다중 로봇 협업: 단일 로봇 지능에서 시스템 지능으로

안녕하세요, 저는 HONPINE의 창립자 Allen Li입니다.

지난 몇 년간 우리는 한 가지 질문에 대해 깊이 고민해 왔습니다. 로보틱스의 다음 단계를 규정할 것은 무엇일까요? 개별 로봇의 성능을 지속적으로 향상시키는 것일까요, 아니면 여러 로봇이 지능형 시스템으로 함께 작동할 수 있도록 하는 것일까요?

저는 두 방향 모두 중요하다고 생각합니다. 단일 로봇의 지능은 계속 발전하겠지만, 로봇이 물류, 제조, 건설, 검사, 특수 작업, 휴머노이드 로보틱스 및 지능형 자동화와 같이 점점 더 복잡한 응용 분야로 진출함에 따라 한 대의 로봇이 단독으로 달성할 수 있는 범위에는 분명한 한계가 있습니다.

제가 더욱 관심을 두는 것은 로봇이 독립적으로 작동하는 단계에서 벗어나 정보를 공유하고, 작업을 배분하며, 움직임을 조정하고, 환경 변화에 대응할 수 있는 연결된 시스템 노드가 되는 전환입니다.

이것이 제가 다중 로봇 협업이 미래 로보틱스 발전의 중요한 방향 중 하나가 될 것이라고 믿는 이유입니다.

다중 로봇 협업은 단순히 로봇 수를 늘리는 것 이상입니다

사람들이 다중 로봇 시스템을 처음 생각할 때, 한 대의 로봇이 하나의 작업을 완료할 수 있다면 열 대의 로봇은 열 배의 작업을 완료할 수 있다고 가정하는 것은 자연스러운 일입니다.

하지만 실제로는 훨씬 더 복잡합니다.

단일 로봇이 독립적으로 작동할 때 기본적인 질문은 대개 “내 작업을 어떻게 완료할 수 있는가?”입니다.

여러 로봇이 동일한 환경에서 작동할 때 질문은 훨씬 더 어려워집니다. “서로 방해하지 않으면서 어떻게 함께 작업을 완료할 수 있는가?”

여러 AGV가 동시에 자재를 운반하는 자동화 창고를 생각해 보십시오. 두 대의 모바일 로봇이 동시에 좁은 통로에 접근하면 어느 로봇이 우선권을 가져야 할까요? 여러 로봇이 동일한 작업을 수행할 수 있다면 어느 로봇을 선택해야 할까요? 작업에 가장 가까운 로봇이 갑자기 고장 나면 어느 로봇이 이를 대신해야 할까요? 여러 로봇이 동일한 작업 공간에 진입해야 한다면 접근과 이동을 어떻게 조정해야 할까요?

이들은 더 이상 개별 로봇의 단순한 모션 제어 문제가 아닙니다. 시스템 수준의 조정과 조직화 문제입니다.

따라서 성공적인 다중 로봇 시스템에는 추가 장비 이상의 것이 필요합니다. 로봇은 자신의 상태, 다른 로봇의 상태, 수행 중인 작업 및 다음에 발생할 수 있는 동작에 대해 공통된 이해를 가져야 합니다.

일반적인 ROS2 다중 로봇 아키텍처에서는 분산 통신, 네임스페이스 관리, 작업 할당, 대형 제어, 상태 동기화 및 충돌 회피가 함께 작동하여 조정된 로봇 운영의 기반을 구축합니다.

이로부터 저는 중요한 결론에 도달했습니다. 미래 로보틱스의 경쟁력은 개별 로봇의 성능뿐 아니라 전체 로봇 시스템이 얼마나 효과적으로 함께 작동할 수 있는지에도 좌우될 것입니다.

단일 로봇 지능에서 시스템 지능으로

저는 이것이 로보틱스 산업에서 중요한 전환을 의미한다고 생각합니다.

전통적으로 우리는 로봇을 평가할 때 가반하중, 위치 정확도, 속도, 반복정밀도, 관절 토크, 강성 및 신뢰성과 같은 파라미터에 중점을 둡니다. 이러한 사양은 계속해서 기본 요소로 남을 것입니다.

그러나 로봇이 조정된 시스템으로 작동하기 시작하면, 더 폭넓은 질문을 제기해야 합니다.

로봇은 다른 로봇이 어디에 있는지 지속적으로 파악할 수 있을까요? 다른 로봇이 어떤 작업을 수행하고 있는지 알 수 있을까요? 자신의 작동 상태를 실시간으로 공유할 수 있을까요? 이상 상태가 고장으로 이어지기 전에 식별할 수 있을까요? 작동 조건이 변경될 때 시스템은 작업을 신속하게 재분배할 수 있을까요? 통신이 중단되거나 한 대의 로봇을 사용할 수 없게 되면 어떻게 될까요?

이러한 질문은 로봇 아키텍처의 근본적인 변화를 보여줍니다.

로봇은 더 이상 사전 정의된 작업을 실행하는 단순한 기계가 아닙니다. 네트워크로 연결되고, 상태를 인식하며, 협업하는 지능형 노드로 진화하고 있습니다.

다중 로봇 시스템의 개발에는 이미 분산 통신, 작업 할당, 상태 동기화, 대형 제어 및 충돌 회피가 포함됩니다. 이러한 기술이 성숙함에 따라 개별 로봇과 더 큰 로봇 시스템 간의 경계는 점점 더 긴밀하게 연결될 것입니다.

이로 인해 HONPINE에 특히 중요한 또 다른 질문을 생각하게 됩니다.

로봇의 지능이 시스템 수준으로 올라간다면, 로봇의 움직임을 물리적으로 만들어 내는 관절은 어떻게 되어야 할까요?

로봇 관절은 로봇의 "근육" 그 이상이 되어야 합니다

이것은 HONPINE에서 탐구해 온 질문 중 하나입니다.

전통적인 로봇 관절의 정의에서 주요 역할은 명확합니다. 즉, 컨트롤러의 모션 명령을 기계적 움직임으로 변환하는 것입니다.

따라서 일반적인 통합형 로봇 관절 모듈은 정밀 감속기, 모터, 엔코더, 브레이크 및 구동 시스템으로 구성될 수 있습니다. 이 아키텍처는 기존 산업용 로봇에서 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다.

하지만 저는 미래의 로봇에 더 많은 것이 필요할 것이라고 생각합니다.

로봇이 다중 로봇 협업에 참여해야 한다면 관절은 명령받은 회전량만 알아서는 안 됩니다. 자신의 작동 상태도 이해해야 합니다.

실제 출력 위치는 어디인가요? 현재 속도는 얼마인가요? 관절은 어떤 하중을 받고 있나요? 온도는 안전 범위 내에 있나요? 통신 링크는 정상적으로 작동하나요? 브레이크는 정상적으로 작동하나요? 모터측 위치와 출력측 위치 사이에 비정상적인 차이가 있나요? 관절에 비정상적인 토크 또는 과부하 상태가 발생하고 있나요?

이 정보를 지속적으로 수집하여 로봇 제어 시스템으로 전송할 수 있게 되면, 관절은 단순한 수동형 액추에이터를 넘어섭니다.

관절은 로봇 모션 상태 정보의 중요한 원천이 됩니다.

이것이 제가 차세대 지능형 로봇 관절을 이해하는 방식입니다.

듀얼 엔코더가 점점 더 중요해지는 이유는 무엇일까요?

이것이 HONPINE이 듀얼 엔코더 기술을 중요하게 여기는 이유이기도 합니다.

기존의 단일 엔코더 구성에서 시스템은 모터측 피드백을 얻을 수 있습니다. 그러나 로봇의 실제 기계적 움직임은 감속 메커니즘의 출력측에서 발생합니다.

모터의 회전량이 최종 출력부에서 발생하는 정확한 움직임을 반드시 나타내는 것은 아닙니다.

이러한 이유로 모터측 엔코더와 출력측 엔코더는 서로 다르지만 상호 보완적인 기능을 수행할 수 있습니다.

모터측 엔코더는 모터 정류, 속도 제어 및 모터 위치를 위한 피드백을 제공할 수 있습니다. 출력측 엔코더는 전달 단계 이후 로봇 관절의 실제 위치를 직접 측정할 수 있습니다.

로봇의 모션 정확도, 동적 응답 및 상태 모니터링 요구 수준이 높아짐에 따라 출력측 피드백의 가치는 점점 더 커지고 있습니다.

다중 로봇 협업에서는 이것이 더욱 중요해집니다. 각 관절이 자신의 실제 모션 상태를 정확하게 판단할 수 있다면, 로봇 컨트롤러는 로봇에 대한 더욱 신뢰할 수 있는 실시간 모델을 구축할 수 있습니다.

이러한 관점에서 듀얼 엔코더는 단순히 관절 위치 정확도를 향상시키는 방법이 아닙니다. 로봇의 실제 모션 상태를 이해하기 위한 보다 완전한 피드백 메커니즘을 제공합니다.

위치 피드백에서 토크 및 힘 감지로

그러나 많은 미래 로봇 응용 분야에서 관절의 위치를 아는 것만으로는 충분하지 않습니다.

협동 로봇, 휴머노이드 로봇, 힘 제어 시스템 및 다중 로봇 조작에서는 또 다른 질문이 필수적입니다.

로봇은 어느 정도의 힘 또는 토크를 받고 있을까요?

동일한 물체를 함께 운반하는 두 대의 로봇을 생각해 보십시오. 각 로봇이 자신의 위치만 알고 물체에 가해지는 힘이나 토크에 대한 정보가 없다면, 안정적인 협조 동작을 유지하는 것은 훨씬 더 어려워집니다.

휴머노이드 로봇도 사람 또는 주변 환경과 물리적으로 상호작용할 때 유사한 과제에 직면합니다. 위치 정보만으로는 로봇과 외부 세계 간의 상호작용을 완전히 설명할 수 없습니다.

이것이 제가 로봇 관절 모듈의 발전이 점차 위치 피드백에서 위치, 토크, 힘 및 종합적인 관절 상태 정보의 조합으로 나아갈 것이라고 생각하는 이유입니다.

이제 질문은 단순히 관절이 정확하게 움직일 수 있는지 여부가 아닙니다. 움직이는 동안 관절이 발생하는 상황을 정확하게 감지할 수 있는지도 이해해야 합니다.

HONPINE에게 이는 통합형 토크 센싱 로봇 관절을 지속적인 연구개발의 중요한 분야로 만듭니다.

로봇 관절은 네트워크형 모션 노드가 되고 있습니다

또 다른 중요한 추세는 로봇 관절의 연결성이 증가하고 있다는 점입니다.

기존 로봇 아키텍처에서 컨트롤러와 관절 간의 관계는 비교적 단순할 수 있습니다. 컨트롤러가 명령을 보내면 관절이 이를 실행합니다.

미래의 로봇 시스템에는 훨씬 더 풍부한 상호작용이 필요할 가능성이 높습니다.

각 관절은 로봇의 실시간 제어 네트워크 내 노드가 될 수 있습니다. 모션 명령을 수신하는 동시에 위치, 속도, 토크, 온도, 전류, 고장 상태, 브레이크 상태 및 안전 상태와 같은 정보를 보고할 수 있습니다.

이 개념은 실시간 통신과 상태 동기화가 조정된 작동에 필수적인 분산형 다중 로봇 시스템의 발전과 자연스럽게 부합합니다.

HONPINE의 관점에서 이는 로봇 관절 모듈의 개발이 기계적 성능에만 집중해서는 안 된다는 것을 의미합니다.

기계식 전달, 전기 통합, 센싱, 통신 및 안전의 완전한 아키텍처를 고려해야 합니다.

정밀 감속기는 여전히 기본 요소이지만, 완전한 관절의 가치는 이러한 기술들이 얼마나 효과적으로 함께 작동하는지에서 점점 더 비롯됩니다.

안전은 지능형 로봇 관절의 기본 역량이 될 것입니다

로봇이 사람에게 더 가까워짐에 따라 안전은 점점 더 중요해질 것입니다.

이는 특히 협동 로봇, 휴머노이드 로봇, 모바일 로봇, 엔지니어링 로봇 및 동적 환경에서 작동하는 기타 시스템에 해당합니다. 하나의 관절 고장은 로봇 자체뿐 아니라 전체 로봇 시스템의 작동에도 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 미래의 로봇 관절 모듈에는 과전류 보호, 과온도 보호, 엔코더 오류 감지, 위치 편차 모니터링, 비정상 토크 감지, 통신 고장 감지 및 안전 토크 제어를 포함하는 더욱 종합적인 안전 메커니즘이 필요합니다.

예를 들어, HONPINE의HAG 시리즈는 통합합니다 브레이크 기능과 더불어 안전 아키텍처의 일부로 STO (Safe Torque Off)를 제공합니다.

브레이크와 STO는 서로 다른 목적을 수행합니다. 브레이크는 특정 조건에서 관절의 기계적 위치를 유지하는 데 도움이 될 수 있는 반면, STO는 모터의 토크 발생을 방지하는 드라이브 수준의 안전 기능을 제공합니다.

제 관점에서 이러한 기능들은 서로를 대체하는 것으로 보아서는 안 됩니다. 이들은 더욱 종합적인 로봇 안전 아키텍처 내에서 상호 보완적인 계층을 형성할 수 있습니다.

저는 안전 기능이 선택 사양에서 점차 지능형 로봇 관절의 기본 역량으로 발전할 것이라고 믿습니다.

HONPINE이 로봇 관절 모듈을 재고하는 이유는 무엇일까요?

이러한 모든 발전을 종합하면 미래의 로봇 관절은 하모닉 감속기, 모터, 엔코더 및 브레이크의 단순한 조합을 훨씬 넘어설 것이라는 점이 분명해집니다.

첨단 통합형 로봇 관절은 정밀 전달, 모터 기술, 듀얼 엔코더 피드백, 토크 센싱, 통합 구동 전자장치, 실시간 통신, 안전 기능 및 관절 상태 모니터링을 컴팩트한 아키텍처 안에 결합할 수 있습니다.

더욱 중요한 것은 이러한 기능들이 분리된 구성 요소로 존재해서는 안 된다는 점입니다. 통합된 지능형 모션 노드로 함께 작동해야 합니다.

이는 HONPINE의 로봇 관절 모듈 연구개발에서 중요한 방향입니다.

우리는 로봇 관절을 더 작고 가볍게 만들거나 더 높은 토크를 낼 수 있도록 하는 것에만 관심을 두지 않습니다. 이는 여전히 중요한 엔지니어링 목표이지만, 전체 그림은 아닙니다.

또한 로봇 관절이 어떻게 더 완전한 모션 상태 센싱, 통신, 안전 및 실행 역량을 제공할 수 있는지에 대해서도 고민하고 있습니다.

이것이 제가 차세대 지능형 액추에이터를 기존 로봇 액추에이터와 구분하게 될 요소라고 생각하는 바입니다.

차세대 로봇 관절 모듈을 위한 HONPINE의 방향

제품 및 기술 관점에서 저는 HONPINE이 다양한 로봇 응용 분야를 위해 서로 보완적인 여러 로봇 관절 플랫폼을 개발해야 한다고 생각합니다.

HPJM: 고신뢰성 및 고토크 로봇 관절

HPJM은 고토크, 강성, 신뢰성 및 장기 안정성이 매우 중요한 응용 분야를 대상으로 합니다.

산업용 로봇, 엔지니어링 로봇, 모바일 로봇 및 중장비 로봇 시스템은 종종 위치 정확도 이상의 성능을 요구합니다. 이들의 관절 모듈은 장기간의 작동 기간 동안 신뢰할 수 있는 모션 성능을 유지하면서 까다로운 하중을 견뎌야 합니다.

이러한 응용 분야에서 개발 우선순위는 고토크, 고강성, 정밀 전달 및 높은 신뢰성으로 유지됩니다.

HAG: 통합 구동, 안전 및 통신

HAG는 더욱 고도로 통합된 지능형 로봇 관절을 향한 또 다른 방향을 나타냅니다.

정밀 감속기, 모터, 엔코더, 구동 전자장치, 통신 인터페이스 및 안전 기능을 컴팩트한 관절 아키텍처에 통합함으로써 시스템 통합 복잡성을 줄이고 관절을 완전한 로봇 플랫폼에 더 쉽게 통합할 수 있습니다.

이 아키텍처는 공간, 배선, 시스템 통합 및 분산 제어가 중요한 고려 요소인 휴머노이드 로봇, 협동 로봇, 모바일 로봇 및 기타 응용 분야에 특히 적합합니다.

TCHL: 힘 제어 및 동적 상호작용을 위한 로봇 관절

제어된 물리적 상호작용이 필요한 협동 로봇, 휴머노이드 로봇 및 로봇 시스템에서 토크 정보는 점점 더 중요해집니다.

통합형 토크 센싱은 로봇이 관절의 위치와 움직임뿐 아니라 그러한 움직임과 관련된 힘과 토크도 이해할 수 있게 합니다.

제 생각에 미래 로봇 관절에 대한 질문은 더 이상 단순히 다음과 같은 것이 아닙니다.

이 관절은 정확하게 움직일 수 있는가?

또한 다음과 같습니다.

이 관절은 움직이는 동안 자신이 받고 있는 상태를 정확하게 이해할 수 있는가?

이것이 토크 센싱 로봇 관절이 HONPINE의 미래 기술 로드맵에서 중요한 부분이 될 이유입니다.

진정한 기회는 관절 지능입니다

차세대 로봇 관절 모듈에 대한 HONPINE의 이해를 요약해야 한다면, 저는 하나의 개별 하드웨어 사양에 초점을 맞추지 않을 것입니다.

제가 가장 주목할 가치가 있다고 생각하는 개념은 관절 지능입니다.

지능형 로봇 관절은 자신의 작동 상태를 모니터링하고 로봇 컨트롤러에 유용한 정보를 제공할 수 있는 능력을 가져야 합니다.

예를 들어, 비정상적인 온도 상태를 식별하고, 모터측 및 출력측 엔코더 피드백 간의 비정상적인 차이를 인식하며, 비정상 토크를 감지하고, 통신 중단에 적절히 대응하며, 필요한 경우 사전 정의된 안전 상태로 진입할 수 있어야 합니다.

작동 데이터가 축적됨에 따라 관절은 상태 모니터링과 조기 고장 감지도 지원할 수 있습니다.

다시 말해, 관절은 단순히 명령을 실행하는 단계에서 센싱, 모니터링, 피드백, 보호 및 모션 실행을 포함하는 더욱 완전한 역량으로 진화해야 합니다.

이것이 제가 지능형 액추에이터가 미래 로봇 시스템에 상당한 가치를 창출할 것이라고 생각하는 지점입니다.

다중 로봇 협업 시대에 로봇 관절 모듈은 어떻게 될까요?

처음에 시작한 질문으로 돌아가 보겠습니다.

다중 로봇 협업은 왜 점점 더 중요해질까요?

로봇이 정보를 공유하고, 작업을 배분하며, 움직임을 조정하고, 변화하는 조건에 집단적으로 대응할 수 있는 연결된 시스템으로 독립적인 기계에서 점차 진화하고 있기 때문입니다.

이 시스템 내에서 상위 수준 소프트웨어는 작업 계획, 경로 계획, 작업 할당, 로봇 조정 및 시스템 수준 의사결정을 담당합니다.

로봇 관절은 그러한 결정을 정밀하고 신뢰할 수 있으며 안전한 물리적 움직임으로 변환하는 역할을 합니다.

이로 인해 로봇 관절 모듈은 로봇 지능과 로봇 움직임 사이의 핵심 인터페이스가 됩니다.

로봇 아키텍처가 발전함에 따라 상위 시스템은 점점 더 지능화될 수 있으며, 관절은 점점 더 정확한 센싱, 통신, 안전 및 모션 실행을 제공해야 합니다.

따라서 관절은 로봇의 지능형 모션 계층에서 중요한 부분이 됩니다.

HONPINE은 더 나은 감속기만 만들어서는 안 됩니다

이는 HONPINE의 창립자로서 제가 자주 생각하는 질문 중 하나입니다.

우리가 자신을 단지 감속기 제조업체로만 정의한다면, 우리의 연구개발은 자연스럽게 전달 효율, 정확도, 수명, 토크 용량, 강성, 크기 및 중량에 집중하게 됩니다.

이들은 기본 기술이며, HONPINE은 계속해서 이에 투자할 것입니다.

그러나 로보틱스의 더 폭넓은 발전을 바라볼 때, 저는 우리의 목표가 더 나아가야 한다고 생각합니다.

우리는 정밀 감속기에서 액추에이터로, 액추에이터에서 통합형 로봇 관절 모듈로, 그리고 통합형 관절 모듈에서 지능형 모션 노드로 계속 나아가야 합니다.

이것은 단순히 제품 포트폴리오에 더 많은 제품을 추가하는 문제가 아닙니다.

이는 로보틱스에서 핵심 모션 부품의 역할을 이해하는 방식의 변화를 나타냅니다.

정밀 하모닉 감속기는 정확한 전달을 위한 기반을 제공합니다.

통합형 액추에이터는 전달 기술과 모터 기술을 결합합니다.

지능형 로봇 관절은 센싱, 제어, 통신 및 안전을 추가합니다.

이러한 기술들은 함께 로봇의 지능과 현실 세계와의 물리적 상호작용 사이에서 핵심적인 모션 계층을 형성할 수 있습니다.

미래의 로봇은 한 대의 로봇만이 아닐 수 있습니다

저는 로보틱스 산업이 중대한 구조적 변화로 나아가고 있다고 믿습니다.

과거에는 주로 로봇 한 대가 무엇을 할 수 있는지에 대해 이야기했습니다.

미래에는 로봇 시스템이 무엇을 달성할 수 있는지에 대해 점점 더 이야기할 수 있습니다.

우리는 개별 로봇이 얼마나 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는지에 집중했습니다.

다음 질문은 여러 로봇이 한 대의 기계로는 어렵거나 불가능한 작업을 완료하기 위해 어떻게 함께 작동할 수 있는지입니다.

로보틱스가 개별 기계에서 조정된 시스템으로, 단일 로봇 지능에서 시스템 지능으로 나아감에 따라 로봇 관절 모듈도 진화해야 합니다.

관절은 단순히 로봇의 기계적 "근육"으로 남아 있을 수 없습니다.

작동 상태를 감지하고, 정밀한 움직임을 실행하며, 로봇 제어 시스템과 통신하고, 전체 시스템의 안전성과 신뢰성에 기여할 수 있는 지능형 모션 부품이 되어야 합니다.

이것이 제가 HONPINE이 계속 투자해야 한다고 믿는 방향입니다.

우리의 목표는 단순히 더 우수한 하모닉 감속기나 더 높은 성능의 로봇 관절을 제조하는 것이 아닙니다.

우리는 미래 로봇을 위한 지능형 모션 계층 구축을 지원하고자 합니다.

이것이 제가 로보틱스의 다음 단계에서 HONPINE의 역할을 바라보는 방식입니다.

지능형 자동화의 미래를 구동합니다.

— Allen Li

창립자, HONPINE