Paper-AR, 산업용 로봇 교시 관련 논문 1

 오늘은 조금 별난 걸 해볼까 한다. 현재 내가 소속해 있는 연구실에서는 문헌조사라고 해서 자신의 연구 분야와 관련이 있는 논문을 대략 10개 읽고 요약/정리 해서 발표하는 프레젠테이션이 1년에 1~2회 있다. (자세한 건 언젠가 연구실 이야기를 다루면서 한번 이야기 해볼 예정이다.) 그래서 요즘 전에 읽었던 논문들과, 새로 찾은 영어 논문들을 일본어로 간략히 요약/정리하는 작업을 진행하고 있다. 중간에 한국어를 한번 경유하기 때문에 겸사겸사 정리한 내용을 포스팅해보게 되었다. 현재 내가 연구하고 있는 AR을 통한 산업용로봇 교시 지원 시스템 개발과 관련이 있는 연구 논문을 정리한 것 올릴까한다. 이 분야에 대해서 잘 모르더라도 이과생이라면 알기 쉽도록 풀고 정리해서 올릴 예정이니, 관련 분야에 관심이 있는 사람은 간단히 살펴보도록 하자.

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오늘 살펴볼 논문의 제목은 "CAD-AR An Intuitive Robotic Teaching Pendant for Skill-based Industrial Robot Programming"이다. 저자는 Sarah Li , Cole Shing , Yvonne Coady , H.F. Machiel Van der Loos , Elizabeth Croft  이다. 구글링 하면 바로 나오니 관심이 있으면 한번 직접 읽어보는 것도 좋을 것 같다. 제목의 뜻은 "심화 산업 로봇 프로그래밍을 위한 직관적인 로봇 교시 펜던트" 라는 뜻이다.

좀 더 쉽게 말하면, 이미 간단한 로봇의 동작 지시는 직관적인 제스쳐,게임 패드, 음성인식, 터치 스크린 등등을 활용하는 방식으로 이미 내릴 수 있다. 하지만, 아직까지는 산업용 로봇에서는 여러가지 이유로 인해서 잘 적용이 되어 있지 않다. 좀더 복잡한, 장애물을 회피하면서 적절한 속도로 움직여야 하는 것과 같은 복잡하고 어려운 동작을 지시하여야 하기 때문이다. 그렇기에 이번에는 그런 어려운 동작에도 직관적인 동작 지시를 도입할 수 있는 청사진을 제시하는 연구이다. 

 도입부에서는 빠르게 변화하는 제조 환경에서는 사람과 협동할 수 있거나 사람을 대체할 수 있는 산업용 로봇에 의한 자동화에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있는데, 이러한 로봇을 좀 더 직관적이고 빠르게 프로그래밍 함으로써 더욱 유연하게 상황에 대처할 수 있게 할 필요가 있다는 배경을 설명한다. 그리고는 다양한 방식(AR,시뮬레이션,음성인식,제스쳐인식)을 활용한 CAD-AR 프로그래밍 인터페이스를 제시한다. 전문 지식이 없는 사람도 빠르게 숙달 할 수 있도록 직관성을 높게 디자인 했으며, 마이크로소프트 사의 홀로렌즈와 7자유도의 로봇팔을 활용해서 개발을 진행했다. 소프트웨어적으로는 unity, C#, 비쥬얼스튜디오로 홀로렌즈를, 그리고 ROS, c++ 등등으로 로봇팔을 제어한다. 개인적으로 개발환경이 나와 거의 비슷해서 놀랐다. 다행히도 연구내용은 나와 비슷한듯 전혀 방향성이 달랐다. 그리고 음성인식으로 간단한 워크플로우를 제어해나가며 점을 통해서 목표 지점을, 그리고 세부 궤도를 수정한 뒤 캐드 모델로 시뮬레이션을 직접 눈으로 확인한 뒤 로봇을 움직이는 과정으로 실험이 진행되었다.

실제로 실험을 해본 결과, 일단 모든 참여자가 제시된 워크플로우를 완수했다고한다. 다만, 몇가지 문제점이 지적되었다.

 제스쳐 인식에 있어서 홀로렌즈의 제스쳐 인식에 대한 하드웨어/소프트웨어적인 한계가 있었고, 이로 인해서 참가자들이 피로를 느끼기도 했다. 그리고 제스쳐의 경우 입력이 되었는 지에 관한 구체적인 피드백이 홀로그램 이외에는 존재하지 않아서 인식에 불편함이있었다고 한다. 이에 저자들은, 물리적 모션 센서(스팀에서 나오는 VR게임 컨트롤러 같은 것)를 도입해서 홀로렌즈의 제스쳐 인식을 개선 하고 물리적 피드백을 가해주는 방안을 제시했다.  또한 위치를 기반으로 제어를 수행하였기 때문에 움직이는 동안 흔들리는 등등의 문제가 있어 신뢰도가 낮게 평가 되었다고 한다.  이에 위치가 아닌 속도에 기반을 둔 제어 방식과 그로 인해 발생하는 위치 오차를 교정하기 위한 피드백 루프를 제시했다. 그리고 CAD의 요소를 좀더 통합해서 캐드 모델의 장점을 도입할 계획이라고 한다. 점/면과의 제약 조건 등을 도입함으로써 장애물이나 주변 환경을 회피해가면서 기동하는 데 있어서 더욱 도움이 될 것이다. 앞으로 아직 한계가 있는 방식이지만,  CAD-AR방식은 잠재적으로 산업 로봇 교시에 적용 될 수 있을 것이라고 말하면서 이 논문은 끝을 맺는다. 

 간단히 요약하면, 이러한 몇가지 수단을 로봇에 적용하는 것이 가능하며 몇몇 점들을 개선한다면 복잡한 동작을 프로그래밍 할때에도 CAD모델과 AR을 활용하고, 직관적인 인터페이스를 이용해서 비교적 초보자들도 로봇의 프로그래밍을 수행할 수 있을 것이라는 연구이다.

 이러한 계열의 연구는 사실 대부분이 프로그래밍이기 때문에 내용은 말로 쓰면 그렇게 이해하기 어렵진 않은 것 같아서 다행이다. 또 논문을 정리하게 된다면 이 시리즈로 찾아오도록 하겠다.

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