로봇 기술의 전쟁터 : AGV 와 AMR 기업들의 혁신적 도전

 

AGV와 AMR의 정의

AGV (Automated Guided Vehicle)

AGV는 미리 설정된 경로를 따라서 이동합니다. 

일반적으로 자기 테이프, 바코드, 레이저 등을 이용하여 유도되며, 

변경 사항이 생길 경우 시스템의 개조가 필요합니다.

AMR (Autonomous Mobile Robot)
AMR은 주변 환경을 인식하고 스스로 결정을 내리는 능력이 있습니다. 

카메라, 라이다 (LIDAR), 다양한 센서를 사용하여 장애물을 감지하고 회피합니다. 

이러한 기능 덕분에 AMR은 더 동적이고 유연한 운용이 가능합니다.

 

 

주요 차이점

유도 방식	AGV는 물리적 또는 전자적 유도 방식을 사용하는 반면, AMR은 센서와 지능형 알고리즘을 사용하여 자율적으로 경로를 결정합니다.
유연성	AMR은 변동이 많은 환경에서도 효과적으로 작동할 수 있는 반면,  AGV는 미리 설정된 경로를 따라 움직입니다.
환경 적응력	AMR은 동적인 장애물을 인식하고 회피할 수 있으나,  AGV는 고정된 장애물에만 최적화되어 있습니다.
설치 및 유지보수 비용	AGV와 AMR의 설치 및 유지보수에 드는 비용과 노력의 차이를 설명합니다

 

 

각각의 장단점

AGV의 장단점	장점: 비교적 저렴한 비용, 간단한 설치, 높은 안정성과 반복성 단점: 유연성 부족, 경로 변경 시 추가 비용 발생, 느린 적응성
AMR의 장단점	장점: 높은 유연성, 동적 경로 계획, 빠른 적응성 단점: 비교적 높은 초기 투자 비용, 복잡한 시스템 유지관리

 

설치되는 장소 차이 및 도입 경로

AGV	제조업, 창고, 물류센터 등 환경이 비교적 일정하고 변경이 적은 곳에 적합
AMR	병원, 소매업등 복잡하고 자주 변하는 환경에 적합합니다.  자율적인 경로 설정 능력으로 다양한 산업에서 활용

 

 

AGV, AMR 을 주도하는 회사

출처 :  SSI Schaefer,  KION Group,  Daifuku

 

 

첫번째 사진을 기준으로 SSI Schaefer (독일) KION Group (독일), Daifuku (일본) 등 의 기업들이 있습니다.

AGV제품들로 구성된 제품을 볼수 있습니다.

 

 

출처: mobile-industrial-robots,  Locus Robotics ,  AutoGuide Mobile Robots 

 

 

Mobile Industrial Robots (덴마크), Locus Robotics (미국), AutoGuide Mobile Robots (미국)

AMR제품들로 구성된 회사입니다.

 

 

국내에는 어떤 기업들이 있을까요?

 

출처: 티로보틱스, 시스콘, 유진로봇, 티라유텍

 

기억나는제품들의 사진을 가져와봤습니다.

티로보틱스, 유진로봇, 시스콘, 티라유텍등

산업현장에서 사용할수 있는 AGV, AMR등의 제품을 선보이는 회사들입니다.

티로보틱스	첨단 로봇 기술을 개발하고 제공하는 기업으로, 특히 클린룸과 같은 특수 환경에 적합한 AGV 솔루션을제공합니다. 반도체나 전자산업 분야에서 요구되는 높은 정밀도와 안정성을 갖춘 제품을 생산합니다.
유진로봇	서비스 로봇 분야에서 오랜 경험을 가진 기업으로 최근에는 AMR 시장에도 적극적으로 진출하고 있습니다. 로봇은 물류 및 배송 자동화를 위해 설계되었으며,고도의 자율성과 효율성을 자랑합니다.
시스콘	다중 센서를 통해 주변 장애물을 감지하고 최적의 경로를 찾아가는 기능을 제공합니다. 자율적인 경로 설정과 3D 장애물 회피 기능을 갖추고 있으며, 고정 경로 외에도 지정된 경로를 따를 수 있는 유연성을 제공합니다.
티라유텍	다양한 산업용 자동화 솔루션을 제공하는 회사로, 특히 AGV와 AMR기술에 중점을 두고 있습니다. 고도의 자율성과 효율성을 제공하며, 물류 자동화 및 스마트 팩토리 분야에서 활용됩니다. 사용자 친화적인 인터페이스와 높은 운영 효율을 강조하여, 고객의 작업 환경에 최적화된 솔루션을 제공하고 있습니다.

 

 

PLC vs. PC 구성

 

AGV는 주로 PLC (Programmable Logic Controller) 기반 시스템을 사용하여 

안정적이고 단순한 작업에 적합합니다. 

 

AMR은 보다 복잡한 계산이 필요하기 때문에 PC 기반 시스템 또는 

고급 마이크로컨트롤러를 사용할 가능성이 높습니다.

 

 

 

배터리의 종류와 충전방식

 

AGV와 AMR의 배터리 효율과 충전 방식은 이들 로봇의 운용 효율성과 직접적으로 관련이 있습니다. 

로봇의 배터리 시스템은 지속 가능한 작업 수행 능력과 연속적인 운용을 가능하게 하는 핵심 요소 중 하나이기 때문에, 이에 대한 세부 사항을 잘 이해하는 것이 중요합니다. 

납산 배터리	이 배터리는 주로 비용 효율이 중요한 경우나 크기와 무게가 큰 문제가 되지 않는 환경에서 사용됩니다. 납산 배터리는 유지관리가 상대적으로 간단하며, 전통적인 물류 및 창고 환경에서 널리 사용되고 있습니다.
리튬 이온 배터리	이 배터리는 높은 에너지 밀도와 빠른 충전 능력 때문에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 특히, 고성능이 요구되거나 공간이 제한적인 AGV와 AMR에 적합합니다. 리튬 이온 배터리는 더 긴 수명과 더 나은 성능을 제공하기 때문에, 장기적으로 봤을 때 운영 비용을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, Inventus Power는 AGV 및 AMR에 리튬 이온 배터리를 사용하여 더 빠른 충전 시간과 효율성을 제공합니다 .
니켈-메탈 하이드라이드	이 배터리는 중간 정도의 에너지 밀도와 환경에 미치는 영향이 적은 점을 고려할 때 특정 산업 애플리케이션에 적합합니다. 그러나 자체 방전률이 높기 때문에 장기 저장에는 적합하지 않습니다. AGV 및 AMR에는 일반적으로 많이 사용되지 않지만, 일부 특수 목적 또는 환경 친화적인 프로젝트에서 선택될 수 있습니다.

 

 

AGV와 AMR의 충전 방식

자동 충전 스테이션	로봇이 작업 중 배터리가 부족하다고 판단되면, 자동으로 충전 스테이션으로 이동해 충전을 시작합니다. 이 방식은 로봇의 작업 중단 시간을 최소화하고,24시간 연속 작업이 가능하게 합니다.
기회 충전 (Opportunity Charging)	로봇이 작업 사이의 짧은 휴식 시간에 충전하는 방식입니다.  이는 전체 배터리 수명을 연장하고, 로봇이 더 긴 시간 동안 작업할 수 있게 해 줍니다.
무선 충전	로봇이 특정 지점을 지날 때 무선으로 배터리를 충전할 수 있습니다.  이 기술은 설치가 간편하고, 로봇의 자율성을 더욱 높여 줍니다.

 

 

 

고급 배터리 관리 시스템 (BMS) 설계

배터리 관리 시스템은 배터리 팩의 성능과 안전성을 유지하며, 배터리 수명을 최적화하는 핵심 기술입니다. 

AGV와 AMR에 사용되는 고급 BMS는 다음과 같은 특징을 가집니다:

셀 밸런싱	각 배터리 셀 간의 충전 상태를 균일하게 유지하여,  전체 배터리 팩의 효율성을 높이고 수명을 연장합니다.
상태 모니터링	실시간으로 배터리의 전압, 전류, 온도를 모니터링하고,  이 데이터를 사용하여 배터리의 상태를 정확하게 예측합니다.
고장 진단	이상 징후를 조기에 감지하여 예방적 유지보수를 가능하게 합니다.  이는 비용을 절감하고 로봇의 가동 중단 시간을 최소화합니다.

 

 

에너지 하베스팅 기술

 

에너지 하베스팅은 로봇의 운동 에너지나 주변 환경에서 발생하는 

에너지(예: 열, 진동)를 전기 에너지로 변환하여 활용하는 기술입니다. 

이를 통해 로봇의 배터리 수명을 연장하고, 장기적인 에너지 자립을 도모할 수 있습니다. 

예를 들어, AMR의 휠에서 발생하는 운동 에너지를 회생 브레이킹 시스템을 통해 

전기 에너지로 변환하여 배터리를 보조 충전할 수 있습니다

 

에너지 하베스팅 기술이 AGV와 AMR에 적용된 구체적인 사례는 아직까지는 제한적입니다. 

그러나 이 기술은 무선 센서 네트워크나 IoT(Internet of Things) 장치에서 자가 전력 공급 기능을 제공하여 

점차 주목받고 있습니다. 

에너지 하베스팅은 주변 환경에서 소량의 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 기술로, 

주로 소형 전자 장치나 센서의 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 

예를 들어, 기계적 진동, 열, 빛 등에서 에너지를 추출할 수 있습니다​

Recent Progress in the Energy Harvesting Technology—From Self-Powered Sensors to Self-Sustained IoT, and New Applications

자동차 및 항공 산업에서는 이미 에너지 하베스팅 기술을 사용하여 센서 운영의 지속 가능성을 높이고 있으며, 

이러한 원리가 AGV와 AMR의 자가 충전 기능에 점차 통합될 가능성이 큽니다. 

특히, 작업 환경에서 로봇이나 자동화 시스템이 발생시키는 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환하여 

배터리 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다​

 

해당 내용은 DigiKey의 북미 편집자가 제공한 인사이트를 확인해보세요

 

모듈형 배터리 시스템

 

AGV와 AMR의 모듈형 배터리 시스템은 배터리 팩을 개별 모듈로 설계하여, 

각 모듈을 독립적으로 교체하거나 유지보수할 수 있도록 합니다. 이는 다음과 같은 장점을 제공합니다

유연성	배터리 모듈의 교체가 간편하여, 로봇의 다운타임을 줄이고,  다양한 운용 환경에 따라 필요한 에너지 용량을  조정할 수 있습니다
확장성	필요에 따라 추가 배터리 모듈을 쉽게 통합할 수 있어,  작업 부하나 작업 시간에 따라 에너지 용량을 적 절히 조절할 수 있습니다.

 

 

진보된 무선 충전 기술

 

AGV와 AMR의 무선 충전 기술은 로봇의 자율성을 극대화하고, 유지보수 비용을 줄입니다. 

주로 공진형 또는 유도형 충전 방식을 사용하며,

작업 영역 내의 특정 위치에 도달하면 자동으로 충전이 시작됩니다. 

무선 충전 인프라는 다음과 같은 특징을 포함할수 있습니다

옵티마이즈된 충전 스케줄링	인공지능을 활용하여 로봇의 작업 스케줄과 충전 필요성을 분석하고 최적의 충전 시간을 결정합니다. 이를 통해 로봇의 작업 중단 시간을 최소화하며, 에너지 소비를 효율적으로 관리할 수 있습니다.
다중 충전 플랫폼	동시에 충전할 수 있는 고용량 무선 충전 스테이션을개발함으로써, 작업 환경에서도 효율적인 관리가 가능합니다. 각 로봇은 충전 스테이션에서 자신의 위치를 자동으로 찾아충전을 시작할 수 있습니다.
스마트 그리드 통합	무선 충전 시스템을 스마트 그리드와 통합해 에너지 사용 최적화를 극대화합니다.  이는 전력 수요가 낮은 시간에 충전을 집중시켜 전력 비용을 절감하고,  전체 에너지 시스템의 효율성을 높이는 데 기여합니다.

 

예를 들어, 

전기차 충전 분야에서는 스마트 충전 스케줄링이 전력 수요 관리와 효율성을 높이기 위해 활용되고 있습니다. 

이런 시스템들은 에너지 사용을 최적화하고 운영 비용을 줄이는 데 기여하며, 

특히 스마트 그리드와 연계하여 더욱 효율적인 에너지 관리가 가능합니다​ 

Optimizing electric vehicle charging schedules and energy management in smart grids using an integrated GA-GRU-RL approach

 

 

 

자가 진단 및 예측 유지보수

 

AGV와 AMR의 배터리 시스템에 자가 진단 기능을 통합함으로써, 

배터리의 상태와 성능을 실시간으로 모니터링하고, 잠재적인 문제를 미리 예측하여 조치할 수 있습니다. 

 

머신 러닝 기반 예측 분석	배터리의 사용 데이터를 기반으로 머신 러닝 알고리즘을 적용,  배터리의 고장 시점과 수명을 정확하게 예측합니다.  이를 통해 미리 교체나 수리를 계획할 수 있어, 비상 상황에서의 로봇 다운타임을 방지합니다.
통합 데이터 분석	배터리 관리 시스템(BMS)에서 수집한 데이터를 중앙 데이터 분석 플랫폼과 통합하여,  전체 로봇 플릿의 배터리 성능을 관리하고 최적화합니다.

자가 진단 및 예측 유지보수 기술은 AGV와 AMR의 배터리 시스템에 점차 통합되고 있습니다. 

이 기술은 머신 러닝을 활용하여 배터리의 사용 데이터를 기반으로 고장 시점과 수명을 예측하고, 

이를 통해 잠재적 문제를 미리 파악하고 대응할 수 있게 합니다. 

이러한 시스템은 배터리 관리 시스템(BMS)과 통합되어 전체 로봇 플릿의 배터리 성능을 

최적화하고 관리할 수 있습니다.

특히, 이 기술은 산업 자동화 분야에서 중요한 역할을 하며, 

로봇의 다운타임을 최소화하고 유지보수 비용을 절감하는 데 기여합니다.

예를 들어, WAKU Robotics에서는 이러한 기술을 활용하여 로봇 플릿의 유지보수를 전략적으로 관리하고,

필요한 부분에 정확하게 유지보수를 실시할 수 있는 시스템을 제공합니다 .

이러한 예측 유지보수 기술은 로봇의 운영 효율성을 혁신적으로 향상시킬 뿐만 아니라, 

더 신뢰성 있고 지속 가능한 방식으로 로봇을 운영할 수 있도록 지원합니다. 

이는 산업 자동화의 미래를 형성하는 중요한 요소로, 지속적인 연구와 개발이 필요한 분야입니다.

자세한 내용은 WAKU Robotics의 예측 유지보수 페이지에서 확인할 수 있습니다.

 

이러한 혁신적인 기술과 접근 방식을 통해 AGV와 AMR의 배터리 시스템은 

더욱 높은 성능과 효율성을 달성할 수 있으며, 

로봇이 더욱 신뢰성 있고 지속 가능한 방식으로 운영될 수 있도록 지원합니다. 

이는 산업 자동화의 미래를 형성하는 중요한 요소 중 하나로, 지속적인 연구와 개발이 필요합니다.

 

 

설계 시 주의점

시스템 호환성	새로 도입하는 AGV나 AMR 시스템이 기존 인프라 및 시스템과 호환될 수 있도록 설계.  통합과정에서 발생할 수 있는 기술적 문제를 최소화하는 데 도움
확장성 고려	미래의 확장 가능성을 고려하여 시스템을 설계 추가 로봇의 통합이나, 변경되는 작업 환경에 유연하게 대응할 수 있는 설계가 중요
안전 기준 준수	설계 시 작업 환경에서 인간과의 상호 작용을 고려하여 충돌 방지 기술과 같은 안전 기능을 포함. 해당 국가 또는 지역의 안전 규정과 기준을 철저히 준수하는 것이 필수
에너지 효율성	로봇의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 설계를 고려 이는 장기적인 운영 비용을 절감하고 환경적 영향을 최소화
유지보수의 용이성	유지보수가 용이하도록 설계하는 것이 중요 장기적인 운영 중에 발생할 수 있는 비용과 시간을 절약
소프트웨어 및 하드웨어의 안정성	높은 신뢰성을 보장할 수 있도록 철저히 테스트하고 검증 시스템의 안정성은 작업의 연속성과 직결되므로 중대한 요소
데이터 보안	AMR과 같이 고도의 데이터를 처리하는 로봇 시스템에서는 데이터 보안철저 개인정보 보호와 산업 스파이 방지를 위한 보안 조치를 강구

 

추가적인 고려사항

피드백 메커니즘 구축	실시간으로 데이터를 수집하고 분석하여, 시스템의 성능을 지속적으로 모니터링하고 개선할 수 있는 피드백 메커니즘을 구축, 이를 통해 예기치 못한 문제를 신속하게 해결하고, 시스템의 최적화를 진행
지속적인 혁신과 업그레이드	양산 로봇 시스템도 정기적으로 검토하고 필요에 따라 업그레이드하는 것이 중요 기업이 기술 진보의 흐름에 뒤처지지 않고, 지속적으로 효율성을 개선
환경적 요인 고려	로봇이 작동할 환경의 특성을 정확히 파악, 이에 맞는 로봇을 선택하거나 설계 먼지가 많은 환경이나 온도 변화가 심한 곳에서는 이를 견딜 수 있는 내구성 있는 로봇을 선택
법적 규제와 준수	로봇 도입과 운영에 관련된 법적 규제를 파악하고 이를 준수 특히, 안전 관련 규제나, 로봇이 수집하고 처리하는 데이터와 관련된 개인정보 보호법 이행

 

 

향후 진보된 자동화 솔루션 기능 예측

AGV (Automated Guided Vehicle)와 AMR (Autonomous Mobile Robot) 기술은 

물류, 제조, 서비스 산업 등 다양한 분야에서 급속도로 발전하고 있습니다. 

향후 이들 기술의 발전은 더욱더 진보된 자동화 솔루션을 가능하게 할 것이며, 

다음과 같은 혁신적인 변화가 예상됩니다

 

 

 

 

 

 

인공 지능 (AI)의 통합 강화

향후 AGV와 AMR은 더욱 고도화된 인공 지능 알고리즘을 통합하여, 

상황 인식 능력과 의사 결정 능력을 크게 향상시킬 것입니다. 

이를 통해 로봇들은 복잡하고 예측 불가능한 환경에서도 더욱 효과적으로 작업을 수행할 수 있게 됩니다. 

예를 들어, AI 기반의 비전 시스템을 사용하여 더욱 정밀하게 물체를 식별하고 분류할 수 있으며, 

동적으로 변하는 작업 환경에 실시간으로 적응할 수 있습니다.

 

 

자율 협력 기능의 발전

개별 로봇의 독립적인 운용에서 나아가, 여러 로봇이 정보를 공유하고 협력하는 시스템이 보편화될 것입니다.

이를 통해 로봇들은 작업을 분담하고 효율적으로 협업하여 전체 작업의 완성도와 속도를 개선할 수 있습니다.

예를 들어, 대규모 창고나 제조 공장에서 AGV와 AMR이 서로 통신하며 최적의 경로를 계획하고,

장애물을 피해 각각의 목적지에 도달할 수 있습니다.

 

 

 

에너지 효율성과 지속 가능성

지속 가능성은 모든 산업 분야에서 중요한 고려사항이 되고 있습니다. 

AGV와 AMR의 개발에 있어서도 에너지 효율을 높이고 환경적 영향을 최소화하는 방향으로 기술이 진화할 것입니다. 

배터리 기술의 혁신, 에너지 하베스팅 기술의 적용, 그리고 전체적인 시스템의 에너지 소비 최적화 등이 포함됩니다.

 

 

보다 복잡한 작업 수행 능력

기술의 발전으로 AGV와 AMR은 단순한 물건 이동이나 위치 변경에서 나아가, 

보다 복잡하고 정밀한 작업을 수행할 수 있게 될 것입니다. 

예를 들어, 고도의 조립, 품질 검사, 심지어는 수술 보조 등 다양한 역할을 수행할 수 있습니다.

 

 

표준화와 규제 개발

로봇 기술의 발전과 보급이 확대됨에 따라, 이를 둘러싼 표준화 및 규제 체계도 보다 구체화될 것입니다. 

이는 기술의 안전성과 호환성을 보장하며, 다양한 산업 분야에서의 효율적인 통합을 촉진할 것입니다.

 

 

인간-로봇 인터페이스의 발전

AGV와 AMR은 점점 더 직관적이고 사용자 친화적인 인터페이스를 갖추게 될 것입니다. 

이는 로봇과 인간 간의 상호작용을 용이하게 하고, 더 넓은 사용자 베이스에 로봇 기술을 접근 가능하게 만듭니다. 

음성 인식, 제스처 기반 컨트롤, 그리고 햅틱 피드백 기술의 통합은 사용자가 로봇을 더욱 

자연스럽고 효과적으로 제어할 수 있도록 도와줄 것입니다.

 

 

더욱 통합된 로지스틱스 시스템

AGV와 AMR이 통합된 로지스틱스 시스템은 공급망 전반에 걸쳐 더욱 효율적인 운영을 가능하게 합니다. 

이는 기업이 물류 비용을 절감하고, 배송 시간을 단축하며, 전반적인 서비스 품질을 향상시키는 데 기여할 것입니다. 

또한, 리얼타임 데이터 분석과 클라우드 기반 기술을 활용하여 물류 네트워크의 가시성을 높이고, 

의사 결정 과정을 최적화할 수 있습니다.

사이버 보안의 중요성 증대

로봇 시스템의 증가와 네트워크 기반 운영은 사이버 보안의 중요성을 더욱 부각시킬 것입니다. 

AGV와 AMR 시스템의 보안을 강화하는 것은 중요한 우선 과제가 될 것이며, 

이는 로봇의 데이터 보호, 네트워크 보안, 그리고 연속적인 운영을 보장하는 데 필수적입니다.

 

 

글로벌 스케일의 규제 및 협력

로봇 기술의 글로벌 확산에 따라 다국적 규제 프레임워크와 국제 협력의 필요성이 증대될 것입니다. 

이는 기술의 안전한 도입과 윤리적 사용을 보장하며, 국제적으로 일관된 표준을 설정하는 데 도움이 될 것입니다.

 

 

이 모든 변화는 AGV와 AMR 기술이 제공할 수 있는 가치를 극대화하고, 다양한 산업 분야에서 더욱 널리 활용될 수 있는 기반을 마련할 것입니다. 기술의 발전이 계속되면서, 이러한 로봇 시스템은 우리의 일상 생활과 산업 활동에 더욱 깊숙이 통합될 가능성이 큽니다.