3D 비전(3) 로봇 비전 시장의 발전 동력

CAGR 9.1% 주요 동력은 3D 비전 시스템

글로벌시장조사기관 Markets and Markets의 최근 보고서에 따르면 로봇 비전 시장은 2023년 26억 달러에서 2028년 40억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 연평균 성장률은 9.1%죠.

로봇 비전 시장을 주도하는 주요 요인은 산업에서 자동화 및 품질 검사에 대한 필요성이 증가한다는 점인데요. 특히 재프로그래밍 없이 여러 작업을 수행할 수 있는 3D 비전 시스템에 대한 필요성이 로봇 비전 시장의 성장을 주도하고 있다는 분석입니다.

전 세계 로봇 비전 시장은 2028년까지 40억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 9.1%의 연평균 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다. Image Credit: Markets and Markets

특히 아시아 태평양 지역에서 가장 높은 CAGR로 성장할 것으로 예상됐는데요. 여기에 속한 나라들이 대부분 고도화된 제조 허브로 간주되기 때문입니다. 보고서는 특히 중국이 산업용 로봇 및 비전 시스템을 포함한 모든 최신 기술의 잠재적 시장이라고 분석했으며, 한국과 일본 등의 대규모 제조 산업도 시장 성장에 기여할 것으로 봤습니다.

재프로그래밍이 필요 없는 3D 비전 시스템

일반적으로 로봇은 특정 작업을 수행하기 위해 프로그래밍 과정을 거쳐야 합니다. 예를 들어, 특정 부품을 집어 올리거나 조립하는 작업을 수행하려면, 로봇이 부품의 위치, 모양, 크기 등을 인식하고 그에 맞는 동작을 할 수 있도록 사전에 프로그래밍해야 하죠. 그러나 이렇게 작업마다 새롭게 프로그래밍을 해야 하는 방식은 시간이 많이 소요되고, 다양한 작업을 수행해야 하는 환경에서는 비효율적입니다.

반면에 3D 비전 시스템을 도입하면 로봇이 새로운 작업 상황에서도 추가적인 프로그래밍 없이 스스로 적응하여 작업을 수행할 수 있습니다. 카메라와 센서로 물체의 3차원 정보를 실시간으로 수집하고 분석해서 로봇이 주변 환경과 작업 대상의 위치, 형태, 움직임 등을 정확히 파악할 수 있도록 도와주기 때문입니다.

결과적으로, 3D 비전 시스템을 사용하는 로봇은 다양한 작업 환경과 조건에서 스스로 판단하고 작업을 수행할 수 있게 되므로, 각각의 작업에 대해 프로그래밍을 다시 할 필요가 없습니다. 예를 들어, 같은 생산 라인에서 크기나 형태가 다른 여러 부품을 처리해야 할 때, 3D 비전 시스템이 부품의 차이를 자동으로 감지하고 로봇이 이에 맞게 작업을 조정할 수 있습니다.

이런 기술은 제조업, 물류, 조립라인 등 다양한 산업에서 효율성과 유연성을 높여주며, 특히 제품 다양성이 높은 환경에서 품질 검사를 자동화하거나 물류 작업을 최적화하는 데 크게 기여합니다.

3D 비전 시스템을 도입하면 로봇이 새로운 작업 상황에서도 추가적인 프로그래밍 없이 스스로 적응하여 작업을 수행할 수 있습니다. Image Credit: AHHA Labs

3D 비전으로 무장한 산업용 로봇, 현장에서 어떻게 쓰이고 있을까?

(1) 빈 피킹(Bin Picking)

3D 비전 기술을 탑재한 로봇은 물체의 크기, 위치, 형태를 실시간으로 인식하고 분석해서 물체를 정확히 집어 올리고 원하는 위치에 배치할 수 있습니다.

빈 피킹은 상자 안에 무작위로 쌓여 있는 물체를 로봇이 인식하고 선택하는 작업을 의미하는데요. 상자 속 다양한 부품들 중에서 다음 작업에 필요한 부품을 3D 비전으로 모양과 정확한 위치를 인식하고 정확한 위치로 움직여서 부품을 집는 거죠. 제조업에서 조립 라인에 필요한 부품을 선택하는 데 활용되죠.

이 기술을 활용하면 물류 산업에서는 혼합된 제품이나 부품을 정리하고 포장하는 데 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 재활용 공장에서 컨베이어 벨트 위를 흐르는 다양한 재활용 쓰레기를 재질, 유형별로 분류할 수 있습니다.

(2) 품질 검사

3D 비전 시스템은 제품의 품질을 검사하는 데 있어 새로운 기준을 제시하고 있습니다. 제품의 외형, 크기, 결함을 정밀하게 분석할 수 있는 이 기술은 제조업, 자동차, 전자, 식음료 산업 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

예를 들어, 전자 제품 제조에서는 PCB 기판의 미세한 결함을 감지하며, 자동차 산업에서는 부품의 조립 상태와 표면 결함을 검사합니다. 식음료 산업에서는 포장 상태를 점검하거나 외형 이상을 실시간으로 감지하여 불량품을 분리하기도 하죠.

(3) 조립 및 해체

3D 비전 기술은 로봇이 복잡한 조립 작업을 수행할 수 있도록 지원합니다. 로봇은 부품의 정확한 위치와 방향을 파악하여 정밀하게 조립 작업을 수행할 수 있습니다. 자동차 산업에서는 엔진, 서스펜션과 같은 부품을 조립하며, 전자 산업에서는 스마트폰이나 전자기기의 미세 부품을 정교하게 조립합니다. 이를 통해 생산 과정에서의 오차를 줄이고 효율을 극대화할 수 있습니다.

조립이 가능하니까, 반대로 해체도 할 수 있겠죠. 최근 매우 중요한 산업으로 자리하고 있는 폐배터리 재활용 분야에서 3D 비전 로봇이 많이 활용되고 있습니다. 전기자동차용 대형 배터리는 그 자체가 매우 복잡한 부품들로 조립되어 있어서 사람이 일일이 볼트와 너트를 풀고 조심스럽게 해체해야 했는데요, 최근 3D 카메라와 산업용 로봇을 이용해서 자동화하고자 하는 수요가 점점 늘어나고 있습니다.

(4) 용접 및 절단

3D 비전 기술은 용접 및 절단 작업에서도 정밀성을 높여줍니다. 예를 들어, 자동차 모델별 각각 다른 용접 경로를 자동으로 설정하거나, 금속 판재를 복잡한 형태로 절단하는 작업에 활용할 수 있습니다. 품질 검사 과정을 거친 뒤, 불량 부위를 잘라내는 데에도 활용할 수 있죠. 이를 통해 작업의 품질과 효율을 동시에 높일 수 있습니다.

(5) 도장 및 코팅

3D 비전 기술은 로봇이 물체의 형태를 정확히 파악하여 도장이나 코팅 작업을 수행할 수 있도록 돕습니다. 자동차 산업에서는 차량 표면을 균일하게 도장하는 데 사용되며, 가전제품 제조에서는 외형의 세밀한 부분까지 균일한 코팅을 제공합니다. 이 기술은 작업의 품질을 보장하고, 재료의 낭비를 줄이는 데 기여합니다.

(6) 위험한 환경에서의 작업

사람이 접근하기 어려운 위험한 환경에서 로봇이 작업할 수 있도록 하는 데에도 3D 비전 기술이 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 원자력 산업에서 방사능이 높은 환경 내 부품을 교체하거나 점검하는 데 사용될 수 있으며, 석유 및 가스 산업에서는 파이프라인 점검 및 유지보수를 자동화할 가능성이 열려 있죠. 이를 통해 작업자의 안전을 확보하고 작업의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

3D 비전을 효율적으로 사용하려면 무엇보다 AI 추론 정확도가 중요

3D 카메라는 물체의 모양과 위치를 3차원으로 인식하여 로봇이나 시스템이 복잡한 환경에서도 정확한 작업을 수행할 수 있도록 돕습니다. 이러한 3차원 데이터는 물체의 크기, 형태, 자세, 위치를 정밀하게 파악할 수 있어 기존의 2D 비전 시스템이 해결하지 못했던 문제를 극복하죠.

하지만 3D 데이터만으로는 작업을 성공적으로 수행하기 어렵습니다. 이 데이터를 바탕으로 정확한 판단과 결정을 내리기 위해서는 AI의 추론 능력이 필수적입니다.

• 3D 데이터의 의미 해석: 3D 카메라가 생성한 데이터는 단순히 물체의 좌표나 외형 정보에 그치지 않습니다. 이를 통해 로봇이 주변 환경을 이해하고, 물체의 상태를 분석하며, 작업에 필요한 정보를 추출하는 과정이 이루어져야 하죠. 예를 들어, 로봇이 물체를 집어 옮기는 작업을 수행한다고 할 때, 3D 데이터는 물체의 크기와 위치를 제공하지만, 이를 기반으로 올바른 경로를 계산하고 적절한 집기 동작을 선택하는 것은 AI의 역할입니다.
• 복잡한 환경에서의 작업: 3D 데이터로 인식된 물체가 움직이거나 겹쳐 있는 경우, AI는 이러한 상황을 분석하고 작업을 조정합니다. 또, 작업 중 예상치 못한 장애물이 나타나거나 물체의 상태가 변경될 때, AI는 이를 인식하고 새로운 전략을 수립합니다.
• 효율성 최적화: AI는 작업 경로를 최적화하고, 에너지 소비를 줄이며, 시간 효율성을 높일 수 있습니다.

마치며

3D 카메라의 정확한 물체 인식 능력과 AI의 추론 및 판단 능력이 결합되면 로봇 시스템은 훨씬 더 복잡한 작업을 성공적으로 수행할 수 있습니다. 특히, 환경이 동적이고 예측 불가능한 경우에도 AI는 3D 데이터를 기반으로 상황을 분석하고 적응하여 높은 효율성과 정밀도를 유지할 수 있고요. 앞으로 AI와 3D 비전의 융합은 다양한 산업 분야에서 자동화와 생산성을 크게 향상시키는 핵심 기술로 자리 잡을 것입니다.

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