[기고] ‘자동화’에서 ‘자율화’로 발전하는 로봇 ①

[테크월드뉴스=김경한 기자] 현대 웨어하우스는 세계적으로 빠르게 변화하고 있다. 전자상거래 업체, 소매업체, 병원, 기타  물류업체들은 자율 모바일 로봇(AMR: Autonomous Mobile Robots)을 높은 인건비에 대비하고 처리량을 늘려 이행 시간을 단축하는 중요한 기술로 보고 있다. 공장 소유주와 관리자는 즉시 수정할 수 있는 기능을 갖춘, 구축하기 쉽고 빠른 AMR을 원한다. AMR은 이전의 무인 운반차(AGV: Automated Guided Vehicle)와 달리 명령을 이해하고 장애물을 동적으로 감지해 피할 수 있다. 따라서 AMR은 트랙 등으로 꼭 경로를 지정하거나 작업자가 이동을 제어하지 않아도 된다. 이 글에서는 통합 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 사용한 AMR 개발 및 배포에 대해 알아보고 공장, 스마트 시티, 병원의 적용 사례를 살펴보고자 한다. 

AGV에서 AMR로의 메가트렌드를 주도하는 웨어하우스의 복잡한 수요 

AMR 시장이 호황을 누리고 있다. 2020년 시장 규모는 3억 5600만 달러였다. 마켓워치(MarketWatch)는 15.9%의 연평균 성장률(CAGR)로 2026년까지 10억 1100만 달러로 성장할 것으로 예측하고 있다. 제조 및 물류 업체들은 높은 처리량, 빠르고 손쉬운 로봇 배포, 유연한 생산 라인을 요구하고 있다. 이런 추세는 새로운 애플리케이션의 출현과 함께 AGV에서 AMR로의 큰 변화를 주도하고 있다. 이런 변화를 이끄는 메가트렌드를 이해하기 위해 이 두 가지 기술을 알아보자. 

AGV vs. AMR : 주요 차별화 요소

최근까지 AGV는 원자재, 가공품, 완제품을 제조 라인으로 운송하거나 웨어하우스 및 물류 센터에 상품을 보관·검색할 수 있는 최첨단 기술을 대표했다. AGV는 소프트웨어와 센서 기반 안내 시스템을 조합해 움직임을 지시한다. 가속 및 감속, 장애물 감지 범퍼가 정밀하게 제어되며 고정된 경로를 따라 이동하기 때문에 안전하고 안정적으로 화물을 운반한다. 

그러나 AGV는 유연성이 부족하다([그림 1] 참조). 예를 들어 생산 라인 레이아웃이 변경되는 경우, 이는 대부분 시간과 비용이 수반되는 가이드 트랙 인프라의 경로 변경이 필요하다는 것을 의미한다. AGV는 장애물을 감지하면 다른 사용자가 항목을 수동으로 제거할 때까지 중단된다. 더욱이, 차량 관리 시스템은 P2P(Peer-to-Peer: 동등 계층간 통신망) 통신 없이 중앙 집중화되기 때문에 AGV가 인간과 상호작용할 수 없다.

AMR은 훨씬 더 유연하다. 작동 레이아웃이 변경되면 로봇이 새로운 공간을 탐색해 작업자의 별도 노력이나 비용 없이 자동으로 지도를 만들 수 있도록 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping: 동시 위치 확인 및 매핑)을 지원한다. AMR은 다양한 센서 기술을 사용해 사람을 포함한 장애물을 동적으로 감지하고 피할 수 있다. 이 로봇들은 센서와 카메라 감지 및 실시간 통신 기술을 결합해 인간과 실시간 협업이 가능하다.

새로운 방향: ROS 1에서 ROS 2로의 전환으로 스웜 로봇 자율성 확보

ROS(Robotic Operating System: 로봇 운영 체제)는 로봇도 운영 체제도 아닌 로봇 소프트웨어 개발을 위한 오픈 소스 프레임워크다. ROS는 최소한의 로봇 하드웨어 지식을 가진 소프트웨어 개발자들도 로봇용 소프트웨어를 쓰기를 원했던 스탠포드 박사과정의 에릭 버거(Eric Berger)와 키넌 와이로벡(Keenan Wyrobek)이 2007년에 만들었다.

오늘날 ROS 1로 불리는 ROS 클래식에는 다양한 로보틱 애플리케이션을 개발하기 위한 하드웨어를 캡슐화하는 안정적인 패키지, 툴, 튜토리얼이 풍부하게 포함됐다. ROS 구성 요소에는 센서 융합, 내비게이션, 시각화, 모션 계획이 포함된다.

원래 학술용으로 개발된 ROS 1은 완벽한 커뮤니케이션을 전제로 한다. 현실적으로 커뮤니케이션은 완벽하지 못하며 특히 산업 환경에서는 더더욱 어렵다. 대역폭, 네트워킹 가능성, 통신 범위, 배터리 구동 모바일 로봇의 송수신기 전력 소비 등과 같은 가변적 요인이 복잡성을 가중시킨다. 또한 ROS 1은 단일 로봇에만 사용하도록 제작됐다. 여러 대의 로봇이 있을 때 공장을 보다 지능적으로 만들기 위해서는 협업이 필요하다. 이를 가능하게 하는 시스템이 DDS 통신 프레임워크를 기반으로 한 ROS 2다. ROS 2는 AMR이 스웜 자율성이라고 불리는 P2P 방식으로 실시간으로 통신할 수 있도록 함으로써 차량 관리 시스템을 분산시킨다.

AGV에서 AMR로, 그리고 ROS 1에서 ROS 2로의 전환은 공장 관리자의 우선 순위에 의해 부분적으로 또는 우선 주도될 수 있다. 현대의 스마트 공장, 웨어하우스, 물류 센터에서 공장 관리자는 더 높은 처리량을 원한다. 이들은 효율적이고 추가 태스크를 수행할 수 있는 AMR을 원한다. 또한 소유주는 빠르고 쉬운 구현을 원하며, 인프라를 사전 설치할 필요 없이 신속하게 운영을 업그레이드할 수 있는 AMR을 필요로 한다. 생산 라인을 수정하고 실시간으로 설정을 조정하며 이런 작업을 쉽게 수행할 수 있는 유연성도 필요하다. 이와 같은 이유로 많은 개발자가 AMR 프로토타이핑에 ROS 1을 사용하고 있지만 ROS 2로 마이그레이션하려는 추세가 있다. 

지금까지 AMR과 ROS 2의 적용이 늘어나는 이유에 대해 살펴봤다. 파트 2에서는 ROS 2 구축을 위해 고려해야 할 요소에 대해 세세히 다루고자 한다. 

작성자:

에디 리우(Eddie Liu) 에이디링크(ADLINK) AMR 제품 매니저

 [기고문 구성] 
■ ‘자동화’에서 ‘자율화’로 발전하는 로봇 ①
- 통합 하드웨어와 소프트웨어로 로봇 애플리케이션의 개발 및 구축을 간소화하는 방법
■ ‘자동화’에서 ‘자율화’로 발전하는 로봇 ②
- ROS 2 구축 시 개발자에게 요구되는 과제 및 고려사항