작업자 위험 진단·예측
[정보통신신문=최아름기자]
이수웅 한국생산기술연구원 대경본부 수석연구원과 김병학 수석연구원 연구팀이 ‘작업자-로봇 공존환경 실시간 디지털트윈 기술’을 개발했다.
스마트공장의 핵심 장비인 협동로봇 수요가 늘면서 다양한 협동로봇이 출시되고 있다.
국내 협동로봇 시장은 연평균 13.6% 성장세를 기록하며 2025년 약 7899억원, 2028년 약 1조777억원으로 시장 규모가 확대될 전망이다.
협동로봇은 사람과 한 공간에서 동작하는 특성상 작업자의 안전을 고려한 시스템 설계가 중요하다.
충돌 등 산재사고의 위험이 높아 사람이 접근하지 못하도록 방호장치를 설치해야 하는 기존 산업용로봇과 달리 협동로봇의 경우 작업자와의 공존환경 구축이 가능하기 때문이다.
특히 갠트리형 협동로봇의 경우 작업 효율이 향상되는 반면 작업자와의 충돌 위험도 높아져 안전 시스템 설계가 필요하다.
갠트리(Gantry)로봇은 수평 및 수직면을 이동할 수 있는 직교좌표 로봇이며, 갠트리형 협동로봇은 갠트리로봇과 협동로봇을 결합해 이동성과 작업 효율을 향상시킨 로봇시스템을 말한다.
지금까지 작업자의 몸에 센서를 부착해 사람과 로봇의 디지털트윈을 구현하는 기술은 있었지만, 센서 부착 없이 사람-로봇 공존 환경의 디지털트윈을 실시간으로 생성하는 기술은 세계적으로도 드문 사례이다.
공동연구팀이 개발한 기술은 로봇, AI, 디지털트윈을 융합한 성과로, 위험을 실시간으로 예측·진단해 작업자가 로봇과 안전하게 상호 작용할 수 있는 제조환경 구현을 목적으로 개발됐다.
김병학 생기원 대경본부 AI응용제조설비연구센터 수석연구원은 이를 위해 다중도메인 센서(LiDAR)를 제조환경에 설치하고, AI 기술을 활용해 작업자의 위치를 인식할 수 있도록 했다.
또한 컴퓨터 시스템 상에 3차원 작업자 데이터 생성 AI 모델을 활용해로봇, 작업자, 작업환경을 디지털화하고, 현실의 제조현장과 실시간 연동해 상호작용할 수 있는 디지털트윈 구현에 성공했다.
이수웅 첨단메카트로닉스연구그룹 수석연구원은 협동로봇의 안전 요구사항에 관한 국제표준(ISO/TS15066) 내용을 반영해 사람과 협업 가능한 갠트리형 협동로봇 시스템 개발을 맡았다.
이를 통해 이동하는 협동로봇과 작업자 간 거리를 모니터링하면서 충돌 위험을 실시간으로 진단·예측해 위험이 인지되면 로봇을 안전하게 제어하는 기술을 개발했다.
작업자의 위험이 감지될 경우에는 디지털트윈 환경의 데이터를 기반으로 로봇이 작업자에게 접근하는 속도를 자율적으로 조절하거나, 위험도가높을 경우 스스로 정지하게 된다.
연구팀은 복합재료제품 전문기업 D사의 제조현장에 실증공간을 구축하고, 개발된 기술을 부품 후처리 공정에 적용하기 위한 테스트를 진행 중이다.
후처리 공정에 투입되는 협동로봇의 엔드 이펙터(End-Effector)에는 대부분 그라인더, 회전 날 등의 공구가 장착돼 있다.
이에 따라 로봇의 엔드 이펙터가 어느 방향을 향하는지, 어떤 속도로 접근하는지를 실시간으로 파악하면서 위험 상황을 인식하지 못하는 작업자를 안전하게 보호하는 데 활용할 계획이다.
연구를 이끈 이수웅 수석연구원은 “똑똑하고 정교한 로봇도 사람의 판단 능력이나 섬세함을 따라가지 못하는 영역이 많기 때문에 국내외 제조현장에서 사람과 로봇이 협업하는 협동로봇 수요가 증가하고 있다”고 설명하며 “그만큼 안전 관련 이슈도 늘고 있어 개발된 플랫폼을 활용해 다양한 제조공정, 나아가 서비스·의료분야에 확대 적용할 계획”이라고 밝혔다.
