한효녕 ETRI 박사가 로봇 자율 제품조립 AI 기술을 시연하고 있다. [ETRI 제공]

국내 연구팀이 여러 대의 로봇이 협동해 스스로 제품을 조립할 수 있는 자율 제품조립 로봇 인공지능 기술을 개발했다.

무인 자율 제품조립 공장을 구축, 생산성 향상과 중소·중견기업의 산업 디지털 전환 대응 등에 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 제품조립 분야에 최신 인공지능(AI)과 디지털 트윈(Digital Twin) 기술을 활용해 다관절 로봇(로봇 팔)이 제품 조립에 요구되는 인지·판단·계획·동작을 스스로 수행하는 기술 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.

연구팀이 개발한 기술은 크게 ▷인지지능 ▷동작지능 ▷작업지능 ▷모션지능 등이다. 먼저 인지지능은 딥러닝 기술을 활용, 카메라를 이용해 작업대와 부품 상자에 무작위로 놓인 부품과 조립 중인 반제품의 위치와 방향을 로봇이 스스로 인식할 수 있는 지능이다.

동작지능은 부품과 반제품을 잘 잡고 세밀하게 조작할 수 있는 심층강화학습 지능이다. 끼우기, 넣기, 조이기 등 임의의 상황에 맞는 조립 작업의 순서와 파라미터를 스스로 계획하는 작업지능도 연구팀은 개발했다.

또 디지털 트윈 기술을 활용해 로봇 팔이 부품, 반제품, 주위 장비, 설치물과 충돌 없이 움직이도록 가상 공간에서 고속으로 시뮬레이션해 최적의 궤적을 찾아내는 모션지능도 개발했다.

ETRI가 개발한 자율 제품조립 로봇 인공지능 기술은 ▷4개 부품의 강제 끼우기(snap-fit) ▷구멍 넣기(peg-in-hole) ▷나사 조이기(screw-fit) 같은 세 가지 방식으로 조립되는 자동차 서스펜션 제품 제작에 적용됐다.

성능은 로봇 두 대가 협동해 조립용 지그 설치 없이 90% 이상 성공하는 수준이다. 연구팀은 조립 도중 오류가 발생하면 이상상황을 감지해 스스로 실패를 복구할 수 있다고 설명했다. 이 수준은 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 무인 시스템 자율도 8레벨 수준에 도달한 세계 최초의 자율 제품조립 기술이다.

또 ETRI는 상용 시뮬레이터를 이용한 학습 데이터 자동 생성·학습 모델 훈련을 지원하는 소프트웨어 도구와 함께 소프트웨어 플랫폼도 개발했다.

이 플랫폼을 활용하면 학습된 지능과 기존 로봇 자동 제어 기술을 용도에 맞게 조합하고 유연하게 구성함으로써 기업들이 원하는 제품의 자율 조립 시스템을 빠르게 구축할 수 있다.

이일우 ETRI 산업에너지융합연구본부장은 “이 기술은 기술 선도국과 기술 격차를 줄이고 제조업 디지털 전환 경쟁력 제고에 큰 도움이 될 것”이라며 “앞으로도 현장의 중소·중견 제조 기업과 협력해 기술의 완성도 제고와 현장 적용과 확산을 위해 노력하겠다”고 말했다.

구본혁 기자