모바일 로봇 을 구동하는 내비게이션 및 안전 시스템은 로봇이 현재 위치에서 원하는 목적지까지 스스로 이동할 수 있도록 하는 모바일 로봇의 핵심 기능입니다. 모바일 로봇의 내비게이션은 전통적으로 이 세 가지 질문이 제시하는 문제를 해결하는 것으로 이해되어 왔습니다:
- 여기가 어디인가요?
- 나와 관련된 다른 장소에는 어떤 것이 있나요?
- 여기에서 다른 장소로 이동하려면 어떻게 하나요?
이러한 문제에는 한 지점에서 다른 지점까지 충돌 없는 경로를 결정하면서 관련 경로의 총 비용을 최소화하는 것이 포함됩니다. 환경의 특성에 따라 경로 계획은 정적 환경과 동적 환경으로 나눌 수 있습니다. 정적 환경에서는 장애물이 수시로 위치를 변경하는 이동 로봇을 제외한 모든 것이 정적인데, 이를 정적 경로 계획이라고도 합니다. 그리고 장애물이 시간에 따라 위치와 방향을 바꾸는 경우 이를 동적 경로 계획이라고 합니다. 동적 환경에서의 이동 로봇은 임의의 출발점에서 정해진 목표를 향해 가능한 최단 경로를 찾아야 하며, 가능한 한 안전하고(장애물 회피) 원활하게 움직여야 합니다.
인기 있는 모바일 로봇 내비게이션 기술
사물인터넷(IoT) 및 인더스트리 4.0의 등장으로 모바일 로봇은 산업, 우주, 국방 및 기타 사회 분야 등 다양한 분야에서 많은 용도로 사용되고 있습니다. 자재 취급, 피킹, 소독 로봇과 같은 특수 애플리케이션 등에 사용되어 왔습니다. 따라서 다양한 정적 및 동적 환경에서 자율적으로 이동할 수 있는 지능형 모바일 로봇이 필요합니다. 모바일 로봇의 내비게이션과 장애물 회피를 위해 여러 가지 기술이 적용되었습니다. 그 중 몇 가지를 살펴보겠습니다,
LIDAR 기반 내비게이션 -
센서가 환경을 매핑 및 추적하고 모바일 로봇의 위치를 추정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
LIDAR - 빛 감지 및 거리 측정 기술은 로봇의 자율성과 내비게이션에 필수적인 요소입니다. 이 기술을 통해 모바일 로봇은 예측할 수 없고 익숙하지 않은 상황에서 통제된 상황과 사전 정의된 작업 기능을 벗어나 확장할 수 있습니다. 라이더 센서는 물체와 사람의 위치를 파악하는 등 모바일 주변 환경에 대한 고해상도 3D 정보를 지속적으로 제공합니다. SLAM(동시 측위 및 매핑) 기술은 라이다 데이터를 통해 로봇의 실내 기능을 구현합니다. SLAM 기술이 제공하는 이점으로는 "외부 기술에 의존하지 않고도 쉽게 탐색하고 비용과 전력을 줄이면서 3D 지도를 실시간으로 생성할 수 있다"는 점이 있습니다.
비전 기반 탐색 - 비전 기반 탐색 -
로봇의 비전 시스템을 통해 모바일 로봇은 사람이 보는 것처럼 주변 환경을 보고 정보를 해석할 수 있습니다. 비전 기반 내비게이션 기술은 컴퓨터 알고리즘과 광학 센서의 데이터를 사용하여 최적의 경로를 계산합니다. 알고리즘은 시각 정보를 집중도 주변 데이터로 변환하여 모바일 로봇의 위치를 파악하고 이를 바탕으로 목표를 달성할 수 있는 최적의 경로를 선택합니다. 그 후 모바일 로봇의 주행 시스템이 활성화되어 목적지에 도달합니다.
왜 내비게이션에 비전을 사용해야 할까요?
초음파, 적외선, GPS, 레이저 센서 또는 자기 테이프 기반 내비게이션 등과 같은 기존 센서를 사용하는 기존의 로봇 내비게이션 시스템은 센서의 물리적 한계 또는 상당한 비용과 관련된 몇 가지 단점을 가지고 있습니다. 카메라가 전체 비용을 절감하고 유연성을 제공하는 비전 센싱이 대안으로 떠오르고 있습니다.
안전 시스템
창고와 공장 내에서 모바일 로봇의 영향력은 향후 5년 동안 더욱 가속화될 것입니다. 리서치 및 자문 회사인 LogisticsIQ에 따르면 창고 자동화 시장은 2018년 130억 달러에서 2025년에는 270억 달러로 두 배 이상 성장할 것으로 예상됩니다. 더 많은 로봇이 작업장에 도입될 것으로 예상됨에 따라 로봇과 함께 일하는 사람들에게 안전과 보안에 관한 문제가 더욱 중요해질 것입니다. "안전은 기본"이라는 레반도프스키의 말처럼, 이러한 안전 문제를 해결하기 위해 모바일 로봇에는 2단계 감지 시스템, 3D 카메라 및 기타 여러 안전 프로토콜이 탑재되어 있습니다. 각각에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.
안전 센서는 어떻게 작동하나요?
대부분의 모바일 시스템은 LIDAR(빛 감지 및 거리 측정) 기술을 기반으로 하므로 안전 관점에서 볼 때 물체와 사람을 감지하고 적절하게 대응할 수 있는 안전 시스템으로 인식되는지 확인하는 것이 관건입니다. 이를 통해 로봇은 적절한 위험 행동 모델을 평가할 수 있으며, 이는 로봇과 사람의 협업에서 안전을 관리하는 데 필수적입니다.
외부에서 작업하는 모바일 로봇은 GPS와 같은 지리적 위치 기능과 LIDAR와 같은 감지 기술을 통해 현재 위치와 목적지를 파악할 수 있습니다. 이는 일반적으로 실내에서는 상상할 수 없는 일입니다. 실내에서 작업하는 모바일 로봇은 LIDAR의 정보를 사용하여 로봇의 환경 지도를 만들고 그 지도 안에서 로봇을 찾는 동시 위치 파악 및 매핑(SLAM) 기술을 활용합니다.
모바일 로봇은 자율성을 높이고, 이동 중에 올바른 경로를 찾고, 고장을 감지 및 진단하고, 주변 환경을 이해하는 데 도움이 되는 부품을 장착하고 있어 기존 차량이나 수동 차량보다 안전합니다.
이러한 구성 요소가 무엇이며 어떻게 작동하는지 간단히 살펴보겠습니다:
- 3D 깊이 카메라: 주요 안전 구성 요소 중 하나는 모바일 로봇이 어떤 물체를 통과할 때마다 시각화하는 카메라입니다.
- 초음파 센서 및 기계식 범퍼: 모바일 로봇에는 LIDAR 및 심도 카메라 외에도 초음파 및 기계식 범퍼(물리적 접촉 센서)와 같은 다른 센서가 사용되었습니다. 이러한 센서는 예기치 않은 장애물과의 충돌을 피하기 위해 감지 및 매핑에 도움이 됩니다.
- 경고 및 경보등: 경고등은 모바일 로봇에 청각적 경고 신호를 보내며, 모바일 로봇이 회전할 때 경고등은 방향 신호로 작동하여 모바일 로봇이 오른쪽 또는 왼쪽으로 분기하려는 의도를 해당 구역에 있는 직원에게 알립니다.
- 청각적 경고/알람 신호: 모바일 로봇이 작동하는 동안 노래와 같은 뚜렷한 음이 발생하면 알람 경고음이 활성화됩니다.
- 비상 정지 버튼: 모바일 로봇이 비상 정지 상태에 들어가면 비상 정지 버튼이 자동으로 활성화되어 로봇의 움직임을 멈춥니다.
위에서 언급한 핵심 부품과 시스템을 갖춘 모바일 로봇은 인간 친화적으로 끊임없이 진화하고 있으며, 기계와 인간의 상호작용을 일상적인 현실로 만들고 있습니다.
