서비스 협업 로봇으로의 진화 - Cobot, 로봇에서 인간으로 변신을 꿈꾸다 (2편) -

앞서 1편에서는 ‘Cobot(Collaborative and Symbiotic Robot)의 원리에 대해서 살펴보았는데요. 오늘은 공장 현장에서 일어날 수 있는 간단한 예를 통해 그 쓰임새를 살펴보겠습니다. 

오른쪽 그림과 같이 작은 제품의 조립 작업에서 작업자가 핸드 드릴이나 드라이버 같은 도구를 손에 쥔 로봇의 도움을 받는 상황이라고 가정해 봅니다. 

이미 정해진 코드와 프로그램의 루틴대로 움직이는 로봇이라면 고정된 물체의, 정확하게 정해진 위치에, 정해진 순서대로, 물건에 나사를 끼우겠죠. 하지만 그림을 다시 살펴보면 작업자는 뭔가 삐딱한 각도로 물건을 들고 있는 것을 알 수 있습니다.   

<조립 작업에서 인간과 협업하는 로봇>

이렇게 사람이 작업 대상을 공급해 준다고 치면, 아무리 정해진 규칙이 있다고 해도 그 위치며 각도 등 어느 하나도 일관된 것이 없을 것입니다. 작업자에 따라 혹은 작업자의 기분이나 피로도에 따라 각양각색일 테니까요. 

이러한 상황이라면 로봇 입장에서는 엉뚱한 곳에 헛손질을 한다거나 심할 경우 사람 손을 대신 뚫을 수도 있을 텐데요. 그래서 진화된 협업 로봇은 비전 시스템으로 현재 대상의 변하는 위치를 파악하여 다양한 입력 정보들에 유연하게 동작을 변형하여 대응할 수 있습니다. 또한 사람이 근처에 있을 때와 없을 때의 안전을 고려해 속도와 힘을 조절하고 거리를 유지하는 등의 기능 또한 필수적일 것입니다.  

공장 현장에서 인간 작업자는 이렇듯 대체로 조립 작업들에 많이 투입되어 왔습니다. '단순 조립 작업'이라고 많이들 표현하지만 그것은 사람의 입장이고, 로봇의 입장에서는 이 조립 작업이란 것도 꽤나 지적인 능력을 필요로 하는 것이죠. (전통적 역할인 이동, 용접 등과 비교할 때) 

MIT의 로봇 그룹을 이끌고 있는 Julie A. Shah(줄리 A.사라) 교수나 Carnegie Mellon의 Manuela Veloso(마뉴엘라 벨로소)교수 등 많은 전문가들이 산업 현장 속의 투박하기만 했던 로봇의 미래를 이렇듯 사람과 공존이 가능한 ‘Collaborative and Symbiotic Robot’^[각주:1] 이란 다소 거창한 이름으로 점차 진화해 나갈 것으로 전망하고 있고, 그와 관련된 연구들을 활발히 진행하고 있습니다. 

결국 최우선적으로 작업자 안전성 확보가 우선일 것(아이작 아시모프의 로봇 규칙 중 첫 번째가 이것이었죠)이고, 생산 능력의 향상 등 ‘Cobot’의 도입으로 인한 부가 가치 상승 효과가 얼마나 있는지 등에 초점이 맞춰지겠죠. 그렇지만 궁극적으로는 전통적인 로봇과 함께 공장 내에서 사람들이 담당하던 나머지 작업들을 대체하게 될 것으로 보입니다. 

<Soft Robotics사의 부드러운 재질의 'Gripper'(좌), Festo사의 코끼리 코를 모방한 'Gripper'(중),

MIT에서 제작한 'Jamming Gripper'(우)>

위 그림에서처럼 로봇에 따로 부착할 수 있는 End-effector(Gripper)들 또한 3D 프린터로 제작하여 손가락 혹은 동물의 손과 흡사한 형태를 가지게 되었고, 재질이 부드러우면서 공기압(Pneumatics) 구동을 이용하고 있는데요. 뿐만 아니라 아래 그림에서처럼 양팔을 갖추고, 사람과 같이 한쪽 팔에 7개 이상의 축(관절)을 보유하여 그 외관 및 동작 또한 점점 사람과 닮아가고 있다는 것을 확인할 수 있습니다. 

이를 통해 단순히 3D 작업뿐만 아니라, 망가지기 쉬운 재질의 제품을 안전하게 집을 수 있게 되고, 사람만이 할 수 있던 보다 정밀한 작업(미세 전자 제품 회로 조립 등)도 가능해질 것으로 보입니다. 아래 그림에서와 같이 현재 몇 가지 시제품 및 상용화되고 있는 모델들은 Universal Robots UR Series, KUKA LBR, ABB dual arm concept robot (Yumi, FRIDA), Rethink Robotics’ Baxter and Sawyer, Yaskawa Motoman 등이 있습니다. 

 <진화하는 산업용 로봇의 다양한 예들 -’Rethink’ Baxter/Sawyer Robot, Universal, ABB Yumi/Frida,

그리고 KUKA (왼쪽 위부터 시계 방향으로)>

그 중에서도 'Baxter'는 25,000달러 정도에 출시되고 있다고 하는데요. 다품종 소량 생산에 적합한 유연성과 작업자와 근접한 환경 내에서 안정성을 높이는 대신, 기존 반복 작업에 특화된 투박한 산업용 로봇들에 비해 속도와 정확성 면에 있어서는 아직 부족한 것으로 나타나고 있습니다. 그러나 미국에서는 자동차 공장이나, 다품종 소량 생산에 특화된 중소 제조 업체에서 이미 활발히 사용되고 있다고 합니다. 

 

<산업용 ‘Baxter’ Rethink Robot>

 

<BMW공장에서 사람이 하던 조립작업을 대신하는 Universal Robot> 

<가정용 휴머노이드 ‘Nao’의 영상>

지금까지 ‘Cobot’의 활용에 대해서 알아보았습니다. 다음 편에서는 지능화된 로봇이 실제 현장에서 어떤 시스템과 플랫폼을 사용하여 적용되는지 알아보도록 하겠습니다. 

글 ㅣ 이승엽 연구원 

1. 일반적인 산업용 로봇이 프로그램에 의해 자동화된 작업을 홀로 수행하는데 반해, 이는 어떤 공동의 작업에서 인간 작업자들을 안내/보조하는 역할을 수행하는 것에 초점을 맞춤. 예를 들어 무거운 물건을 로봇이 들고 사람이 바닥에 어떤 부분을 용접하는 작업 등 로봇의 지능과 안전성이 주요 쟁점이 됨 [본문으로]