KITECH

-사람·로봇 공존환경에서 실시간 디지털트윈 생성하는 기술 개발

- 협동로봇에 AI, 디지털트윈 융합해 작업자 위험 진단·예측

□ 스마트공장의 핵심 장비인 협동로봇 수요가 늘면서 다양한 협동로봇이 출시되고 있다.

ㅇ 국내 협동로봇 시장은 연평균 13.6% 성장세를 기록하며 ’25년 약 7,899억 원, ’28년 약 1조777*억 원으로 시장 규모가 확대될 전망이다.

* 2022년 산업기술개발사업 과제기획 경제성 성과 보고서, KEIT(2021.12.)

□ 협동로봇은 사람과 한 공간에서 동작하는 특성 상 작업자의 안전을 고려한 시스템 설계가 중요하다.

ㅇ 충돌 등 산재사고의 위험이 높아 사람이 접근하지 못하도록 방호장치를 설치해야 하는 기존 산업용로봇과 달리 협동로봇의 경우 작업자와의 공존환경 구축이 가능하기 때문이다.

ㅇ 특히 갠트리형 협동로봇의 경우 작업 효율이 향상되는 반면 작업자와 의 충돌 위험도 높아져 안전 시스템 설계가 필요하다.

ㅇ 갠트리(Gantry)로봇은 수평 및 수직면을 이동할 수 있는 직교좌표 로 봇이며, 갠트리형 협동로봇은 갠트리로봇과 협동로봇을 결합해 이동성과 작업 효율을 향상시킨 로봇시스템을 말한다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원) 대경본부 이수웅 수석연구원과 김병학 수석연구원 연구팀이 ‘작업자-로봇 공존환경 실시간 디지털트윈 기술’을 개발했다.

ㅇ 지금까지 작업자의 몸에 센서를 부착해 사람과 로봇의 디지털트윈을 구 현하는 기술은 있었지만, 센서 부착 없이 사람-로봇 공존 환경의 디지털 트윈을 실시간으로 생성하는 기술은 세계적으로도 드문 사례이다.

ㅇ 공동연구팀이 개발한 기술은 로봇, AI, 디지털트윈을 융합한 성과로, 위험을 실시간으로 예측·진단해 작업자가 로봇과 안전하게 상호 작용 할 수 있는 제조환경 구현을 목적으로 개발됐다.

□ 생기원 대경본부 AI응용제조설비연구센터 김병학 수석연구원은 이를 위해 다중도메인 센서(LiDAR*)를 제조환경에 설치하고, AI 기술을 활용해 작업자의 위치를 인식할 수 있도록 했다.

* LiDAR(Light Detection And Ranging) : 레이저 빔을 사용해 환경 내 거리와 움직임을 실시간으로 측정하는 원격 감지기술

ㅇ 또한 컴퓨터 시스템 상에 3차원 작업자 데이터 생성 AI 모델을 활용해 로봇, 작업자, 작업환경을 디지털화하고, 현실의 제조현장과 실시간 연 동해 상호작용할 수 있는 디지털트윈 구현에 성공했다.

□ 첨단메카트로닉스연구그룹 이수웅 수석연구원은 협동로봇의 안전 요 구사항에 관한 국제표준(ISO/TS15066) 내용을 반영해 사람과 협업 가능한 갠트리형 협동로봇 시스템 개발을 맡았다.

ㅇ 이를 통해 이동하는 협동로봇과 작업자 간 거리를 모니터링하면서 충돌 위험을 실시간으로 진단·예측해 위험이 인지되면 로봇을 안전하게 제어하는 기술을 개발했다.

ㅇ 작업자의 위험이 감지될 경우에는 디지털트윈 환경의 데이터를 기반으로 로봇이 작업자에게 접근하는 속도를 자율적으로 조절하거나, 위험도가 높을 경우 스스로 정지하게 된다.

□ 연구팀은 복합재료제품 전문기업 D사의 제조현장에 실증공간을 구축하고, 개발된 기술을 부품 후처리 공정에 적용하기 위한 테스트를 진행 중이다.

ㅇ 후처리 공정에 투입되는 협동로봇의 엔드 이펙터(End-Effector, 작업툴) 에는 대부분 그라인더, 회전 날 등의 공구가 장착돼 있다.

ㅇ 이에 따라 로봇의 엔드 이펙터가 어느 방향을 향하는지, 어떤 속도로 접근 하는지를 실시간으로 파악하면서 위험 상황을 인식하지 못하는 작업자를 안전하게 보호하는 데 활용할 계획이다.