로봇신문이 마련한 특집 기획 시리즈 ‘로봇 실용화의 산실, 생기원 로봇그룹'의 마지막 순서는 ’극한로봇솔루션연구단‘과 ’원격응용기술연구단‘이다. 극한로봇솔루션연구단과 원격응용기술연구단은 매우 밀접한 관련이 있다. 재난재해 구조, 해저 탐사, 극지 탐사, 우주탐사 등 미션을 수행하기 위해선 현장 접근이 어려운 사람을 투입하는 것 보다는 로봇을 투입하는 게 바람직하다. 극한환경에서 견디면서 동작이 가능한 로봇을 투입해 원격 조정하는 게 작업의 효율성을 높이고 안전한 작업 수행에 도움이 된다. 양 연구단은 긴밀한 협력 관계를 유지하면서 시너지를 높이는 데 주력하고 있다. 원격응용기술연구단은 원래 원격기술연구팀이었으나 올해 초 조직 개편에 따라 ‘단’으로 승격했다. 향후 원격로봇 기술의 수요가 많을 것이라는 판단이 작용한 것이다. ’극한로봇솔루션연구단‘과 ’원격응용기술연구단'의 주요 성과와 올해 중점 과제에 대해 살펴본다.

3)극한로봇솔루션 연구단·원격응용기술연구단

극한로봇솔루션연구단(단장 장재호)’은 재난재해, 우주 탐사, 해저탐사, 열악한 제조 현장 등 극한 상황에서 견디면서 동작할 수 있는 로봇 기술 개발을 주도하고 있다.

올해 추진할 사업으로는 △고난이도 작업 수행을 위한 유압구동 로봇제어기술 개발(2013년 11월~2018년 1월, 6.6억/년) △재난․재해 대응 특수목적기계 핵심기술 개발(2015년 7월~2020년 6월, 5.0억/년) △험지 적응형 하지근력 착용 로봇 개발(2013년 12월~2016년 12월,1.5억/년) △선형모드 InGaAs/InP APD 2차원 배열을 이용한 능동형 3차원 영상 레이저 레이다 기술 개발(2012년 9월~2017년 9월,3.0억/년) △지능형 자동차 인식기술 개발 지원을 위한 공개용 표준DB 구축(2015년 6월~ 2020년 5월, 2.5억/년) 등을 꼽을 수 있다.

이 같은 프로젝트를 통해 연구단은 극한작업용 유압구동 이동조작 로봇 제어기술, 유압 로봇 핵심부품 및 실용화 기술, 극한환경 이동 및 작업용 센서기술 및 환경인식 기술, 필드로봇(군사용, 농업용 등) 시스템 솔루션 기술을 확보할 계획이다.

▲ 생기원 건물 내에서 3차원 환경인식 시스템을 테스트하고 있다.

▲ 유압 매니퓰레이터 조작 시험 현장

극한로봇솔루션 연구단이 보유하고 있는 핵심 기술은 큰 힘이 필요한 곳에 활용할 수 있는 유압구동 로봇기술이다. 연구단은 유압 로봇 기술을 활용해 견마 로봇인 ‘진풍’을 개발했다. 여기에 적용된 요소 기술을 활용해 올해부터 '국민안전로봇' 사업에 참여한다는 계획을 세워놓고 있다.

▲ 유압로봇 기술의 적용 분야

장재호 단장은 “국민 안전로봇 개발 과제에 참여하면 유압제어 로봇 기술, 필드 운영 에너지 사용 최소화 알고리즘, 노이즈 상황에서 자기 위치 인식 센서 모듈 등 요소 기술을 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

극한로봇솔루션 연구단은 재난 현장에서 소방관들의 근력을 증강시켜 화재진압과 인명구조 효율성을 제고할 수 있는 웨어러블 로봇인 ‘하이퍼(HyPER)'도 개발했다. 이 사업을 활성화하기 위해 작년 3월 ’FRT‘라는 벤처기업을 따로 설립했다. 대표를 맡고 있는 장재호 단장은 “소방관용 로봇에 대한 현장 검증 절차를 마치는대로 경상북도와 협력해 경북소방학교에 소방관용 로봇을 납품할 계획”이라고 밝혔다.

원격응용기술연구단(단장 양기훈)은 위험상황이나 극한 환경 등에서 인간을 대신해 각종 작업을 수행하는 로봇(재난구조 수중탐사, 외계탐사용 로봇 등), 무인항공기나 무인선박, 의료 등의 분야에 적용할 수 있는 원격제어기술을 연구하고 있다.

올해에는 △원격 작업을 위한 원격조작 서비스 엔진 및 힘 반영 원격조종 로봇시스템 기술개발(2011년 6월~ 2014년 5월,40억원) △원전 내 시설 유지보수 요소작업 대상 원격제어 원천기술 개발(2015년 12월~ 2019년 11월,60억원) △달 탐사 로버(Rover)를 위한 시지연 극복 원격제어 기술 및 관제 시스템 개발(2016년 4월~ 2019년 5월,50억원) 등 프로젝트를 추진할 계획이다. 이 같은 연구 과제를 통해 직관성 향상을 위한 인체 공학적 마스터 인터페이스 개발, 조작 편의성 향상을 위한 ‘egocentric shared’ 기술을 확보하겠다는 목표다.

▲생기원은 달 탐사 '로버'의 원격 제어 부문의 기술개발을 담당하고 있다.

원격응용기술연구단에서 올해부터 추진하고 있는 프로젝트 가운데 특히 관심을 끄는 프로젝트는 원자력발전소 유지보수용 로봇 개발과 KIST가 주관하는 달 탐사 로버 개발이다.

원전내 시설유지 보수사업 원천 기술 개발은 작년 12월부터 시작한 과제로 오는 2019년까지 진행된다. 원자력발전소에서 연료봉을 교체하려면 지금은 사람이 들어가 작업을 해야 하는데 방사능 노출 위험이 크고 장시간 작업하는게 힘들다. 원격 제어로봇을 투입하면 짧은 시간에 원전 보수 작업을 진행할 수 있다. 작업자의 피로도를 감소시키고 작업 효율을 향상시키기 위한 작업자 중심 마스터 인터페이스 기술을 개발하고 있다.

양기훈 단장은 “앞으로 원자력 발전소가 노후화되면 안전한 원전 해체 작업이 중요해지는데 원격제어 로봇의 투입이 꼭 필요하다”고 말했다. 후쿠시마 원전에 로봇이 투입되어 연료봉 제거 작업을 하는 것에서 볼 수 있듯이 앞으로 원자력 발전소의 유지 보수에는 원격 제어 로봇의 투입이 반드시 필요할 전망이다.

연구단은 올해부터 달 탐사 로버 개발도 본격 추진한다. 달에 있는 로버를 지상에서 원격 제어하려면 달까지 신호를 보내야 하는데, 달까지 신호가 도착하는데 2~3초 정도의 지연시간이 발생한다. 따라서 한정된 데이터로 로버가 정상적인 작업을 할 수 있도록 원격제어 기술을 개발하는 게 목표다.

연구단은 이밖에 NT 리서치와 함께 수술용 범용 마스터 장치의 제어기 개발을 추진하고 있다. 이미 연구단은 뿌리산업의 직무기피 공정에 활용할 수 있는 산업용 원격제어 로봇 시스템, 유지보수 및 작업자의 접근이 힘든 해양플랜트의 유지 보수를 위한 원격제어 시스템 개발을 수행했다.

양지훈 단장은 “원격제어응용연구단은 극한환경에 적용되는 로봇기술, 수술로봇, HRI, 스마트 공장 등에 적용될 수 있는 원격제어응용 솔루션을 개발해 다른 연구단과 시너지를 내는데 중요한 목표를 두고 있다”며 “오는 2020년까지 안전하고 편리한 로봇 제어 기술을 확보해 관련 기술들을 개발 및 상용화할 계획”이라고 밝혔다.

◇주요 확보 기술

▲웨어러블 로봇 ‘하이퍼(HyPER)’

하이퍼는 착용형 보조 로봇이다. 재난 현장에서는 구난/구조 작업시 소방관들의 근력을 증강시켜 화재진압 및 인명구조의 효율을 높여준다. 군수용으로 사용할 경우에는 병사의 전투 부하를 극복하고 지속적인 작전과 병사의 기동을 지원한다. 각종 산업현장에서 운반 및 현장 작업 보조용으로 이용할 수도 있다.

▲하이퍼의 주요 사양

연구단은 이 기술을 통해 유압식 착용 로봇 플랫폼, 이동형 고효율 동력원 기술, 착용형 근력 증폭 로봇 매커니즘, 관절 대응형 로봇 슈트 매커니즘, 의도감지 모듈형 센서 및 HRI 개발, 인체 통합 외골격 매커니즘 통합기술, 상하지 별도 지원형 모듈 운용기술, 다양한 인간 서비스 지원 모듈 기술 개발, 초소형 하이브리드 유압 액추에이팅 시스템 등 기술을 확보했다.

▲유압로봇 기술과 진풍’

▲ 다족형 견마로봇 '진풍'

유압로봇은 위험한 지역에서 중량물을 핸들링해 고난도 작업을 수행할수 있는 로봇 기술이다. 전기 모터 기반의 로봇이 수행하기 어려운 기능을 유압 로봇으로 구현할 수 있다. 연구단은 유압로봇 기술을 활용해 다족형 견마 로봇인 ‘진풍’을 개발했다. 험지 보행 기술 및 유압 보행 로봇에 대한 기초 기술을 보유하고 있다. 이들 요소 기술을 활용해 국민안전로봇 사업에 참여한다는 계획을 세워놓고 있다.

▲재난 대응 특수목적기계

재난ㆍ재해 특히 각종 붕괴사고 발생시 인명피해 및 2차 피해를 최소화하기 위해선 골든타임(재난발생 후 2~72시간)내에 신속한 초동 대응능력이 중요하다. 연구단은 양팔 작업형 굴삭기 형태의 특수목적기계를 2015년 부터 16개기관과 협조해 개발하고 있다. 국제적으로도 개발 및 보급이 초기 단계이며, 국내에서는 기술이 전무한 상태다.

한양대학교가 총괄기관이며 한국생산기술연구원, 건설기계부품연구원, 수산중공업, 케이엔알시스템, 울산대학교, 한국항공대학교 등이 참여하고 있다. 과제 기간은 2015년 7월부터 2020년 6월까지 5년간이다. 양팔 작업기를 탑재한 4휠 독립 구동형 특수목적기계 시제품을 내놓을 예정이다.

▲유압로봇제어 기술

연구단은 산업부 지원을 받아 8개 기관 공동으로 ‘고난도 작업을 위한 유압로봇 기술 개발’사업을 통해 중장비의 유압 기술을 로봇에 활용하기 위한 요소 기술을 개발하고 있다. 이 사업은 사람의 지능과 판단, 로봇의 파워와 정밀성을 융합해 비정형의 재난환경에서 고난이도 작업을 신속하게 수행하는 원격기반 유압구동 로봇 제어 기술을 개발하는 것이다.

빠른 응답성과 높은 분해능을 갖는 힘 제어 기반 고속/정밀 유압 구동 로봇 제어 기술, 3D 환경 재구성을 통한 최적 시점(視點) 제공, 시각 가이드 기반 원격조작 기술 등을 개발하겠다는 목표다. 난이도 작업 수행을 위해 관절 각속도 160deg/s 이상, 반복 오차 0.3deg 이하의 힘제어 기반 유압 구동 로봇 제어 기술을 개발한다. 과제기간은 2013년 11월부터 2018년 10월까지 60개월이며 99억18백만원의 자금이 투입된다. 한국생산기술연구원, 전자부품연구원, 한국로봇융합연구원, 광운대학교, 명지대학교, 성균관대학교, 연세대학교, 포스텍, 한국항공대학교 등이 참여하고 있다.

▲환경인식 센서시스템 및 응용기술

▲ 생기원에서 개발한 '라이더 3.1' 버전

3차원 환경인식센서, 3차원 물체 인식 및 추적기술, 위치/자세 센서 퓨전기술 등을 개발하고 있다. 3차원 환경인식센서는 싱글채널 3차원 라이더 기술, 16채널 3차원 라이더 기술 등을 개발 또는 개발 중이다. 3차원 물체인식 및 추적기술은 라이더, 카메라, 레이더 센서 기반의 물체 인식 및 추적기술로, 인공지능 기반의 물체인식 기술, HOG 기반 물체 인식 기술, NPR+Adaboost 기반 3D물체인식 기술, 임베디드 기반 실시간 최적화 기술 등을 포함한다. 이들 기술을 자동차에 적용하면 차량 및 보행자 인식, 차선 인식, 도로 시설물 인식 등이 가능하다.

▲ 지능형 자동차 환경인식

라이더 센서는 앞으로 자동차(ADAS,자동차 파킹주행시스템,무인이송차량 지원시스템), 국방(전투 로봇 자동화,무인항공기 환경 정보획득, 은엄폐 적군 발견시스템), 항공우주(우주선 랜딩,우주 항공선 도킹및 랑데부 추적센서), 로봇(드론용 탑재 센서,보안 감시경계 로봇센서,공장,물류 자동화 시스템) 등에 활용 가능하다.