로보틱스용 비전 인터페이스
머신 비전을 로봇 어플리케이션에 통합
최신 인터페이스를 통해 비전 시스템과 로봇 제어 간의 통신이 가능합니다. 특히 3D 비전은 산업용 로봇 공학에서 중요한 역할을 합니다. REST API, ROS, OPC UA, gRPC 등의 인터페이스와 로봇 제어 소프트웨어 내 벤더 전용 플러그인을 포함한 범용 인터페이스는 3D 비전 시스템과 로봇 간의 안정적인 데이터 전송을 보장하여 정밀한 제어를 가능하게 합니다.
마지막 업데이트: 2025. 10. 15.
로보틱스 분야에서의 3D 비전 활용과 그 이점
머신 비전 시스템은 단순한 이미지 캡처를 넘어, 로보틱스 분야에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 정확한 객체 인식, 위치 및 방향 파악, 신뢰할 수 있는 품질 검사를 가능하게 하며, 3D 비전 기술을 활용하면 피킹 및 플레이스 작업, 검사 공정, 유연한 자동화 솔루션까지 효율적으로 구현할 수 있습니다.
3D 이미지 처리는 로봇에게 기존의 2D 솔루션과는 차원이 다른 강력한 이점을 제공합니다. 깊이 정보를 포함한 3D 데이터 덕분에, 로봇은 단순한 위치뿐 아니라 물체의 공간적 위치와 방향까지 인식할 수 있습니다. 이를 통해 복잡하거나 겹쳐 있는 상황에서도 정밀한 그리핑이 가능하며, 공간 내에서의 안정적인 이동, 장애물 회피, 변화하는 환경에 대한 유연한 대응도 가능해집니다. 그 결과, 3D 비전 시스템은 최신 로봇 어플리케이션의 공정 안정성, 작업 효율, 적용 범위를 획기적으로 향상시킵니다.
비전 시스템 통합을 위한 인터페이스
머신 비전을 로보틱스 어플리케이션에 성공적으로 통합하기 위해서는 적절한 인터페이스 선택이 매우 중요합니다. 표준화된 인터페이스 외에도, 다양한 제조사 전용 플러그인과 브리지가 제공되며, 머신 비전 시스템과 로봇 컨트롤러는 직접적인 통신 채널을 통해 효율적으로 연동될 수 있습니다.
이 장에서는 다음에 대한 개요를 제공합니다.
실제 현장에서 검증된 주요 인터페이스,
실제로 검증된 기술 및 프로토콜을 제공합니다.
선택 및 구현 시 특히 주의해야 할 사항들을 안내합니다.
표준 인터페이스
REST API
REST API(Representational State Transfer Application Programming Interface)는 머신 비전 시스템을 로봇 어플리케이션에 통합할 때 널리 사용되는 인터페이스입니다. 이 인터페이스는 이미지 처리 컴포넌트와 로봇 컨트롤러 간의 표준화된 플랫폼 독립형 데이터 교환을 가능하게 해줍니다. 예를 들어 이미지 데이터, 위치 정보, 상태 메시지 등을 HTTP 요청을 통해 조회하거나, 비전 시스템에 명령을 전송할 수 있습니다.
REST API의 가장 큰 장점은 뛰어난 유연성에 있습니다. 기존 IT 인프라에 손쉽게 통합할 수 있으며, 다양한 프로그래밍 언어와의 호환성도 뛰어납니다. 즉,
REST API는 비전 시스템과 로봇 간에 신뢰성 있고 구조화된 통신이 요구되는 어플리케이션에 특히 적합합니다. 주요 활용 예로는 피킹 좌표 전송, 품질 데이터 조회, 이미지 획득 프로세스 제어 등이 있으며, 개방형 표준을 기반으로 하기 때문에 다양한 로봇 플랫폼과의 연동이 용이하고, 향후 확장성도 보장됩니다.
ROS 및 ROS 2
ROS(Robot Operating System) 및 ROS 2는 로보틱스 어플리케이션의 개발과 통합을 위해 설계된 개방형 미들웨어 플랫폼입니다. 이들은 머신 비전 시스템과 로봇 컨트롤러 간의 원활한 연결을 가능하게 하는 표준화된 통신 인터페이스를 제공합니다. ROS 및 ROS 2를 활용하면 센서 데이터, 이미지 정보, 제어 명령 등을 효율적으로 교환할 수 있으며, 복잡한 자동화 작업도 유연하게 구현할 수 있습니다.
로보틱스 커뮤니티의 폭넓은 지원과 다양한 오픈 소스 패키지의 제공 덕분에, 비전 컴포넌트를 빠르게 통합하고 개별 맞춤형 솔루션을 손쉽게 구현할 수 있습니다. ROS 및 ROS 2는 특히 연구·개발 환경이나 프로토타입 설계에서 높은 유연성과 확장성을 제공합니다.
OPC UA
OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)는 산업 자동화를 위한 제조사 독립형 통신 표준입니다. 이 표준은 머신 비전 시스템, 로봇, 기타 자동화 구성 요소 간의 데이터를 안전하고 신뢰성 있게 교환할 수 있도록 지원합니다. OPC UA는 복잡한 데이터 구조와 메서드 호출을 처리할 수 있으며, 높은 수준의 상호 운용성을 제공하여 머신 비전 솔루션을 기존 생산 환경에 유연하게 통합할 수 있습니다.
대표적인 적용 분야로는 공정 데이터, 상태 정보, 제어 명령 등을 실시간으로 전송하는 작업이 있으며, 특히 네트워크 기반의 인더스트리 4.0 환경에서 효과적으로 활용됩니다. Basler Stereo visard 3D 카메라는 3D 비전 솔루션을 위한 OPC UA 인터페이스를 제공합니다.
이 기능은 라이선스 업그레이드를 통해 OPC UA 서버를 활성화함으로써 사용할 수 있습니다.
gRPC
gRPC는 고속 데이터 처리가 필요한 환경에서 뛰어난 효율을 제공하는 오픈소스 RPC 프레임워크입니다. HTTP/2 기반 통신과 바이너리 형식의 프로토콜 버퍼 전송을 통해, REST API보다 훨씬 빠르고 리소스를 적게 사용하는 고성능 통신을 실현할 수 있습니다. 대용량 데이터 처리와 실시간성이 중요한 어플리케이션에 적합한 인터페이스입니다.
gRPC의 장점으로는 양방향 스트리밍 기능과 다양한 프로그래밍 언어에 대한 자동 코드 생성이 있습니다. 반면, 산업 현장에서의 활용도는 아직 낮은 편이며, 텍스트 기반 인터페이스에 비해 문제 해결이 더 복잡하다는 단점도 존재합니다.
GenICam
GenICam은 머신 비전 시스템과 로봇 컨트롤러 간의 직접적인 통신을 위한 표준이 아니라, 산업용 카메라의 제어 및 설정을 통일된 방식으로 처리하기 위한 표준입니다. 이미지 처리 분야 전반에서 널리 사용되며, 다양한 카메라 모델을 비전 시스템에 손쉽게 통합할 수 있도록 지원합니다.
산업용 이미지 처리 분야의 표준인 GenICam은 이미지 및 깊이(Depth) 데이터에 직접 접근할 수 있도록 해줍니다. GenICam과 gRPC 모두 주로 이미지 데이터를 전송하기 위한 인터페이스로 설계되어 있어, 카메라와 평가 시스템 간의 스트리밍 용도로 특히 적합합니다.
반면, REST API, OPC UA, ROS와 같은 인터페이스는 분석 결과나 제어 데이터를 로봇 컨트롤러와 주고받기 위한 용도로 주로 사용됩니다. 이 인터페이스는 일반적으로 소프트웨어 모듈에서 처리된 포즈 결과만을 전달하며, 원본 이미지 데이터는 직접 다루지 않습니다.
주요 표준 인터페이스 비교
이 표는 산업 환경에서 머신 비전을 로보틱스 어플리케이션에 통합할 때 사용되는 주요 표준 인터페이스들의 특성과 적용 분야를 한눈에 보여줍니다.
인터페이스 | 프로토콜/기술 | 주요 사용 사례 | 장점 | 단점 | 업계 보급률 |
REST API | HTTP, JSON/XML | 일반 시스템 통합, 웹 어플리케이션, 로보틱스 | 플랫폼 제약 없이, 폭넓게 활용되며, 구현이 간편함 | 실시간 처리가 불가능하고, 텍스트 기반 특성상 지연 시간이 김 | 높음 |
|---|---|---|---|---|---|
ROS | TCP/IP, 사용자 지정 프로토콜 | 연구, 프로토타이핑, 유연한 로봇 솔루션 | 대규모 커뮤니티, 다양한 오픈소스 패키지, 높은 유연성 | 제한적인 실시간 성능, 생산 환경에는 다소 부적합 | 보통 |
ROS 2 | DDS, UDP, TCP/IP | 인더스트리 4.0, 최신 로보틱스, 실시간 어플리케이션 | 향상된 실시간 성능, 높은 확장성, 산업 현장 바로 적용 가능 | 설정 과정이 다소 복잡하고, 기술이 아직 발전 단계에 있음 | 증가 추세 |
OPC UA | TCP/IP, binary, XML | 산업 자동화, 프로세스 통신 | 공급업체에 독립적이고, 보안성이 높고, 복잡한 데이터 처리를 지원함 | 통합에 더 많은 노력이 필요하며, 사양이 복잡함 | 높음 |
gRPC | HTTP/2, 프로토콜 버퍼 | 고성능, 분산형 시스템, 마이크로서비스, 로보틱스 | 고성능, 양방향 스트리밍, 자동 코드 생성 지원 | 산업 현장에서는 아직 일반적이지 않으며, 디버깅이 더 복잡함 | 낮음 → 증가 추세 |
GenICam | GenICam 표준, XML, 다양한 프로토콜(예: GigE Vision, USB3 Vision) | 산업용 이미징, 카메라 제어, 비전 시스템과의 통합 | 브랜드에 독립적인 카메라 제어, 높은 유연성, 다양한 카메라의 통합 용이 | 로봇 제어와의 직접적인 데이터 교환은 불가능하며, 카메라 설정 및 제어에 초점 | 머신비전 산업에서 가장 높은 활용도 |
제조업체별 플러그인 및 브리지
URCap
URCap은 Universal Robots의 로봇 컨트롤러 기능을 확장하기 위해 특별히 개발된 플러그인 프레임워크입니다. 이를 통해 다양한 주변 장치 및 추가 기능을 손쉽게 통합할 수 있지만, 오직 Universal Robots 플랫폼 전용으로 설계되었으며, 개방형 또는 제조사 독립형 표준을 따르지는 않습니다.
URCap을 사용하면 유니버설 로봇에 플러그 앤 플레이 방식으로 설치하여 비전 시스템을 쉽게 사용할 수 있습니다. 이 인터페이스는 비전 시스템과 로봇 컨트롤러 사이에 직접 연결을 설정합니다. 구성은 PolyScope 명령 확장 또는 웹 인터페이스를 통해 편리하게 수행할 수 있습니다. URCap을 사용하기 위한 전제 조건은 CB 시리즈 로봇의 경우 PolyScope 버전 3.12.0 이상, E 시리즈 로봇의 경우 버전 5.6.0 이상입니다.
KUKA용 EKIBridge
EKIBridge는 KUKA.Ethernet KRL 프레임워크에 기반한 인터페이스로, KUKA 로봇 컨트롤러와 머신 비전 솔루션과 같은 외부 시스템 간의 통신을 가능하게 합니다. 이더넷을 통해 데이터와 명령을 안정적으로 교환할 수 있는 EKIBridge를 사용합니다.
예를 들어 서비스 호출, 상태 쿼리, 위치 데이터 전송 등을 로봇 프로그램에서 직접 구현할 수 있습니다. EKIBridge는 KUKA 로봇 어플리케이션에서 이미지 처리 시스템의 유연하고 어플리케이션 지향적인 통합을 지원합니다.
GRI
Generic Robot Interface(GRI)는 TCP 통신을 지원하는 모든 로봇과 호환되는 범용 인터페이스로, 미래 확장성까지 고려한 유연한 솔루션입니다. ABB, Fanuc, Techman, Yaskawa 등 주요 로봇 브랜드용 예제 코드가 제공되며, 그 외의 브랜드에 대한 예제도 요청 시 제공 가능합니다.
REST API의 복잡한 HTTP 요청 방식과 비교했을 때, GRI는 보다 간단한 TCP 소켓 통신을 기반으로 작동합니다. 요청은 웹 GUI를 통해 간단한 작업 ID(Job ID) 형태로 구성되며, 응답은 고정된 정적 포맷으로 피킹 좌표(pick position)를 반환합니다. 로봇 컨트롤러 측에서 구현해야 하는 부분은 짧은 코드 스니펫 수준에 불과하여, 통합에 필요한 개발 부담이 매우 낮습니다. 다양한 로봇 브랜드용으로 사전 구성된 템플릿도 함께 제공되어, 바로 사용이 가능합니다.
GRI는 Basler Stereo visard에서 직접 실행되므로 별도의 하드웨어나 사용자 측 애플리케이션이 필요하지 않습니다.
주요 제조사 인터페이스 비교
이 표는 산업 환경에서 머신 비전을 로봇 어플리케이션에 통합할 때 사용되는 각 로봇 인터페이스의 주요 특성과 적용 분야에 대한 개요를 제공합니다.
인터페이스 | 프로토콜/기술 | 주요 사용 사례 | 장점 | 단점 | 업계 보급률 |
URCap | 독점, PolyScope, TCP/IP | 유니버설 로봇, 플러그 앤 플레이 방식의 주변기기 통합 | 간편한 설치, 직접 연결, 직관적인 설정, 우수한 문서화 | Universal Robots 전용이며, PolyScope 버전에 의존적임 | Universal Robots에서 높은 활용도 |
|---|---|---|---|---|---|
EKI-Bridge | KUKA.Ethernet KRL, TCP/IP | KUKA 로봇, 외부 시스템(예: 비전) 통합 | 유연한 데이터 전송, 높은 통합성, 다용도 사용 가능 | KUKA 전용, 라이선스 필요, 프로그래밍 기술 요구 | KUKA에서 높은 활용도 |
GRI | TCP 소켓, 독점 | ABB, Fanuc, Techman, Yaskawa 등 TCP를 지원하는 로봇용 | 다양한 브랜드와 호환, 최소한의 스크립팅으로 추가 하드웨어 없이 빠르게 구현 가능 | 응답 형식이 고정되어 있고, API보다 유연성이 낮으며, 사용자 정의 기능이 제한적임 | 증가 추세 |
그 외 로봇 제조사 및 인터페이스
제조업체 | 인터페이스/플러그인 | 비전 통합 | PC 통신 | 실시간 기능 | 독점 |
ABB | PC 인터페이스 / RAPID 소켓 | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
|---|---|---|---|---|---|
Fanuc | Karel / 소켓 메시징 | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Yaskawa | MotoPlus / MotoCOM | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Stäubli | VAL3 TCP/IP 인터페이스 | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Omron Techman | TMflow 플러그인 | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
Denso | B-CAP / ORiN | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ |
KUKA | RSI | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
Beckhoff | TwinCAT 비전 통합 | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ |
비전 시스템과 로봇 컨트롤러 간의 직접 통신
이와 같은 통합 방식에서는 피킹 좌표, 품질 특성, 상태 정보 등의 데이터를 우회 없이 로봇 컨트롤러로 직접 전송하고, 로봇 프로그램 내에서 바로 처리할 수 있습니다.
명령어 세트를 확장하거나 파라미터를 조정함으로써, 그리핑 포인트의 동적 전송, 검사 시퀀스 제어, 변화하는 생산 조건에 대한 유연한 대응과 같은 작업을 효율적으로 구현할 수 있습니다. 이러한 직접 통합 방식은 짧은 반응 시간과 높은 공정 신뢰성을 보장하며, 로보틱스 분야에서 지능형 자동화의 새로운 가능성을 열어줍니다.
로봇 컨트롤러의 명령어 세트는 비전 시스템과의 매끄러운 연동을 위해 다음과 같은 전용 명령어를 포함하도록 확장되어야 합니다. 주요 예시는 다음과 같습니다:
피킹 좌표 요청 및 수신:
로봇은 비전 시스템에 특정 좌표 또는 그리핑 포인트를 요청하고, 이를 받아 피킹 앤 플레이스 작업에 활용할 수 있습니다.품질 또는 검사 결과 전송:
비전 시스템은 검사 결과나 상태 정보를 로봇 컨트롤러에 직접 전송하여, 불량품 배출과 같은 후속 작업을 트리거할 수 있습니다.이미지 처리 시퀀스 시작 및 중지 :
로봇은 현재 생산 단계에 따라 목표한 방식으로 이미지 획득 또는 평가 프로세스를 트리거하거나 중지할 수 있습니다.동기화 및 트리거 기능:
로봇의 움직임과 이미지 획득을 동기화하기 위한 명령어를 활용하면, 인라인 검사 또는 이동 중 그리핑 작업 등에서 정확한 타이밍을 확보할 수 있습니다.
파라미터 조정은 다음 요소에 영향을 미칩니다:
런타임 파라미터:
제품 종류나 조도 변화 등에 따라, 임계값·공차·필터 설정을 비전 시스템에서 실시간으로 조정합니다.그립 전략 및 도구 파라미터:
비전 데이터에 따라 로봇의 그리핑 힘, 속도, 툴 선택 등을 자동 최적화할 수 있습니다.위치 및 경로 보정:
이미지 분석으로부터 나온 오차 보정 값을 로봇에 전달해, 보다 정밀한 위치 제어 및 궤적 수행이 가능합니다.
성공적인 통합을 위한 팁
머신 비전을 로보틱스 어플리케이션에 성공적으로 통합하려면, 기술적인 세부 사항에 대한 철저한 계획과 고려가 필요합니다. 다음 팁은 흔히 발생하는 문제를 극복하고, 효율적이고 신뢰할 수 있는 솔루션을 구현하는 데 도움이 됩니다:
로봇 플랫폼과 어플리케이션 요구사항에 가장 적합한 인터페이스(예: REST API, OPC UA, 제조사별 전용 플러그인)를 선택하세요.
프로젝트 초기에 카메라, 비전 소프트웨어, 로봇 컨트롤러의 호환성을 확인합니다.
기존 샘플 코드와 템플릿을 사용하여 빠르고 오류 없이 통합하세요.
안정적인 데이터 전송을 위해 네트워크 및 통신 매개변수가 올바르게 구성되었는지 확인하세요.
특히 복잡하거나 안전이 중요한 어플리케이션의 경우 전체 솔루션을 테스트하고 검증할 수 있는 충분한 시간을 확보하세요.
인터페이스와 프로세스를 명확하게 문서화하여 유지 관리 및 확장을 용이하게 하세요.
REST API 또는 ROS와 같은 인터페이스를 목적에 맞게 활용하고, 모든 구성 요소가 최적의 조화를 이루도록 설계하면 머신 비전 및 3D 비전을 로봇 컨트롤러에 성공적으로 통합할 수 있습니다. 정확하고 유연한 자동화 솔루션을 구현하기 위해서는, 로봇 인터페이스 선택 시 호환성, 실시간 처리 능력, 확장성을 중점적으로 고려해야 합니다.
실제 사용 사례
실제 사례를 통해 머신 비전 시스템이 로보틱스에서 어떻게 사용되는지 살펴볼 수 있습니다. 빈 피킹, 픽 앤 플레이스 또는 품질 관리와 같은 일반적인 어플리케이션은 머신 비전과 로봇 기술을 결합할 때의 이점을 보여줍니다. 다음 사용 사례는 Basler 카메라와 소프트웨어 솔루션이 어떻게 효율적이고 유연하며 안정적인 자동화 솔루션을 구현하는지 보여줍니다.
요약
로봇 어플리케이션에 머신 비전을 성공적으로 통합하면 정밀하고 유연하며 효율적인 자동화 솔루션을 위한 새로운 가능성이 열립니다. REST API, OPC UA, ROS, gRPC 또는 제조업체별 플러그인과 같은 다양한 인터페이스를 통해 머신 비전 시스템과 로봇 컨트롤러 간의 원활한 통신이 가능합니다.
3D 비전은 신뢰할 수 있는 객체 인식과 복잡한 환경에 대한 동적 대응 등에서 결정적인 강점을 제공합니다. 피킹 앤 플레이스, 빈 피킹, 품질 검사 등과 같은 실제 적용 사례는 최신 비전 솔루션이 로보틱스에서 얼마나 효율적으로 활용될 수 있는지를 잘 보여줍니다.
성공적인 프로젝트를 위해서는 적절한 인터페이스 선택과 세심한 통합 계획 수립이 필수적입니다. 이를 통해 영상 처리와 로봇 기술을 최적으로 결합하여, 현대 제조 환경의 요구 사항에 부합하는 유연하고 정밀한 자동화 솔루션을 구현할 수 있습니다.