▲ 독일 다름슈타트대 연구진이 궤적 최적화 기술을 개발해 로봇 에어하키에 적용했다.(사진=다름슈타트대)

독일 다름슈타트공대(Technische Universitat Darmstadt) 연구진이 화웨이 연구개발(R&D), 유니버시티 칼리지 런던(UCL·University College London) 연구진과 공동으로 범용 로봇 매니퓰레이터에 활용할 수 있는 '궤적 최적화 기술(trajectory optimization technique)'을 개발했다고 테크익스플로어가 31일(현지 시각) 보도했다.

연구진은 연구 성과를 논문 출판전 공개 사이트인 ‘아카이브(arXiv)‘를 통해 발표했다. 연구진은 궤적최적화 기술을 로봇 에어하키(air hockey)에 적용해 성과를 검증했다.

연구진에 따르면 로봇과학자들은 제한된 성능과 물리적인 한계를 갖고 있는 로봇을 빠르게 작동하기 위해 계획수립기(planner)와 궤적 최적화 기술을 개발해왔다. 에어하키는 전통적인 로봇 매니퓰레이터의 성능을 최대한까지 테스트해볼 수 있는 좋은 사례다. 제한된 공간에서 로봇 매니퓰레이터를 이용해 빠른 동작으로 플라스틱 디스크를 상대방 진영에 밀어넣어야하기 때문이다.

주요 저자로 참여한 푸제 리우 연구원은 "우리의 장기적인 목표는 복잡하고 역동적이며, 제약성 있는 작업을 위한 지능형 로봇을 설계하는 것"이라며 “로봇 에어하키는 제한된 환경에서 빠르고, 정확한 동작을 요구하기 때문에 이번 연구를 수행하는 데 매우 적합하다"고 말했다. 로봇 에어하키에서 연구 성과를 입증하면 산업용 로봇과 같은 전통적인 로봇에도 적용해 최적의 로봇 궤적을 찾을 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다.

에어하키 훈련시 로봇에게 가장 큰 도전과제는 바로 ‘로봇 관절 속도의 제한(robot joint velocity limits)’이다. 속도 제한 때문에 로봇 매니퓰레이터는 일정 수준 이상의 빠른 동작을 수행하기 힘들다. 가능한 해결책은 로봇의 ‘리던던시(redundancy,이중화)’를 활용해 가장 느린 로봇 관절에 부여되어 있는 작업량을 가장 빠른 로봇 관절에 할당하는 것이다.

연구진은 "로봇 매니퓰레이터를 사람의 팔이라고 생각한다면, 우리의 방법은 팔꿈치의 위치를 최적화해 빠른 동작을 실행할 수 있도록 하는 것"이라고 설명했다. "로봇의 작업 공간을 확장하는 데 로봇의 리던던시를 사용하는 기존의 접근 방식과 달리, 우리는 리던던시를 엔드 이펙터의 속도를 높이는 데 활용했다"고 말했다.

연구진은 "베이지안 최적화 기법을 사용해 블랙박스 방식으로 시스템 매개변수를 식별할 수 있다는 것을 확인했다"며 "이 방법은 전문지식이나 차별화된 시뮬레이터가 필요하지 않다"고 말했다. 또한 궤적 최적화 기술을 실제 로봇에 적용하는 것도 용이해 에어하키와 같은 역동적인 동작을 수행할 수 있다고 덧붙였다.

연구진은 쿠카의 범용로봇시스템인 'LBR 이바(IIWA)' 2대를 에어하키에 적용해 궤도 최적화 기술을 평가했다. 테스트 결과 연구팀은 현재의 로봇 매니퓰레이터 성능을 개선할 여지가 여전히 있다는 것을 확인했다. 연구진은 "이번 연구 성과를 활용하면 기존 로봇을 이용해 에어하키와 같은 복잡한 과제를 해결할 수 있다고 생각한다"고 말했다.