한국전자기술연구원 스마트머신·로봇연구단 지능로보틱스연구센터

▲ 경기도 성남시 분당구 소재 한국전자기술연구원 본원 모습

한국전자기술연구원(KETI. 원장 김영삼)하면 아직은 낯선 사람들이 많다. 이전 이름은 전자부품연구원(KETI)이었지만 얼마전인 8월 초 연구원 이름을 바꾸었다. 산업기술혁신촉진법 제42조 ‘전문생산기술연구소의 설립 및 지원’을 근거로 1991년 산업통상자원부 산하 전자IT분야 전문생산연구기관으로 설립이래 첨단산업 분야에서 중소·중견기업들의 성장을 견인해 왔다. 그러나 29년간 이어온 전자부품이라는 틀을 깨고 전자기술로 확대된 기술플랫폼의 선두주자로 연구역량을 담아내 기업과 동반성장하겠다는 의지에 따라 한국전자기술연구원으로 새롭게 탄생했다.

KETI는 대·중소기업 출연으로 설립된 뒤 초기에는 전자기술을 통해 전자부품의 대일 수입 의존을 탈피하고 기술력이 취약한 중소기업을 밀착 지원하는 역할을 맡았다. 하지만 첨단 전자기술의 기능과 분야가 끊임없이 진화하는 산업융합 환경에 선제적으로 대응하면서 소재·부품·단말뿐만 아니라 스마트 시티·제조·에너지, 인공지능, 디지털미디어, 로봇 등의 산업핵심기술을 한발 앞서 확보하여 산업계를 지원해 오고 있다.

KETI는 “틀에서 벗어난 시각으로 미래를 이끌어 간다(Unframed Perspective)”라는 비전하에 성남 본원을 비롯해 선임연구본부 밑에 IT소재부품연구본부ㆍ스마트에너지·제조연구본부ㆍ융합시스템연구본부(성남)ㆍ정보통신미디어연구본부(상암), 지능연구본부(판교)ㆍ스마트머신·로봇연구단(부천) 등 5개 연구본부와 1개 연구단, 광주ㆍ전북ㆍ동남권 3개 지역본부 체제로 운영되고 있으며 올해 1월 기준 340여명의 연구원들이 일하고 있다. 이중 박사급 연구원은 63%다.

스마트머신·로봇연구단(단장 유세현)에는 지능메카트로닉스연구센터(센터장 최준혁)와 지능로보틱스연구센터(센터장 황정훈)가 소속되어 있는데 로봇분야는 지능로보틱스연구센터에서 맡고 있다.

▲ 부천 지능로보틱스연구센터 모습

지능로보틱스연구센터에는 49명의 인력이 로보틱스 기반 서비스 기술, 제조 및 서비스 로봇 시스템 기술, 이동·조작·원격 등 로봇작업 기술, 인식·판단·행동 및 HRI 등 로봇지능 기술, 클라우드 기반 로봇 및 RIoT 기술, 로봇 모션 및 공정 제어 기술, 로봇 구동·센서·제어 모듈 기술, 로봇 융합부품 평가 및 기술지원 등 로봇 R&D 및 기반구축을 통한 기업지원 업무를 수행한다. 49명의 인력 중 박사는 8명, 석사 29명, 학사 12명이 근무하고 있다.

▲ 지능로보틱스연구센터 황정훈 센터장

지능로보틱스연구센터장을 맡고 있는 황정훈 책임연구원은 연세대에서 기계공학과를 졸업하고 KAIST에서 기계공학으로 석사·박사학위를 받았다. 이후 KAIST 기계공학과에서 박사후연구원으로 있다 2007년 8월부터 전자부품연구원 차세대로봇전략기술지원단 선임연구원으로 KETI와 인연을 맺었고, 2015년 책임연구원, 2019년 11월부터 지능로보틱스연구센터 센터장을 맡고 있다. 황 센터장은 그동안 다수의 중대형 R&D사업 주관 또는 참여를 통하여 배달 로봇, 수술 로봇, 원격검사 로봇, 재난대응 로봇, 구호 로봇 등 전문서비스 로봇을 위한 로봇부품, 로봇설계, 원격작업 및 시스템통합 기술을 개발해 오고 있다. 또한 1, 2, 3차 지능형 로봇 기본계획 등 기본정책 수립과 국민안전 로봇 예타사업, 서비스 로봇 예타사업 등을 비롯하여 다수의 산업정책 수립에 참여하면서 활발한 활동을 펼치고 있다.

지능로보틱스연구센터는 1999년 11월 KETI-부천시 두 기관간 산업단지조성 업무협약 체결에 따라 시작되었고, 2007년 7월 지능로보틱스연구센터로 독립하면서 지금의 부천테크노파크에 둥지를 틀어 어느덧 14년의 업력을 쌓아 왔다. 2014년 9월 120억 규모의 로봇융합부품 고도화 기반구축사업을 수주한데 이어, 올해 6월 128억 규모의 로봇 차세대 융합부품 고도화 기반구축사업을 또 다시 수주해 연구 저력을 과시하고 있다.

센터의 목표는 지능형 로봇의 구동, 센싱/인지, 제어 원천기술 확보 및 모듈화를 통한 개인·전문·제조용 로봇 분야의 서비스 창출 및 상용화이다. 이를 위해 로봇 매니퓰레이션, 지능제어, 통합 센서/인지, 인공지능 로봇 등 4개 분야에 중점을 두고 있다.

▲ 매니퓰레이터 핵심부품 기술

로봇 매니퓰레이션(Robot Manipulation) 분야에서는 매니퓰레이터 핵심부품 기술(액추에이터, 감속기, 그리퍼, 안전센서 포함), 본질적 충돌안전이 확보된 안전 매니뮬레이션(조작) 기술(일상 및 필드 환경 대응 수준), 협동 로봇용 고감도 힘토크 센서 기술 등을 개발하고 있다.

지능제어(Intelligent Control) 분야에서는 인더스트리 4.0 대응 로봇 시스템 제어 SW 기술, 다양한 필드버스를 지원하는 한국형 로봇 모션 시스템 기술(KOSMOS), 모듈형 로보틱 제조셀 기반 스마트 팩토리 구현 플랫폼 기술 등을 개발하고 있다.

통합 센서/인지(Integrated Sense/Recognition) 분야에서는 이종-다중 센서 융합기술 기반 원격 환경 3D 재구성 기술, 전문서비스 로봇용 원격 조작기술, 화재현장 농연환경 가시화 센서 모듈 기술, 시점변환 랩 어라운드 뷰(Wrap Around View) 기술을 개발하고 있다.

▲ 다물체 빈 피킹 기술

인공지능 로봇(AI Robot) 분야에서는 딥러닝 기반 다종·다중 정형물 빈피킹 기술, 딥러닝 기반 변형가능 물체 피킹 및 핸들링 기술, 딥러닝 기반 다종·다중, 정형·비정형물 혼재환경에서의 피킹 및 핸들링 기술을 개발하고 있다.

지능로보틱스연구센터가 14년간 R&D를 담당하면서 그동안 이룩한 성과도 적지 않다. 로봇부품 및 매니퓰레이션 기술 관련해서는 저가형 안전 구동모듈 및 연성 매니퓰레이터 설계 기술을 개발했다. 안전 협동로봇 구동모듈 설계 기술을 개발했고, 식사보조용 안전로봇 제어기술도 개발하여 실환경 검증후 기술이전을 추진하고 있다.

4차 산업혁명 시대에 맞춰 인더스트리 4.0 대응 로봇 시스템 SW 기술도 개발했다. 스마트팩토리 구현 플랫폼 기술 관련 다양한 필드버스 지원의 로봇 모션 시스템 기술을 개발했고, 모듈형 로보틱 제조셀 플랫폼 기술을 개발해 제조 실환경 실증후 보급할 예정이다.

이종-다중센서 기반 3D 재구성 기술 관련해 센서융합 기반 환경 극복 기술 개발도 하나의 성과로 꼽을 수 있다. 3D재구성 기반 가려짐 극복 기술, 멀티센서 융합기반 화점탐지 및 인명 탐지 SW를 개발했다.

제조현장이나 물류 현장에서 필요한 인공지능 로봇 피킹 기술도 개발했다. 딥러닝 기반 로보틱 피킹 기술 관련 파지점 추출, 파지전략 학습, 유연물 조작 기술 개발을 완료해 기업에 기술이전을 실시했다.

작년에도 몇 가지 R&D 성과를 이룩해 주목 받았다. 첫째는 AI 기반 유연 물체 피킹 기술이다. 이 기술은 FPCB, 케이블 등 반 유연 물체 피킹을 위한 인공지능 기술을 개발하는 것으로 국내 최초로 인공지능기반 FPCB 유연물체 피킹 원천기술을 구현, 확보했다.

두 번째는 AI기반 농연 극복 센서 융합기술 개발이다. 이 기술은 이종 다중의 센서를 융합하여 화재 등의 농연 환경에서 환경 구성을 파악할 수 있는 센서 기술을 개발하는 것인데 세계 최초로 다종 센서(RGB+열화상+레이더 등) 융합 및 시각화 기능 내장형 농연 대응 센서를 개발했다.

▲로봇 자율주행 기술

세 번째는 로봇 자율주행 기술이다. 실내외 배송 로봇을 위한 자율 주행 기술의 모듈화 및 실내외 주행 로봇 설계 기술을 개발하는 것으로 휠구동 서비스 로봇을 위한 임베디드 자율주행 모듈을 개발했다.

네 번째는 영상기반 작업기 투명화 기술이다. 이 기술은 시야를 가리는 작업기를 투명하게 하여 작업성과 안전을 확보하는 기술인데 작업기 투명화 기술을 임베디드로 구현하고, 실차(굴삭기, 천공기) 테스트를 완료하여 실사용성을 확보했다.

다섯 번째는 로봇 안전 스마트 외피 기술 개발이다. 이 기술은 로봇의 근본적 안전성 향상이 가능한, 접촉력 저감 및 충돌 감지 기능을 가지는 스마트 외피 제작/평가 기술을 개발하는 것인데 로봇의 동역학/운전 조건 기반 최적 외피 설계 기반기술 및 인간-로봇 근접 및 접촉 상태 센싱 기술을 개발해 특허 출원 중이다.

이러한 R&D 성과 외에도 로봇분야 기반구축 기획 활동도 빼놓을 수 없는 성과다. 협업지능 등 기계의 로봇화 1, 2단계 사업 및 차세대로봇융합부품지원센터 사업 기획을 성공적으로 마쳤다.

▲ 지능로보틱스연구센터에서 개발한 태양광 패널 청소 로봇

이렇게 많은 연구성과가 있지만 아직도 해야 할 연구도 많이 남아 있다. 로봇 구동부품 및 플랫폼 관련해서 주차 서비스 로봇, 차량용 운전자 안전 센싱 등 ICT기술과 로봇기술을 활용한 로보틱 서비스 기술을 확보하는 것이다. 이를 통해 전기식 그리퍼, 안전센서를 포함한 신개념 안전구동 매니퓰레이터 핵심부품 모듈기술과 소재부품 경쟁력 확보를 위한 로봇용 고정밀 감속기 양산기술, 고효율 펌프 등 정밀 기계부품 원천기술을 확보할 계획이다.

로봇 융합 센싱 및 지능 관련해서는 딥러닝 인공 지능 기반 비정형/유연 대상물 작업 및 공작기계 머신텐딩의 사람수준 자동화가 가능한 조작 인공지능을 확보 하는 것이다. 이와 함께 이종-다중 센서 융합기술 개발을 지속하여 전문서비스 로봇을 위한 실시간 환경인식 원천기술과 배달로봇 등 전문서비스 로봇을 위한 실내외 안전 주행지능 원천기술을 확보할 계획이다.

 

▲ SLAM 기반 WAM

로봇 제어기 및 시스템 관련해 인공지능, 인더스트리 4.0, IoT지원 가능한 스마트 로봇 공장용 시스템 제어 SW 기술도 지속적으로 확보할 계획이다. 이를 통해 모듈형 로보틱 제조 셀 기반 스마트 로보틱 팩토리 구현을 위한 플랫폼, 제어기술과 전기전자 분야 로봇활용 확대를 위한 표준공정 모델을 개발하고 실증할 계획이다.

▲ 개발 중인 주차로봇

지능로보틱스 연구센터는 연구 추진과 관련해 과거에는 단위모듈 고도화, 로봇 시스템화 및 인공지능, IoT 융합에 주력하였다면 앞으로는 스마트 구동모듈, 국산 로봇부품 및 매니퓰레이터 기술, 인공지능 기반 조작 및 제조공정 적용 기술 등을 통해 로봇 시스템 원천기술 고도화를 거쳐 로봇 시스템 기반 서비스를 구현할 계획이다. 로봇 시스템 기반 서비스란 △인공지능 기반 제조공정 자동화 서비스, △스마트 로봇 물류 서비스 (전문/일상), △로봇 기술기반 주차, 살균서비스 로봇 등 로보틱 서비스를 말한다.

<황정훈 지능로보틱스연구센터장 인터뷰>

▲ 최근에 하고 있는 연구에 대해 소개 부탁 드립니다.

두 가지 연구에 최근 주력하고 있는데 하나는 임의물체 피킹기술 관련 개발입니다. 로봇 팔로 한두개의 작업물을 취급하는 기술은 지금 많이 상용화된 수준입니다. 예를 들어 로봇팔로 정해진 위치의 정해진 물건을 집어서 어느 곳에 옮기라고 하면 잘 합니다. 그런데 물류센터에 가보면 물건들이 한 곳에 보통 만종류가 넘게 있습니다. 또 3개월 단위로 1/3씩은 바뀌는데 그것을 로봇에게 하나하나 모두 가르쳐 줄 수가 없으니 비슷한 모양이면 별도로 가르쳐주지 않아도 로봇이 잡을 수 있는 기술을 개발하는 것 입니다.

또 하나는 배달로봇인데, 창고 안에서나 도로 위를 다니는 배송 로봇도 있지만 저는 향후 수요가 많아질 것으로 생각되는 게 아파트 단지내 배송입니다. 세대수에 따라 건설회사가 도입하는 로봇 대수가 차이가 있겠지만 기본적으로 입주민이 시장을 보고 와서 주차장에 차를 대고 로봇을 호출하면 로봇이 와서 짐을 실어 아파트 문 앞까지 배송하는 로봇 시스템입니다. 현재 새벽배송, 당일배송 문제가 아파트 출입 비밀번호를 택배기사에게 알려주다 보니 보안 문제가 발생할 수 있다는 것 입니다. 그런데 이렇게 하면 택배 기사분들이 경비실 옆 공용공간에 물품을 갖다 놓으면 아파트 안에 배치된 로봇들이 스스로 돌아다니면서 물품을 집까지 배달해 주니 보안문제에 신경 쓸 일이 없게 됩니다.

이러한 임의물체 피킹기술과 배달로봇 관련 기술을 집중적으로 개발하고 있는데 하나는 제조현장에서, 하나는 서비스 분야에서 수요가 높은 기술들이라 기대를 하고 있습니다.

▲센터에서 물류로봇 분야도 연구를 많이 하고 계신 것 같은데요.

물류 관련해 저희가 두 가지 기술을 가지고 있는데, 하나는 피킹 관련 기술이고, 또 하나는 물류 기술입니다.

물류센터에서 오더피킹이라고 주문이 들어오면 물류창고에서 지금은 사람이 물건을 하나씩 집어 배송할 상자 또는 중간에 물건을 모으는 상자에 담아와 배송 처리 장소에서 다시 종이 상자에 옮겨 담습니다. 그런데 물류센터 문제가 물건 배송 작업을 평상시에는 몇 시간만 작업하면 되는데 명절이나 연말 등 특수일 때는 평상시 필요 인력의 수십배가 필요하다고 합니다. 그러다보니 충분한 인력 충원이 되지 않으면 근무 시간이 늘어나기도 하지만 종일 근무해도 다 채우지 못하게 됩니다. 이 상황에 로봇을 도입한다면, 물량이 급증할 때 로봇을 이용해 부족한 수작업 부분을 메꾸고, 평상시에는 사람을 대신하여 지루한 반복 작업에 투입할 수 있습니다.

또 제조물류도 마찬가지인데 지금은 하청업체가 부품을 대기업에 납품하려면 정해진 트레이에 잘 담아야 하는데 사람이 조립하기 쉽게 맞춰서 담습니다. 그러다보니 불량이나 인건비상승 등의 문제가 발생하게 됩니다. 이러한 작업을 로봇으로 대체한다면, 로봇이 방향에 맞춰 담아도 주지만 동시에 검사장비를 통해 불량까지도 걸러낼 수 있게 됩니다. 실제 물류도 마찬가지로 물건을 배송상자에 담기 전에 오배송이 있을 수 있어 다시 한번 확인해야 됩니다. 이러한 기술은 사용될 곳이 상당히 많은데 단순 핸들링 작업은 제조도 그렇지만 물류도 대부분 그렇습니다.

그리고 하나는 물류 이송기술인데 화물의 반입 이후에 적재선반 또는 분류작업 목적지까지 로봇을 활용하여 정확하고 신속하게 이송하는 기술이 중요한 전문물류와 일상 생할 공간을 안전하고 빠르게 이동하여 화물을 배송하는 생활물류로 나눌 수 있는데, 저희는 두 가지 분야 모두 기술을 확보하기 위해 노력하고 있습니다.

▲지능로보틱스연구센터장으로서 꼭 하고 싶은 일이 있다면

저희 한국전자기술연구원 지능로보틱스연구센터는 오랜 기간 동안 축적한 로봇 구동기, 인식 모듈, 제어기 등에 관한 국내 최고 수준의 로봇 핵심 부품 기술을 기반으로, 최신 인공지능 기술을 접목하여 로봇 응용 분야 전반에 걸친 연구를 수행 중 입니다. 특히, 저희가 자랑할 만한 인공지능 기반 조작지능이나 배달 로봇 기술은 최근 수요가 증가하고 있고 여러 기업에서 협력을 요청하고 있습니다. 저희는 높은 기술 수준을 확보하는 것과 더불어 기업들이 필요로 하는 기술을 적기에 제공할 수 있는 로봇 전문 연구기관이 되고자 노력하겠습니다.