한기대 연구팀 ‘인공지능 협동로봇 기술’ 현대차에 적용된다

정보통신산업진흥원 지원, 김원태 교수 연구팀-현대차-슈타겐 컨소시엄
가상현실속 메타버스 팩토리-실제 로봇 연결 고정밀 ‘디지털 트윈’ 구축
울산공장 파일럿라인 우선 적용…해외 전기차 라인에도 확장 적용 협의중

한국기술교육대 김원태(맨 왼쪽)교수 연구팀.

천안=김창희 기자

한국기술교육대 연구팀이 개발한 ‘인공지능 협동로봇 기술’이 현대자동차 생산라인에 적용된다.

11일 한기대는 컴퓨터공학부 김원태 교수 연구팀이 정보통신산업진흥원의 지원으로 현대자동차 자동화기술부(부서장 최정호)와 ㈜슈타겐(대표이사 김원현) 등과 컨소시엄을 구축해 ‘고정밀 디지털 트윈(Digital Twin) 기반 인공지능 협동 로봇 기술’ 개발에 성공했다고 밝혔다.

자동차 제조업체들은 신(新) 차종 개발이 완료되면, 자동화 생산을 위해 테스트할 물리적인 파일럿 공장(시제품 생산공장)을 만들고 엔지니어가 직접 로봇의 제어 경로를 조정(티칭)하는 프로세스를 거친다.

이는 많은 시간과 비용이 발생하고 신 차종의 생산을 지연시키며, 신 차종이 개발될 때마다 동일한 프로세스를 다시 수행해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 엔지니어에 의한 티치 펜던트 (Teach pendant. 로봇 티칭이나 프로그램 조작을 위한 키보드 등의 기능을 가진 장치) 기반 로봇 제어 경로 티칭은 경험에 따라 엔지니어 별로 특정 경로를 선호하는 현상이 발생해 최적화된 제어 경로 생성이 어려운 한계점이 있다.

이러한 문제점은 김 교수 연구팀이 개발한 기술을 통해 해결될 전망이다. 김 교수와 조든솔 박사과정, 김동연, 조재민, 이민철 석사과정 등이 참여한 연구팀이 현대차, ㈜슈타겐 등 긴밀한 협조속에 물리 시스템의 관찰·판단·예측·최적화를 수행하는 독보적인 기술인 ‘디지털 트윈’ 개발에 성공했기 때문이다.

연구팀에 따르면 이 디지털은 트윈 기술은 파일럿 공장을 구축하는데 걸리는 시간과 비용을 절감하기 위해, 가상 생산 환경인 메타버스 팩토리 내 로봇을 실제 로봇과 실시간으로 연결하는 기술이다. 이어 연구팀은 엔지니어의 수작업 로봇 티칭 없이도 자율적으로 최적화된 경로를 생성하는 ‘인공지능 (커리큘럼-심층강화학습)기반 로봇 제어 경로 자동 생성 기술’을 개발했다. 최종 생성 경로를 메타버스 팩토리에서 고정밀 디지털 트윈으로 검증하고 실제 로봇에 제어 경로를 업데이트하는 일련의 인공지능 협동 로봇 개발 프레임워크도 완성했다.

생산 로봇에 최적 제어 경로를 이식하기 위해서는 사람이 제어 경로를 주입시키는 것이 아닌 인공지능이 스스로 최적 제어 경로를 터득하도록 하는 심층강화학습이 적용돼야 한다. 그러나, 기존 자동차 공정 생산 로봇에 심층강화학습을 적용하는 것은 쉽지 않은 난제였다. 로봇 팔이 물체를 집거나 옮길 수 있게 해주는 행거, 프리퍼 등 복잡한 엔드 이펙터를 탑재한 상태에서 난이도 높은 연속적인 제어 수행 훈련과 학습이 잘 이뤄지지 않기 때문이다.

연구팀은 이런 난제를 해결하기 위해 인간의 기본적인 학습 원리 중 하나를 활용했다. 학습 과정을 단계적으로 구성하고 기본 개념부터 복잡한 개념까지 순차적으로 익히는 ‘커리큘럼 학습 방법론’을 심층 강화학습에 접목했다. 학습이 제한되는 문제를 획기적으로 향상시키는 ‘커리큘럼-심층강화학습 방식’으로 연구를 발전시켰다. 연구팀 검증 결과, 기존 심층강화학습 방법론의 성공률은 특정 로봇에 대해 55.2%에 머물렀으나, 연구팀이 개발한 신규 커리큘럼-심층강화학습 방법론의 성공률은 72.4%로 훨씬 높은 성공률을 확보했다.

김원태 교수는 "이번에 개발한 기술은 고착화된 자동차 생산방식을 현대화하고 신 차종 개발 시 생산 공장 구축에 효율성, 신속성을 향상시킬 핵심 기술로 기대된다"고 말했다.

이번 기술은 2023년도 현대자동차 R&D 테크데이에서 VIP 시연을 거친 후 현대자동차 울산 생산공장의 파일럿 라인에 우선 적용할 예정이다. 현대자동차의 메타버스 팩토리에 연구팀이 개발한 ‘고정밀 디지털 트윈 기반 인공지능 협동 로봇 기술’이 적용되면 신 차종 개발 시 자동화 프로세스를 보다 신속하게 구축할 수 있고, 최적화된 로봇 제어 경로 생성을 통해 기존 수작업 로봇 티칭 대비 더 높은 생산 수율을 확보할 수 있게 된다.

김원태 교수는 "향후 커리큘럼-심층강화학습 기술의 현장 검증과 안정화 단계를 거쳐 해외 전기차 제조 공장의 실제 생산라인에 확장 적용을 현대자동차와 협의 중"이라고 밝혔다.