퇴식로봇

퇴식로봇은 사용한 식기를 퇴식구로 운반하고 회수하는 역할을 하는 로봇이다. 직원이 태블릿으로 테이블을 지정하면 로봇이 장애물을 피해 해당 테이블로 이동하고, 로봇 팔을 뻗어 퇴식을 돕는 형식이다.

기술

자율주행

실내에 사용되는 퇴식로봇의 경우 주로 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘 기반 자율주행 기술이 사용된다. SLAM이란 로봇이 위치한 공간의 지형을 센서로 인식하여 실시간으로 지도로 생성하면서 해당 지도상 로봇의 위치를 추정하는 기술을 의미한다. SLAM을 구현하는 데에 사용되는 센서의 종류로는 카메라, RGB-D 카메라, 라이다(LiDAR) 등이 있는데, 이 중 라이다 센서는 고출력 펄스 레이저를 사용하여 물체에 반사된 레이저가 돌아오는 시간을 측정해 지형 정보를 추출한다. 라이다는 초당 수백만 개의 레이저 빔을 발사해 주변 사물까지의 거리, 방향, 속도 뿐만 아니라 스펙에 따라 온도, 물질 분포, 농도까지 감지가 가능한 센서 기술로, 주변 사물과 사람의 모습을 정확하고 세밀하게 감지해 3D 이미지로 변환하는 것이 가능하다. 자율주행 자동차에 적용되는 라이다 센서의 경우 수천만 원을 호가하지만, 샤오미 로봇청소기에 탑재되는 라이다 센서는 20만 원 이하까지도 내려와 서빙·배달용 로봇에도 라이다 센서 적용이 되고 있는 상황이다. 즉, 퇴식로봇은 상기 라이다를 포함한 센서들의 상호작용을 통해 주변 공간을 3D로 측정하고 SLAM 알고리즘을 사용해 지도를 생성한다. 흔히 가정 내에서 사용되는 로봇청소기가 집안을 매핑해 가구나 가전제품의 위치 등을 인지하고, 맵 안에서의 현재 위치를 인식하는 것처럼, 퇴식로봇 또한 식당에서 주방이나 테이블 등의 위치를 인식하고 생성한 지도 상에서의 위치를 확인해 가며 정확한 퇴식 작업을 수행하는 것이다. 다만, 공간의 특징이 약해 측정과 매핑이 어려운 경우에는 일종의 랜드마크로 기능하는 표식을 추가해 인식을 돕기도 한다.

머신러닝

자율주행 로봇의 기본 토대는 인공지능 기술이다. 인공지능 기술이란 기계로 구현한 지능을 의미하는데, 인간이 지닌 사고나 학습 등의 지적 능력을 컴퓨터로 구현해 사람이 해야 할 일을 기계가 대신하게 해 주는 모든 자동화 작업이 인공지능의 영역에 포함된다고 할 수 있다. 머신러닝(Machine Learning)이란 2000년대 시작된 인공지능의 한 분야로, 빅데이터를 바탕으로 컴퓨터를 학습시켜 얻어진 지능을 적용하는 기술을 뜻한다. 즉, 명시적인 규칙 프로그래밍 없이 데이터로부터 의사결정을 위한 패턴을 기계가 스스로 학습하는 것이다. 딥러닝(Deep Learning, DL)이란 2010년부터 급성장한 머신러닝의 한 방법으로, 인간의 뇌세포 구조와 유사한 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN)을 이용해 학습하고 판단하는 것을 말한다. 즉, 정형화되지 않은 무수한 데이터로부터 특징을 추출해 판단하는 전과정을 기계가 한번에 수행한다. 이러한 인공지능 기술이 차용된 인공지능 로봇이란 로봇이 센서를 통해 추출한 정보를 바탕으로 최적화된 행동을 선택하고 학습해 목표한 작업을 수행하는 로봇을 의미한다. 인공지능 로봇의 주요 기술적 화두로는 앞서 언급된 머신러닝과 딥러닝, 자연어처리(Natural Language Processing) 등이 있다.

센서

로봇이 주변 환경 및 작업 대상을 인식하고 파악해 동작하기 위해서는 센서 기술이 뒷받침되어야 한다. 로봇용 센서의 대표적인 종류로는 시각 센서, 거리 센서, 역학, 관성 센서 등이 있는데, 고성능의 센서가 다양하게 탑재될수록 로봇이 내부와 외부의 자극과 정보를 충분히 획득해 세밀하게 제어될 수 있다. 시각 센서의 경우 광학계를 통해 영상을 수용해 로봇 시각 시스템에 적용하기 위한 센서를 말하며, 단순한 영상 저장뿐만 아니라 공간·사람·사물과 행동·표정까지 인식하며 맥락을 이해하기 위한 정보를 제공한다. 미국 포인트그레이(PointGrey)의 스테레오 카메라, 옴니 카메라는 지능형 로봇에 많이 사용되며, 2D, 3D 시각 센서에 얼굴 인식 등의 알고리즘을 결합한 형태의 센서 모듈이 개발되기도 했다. 거리 센서의 종류로는 카메라, 레이저, 초음파, 적외선, 레이다 센서가 있다. 카메라 센서는 2D 및 3D 비전 스테레오 카메라가 널리 사용되며, 레이저 센서에는 앞서 논의된 LiDAR가 해당된다. 초음파 센서는 로봇에서 초음파를 송출하고 물체에서 반사되어 돌아오는 시간을 계산해 물체와의 거리를 산출하는데, 주차할 때 주변 사물과의 거리를 소리로 알려주는 센서가 대부분 초음파 센서다. 측정 거리 및 방위각이 제한적이지만 가격이 저렴하고 크기가 작아 정밀한 측정이 필요하지 않은 이동형 로봇에 많이 탑재된다. 적외선 센서는 초음파 센서와 작동 원리가 같은 적외선을 이용한 센서고, 레이다 센서는 전파를 이용해 빛에 영향을 받지 않고 어떤 기상 환경 속에서도 작동이 가능하다는 장점이 있다.

구동기 및 제어기

로봇용 제어기는 로봇의 두뇌 역할을 하는 장치로, 구동기를 제어하고 다양한 센서와 연결할 수 있는 모듈을 뜻하며, 구동기는 로봇을 움직이게 하는 부품이다. 로봇 구동기는 전기모터와 감속기(Reducer)로 구성된다. 모터의 경우, 고출력밀도화 및 고정밀화 기술이 요구되며, 종류로는 PMDC(Permanent Magnet Direct Current), BLDC(Brushless Direct Current), 스테핑, 초음파 모터가 있다. 미국 콜모겐(Kollmorgen)의 모터는 하모닉 감속기와 결합이 용이해 로봇 관절용으로 사용되고 있으며, 독일 로보드라이브(Robodrive)의 다극 박형 모터도 로봇에 활용된다. 로봇용 구동기에 사용되는 감속기는 동력원인 모터에 결합해 출력 회전수를 감소시키는 부속 부품이다. 감속기의 종류로는 유성 기어 감속기와 하모닉 감속기가 있다. 유성 기어 감속기는 선 기어(Sun Gear), 플래네터리 기어(Planetary Gear), 인터널 기어(Internal Gear)로 구성된 단위 체적당 동력 전달 비율이 큰 제품이다. 산업로봇용은 독일 파텍(FATEC), 대만 에이펙스(APEX)가 주로 생산하며, 서비스 로봇용은 독일 파울하버(Faulhaber), 스위스 맥슨(Maxon) 등이 생산한다. 하모닉 감속기는 일본 하모닉드라이브(Harmonic Drive)에서 개발한 감속기로, 탄성체 변형이 일어나며 감속이 되는 구조다. 단일 감속으로 높은 감속비를 얻을 수 있는 제품으로 고차원의 기술력이 요구된다.

종류

홀라봇

후지마크 퇴식로봇

홀라봇

홀라봇은 레스토랑의 퇴식 업무를 담당하는 자율주행 로봇이다. 중국의 로봇공학 회사인 푸두로보틱스(Pudu Robotics, 普渡科技)에서 제작하고 대한민국 브이디컴퍼니㈜에서 유통한다. 대용량, 뛰어난 운반 능력, 모션 인식, 음성 제어 기능을 갖추어 레스토랑의 업무 효율을 크게 향상시키는 역할을 한다. 120L의 대용량, 최대 적재 하중 60kg로 한 번에 여러 테이블의 퇴식이 가능하여 테이블 회전율을 높여주고 수작업 대비 6배 높은 업무 효율을 제공한다. 직원들의 업무 동선을 줄여 주는 역할도 하고 있다. 한 번에 작은 접시 120개, 큰 접시 39개, 그릇 33개를 옮길 수 있다. 5단계 높이 조절 트레이로 유연한 운영을 할 수 있고, 스마트워치를 통해 언제든지 로봇을 호출하여 업무할 수 있는 무선 호출 기능이 포함되어 있다. 또한 버튼을 누르지 않고 공중 모션만으로 간편하고 위생적으로 조작할 수 있다. 홀라봇 상부에 있는 버튼은 별도의 터치 없이 모션 감지가 가능하여 손에 물이 묻어 만질 수 없는 상황에도 쉽게 조작할 수 있다. IPX5 등급 내부 방수 설계로 작업 환경에서 다양한 액체가 튀는 것을 효과적으로 방어하고 로봇 본체를 청결하게 유지할 수 있는 기능도 포함되어 있다.

피킹로봇

일본의 주방용품 전문업체인 후지마크는 자동 조리 솔루션 개발업체인 테크매직(TechMagic)과 공동으로 식기를 자동으로 회수 및 정리할 수 있는 피킹로봇을 개발했다. 이 로봇은 도쿄 빅사이트 전시장에서 열린 '2019 국제식품공업전'에 출품됐다. 세척이 끝난 식기들이 컨베이어 벨트를 타고 이동하면 로봇 팔에 부착된 흡입 패드를 이용해 피킹한 후 식기 종류별로 분류해 정리할 수 있다. 2대의 스테레오 카메라가 컨베이어 벨트를 타고 들어오는 식기들을 촬영해 식기의 위치, 방향 등을 인식하고 로봇 팔과의 거리를 측정한다. 식기의 바닥에 부착한 마커(marker)의 패턴을 통해 식기의 종류 등 데이터를 읽을 수 있으며 6축 로봇팔 끝 부분에 붙어있는 흡입 패드를 활용해 식기를 피킹해 다른 곳으로 옮긴다. 지금까지 컨베이어에 평평하게 쌓아둔 대상물을 바로 위에서 측정해 피킹하는 로봇은 있었지만 놓인 방향이나 각도가 정해져 있지 않은 대상물을 다양한 각도에서 피킹할 수 있는 로봇은 후지마크의 로봇이 처음이다.

참고자료

• 브이디컴퍼니㈜ 공식 홈페이지 - http://www.vdcompany.com/
• 브이디로봇 공식 홈페이지 - https://www.vdrobot.co.kr/
• 장길수 기자, 〈일본 '후지마크', 식기 자동 회수 및 정리 로봇 개발〉, 《로봇신문》, 2019-07-15
• 채윤정 기자, 〈서빙로봇 동네 식당까지 보급 대중화...서빙로봇 시장 진출 '너도나도'〉, 《메트로신문》, 2020-11-08
• 삼일PwC경영연구원, 〈푸드테크의 시대가 온다 - 1부. Robots in Food Tech〉, 《삼일회계법인》, 2022-10

같이 보기

• 홀라봇

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