[디지털비즈온 김맹근 기자] 소매 전자상거래는 매년 두 자릿수 성장으로 세상을 바꾸고 있습니다. 이러한 붐의 부산물은 창고 산업의 급속한 성장이며, 전국적으로 대규모 시설이 들어서고 있다. 그러나 미국에서는 역사적으로 실업률이 낮기 때문에 직원 채용이 어렵다. 이 기사에서는 창고 업계가 운영 개선을 위해 고급 감지 기능을 갖춘 자율 로봇과 드론을 어떻게 사용하기 시작했는지 살펴본다.

Robotics247의 Peter Hartwell, InvenSense에 따르면, 분석 및 측정 회사인 Comscore에 따르면 엄격한 재고 관리가 가장 중요한 식료품부터 가전제품에 이르기까지 미국의 온라인 소매 지출은 지난해 1조 달러를 넘어섰다. 오늘날 온라인 쇼핑객은 연중무휴 24시간 상품을 주문할 수 있으며 익일 배송을 제공하는 소매업체가 점점 늘어나고 있다. 이러한 빠른 처리 시간은 상품 입출고, 자재 취급, 픽업 및 포장 작업 측면에서 창고 운영 에 막대한 부담을 준다.

자율 모바일 로봇( 이예 와 같은 AMR )과 최근에는 지능형 센서 기술이 두 가지 모두를 가능하게 하는 자율 드론을 입력하라.

보다 스마트한 창고 자동화의 꾸준한 채택

이러한 배경에서 VisionNav의 AGV 와 같은 자동 가이드 차량은 창고 주변에서 물품을 이동하는 데 주요 역할을 해왔다. 기본적으로 이들은 한 장소에서 다른 장소로 상품을 운반하는 로봇 카트이다.

AGV는 철로와 유사하게 바닥에 있는 자기 테이프, 전선 또는 마커를 따라 미리 결정된 경로를 따릅니다. 그러나 기차와는 달리 환경에 적응할 수 있다. 카메라, 레이저 이미징, 감지 및 거리 측정( lidar ) 및 초음파 ToF(비행 시간) 센서와 같은 센서를 사용하여 물체를 감지하고 충돌을 방지한다.

그러나 AGV는 수동 개입을 통해서만 경로나 목적지를 변경할 수 있기 때문에 일반적으로 특정 작업으로 제한된다. 유연성이 부족하고 의사 결정 능력이 제한되어 있어 더욱 발전된 로봇이 탄생하게 되었다.

AMR은 보다 복잡한 환경을 탐색할 수 있는 기능을 통해 AGV 개념을 한 단계 더 발전시킨다. AGV와 달리 AMR은 주변 환경 변화에 적응할 수 있어 다른 물체와 충돌하거나 손상을 입히지 않고 창고를 유연하게 탐색할 수 있습니다. 여기서 SLAM (동시 위치 파악 및 매핑) 기술이 사용된다.

SLAM은 안전한 항해를 가능하게 합니다

그러면 SLAM이 정확히 무엇이고 어떻게 작동하나요? 이는 우리가 붐비는 방을 탐색하기 위해 눈과 귀를 사용하는 방식과 비슷하다. 우리는 물체가 우리와 관련된 위치를 감지할 수 있으며, 그 정보를 사용하여 누구와도 부딪히지 않고 돌아다닌다.

같은 방식으로 SLAM은 센서, 카메라 및 매핑 기술의 조합을 사용하여 환경의 실시간 지도를 생성하여 자율 로봇이 장애물 주위를 탐색하고 충돌을 보다 효과적으로 피할 수 있도록 한다.

SLAM 기술의 핵심 요소는 AMR의 가속도, 방향 및 각속도를 측정하는 관성 측정 장치(IMU)이다. IMU를 사용하면 위치와 움직임을 정확하게 추적할 수 있다. 종종 추측 항법 이라고도 불리는 이는 GPS 신호가 약하거나 존재하지 않는 지역에서도 내장 나침반, GPS, 속도계를 모두 하나로 갖춘 것과 같다. 이는 로봇의 일종의 육감이다.

하지만 그게 전부는 아이다. AMR은 또한 창고 관리 시스템(WMS)과 통신할 수 있으므로 재고 요구 사항이나 맞춤 주문에 따라 특정 위치로 라우팅 될 수 있다. 이는 주문을 선별 하고 포장하는 것부터 창고 주변으로 상품을 운송하는 것까지 다양한 작업에 사용될 수 있음을 의미한다.

전반적으로 AMR은 복잡한 환경을 전문적으로 탐색하고 변화하는 상황에 즉각적으로 적응할 수 있는 최고의 운전사와 같다.

자율 로봇 떼가 부하를 공유할 수 있다.

AMR 기술이 더욱 발전함에 따라 자율 로봇이 이전보다 더 지능적이고 다재다능 해지면서 이 분야에서 더욱 흥미로운 발전이 기대된다. 그러한 발전 중 하나는 떼의 자율성입니다. 완벽한 형태로 함께 날아다니는 벌 떼를 상상해보자. 각 벌은 최적의 위치를 ​​유지하기 위해 비행 패턴을 실시간으로 조정한다.

창고 환경에서 군집 자율성을 위해서는 실시간 기능을 갖춘 무선 통신 네트워크가 필요하다. AMR은 센서와 인공 지능 또는 기계 학습 알고리즘 의 조합을 사용하여 중앙 집중식 시스템의 명령을 따르는 대신 네트워크를 사용하여 서로 통신할 수 있다.

로봇은 서로 조정함으로써 어느 지점이 A 지점에서 특정 패키지를 수집하여 가장 효율적으로 지점 B로 전달할 수 있는지 빠르게 결정할 수 있다. 예를 들어, 서로를 지원할 수도 있다. 하나의 AMR에 비해 패키지가 너무 무거우면 두 개의 AMR이 부담을 공유할 수 있다.

이 접근 방식은 몇 가지 장점을 제공합니다. 예를 들어, AMR은 단독으로 수행할 수 있는 것보다 함께 작업을 더 빠르고 효율적으로 수행할 수 있다. 또한 중복성을 제공합니다. 하나의 AMR이 실패하면 다른 AMR이 작업을 맡을 수 있다.

창고 드론이 날아간다

드론 이라고 하면 하늘 높이 날아가며 멋진 공중 영상을 포착하는 모습을 떠올릴 수 있다. 하지만 전 세계 창고에서도 드론이 점점 더 흔해지고 있다는 사실을 알고 계셨나요?

창고에서 드론을 활용하는 사례가 늘어나고 있다. 드론은 다양한 종류의 센서를 탑재하여 창고 작업에 적합하도록 고유한 장점을 제공한다. 예를 들어 재고 수준을 조사하고, 자산을 추적하고, 정기적인 유지 관리 검사를 수행할 수 있다.

창고에서 드론을 사용하는 주요 이점 중 하나 는 넓은 영역을 빠르고 정확하게 처리할 수 있다는 것이다. 드론은 창고 전체를 날아다니며 작업자가 동일한 작업을 수행하는 데 걸리는 시간보다 훨씬 짧은 시간 내에 공간의 모든 부분에 대한 고해상도 이미지를 캡처할 수 있다. 이를 통해 보다 효율적인 재고 관리와 전반적인 창고 구성이 향상된다.

드론은 더 많은 용도를 제공한다

그러나 드론은 측량 및 검사 작업 이상의 기능을 수행할 수 있다. 창고에서 자율 드론을 사용하는 것은 고도로 숙련된 항공 보조원을 갖는 것과 같다. 드론은 주문품을 집고 포장하고, 품목을 한 위치에서 다른 위치로 운반하고, 창고 보안을 모니터링 하고, 청소 및 유지 관리 활동까지 수행하는 데 사용할 수 있다.

일부 회사에서는 매핑 소프트웨어가 장착된 드론을 사용하여 창고의 레이아웃을 최적화하고, 제자리에 없는 물체를 감지하고, 효율성을 향상시키는 데 도움이 되는 창고의 3D 지도를 만드는 실험을 하고 있다. 드론은 또한 창고의 온도, 습도, 조도 등의 데이터를 수집하여 보관된 제품에 이상적인 조건을 유지할 수 있다.

AMR과 마찬가지로 드론은 추측 항법에 IMU를 사용하여 비행 중 내비게이션 정확도를 높이고 협업 작업을 위한 군집 자율성을 향상시킵니다. 또한 떼 AMR과 직접 통신하는 떼 드론을 상상해 보자.

예를 들어 패키지가 선반 위에 높은 경우 드론은 AMR에 작업을 할당하는 대신 패키지를 선택하도록 스스로 선택할 수 있다. 또는 창고 내 레이아웃이 변경되는 경우 군집 드론의 최신 3D 매핑을 군집 AMR의 내비게이션 시스템에 동적으로 공급하여 모든 것이 효율적으로 움직일 수 있다.

고도는 드론에 대한 도전 과제를 안고 있다.

보다 정교한 드론에서는 IMU가 다른 센서로 보완됩니다. 통합된 압력 센서는 고도 유지의 정확성을 향상시킬 수 있다. 시설 내 기압이 일정하게 유지된다고 가정할 수도 있지만, HVAC(난방, 환기 및 공조) 시스템을 켜거나 끄거나 문을 열고 닫는 것은 이를 변경하여 드론을 오도할 수 있다.

기압의 약간의 변화도 드론의 고도 유지에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 설명하기 위해 몇 가지 수치를 계산해 보겠다. ±1 Pa 정확도의 압력 센서를 통합한 IMU는 해수면에서 8.5cm(3.5인치)의 높이 변화에 해당한다.

예를 들어, 문을 열거나 닫을 때 10Pa 이상의 압력 변화가 발생하여 높이가 거의 3피트(85cm) 변할 수 있습니다. 기압이 감소하거나 증가하면 드론이 천장이나 바닥에 부딪힐 수 있다.

이 문제에 대한 해결책은 두 번째 압력 센서를 사용하여 두 판독값을 비교하는 것이다. 군집 창고 예에서 접지된 AMR은 높이가 변경되지 않기 때문에 압력 센서 판독값을 주변 기압으로 네트워크에 제공할 수 있다.

IMU 압력 센서의 압력 판독값과 주변 압력 간의 차이를 통해 보다 정확하고 보상된 압력 판독값을 얻을 수 있다. 또한 드론에 초음파 ToF 센서를 추가로 탑재해 견고성을 더욱 높였다. 하단에 장착된 ToF 센서는 특히 충전 둥지에 착륙할 때 부드러운 착륙에도 도움이 된다.

순차적 충전 방식의 이점

자율 로봇과 드론의 근무일은 주로 배터리 수명으로 인해 제한됩니다. 에너지 절약을 위해 어떻게 설정되었든 여전히 충전이 필요하다.

기존 충전 일정은 남은 충전 수준과 고정 기간을 결합하여 배터리 재충전 시기를 결정한다. 직장인이 점심시간을 갖는 것과 마찬가지로 정기적으로 재충전이 필요하다.

이 충전 일정은 과거에는 잘 작동했지만 AMR과 드론의 등장과 이동에 필요한 경로의 규모가 증가함에 따라 제어 관리가 극도로 복잡해졌다. 배터리가 방전되고 로봇이 충전소 근처에 없으면 수동 배터리 교체가 필요하다. 이러한 계획되지 않은 유지 관리에는 시간과 비용이 소요된다.

배터리를 교체하면 배터리 교체 중에 사람의 실수가 발생할 가능성도 높아집니다. 그리고 로봇이 작동하지 않을 때마다 작동하지 않아 생산성이 저하되고 시설의 다른 시스템에 더 많은 작업량이 가해진다는 점을 고려하세요. AMR 및 자율 드론의 경우 순차적 재충전은 운영 효율성을 향상시키는 데 매우 유용하다.