■로봇 융합기술은 어디까지 왔나
최근 우리 사회는 유비쿼터스 혁명을 치르고 있다. 전자-물리공간의 상호작용과 연결을 위해 물리공간이나 사물에 인공지능을 집어넣는 것이 유비쿼터스의 핵심이다. 도로, 다리, 터널 등 사회간접시설에서부터 자동차, 냉장고, 세탁기 등의 상품과 기계, 하다못해 옷, 신발, 안경, 컵, 화분 등 일상용품에도 유비쿼터스가 적용되고 있다. 말하자면 anytime, anywhere, anydevice에서든 anything anynetwork가 구현되는 것이다.

-seed에서 need로
저출산 및 고령화 사회가 닥쳐오고 3D 직종에 대한 기피현상이 심해지면서 전통산업과 서비스산업의 환경이 많이 변하고 있다. 이에 따라 이들 산업에 새로운 대체 노동력이 필요하게 되었고, 그 대안으로 로봇 융합기술이 떠오르고 있다.

대부분의 첨단기술이 그러하듯이 기술이 출발점(seed)이 될 수는 있지만 산업화의 성공 여부는 시장의 필요와 수용 여부(need)에 의해 결정된다. 그런데 지능형 로봇기술은 이미 모든 산업분야에서 수용되기 시작했다.

-서비스산업과의 로봇기술 컨버전스 동향
의료용 로봇의 경우 크게 수술보조 로봇, 수술로봇, 수술 시뮬레이터, 재활로봇의 4개 분야로 구분되어 미국을 비롯한 각국에서 활발하게 연구 개발이 진행 중이다. 개발 주도는 한국과 일본의 경우 정부 및 대학 연구기관 중심으로 이루어지고 있으며, 미국은 민간 기업을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.

미국의 Intuitive Surglcal사에서 개발한 수술로봇 다빈치 시스템은 드라마에도 등장해 일반인에게 널리 알려졌으며, 국내 종합병원에도 이미 많이 도입되었다. 미국 고마드 사이언티픽사에서 개발한 임신 분만 프로그램에 따른 임상실험 시뮬레이션용 로봇 노엘은 이미 미국 내에서 400대 이상이 판매되었으며 우리나라에는 경희의료원에 도입되어 있다. 또한 미국 브레인랩(BrainLab)에서 개발한 벡터 비전(Vector Vision)은 수술중 이동시 CT와 MTI 촬영이 가능한 원격지 무선영상 재생 로봇이다.

우리나라에서는 1996년 카이스트에서 미세수술용 원격제어 로봇 시스템을 개발했고 역시 카이스트에서 고관절 전치환 수술로봇인 아스로봇(ARTHROBOT)도 개발했다. 민간 부문에서는 로보테크에서 장애자 및 고령자의 보행훈련용 재활로봇 RW-1을 개발한 바 있다. 그뿐만 아니라 일본 세콤사에서는 도시락에 세팅된 음식을 환자의 입에 먹여주는 로봇 마이스푼도 개발했다.

-제조업 및 건설업과의 로봇기술 컨버전스 동향
일본은 현재 세계에서 가동하고 있는 산업용로봇의 절반 정도를 보유하고 있으며 세계 로봇 생산량의 약 60%를 생산하는 등 산업용로봇 시장을 주도하고 있다.

또한 한국과 일본은 광업이나 에너지 자원산업에서의 위험작업을 대신 할 수 있는 극한작업 로봇을 개발중인데 미츠비시중공업사의 MHI MARS-A는 원자력 시설 내에서 이동하면서 원격작업을 하는 로봇이며 기후대학 공학부에서 개발한 닥터 임팩트(Dr. Impact)는 수로 관로 내를 이동하면서 원격작업을 수행하는 로봇이다.

건설업에 있어서는 재해 현장 재건작업을 하는 템자크사의 T-52 ENRYU 로봇, 원격제어를 통해 건설용 중기를 조종하는 로봇인 후지타사의 로봇Q 등이 상용화되어 있다.

-농림업과의 로봇기술 컨버전스 동향
우리나라 농업공학연구소에서는 모종의 이송, 절단, 핀공급, 핀꽂음, 접목, 배출 등의 다양한 기능을 갖춘 로봇을 개발했으며, CMS에서는 시설농업용 다목적 로봇을 국내 최초로 개발했다.

그런가 하면 일본 와세다대학에서는 벌목과 나무 오르기 등을 할 수 있는 WOODY-1 로봇을 개발했다. 일본 콘도(Kondo)사에서는 매니퓰레이터와 엔드 이펙트, 시각센스 및 운반장치로 이루어진 토마토 수확 로봇을 개발해 농사에 활용하고 있다. 또한 네덜란드의 Lely사에서는 젖소로부터 우유를 짜내는 로봇인 아스트로넛트(Astronaut)를 상용화해 1995년 이후 3,200대 이상 판매했다.

■의료기술과 로봇기술의 융합
-의료서비스로봇의 개발 방향

현재 의료서비스로봇(MSR : Medical Service Robot)은 크게 네 가지 방향으로 개발되고 있다. 첫째는 수술(보조)로봇으로서 원격 수술로봇, 최소침습 수술로봇, 관절 수술로봇, 척추 수술로봇 등이 개발되었고 특히 미국에서는 상품화가 많이 이루어졌다. 각종 수술로봇은 국내에서도 많이 개발되고 있는데 관절 수술로봇이나 척추 수술로봇 등은 국내 개발이 활발히 진행되면서 경쟁력을 갖추고 있다.

MSR의 두 번째 개발 방향은 수술 시뮬레이터이다. 영상유도에 의한 수술 시뮬레이션을 로봇을 통해 하고 있는데 미국 다이나믹스사에서 개발한 개복수술 시뮬레이터나 고마드 사이언티픽사에서 개발한 로봇 노엘이 이에 해당한다.

노엘을 이용한 시뮬레이션으로 의대생들은 정상분만 과정에 대한 실습 외에 둔위분만이나 제왕절개 등 다양한 분만 케이스에 대해 충분한 경험을 할 수 있다. 노엘의 놀라운 기능은 출산을 하면 인간처럼 자궁 내부의 다양한 변화를 보여주도록 프로그램되어 있다는 점이다. 또 맥박과 호흡 등 생체신호를 보여주는 로봇 아기도 낳는데 의료진이 출산에 성공하면 핑크색 아기를, 산소 부족 등 난산을 하게 되면 파란색 아기를 낳는다.

MSR의 세 번째 개발 방향은 재활로봇이다. 재활로봇은 환자나 장애인의 독립적인 활동을 보장하고 삶의 질을 향상하기 위한 목적으로 개발되는데 휠체어 로봇 등이 이에 해당한다. 국내에서는 로보테크에서 정부의 지원을 받아 RW-1이라는 재활로봇을 개발한 바 있는데 주요 서비스와 기능은 장애인 및 고령자의 보행훈련을 도와주는 것이다.

MSR의 마지막 개발 방향은 간호로봇 또는 안내로봇이다. 환자의 체온과 맥박, 혈압 등을 측정하고 병력을 관리하며 약품 등의 운반 기능도 맡는다. 포항지능로봇연구소에서 개발한 간호로봇 PIRO-M1은 병원에서의 실증실험을 마치고 상용화를 앞둔 상태다. 또한 바이오 기술을 응용한 진단검사용 로봇도 개발되고 있다.

-의료서비스로봇의 기술 체계
지식경제부에서 2008년 9월 발표한 통합기술청사진에 의하면 치료기기로서의 의료서비스로봇은 다기능 로봇수술 시스템과 영상유도 융합치료기, 그리고 임플란트로 기술체계가 나뉜다.

다기능 로봇수술 시스템에는 다기능 정밀 로봇 미세수술 시스템과 일반 로봇수술 시스템이 있다. 영상유도 융합치료기 기술에는 최적화 고주파 제어기술과 선형가속기 기술을 활용한 고주파 집적수술 시스템과 영상유도 방사선 치료기기가 있다. 임플란트 기술에는 치과 임플란트와 인공관절 임플란트가 있는데, 인공관절 임플란트에는 Sugical Guide 기술과 대체소자 기술이 접목된다. 이러한 기술들이 실제적으로는 의료 현장에서 어떻게 융합되고 활용되는지 사례 위주로 살펴보도록 하자.

-의료용 선형가속기
최근 개발되어 국내에 도입되고 있는 첨단 의료용 선형가속기(Linear Accelerator)는 기존의 선형가속기에 진단용 X-선 영상촬영 장치를 결합한 것이 가장 큰 특징이다. 방사선 치료를 위해 환자를 선형가속기의 테이블에 눕힌 상태에서도 우수한 품질의 X-선 영상과 투시영상, 콘빔 CT(Cone Beam CT) 영상 등을 얻을 수 있으므로 정확한 병소의 위치를 확인해 치료 성공률을 높이고 부작용을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 환자의 호흡 추적장치가 장착되어 있어 환자의 호흡에 따른 병소의 움직임도 추적하여 치료가 가능하다.

-사이버나이프
암 잡는 첨단 의료기로 불리는 사이버나이프(Cyber Knife)는 대표적인 비침습적 로봇수술 장비이다. 사이버나이프는 칼을 사용하지 않고 방사선을 조사해 뇌종양 및 전신의 악성종양(암)을 제거한다. 개복, 절개, 통증을 동반하는 외과적인 수술이 필요없고 마취나 수혈을 할 필요가 없기 때문에 부작용과 합병증도 적은 것으로 알려져 있다.

미국 항공우주국(NASA)이 개발해 우주선에서 사용하는 3차원 초정밀 영상유도 기술과 고성능 컴퓨터로 조종하는 로봇팔에 방사선을 조사할 수 있는 선형가속기를 장착해 보다 정확하고 안전하게 치료를 할 수 있다.

사이버나이프의 일반적인 특징 및 장점은 로봇팔이 실시간으로 추적하며 치료하기 때문에 정상조직에 피해가 적고 종양의 위치와 형태에 상관없이 전신치료가 가능하며 수술이 불가능하거나 복잡한 종양도 치료가 가능하다는 것이다. 또한 추가치료 또는 재치료, 분할치료가 가능해 크기가 큰 종양이나 복잡한 신경 근처에 있는 병변의 치료에도 효과적이다. 암 통증 및 출혈 조정도 가능해 환자의 삶의 질을 높이고 생존율도 증가시킬 수 있다. 특히 최근 개발되어 국내에 도입되고 있는 사이버나이프는 병변의 움직임과 환자가 숨을 쉴 때 움직이는 체외 움직임까지 고려해 실시간으로 병변을 추적하는 최신 시스템을 갖추었다.

사이버나이프와 관련하여 재미있는 에피소드를 소개하면 국내 한 대학병원에서 25억원의 고가에 수입한 사이버나이프가 사용 도중 고장이 났다. 벨기에의 제조사에 긴급 연락해 수리 기술자를 보내달라고 하니 6개월이나 걸린다는 답변이었다. 이에 병원측에서는 국내 기술진으로 고장 부위를 수리할 수 없을까 수소문하여 결국 울산의 현대자동차 산업용 로봇 전문가들을 불러 수리에 성공했다는 것이다. 우리나라의 로봇 기술력이 그만큼 우위에 있다는 좋은 예이다.

-양방향 투시 로봇 시스템

2002년 보건복지부 의료기기 기술개발사업의 연구지원을 받아 6년간 개발기간을 거쳐 국내에서 개발한 양방향 방사선 투시 로봇 시스템(BFRS : Biplane Fluoroscopy Robot System)은 국내 최초의 본격적인 수술로봇이라 할 수 있다. 이 로봇은 다빈치로 대표되는 수술로봇과는 다른 시스템으로 해외에서도 호평을 받았는데 미국 존스홉킨스 대학의 테일러 교수는 “현재 상용화돼 임상에 적용하고 있는 수술로봇들과는 다른 새로운 개념의 수술로봇 시스템이다”라고 높게 평가했다.

BFRS는 척추경 나사못 삽입술 모의시술 결과 기존 수술에 비해 약 3분의 1 정도 시술 시간을 줄일 수 있고 수술 전 계획과 시스템을 이용한 시술이 정확히 일치하는 결과를 보였다. 또 기존 방식의 수술보다 시술자가 손쉽게 수술을 할 수 있고 정확한 시술이 짧은 시간에 가능하다.

BFRS는 영상을 주로 사용해 시술하는 척추 수술, 신경외과 뇌 수술, 그리고 정형외과, 이비인후과, 비뇨기과 등의 수술에 유용하게 활용할 수 있고 원격수술도 가능하다. 현재 이 시스템은 국내 특허출원을 마쳤으며 국제 특허출원도 진행중이다.

-지능형수술 시스템
지능형수술 시스템이란 수술실은 물론 진단용 영상, 환자 처방 등을 모두 디지털화함으로써 최적의 치료환경을 구축하는 차세대 첨단의료 시스템을 말한다.

지능형수술 시스템의 구성 -CT, MR 촬영 영상을 처리해 수술계획을 세우는 시스템 -로봇의 움직임을 조정하는 시스템 -의사의 수술을 보조하는 수술로봇 시스템

지능형수술 시스템을 활용하면 환자 입장에서는 더 정확한 치료를, 의료진들은 보다 정확하고 빠른 진단과 치료는 물론 국내외 병원간 정보교류까지 가능하다. 국내의 한 척추수술 전문 병원은 작년 9월 아랍에미리트연합(UAE)의 아부다비에 개원 예정인 병원에 이 시스템을 수출하고 위탁경영을 맡기로 했다. 병원측은 이 계약을 통해 벌어들이게 될 수출효과는 10년간 3,000만 달러라고 밝혔다.

■건설기술과 로봇기술의 융합
-건설자동화와 건설로봇의 개념
건설로봇을 이야기하기 전에 먼저 건설자동화의 정의와 개념을 살펴볼 필요가 있다. 각종 장비와 기계로 인간의 육체적 작업을 대체하는 활동을 기계화라고 한다면 한 단계 더 나아가 인간의 지적 작업을 보조하거나 대체하는 활동을 자동화라고 한다.

미국에서 정의내려진 건설자동화는 컴퓨터를 이용한 원격조정 및 통신, 수치제어, 반자동 혹은 자동화기기에 의해 건설공사 현장 및 사무실에서 건설공사 절차의 모든 단계에 걸쳐 수행되는 엔지니어링 업무로 정의된다.

그런가 하면 건설로봇은 원격조정, 센서에 의한 데이터 수집, 공사단계별 작업 수행, 수치제어 혹은 자동화 장치에 의한 탁월한 작업 수행능력을 갖추고 있는 첨단기계로 정의된다. 즉 미국에서의 건설로봇은 자동화 하드웨어 기술의 일부로서 건설현장의 인력대체 방안으로 로봇을 사용하는 시공을 의미한다고 볼 수 있다.

한편 일본에서는 건설자동화와 로봇화를 말할 때 흔히 기계화의 기본 개념에서 확장된 형태로 간주한다. 넓은 의미의 기계화, 자동화 모두가 궁극적으로 로봇화를 추구하는 개념으로 포함되지만 기술적 분야에서의 좁은 의미로는 기존의 건설기계에 자동제어 장치, 센서 등을 부착해 인공지능화하는 것으로 정의한다.

-건설로봇에 접목되는 기술들
일본 최대 국책연구소인 산업기술종합연구소(AIST)는 전파식별 무선태그(RFID)를 응용한 자재인식 핵심기술 개발에 참여하고 있으며 미국 SIT의 청(Chung) 박사팀은 원격조작 알고리즘을 통한 건설로봇 제어기술을 개발하고 있다.

건설로봇은 기계공학과 메카트로닉스는 물론 건설 설계시공 기술과 정보통신, 컴퓨터 공학, 생체공학 등을 융합한 최신 기술의 경연장이고 시험대이며 결정판이다. 그렇다면 건설로봇에는 구체적으로 어떤 기술들이 접목되고 있는 것일까. 우리나라에서 개발되고 있는 대표적인 건설로봇에 접목되는 요소기술을 살펴봄으로써 이에 대한 개략적인 답을 얻을 수 있다.

[교량 유지관리 로봇의 요소기술]
건설로봇 국책과제 가운데 가장 먼저 시작된 교량 유지관리 로봇은 교량의 정기점검 및 정밀점검을 자동화해 작업자의 안전을 확보하고 객관적이며 신뢰성 높은 데이터를 획득해 통합 유지관리 시스템에 적용하는 것을 목적으로 개발되고 있다. 교량 유지관리 로봇화 시스템에는 로봇 플랫폼 시스템과 머신비전 시스템, 데이터 관리 시스템 등 크게 3단계 기술이 적용된다.

로봇 플랫폼 시스템은 작업자의 육안을 대신할 로봇을 교량의 점검 위치에 접근시키는 장치를 말한다. 연구진은 첨단 굴절로봇차와 비행로봇, 벽면보행 로봇, 첨단 이송로봇의 네 가지 형태 로봇 시스템을 제안해 개발하고 있다.

첨단 굴절로봇차는 관절의 움직임이 자유로운 로봇을 이용해 교량 하부 등을 이동하며 장착된 GPS 등에 의해 정확한 점검 위치를 찾아내고 무선 네트워크로 데이터를 송신하는 기술이다. 현재 설계가 끝나 실제 제작에 들어갔으며 로봇 플랫폼 중 가장 유력한 방식으로 평가받고 있다.

머신비전 시스템은 굴절로봇차 말단의 로봇 플랫폼에 카메라를 장착해 영상자료를 획득하고 자동화 시스템을 통한 이미지 분석 및 위험요소를 감지할 수 있는 기술이다. 기존의 작업자에 의한 육안조사 자료를 데이터화하며 3.2m의 관측거리에서 0.1mm의 균열을 탐지할 수 있는 능력을 지니고 있다.

교량 유지보수 로봇에는 머신비전 시스템에 의해 획득된 영상자료를 교량 종류 및 형태, 위치에 따라 데이터를 표준화하고 통합관리 시스템과 연동하는 기술이 적용된다.

[고층건물 시공 자동화로봇의 요소기술]
24개 연구기관에 총 170여명의 연구진이 참여하여 개발하고 있는 고층건물 시공 자동화로봇에는 크게 네 종류의 로봇이 활약하게 된다. 첫 번째는 구조체의 위치를 자동으로 파악하고 필요한 자재를 조립해야 할 위치로 옮겨주는 지능형 타워크레인 로봇이다. 이 로봇은 RFID 기술과 첨단 레이저 센서를 이용해 건설자재의 위치를 파악하고 이를 이송하는 역할을 맡는다.

자재를 이송한 이후에는 조립을 위해 2mm 오차 내에서 자재가 고정되어야 하는데, 기존에는 작업자 두 명 이상이 허공에서 외줄 하나에 의지해 10여분간 이 작업을 수행했으나 앞으로는 로봇이 이를 대신하게 된다.

또 자재에 볼트와 너트를 설치할 볼트 체결 로봇과 로봇을 이송시켜줄 이용송 로봇이 필요하다. 일본에서도 건설 작업에서 대형이자 중량인 물체를 대상으로 사용하기 위한 볼트 체결 자동화 로봇이 개발되었는데 6자유도를 갖는 수직 다관절 로봇으로 500kg의 하중을 처리할 수 있다. 이 로봇은 두 개의 볼트 조임 장비를 갖추고 120개의 볼트를 조립하는 11.3m 직경의 세그먼트를 제작한다.
 

연구진은 이 네 종류의 로봇을 개발하면서 동시에 이를 뒷받침할 수 있는 각종 통합기술을 개발하고 있다. 먼저 고층으로 로봇을 이송시킬 클라이밍 유압로봇 및 상하이동 구동 유닛을 개발해야 하며 건축물 구조체 자동화 시공을 위한 전자동화 디자인(DFA : Design for Automation)이 필요하다.

이와 함께 RFID를 이용한 자재인식과 조작기술 및 지능형 양중관리 시스템, 자재양중 통합관리를 위한 다차원 모니터링 시스템, 다차원 CAD와 무선인식 기술을 연동한 실시간 진도관리 시스템 등도 개발하고 있다.

통합기술의 성과는 자동차, 조선, 항공 등 다른 제조업에도 활용할 수 있으며 건설로봇 조종용의 사용자 인터페이스는 원자력발전소, 해저 및 극한환경, 의료용 수술로봇에 사용되는 원격조종형 로봇의 제어기술 개발에 응용할 수 있다.

[무인굴삭기 로봇의 요소기술]
15개 산-학-연 단체가 참여해 개발하고 있는 무인굴삭기 프로젝트 역시 첨단 융복합기술의 결정판이다. 지반과 관련한 공사는 장비 운전자의 경험과 직관에 의해 이루어진다. 이 때문에 눈으로 보이는 공간을 로봇에게 인지시키기 위해 시뮬레이션에서 실제공간과 동일한 3D 공간으로 표현하는 작업이 필요하다.

연구진은 센싱 및 레이저 스캐닝 등의 기술을 통해 일정하지 않은 지반 형상을 Mapping(지도화)해 3D 모델을 구축하고 굴삭로봇이 주변 장애물을 탐지해 안전성을 확보할 수 있는 프로그램을 개발하고 있다. 여기에는 네트워크 카메라와 GPS 시스템이 접목된다.

그뿐만 아니라 작업자 직관에 의한 토목 및 건설 공정은 생산성과 품질을 떨어트릴 수 있는 만큼 단위작업 단계까지 세분화해 작업 프로세스 모델링을 개발해 로봇에 프로그래밍한다. 즉 토공작업 기술을 IT 기술을 통해 로봇에 탑재하고 이를 다시 메카트로닉스 기술을 이용해 최종적으로 구현하는 것이다.

원격제어 역시 중요한 원천기술이다. 연구진은 가공된 작업환경 정보를 원격지의 작업자에게 제공해 더욱 정확한 지능형 굴삭 시스템의 제어를 가능토록 하고 굴삭로봇에 자율적 환경파악 능력을 부가하려 하고 있다. 또한 굴삭 시스템 최적 경로생성 장치를 개발해 작업시간을 단축하고 숙련된 굴삭기 조작자와 동등한 작업효율을 얻도록 한다.

굴삭기로봇은 외부 제어기기들과 네트워크로 연결되어 상호간의 이상상태를 모니터링하며 오동작에 의한 위험요소를 제거한다. 그밖에 굴삭기 동력전달 시스템인 유압 시스템의 제어성능 향상을 위한 전자화 기술도 동시에 개발되고 있다.

-건설로봇의 개발 사례
미국의 경우 건설로봇 개발 초기에는 일자리의 감소를 우려한 노동조합의 반대로 개발에 어려움을 겪었다. 그러나 건설자동화 장비가 궁극적으로 작업장에서의 인명피해를 줄일 수 있고 인간과 로봇의 협업체제로의 접근이 가능하여 결국 노동자의 작업환경을 개선하고 숙련도와 기술력을 향상시킬 수 있다는 긍정적인 측면을 인식시킴으로써 조합의 동의를 이끌어낼 수 있었다. 미국은 현재 국립표준국(NIST)과 항공우주국(NASA) 및 각 대학 연구소를 중심으로 건설로봇에 대한 연구가 진행되고 있다.

미국과 달리 일본은 대기업 중심의 보다 적극적인 자동화 기술개발이 이루어지고 있다. 일본은 1970년대 후반부터 건설로봇 개발에 착수하여 안전성 및 생산성에서 획기적인 진보를 이루었다. 많은 부분에서 제조업 공장자동화와 같은 개념을 도입하는 발상의 전환이 오늘날과 같은 성과를 가져왔는데 현장에서 먼저 수요를 얻고, 산-학-연 협의체를 통해 핵심기술을 도출한 후 이를 바탕으로 각 기업에서 독자적인 연구를 진행하는 형태를 띠고 있다.

유럽 각국의 경우에는 단일 공종에 적합한 로봇을 개발하는 경향이 강하며 제조업의 CIM(컴퓨터 통합관리 생산) 개념을 접목하려는 시도를 보인다. 터널이나 동굴과 같은 극한지역의 탐사용 로봇에 대한 연구가 활발하고 기존 건설장비를 개발한 노하우를 건설로봇 개발에 활용하고 있다.

우리나라의 경우도 유럽과 마찬가지로 단일 공종에 적합한 건설로봇을 개발하는 경향을 띠고 있다. 그러나 20년 이상의 개발 역사를 지닌 미국, 일본 등에 비해 R&D 규모나 기술 수준, 상용화 건수의 측면에서 아직 미약한 편이다. 2000년대 이후 건설자동화 관련 엔지니어 및 전공자가 배출되고 산업현장에 유입됨에 따라 점차 연구개발에 활기를 띠고 있으며 정부기관 및 대학 연구소가 이러한 흐름을 주도하고 있다.

[로봇크레인]

건설 현장에서는 기존 크레인의 불안정한 작업수행을 개선하기 위해 정확한 통제 및 정밀한 작업을 수행토록 하는 원격조정 크레인이 등장하고 있다. 원격조정 크레인은 자동 용접, 선박 용접, 위험물 폐기 처리 등 위험을 수반하는 작업에도 활용 가능하다.

미국 NIST사가 개발한 TERA는 병렬형 플랫폼 기반의 거대 스케일 실내용 매니퓰레이터로서 기존의 크레인에 비해 안정성 및 작업능률의 향상을 꾀했다. 사진은 3차원 가상 시각장치를 이용해 TERA 및 로봇크레인을 원격조정으로 조작해 철골빔 삽입을 자동화한 모습이다.

[미장로봇]
미장로봇(Plaster Robot)은 콘크리트 작업의 마감, 연마, 청소 등을 위한 자율주행 다목적 로봇을 일컫는다. 스웨덴에서 개발된 미장로봇은 도구를 회전시켜 작업을 하며 위치인식, 경로계획 등의 주행을 위한 능력을 갖추고 있고 독립적으로 움직이는 두 개의 구동 및 조향 바퀴로 작업에 필요한 복잡한 궤적을 따라 움직이는 것이 가능하다. 위치 참조를 위한 스캐닝 센서와 Dead-Reckoning을 사용해 주행하며 바퀴와 작업도구의 다양한 조합으로 정형적이지 않은 바닥 환경에서도 여러 가지 작업을 수행할 수 있다.

우리나라에서도 미장로봇을 개발했는데 넓은 공간에서 고정도의 수평작업 능력과 고속의 작업속도를 구현할 수 있다. 실내경기장이나 공장의 바닥 공사 등 넓은 면적과 높은 수평 정도를 가진 작업에 적합하다.

[벽돌 쌓기용 로봇]
일본과 독일 등에서는 벽돌 쌓기용 로봇이 개발되었다. 벽돌 쌓기용 로봇은 산업용 매니퓰레이터의 높은 자유도와 고정도의 포지셔닝 특성을 활용한 시스템이다.

[자율주행 로봇]
주행지원 도로 시스템(AHS : Autonomous Highway System)은 첨단 기술이 집약된 개념으로서 최근 많은 관심을 받고 있다. 미국의 NIST사는 AHS와 지능인식 및 차량 네비게이션 시스템을 접목한 RCS(Realtime Control System)를 제안하였다. 이는 자율주행 차량의 개념으로서 필드에서 건설자동화 시스템으로의 활용까지 점쳐지고 있다.
 

[외벽 이동 로봇]
이 로봇은 건물 외곽의 벽면을 이동하면서 도색작업을 수행하는 로봇이다. 외벽 검사용 로봇도 개발되어 있다.

[빔 용접 자동화 로봇]
기둥과 기둥 사이의 용접은 로봇을 이용하여 자동화할 수 있다. 용접부의 형상은 레이저 센서에 의해 파악되고 데이터베이스에 근거한 최적의 상황에서 용접이 진행된다. 용접로봇의 자동화로 2~3대의 로봇을 한 사람의 작업자가 동시에 제어할 수 있다. 이러한 용접로봇은 기둥과 보 사이의 용접, 보의 플렌지 용접도 가능하다.

[건설장비 조작용 휴머노이드]
건설장비의 대행운전 시스템도 선을 보이고 있다. 이것은 인간형 휴머노이드 로봇을 기존의 건설장비에 탑재시켜 인간을 대신하여 장비의 조작을 수행토록 하는 시스템이다. 그런가 하면 인간의 팔을 모사한 매니퓰레이터를 통해 기존 작업자를 대체하는 건설장비 조작 시스템도 구축되고 있다.

[재해복구용 무인굴삭기 로봇]
일본 정부는 특히 재해복구용 무인굴삭기 로봇 개발에 심혈을 기울이고 있는데 일본의 자연재해 발생률이 그만큼 높기 때문이다. 지난 2006년 일본에서 산사태가 나자 복구를 위해 원격제어 굴삭기로봇이 투입되었다. 토사 제거 작업중에 갑자기 지반이 붕괴되는 2차재해가 발생했는데 만약 사람이 투입되었더라면 목숨을 잃을 뻔한 위험한 순간이었다. 이 로봇은 화산 폭발로 인해 분화구 주변에 쌓인 화산재를 제거하는 작업에도 투입되어 활약했다.
 

[낙석방지 작업용 4족보행 로봇]
마치 거미같이 생긴 이 로봇은 경사면의 낙석방지 작업을 하는 데 알맞게 고안되었다. 도로 주변 산악지형의 낙석방지를 위하여 설치되는 구조물을 만드는 데 적합하도록 4족보행과 차륜구동이 각각 가능하도록 되어 있다.

[화재복구용 로봇]
이 로봇은 높은 내열성 및 내구성을 가진 매니퓰레이터를 장착하여 화재복구 작업에 투입된다. 그런가 하면 구조물을 파괴하고 잔해처리를 하는 용도로 개발된 로봇도 스웨덴에서 개발되었다.

[도로면 크랙실링 로봇]
우리나라에서는 도로면 유지보수 공법 중 크랙실링 공법의 자동화를 통해 작업자의 안전사고를 예방하고 품질과 생산성을 향상시키기 위한 로봇을 개발했다. 2001년부터 2004년까지 산-학-연 공동 연구개발 프로젝트로 도로면 크랙실링 자동화 장비 프로토타입이 개발되었다.

아파트 단지를 철통같이 지키는 로봇 보안관 이제 아파트 방범 시스템도 로봇이 맡는다. 동부건설은 방범로봇 센트리를 자체 개발해 지난해 1월 특허 등록을 마치고 남양주에 건설하고 있는 진접 센트레빌에 적용한다. 센트리는 반경 50m 범위를 360도 회전하며 주변을 자동으로 감시하고 화면을 저장한다. 또 야간에도 적외선 카메라와 적외선 센서를 이용해 이상 발생시 경고방송과 경고음을 낸다. 센트리가 외부인의 침입을 감지하면 경비업체에도 자동으로 연락된다. 동부건설 관계자는 ‘보안도 명품’이라는 말로 방범로봇 센트리에 대한 자부심을 나타내었다.

■농업자동화와 로봇기술의 융합
-무인로봇 시대를 맞는 우리 농업
21세기에 들어와 농업분야에도 생명공학, 전자, 통신 등 첨단기술이 접목되어 농업의 생산과 경영, 유통 등에서 획기적인 변화가 일어나고 있다. 전자 및 기계공학 기술과의 결합은 영농의 자동화, 무인화, 로봇화로 농민을 대신하게 되었다. 그리고 컴퓨터 시스템에 의한 고감도 센서와 계측기술의 토양과 동식물의 생육진단 등 전문가 시스템의 개발로 정밀농업을 가능하게 하였다.

첨단 로봇기술은 농업분야에도 접목되어 농작업의 로봇화를 실현시키고 있다. 농업기계화연구소는 1998년부터 바이오엔지니어링연구실을 만들어 농작업의 자동화와 로봇개발에 박차를 가하고 있다.

-농작업별 자동화 및 로봇화 가능성

[토지 이용형 로봇]
지식정보 기반형 농업인 정밀농업에 필요한 기술을 중심으로 영상처리 기술, 자율주행 기술, 무선제어 기술 등의 로봇 요소기술이 결합된 무인 시비-방제로봇, 무인트랙터 등이 개발되고 있으며 GPS 기반의 복합 항법기술을 적용하여 대규모 조방농업을 위한 무인헬기와 무인콤바인도 개발되고 있다.

무인항법을 기반으로 한 1세대 토지 이용형 농업로봇이 조만간 실용화될 것이며 과실 수확 등 섬세한 농작업에 적용할 수 있는 로봇 매니퓰레이터와 앤드 이펙트(핸드)도 머지않아 개발이 이루어질 전망이다.

[생물 생산 공장형 로봇]
대부분 정지된 상태에서 농작업을 수행하며 시설하우스에서 작물의 재배환경을 자동으로 최적 제어하는 연구가 가시화되면서 최첨단의 식물공장의 출현을 예견하게 되었다.

식물공장에서 파종, 이식, 솎기, 수확 등의 작업을 하는 로봇이 일본에서 연구 개발되고 있다. 조직배양에 의한 종묘 생산에서 대량생산과 생력화(힘을 덜어줌)를 위해 사용되는 로봇으로서 캘러스(Callus)의 분할 및 취급, 배양, 이식 등의 정교한 작업을 수행하는 로봇과 배양조직의 접종 작업을 자동으로 하는 접종로봇도 연구되고 있다.

[축산에서의 착유로봇]

축산의 경우 개체마다 급이량, 유량, 체중 등의 정보를 측정할 수 있는 데이터케리어 시스템을 활용한 사양관리의 자동화가 촉진되고 있다.

착유작업은 착유실로 젖소가 유도되어 들어오면 데이터케리어 시스템에 의해 개체가 인식되어 적당량의 사료가 공급되고 초음파 등을 이용하여 유두의 위치를 인식, 착유컵을 소에 정확히 부착시키고 착유한 후 착유컵을 떼어내고 젖소를 밖으로 내보내는 착유로봇이 유럽에서 개발되어 판매되고 있다.

착유로봇은 젖소가 원할 때 수시로 착유할 수 있기 때문에 하루에 2회 착유하던 것을 4~5회로 늘릴 수 있어 우유 생산량이 15% 정도 증가하고 유방염 등의 발병률도 줄어든다.

[수확로봇]
과실이나 채소의 수확 작업은 노동집약적이며 정밀한 작업을 요구한다. 과실의 경우 토마토, 방울토마토, 오이, 딸기, 수박, 메론, 가지, 오렌지, 귤, 사과, 포도 등의 수확로봇 연구가 진행되고 있으며, 엽채류에서는 양배추, 양상추, 시금치 등의 수확로봇이 연구되고 있다.

[수확 후 처리 로봇]
수확된 농산물의 고품질화가 요구됨에 따라 미곡종합처리장과 청과물처리장의 처리공정에서 영상에 의한 색채 선별, 당도와 숙도를 자동 측정할 수 있는 센서 기반의 자동화 및 정보화가 진행되고 있다.

-농업로봇의 인터넷 관제

[인터넷 관제의 필요성]
인터넷을 통한 원격지 농기계의 모니터링과 제어는 자율주행 차량의 안정적 운용뿐만 아니라 경작지의 공간적 위치에 따른 영농의 제약을 완화하여 도시 거주자들의 영농을 가능하게 한다. 또한 기업화된 영농 시스템에서뿐만 아니라 실버시대의 영농수단으로도 중요한 역할이 예상된다.

인터넷 모니터링 기술은 자율주행 시스템을 모니터링하고 제어하는 데 이용될 목적으로 개발되었으나 자율주행 기술에 의존적이지 않고 오히려 독립적 기술 분야로 농기계의 원격조종과 원격 농작업에 적용할 수 있다. 이 경우 웹 리모트 컨트롤 기술은 완전 자율주행 농기계의 실용화 이전 단계에서도 영농 현장 적용이 가능하다.
 

[기술개념과 시스템 구성]
경작지에 위치한 컴퓨터가 농민으로부터 자율주행 또는 원격제어 명령을 수신하여 무선통신을 통해 그 명령을 전달하며 자율주행 농기계는 전달받은 명령을 수행하기 위해 경로를 생성하여 추종 알고리즘을 실행하거나 원격제어 신호에 따라 제어함수를 실행하고 엑추에이터를 제어한다.

그리고 자율주행 농기계는 전송된 명령에 따라 제어되는 상황을 경작지에 위치한 카메라가 촬영하여 인터넷을 통해 농민에게 전송한다. 따라서 농민은 자신의 제어 결과를 영상으로 확인하면서 농작업을 계속할 수 있다.

항법 시스템으로 GPS, INS, DR 센스 등과 제어명령을 수신하고 운전상태를 전송하기 위한 무선통신 시스템, 엑추에이터의 제어와 신호연산을 위한 시스템 제어기 등이 탑재된다.