제조용 로봇은 자동차 공장을 빠르고 효율적으로 만들었다. 그러나 제조용 로봇은 많은 양의 전기를 소비한다. 특히 자동차의 차체 외곽을 제작할 때 수많은 로봇이 배치되며, 전체 소비 에너지의 절반 이상이 여기에 사용된다.
에너지를 절약하는 한 가지 방법은 제어 시스템의 효율적인 사용을 포함한다. 오늘날의 로봇은 작업을 수행할 때 급출발 및 급정지를 하면서 덜컥거린다. 로봇 팔은 직선을 따라 움직이다가 임의의 방향으로 회전하기 전에 갑자기 제동을 수행하고, 다시 가속을 한다. 이것은 상당한 양의 구동 에너지를 소모하며, 기계적인 부분에 응력을 인가하게 된다.
지난해(2014년)에 지멘스(Siemens)는 자동차 산업에서 사용되는 제조용 로봇의 전력 소비를 줄이기 위하여 가속 에너지를 덜 요구하는 동작 패턴을 갖도록 하는 것에 관하여 지멘스의 최신 잡지(잡지명: Pictures of the Future)에 그 연구 결과를 발표한 바 있다.(GTB2014060214)
유사한 연구로 최근에 스웨덴의 킬머 공대(Chalmers University of Technology) 연구자들은 새로운 최적화 알고리즘을 적용하여 주어진 생산 시간을 유지하면서도 산업용 로봇의 가속을 최소화하여 최대 40%까지 에너지 소비를 줄일 수 있었다.
로봇의 동작 최적화는 가속 및 감속의 빈도를 줄일 뿐만 아니라, 로봇이 정지 상태에 있는 시간도 줄인다. 왜냐하면 로봇이 정지 상태에 있을 때도 에너지를 소비하기 때문이다.
“우리는 로봇이 다음 순서를 수행하기 전에 따라잡기 위하여 다른 로봇이나 기계를 기다리는 대신에 단순히 더 느리게 움직이도록 하였다. 또한, 동작의 최적화는 전체 수행 시간을 줄이지 않은 채로 에너지 소비를 최소화하기 위하여 다양한 작업들이 수행되는 순서를 결정한다”고 미국의 자동차 제조업체인 제너럴 모터스(General Motors) 등을 포함하여 여러 업체들과 함께 이 연구를 시작한 킬머 공대의 벵트 렌나르트손(Bengt Lennartson) 교수가 말했다.
이러한 동작 최적화는 결코 로봇의 동작 경로를 변경하지 않으며, 단지 속도와 순서만 바꾼다. “그리하여 우리는 기존의 로봇 셀(robot cell)에서 현재의 생산 주기나 제품에 영향을 주지 않고 신속한 최적화를 수행할 수 있다”고 벵트 렌나르트손 교수가 말했다.
안전한 최적화를 달성하기 위하여 동일한 지역에서 움직이는 여러 로봇들을 조화시킬 필요가 있다. 그러므로 최적화 도구는 초기에 로봇이 어디에서 충돌하는지를 식별하고, 각각의 충돌지역 및 각각의 로봇 경로에 대한 입구 및 출구 위치를 확인할 것이다.
“처음으로 수행된 시험 결과는 15% 내지 40% 정도의 에너지 절약과 같은 현저한 개선을 보였다. 그러나 이것은 아직 예비적인 결과이다. 실제의 에너지 절약을 추정하기 위하여 산업체 현장에서 더 많은 시험이 요구된다”고 이 새로운 최적화 전략의 적용을 책임지고 있는 킬머 공대의 크리스토퍼 벵트손(Kristofer Bengtsson)이 말했다.
최적화 프로그램은 임의의 충돌 지역뿐만 아니라 한 동작 주기 동안에 각각의 로봇이 수행하는 동작을 기록하는 것부터 시작한다. 이러한 정보는 로봇이 직접적으로 수행하는 새로운 제어 명령을 발생시키는 최적화기(optimizer)에 의하여 처리된다.
“우리의 목표는 이러한 형태의 최적화를 표준으로 만들고, 처음부터 로봇에 최적화기가 포함되도록 하는 것이다. 이를 통하여 동작 순서를 조절할 때마다 새로운 최적화 방법은 자동으로 수행될 것이다. 그러나 우리 모두가 알다시피 개발 단계의 제품을 강건한 제조 공정으로 변환하는 데에는 수년간의 공학적 작업이 요구되는 등 시간이 걸린다”고 크리스토퍼 벵트손이 말했다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
