로봇의 시각 활용 – 더 나은 성능을 위한 추가 센서

일정한 정밀도와 속도를 지닌 로봇은 아무리 단조로운 작업이라도 24시간 내내 매우 안정적으로 수행합니다. 유럽 EN 775 표준은 로봇을 "여러 수준의 자유도를 지닌 자동 제어 및 재프로그래밍이 가능한 다목적 처리 디바이스로 정의합니다. 로봇은 이러한 기능을 통해 최근 수십 년간 다양한 산업 분야에서 매우 유용하고 경제적인 솔루션으로 인정 받았습니다. 국제 로봇 연맹(IFR)의 세계 로봇 공학 보고서(World Robotics Report)에 따르면 2018년에 전 세계적으로 판매된 로봇의 수는 422,000 대이며 이는 165억 달러라는 기록적인 매출액을 기록했습니다. IFR은 2019 년에는 로봇 증가율이 2018년 수준에 머무르지만 2020 년에서 2022 년까지는 매년 12%의 높은 평균 성장률을 유지할 것으로 예상합니다. 이처럼 유연한 다목적 디바이스를 전 세계에서 가장 선도적으로 활용하는 국가는 싱가포르로 2018년에 직원 10,000 명당 831 대의 로봇이 사용되었습니다. 독일은 직원 10,000 명당 338 대의 로봇 밀도로 3 위를 차지했습니다. 따라서 로봇 공학은 고도화된 자동화 공정에서 중요한 역할을 하며, 특히 고임금 국가에서 그 종류와 관계 없이 제품을 경제적으로 생산하기 위한 필수 요소입니다.

특정 작업 분야에서 로봇과 최적으로 결합할 수 있는 화상 처리 시스템의 종류는 여러 요인에 따라 달라집니다. 기본 요소 중 하나는 시스템에서 카메라의 위치를 결정하는 것입니다. 예를 들어 카메라를 로봇 셀 위에 영구적으로 설치(“오프 암(off-arm)")하거나 로봇 팔에 직접 부착(“온 암(on-arm)”)할 수 있습니다. 두 번째 시나리오에서 로봇의 "시각 감지"는 해당 동작 또는 그리퍼와 매우 가까운 위치에서 사용할 수 있지만, 로봇의 움직임을 위해 카메라 무게가 최대한 가벼워야 하고 가속 및 진동 측면에서 매우 견고해야 합니다. 또한 케이블 라우팅이 정확히 설계되고 해당 로봇에 적합해야 합니다.

"볼 수 있는" 로봇을 개발하기에 앞서 우리는 전통적인 산업용 카메라 또는 소위 지능형 카메라(스마트 카메라)가 작업에 더 적합한 선택인지에 대한 근본적인 질문에 답을 찾아야 합니다. 스마트 카메라의 경우 캡처된 이미지가 카메라 하우징에서 직접 분석되는 반면, 산업용 카메라는 이미지를 PC 시스템으로 전송하여 분석할 수 있으며 일반적으로 지능형 카메라에 비해 화상 처리의 정밀도와 속도가 뛰어납니다. 두 아키텍처 모두 장단점이 있으므로 작업에 필요한 정밀도, 프로세스 및 이동 속도, 산업 환경 유형과 그에 따라 요구되는 비전 시스템의 보호 등급, 로봇의 하중 지지 능력, 선호되는 통신 인터페이스 또는 그 외에 영향을 미치는 추가 조건 등의 기준이 개별 작업에 최적 솔루션을 제공하는 화상 처리 시스템을 종합적으로 결정하게 됩니다.

그러나 카메라가 로봇 공학에서 비전 시스템의 성공 여부를 결정하는 유일한 요소는 아닙니다. 해당 작업에 맞게 조정된 조명이 있어야만 카메라가 필요한 수준의 품질로 이미지를 기록하고 이를 안정적으로 분석할 수 있습니다. 광학은 이미지 캡처 작업에서 중요한 역할을 합니다. 오프 암 아키텍처가 설치된 로봇 비전 작업에서 반드시 유의해야 할 사항은 진동과 가속으로 인해 조리개와 같은 구성 요소의 설정값이 변경되지 않도록 하는 것입니다. 작동 거리가 자주 바뀌는 경우에는 자동 초점 렌즈가 편리한 솔루션이 될 수 있습니다. 특히 온 암(on-arm) 작업의 경우에는 비전 시스템의 케이블 연결도 전체 시스템의 안정성에 중요한 영향을 미칩니다. 로봇의 지속적인 움직임으로 인해 비틀림 및 굽힘에 대해 저항력을 지닌 특정 케이블 또는 드래그 체인을 사용하여 통신이 항상 올바르게 작동하도록 해야 합니다.