초록 ▼

▣ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
작업자의 노동환경을 개선하고 산업 생산성 향상을 달성하기 위한 인지-제어 통합형 로봇 작업지능 핵심기술 개발
□ 인지-제어 통합학습 기술
○ 인지-제어 통합학습을 위한 심층강화학습 기술
- 인지-제어 통합학습 방법론 및 알고리즘
- 인지-제어 통합학습 기술 및 가상 환경 내 검증
□ 비정형 물체 대응 조작 및 동작계획 기술
○ 로봇 조작을 위한 3차원 물체 인지 기술
- 작업 대상 물체 감지 및 분리
- 작업 대상 물체 자세 추정
○

▣ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
작업자의 노동환경을 개선하고 산업 생산성 향상을 달성하기 위한 인지-제어 통합형 로봇 작업지능 핵심기술 개발
□ 인지-제어 통합학습 기술
○ 인지-제어 통합학습을 위한 심층강화학습 기술
- 인지-제어 통합학습 방법론 및 알고리즘
- 인지-제어 통합학습 기술 및 가상 환경 내 검증
□ 비정형 물체 대응 조작 및 동작계획 기술
○ 로봇 조작을 위한 3차원 물체 인지 기술
- 작업 대상 물체 감지 및 분리
- 작업 대상 물체 자세 추정
○ 비정형 물체 형상/물성 기반 조작 기술
- 단순 및 복잡 형상/물성 물체 모델링 및 해석
- 물체 특성 반영 효율적 조작 및 동작계획
□ 비정형 환경 공간표현 및 추론 기반 로봇 이동지능 기술
○ 비정형 환경 데이터 기반 센서, 공간 모델링 및 로봇주행제어 기술
- 지형, 객체, 센서 등 데이터 기반 학습, 3차원 공간맵핑을 통한 모델링
- 비정형 환경 불확실성을 고려한 행동선택 및 추론 기반 로봇 이동지능 모듈
□ 로봇 작업지능의 비정형 환경 현장 적용 및 안정화 기술
○ 물류, 농업, 환경 등 공공수요를 포함한 도메인 요구분석 및 작업계획
○ 로봇 작업지능 기술의 공공분야 포함 실 작업환경 적용 및 안정화

◼ 전체 내용
□ 로봇이 비정형 환경 하에서 인간과 유사한 수준으로 여러 가지 작업을 수행할 수 있도록 하는 지능 핵심기술의 확보
○ 로봇이 비정형 환경에서 인공적 표식, 환경/물체의 물리적 특성 한정 등의 제한요소가 없는 상태로 인간과 유사하게 인식, 조작, 이동 등을 수행할 수 있도록 하는 작업지능 기술 개발
○ 물체의 인식과 그에 따른 조작을 통합적으로 수행하는 인간의 방식을 차용하여, 로봇이 인지와 제어를 통합하여 학습할 수 있게 함으로써 신뢰성 있는 조작 성능 확보
○ 비정형 3차원 환경의 경우 고려해야 할 변수가 다양하고 동적으로 변동되는 특성이 있어 기존의 기술로 주행이 어려웠으나, 학습을 통한 공간정보 추론과 불확실성에 대한 고려를 통해 모션생성, 행동선택 등의 고수준 주행제어 달성
□ 1차 산업부터 6차 산업에 이르기까지 로봇의 활용이 필요한 다양한 산업 분야에 본 과제의 목적인 작업지능 기술을 적용할 수 있으며, 특히 공공분야를 포함하여 산업적 가치가 높은 물류 등 다수의 분야를 적용 대상 목표로 설정
□ 본 과제를 통해 비정형 환경에서 다양한 특성을 가지는 물체를 다루어 로봇 작업지능의 실용성을 검증하고, 이후 적용 분야와 작업 형태를 확장하고 타 분야의 지능을 연결하는 추가 연구개발을 통해 국가 산업 경쟁력을 높일 수 있는 로봇지능 인프라의 구축 및 확산 도모

▣ 연구개발성과
□ 로봇작업지능의 사회문제해결 적용을 위해 우편물류자동화, 과수방제자동화를 대상으로 연구개발 및 실증을 추진함
□ 우편물류의 경우 안양우편집중국을 대상으로 디팔레타이징 (소포하역) 작업 자동화시스템을 설치 운영 중이며, 과수방제의 경우 로봇 방제기 시제품을 개발하여 실제 과수농원에 대해 반자율원격운전시스템의 성능평가를 완료함
□ 로봇물류자동화의 일환으로 다중로봇 교통제어기술을 개발하였으며 관련기술은 국내대기업 및 중견기업에 기술이전하여 상용화를 추진중임. 해당기술은 다중에이전트 경로탐색기술을 확장하여 경로겹침이나 충돌이 없는 교통제어 알고리즘이 특징임
□ 과수농가와 같은 비정형환경에서의 공간인지 및 로봇이동지능 구현을 위해 3차원 맵핑 및 위치인식기술을 개발하였고, 4건의 기술이전과 IEEE PAMI, Advanced Eng. Informatics등 JCR 상위 20% 저널에 출판함
□ 또한, 비정형환경에서의 로봇자세인식을 위한 고성능 자세인식 센서를 저가 (5만원 이내)로 구현하였으며, 실제 농작업 현장에서 도출된 요구사항을 만족하는 형태로 시제품을 개발함. 해당 시제품에 대한 성능평가 체계를 구축하여 향후 농기계 뿐 만 아니라 필드로봇 응용에 활용 가능성을 확보함
□ 로봇 방제기의 경우 운전자가 탑승하지 않은 상태에서 반자율로 방제작업이 가능하도록 개발하였고, 직접 운전 대비 123%이상의 운전 성능을 확보하여 향후 상용화 가능성을 확보함 (경북 영천소재 과수 농가 및 농진청 시험부지에서 테스트 완료)
□ 그리퍼용 비전 시스템을 구성하고, 로봇의 그리핑 디바이스의 소포 피킹 성공률을 높이기 위해 학습 알고리즘을 사용한 소포 유형 및 소포 면적 인식 방법 개발
□ 소포 디팔레타이징 로봇 시스템에 바코드 리더기를 추가함으로써 물류센터의 5면 바코드 스캐너에 대응할 수 있도록 로봇의 소포 작업 기술을 고도화함 (박스 1개당 7.3 초 처리 속도 확보)
□ 로봇 소포 디팔레타이징 시스템을 경기도 안양에 소재하는 안양우편물류센터의 작업 라인에 설치하여 현장 테스트를 수행, 현장에서 로봇을 활용할 수 있도록 현장 직원에게 로봇 사용 설명서 배포 및 로봇 사용방법 교육 완료

▣ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
□ 수요처 및 적용 시스템
○ 로봇 디팔레타이징 시스템
- 본 과제를 통해 개발된 소포 디팔레타이징 로봇은 국내 안양우편물류센터에 시범 적용되었으며 향후 물류자동화 및 서비스자동화 사업에 활용될 수 있음
- 구체적으로 국내 대형 물류 업체를 대상으로 디팔레타이징 솔루션 형태로 시스템 구축사업을 진행 계획이며, 커피 산업관련 커피 팩토리 및 스토어 자동화 솔루션을 개발하여 참여기업 연관 사업장에 적용 계획임
- 또한, 개발된 소포 디팔레타이징 로봇이 기 적용된 안양우편집중국에서의 활용도를 높여 사용상의 개선점을 파악하고 안정화를 위한 추가 연구개발을 추진할 예정임
○ 반자율 로봇 방제기 시스템
- 본 과제에서 확보한 반자율 로봇 방제기 시스템 기술은 참여기업의 유사 농기계로 확장연구를 진행하며, 자체 부품화 및 솔루션화 추진하여 상용화 추진계획임. 반자율 로봇 방제기의 양산을 위해 HST등 핵심 부품의 생산설비 확충 등 기반 구축 추진
- 과제 종료 후 3년을 전후하여 초도 양산 추진하고, 실제 과수농가를 대상으로 제품 수용도 조사 추진계획. 과제 종료 후 5년을 전후하여 제품 양산화 추진 예정임
□ 활용내용
○ 로봇 디팔레타이징 시스템
- 로봇 디팔레타이징 시스템의 경우 참여기업을 중심으로 커피 공장현장에서 대형 커피 생두 마대자루 디팔레타이징 작업에 투입계획
- 본 과제에서 확보한 로봇 디팔레타이징 관련 비정형 객체 조작기술을 적용하고 자율운반로봇과 연계한 디팔레타이징 및 운반 작업의 자동화 솔루션 구축
- 해당 솔루션은 향후 대형 물류업체, 대형 카페 등에 솔루션 형태로 판매추진
○ 반자율 로봇 방제기 시스템
- 본 과제에서 개발한 스마트폰기반의 반자율 원격운전 시스템을 적용. 해당 기술의 적용을 위해 무선 통신망을 이용한 네트워킹 모듈과 직진 주행 보조시스템을 통합
- 원격운전을 위한 비디오 스트리밍, 로봇 방제기 동작제어 모듈 등 본 과제 개발기술을 직접 적용
- 로봇 제초기, 방제기 등에 직접 적용이 가능하며 별도의 RTK-GPS모듈을 연동하여 자율주행 트랙터, 콤바인 등 유사 농기계의 자동화 운전 솔루션 추진
○ 비정형환경 로봇이동지능 기술
- 본 과제개발한 반자율 원격운전 시스템 기술을 고도화 개발하여 3차원 라이다 이미징 및 표준규격 데이터 교환기술의 구현에 적용
- 본 과제개발한 다중로봇 편대관리시스템기술의 보완개발 및 후속과제 연계를 통해 고도화를 추진하고 물류자동화 기업 등에 기술이전 추진에 활용
- 향후, 인지-제어통합 프레임워크를 확장구현하여 복잡환경/제조환경에서의 반자율/자율이동 지능기술 확보에 활용
□ 기대효과
- 비정형 환경 이동지능기술의 경우 향후 시장확대가 예상되는 물류, 농업, 건설, 보안 시장에서 다양한 3차원 공간인식 및 동작/작업 제어기술로 활용되어 관련 산업체의 기술경쟁력 제고에 기여
- 구체적으로, 3차원 공간이미징 및 SLAM, 인지기반 판단/작업계획/제어 솔루션 기반 확보 및 산업 적용의 형태로 다양한 로봇서비스 구현에 활용기대
- 로봇 디팔레타이징 등 조작지능 시스템기술은 물류자동화, 서비스/제조 자동화 현장에서의 작업대체, 생산성 제고에 기여하여 산업 경쟁력 확보 및 노동환경 개선에 기여
- 구체적으로, 본 과제 추진한 안양우편집중국에서의 단순반복적인 디팔레타이징 작업의 솔루션화를 통해 유사 작업현장의 자동화 추진이 가능하며 생산비용 절감, 고부 가가치 작업으로의 전환 등이 기대
- 본 과제에서 확보한 로봇조작, 이동지능 핵심기술은 유사 주제의 후속연구를 통해 고도화가 기대되며 (현재, 대규모 다중로봇 물류자동화 및 동적, 비정형환경에서의 로봇이동지능기술 후속과제를 추진), 복잡도가 크거나 비정형 요소가 많은 작업 현장으로 기술의 적용 범위 확대 기대

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1) 목표 ... 9
• 2) 개념 ... 9
• 3) 기술 구성 ... 10
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 1) 로봇 기술을 이용한 사회문제 해결 방안 모색 ... 11
• 2) 로봇작업지능기술을 이용한 사회문제 해결 시나리오 설정, 과제 추진 체계 확립 (2018) ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 16
• 1) 연구수행 결과 ... 16
• 2) 목표 달성 수준 ... 248
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 249
• 1) 목표 미달 또는 미흡한 연구결과에 대한 원인(사유) 자체분석 내용 ... 249
• 2) 미달 또는 미흡한 결과물에 대한 보완 활동 ... 252
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 252
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 253
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 255
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 258
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 260
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 261
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 263
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 264
• 끝페이지 ... 275