 실내외 주행로봇에 적용되어 80일간 실제 방문객에 대한 서비스를 제공한 바 있다. 현재 미국 카네기멜론 대학과 국제공동연구사업을 통해 농업제초로봇, 소방로봇 등에 적용할 수 있는 3차원 공간에서의 주행제어 라이브러리로 확장 개발 중이다.

인간로봇상호작용(HRI) 컴포넌트 기술
로봇과 상호작용하는 사용자들이 누구이며, 어디에서 무엇을 하는지를 인식하는 지능형 로봇의 핵심기술로서 S社, Y社 등에 기술 이전되어 서비스 로봇에 적용됐다. 특히 이 기술은 로봇분야 뿐만 아니라 스마트기기(S社 디지털카메라), 보안분야(N社, H社)에도 활발하게 적용되고 있다.
‘건광관리 서비스’ 측면에서 ETRI의 기술이 적용된 로봇은 고령자의 혈압, 맥박 등을 수시로 체크하고 그 결과를 원격으로 모니터링할 수 있게 도와준다. 의사는 원격으로 보고된 고령자의 건강상태를 확인하고, 비정상적 혈압, 맥박이 감지된 경우 응급 또는 적정한 조치를 취하게 된다.
또 ‘인지보조 서비스’와 관련해서 로봇은 기억력 감퇴 등 신체기능이 저하된 고령자들을 위한 치매 방지 및 기억력 회복을 위한 간단한 게임을 지원한다.
‘응급상황 대처 서비스’에서는 로봇이 고령자의 낙상 사고 등의 응급상황을 자동으로 감지하고, 이를 의사 또는 요양상담사에게 실시간으로 전달하여 불의의 사고가 없도록 조치해 준다.
이 밖에 ‘여가생활 지원’ 서비스는 홀로 보내는 시간이 많은 고령자의 특성을 감안하여 로봇이 친구 또는 보조자로서 고전 동화 읽어주기, 음악 틀어주기, 가족과의 전화 통화 연결 및 페이스북 등 온라인에 게시된 사진과 동영상의 재생서비스를 지원해 준다.
ETRI의 이러한 기술은 IT를 기반으로 한 실버케어 산업의 성공 가능성을 높인 것으로 보인다. 특히 최근 우리나라에서의 출산율 저조 및 고품질 의료서비스에 따른 기대수명 증가 등으로 인한 인구의 고령화가 가속화되고 있는 시점에서 IT가 실버케어 산업의 고도화에 일조할 것으로 전망된다. 얼굴인식 기술, 착용형 장치기반 고령자 행동인식 기술 등은 해외 로봇 시범사업(2011, Selwyn Village/오클랜드/뉴질랜드) 및 국내 노인 요양원에 적용된 바 있다.

한국로봇융합연구원(KIRO, www.kiro.re.kr)

지자체 연구기관으로 설립되었던 포항지능로봇연구소가 국가 차원의 로봇산업 육성을 위한 전문생산기술연구소로 승격되어 신규로 설립된 한국로봇융합연구원은 로봇을 연구하는 대표 6대 기관 중 로봇제품 실용화를 중심으로 연구하는 유일한 독립기관이다.
산업기술개발촉진법에 의거 ‘중소기업 기술지원’ 임무를 법적으로 부여받게 된 본 연구원은 다양한 로봇 관련 기술과 지식을 개발해 제품 실용화를 촉진시키는 역할을 하고 있다.

[주요기술]

유리창 청소로봇 ‘윈도로’
윈도로는 한국로봇융합연구원과 일심글로발이 2009년부터 공동 개발하고, 개발 완료 후 기술이전 및 상용화지원을 통해 세계 최초로 상용화된 유리창 청소로봇이다.
2011년 1월 미국 라스베이거스에서 개최된 세계 최대의 전자제품 박람회 ‘CES 2011’에서 크게 주목을 받았고 그해 9월 독일에서 열린 ‘IFA 2011’에서는 ‘베스트 제품’으로 선정된 바 있다. 특히 2012년 12월 9일 지식경제부가 주관하고 한국생산성본부가 시상하는 ‘2012 세계일류상품’으로 선정됐으며, 현재 프랑스, 독일, 일본 등 세계 20개국에 판매되고 있다.

수중 청소로봇 ‘PIRO’ 시리즈
PIRO는 국내 최초로 개발된 지능형 다목적 수중로봇(모델명 PIRO)으로 수중탐사와 청소기능 등 다양한 용도로 활용할 수 있다.
국내 대기업에 기술 이전을 준비 중이며, 시범사업을 통해 인천 소재 기업 D社가 일부 개량해 인천시에 3대를 납품한 바 있고, 현재 하수관 청소에 활용되고 있다.
지난해 10월 아랍에미리트(UAE)에서 열린 ‘2012 그린미들이스트전시회’에 출품해 여러 국가의 바이어와 상담하는 등 해외 진출까지 모색하고 있다.

교육용 로봇 ‘빅아이’
대학생 및 대학원생들의 로봇 교육에 활용할 목적으로 2009년에 한국NI와 공동으로 개발한 교육용 로봇인 빅아이는 언맨드솔루션에 기술이전해 국내외 마케팅을 진행하고 있으며, 국내 대학과 호주 등에 판매된 실적을 보유하고 있다.

실감나는 실내 승마운동을 위한 승마로봇
승마로봇은 2010년부터 대경선도산업지원사업으로 선정되어 아진산업과 공동으로 개발한 로봇으로, 3차원 입체영상을 이용한 가상환경기반의 탑승형 시뮬레이션 플랫폼이다. 말의 평보, 속보, 구보 등의 움직임이 모두 하나의 플랫폼에서 구현이 될 수 있도록 개발된 이 로봇은 현재 아진산업을 통해 기술이전 및 판매를 추진 중에 있으며 2013년 초에 라인업을 확보해 실제 판매에 들어갈 계획이다. 판매형태는 경주 훈련/체험용, 전문가 훈련용, 놀이공원용으로 구분해 소비자를 공략할 계획이다.

한국기계연구원(KIMM, www.kimm.re.kr)

정부출연연구기관인 한국기계연구원은 국가산업을 선도하는 기계기술 전문연구기관으로서 기계분야의 산업원천기술개발 및 성과 확산, 신뢰성 평가, 시험 평가 등을 통해 국가 및 산업계 발전에 기여하고 있다.

[주요기술]

인간-로봇 협업을 위한 직접교시 기술
인간과 로봇의 협력 기술개발을 통한 인간-로봇 협업로봇시스템 개발은 직접교시기술 개발을 통한 중소기업에서도 사용가능한 사용이 쉬운 로봇 개발을 목적으로 진행됐다. 연구 내용으로는 ▲로봇과 환경의 접촉상황에서도 적용 가능한 직접교시기술 개발 ▲로봇과 작업자의 충돌감지 및 회피를 위한 안전기술 개발 등이 있다. KIMM 측은 현재 대기업을 중심으로 형성된 제업용 로봇 시장을 중소기업을 포함하는 새로운 시장으로 확장하는데 필수기술인 인간-로봇 협업을 위한 핵심기술을 개발함으로써 2018년 78억 달러로 예상되는 첨단제조용 로봇시장에서 필요한 기술 선점이 가능할 것으로 전망했다.

정밀조립을 위한 듀얼암 로봇 협조작업 제어시스템 개발
국내 최초의 산업용 양팔로봇 시스템 프로토 타입을 개발한 KIMM은 최근 세련되면서도 공간활용도가 높은 콤팩트한 디자인의 양팔로봇을 선보인 바 있다.
연구원측은 이 로봇 개발의 일환으로 ▲중공모터/감속기를 통한 슬림한 형상 ▲조립작업/작업계획의 수학적 모델개발 ▲양팔로봇의 협조작업 기술 개발 ▲PC기반의 Windows기반 개방형 제어기 개발 등의 미션을 수행했다.

초 중량물 핸들링용 지능형 로봇개발
KIMM은 자동차, 중공업 분야 등에서 발생하는 고 중량물의 핸들링 및 조립에 적용할 수 있는 ‘가반하중이 600㎏급 초 중량물 핸들링용 지능형 로봇 개발’을 통해 600㎏급 중량물을 핸들링할 수 있는 6축 다관절 로봇기술을 국산화하고, 고 중량물 핸들링 로봇 응용기술, 해석 및 설계기술을 확보하며, 로봇 운영프로그램 개발의 기술력 향상을 도모했다.

복합가공용 병렬형 로봇 기술개발
KIMM은 복합가공용 병렬형 로봇 기술개발을 통해 병렬형 로봇 머니퓰레이터 설계 기술 개발 및 머니퓰레이터 형상 최적화 및 경량화 구조 설계, 전용 시뮬레이터를 활용한 작업공간 극대화를 위한 시뮬레이션, 제어기와 병렬형 머니퓰레이터 모델의 H/W 인터페이스 기술 개발, 고정도 복합 가공 로봇 측정/보정 기술 개발, 고정도 복합 가공 로봇 보정 및 보상 알고리즘 개발, 병렬형 로봇 오차 자체보정(Self-calibration) 알고리즘 개발, 병렬형 로봇시스템의 성능 시험 및 평가, 병렬형 로봇용 시험 기준 정의 및 특성 시험 등의 기술개발을 진행했다.

*상기 정보는 각 연구기관들이 제공한 자료 중 일부분이며, 보다 자세한 내용 및 다양한 기술은 각 기관 홈페이지를 통해 살펴볼 수 있다.

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