▲독일 토포센스의 에코원(ECHO ONE)은 박쥐에서 볼 수 있는 초음파 반향 위치추적 원리를 바탕으로 정교한 노이즈 제거 소프트웨어와 함께 소리 기반의 삼각측량을 통해 광센서의 단점을 보완한다. (사진=토포센스)

독일 뮌헨의 토포센스(Toposens)가 박쥐에서 영감을 얻은 독점적 3D 초음파 반향 위치 기술을 기반으로 최초의 이동로봇용 3D 충돌 방지 센서 시스템을 출시했다고 더로봇리포트가 지난 21일(현지시각)보도했다.

이는 7년 이상의 연구개발(R&D) 및 제품 상용화를 해 온 이 회사의 중요한 이정표가 될 것으로 보인다.

토포센스는 산업 환경에서 이동로봇에 대한 충족되지 않은 높은 안전성을 해결하기 위해 이 센서 시스템을 만들었다. 이 시스템은 3D 초음파 반향 센서인 에코원(ECHO ONE)과 정교한 충돌 방지용 필터를 갖춘 토포센스 처리 장치로 구성된다. 이 센서 시스템은 실제 산업 시나리오에서 평판이 좋은 이동로봇 환경에서 상업화를 위한 엄격한 테스트를 거쳤다.

이와 같은 첨단 기술 제품의 공동 개발은 선도적 기술 기업들과 함께 시작되는 일련의 배치시 최고 수준의 성능을 보장한다.

◆감지되지 않는 것을 감지

자율주행차 산업이 호황을 누리고 자동 지게차, 자율이동로봇(AMR), 무인운반차(AGV)와 같은 이동로봇이 기하급수적으로 성장하면서 인간과 기계의 안전이 제조 노력의 최전선에 서게 됐다.

이 회사는 시장에서 이동로봇에 의무적으로 탑재되는 안전용 2D 라이다가 최고의 안전 요구와 일치하지 않는 2차원 데이터 출력만 제공한다는 점을 보고 3D 충돌 회피가 필수적이라는 것을 깨닫게 됐다.

라이다 또는 비전(시각) 같은 다른 3D 센서 시스템은 물리적 특성 때문에 주변 환경의 광학 조건이 좋지 않거나 지게차의 포크 같은 물체가 바닥에 가까울 때 인식 능력에 한계를 보인다. 그 결과 이 센서들은 물체를 충분히 잘 감지하기 위해 고군분투하지만 신뢰할 수 없고 불충분한 충돌 방지 솔루션이 된다.

또한 기존 1차원 초음파 센서는 신뢰할 수 있는 3D 충돌 회피에 필요한 데이터를 제공하지 못한다. 간단한 거리 데이터(음파 비행시간)만 측정할 수 있기에 토포센스의 3D 충돌 회피 시스템이 생성할 수 있는 3D 포인트 클라우드와 데이터와 차이를 보인다. 토포센스의 3D 초음파 센서의 감지 범위는 10~3000mm다.

◆로봇 안전 재정의

토포센스는 이러한 기존 센서의 단점을 보완하고 시장에 동급 최고의 3D 충돌 방지 기능 센서를 제공하기 위해 지난 수년간 3D 초음파 반향 위치 센서 상용화에 노력해 왔다.

토포센스의 에코원은 박쥐에서 볼 수 있는 반향 위치추적 원리를 바탕으로 정교한 노이즈 필터링 소프트웨어(SW)와 소리 기반 삼각측량을 통해 광학 센서의 단점을 보완한다.

따라서 완전히 조정 가능한 경고 및 정지 구역 내에서 감지된 각 장애물에 대해 실시간으로 강력한 3D 데이터 출력을 제공한다. 또한 이러한 구역은 좌회전 또는 우회전하는 이동 로봇을 동적으로 따라가고 차량 속도에 맞게 설정할 수도 있다.

센서는 획득한 데이터(3개의 마이크로 인식된 반사 현상)를 3D 포인트 클라우드 형식으로 첨단 3D 충돌 방지 SW가 장착된 토포센스 처리장치로 전송한다.

여기서 토포센스 처리 장치는 어떤 3D 구역 위반인지에 따라 이동로봇의 CPU로 ‘저속’ 또는 ‘정지’ 명령을 한다. 영역 위반이 감지되지 않으면 이동 로봇은 그대로 작동한다.

◆박쥐급 감지 vs 나쁜 시력

토비아스 바네만 토포센서 공동창업자이자 최고경영자(CEO)는 “이 센서시스템은 환경 조건에 관계없이 탐지하기 어려운 여러 장애물을 실시간으로 안정적으로 감지할 수 있기 때문에 로봇 고객들에게 차세대급 안전성을 제공할 수 있다. 우리 기술은 라이다와 같은 광센서의 단점을 해결한다. 예를 들어 라이다는 불리한 조명 조건이나 투명하거나 미러링된 물체 표면에서 바닥에 있는 지게차의 포크 물체를 감지하지 못할 수 있다. 3D(x, y 및 z 좌표)로 데이터 출력을 수신하면 가장 안정적인 3D 충돌 방지 수준을 보장할 수 있다”고 말한다.

그는 토포센스가 “생산에 앞서 거의 2년 동안 유명 기업과 함께 시범 프로젝트 및 실제로 탑재해 토포센스 에코원을 개발하고 테스트해 왔다. 이를 통해 우리는 고객에게 최첨단 차세대 로봇 안전 시스템을 제공할 수 있게 됐다. 기존 센서 솔루션에서는 3D 충돌 방지 기능이 누락됐다. 이에 다른 제품 손상으로 인한 경제적 좌절, 또는 감지되지 않은 장애물로 인한 값비싼 생산 중단이 모바일 로봇 시스템의 투자수익률(ROI)을 상당히 제한할 수 있다. 이는 이동로봇이 다른 종류의 비전 기술을 사용해 환경을 봐야 할 필요성을 강조한다. 우리는 이를 ‘박쥐눈(BAT VISION)’이라고 부르며 이제 일련의 생산으로 넘어가게 된 것을 매우 기쁘게 생각한다”고 밝혔다.