자율 모바일 로봇 유형 및 응용 분야

자율 모바일 로봇(AMR)은 더욱 다양한 산업의 물류 분야에서 사용되고 있습니다. 컨베이어와 같이 고정된 물질 운송 시스템과 달리 AMR은 고정된 경로로 제한되지 않고 시설에서 이동하며 다닐 수 있습니다. AMR은 무선 통신과 온보드 내비게이션 시스템을 통해 다음에 이동할 장소에 대한 명령을 수신할 수 있습니다. AMR은 프로그래밍 작업 없이 요청된 위치로 이동 가능하며 장애물을 만날 경우 대체 경로를 찾을 수도 있습니다. AMR은 부가가치를 제공하는 복잡한 작업을 수행할 인력을 확보하기 위해 재료 운반, 들기, 내려놓기와 같은 부가가치가 없는 작업을 수행하여 창고 작업, 제조 공정 및 워크플로를 더욱더 효과적이고 생산적으로 만들 수 있습니다. AMR은 비교적 최신 기술이지만 이미 각각 특정 유형의 작업을 수행하도록 최적화되어 다양한 종류로 나누어져 있습니다.

이 기사에서는 컨베이어 시스템, 자동 운반차(AGV)와 같은 기존 이동성 솔루션을 AMR과 비교 및 대조하고, AMR을 사용할 때의 이점과 AMR 설계 확산으로 인해 AMR의 활용이 어떻게 증가하는지를 알아봅니다. 그런 다음 정밀 탐색 기능, AMR이 작업자의 안전에 미치는 잠재적 영향, AMR을 관리 및 시뮬레이션하는 방법을 비롯하여 다른 시스템과 AMR의 소프트웨어 통합에 대해 살펴봅니다. 마지막으로 정기 유지보수를 통해 AMR의 수명을 최대화하고, 예기치 않은 다운타임이 발생하기 전에 잠재적 문제점을 파악하고, 예약된 중단과 기타 운영 고려 사항에 따라 수리와 부품 교체를 예약할 방법을 간략하게 살펴봅니다.

AGV는 컨베이어보다 더 유연하게 특정 위치로 물체를 운반할 수 있지만, AMR만큼 유연하지는 않습니다. AGV도 컨베이어와 마찬가지로 고정 경로를 사용합니다. 하지만 AGV를 사용하면 컨베이어 시스템보다 더 쉽고 빠르게 경로를 수정할 수 있습니다. AMR은 작업자와의 협업이 원활하며, 훨씬 더 유연하며, 특정 작업을 수행하는 데 가장 효율적인 경로를 찾을 수 있습니다. AMR은 장애물을 만날 경우 경로를 적절히 변경하여 목적지까지 계속 이동할 수 있습니다. AGV는 장애물을 만날 경우 작동을 멈추며 미리 지정된 경로를 따라 계속 이동하려면 도움이 필요합니다(그림 1). AMR은 중앙 집중식 온보드 컴퓨팅 전력과 정교한 센서를 조합하여 환경을 파악하며 고정 장애물(예: 랙, 워크스테이션)과 가변 장애물(예: 지게차, 사람, AGV, 다른 AMR)을 우회하여 이동할 수 있습니다.

그림 1: AMR이 장애물에 접근할 경우 독자적으로 장애물을 피하여 이동할 수 있습니다. AGV가 장애물에 접근할 경우(오른쪽) 지원자가 도착해야 작동을 멈춥니다. (이미지 출처: Omron)

통합 도구 키트(ITK)는 제조 실행 시스템(MES), 창고 관리 시스템(WMS)과 같은 클라이언트 응용 소프트웨어와 AMR 간의 중앙 집중식 통합을 지원하는 Omron의 인터페이스입니다. 예를 들어 창고 및 유통 센터 환경에서 AMR을 창고 제어 시스템과 통합하면 AMR이 시설 내 위치 간에 경로를 더욱 유연하게 찾을 수 있습니다. 따라서 로봇이 대부분의 동적인 주문 처리 및 창고 운영 환경 내에서 훨씬 효율적으로 사람과 협력할 수 있습니다.

AMR을 AGV처럼 작동 가능

컨베이어, 피더, 테스트 스탠드 등으로 물체를 운반하는 일부 AMR 응용 분야에서는 특정 위치에서 로봇이 멈추어야 하는 높은 정확성과 반복성이 요구됩니다. Omron AMR을 사용하는 시스템 관리자는 두 고정밀 포지셔닝 시스템인 셀 정렬 포지셔닝 시스템(CAPS)과 고정밀 포지셔닝 시스템(HAPS) 중에서 선택할 수 있습니다. CAPS 또는 HAPS는 목표 도착 정밀도를 약 ±100mm에서 ±8mm로 개선할 수 있습니다. AMR 전면의 기본 안전 스캐닝 레이저는 CAPS 기술에서 목표 위치를 감지하는 데 사용되며 AMR이 해당 위치로 정확히 이동할 수 있도록 합니다.

또한 HAPS 기술은 정의된 공간을 높은 정밀도로 일관되게 통과하거나 사전 정의된 목적지에서 약간 방향을 틀어 정확히 멈출 수 있습니다. HAPS를 사용하면 AMR이 AGV처럼 바닥의 자기 테이프를 따라 목적지로 이동할 수 있습니다. AMR 밑면에 있는 HAPS 센서는 완전 자율 모드에서 자기 테이프에 정의된 경로로 부드럽게 전환하는 데 사용됩니다. 그러면 AMR은 온보드 센서와 바닥 마커를 조합하여 특정 위치로 정확히 이동한 후 멈춥니다(그림 2).

그림 2: Omron CAPS(왼쪽)는 자율 내비게이션과 결합한 AMR의 전면 스캐닝 레이저를 사용하여 목표 위치를 높은 정밀도로 찾은 후 이동합니다. HAPS(오른쪽)는 마커(예: 자기 테이프)와 온보드 센서를 조합하여 특정 영역으로 이동한 후 멈춥니다. (이미지 출처: Omron)

HAPS 모드로 작동할 경우 Omron AMR은 특정 지점에서 자기 테이프 경로를 시작하거나 종료할 수 있습니다. 따라서 AMR이 자연적인 특성의 자율 내비게이션에서 AGV형 자기 테이프 가이드로 부드럽게 전환할 수 있습니다. 전면과 후면에 HAPS 센서가 장착된 경우 AMR은 자기 테이프 경로를 따라 정확히 앞뒤로 이동할 수 있습니다.

개발자, 통합자 및 최종 사용자는 Omron AMR 시스템을 다양한 페이로드와 작업에 따라 맞춤 설정할 수 있습니다(그림 3). CAPS와 HAPS를 조합하면 ITK에서 지원하는 시설 통합 가능성 외에도 정확하고 반복 가능한 포지셔닝이 필요하고 다음과 같은 새로운 응용 분야를 시작할 때 AMR의 기능이 향상됩니다.

• 물건으로 가득 찬 장바구니 운반
• 매장 내 재고 검사
• 물품을 호텔 손님에게 전달하거나 고가 부품을 워크스테이션에 전달하는 보안 운송업체 로봇
• 공공장소 소독
• 맞춤형 협업 AMR
• 컨베이어 상단
• 최대 1,500kg의 무거운 물체 운반

그림 3: AMR은 특정 작업 수행에 최적화된 다양한 구성으로 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Omron)

안전한 로봇

AMR은 안전한 작동이 필수입니다. 표준 안전 센서의 예로는 장애물 감지를 위한 후면 음파 탐지기 및 전면 레이저, 물체와 접촉할 경우 AMR을 멈추기 위한 전면 범퍼 센서, 근처에 있는 사람에게 AMR이 작동 중임을 경고하는 조명 디스크가 있습니다(그림 4). 돌출되거나 매달린 장애물 식별과 같은 특정 요구 사항에 따라 센서를 선택적으로 추가할 수 있습니다. AMR은 EN 1525(산업용 트럭, 무인 트럭 및 시스템 안전), ANSI 56.5:2012(산업용 무인 자율 주행 차량 및 유인 산업용 차량의 자동 기능에 대한 안전 표준), JIS D 6802:1997(자율 주행 차량 시스템에서 안전에 관한 일반 규칙) 등 다양한 국내 및 국제 안전 규정을 준수해야 합니다.

그림 4: Omron AMR은 ISO EN1525, JIS D6802 및 ANSI B56.5 안전 표준을 준수하고, 안전을 전담하는 여러 표준 센서를 갖추고 있으며, 특정 응용 시나리오에서 향상된 안전을 위해 센서를 선택적으로 탑재할 수 있습니다. (이미지 출처: Omron)

시스템 레벨 안전 평가

다양한 국내 및 국제 표준을 준수하는 것은 AMR 안전의 시작에 불과합니다. AMR은 진화하는 기술입니다. AMR은 점점 더 복잡해지고 무거운 페이로드를 처리하므로 안전과 관련한 새로운 과제를 제시합니다. Omron은 AMR과 관련하여 진화하는 안전 문제를 해결하기 위해 설계 지원, 위험 평가, 테스트, AMR 배치 검증을 지원하는 안전 컨설팅 서비스를 제공합니다. 예를 들어 새로운 ISO 3691-4 표준에는 모바일 로봇과 다른 구조물 사이의 공간거리에 대한 특정 요구 사항이 있습니다. Omron 안전 서비스 컨설턴트가 제공하는 지원은 다음과 같습니다.

• ISO 3691-4에 규정된 레이아웃 설계 검토 및 영역 식별
• 특히, 트래픽이 높거나 무거운 하중을 운반하는 응용 분야에서 설계 계산
• 현장 솔루션 테스트 및 검증

AMR 시스템 관리자

AMR을 하나만 배치하는 일은 거의 없습니다. 일반적으로 AMR을 100대 배치하며, Omron은 조직에서 전체 시설 운영 성능과 상주 로봇 시스템을 최적화할 수 있도록 데이터 캡처, 분석 및 보고 기능이 내장된 AMR 관리 솔루션을 제공합니다. Enterprise Manager 2100 네트워크 어플라이언스는 AMR 시스템을 관리하도록 설계된 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션입니다(이미지 5). 대기열 관리 소프트웨어는 개별 AMR과 통신하는 데 사용되며, 사용자 또는 자동화 장비의 작업 요청에 따라 각 AMR에 작업을 할당합니다.

그림 5. Omron 2100 Enterprise Manager 네트워크 어플라이언스는 최대 100대의 AMR 시스템을 관리하도록 설계되었습니다. (이미지 출처: Omron)

Omron Fleet Operations Workspace(FLOW) 솔루션은 Enterprise Manager 2100에서 실행되며 모바일 로봇 위치와 트래픽 흐름을 모니터링하는 지능형 기업 차량 관리 시스템을 제공합니다. Enterprise Manager 2100을 사용하여 AMR 구성을 관리 및 업데이트할 수 있습니다. 이 어플라이언스는 AMR의 상호 작용과 이동을 조율하여, 근처에 있는 모든 AMR의 위치와 경로를 각 로봇에 알려줍니다. FLOW 소프트웨어는 다양한 로봇 관리 작업을 자동화하여 제조 실행 시스템(MES)과 전사적 자원 관리(ERP) 시스템에서 프로그래밍 수요를 줄입니다. FLOW의 특징은 다음과 같습니다.

• Restful, SQL, Rabbit MQ, ARCL 등 산업 표준 기반 시스템 통합 도구 키트
• 중요도에 따라 작업 우선순위 지정
• 사람 및 로봇 트래픽에 따라 가장 가까운 경로 식별 및 선택
• 차단된 경로 식별 및 대체 경로 지정
• AMR 작업 할당 최적화
• 배터리 충전 일정을 최적화하여 시스템 가동 시간 최대화

시뮬레이션을 통해 AMR 시스템 최적화 가능

시스템 관리를 위해 EM2100 네트워크 어플라이언스를 배치하기 이전에도 Fleet Simulator 소프트웨어를 사용하여 자율 모바일 로봇 시스템을 위한 트래픽과 워크플로를 계획하고 가능한 문제점을 파악한 후 해결할 수 있습니다. Omron의 Fleet Simulator를 사용하면 실제 시설 맵에 기반하여 AMR 현지화, 경로 계획, 장애물 회피, 작업 시뮬레이션 및 시스템 관리를 정확히 모델링할 수 있습니다. 또한 시뮬레이션을 사용하여 AMR 시스템의 조성을 최적화하고 처리량을 예측할 수 있습니다. 현장 소프트웨어 업데이트를 사용하거나 공장에서 EM2100을 Fleet Simulator로 구성할 수 있습니다.

그림 6: Omron Fleet Simulator는 2100 Enterprise Manager 네트워크 어플라이언스에서 실행되며 전체 이기종 AMR 시스템을 배치하기 전에 최적화할 수 있습니다. (이미지 출처: Omron)

AMR wellness

현장에서 AMR은 지속적으로 작동해야 하므로 예방적 유지보수가 성공적인 배치의 필수 요소입니다. Omron은 이러한 요구 사항을 지원하기 위해 개별 AMR에 대한 정기 시설 내 상태 평가를 포함하는 Wellness Visits 서비스를 제공하므로 유지보수를 예약하여 큰 비용이 소요되는 다운타임을 최소화할 수 있습니다. Wellness Visits의 이점은 다음과 같습니다.

• AMR 작동 수명 최대화
• 최대 AMR 작동 효율성 유지
• 미리 잠재적 문제를 식별하여 예기치 못한 다운타임 최소화
• 예약된 가동 중단 및 기타 운영 고려 사항에 따라 수리 및 부품 교체 사전 예약

요약

AMR을 사용하여 재료를 들고 내리면 창고 작업, 제조 공정 및 워크플로를 더욱더 효과적이고 생산적으로 만들어 부가가치를 제공하는 복잡한 작업을 수행할 인력을 확보할 수 있습니다. AMR을 사용하는 작업이 점점 다양해지면서 새로운 AMR 형식이 개발되어 AMR 시스템 관리가 복잡해졌습니다. AMR 시스템을 관리하려면 AMR 시스템을 출시하기 전에 합성 환경에서 AMR 상호 작용을 시뮬레이션합니다. 시스템을 배치한 이후에는 AMR을 안전하고 효율적으로 작동하고 다운타임을 최소화해야 합니다. 중앙 집중식 하드웨어 및 소프트웨어 어플라이언스를 사용하여 잠재적 AMR 배치를 시뮬레이션하고 AMR 시스템이 안전하고 효율적이고 안정적으로 작동하는지 모니터링할 수 있습니다.