최근 개발되고 있는 지능형 로봇은 정밀기계, 전기, 전자와 같은 전통기술은 물론, 신소재, 반도체, 인공지능, 그리고 IT, BT, NT와 같은 첨단 기술이 집약된 고난도의 엔지니어링 능력이 요구된다.
따라서 지능로봇의 효과적인 개발을 위해서는 최신 기술 및 각종 연구 결과물, 그리고 다양한 제어장치를 유연하게 통합할 수 있는 로봇용 소프트웨어 및 하드웨어 플랫폼이 필수적이다.
현재 NI의 소프트웨어 및 하드웨어는 LEGO 로봇, 무인 자동차/항공기, 극한 작업 로봇, 휴머노이드 등 다양한 분야에 효과적으로 적용되어 지능형 로봇을 위한 통합 플랫폼으로 널리 각광받고 있다.
지난 호에 이어 이번 호에서는 프로토타입으로 개발된 제어기를 어떻게 효과적으로 실제 제품으로 배포하는가에 대한 해법에 대해 다루겠다.
<편집자 주>
한국내쇼날인스트루먼트 전략마케팅
팀장 석상옥
●● 디자인, 프로토타입, 배포를 하나의 플랫폼으로
·GSD: 그래픽 기반 시스템 디자인
로봇 제어기 개발을 위해 제품을 설계하고, 시뮬레이션 하고, 프로토타입까지 잘 마무리하였다면, 이제 남아있는 문제는 이 개발된 프로토타입을 판매하기 위한 상품에 탑재하기 위한 임베디드 제어기로 배포하는 것이다.
이 과정에서 발생하는 난제는 설계, 프로토타입, 배포 과정에 사용되는 소프트웨어 툴이 제 각각이기 때문에, 이전에 만들었던 결과물들을 그대로 이용하지 못하고 새로운 툴로 처음부터 다시 적용 하는 작업을 되풀이하게 되어 시간과 비용이 많이 소모된다는 점이다.
이러한 상황의 해결책으로서 최근 각광받고 있는 것이 그래픽 기반의 프로그래밍 환경을 이용한 시스템 설계, 즉 그래픽 기반 시스템 디자인(GSD; Graphic System Design)이다.
GSD는 텍스트 기반의 프로그래밍 언어가 가지고 있는 복잡함과는 달리 직관적인 프로그래밍 환경이 제공되므로 어플리케이션 구축을 위해 소프트웨어 개발 시에 소요되는 인적 자원과 시간을 크게 절감시킨다.
게다가 설계, 프로토타입, 배포의 세 단계를 통하여 하드웨어와 소프트웨어를 통합한 어플리케이션 구성을 가능케 한다.
이제 가장 대표적인 그래픽 기반 프로그래밍 언어인 LabVIEW를 이용한 GSD와 이에 적용 가능한 제어기 배포 하드웨어 타겟에 대해 알아보겠다.
·설계, 프로토타입, 배포 프로세스의 난제 및 해결 방안
(1) 설계
지능형 로봇의 제어기 설계는 전기, 소프트웨어 및 기계 엔지니어링을 포함하는 고난도의 프로세스로, 수백 개의 센서, 수십 개의 액추에이터 및 제어 루프, 네트워킹 및 자가 진단과 같은 다양한 소프트웨어 서브시스템 설계를 포함한다.
또한, 이 복잡한 시스템의 동작을 시뮬레이션 하기 위해 시스템 식별, 시뮬레이션, 제어기 설계 툴을 사용하여 모델을 생성하고 제어 알고리즘을 개발해야 한다.
하드웨어와 소프트웨어의 통합 어플리케이션 설계의 난제 중 하나는 여러 가지 서로 다른 하드웨어의 드라이버와 사용자 인터페이스의 동시 구성이다.
이를 하나의 플랫폼으로 구성하기 위하여 LabVIEW는 회로 설계, 시뮬레이션, 기계/CAD 및 임베디드 소프트웨어와 같은 다양한 타사 툴과의 상호 운영성을 제공하며, 타겟에 따라 텍스트 기반의 C 코드, VHDL, MathScript 또는 DLL 호출이 가능하다.
(2) 프로토타입
프로토타입은 설계 단계에서 개발한 알고리즘 및 임베디드 코드를 실제 시스템 및 환경에 적용하는 프로세스이다.
프로토타입은 사용자가 제품 개발 프로세스 과정 중 보다 이른 시기에 중요한 엔지니어링 작업을 시작하여 설계 팀이 목표와 요구 사항을 구체화하도록 지원할 수 있기 때문에 새로운 설계를 보다 신속하면서도 신뢰할 수 있게 출시하도록 도와준다.
LabVIEW에는 사실상 모든 유형의 센서 또는 액추에이터에 대한 지원이 포함되어 있기 때문에 LabVIEW를 통해 알고리즘 및 로직을 실제 입출력 신호에 보다 쉽게 연결할 수 있다.
기존의 PC 기반 입출력 모듈 이외에도 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 기반 CompactRIO가 프로토타입 용으로 인기를 더해가고 있다.
점차 대다수의 시스템들이많은 기능을 가지면서도 소형화하는 추세이므로 System-on-Chip(SoC) 즉, 회로를 칩으로 구성하는 경향은 더욱 커지고 있다.
기존의 FPGA를 위한 VHDL, DSP/MPU를 위한 Embedded C 또는 어셈블리(또는 그 둘의 조합)는 개발 시간과 비용에서 큰 부담을 준다.
그러나 GSD를 이용하면 CompactRIO와 LabVIEW를 통해 손쉽게 제어기의 입출력 및 신호 처리 작업 수행을 위한 FPGA 프로그래밍이 가능하다.
다시 말하면, 재구성 가능한 FPGA의 그래픽 기반 프로그래밍 기술이 CompactRIO를 이용한 제어기 프로토타입의 핵심이다.
