한국로봇융합연구원(KIRO)은 ‘산업기술혁신촉진법‘에 따라 설립된 국내 유일의 로봇 전문 연구기관이다. 2005년 ’포항지능로봇연구소‘로 설립됐으며 2012년 산업통상자원부 산하 로봇전문 연구기관인 ’한국로봇융합연구원‘으로 승격했다. 산업부 산하 로봇전문 연구기관으로 승격한지 올해로 7년을 맞았다.

한국로봇융합연구원은 지난 2016년 비전 발표를 통해 2020년까지 전문 연구인력 100명, 사업 예산 3백억원을 달성해 글로벌 전문연구기관으로 도약하겠다고 선언했다. 글로벌 전문연구기관으로 확실하게 자리잡기 위해 로봇융합연구원은 글로벌 원천 및 상용화 기술력 확보, 지속가능한 성장동력의 확충, 기반 인프라 구축, 현장 중심의 로봇 기업 지원, 기술사업화 촉진, 선진 연구환경을 위한 경영체계 확립 등을 추진하고 있다. 로봇융합연구원의 이 같은 노력은 각 부문에서 가시적인 성과를 거두고 있다. 글로벌 로봇 전문기관으로 도약하고 있는 한국로봇융합연구원의 원천 기술 확보 현황과 성장동력 확충, 기술사업화 촉진에 관해 2회에 걸쳐 소개한다.

<기획 순서>

1) 글로벌 원천 및 상용화 기술력 확보
2) 성장동력 확충과 기술사업화 촉진

한국로봇융합연구원이 글로벌 로봇 전문기관으로 도약하기 위해선 글로벌 수준의 핵심 특화 분야 원천 및 상용화 기술력 확보가 주요한 과제이다. 이를 위해 ▲해양-수중 환경 극복 로봇기술 개발 ▲첨단 생산-작업 혁신 로봇 기술 개발 ▲국민 안전-편익 증진 로봇 개발 등을 3대 중점 연구 과제로 선정해 관련 원천 기술 확보에 전력을 기울이고 있다. 2017년 현재 연구원은 3대 분야 총 82개 사업(204억 3천만원)을 통해 논문 13건,학술 발표 60건, 특허출원 32건, 특허 등록 10건 등의 가시적인 실적을 거뒀다. 로봇융합연구원이 3대 핵심 분야에서 확보한 원천 기술은 향후 국내 로봇산업의 발전에 크게 공헌할 것으로 기대되고 있다. 로봇융합연구원이 확보한 핵심 원천 기술에 관해 살펴본다.

◆ 해양-수중 환경 극복 로봇기술 개발

(1) 수중 로봇 자율유영 기술개발

▲ 수중 로봇 자율유영 기술개발 실해역 테스트

로봇융합연구원은 수중 인공 구조물의 국소지역 정밀 탐사가 가능한 1.0m 위치 오차를 갖는 수중로봇 자율유영 기술 개발을 완료했다. 2016년부터 2017년까지 총 4회에 결쳐 거제도 장목항과 포항 신항만 등에서 실해역 실험까지 마쳤다. 이를 통해 수중 3차원 위치인식 기술 및 장애물 회피 알고리즘, 수중 환경 인식용 3차원 소나 센서 기술, 수중 자율유영 통합 모듈 제작 등을 완료했다. 3차원 소나 센서는 탐지거리가 150미터에 달한다. 수중 로봇 자율유영 기술은 향후 극한 상황에서 수중 인공 구조물과 국소 지역 정밀탐사 등에 활용 가능할 것으로 보인다.

(2) ROV 기반 수중 중작업용 로봇 기술

로봇융합연구원은 ROV 기반 수중 중작업용 로봇 기술도 개발했다. 2500미터 수심의 해저에서 케이블 및 소구경 파이프 라인 매설, 유지보수를 포함한 다양한 중작업이 가능한 수중 로봇기술이다. 중작업용 ROV의 경우 워터젯을 이용해 지중 3m까지 팔 수 있다.

함께 개발된 유압 작업 공구인 케이블 커터 및 그리퍼를 이용해 다양한 건설 작업과 해양 구조물 유지보수 등에 활용이 가능하다. 연구원은 ROV 기반 중작업용 로봇 기술 개발을 통해 해양 구조물의 시공 및 유지관리 목적의 수중 건설 장비 기술을 확보했으며 미래 해양구조물(해양에너지, 해양플랜트 등) 건설 시장에 직접 활용할 수 있게 됐다. 해양 구조물 수요와 더불어 해상, 해저 구조물에 필요한 전력, 통신 공급을 위해 해저 케이블 및 파이프라인 매설작업의 수요도 급증하고 있어 적극적인 활용이 기대되고 있다.

(3) 수중 청소로봇

지난 2008년 첫 번째 산업용 저수조 청소용 수중로봇(PIRO-U1)을 개발한 이래 연구원은 인공 저수조뿐만 아니라 농업용 저수지, 강바닥, 연근해 등 다양한 수중 환경에서도 수중 청소가 가능한 다기능 수중 청소로봇 'PIRO-U3(파이로 유쓰리)'를 개발 완료했다. 이와함께 기술출자를 통해 사업화를 전담하는 ㈜로보스코리아를 설립해 사업화를 진행하고 있다.

그동안 물 막음 공사를 해 물을 빼고 침전물을 청소하거나, 다이버가 장비를 직접 들고 물속으로 잠수하여 청소했지만 연구원이 개발한 수중청소로봇은 사람 대신 로봇이 수중에 투입되어 로봇이 보내오는 수중 영상과 센서 데이터를 이용해 오염물을 제거할 수 있다. 특히 강한 산성이나 염기성분의 산업용수 혹은 수심이 깊은 곳과 같이 사람이 들어가 작업하기 어려운 환경에서도 수중 청소가 가능한 것이 큰 장점이다.

물고기의 부레와 같은 장치가 개발되어 장착되어 있기 때문에, 스스로 물속에서 뜨고 내릴 수 있으며 수중에서 오작동이 발생하면, 스스로 수면 위로 떠오르도록 개발됐다. 국산부품 비율도 80% 이상으로 향후 해양자원 탐사 로봇, 시추용 로봇, 해양재난 로봇 등의 개발에 필요한 핵심기술을 확보했다는 점에서 시장 파급효과가 클 것으로 예상된다.

연구원은 후속 연구로 고위험 작업환경에서 사람대신 투입되어 고위험 폐기물 준설작업이 가능한 수중청소 로봇 플랫폼을 새로 개발하고 있다. 준설 효율을 향상시키기 위해 기존의 전기식 수중펌프를 유압식 수중펌프로 개량하고, 원격제어기를 하이브리드 방식으로 개발하겠다는 목표다.

이밖에도 연구원은 무인잠수정 종단 유도 및 도킹 기술, 외부 투입형 선박 파공 봉쇄장치, 트랙기반 해저 중작업용 로봇의 유압 및 전기/전자시스템을 개발하는 등 수중 로봇 분야의 글로벌 경쟁력 확보에 박차를 가하고 있다.

◆ 첨단 생산-작업 혁신 로봇기술

(1) 가스배관 검사로봇

로봇융합연구원은 인텔리전트 피깅(Pigging)이 불가능한 배관의 비파괴 탐상을 위해 NDE(Non-Destructive Evaluation) 센서 시스템을 탑재하고 배관 내부를 주행하며 최적의 비파괴 검사를 수행하는 ILI(In-Line Inspection) 로봇 기술을 개발했다.

언피거블(Unpiggable) 배관 탐상용 자가추진 로봇은 낮은 운영압력 및 T분기관 통과 문제로 인해 인텔리전트 피그의 적용이 불가한 배관을 대상으로 하는 비파괴 검사 로봇이다. 배관 비파괴 검사를 위한 ILI(In-Line Inspection) 로봇 개발, 로보틱(Robotic) ILI 수행을 위한 로봇 조난 대응 절차 개발, 내부 환경 조사 및 구난을 위한 구조(Rescue) 로봇 개발, 비파괴 검사용 자가추진 로봇 기술의 실증 및 현장 적용 등을 추진했다.

(2) 소형/이동형 용접로봇

연구원은 협소하고 복잡한 구조의 해양플랜트 내부를 자동으로 용접할 수 있는 이동형/소형 용접로봇 시스템을 개발했다.

협소한 해양플랜트 구조물 내부로 접근해 자동으로 용접을 수행할 수 있는 로봇을 개발함으로서 불편하고 어려운 자세로 내부 용접을 수행하는 근로자의 업무를 지원할 수 있게 됐다. 이를 위해 연구원은 이동형/소형 용접로봇 플랫폼 통합 개발, 6자유도 용접 로봇 팔의 제작공정을 고려한 경량화 및 내열 구조 설계/개발 등을 추진했다. 특히 ▲용접용 로봇 장비 관련 설계, 분석 및 평가 등 기반 기술 ▲세계 최초 협소 공간 이동/경량화 소형 용접로봇 장비의 무인 자동화 운용 기술 등 원천기술을 확보해 첨단 용접 로봇 기술 선점이 가능해졌다.

복합구조물 용접과 같은 작업환경은 기능적, 환경적 제약으로 실질적 시장이 존재함에도 로봇 기술 적용이 불가능했으나, 다양한 적용 조건에 대한 최적화된 시스템 구성을 통해 환경에 적합한 로봇 및 보조 시스템과의 시너지를 구현, 유연한 시스템 통합 솔루션을 제공할수 있게 됐다.

이밖에도 로봇융합연구원은 사용자 안전성 보장형 연성 드라이빙 모듈 및 연성 매니퓰레이터, 대규모 용수공급관리의 정밀 진단 장비 개발 등을 추진했다.

◆국민안전-편익 증진 로봇개발

(1) 안전로봇 프로젝트

한국로봇융합연구원은 재난 현장에서 활용 가능한 안전로봇 시스템을 개발하기 위한 프로젝트를 총괄하고 있다. 세부 내용으로는 ▲재난에서 요구조자 탐색 및 재난 현장 정보 수집을 위한 실내 정찰용 로봇시스템 ▲복합 재난 사고 현장에서 실내 진입대원의 인명보호 및 방재작업 지원을 위한 장갑형 로봇시스템 ▲재난 현장에서 원격으로 다중로봇을 제어하기위한 이동형 통합 관제 시스템 ▲극한 재난현장의 상황파악 및 인명탐지를 위한 2종의 센서 모듈 ▲안전로봇을 실·검증 하기 위한 실증시험 인프라가 포함된다.

이 중 소방대원들의 가장 큰 관심을 끌고 있는 장갑형 로봇은 내화/방수/방폭/내충격 기능을 갖는 장갑형 본체를 지니고 있어 재난환경에서 내부 탑승자의 안전을 보호 하며 구조물 잔해나 경사로와 같은 험지 환경을 신속하게 이동할 수 있는 이동 로봇이다. 반자율(semi-autonomous) 임무수행 기능인 '태스크 레벨 오토노미(Task-level autonomy)'를 지니고 있어 조작의 편리성을 높였다. 본 시스템은 개발이 완료되어 현장에 활용 되면 재난의 직접적인 피해 및 대응인력(소방관 등)의 2차 피해가 저감 될 것으로 기대되며, 나아가 재난안전 분야의 산업의 육성과 글로벌 경쟁력 확보가 가능할 것으로 전망된다.

(2) 재난/재해 특수목적 기계

로봇융합연구원은 재난/재해 현장에서 복구 작업 등을 할 수 있는 특수목적 기계 시스템을 가상현실 기술과 접목하여 사전 시스템 검증 및 조작자 훈련을 위한 시스템을 개발하고 있다.

가상 공간에서 현실감 있는 작업 환경 체감과 특수목적기계를 활용한 이동 및 작업 지원을 위한 조작기를 연동할수 있는 다축 매니퓰레이터 기반 경량 보급형 인터랙티브 플랫폼을 설계하고 있다. 실제 재난 환경과 유사한 재난환경 인프라 내에서 완성차의 성능 검증을 수행하기 위해 필요한 테스트 환경의 정량적 사양을 도출했고 재난환경 인프라내에서 다양한 재난 대응 작업의 반복 수행을 통한 재난 대응 성능 검증을 위한 상세 재난 대응 작업 시나리오를 정의했다.

다자유도 조작기를 활용한 재난 대응 작업의 수월성 및 성능 평가를 위한 체계 구성, 조작기 성능 검증 및 교육용 컨텐츠와 시뮬레이터 연동을 통한 조작기 사전 성능 검증 및 교육훈련 통합 운용이 가능한 통합운용 SW 구조 설계 등의 개발을 추진하고 있다.

(3) 실외 무인경비로봇

▲ 실외 무인경비로봇의 다중센서 융합 기반 3차원 정적 장애물 추종 및 회피 알고리즘

1회 충전으로 12시간 동작, 35km 이동이 가능한 지능형 실외 무인경비로봇 기술을 개발하고 있다. 이를 위해 ▲ 실외 환경에 강인한 다중센서 융합 기반 환경인식 및 위치인식 알고리즘 구현 및 기초 환경 적용 테스트 ▲ 시간적 환경 변화 표현 가능한 다중센서 기반 다차원 환경 지도 작성기술 개발 ▲실외 대형 환경에 적합한 계층형 고속/정밀 전역경로 계획 알고리즘 구현 및 시뮬레이션 기반 동작 테스트 등을 추진하고 있다.

(4) 노약자 보행지원 기술

지능정보 기술 및 가변 강성 구조를 이용한 노약자 낙상방지 소프트 웨어러블 슈트 기술을 개발하고 있다.

'소프트 웨어러블 슈트 기술개발사업’은 ▲지능정보기술 활용 노약자 보행안전 기술개발 ▲유연소재 소프트 액추에이터/센서 및 유연구조 시스템 구동제어 기술 개발 ▲메타 소재/구조물을 이용한 ‘의복’ 형태의 소프트 외골격 기술 개발 ▲노약자 보행안전 지원을 위한 의복 형태의 소프트 웨어러블 슈트 통합 및 실증 등을 내용으로 하고 있다. 가변강성 신소재/메커니즘 및 낙상예측 지능정보 기술을 활용해 슈트 체감무게 10% 이하, 낙상위험 50% 이상 저감, 최소 6시간 이상 동작(보행) 지원 가능한 노약자용 소프트 웨어러블 슈트 개발을 추진하고 있다.

연구원은 이와 함께 다중소재 3D프린팅 센서 기술 개발도 추진하고 있다. 신체 모델 기반의 소프트 센서 시스템 설계, 모션 캡쳐 카메라 시스템을 이용한 신체 모델 제안 및 검증을 추진했다. 로봇융합연구원은 이같은 핵심 원천 기술과 상용화 기술을 단순히 연구하는데 그치지 않고 향후 실용화하겠다는 목표를 갖고 있다. 기술사업화와 기업 지원 활동을 적극 추진하고 있는 이유다.