월간 SW 산업동향 2014 년 8 월호 이슈및쟁점 로봇 SW 플랫폼현황및발전방향

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1 월간 SW 산업동향 호 이슈및쟁점 로봇 SW 플랫폼현황및발전방향

2 로봇 SW 플랫폼현황및발전방향 한국전자통신연구원 김성훈 2013년현정부출범이후 S/W에대한중요성과가치가새삼부각되고있다. 최근경제나사회환경도 S/W를중심으로혁신과성장, 가치창출이이루어지고국가의경쟁력을좌우하는아이템으로변화하는실정이다. 특히, 정부에서는 S/W 산업내부만이아니라 S/W산업을둘러싼모든산업과국가전반에 S/W를확산하기위한 S/W 중심사회 를실천하고있다. 이러한국가적인불구하고로봇산업분야에서는아직도 S/W를경시하고 H/W에대한종속으로여기는보수적인풍토가만연하고있으며외산 S/W에맹목적인추종으로로봇산업분야에서 S/W에대한발전을저해하고있는것이실정이다. 본보고서에서는 ICT 기술과로봇 S/W가합쳐진로봇 S/W 플랫폼에대한현황과향후발전방향을제안한다. 1. 배경 로봇산업의 S/W 플랫폼은 S/W 미들웨어, 임베디드 OS, 웹기반서버스, 네트워크기반로봇서버, S/W 로봇과관련되어있으며다른분야의기술들을쉽게로봇에적용하기위한기술이다. 로봇 S/W 플랫폼기술은다양한환경에서사용되는여러종류의로봇시스템들의알고리즘과응용프로그램들을쉽게만들고동작시킬수있는표준 S/W 아키텍처로정의된다. 로봇 SW 플랫폼의출현배경은모든국가에서유사하지만, 로봇산업을활성화시키는데방해되는 3가지요소를제거하는데있다. 이러한 3가지방해요소는로봇을개발하는데비용을증가시킬뿐만아니라로봇을확산시키고사용자가로봇을활발하게사용하는데도방해가되기때문이다. 응용 S/W 의비호환성으로인한사용자비용증가 H/W 모듈의드라이버의비호환성 기존알고리즘의재활용의어려움 국내에서는 2008 년이후로봇 S/W 개발에따른중복투자를방지하여국가 자원낭비를막고산업활성화를촉진하며, 국내외표준화를주도및전문 인력양성을통하여로봇산업의세계시장선점및진출을목적으로정부 주도로로봇 S/W 플랫폼기술인 OPRoS 1) 를개발보급하고있다. 1) OPRoS : Open Platform for Robotic Services, 로봇서비스를위한개방형소프트웨어플랫폼의개발을목표로 2008 년에시작된과제의결과물 - 1 -

3 본보고서에서는국내외로봇 S/W 플랫폼기술의현황, 정부주도로개발된 로봇 S/W 플랫폼기술에대한소개와향후발전방향에대해서논의하고자 한다. 2. 로봇 S/W 플랫폼의중요성 [ 그림 5-5 ] 는로봇 S/W 플랫폼기술을적용하기전과후를비교한것이다. 그림 (a) 를보면, 로봇 I에서응용 S/W A가로봇 II, III, IV에는그대로사용되지못한다. 해당로봇용으로 S/W를변경하여야하나로봇 S/W 구조를모르기때문에서로다른회사에서는 S/W의적용이불가능하고같은회사라하더라도시간과비용이많이소모된다. 또한 H/W 모듈도비슷하거나같은 H/W 모듈이라하더라도적용된로봇이서로다를경우 S/W를그대로적용하는것은어려운일이다. 비슷한예로많은연구소및학교, 산업체가네비게이션, 매니퓰레이션, 객체인식등로봇분야에서사용되는유용한알고리즘을개발하였지만, 이러한알고리즘들은특정제약조건 ( 예, 인터페이스 ) 으로개발되기때문에모든로봇들에쉽게적용하기에어려워서각로봇에맞는알고리즘을다시개발하여야하는어려움이존재한다. [ 그림 5-5 ] 로봇 S/W 플랫폼의적용전후비교 (a) 기존시스템 (b) SW 플랫폼적용시 - 2 -

4 로봇 S/W 플랫폼을적용한로봇의경우인그림 1b의경우에는응용 S/W, 기존알고리즘, H/W 모듈이자유롭게사용가능함으로보여준다. 특히로봇 S/W 플랫폼적용이전과차이점은다양한 H/W의연동이쉬어지고사용자도쉽게 S/W를개발하여로봇에적용할수있다. 국내산업용로봇및서비스로봇은어느정도대외경쟁력을확보하고있으나, 수요자의다양한요구기능을수용하거나 IT 분야의사용자친화적인기술을신속하게적용할수있는로봇개발인력의능력때문에한계가존재하고있는데이에대한해결책이현구조상으로는없는상태이다. 특히국내로봇산업은현재 H/W 관련성능과기능은선진국과대응되지만, 로봇의응용관련능력은낮은편에속하고있다. 이는로봇산업에종사하는인력의수가절대적으로부족하기때문이며, 해결책으로는 IT 및타분야의인력들의참여가필수적이며해당분야의다양한아이디어를수용할수있어야하는로봇 S/W 플랫폼이절대적으로필요하다. 로봇 S/W 플랫폼기술은다양한분야의전문가와일반사용자들이쉽게로봇관련 S/W를개발하고제작하게만들게하는인프라를만들어주는것이목적이다. 또한, 국내로봇산업의공통적인성과와경험을축적할수있는플랫폼을제공함으로서기개발된로봇원천기술의협업과성과를공유할수있으며세계시장에진입할수있는원천기술의사업화를이룰수있다. 3. 로봇 S/W 플랫폼의기술의위치 로봇산업은많은기술을포함하고있는융합산업이다. 이러한산업을받쳐주는것이인력이며, 인력을어떻게활용하느냐가산업활성화의갈림길이다. [ 표 5-2] 는 2008년 2월에일본과학기술진흥기구가로봇산업의요소기술의경쟁력비교한내용이다. 이러한표에서보듯이국내의경쟁력이많이떨어져있다. 이는다른국가와비교해보더라도인구수, 즉로봇인력의수에서부족하기때문이다. 이러한로봇인력의수를절대적으로채울수는없다하더라도다른분야의인력을로봇분야의인력으로사용할수있게만드는것이로봇산업의국내경쟁력을높이는것이다. 또한필요할경우외국의기술을빠르게국내에도입하는것도하나의방법이될수있다. 이러한방법을가능하게하는것이로봇 S/W 플랫폼이다

5 [ 표 5-2 ] 선진국대비국내해당산업분야의기술수준 < 요소기술경쟁력비교 > 구분 미국 일본 EU 한국 매니퓰레이션이동 HRI 지능제어액츄에이터센서 / 센싱 SW플랫폼 주 ) 탁월한경쟁력보통이상의경쟁력보통수준의경쟁력기술개발시작 자료 : 일본과학기술진흥기구 ( ), 전자정보통신분야과학기술연구개발국제비교 현재로봇 S/W 플랫폼의경쟁력은미국, 일본과대등한수준이고경쟁력이 좋은분야도있다. 표 5-3 은 2014 년현시점에서경쟁력관점으로비교한자료이다. 분야 프레임워크분야 개발도구 컴포넌트 기술항목 운영체제지원 (Linux, Windows, RT OS) 프로그래밍언어지원 (C/C++, Java, Python) 선진국대비기술수준 부족다소부족동등우월보다우월 Scalability OS 결합임베디드빌트인 결함허용성 [ 표 5-3 ] 선진국대비국내 S/W 플랫폼의기술수준 컴포넌트재구성기술 개발도구의통합정도 검증및평가도구 응용 SW 개발도구의난이도 타국가과제와의연동 SW 의이식성정도 컴포넌트의종류및수 컴포넌트의활용로봇수 주 ) : 2008 년기술수준, : 2014 년기술수준 - 4 -

6 현재로봇산업은주로자동차제조용과전자제품제조용등제조업용로봇을중심으로형성되어있으나, 서비스로봇분야가활성화될것으로기대되고있다. 또한, 로봇 S/W 플랫폼은과거잠재적시장에서새로운시장으로출현하고있으며 IT, 임베디드시스템, 메카트로닉스산업, 고부가가치의센서산업과같은전방산업에미치는효과가지대한분야이다. 로봇 S/W 플랫폼산업의시장구조는그림 1과같다. 로봇 S/W 플랫폼기술을중심으로생태계조성을위해서는그림 1에서보듯이개발자에서소비자에이르는 Value Chain의형성이필요하나현재국내에서는이러한생태계조성이어려운실정이다. [ 그림 5-6 ] 로봇 S/W 플랫폼분야 Value Chain - 5 -

7 국내외주요시장참여자는아래표 5-4 와같다. [ 표 5-4 ] 국내외주요시장참여자 구분시장참여자주요특징 Willow Garage PR2(Personal Robot 2) 로봇을 10 개기관에무상제공, ROS(Robot Operating System) 를오픈소스로개발하여무료로배포 로봇 S/W 플랫폼개발자 Microsoft Evolution Robotics ActiveMedia Robotics MS 로보틱스그룹 을신설, MS 로보틱스스튜디오 (MSRS) 공개 ESRP 라는 S/W 컨트롤아키텍처를기반으로로봇의컴포넌트간상호작용메커니즘을보유 연구용모바일로봇플랫폼및개발도구등보유, 개발자커뮤니티운영 로봇단위컴포넌트개발자 로봇시스템조립 / 제조업자 로보티즈 한울로보틱스 미니로봇 마이크로인피니티 유진로보틱스 다사테크 LG 전자 산요 도요타 ZMP Inc. 다이나믹셀이라는모듈화를통해규격화된컴포넌트제공 다양한로봇뿐아니라이동메커니즘, 제어기술, 센서기술및자율주행기술등을보유 Building Block 기술을통해표준화, 규격화기술보유 이동로봇을위한자세추정시스템및 MEMS 형관성센서모듈개발 MSRS 의개발자용플랫폼사업에참여, 노인 / 병자 / 장애인간호및보조용로봇등다양한로봇개발, 보급 감성형엔터테인먼트로봇인애완로봇 Genibo 개발 청소로봇 로보킹 시리즈를개발, 보급 방범용반류 (Banryu) 로봇을개발 소니의개발인력 / 지적재산권인수, 가사도우미로봇, 노인복지와의료지원로봇등의개발에주력 네트워크를통한음악플레이어 miuro" 개발 자료 : 각사자료정리 현재로봇 S/W 컴포넌트에대한개별적인시장은형성되어있지않으므로전체로봇세계시장규모에서로봇 S/W 컴포넌트가차지하는규모를유추할수있다. 로봇 S/W 플랫폼의시장규모는전체로봇시장의 10~45% 로예상할수있다. 현재로서는 S/W 플랫폼이로봇플랫폼에종속된기술로잠재적시장이지만향후에는 S/W 플랫폼기술이로봇플랫폼으로부터분화되어독립적인시장을형성할것으로예상된다

8 실제로봇 S/W 플랫폼의시장은로봇산업분야의규모에서최소 5% 에서최대 40% 로예상되고, 그외의개발도구기술에의한전체로봇산업규모는 5% 정도로예상, 로봇 S/W 플랫폼에의한원가절감규모또한 10~30% 로예상된다. 4. 로봇 S/W 플랫폼기술의국내외기술동향 전세계적으로다양한종류의로봇 S/W 플랫폼기술이개발되었으며, 미국의 ROS(Robot Operating Syatem), 일본의 Open-RTM, 유럽의 OROCOS (Open RObot COntrol Software), BRICS(Best Practice in Robotics) 등은오픈소스기반의로봇프레임웍이며, ROS의경우많은로봇관련연구기관및대학에서센싱및제어패키지를만들어서공개하고있다. 미국의경우로봇기업들이각자의로봇플랫폼사업을추진해왔으며, 윌로우거라지는자사의플랫폼인 OpenCV/ROS 2) /PR시리즈기반의커뮤니티를운영하여세계적인지도구축에성공하였다. 또한, 로봇에구글클라우드서비스를적용 시연한바있으며일반사용자 / 서비스관점이아닌개발자관점의사업을전개하고있다. MS는 2006년 MSRDS 3) 를발표하며로봇산업에진입하였고 2011년에발표된버전에는 HW플랫폼이추가되었다. 미국정부의 NRI는개방형로봇구조및공통플랫폼구축, 연구자및사용자참여에의한 R&D, 교육, 상용화전반의지원을명시하고있다. 이를통해기업들의로봇비즈니스전략이정비되고새에코시스템이정착될것으로전망된다. [ 그림 5-7 ] ROS 3D 시뮬레이터 2) Robot Operation System, 3) Microsoft Robotics Developer Studio, MS 의로봇개발자용소프트웨어스위트 (Suite) 제품으로현재 RDS 4 Beta 버전배포중, -

9 일본에서는정부의지원으로개발된로봇SW플랫폼 'OpenRTM-aist 4) ' 를모든로봇 R&D과제에서적용하도록하고있으며카와다 (Kawada) 공업 의 HIRO, AIST의 HRP-2와 HRP-4C 등에적용되었다. OpenRTM 과제종료 ( 12.4월) 후정부지원중단으로인한유지보수등의문제로업체들이적용에관심이없어, 확산에난항이예상된다. 일본에서는 ROS의안정성부족, 성능부족, 서비스요소지원을위한추가개발부담등의문제로인해로봇기업들이 ROS에도관심이없다고한다. 현재서비스 API를기반으로로봇용서비스를개발하기위한과제수행중이다. [ 그림 5-8 ] OpenRTM 시스템데이터 EU에서는 FP7 5) 의일환으로로봇의 best practice를찾아사용하는 BRRICS 과제및로봇환경과연동하는 RoboEarth 6) 과제수행중이며 RoboEarth 과제는로봇들이정보를공유하고행동과환경에대하여서로배우는거대한네트워크를통해로봇용클라우드를구축하여관련정보를찾아배우게하는시스템을구축하였다. RoboEarch과제는 ROS를기반으로개발되었지만 H/W 추상화계층을도입하여컴포넌트개발하고있다. 특히 BRICS 과제는 OPRoS의통합개발도구를 best practice로간주하고유사한기능을개발중에있다. 4) Open Robot Technology Middleware, implemented by AIST, METI 와 NEDO 가지원한국책사업 ( 07~ 12, 5 년 ), 5) The European Union Seventh Framework Programme FP7/ ) 일종의로봇용 World Wide Web 을개발하는과제 ( 월에시작 ),

10 [ 그림 5-9 ] RoboEarth 시스템아키텍처 국내에서는 OPRoS기술개발이거의마무리단계로활용 확산이필요한단계이나, 로봇 S/W 플랫폼에대한업계의이해가부족한상황이다. 퍼스널로봇기반기술개발 과제 7) 의초기단계에로봇 S/W 플랫폼에대한필요성을인식하여개발에착수하였으나당시로서는기술력이부족하였다. OPRoS 과제에서개발된로봇 S/W 플랫폼은 (ROS, OpenRTM 등에비해 ) 성능은우수하나개발자들에대한홍보와인식이매우부족한상황이다. 현재 OPRoS 는소스코드까지무료로개방하고있다. 국내유진로봇에서는플래쉬기술을연동하여로봇동작과멀티미디어콘텐츠가융합된로봇용콘텐츠를작성할수있는저작도구를개발하여자체적으로사용하고있다. 로보메이션은 DMP라는프로토콜을기반으로로봇 ( 클라이언트 ) 이서버와통신하면서로봇을구동하는프레임워크기술을개발하여사용하고있으며로보웨어는 UMC(Universal Motion Controller) 라는로봇제어엔진및파이썬스크립트를기반으로로봇서비스를저작하는도구를개발하였다. 7) 국내최초로정부가지원한서비스로봇분야 R&D 과제 ( ~ , 99 개월 ) 로, 1 단계 3 년간의목표는 IT 기술의접목과표준플랫폼개발을통한퍼스널로봇의기반확립이었음

11 [ 표 5-5 ] 로봇 S/W 플랫폼의비교 비교항목 OPRoS RT 미들웨어 ROS OROCOS MSRDS 주요내용 컴포넌트, 프레임워크, 개발도구, 검증도구, 서버 컴포넌트, 프레임워크, 개발도구 프레임워크, 개발도구, 그러나알고리즘에초점 프레임워크 (Real Time Tool Kit) 개발도구에초점. 코디네이터있음 운영체제 / 실시간지원여부 Windows,Linux/ 실시간지원 Windows,Linux/ 실시간지원 ( 실시간 OS 사용 ) Linux/ 실시간지원 ( 실시간 OS 사용 ) Linux/ 실시간지원 ( 실시간 OS 사용 ) Windows 를활용하여어느정도제공 컴포넌트재사용 가능 가능 컴포넌트구조로보기힘들지만재사용 가능 컴포넌트구조로보기힘들지만재사용 에디터종류 / 소스제공여부 컴포넌트 / 컴포넌트블록 / 콘텐츠 / 제어블록에디터 컴포넌트 / 컴포넌트블록 / 콘텐츠에디터 컴포짓에디터와유사한에디터제공 없음 타스크에디터 (VPL) 시뮬레이터제공제공제공 ( 기능제한 ) n.a. 제공 검증 / 평가도구 SW 공학도구 제공제공제공하지않음 n.a 제공 제공하지않음 Wiki 사용 ( 공학도구아님 ) 제공하지않음 시뮬레이션으로콘텐츠검증가능 제공하지않음 서버기능제공제공하지않음제공하지않음제공하지않음제공하지않음 5. OPRoS 기술 OPRoS는로봇의주요기능을구현하는응용소프트웨어 ( 컴포넌트 ), 이를통합하는표준구조 ( 프레임워크 ), 개발도구등을통칭하는로봇 S/W 플랫폼기술이다. S/W도 H/W를조립하듯보다손쉽게개발할수있도록컴포넌트개념이도입되었고이를통해콘텐츠와소프트웨어개발시간과비용을줄일수있다. 지난 2007년지능형로봇개발을위한공통기반플랫폼기술개발의과제로시작된오프로스 (OPRoS: Open Platform for Robotic Services) 는로봇소프트웨어를컴포넌트화하여재사용과동일기능을하는컴포넌트끼리교체가가능하도록하여코드의재사용성을극대화하고, 빠른로봇소프트웨어개발이가능하도록개발도구를개발하는것을목적으로한다. OPRoS 는오픈소스프로젝트로서지난 2009년부터연구결과를홈페이지를통하여소스를공개하고있으며, 매년 OPRoS 실무자교육을 1회이상씩무료로진행하고있다

12 그림 5-10 은 인 OPRoS 홈페이지이며, 최근에새롭게오프 로스개발및사용을위한사이트 를개설하였다. [ 그림 5-10 ] OPRoS 홈페이지와개발 / 사용협업사이트 OPRoS는복잡한로봇소프트웨어프로그래밍을가능한단순화하고개발도구의많은사용자친화적요소와자동화기능을극대화하여보다많은로봇프로그램사용자가로봇시장에서수요를창출할수있도록지원하는플랫폼으로통합개발도구와로봇의운영체제인프레임워크로구성되어있다. [ 그림 5-11 ] 은컴포넌트, 통합개발환경, 검증평가시스템, 프레임워크및하드웨어모듈간의관계도이다. [ 그림 5-11 ] OPRoS 구성요소들간관계 OPRoS 프레임워크가가진컴포넌트실행엔진은 OPRoS 컴포넌트를컴포넌트가가진주기성및우선순위와사용자입력값에맞도록오프로스컴포넌트들을실행시켜준다. 또한 OPRoS 태스크실행엔진은사용자가작성한태스크스크립트를구동시켜서로봇의동작을컴파일하지않고일시정지, 다시시작기능으로사용자가

13 로봇태스크의수정을가능하게한다. OPRoS 프레임워크는리눅스와윈도우즈를 지원하며, 그이외에도 Mac 및 ios 에도컴포넌트실행엔진을구동시키는것이가능 하며, 실시간운영체제인 QNX 와 RTAI 에도적용하였다. OPRoS 가제공하는개발도구는오픈소스인이클립스의플러그인으로동작하며, GUI를적용하였다. 그개발도구의종류로는컴포넌트컴포우저, 컴포넌트에디터, 테스트도구, 태스크에디터가있으며, 이클립스기반은아니지만윈도우프로그램인 OPRoS 시뮬레이터또한 OPRoS 개발도구에포함된다. [ 그림 5-12 ] OPRoS 시뮬레이터와개발도구 6. 국내로봇 S/W 플랫폼발전방향 국내로봇산업을세계중심시장으로이끌수있도록하는원동력인로봇 S/W 플랫폼기술개발에정부지원이필수적이다. 현재국내로봇산업은영세하여이익을창출할때까지긴시간이소요되는로봇플랫폼기술을민간에서담당하기어려운상황이다. OPRoS 기술의활용 확산을촉진하기위한오픈커뮤니티구축및운영 지원이절실한실정이다. 정부주도의 R&D 과제에서는 OPRoS 를반드시사용 하게하고, 성과를오픈커뮤니티를통해공개하도록하는정책이필요하다. 또한, 로봇에탑재가능한컴퓨팅파워의한계및운용환경과로봇의자원을최적으로활용할수있는서비스필요성증대하고있는실정으로로봇서비스창출을위한플랫폼으로서클라우드컴퓨팅활용하는로봇 S/W 플랫폼이필요하다고할수있다

14 참고자료 1. 월간로봇, OPRoS 검증자동화도구-웹및이클립스기반 2012년 8월 2. 지식경제부, 개방형로봇 S/W 플랫폼 2단계연구사업기획보고서, 2012년 8월 3. OPRoS 공개사이트, 4. OPRoS 경진대회교육자료 5. 지능형로봇표준포럼, " 개방형로봇소프트웨어플랫폼 - 제1부 : 정의및시스템구성, 2014년 5월