자율 이동 로봇의 개발 방향과 솔루션

사람들의 일상생활에서 로봇은 산업 응용 분야에서 상업 응용 분야로 확장되었습니다. 많은 레스토랑에서 로봇이 식사 배달을 돕는 모습을 볼 수 있습니다. 많은 쇼핑몰에서는 로봇이 손님을 환영하고 안내를 제공하는 역할도 맡고 있습니다. 이는 관련 기술의 점진적인 성숙과 비용 감소를 나타내며, 로봇 응용 프로그램의 인기가 증가하고 있음을 보여줍니다. 이 기사에서는 onsemi에서 도입한 로봇 응용 프로그램 개발 및 관련 솔루션을 소개합니다.

기술의 지속적인 발전으로 인간과 로봇 간의 상호작용은 계속 증가할 것입니다. 아침에 지역 커피숍에서 당신을 위해 커피를 내리는 협동 로봇(cobot)부터 창고를 이동하며 패키지를 픽업하는 자율 이동 로봇(AMR)까지, 이러한 다양한 유형의 협동 로봇은 우리의 일상생활에서 많은 역할을 할 수 있습니다.

AMR은 환경 내에서 자율적으로 작업을 수행하고 이동할 수 있는 로봇 시스템 유형입니다. 이러한 로봇은 일반적으로 인식, 의사 결정 및 실행 능력을 갖추고 있어 다양한 환경에 적응하고 최소한의 인간 개입으로 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. AMR은 제조업, 서비스업, 의료, 농업 등과 같은 산업에서 효율성 향상, 비용 절감 및 안전성 강화를 목표로 널리 사용됩니다.

이러한 유형의 로봇은 주로 인식 시스템, 의사 결정 시스템, 실행 시스템을 포함한 여러 복잡한 구성 요소로 구성됩니다. 인식 시스템은 카메라, LiDAR, 적외선 센서 등과 같은 환경을 감지할 수 있는 센서를 포함하며, 주변 환경에 대한 정보를 수집하는 데 사용됩니다. 의사 결정 시스템은 인식 시스템에서 얻은 정보를 분석하고, 의사 결정 알고리즘 및 소프트웨어와 결합하여 로봇이 환경을 이해하고 경로를 계획하며 작업을 실행할 수 있도록 합니다. 실행 시스템은 로봇의 동작을 제어하는 액추에이터를 포함하며, 모터, 유압 시스템 등을 사용하여 환경 내에서 로봇의 움직임과 작업을 수행합니다.

AMR의 미래 개발 방향은 다양한 측면을 포함합니다. 더욱 강력한 인공지능 및 기계 학습 기술을 통해 로봇은 보다 복잡하고 동적인 환경에 적응할 수 있는 능력을 갖추게 되어, 의사 결정 능력과 자율적인 행동의 유연성을 개선할 수 있습니다. 또한, 미래의 AMR은 팀 협업 계획과 협동 업무에 더 중점을 두어 보다 복잡한 작업을 수행할 가능성이 높습니다. 이는 로봇 간의 분산 의사 결정 및 통신 프로토콜의 추가 개발, 로봇과 인간 간의 효과적인 상호작용을 통해 보다 복잡하고 협력적인 작업을 실행하는 것을 포함합니다.

미래 개발 트렌드를 전망하며, 로봇 애플리케이션은 3D 비전, 음성 인식, 촉각 감지, 후각 인식 등 고도화된 지능형 감지 기술을 더욱 발전시킬 것입니다. 이러한 발전은 로봇의 환경 인식 능력을 향상시키고, 미지 또는 동적 환경에서 AMR의 내비게이션 및 위치 확인 능력을 강화하는 데 목표를 두고 있습니다. 이는 복잡하고 동적인 시나리오에 대처하기 위해 지형, 장애물 및 기타 이동 물체를 보다 정밀하게 식별하는 것을 포함합니다. 또한 증강 현실 및 가상 현실 기술을 활용하여 실제 세계에서 로봇의 인식 및 작동 능력을 향상시키고, 원격 작업 및 교육을 위한 더 나은 도구를 제공할 것입니다.

로봇의 작동 시간을 연장하고 에너지 효율 및 지속 가능성을 개선하기 위해, 로봇의 에너지 효율을 연구하고 더 고급화된 자율 충전 기술을 개발하여 작업 시간을 늘리는 데 중점을 둘 것입니다. 추가적으로, 태양광 충전 또는 기타 혁신적인 에너지 기술과 같은 자립형 에너지 솔루션을 탐구함으로써 외부 충전 시설에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 또한, 다양한 응용 분야의 요구를 충족시키기 위해 더 많은 기능과 적응성을 갖춘 맞춤형 AMR 개발에 주력할 것입니다.

한편, 사람들은 로봇의 안전 및 윤리적 고려 사항에 대해서도 상당한 중요성을 부여합니다. 인간과 상호작용할 때 AMR(자율 이동 로봇)의 안전성을 강화하고, 인간과 공존하는 환경에서 관련 규정과 윤리 지침을 준수할 수 있도록 하는 데 더 많은 중점을 두어야 합니다. 여기에는 도덕적 원칙 준수, 개인정보 보호, 인간 존엄성 존중 등이 포함됩니다. 또한 로봇의 안전성에 대한 강조를 높여야 하며, 이는 규정 및 윤리 지침의 제정을 포함할 수도 있습니다.

로봇은 또한 의료, 물류, 농업 등 특정 산업 또는 분야의 특정 요구를 충족하기 위해 더욱 전문적이고 맞춤화된 AMR로 발전할 것입니다. 추가적으로, AMR을 사물인터넷(IoT) 기술과 통합하면 더 높은 수준의 자동화와 지능을 구현하여 로봇이 다른 장치와 시스템과 더 효과적으로 협업할 수 있게 할 것입니다.

onsemi는 다양한 제품 라인을 보유한 반도체 구성 요소 회사입니다. 로봇 애플리케이션 개발에 대응하여 onsemi는 AMR 데모를 개발했습니다. 이 데모는 서브시스템 솔루션 개발에서 비롯된 것으로, onsemi의 혁신적인 제품을 사용하여 포괄적인 로봇 설계를 보여줍니다. onsemi의 다양한 센싱 및 지능형 전력 솔루션을 결합함으로써 이 개념은 다양한 유형의 로봇, 협동 로봇, 전동 공구 및 자동 안내 차량 설계에 사용할 수 있습니다.

onsemi는 자사 제품을 사용하여 로봇 애플리케이션을 위한 평가 보드(EVB)와 개발 플랫폼을 생산합니다. 이러한 플랫폼은 모션, 센서, 전력, 조명, 통신을 포함한 AMR 서브시스템에 사용됩니다. 이들은 제어 유닛과 함께 자율 이동 기반을 형성하며, 환경 내에서 내비게이션을 수행하고 충돌 방지 기능을 활용하여 필요 시 장애물 주위 경로를 안전하게 재계획할 수 있습니다. onsemi의 최신 평가 보드를 업그레이드하고 사용하며, onsemi의 맞춤형 제품(예: 카메라)을 포함하기 위해 AMR은 DIN 레일을 사용하여 평가 보드를 장착하고, 센서를 장착하기 위해 ¼-20 볼헤드 마운트를 사용합니다.

조명 하위 시스템에서는 AMR의 상태, 상태 및 의도를 주변 사람들에게 전달할 수 있습니다. 스마트 리테일 인벤토리 애플리케이션에서는 조명 시스템을 어두운 매장에서 제품을 비추는 데에도 사용할 수 있습니다. NCV7685 선형 전류 드라이버와 NCL31000 지능형 LED 드라이버는 이러한 목적으로 사용되며, 가시광 통신 및 실내 위치 평가 보드의 기능을 포함합니다.

모션 서브시스템에는 onsemi의 60V 다목적 3상 게이트 드라이버 NCD83591, 매우 낮은 정지 전류, 빠른 과도 응답 및 높은 입력 및 출력 전압 범위를 갖춘 NCP730 CMOS LDO 전압 조절기, 그리고 BLDC 모터 드라이브에 사용되며 고열 성능을 제공하는 소형 및 효율적인 애플리케이션을 위해 설계된 최신 Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM 솔루션이 포함됩니다.

센서 하위 시스템에서는 1/2.6-인치 2Mp CMOS 디지털 이미지 센서 AR0234와 1/3.2-인치 CMOS 액티브 픽셀 디지털 이미지 센서 AR1335가 사용됩니다. 또한, NCS32100 각도 감지 위치 센서는 고해상도 및 고정밀 각도 감지를 위해 사용되며, NCV75215 초음파 센서는 AMR의 정지 기간 동안 장애물 거리 측정을 제공합니다.

전원 서브 시스템에서 FAN65008B는 MOSFET이 통합된 PWM 벅 조절기로, 48V 배터리를 통해 AMR에 필요한 전력 수준을 생성할 수 있습니다. FAN65008B는 과전류 보호(OCP), 열 차단(TSD), 과전압 보호(OVP), 저전압 보호(UVP), 단락 회로 보호(SCP)를 포함한 다양한 보호 회로를 제공합니다. 전원 서브 시스템에는 배터리 모니터링 및 브리지리스 토템 폴 NCP1681과 e-Fuse NIS3071을 기반으로 한 컴팩트한 충전 솔루션뿐만 아니라 전류 모니터링도 포함되어 있습니다.

통신 하부 시스템에는 IEEE 802.3cg 표준을 준수하는 멀티드롭 이더넷 10Base-T1S 트랜시버인 NCN26010이 포함되어 있으며, MAC, PLCA 및 Reconciliation Sublayer(RS)가 포함됩니다. 10Base-T1S는 모든 AMR 하부 시스템을 연결하는 백본 역할을 합니다. 마지막으로 제어 유닛으로 NVIDIA® Jetson™을 사용하는 것은 onsemi의 하부 시스템이 로봇 운영 시스템(ROS)을 도커 컨테이너로 구현하는 데 어떻게 기여하는지에 대한 잘 통합된 예를 제공합니다.

onsemi는 새로운 제품과 기능을 추가하기 위해 DIN 레일을 사용하여 AMR을 제조하며, 더 많은 센서를 지속적으로 통합할 수 있도록 합니다. 또한, 새로운 onsemi 전자 퓨즈 제품인 e-Fuse NIS3071을 사용하여 전력 서브시스템을 확장할 수 있습니다.

onsemi는 자사의 이미지 센서와 LiDAR 기술을 카메라 시스템에 통합하려는 기업들과 협력하여 이미지 센싱과 깊이 인식을 단일 시스템으로 융합하고 있습니다. 이러한 협력은 이러한 고객들을 보다 효과적으로 지원하고 onsemi의 알고리즘 또는 기능을 이들의 시스템에 이전하는 것을 목표로 합니다.

onsemi의 AMR은 Nvidia와 협력하여 Nvidia Jetson에서 ROS(로봇 운영 체제) 환경을 실행할 때 필요한 드라이버 수준을 결정하고 더 깊은 통찰력을 얻습니다. 또한, onsemi는 로봇 시뮬레이션 및 합성 데이터를 위해 Nvidia Omniverse™ 및 Isaac Sim™을 탐구하며, 이는 안전한 AMR 설계에 필수적입니다. 시뮬레이션 환경은 모바일 로봇을 Syntectica 데이터(모바일 로봇이 안전하게 탐색해야 하는 장애물)를 기반으로 훈련하는 데 사용됩니다. 이러한 시뮬레이션 환경은 가장 에너지 효율적인 경로를 탐색하거나 배터리 충전 간 간격을 연장하거나 충전 기회를 활용하는 데도 사용될 수 있으며, 이는 AMR 서브시스템에서 에너지 절약과 지능형 센싱을 통해 onsemi의 강점을 부각합니다.

현재, AMR은 물리적 장애물이 크게 제거되었기 때문에 사람들 주변을 자유롭게 이동할 수 있어 상당히 안전하고 효율적입니다. 이러한 로봇은 조명과 바닥이 제어된 창고나 사무실 공간 같은 환경에서 작동할 수 있습니다. 그러나 미래의 AMR은 인간처럼 어떤 환경에도 적응할 수 있도록 계속 발전할 것입니다.

게다가, 실제 배포 유연성은 AMR의 성공을 위한 핵심 특성으로, 프로그래밍 없이 로봇에게 무엇을 해야 하는지 나타내거나 학습시킬 수 있는 인터페이스가 필요합니다. 자연어 처리(NLP)의 발전, 스마트하고 효율적인 하드웨어 센서, 그리고 전력 및 제어 부분의 개선이 AMR에 통합되어 일반 작업을 수행할 수 있게 될 것입니다. 이를 통해 향후 로봇은 때로는 CNC 기계를 작동시키고, 다른 때에는 제품을 포장할 수 있게 됩니다. 예를 들어, 농업 환경에서 AMR은 잡초 제거뿐만 아니라 잘 익은 채소를 수확하고 이를 포장하여 배송할 수 있습니다.

로봇 산업이 우리 일상에서 점점 더 효율적이고 신뢰할 수 있게 발전함에 따라, onsemi는 AMR에 통합될 수 있는 기술을 지속적으로 개발할 것입니다. 이러한 기술에는 모션, 센서, 전력, 조명, 통신 하위 시스템을 위한 모듈이 포함되며, 이는 로봇이 최소한의 인간 상호작용으로 안전하게 움직이고, 관찰하고, 작동할 수 있도록 합니다. onsemi는 신뢰할 수 있는 지능형 전력 및 센싱 솔루션을 통해 이러한 복잡성을 최소화하며, 설계의 필수 구성 요소를 제공하여 탐구 및 채택할 가치가 있습니다.