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소비자의 요구가 다양해지고 인터넷 쇼핑몰이 급속히 보급되어가는 물류 분야에서는, 창고 작업에 있어서 예전보다 효율화된 관리를 요구하고 있다. 그러나 기존의 창고 자동화 설비는 취급하는 상품이나 작업의 종류에 한계가 있어 도입 가능한 창고 형태 역시 한계가 있다. 이러한 물류 분야에서 히타치는 다양한 형태의 창고에서 적재한 제품이나 이를 다루는 작업을 자동화하는 자율 이동형 양팔 로봇을 개발하고 있다.

사례 개요

  • 배경
    물류 분야의 복잡화로 이 물류를 지원할 로봇에 대한 기대감이 나날이 증가세다. 1960년대부터 산업용 로봇의 연구 개발에 힘써 온 히타치는 2003년부터 로봇 지능화를 목표로 자율적으로 이동이 가능한 물류 반송 시스템 연구를 진행하였고, 2015년에는 진열대 배치 변화에도 대응할 수 있는 무인 반송차량의 자율 주행 기술도 개발했다.
  • 프로젝트
    2015년, 히타치는 물류 창고에서 다양한 상품 꺼내기 작업을 빠르게 할 수 있는 자율 이동형 양팔 로봇을 개발했다. 독자적인 연동 제어 기술로 주행, 리프트, 2개의 팔로 적은 통신량으로 두 팔의 움직임을 효율적으로 조율하면서 유연하고 민첩한 동작을 구현했다.
  • 향후
    히타치는 대형 물류 센터가 취급하는 모양과 다양한 무게의 제품에도 대응하도록 자율 이동형 양팔 로봇의 소프트웨어와 하드웨어를 거듭 개량했고, 몇 년 이내에 히타치 내부에서 실용화를 성공하게 한 다음 상용화까지 이루도록 목표 삼았다.

배경

물류 업무의 변화에 대응 가능한 로봇 개발에 착수한 히타치

물류는 산업과 생활을 이어주는 생명선으로써 중요한 역할을 담당하고 있으며, 인간 육체에 비유하면 혈액 흐름에 비유할 수 있다. 최근 들어 소비자의 요구가 다양해지고, 인터넷 쇼핑몰이 급속히 보급되는 등의 배경으로 물류 네트워크의 핵심인 창고의 취급 상품 개수와 종류가 크게 변화하고 있다. 이 변화에 맞추어 유연하게 대응하면서도 높은 효율성의 운영 능력이 요구되고 있다. 이러한 난제의 해결 수단으로 물류 지원 로봇이 꼽히고 있고 이에 대한 기대감 역시 높아지는 중이다.

히타치는 1960년대 산업용 로봇 태동기부터 로봇을 연구 개발에 노력하였다. 그 예시로 아크 용접용 로봇과 같은 제조 지원용은 물론 우주에서 사용하는 로봇팔과 같은 특수 환경 작업용까지 다양한 로봇을 개발하였다.

  • 1963년 개발한 두 기구로 구성된 팔이 달린 서보 매니퓰레이터 (원격 조작 장치)

  • 1975년 개발한 일본 최초의 아크 용접용 로봇

  • 1990년 개발한 사족보행 로봇

2009년 상품화된, 바닥에 마커가 그려지지 않아도 스스로 자율 이동이 가능한 무인 반송차

그 후 2003년부터는 로봇 지능화에 초점을 맞추고 자율 이동을 구체적인 테마로 연구를 진행하면서 그 기술을 응용한 물류 운송 시스템 개발을 본격화했다. 이러한 사업의 목적은 업무 변화에 대응하는 유연성과 효율성을 양립할 수 있는 혁신적 물류의 구현이었다.

히타치는 2009년에 스스로 지도를 만들어 마커(백선 등 미리 그려진 궤도)가 없이도 이동 가능한 자율 주행 자동 차량을 상품화하였다. 아울러 2015년에는 무인 반송차가 진열대 배치 변화를 스스로 인지하여 대응하는 자율 주행 기술을 개발했다.

프로젝트

자율이동형 양팔 로봇을 개발한 히타치의 첨단 기술

일반적으로 무인 반송차는 공장이나 창고 등지의 물류 효율성 향상에 기여하지만, 예를 들어 물류 센터에서는 무인 반송차가 싣고 다니는 상품 등을 선반에서 꺼내 배송지를 구분해야 하는데 이때 사람의 직접적인 일손이 필요해진다. 반면 품종이 적은 창고에서는 제품 집하 작업을 효율적으로 수행하고자 자동 랙과 자동 분류기 등의 고정 설비를 도입하여 자동화가 진행되고 있다. 이러한 현재의 설비는 취급하는 상품 수나 그 유형의 변화에는 적절한 대응이 불가하며, 점점 늘어나는 물류 창고 작업의 불안정성을 근본적으로 줄이지 못했다.

2015 년에 개발 한 자율 이동형 양팔 로봇. 주행하는 차량 위에 달린 높이 조정 가능한 리프트와 2개의 로봇팔로 다양한 연계 동작을 수행한다.

그래서 히타치는 물류 창고에서 이루어지는 다양한 종류의 상품 픽업 작업을 사람의 손보다 빨리할 수 있는 물류 지원 로봇 연구를 시작했다. 그 성과로 2015년 자율 이동형 양팔 로봇이다. 이 양팔로봇은 주행 중에도 위를 향한 높이 조절이 가능한 리프트를 싣고, 게다가 두 개의 시판 산업용 로봇팔과 잡고 흡착하는 등 사람 손과 비슷한 동작을 보이는 “그리퍼”을 탑재했다. 센서를 통하여 로봇팔 자신의 위치나 검색된 상품 등을 스스로 인식하여 이동 중 선반에 적재된 상품을 찾아냈다. 단순히 상품을 한 손으로 픽업하는 것이 아니라 2개의 로봇팔을 상호 활용하는 작업이 가능하게 된 것이다. 예를 들면 보관 상자 안의 페트병 음료를 꺼내면 그것을 꺼내는 로봇팔이 다른 상자에 제품을 포장을 뜯으며, 남은 1개의 팔은 아직 꺼내지 않은 상자를 또 하나의 팔로 지원하여 꺼내도록 돕는 식이다.

자율 이동형 양팔 로봇 개발의 열쇠가 된 것은 히타치가 새로 개발한 통합 제어 기술이었다. 다양한 상품과 그 상품의 적재 상황을 파악하고 대응해야 했으며 또한 유연하고 민첩한 동작을 실현하기 위해서는 주행 능력, 상품을 싣는 리프트, 2개의 로봇팔이 서로 연계되는 기술력이 필요했다. 그러나 종전의 연계 기술은 트래픽과 연산량이 너무 컸기에 매우 복잡한 프로그램이 필요하였고 이는 작동 불량의 원인으로 이어졌다. 그래서 히타치가 이번에 개발한 독자적인 연계 제어 기술은 주행 능력에서 리프트 능력, 2개의 로봇팔 등이 적은 통신량으로 효율적으로 연계되도록 제어했다. 로봇이 동작하는 데 있어서 최소한의 필요 정보와 미리 정의된 적절한 타이밍을 근거로 낮은 통신량으로 여러 프로그램을 연계시켜 유연하고 민첩한 동작을 구현했다.

향후

물류 업계 혁신을 가져올 히타치의 로봇 개발

현재 인터넷 쇼핑몰이 전 세계로 보급되었기에 물류의 변화는 크게 확대되었다. 이러한 시기 히타치는 대형 물류 센터에서 취급하는 다양한 모양과 무게를 가진 제품에도 대응 가능한 "그리퍼" 성능을 재검토함과 동시에 소프트웨어와 하드웨어 개선에도 노력하고 있다. 몇 년 후에는 히타치그룹 내에서 실용화한 다음 연이어 상용화로 이어질 것도 목표 삼았다. 무인 반송차와 자율 이동형 양팔 로봇을 연계시키면 가까운 미래에 무인 창고 시스템 실현도 꿈이 아니다. 이처럼 첨단 로봇을 도입하여 물류 창고에 혁신을 가지고 온다면, 그 혁신의 흐름은 물류 업계 전체로 파급될 것이다. 히타치는 물류 지원 로봇 연구 개발을 통하여 산업과 생활을 지원하는 물류 분야에서도 혁신을 창출할 것이다.

전망

“미래의 창고” 실현을 위한 물류 콕피트 개발

이러한 물류 지원 로봇의 연구 개발과 더불어 히타치는 물류 전체를 관리하는 첨단 물류 콕피트 시스템 개발도 함께 이루어지고 있다. 물류 콕피트 시스템이란 여러 전방위 카메라가 찍은 이미지를 삼차원 환경에서 가상 스크린에 매핑하여 창고 전체를 직관적으로 파악할 수 있는 이미지를 만드는 것이다.

아울러 시간이 경과함에 따라 전체를 파악할 수 있는 UI(User Interface)를 탑재한 프로토타입 개발도 이루어지는 중이다. 거대한 물류 창고 전체를 시각화 이미지로 제공함으로써 문제점 발견에서부터 물류의 새로운 효율화? 유연화를 꾀하고 있다. 이처럼 히타치는 “미래의 창고” 실현을 목표로 앞으로도 다양한 각도에서 연구 개발에 몰두하고 있다.

공개일:2016년3월
솔루션담당:히타치제작소 연구개발그룹