AI·디지털트윈 결합해 협동로봇이 더 안전해졌다

생산기술연구원, 작업자-로봇 공존환경 실시간 디지털트윈 기술 개발
로봇이 작업자에 접근하는 속도를 자율 조절하고 위험하면 스스로 정지

한국생산기술연구원 대경본부 이수웅·김병학 박사팀이 X축과 Y축을 직각으로 움직이는 갠트리형 협동로봇에 디지털 트윈을 실시간으로 생성하는 '작업자-로봇 공존환경 실시간 디지털트윈 기술'을 적용, 복합재료제품 전문기업 D사의 제조현장에 실증공간을 구축해 테스트하고 있다. 생산기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원 대경본부 이수웅·김병학 박사팀이 협동로봇에 인공지능(AI)과 디지털트윈을 결합해 작업자의 위험을 진단·예측할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 작업장에 적용하면 로봇의 작업툴이 어느 방향을 향하는지, 어떤 속도로 접근하는지를 실시간으로 파악하면서 위험 상황을 인식하지 못하는 작업자를 안전하게 보호한다.

14일 생산기술연구원에 따르면, 후처리 공정에 투입되는 협동로봇의 작업툴에는 대부분 그라인더, 회전 날 등의 공구가 장착돼 있다.

연구진은 복합재료제품 전문기업 D사의 제조현장에 실증공간을 구축하고, 이 기술을 부품 후처리 공정에 적용하는 테스트를 진행 중이다.

이수웅 박사는 "똑똑하고 정교한 로봇도 사람의 판단 능력이나 섬세함을 못 따라가는 영역이 많아 국내외 제조현장에서 사람과 협업하는 협동로봇 수요가 증가하고 있다"며 "그만큼 안전 이슈도 늘고 있다"고 설명했다. 그러면서 "이번에 개발된 플랫폼을 활용해 다양한 제조공정, 나아가 서비스·의료분야에 확대 적용할 계획"이라고 말했다.

스마트공장의 핵심 장비인 협동로봇 수요가 늘면서 다양한 협동로봇이 출시되고 있다. 한국산업기술기획평가원 보고서에 따르면, 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.

지금까지 작업자의 몸에 센서를 부착해 사람과 로봇의 디지털트윈을 구현해 왔다. 하지만 연구진은 센서 부착 없이 사람-로봇 공존 환경의 디지털 트윈을 실시간으로 생성하는 '작업자-로봇 공존환경 실시간 디지털트윈 기술'을 개발했다.

김병학 박사는 이를 위해 라이다 센서를 제조환경에 설치하고, AI 기술을 활용해 작업자의 위치를 인식할 수 있도록 했다. 또 컴퓨터 시스템 상에 3차원 작업자 데이터 생성 AI 모델을 활용해 로봇, 작업자, 작업환경을 디지털화하고, 현실의 제조현장과 실시간 연동해 상호작용할 수 있는 디지털트윈 구현에 성공했다.

이수웅 박사는 이 기술을 활용해 협동로봇의 안전 요구사항에 관한 국제표준을 반영해 사람과 협업 가능한 갠트리형 협동로봇 시스템 개발했다. 이동하는 협동로봇과 작업자간 거리를 모니터링하면서 충돌 위험을 실시간으로 진단·예측해 위험이 인지되면 로봇을 안전하게 제어한다. 즉 작업자의 위험이 감지될 경우, 디지털트윈 환경의 데이터를 기반으로 로봇이 작업자에게 접근하는 속도를 자율적으로 조절하거나, 위험도가 높을 경우 스스로 정지하게 된다.