장애물 회피 (Obstacle Avoidance) 기능에 대해 많이 이야기를 합니다. 일부 사람들은 이 기능을 기준으로 AGV와 AMR을 구별하기도 합니다. 하지만 이 기능에 대한 아래 질문은 탐구할 만한 가치가 있습니다.
- 장애물 회피 기능이 진정한 가치를 제공할까요?
- 여러분의 문제를 해결하는 데 적합할까요?
- 운영 효율성에 도움이 될까요?
경로 추종 vs. 장애물 회피
이 주제를 처음 접하는 분들을 위해 먼저 용어를 정의해 보겠습니다.
이동로봇이 사용하는 자율주행기술은 기본적으로 두 가지 형태가 있습니다. 순수한 경로 추종과 장애물 회피라고 부르겠습니다.
순수한 경로 추종은 차량이 미리 정의된 경로를 따라가는 것을 의미합니다. 경로(Path)는 바닥에 설치된 물리적인 선 또는 가상 경로를 의미합니다. 차량에 할당된 경로가 파렛트나 사람에 의해 막히면 차량은 멈추고 장애물이 제거될 때까지 기다립니다.
이와 대조적으로, 장애물 회피는 동적 경로 계획(Dynamic Path Planning) 기술에 기반합니다. 물체가 경로를 막는 경우 차량은 동적으로 대체 경로를 계획하여 장애물을 우회하고, (이상적으로는) 기본 경로에서 최대한 적게 이탈한 뒤 가능한 신속하게 원래 경로로 복귀합니다.
대부분의 기술 선택 문제와 마찬가지로 두 접근 방식 모두 장단점이 있습니다. 중요한 점은 여러분의 고유한 사용 사례에 따라 기술 선택이 이루어져야 한다는 점입니다.
장애물 회피 기능은 언제 필요한가?
차량이나 모바일 로봇의 크기가 작고, 운전 영역이 사람으로 붐비는 경우, 장애물 회피가 매우 적합할 수 있습니다.
Cleanfix RA660 Navi XL 같은 로봇 청소기를 생각해 보겠습니다. 상업 공간이나 공항 같은 환경에서 청소 로봇은 장애물, 특히 사람과 마주칠 확률이 높습니다. 따라서 장애물이 나타날 때마다 완전히 멈추고 싶지 않을 것입니다. 바닥이 잘 청소되기 어려울 것입니다. 이런 경우 장애물 회피 기능을 사용하는 것이 합리적입니다.
즉, 상업용 청소 로봇의 경우 장애물 회피가 합리적입니다. 모든 움직이는 장애물 때문에 멈춘다면 바닥은 결코 청소되지 못할 것이기 때문입니다!
마찬가지로, 오늘날 우리는 룸 서비스 로봇처럼 무언가를 배송해주는 더 많은 모바일 로봇과 박물관이나 마켓 등의 공간에서 활약하는 다양한 서비스 로봇의 등장을 목격하고 있습니다. 이러한 공간은 사람들로 붐비기 때문에 서비스 로봇이 장애물을 회피하여 계속 이동하는 것이 합리적입니다.
장애물 회피가 바람직하지 않은 이유
그러나 장애물 회피 기능이 거의 의미가 없는 곳은 창고와 같은 산업 현장, 그리고 제조 공장입니다. 여기에는 네 가지 주요 이유가 있습니다.
1. 효율성이 저하됩니다
이러한 단점은 언뜻 직관적이지 않은 것처럼 보입니다. 문제는 단순히 장애물을 회피해 이동한다는 수준에 머무르지 않습니다. 매우 실질적인 문제가 숨어 있습니다.
자동차 생산을 예로 들어보겠습니다. 자동차 제조 공정은 매우 순차적(Sequencial)이어서 45초마다 한 대의 자동차가 생산 라인에서 나올 수 있습니다. 완벽한 장애물 회피 기능을 가지고 있더라도 모바일 로봇이 장애물을 우회해서 이동해야 한다면, 경로를 추종하는 이동로봇보다 이동 속도가 느려집니다.
따라서 장애물 회피 기능이 있으면 순차적 시스템의 성능이 하락합니다. 제조사는 하루에 단 2분만 지연되더라도 생산 라인에서 나오는 차량이 2~3대 줄어든다는 것을 의미하기 때문입니다.
또한, 일반적인 제조 라인의 환경은 복잡하고 공간이 제한되어 있기 때문에 차량은 처음부터 물체를 회피할 공간이 없는 경우가 많습니다. 따라서 모바일 로봇에 이를 요구하는 것은 말이 되지 않습니다. 경로 추종 모바일 로봇을 사용하는 경우 작업자들은 경로를 비워두도록 교육 받습니다.
즉, 완벽한 장애물 회피 시스템이 있더라도 AGV나 AMR이 물체를 피해 이동해야 한다면 경로 추종 사례 대비 진행 속도가 느려집니다.
이런 현상은 물류 창고 내부에서도 마찬가지입니다. 창고 공간은 비싸기 때문에 그 용도는 모든 면적의 효율성을 극대화하기 위해 매우 신중하게 계획되고 구현됩니다. 즉, 차량이 지침 없이 움직일 수 있는 공간이 없는 경우가 많습니다.
물론 예외가 있을 수 있습니다. 블루보틱스 ANT 솔루션은 경로 추적 모드 또는 장애물 회피 모드를 선택적으로 구성할 수 있습니다. (고객은 특정 부분에서는 한 가지 방법을 지정하고, 다른 부분에서는 다른 방법을 지정할 수도 있습니다.) 하지만 일반적으로 위의 청소 로봇 사례 등을 제외하면, 공간 및 효율성 고려 사항 때문에 장애물 회피 기능을 사용하는 곳은 거의 없습니다.
하나의 사례를 소개합니다. 블루보틱스 고객 중 타이어 제조업체는 과거 37대의 모바일 로봇을 운영했는데, 모두 장애물 회피 기능을 사용했습니다. 하지만 기존의 차량을 업그레이드하면서, ANT server 소프트웨어를 선택하고 순수한 경로 추적 기능을 적용했습니다. 그 결과 실제로 7대 적은 모바일 로봇을 배치했고, 현재 사용 중인 30대는 이전 37대보다 10% 더 생산적임이 입증했습니다. 전반적인 효율성에 관해서는 경로 추적 기능이 더 뛰어납니다.
2. 잘못된 시그널을 보냅니다
산업 현장에서 장애물 회피 기능의 두 번째 단점은 회사가 작업자에게 보내는 메시지와 관련이 있습니다. 모든 사람이 공장의 모바일 로봇이 장애물을 피할 수 있을 만큼 지능적이라고 믿는다면, 작업자들은 바닥에 물건을 적치하는 것에 대해 크게 걱정하지 않을 위험이 높습니다. 이러한 주의 부족은 성과 저하로 이어질 것입니다. 최악의 경우 작업이 완전히 중단됩니다.
3. 인지된 위험이 증가합니다
대형, 고중량의 위험한 물건을 운반하는 산업 현장에서 작업자들은 차량이 어디로 가는지 알고 싶어합니다. 거대한 이동 로봇이 미리 정의된 경로 밖으로 이동하기 시작하면, 주변 작업자에게 스트레스가 될 수 있습니다.
그 차량이 어떻게 작동할지, 또는 회피 경로로 이동하는 것을 피하는 방법을 알 수 없기 때문입니다. 차량에 내장된 안전 시스템은 작업자의 안전을 보장하지만, 인지된 위험 측면에서 발생하는 스트레스는 실제적입니다.
간단히 말해서, 고객은 자동화 차량이 마음을 바꾸는 것을 원하지 않습니다. 이동 로못이 항상 정해진 경로를 따라가기를 원합니다. 자동화 시스템을 채택하는 주요 장점은 완전한 제어입니다.
4. 트래픽 관리가 어렵습니다
마지막으로, 장애물 회피 모드로 주행하는 모바일 로봇 플릿(Fleet)은 트래픽 관리 측면에서 상당한 문제를 일으킬 수 있습니다.
경로 추종 모드로 최적의 트래픽 관리를 제공하는 것도 이미 어려운 일입니다. 그런데 차량이 장애물로 막힐 경우, 스스로 무엇을 해야 할지 결정하기 시작하면 트래픽 관리는 불가능한 임무가 됩니다. 그래서 처리량이 많은 시스템에서 트래픽 관리는 차량을 체계적이고 결정론적인 방식으로 이루어져야 합니다.
도로 교통에 비유해보겠습니다. 우리가 자동차를 운전할 때, 교통 흐름을 관리하는 규칙이 있습니다. 그래서 우리가 마음대로 원하는 곳으로, 원하는 시간에 이동하는 것은 어렵습니다. 이제 출퇴근시 정체 상황을 상상해 볼까요? 운전자에게 교통 규칙을 더 이상 존중할 필요가 없다고 말한다면 어떻게 될까요? 이 경우에 트래픽 정체가 규칙을 존중하는 경우보다 더 빨리 끝날 것이라고 생각하시나요? 절대 그렇지 않을 겁니다.
지난 20여년 이상 자율주행 고객사와 협력한 후 알게 된 사실은 현장에서 장애물 회피 기능이 반드시 필요한 것은 아니라는 것입니다. 이 기능은 가능한 솔루션 중 하나일 분입니다. 장애물 회피 솔루션이 여러분에게 적합한지 여부는 현장의 운영 상황에 따라 달라집니다.
이 글은 블로보틱스 CEO 니콜라 토마티스의 글을 전재한 것입니다.
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