[인더스트리뉴스 최정훈 기자] BMW의 생산 공정은 유연하고 역동적이다. 주문형 BMW 자동차를 생산하려면 필요한 부품이 적시에 조립 라인에 올려지는 물류 처리 프로세스가 전제돼야 한다. 매일 23만 개의 서로 다른 부품이 1만 대 자동차를 생산하기 위해 트레이에 배치된다.

보통 이 같은 작업의 대부분은 무인운반차량(AGV, Automated -Guided Vehicles)가 맡고 있다. 지능성 및 유연성이 달리는 산업용 로봇 팔이나 AGV는 스스로 주변을 인식해 적재적소에 부품을 옮길 수 없다.

아이디얼웍스의 자율 로봇 제품 플릿은 개방형 엔비디아 아이작 로봇 플랫폼에서 실행되는 단일 소프트웨어 아키텍처를 기반으로 한다. [사진=에이디링크]

BMW는 사람 개입 없이 부품을 운송할 수 있는 무인이동로봇(AMR, Autonomous Mobile Robots) 플릿으로 AGV를 교체했다. BMW 자회사인 아이디얼웍스(Idealworks)는 자율로봇 설계를 시작으로 물류 프로세스에 인공지능(AI, Artificial Intelligence)을 적용하는 과제를 맡았다. 아이디얼웍스는 필요한 소프트웨어 스택과 강력한 엣지 AI 컴퓨팅 플랫폼 개발을 위해 엔비디아와 에이디링크에 손을 내밀었다. 

매일 수천 만 개의 부품을 조립라인에 운송해야 한다는 점에서 생산 변동은 큰 물류 과제를 야기한다. 뿐만 아니라 조립 라인 환경은 매우 역동적이고 혼잡하기 일쑤여서 추가적인 자재 흐름 문제가 종종 불거진다. 

BMW는 적시의 직서열 제조 방식을 개선하기 위해 AI와 로봇 기술을 활용키로 했다. 아이디얼웍스에서는 고성능 AI 소프트웨어 스택과 데이터 집약적이고 복잡한 AI 연산을 안정적이고 빠르게 수행할 수 있는 소형 고성능 컴퓨팅 하드웨어를 결합해 혹독한 조립 라인 환경에 대응 하겠다는 방침이었다. AI 알고리즘은 동시 로컬라이제이션 및 매핑(SLAM, Simultaneous Localization and Mapping), 내비게이션 및 안내, 충돌 방지, 그리고 물체 포즈 추정을 가능하게 한다.

만들어야 할 AI 기반 로봇은 높은 진동과 물리적 충격과 같은 악조건에서도 안정적으로 작동할 수 있는 고성능 컴퓨팅 플랫폼을 필요로 했다. 아이디얼웍스는 맞춤형 솔루션을 구축하기로 결정하고 에이디링크의 컴팩트 DLAP-401 엣지 AI 플랫폼을 선택했다.

컴팩트 DLAP-401 컴퓨팅 플랫폼은 이송 로봇과 같이 단일 배터리 충전으로 최소한 한번의 교대 근무를 실행할 수 있어야 하는 로봇의 크기, 중량 및 전력(SWaP) 제약 조건을 충족한다. 이 플랫폼은 시간에 민감한 AI 계산을 수행해 교착 상태를 모면하는 등 트래픽이 많은 공장 현장에서 경로를 계획하고 안전하게 탐색하도록 도모한다. DLAP-401은 수동 냉각 또는 능동 냉각을 지원하며, 제거하기 쉬운 팬으로 유지보수를 간소화한다. 

아이디얼웍스의 인풋으로, 에이디링크는 내충격성 및 낙하 방지 기능을 갖춘 전문 산업용 하우징을 설계, 테스트 및 제작했다. 컴팩트 에이디링크 엣지 AI 플랫폼은 사용자 지정 커넥터를 통해 아이디얼웍스 하드웨어에 연결된다.

매우 높은 수준의 컴퓨팅 성능을 제공하기 위해 에이디링크 DLAP-401은 NVIDIA Jetson AGX Xavier SOM(System-on-Module)으로 구동되며, 이를 통해 로봇은 레이더와 카메라를 포함한 여러 센서의 데이터를 자동으로 처리할 수 있다.

매우 높은 수준의 컴퓨팅 성능을 제공하기 위한 에이디링크 DLAP-401 구성도 [자료=에이디링크]

엔비디아 젯슨 AGX 자비에 모듈은 인식, 3D 포즈 추정, 로컬라이제이션, 경로 계획 및 작동을 실시간으로 수행하는데 AI 알고리즘이 필요로 하는 성능을 최대 32 TOPS의 가속 컴퓨팅 성능으로 제공한다.

자율 시스템은 복잡하며 애플리케이션 성능 및 전력 요구사항을 충족시키기 위해 다양한 수준의 전문 처리 또는 전용 처리 기능을 필요로 한다. 젯슨 AGX 자비에는 개발자들에게 자율 머신용으로 특별히 설계된 소프트웨어 유연성과 결합된 일련의 처리 블록을 제공한다.

아이디얼웍스의 자율 로봇 제품 플릿은 개방형 엔비디아 아이작 로봇 플랫폼에서 실행되는 단일 소프트웨어 아키텍처를 기반으로 한다. 아이작 SDK는 포괄적인 도구, 라이브러리 및 사전 교육된 DNN 모델을 제공한다. 로봇들의 내비게이션은 아이작 심을 통해 테스트되고 검증됐다.

로보틱스는 낮은 수준의 하드웨어 드라이버, 안전한 플래닝 알고리즘, 빠르고 정확한 컴퓨터 비전, 심층 뉴럴 네트워크 및 높은 수준의 AI를 포함한 많은 다양한 분야를 결합한다. 아이작 SDK는 고성능 엔진에서 실행되는 광범위한 프레임워크이며 고성능 알고리즘 모음과 함께 제공된다. 예를 들어 알고리즘은 내비게이션 및 조작에 대한 계획과 인식, 주요 하드웨어 구성 요소와 로봇 주변기기 지원을 제공한다. 또한 맞춤형 동작과 기능을 추가하여 일반적으로 몇 개월 혹은 몇 년까지 걸리는 로봇 개발을 가속화할 수 있다.

임베디드 하드웨어 전문가인 에이디딩크와 엔비디아의 도움을 받아 아이디얼웍스는 자율 로봇을 위한 맞춤형 솔루션을 개발했다. 이 솔루션은 강력한 하드웨어 엔클로저에서 엣지 AI를 제공해 까다로운 산업 환경에서 컴퓨팅 플랫폼을 보호한다. 아이디얼웍스의 자율 로봇 구현으로 직원들은 더 이상 반복적인 적하 작업을 할 필요가 없어져 다른 핵심 역량에 집중할 수 있게 됐다. 2교대 운영의 경우, 1년 안에 설치비용만큼 비용 절감효과가 있을 것으로 예상된다.

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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