▲ 중국의 로봇 연구 기관과 협동 로봇 기업이 최근 협동 로봇 기술 동향을 분석하고 향후 연구 방향을 제시했다.(사진=중국로봇망)

중국 로봇 산업분야 데이터베이스구축 전문기업 리더즈쿠(立德智库)가 스마트 로봇 기업 자카(JAKA, 节卡机器人)와 공동으로 '2022년 중국협동로봇기술발전보고서(the report on cobots technology in china)'를 발간했다. 보고서는 협동 로봇의 최신 기술을 분석하고 협동 로봇의 스마트 감지, 자가 인지, 인간-기계 상호교류, 충돌 탐측 등 기술 발전 추이에 관해 소개하고 있다.

상하이교통대학, 베이징이공대학, 상하이로봇산업기술연구원, 리더(立德)로봇연구원, 자카로봇 등의 전문가들이 참여해 온라인 발표회를 개최하고 협동 로봇의 핵심 기술과 응용에 대해 논의했다.

보고서에 따르면 첫번째 개발 동향은, 스마트 감지 분야에서 학제간 통합이 일어나고 있다는 점이다.

감지는 협동 로봇과 인간, 협동 로봇과 환경, 협동 로봇 간 상호작용을 위한 기초 기술이다. 감지 기술에 관한한 협동 로봇 분야에선 멀티 센싱 정보 융합 외에도 신경과학, 생명공학, 인공지능, 인지과학, 네트워크 빅데이터 기술과 크로스오버 및 통합이 일어나고 있다.

향후 연구 방향은 능동적 감지와 자연스러운 상호작용으로, 더 많은 센서가 추가되면서 협동 로봇이 음성, 제스처, 그래픽을 통해 인간의 지시를 이해하게 된다. 복잡하고 역동적인 환경에서 지식의 능동적 획득, 학습 및 추론 방법, 동적 환경에 기반한 시각적 인지 및 능동적 행동 의도 이해 및 예측 이론, 협동 로봇을 위한 자율학습 및 로봇 지식 확산 방법, 협동 로봇과 인간 사이의 상호 의도 이해, 정보 교류, 자연스럽고 조화로운 감정적 상호작용을 실현하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.

두번째 개발 동향은, 자율적 인지를 통해 복잡한 환경에서 민첩한 작업을 할 수 있도록 하는 것이다.

높은 지능은 차세대 협동 로봇의 공통 기술 요구 사항이다. 최근 협동 로봇의 적용 범위가 넓어지면서 복잡한 작업 능력, 적응 및 재구성 가능한 조립 능력, 비정형적 환경에 대한 인식 능력, 인간의 협업 능력 면에서 보다 지능적으로 되고 있다.

협동 로봇은 상용 서비스 시장에 적용되는데, 주로 자연스러운 상호 작용, 인간-기계 안전, 환경 적응, 복잡하고 민첩한 작업 등이 필요하며, 지능화가 이를 실현하기 위한 방법으로 부상하고 있다. 복잡하고 열악한 산업 환경에서 보다 지능적 환경 인식 및 적응력, 인간-기계 협업 작업 기능 및 예외 상황 처리 기능이 요구되고 있다.

향후 연구 방향은 복잡한 환경에서 자율적 인지가 가능하면서 복잡한 환경 및 작업에 대한 자율 제어 연구 방안 등에 관한 것이다. 협동 로봇의 동력학 행위가 지능적 조작과 환경 간에 미치는 영향을 식별함으로써 협동 로봇의 민첩한 작업 및 자율제어를 구현할 수 있게 된다.

세번째 개발 동향은 인간-기계 간 상호작용에 관한 것으로 지능형 로봇 제어다.

인간-기계의 상호 작용 기술의 고속 발전, 인체 공학 및 사용자 경험 분야 연구가 심화하면서 이제 인간-기계 상호 작용 시스템은 더 이상 단순한 장치 입력 혹은 마우스와 키보드 등 조작에 국한되지 않는다. 음성인식, 지문인식, 홍채인식 등을 통해 작업 프로그램 입력을 완료할 수 있다.

이러한 관점에서 협동 로봇의 사용성과 편의성에 대한 사람들의 요구가 높아지고 있으며, 인간-기계 상호 작용을 위한 제스처 이해가 중요한 연구 내용이 되고 있다.

제스처 인식은 인간의 손 움직임을 기반으로 산업 생산에서 제스처를 통해 로봇의 움직임을 제어하는 것이다. 이를 통해 로봇의 교육 과정과 작동 과정을 단순화하면서 응용 가치도 높일 수 있다. 이와 관련해 최근에는 장갑 기반 인식 및 비전 정보 인식 방법 등이 대두되고 있다. 장갑의 경우 주로 광섬유를 사용해 손바닥과 손가락의 관절 위치와 굽힘 정도를 모델링한다. 비전 정보 인식은 카메라에서 제스처 영상을 획득해 알고리즘을 통해 결과를 식별, 획득하는 것이다.

네번째 개발 동향은 충돌 감지에 있어 적응형 유연 제어다. 충돌 감지는 통상 센서 기반 충돌 감지와 센서리스 충돌 감지를 포함한다.

센서 기반 충돌 감지에는 전자 피부 기반 감지, 관절 토크 센서 기반, 충돌 감지를 위한 베이스 및 엔드 6차원 센서가 포함된다. 이러한 유형의 충돌 감지 방법 외에도 다른 충돌 감지의 대부분은 협동 로봇의 동력학 모델을 구축하거나 외력을 추정하거나 관측기기를 구축해야 한다.

센서리스 충돌 감지의 경우, 인간과 협동 로봇이 접촉할 때 단관절 모터 전류를 감지해 협동 로봇이 인간과 부드러운 접촉 또는 충돌 접촉인지 먼저 판단한다. 그 다음 모터 피드백에 의해 얻은 실제값과 동적 모델 계산의 이상적 값에 따라 융합 알고리즘을 설계한다. 이후 충돌 감지 임계값을 생성하고 우발적 충돌 또는 인간의 의식적 접촉을 식별해 접촉 후 안전 충돌 문제를 해결한다. (제휴=중국로봇망)