한국생산기술연구원(이하 생기원)은 로봇 원천기술 확보와 실용화를 주도하는 국내 대표적인 로봇연구기관이다. 그동안 안드로이드 로봇 '에버', 양팔 로봇, 재활로봇, 견마로봇, 3차원 인식기술, 로봇 제어기 등 다양한 분야에서 독보적인 연구를 수행해왔다. 여기에 그치지 않고 관련 기술을 국내 기업에 이전하거나 생산현장에 적용, 국내 기업들의 제조공정 개선과 로봇 시장 창출에 중요한 역할을 해왔다.

한국생산기술연구원에서 로봇 연구개발을 주도하고 있는 곳은 ‘융합생산기술연구소’ 산하 ‘로봇그룹‘이다. 로봇그룹은 최근 몇 년새 인지기반 로봇 작업지능, 극한/비정형 환경에서의 로봇 솔루션, 중소제조 로봇 솔루션 개발 등에 박차를 가하고 있다. 상당한 성과도 거뒀다.

로봇신문은 국내 로봇연구를 주도하고 있는 생기원 로봇그룹의 그간 성과, 현재 추진 중인 과제 등에 대해 살펴보는 특집 기획을 마련했다. 이번 기획 시리즈는 생기원 로봇그룹을 전반적으로 소개하고, 로봇그룹에 속해 있는 4개 연구단의 주요 연구 과제를 3회에 걸쳐 소개한다.

<로봇그룹 개요>

우리나라 로봇 실용화를 주도하고 있는 한국생산기술연구원 로봇그룹(그룹장 이동욱)은 연구원 산하 ‘융합생산기술연구소’ 소속이다. 융합생산기술연구소는 로봇그룹, 산업용 섬유그룹, IT융합공정그룹 등 7개 그룹으로 이뤄져 있다.

올해 1월 로봇그룹은 ‘극한 로봇솔루션 연구단’, ‘중소제조 로봇솔루션연구단’, ‘인간지원 로봇연구단’, ‘원격응용기술연구단’ 등 4개 연구단 체제로 바뀌었다. 원래 '원격기술연구팀'과 '로봇지능연구회'가 따로 있었으나 원격기술연구팀을 원격응용기술연구단으로 승격시키고 로봇지능연구회 소속 인원을 각 연구단 밑으로 흡수시켰다. 앞으로는 로봇지능이 로봇기술 개발에 활용되지 않는 분야가 없을 것으로 보고 별도 조직으로 가져가기 보다는 각 연구단 밑으로 가는 게 시대적인 흐름에 맡다고 본 것이다.

▲로봇그룹의 핵심 키워드

로봇그룹이 4개 연구단 체제로 조직을 변경한 것은 △무인화 △고령화 사회 △제조업 부활이라는 최근 키워드와도 맞물려있다. '무인화'란 드론 등 로봇 기술을 활용한 국방력 강화, 무인 자동차 기술 상용화시 사회경제적 변화 등을 상징하는 키워드다. 우리나라가 2025년 초고령 사회에 진입한다는 것도 중요한 카워드다. 일자리 창출, 동남아 국가 인건비 상승으로 인한 제조업 본국 회귀(Reshoring) 등으로 '제조업 부활'이란 이슈가 부각되고 있다는 점도 이번 조직 개편에 반영됐다.

이런 사회적인 트렌드를 반영해 4개 연구단 체제로 바뀐 로봇그룹은 새로운 도약을 준비중이다. 현재 비상근과 별정직 직원을 포함해 70여명의 인력이 로봇 연구에 불을 밝히고 있다.

▲로봇그룹 연구실에서 안드로이드 로봇 '에버4'가 인사를 하고 있다.

▲ 이동욱 그룹장이 '에버4' 내부 구조에 관해 설명하고 있다.

생기원 로봇그룹은 국내 로봇 연구 및 실용화에 상당한 실적과 기술력을 보유하고 있다. 대표적인 것으로는 인간형 로봇 ‘에버(EveR), 보행지원 웨어러블 로봇 ’하이퍼‘, 다족형 견마로봇 ’진풍‘, 감시정찰용 비행로봇 ’DFR40', 재활로봇 ‘로빈(ROBIN)’, ‘KITECH 양팔로봇’, 인간형 로봇핸드, 생체모방형 수중 로봇, 서비스 로봇 ‘세로피(SEROPI)', 첨단 제조로봇용 실시간 로봇제어기 등을 꼽을 수 있다.

▲ 로봇그룹 중점 목표

올해 로봇그룹은 '제조공정 혁신을 위한 개방형 로봇 플랫폼 및 작업지능 요소기술 개발'을 중점 목표로 내걸었다. 제조로봇용 스마트 부품 기술, 로봇융합생산공정 제어기술, 원격작업 인터페이스기술, 작업지능 요소 기술을 확보하겠다는 세부 목표도 세웠다. 올해 정부 수탁과제,기업 수탁과제 등 총 31건 이상의 과제를 수행할 계획이다.

<이동욱 로봇그룹장 인터뷰>

▲ 생산기술연구원은 오랫동안 로봇 원천 기술 개발과 실용화 분야에서 주도적인 역할을 해왔습니다. 생기원이 국내 로봇산업에 어떤 의미가 있다고 보십니까.

생기원은 지난 2003년 성장산업단을 출범시키면서 로봇 R&D분야에 본격 진출했습니다. 연구원의 성격상 원천 기술 못지않게 실용화에도 방점을 둬 연구를 진행했습니다. 현행 로봇PD 제도가 도입되기 전부터 정책적인 제안도 하면서 국내 로봇개발 및 시장 창출에 크게 기여했다고 자부합니다.

생기원에서 개발한 안드로이드 로봇인 ‘에버’, 로봇 핸드, 재활로봇 ‘로빈’ 등 많은 성과물들이 실제로 민간 기업에 이전되거나 국내외 많은 기관에서 활용하면서 기술력을 인정받고 있습니다.

▲ 로봇그룹장이라는 중책을 맡았는데 향후 연구의 기본 방향을 어떻게 잡고 있으신지요.

중국의 로봇 플랫폼 기술 발전 속도가 매우 빠르며 전통 로봇강국인 일본은 높은 수준의 경쟁력을 이미 확보하고 있습니다. 하드웨어 분야에서 중국, 일본과 경쟁하는 게 쉽지 않은 상황이지요. 이런 현실을 타개하려면 지능과 알고리즘 중심의 로봇 개발에서 활로를 찾아야한다고 봅니다. 생기원이 지난 2014년 이후 지능연구에 역량을 집중하는 것도 이 같은 이유때문입니다. 앞으로 각 분야의 로봇 개발에 지능 기술을 추가해 고도화하겠다는 목표를 갖고 있습니다.

▲ 올해 확보할 주요 로봇 기술이 있다면 말씀해주십시요.

현재 각 연구단별로 연구 과제를 도출해 추진하고 있는데 공통의 목표는 '제조공정 혁신을 위한 개방형 로봇 플랫폼 및 작업기능 요소 기술'을 개발하는 것입니다. 지난 2014년부터 2016년까지 이를 목표로 연구에 매진해왔습니다. 고중량물 핸들링 로봇핸드, 병렬 메커니즘 로봇 매니퓰레이터, 고속 실시간 모션 제어, 원격작업 환경 임피던스 매칭기술, 3D 정보시각화 및 직관적 인터렉티브 기술, 로봇 작업지능 체계 기술 등 기술을 확보하고 고도화 할 계획입니다. 또한 기존 과제에 ‘지능‘ 기술을 적용해 한단계 발전시키는데도 많은 관심을 갖고 있습니다.

▲ 새로운 연구개발 프로젝트가 있다면 소개해주십시요.

올해부터 소프트 로봇에 대한 연구를 시작하려고 합니다. 현재 구체적으로 어떤 분야를 연구할 것인지에 대해 검토하고 있습니다. 조만간 개발 과제를 확정해 연속 과제로 추진할 생각입니다. KIST와 함께 추진하고 있는 달탐사 '로버', 로봇융합연구원이 주관하고 있는 '국민안전로봇' 사업도 의욕을 갖고 참여할 생각입니다.

▲ 전세계적으로 개방형 로봇 플랫폼 개발이 활발한데 로봇 그룹은 이같은 움직임에 어떻게 대처하고 있는지요.

제조 공정혁신을 가속화하고 개방형 시스템을 구축하기 위해선 개방형 로봇 플랫폼에 관한 연구를 활발하게 해야한다고 봅니다. 이의 일환으로 오픈소스인 ROS(로봇 운영체계)에도 관심을 갖고 있습니다. 우리가 개발한 오픈소스 프로그램을 ROS 관련 단체등을 통해 오픈하는 것도 적극 추진할 생각입니다. 한국, 일본, 중국 등 로봇 개발자들은 상대적으로 다른 나라에 비해 오픈소스 분야에 대한 기여도가 낮습니다. 각 연구단별로 개발을 끝낸 알고리즘이나 프로그램을 선정해 공개하는 방안을 적극 모색할 것입니다.

<각 연구단별 연구 성과와 목표>

(1) 인간지원로봇 연구단

올해 인간지원로봇연구단(단장 배지훈)은 감성표현 기반 '인간-로봇 상호작용' 및 문화로봇 요소 기술, 3차원 환경인식 및 조작 제어 기술, 재활로봇 매커니즘 및 보행제어 기술 개발 등을 중점적으로 추진할 계획이다.

구체적으로 보면 △뇌졸중 환자의 다양한 보행재활을 위한 보행의도 검출률 90% 이상의 생체신호 인터페이스 기술 및 지상 보행 재활훈련 로봇 적용 기술 개발(2013년~2018년, 2억/년) △인간 친화적 로봇 서비스 환경에서 판단 적합성 90% 이상인 복합지식 기반 판단 및 의미기반 로봇표현 기술 개발(2012년~2017년, 2.5억원/년) △글로벌 로봇뮤지컬 어트랙션 상품 개발을 위한 10종 이상의 부위별 모듈러 유닛을 조합해 30종 이상으로 변형되는 캐릭터 로봇 제작기술 개발, 통합 운영이 가능한 로보틱스 무대장치 개발(2013년~2016년, 1.2억원/년) △양팔작업을 위한 센서융합 인지 기반 제어기술개발 및 다중 로봇 협업 생산 공정 적용기술 개발(2016년~2018년, 1억/년) △특수임무장비 S/W개발 용역(2016년~2018년, 1억/년) △3D환경인식기술 기반 재난환경 대응 로봇 시스템 개발(2014년~2017년, 1.2억/년) △환경변화에 강인한 실내외 통합 자율주행을 위한 학습형 로봇이동지능기술 개발(2016년~2020년, 4억/년) 등이다. 2018년까지 인간지원 로봇 기술 실용화 3건을 달성해 인간지원 로봇 기술 분야 세계적 선도 그룹으로 자리잡겠다는 목표다.

배지훈 인간지원로봇연구단 단장은 “우리가 개발한 로봇 핸드 등이 국내외 여러 기관에 판매되는 실적을 보였으며, 양팔 로봇은 높은 자유도로 인간-로봇 협업 연구에 중요한 진전을 이룩했다"고 말했다. 3차원 환경인식 기술도 대외적으로 자랑할만한 성과라고 덧붙였다.

◇주요 확보 기술

▲안드로이드 로봇 ‘에버4’

▲ 에버의 다양한 표정

에버는 사람을 똑같이 닮은 안드로이드 로봇이다. '에버(EveR)'는 '이브(Eve)'와 '로봇(Robot)'의 합성어다. 젊은 여성의 외모를 갖고 있으며 무게 50kg에 키는 167cm다. 얼굴 30축, 상체 15축, 하체 6축 등 총 51개의 관절을 갖고 있으며 기쁨, 슬픔, 화남, 놀람 등 12가지 이상의 감정표현이 가능하다. 감정 모델 기반 근육제어 알고리즘을 통한 풍부한 감정 표현이 가능하다. 시선 맞추기 및 자율행동 등 자연스러운 대화 및 상호작용을 위한 사회적 행동을 구현했다. 합성된 음성에 동기된 입술의 자연스러운 표현(립싱크)이 가능하다. 그동안 이산솔루션,퓨처로봇, 쇼텍라인 등 업체에 요소 기술을 이전했다.

앞으로 에버의 '시선 맞추기(eye contact)' 기능을 개선하고 외부에 있던 PC장치를 소형화해 로봇 안에 넣을 계획이다.

▲3차원 인식정보 기반 양팔 조작/조립 기술

세계 최고 수준의 다자유도를 가진 인간형 상반신 로봇(총 50자유도)이다. 허리 부분까지 움직일수 있기 때문에 멀리 떨어진 물건을 허리를 굽혀 잡을 수 있다.

4개의 손가락으로 이뤄진 로봇 핸드를 이용해 양팔로 구멍에 못을 끼워넣는 작업(peg-in-hole)을 세계 처음으로 성공했다. 조립공차가 0.05mm로 세계 최고 수준의 조립 정밀도를 자랑한다. 구체적으로 확보된 기술은 △고기능 로봇 손을 이용한 다양한 물체의 파지 및 조작기술 △로봇의 양팔과 양손에 의한 지능적인 물체 조작/조립 기술 △외부 환경과 접촉시 안전성 보장을 위한 컴플라이언스 제어 기술 △변화하는 환경에서의 작업을 위한 3차원 환경 및 물체인식 기술 등이다. 이 로봇은 인간의 감각/판단 능력과 로봇의 작업 능력을 융합해 인간-로봇 협업 시너지를 극대화하는 데 유용하다.

▲3차원 환경 인식

로봇에 장착된 센서를 통해 수집된 정보들을 이용해 3차원 환경 정보를 재구성하는 기술이다. 구체적으로 확보한 기술 내용을 보면 △3차원 환경 인식 시스템을 통한 로봇 원격 제어 및 가상공간체험(훈련) 기술 △3차원 환경 정보의 실시간 전송을 위한 3차원 정보 압축 기술 △물체의 포즈 추정 및 그래스핑 플래닝(Grasping Planning) 기술 △비정형 환경의 모델링 및 다관절 로봇의 실시간 충돌 검출 기술 등이다.

재난 및 재해 등의 위험 지역에서의 원활한 로봇 원격 제어 및 안전한 원격 작업 수행, 제조(작업) 현장에서 인간이 하기에 위험하고 힘든 작업을 대신하여 (원격)작업자를 지원하는 용도로 활용 가능하다.

▲재활 로봇 ‘로빈(RoBIn)’

재활 로봇 ‘로빈’은 하체 양측마비 장애인용 보행 보조 로봇인 ‘로빈-P'와 뇌손상으로 인한 하체 편마비 환자/장애인용 재활로봇인 ’로빈-H'로 구분된다.

로빈-P는 하반신 마비환자의 일상/병원에서의 보행보조를 목적으로 하는 하지 외골격 형태의 착용형 로봇시스템이다. 하반신 완전마비 장애인 3인을 대상으로 시범 검증(pilot test)을 수행했으며 KFDA(식약청)의 의료기기 승인을 위해 공인시험기관인 KTL로부터 전기/기계적 안전성 검사 및 성능평가를 수행했다. 앞으로 계단 오르기 등 일부 기능을 추가 개발하고 KFDA 승인 후 병원의 재활운동용 로봇으로 상용화 가능성을 타진할 계획이다.

로빈-H는 뇌졸중 편마비 환자/장애인의 병원에서의 보행 훈련을 목적으로 하는 하지 외골격 형태의 착용형 로봇 시스템이다. 모터 러닝 방법에 기반을 둔 보행 재활로 손상된 뇌의 기능을 주변의 뇌 조직에서 재학습 하는 '뇌 재조직화(neural re-organization)'를 기대할 수 있다. 앞으로 정상인을 대상으로 뇌 활성화 효과 검증을 위한 실험, 뇌졸중 편마비 장애인 대상 로봇 시스템 검증을 위한 실험 등을 계획하고 있다.