한국식품연구원 (원장 백현동, 이하 식품연)은 비정형 제품을 박스에 넣거나 (인케이싱) 포장에서 꺼내는 (언로딩) 작업에 적합한 3D뎁스 카메라와 ICT 센서가 융합된 AI 기반의 스마트 그리퍼를 개발했다고 밝혔다.

이 기술은 기존 다품종 소량 유연 포장 공정의 수작업 방식과 비교해 작업 효율성을 18%, 생산성을 23%가량 향상시킬 수 있다.

                       < 비정형 밀키트 인케이싱 및 언로딩 작업 특화 스마트 그리퍼 >

식품연에 따르면 제조업에서의 AI 활용은 노동력 부족과 생산성 향상에 대한 요구를 해결하는 효율적인 수단으로 떠오르고 있다. 제조업의 AI 확산을 가속화하기 위한 AI 자율제조는 AI, 디지털트윈, 로봇 기술을 융합한 인간 개입을 최소화하는 무인 공장 구현을 목표로 하고 있다.

기존 자동화는 정해진 업무를 반복적으로 수행하도록 설정되어 있으나, 다품종 소량 생산 및 비정형 제품의 경우 공정 복잡성이 증가하고 병목 현상 등이 발생하여 작업자의 개입이 불가피하다.

기존의 로봇자동화 시스템은 개별 물체마다 놓여있는 위치, 각도 등이 다른 비정형 제품의 경우 컨베이어로부터 이송중인 제품의 정확한 위치를 인식하고 집어 올리는 ‘빈피킹’ 동작을 수행하는 데 어려움이 있다.

또한 냉동 제품의 경우 표면의 습기 등으로 로봇 말단에 부착된 그리퍼의 성능이 낮은 문제가 있었다.

 이러한 문제점을 극복하기 위하여 사람의 손 역할을 하는 그리퍼에 비정형 물체를 잡거나 들어 올릴 수 있도록 3D뎁스 카메라와 IoT 센서를 탑재하여 물체의 3차원 위치 정보 및 표면의 각도 그리고 수집된 데이터를 바탕으로 그립 여부를 AI를 통해 인지하고 그리퍼의 구조를 자동으로 피드백 제어할 수 있는 스마트 로봇 그리퍼를 개발했다.

이번 연구의 결과는 제품의 크기, 형상을 인식할 수 있는 3D 비전 AI 모델, 공압센서, 거리센서, 관성센서를 바탕으로 그리퍼의 구조를 자동으로 변환하는 제어 기술 등이 결합된 것으로, 기존 로봇 시스템에 정의된 궤적을 수정하지 않고도 제품을 찾아 집을 수 있는 위치로 이동하는 유연성을 확보했다는 점에서 기술적 가치가 높다.

이번 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술평가원(KEIT)의 AI 자율제조 선도프로젝트 과제로 수행했다.

 식품연 김태형 연구원은 “ 이번 연구 결과는 제조 로봇자동화 기술의 발전에 중요한 기여를 할 것이다 ” 며, “ 앞으로도 식품 제조 분야의 생산성 향상과 효율성 강화를 위해 첨단 기술을 융합한 AI 자율제조 기술 개발에 전념하겠다”고 밝혔다.

(농업환경뉴스 = 김선옥 기자)