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‘앙치킨’, 국방로봇경진대회서 ‘국방부장관상' 수상
‘꼬꼬mk’에 포함된 기술 및 ‘앙치킨’의 소감
국방부와 한국로봇융합연구원이 주관하는 [2023 국방로봇 경진대회]에 참가한 공학교육혁신센터 동아리 ‘앙치킨’팀이 참가하여 국방지능로봇부분 최우수상(국방부장관상)을 수상하였다. 그와 관련하여 앙치킨 2023회장 강민지와 대회 참가자인 노시태, 최지원이 인터뷰에 참여하였다.
동아리 ‘앙치킨’은 2019년에 설립된 홍익대학교 세종캠퍼스 로봇 학술 동아리이며, 현재까지 국방로봇경진대회, Robocup rescue(로보컵 구조 : 1996년 창설된 연례 국제 로봇 공학 대회) 등 국방 관련 대회를 출전하기 위해 설립되었다. 또한 드론, 자율주행 경진대회, 캡스톤 등 다양한 종목의 대회를 출전하며 각자의 역량을 향상시키고 있을 뿐 아니라, 수상 실적을 통해 그 결과를 입증하고 있다.
이번에 앙치킨이 ‘국방로봇경진대회’에서 참여한 제품의 이름은 ‘꼬꼬mk’이다. 이는 자율주행 무인로봇으로, 군의 다양한 임무를 수행하기 위해 고안되었다. 꼬꼬mk의 성능은 다음과 같다.
고출력 모터와 튼튼한 알루미늄 프레임 구조로 성인 남성 2명을 가뿐히 견인할 수 있다.
모듈화 설계된 로봇으로 상황에 따른 다양한 기구, 액추에이터를 탈부착 할 수 있다.
다양한 종류의 카메라 센서를 이용해 안정적인 자율주행 및 원격제어, 저지연 실시간 모니터링이 가능하다.
Deep Learning(딥러닝)을 이용한 영상인식 기술을 적용해 학습한 물체를 정확하게 인식하고 처리할 수 있다.
꼬꼬mk는 다양한 기술을 통해 만들어졌는데, 소프트웨어 분야와 하드웨어 분야로 나뉘어진다.
먼저, 소프트웨어는 크게 ‘사물 인식 판단’, ‘자율주행 알고리즘’, ‘미들웨어’, ‘운영 체제’ 설계하였다.
사물 인식 및 판별 기술은 다음 3개의 방식이 활용되었다.
YOLO(You Only Look Once)는 실시간으로 객체를 탐지하는 알고리즘으로, 이미지나 비디오에서 다양한 사물을 식별하고 위치를 파악하는데 사용된다. 최근 컴퓨터 비전 분야의 발전으로 대두된 Multi labeled, Key point 등의 기술을 크게 아우르는 말이다. 그 중 YOLO모델은 기존의 모델보다 빠르고 정확한 데이터 처리 속도를 가지고 있다. 꼬꼬mk에서는 YOLO를 활용하여 카메라로부터 입력된 영상에서 사물을 인식하고, OpenCV를 통해 영상 처리를 수행한다.
OpenCV(Open Source Computer Vision Library)는 컴퓨터 비전과 관련된 다양한 작업을 수행할 수 있는 오픈소스 라이브러리이다. 예로, 공장에서 제품 감사를 할 때, 의료 영상 처리 및 보정 그리고 판단을 할 때, CCTV영상, 로보틱스 등 다양한 범위에서 사용된다. 꼬꼬mk에서는 OpenCV를 사용하여 이미지 처리, 객체 추적, 특징 검출 등을 수행한다.
Aruco Marker는 인공적으로 생성된 마커로, 꼬꼬mk가 위치를 추적하고 자세를 파악하는데 사용된다. 이는 QR코드와 유사하게 생긴 NxN크기의 고유의 패턴을 가지고 있으며, 각각의 마커는 좌표 체계가 있어 컴퓨터가 물체의 위치와 3차원(x축, y축, z축)상의 자세(pose)를 파악할 수 있게 해주어, 꼬꼬mk의 정확한 위치와 방향을 파악할 수 있게 도움을 준다.
자율 주행 알고리즘 기술로는 다음 3가지 방식이 활용되었다.
IMU(Inertial Measurement Unit)는 가속도계와 자이로스코프 등의 센서를 결합한 관성 측정 장치로, 꼬꼬mk의 움직임과 자세를 측정한다. 이는 사람의 감각 기관 중 귓속의 반고리관과 같은 역할을 하는 센서이다. IMU에서 얻은 데이터를 활용하여 꼬꼬mk의 주행 상태를 파악하고, 이를 기반으로 자율 주행 알고리즘을 실행한다.
RGB 프레임은 일반적인 카메라에서 얻은 영상 데이터다. 이를 활용하여 꼬꼬mk는 주행 환경을 실시간으로 인식하고, 트랙, 안개 등을 탐지하여 적절한 주행 판단을 내린다.
Depth 프레임은 3D공간에서의 거리 정보를 포함하는 영상 데이터이다. Depth 프레임을 활용하여 꼬꼬mk는 주변 사물과의 거리를 파악하고, 모래, 자갈, 물 등의 다양한 환경에서의 주행을 결정 내릴 수 있다.
미들웨어는 서로 다른 애플리케이션이 서로 통신하는 데에 사용되는 소프트웨어이다. 꼬꼬mk의 미들웨어에는 DDS(Data Distribution Service)가 사용되었다. DDS는 OMG에서 국제 표준으로 정한 실시간 데이터 분배 미들웨어이다. DDS를 활용하여 꼬꼬mk는 다양한 센서 및 장치와 실시간으로 데이터를 주고받을 수 있다. 이를 통해 외부환경에서 꼬꼬mk의 실시간 관제가 가능하다.
소프트웨어의 마지막으로, ROS2(Robot Operating System 2)는 로봇 운영체제로서, 로봇 소프트웨어 개발을 위한 플랫폼이다. ROS2는 다양한 로봇 시스템을 효율적으로 관리하고 실행할 수 있는 기능을 제공한다. 꼬꼬mk에서는 ROS2를 사용하여 다양한 기술 및 하드웨어 컴포넌트를 유기적으로 연동하여 프로그램을 실행하고, 실시간으로 데이터를 주고받을 수 있다.
다음은 꼬꼬mk를 제작할 때 사용된 하드웨어 분야에 대한 설명이다.
전체적인 로봇의 설계는 Autodesk Intentor와 Fusion360을 이용하였다. 꼬꼬mk는 다양한 환경에서 적응할 수 있는 로봇을 개발하기 위해 모듈화를 설계하였으며, 요구사항에 따른 로봇의 구조를 가변성 있게 제작하였다. 또한, 추가적인 로봇 기구나 엑추에이터를 탈착 할 수 있도록 설계했다.
꼬꼬mk 스펙은 다음과 같다.
질량 : 32kg
재료 : 알루미늄 프로파일, 알루미늄 판, 철판
운행 시간 : 평균 3시간
장점 : 200kg이내의 물체를 안정적으로 견인이 가능함
특징 : 2kg이내의 물체를 안정적으로 파지하는 머니퓰레이터
동아리 ‘앙치킨’은 2021년, 처음으로 대형 로봇 개발 프로젝트에 도전했다. 그 당시에는 선택과 집중이 부족해 대회장에서 로봇이 합선으로 제대로 기능하지 못했던 경험이 있으며, 그 대회 당시 팀원들과의 ‘의사소통’과 ‘시간 관리’의 중요성을 체감했다고 한다. 하지만, 두번째로 참가한 2023년 국방 로봇 경진대회에서는 그 경험을 살려 팀원들과의 끊임없는 의사소통을 강조했다. 의사소통을 위한 회의 주기를 늘리고, 칠판에 목표를 공유하며 매일 최신 상황을 팀원들과 공유했다고 한다. 이렇게 함으로써, 팀원들의 목표와 진행 상황을 명확히 파악할 수 있었다고 한다. 또한, 첫 대회에는 적용하지 못했던 개발 목표의 ‘우선순위’와 ‘선택과 집중’을 한 것이 이번 대회에서 국방부장상을 수상할 수 있게 된 방법이었다고 한다.
또한, 처음으로 무언가를 만들어야 하는 학생들을 위해 가장 기본적으로 알아야 하는 것은 제품에 필요한 기술과 도구에 대한 이해이다. 예를 들어, 소프트웨어 개발에는 프로그래밍 언어, 프레임워크, 라이브러리 등에 대한 이해가 필요하며, 하드웨어 개발에는 전자공학, 회로 설계, 센서 등에 대한 이해가 필요하다. 또한, 제품을 개발하는 과정에서 발생하는 문제를 해결할 수 있는 능력이 중요하다. 문제를 분석하고, 적절한 접근 방법을 찾아 효과적인 해결책을 구현할 수 있어야 한다고 한다.
온라인커뮤니케이션실 서지화 기자