[첨단 헬로티]

FCSC(Future Convenience Store Challenge)는 경제산업성 및 신에너지 산업기술종합개발기구(NEDO)가 주최하는 로봇의 국제경기대회․전시회(WRS: World Robot Summit(주1))의 하나로서 실시되고 있는 로봇 경기대회이다. 편의점을 대상으로 한 미래 서비스에 대한 디자인 콘테스트 및 기술 챌린지를 위한 로봇 경기대회를 포함하는 복합적인 콘테스트이며, SICE 시스템 인터그레이션 부문의 공간지부회를 중심으로 기획 운영되고 있다. 

이 글에서는 2017년에 열린 FCSC 트라이얼 대회에 대해, 경기 설계와 룰 설정 및 그 배경에 있는 개념에 대해 소개한다.

 

편의점 업무의 로봇화

1. 과제 조사

새로운 로봇 경기대회를 기획하는데 있어 로봇 기술을 활용할 수 있는 분야로서 최근 인력 부족이 심각한 과제이며, 또한 가까운 주변에서 점포나 서비스가 통일되어 있는 편의점 업무를 대상으로 선정했다. 

편의점 업무의 과제를 분명히 파악하기 위해 편의점에서 아르바이트한 경험이 있는 학생에게 청문을 하거나, 주식회사 세븐일레븐 재팬과 주식회사 세븐&아이 홀딩스에 협조를 요청해 편의점의 일상 업무 파악 및 로봇 기술에 의한 자동화·생력화 요구를 조사하기 위해 현장조사와 청문을 실시했다.

현장조사에서는 1점포당 하루 7회 전후의 배송이 있고, 그때마다 진열과 폐기 작업, 상품의 재진열(페이스업) 작업을 계산대 업무와 병행해 점원이 실시하는 것은 큰 부담이라는 것을 알 수 있었다. 이것은 사전에 예상되었던 로봇에 의한 자동화 대상이었지만, 이외에도 점포 청소, 특히 화장실 청소의 부담이 생각 이상으로 커서 여기에 자동화 요구가 크다는 것이 밝혀졌다. 또한, 편의점 업무는 단순히 물품을 판매하는 것만이 아니라, 여러 지역에 뿌리 내린 서비스를 제공하는 것이 최근 많이 이용되고 있는 인터넷 통신판매 등에는 없는 가치를 제공하고 있다는 것도 밝혀졌다. 

2. 경기 카테고리

이상의 조사 및 청문으로부터 먼저 최근의 과제로서는 화장실 청소의 자동화를 경기의 하나로서 다루었다. 또한, 상품의 선반 진열 작업, 폐기 작업, 페이스업 작업은 자동화 요구가 높고, 이동 기술·매니퓰레이션 기술의 인터그레이션이 필요할 것으로 예상되기 때문에 로봇 경기의 과제로서 충분히 고도의 파급 효과가 큰 과제로서 경기의 하나로 다루기로 했다.

또한, 최근 인터넷 쇼핑이나 Amazon Go 등의 무인점포 출현으로, 그 존재 의의가 커지고 있는 소매 업무 및 기타 서비스에 대해 미래의 형태와 가치를 의논하고 창조하는 것을 목표로, 접객 업무 전반에 대해 자유롭게 과제를 설정하고 시연을 실시하는 제안형의 경기를 설정하기로 했다. 이상으로부터 FCSC에서는

•화장실 청소 태스크

•진열․폐기 태스크

•접객 태스크

등 3종류의 작업을 경기로 설정했다. 모든 경기에 대해 참가자의 다양한 아이디어 제안과 실증을 최대한 방해하지 않고, 특정 형태의 로봇이나 방법에 한정하지 않도록 룰 설계를 하기로 했다. 3가지 경기는 어느 하나 또는 복수 참가가 가능하며, 경기마다 다른 로봇과 환경 측에 설치하는 인프라 등을 이용해도 되는 것으로 했다.

경기 설계

1. 경기 필드

앞에서 말한 3가지 태스크를 경기로 실시하기 위해 그림 1에 나타낸 모의 점포를 경기 필드로 설정했다. 모의 점포는 ‘백야드 영역’, ‘홈 영역’, ‘통로’, ‘진열대(그림에서는 선반으로 기재)’, ‘잡지대’, ‘화장실 영역’, ‘카운터’ 등 편의점에 공통된 영역․요소로 구성되어 있다. 

그림 1 모의 점포 전체 구성

접객 태스크에서는 점포 전체를, 화장실 청소 태스크에서는 ‘홈 영역’, ‘통로’, ‘화장실 영역’을, 진열 폐기에서는  ‘홈 영역’, ‘통로’, ‘진열·폐기대’를 사용해 경기를 한다.

2. 경기의 흐름

모든 경기에서 참가팀의 제한 시간은 20분으로 하고, 그 중에 경기 설계상의 이유로 다음과 같은 시간 구분을 설정하고 있다.

· 리폼 타임  : 점포 내 시설에 대해 경기 참가자가 센서나 인프라 설비의 설치, 독자 개발한 로봇화된 선반이나 변기의 교체를 하기 위한 시간. 

· 세팅 타임 : 로봇에 대해 설정을 하는 시간. 진열 폐기 태스크에서는 폐기품을 이 단계에서 결정하기 때문에 그 정보를 로봇에 세트한다. 

· 프레젠테이션 (접객 태스크만) : 시연을 하는 시스템에 관해 참가자가 제안을 프레젠테이션할 수 있다. 다음의 시연과 동시에 해도 된다.

· 시연 : 실제로 로봇을 동작시켜 작업을 하게 하는 시간.

이러한 시간 배분은 경기 참가자가 자유롭게 결정할 수 있으며, 각 시간의 종료를 심판에 선언함으로써 다음 단계로 진행하는 룰로 하고, 여기에서도 참가자마다 다른 전략을 취할 수 있도록 자유도를 높였다.

경기 룰

1. 접객 태스크

접객 태스크는 편의점 업무의 하나인 접객의 자동화를 위한 기술 개발이나, 새로운 서비스 제안을 목적으로 설정되어 있다.

편의점 점포에서 접객 업무에 대한 개념은 여러 가지로, 접객이야말로 인간이 하고 그 시간을 내기 위해 다른 작업을 자동화․생력화해야 한다는 의견과, 단순한 계산대 작업 자체는 최대한 자동화해 가급적 기다리는 일 없이 많은 내점객을 처리하는 것이 접객 서비스로 이어진다는 의견도 있다.

(1) 경기 과제

경기 참가자는 그림 1에 나타낸 점포 전체의 임의 장소를 이용해, 예를 들면 자율적으로 이동해 작업을 할 수 있는 로봇이나 모의 점포 내에 설치 가능한 인프라를 개발해 편의점의 새로운 서비스 형태를 제안하는 것을 요구받기 때문에 다른 경기와 비교해 가장 자유도가 높은 경기이다.

편의점의 미래를 위한 새로운 서비스 제안을 목적으로 하고 있기 때문에 로봇 기술을 이용해 실제로 동작하는 시스템을 개발하는 것도 필요하지만, 동시에 그 제안 내용의 사상이나 신규성, 유용성이 중요시된다.

(2) 평가 지표

이 태스크는 참가자마다 실시 내용이 다르기 때문에 제안 내용과 개발한 시스템에 대해 몇 명의 심사위원이 (i) 제안성, (ii) 유용성, (iii) 실현 가능성, (iv) 달성도, (v) 재시도 횟수 등 주로 주관 평가에 기초해 순위를 결정한다. (i)～(iii)에 대해서는 주로 제안의 프레젠테이션이 채점되고, (iv)～(v)에 대해서는 개발된 시스템이 채점된다.

2. 청소 태스크

편의점 일상 업무의 하나인 화장실 청소를 자동화하기 위한 기술 개발을 목적으로 한 경기이다. 화장실 청소 작업을 자율적으로 하는 로봇이나, 화장실 공간 내에 설치 가능한 청소 작업을 하는 인프라 로봇의 실현을 목표로 한 경기로 되어 있다. 화장실 영역은 ‘변기’, ‘바닥’ 등의 청소해야 하는 ‘청소 영역’과 청소에 필요한 인프라 장치를 설치할 수 있는 ‘인프라 설치 가능 영역’으로 구성된다(그림 2).

그림 2 화장실 청소 영역과 인프라 설치 영역

경기대회에서는 참가자가 개발한 로봇이나 인프라를 이용해 모의 화장실 공간에서 변기와 바닥 청소 작업의 시연을 하고, 개발한 시스템에 의한 작업의 확실성을 겨룬다. 

시연에서는 이하의 2종류 작업을 실시하기로 했다.

· 변기(상면) 및 주변 바닥에 부착된 모의 소변을 청소한다. (변기 내는 대상 외) 

· 바닥에 떨어져 있는 쓰레기(화장지의 심이나 조각)를 청소한다.

또한, 화장실 청소 태스크는 매우 중요한 과제로 로봇 기술을 포함하는 모든 기술을 이용해 해결하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 반드시 로봇일 필요는 없고, 인프라 영역에 자동 청소기기 설치를 포함한 리폼도 허가하고 있다.

(1) 계측 시스템

화장실 청소를 경기로 하기 위해서는 바닥이나 변기 청소 상태를 재현 가능하고, 또한 정량적으로 평가하는 방법이 필요했다. 형광 도료를 희석한 것을 모의 소변으로 사용, 일정 조건으로 살포한 후 로봇 등으로 청소 작업을 하여 그 제거율을 측정하는 시스템이 슈토대학 와다연구실에서 개발됐다.

그림 3 모의 소변 살포 조건

모의 소변 살포 조건을 고정하기 위해 시판품 방수장비(오줌싸개 동상)를 살포장치로 이용, 모의 소변 300ml를 그림 3에 나타낸 위치에서 방수함으로써 변기 주변의 소변 비산을 재현했다.

그림 4 화장실 청소 경기의 청소율 계측 예

청소 상태를 평가할 때에는 차광실 내에서 블랙 라이트에 의해 형광 도료를 포함한 모의 소변을 발광시킴으로써 화상 처리를 하기 쉽게 했다. 그림 4에 나타냈듯이 모의 소변의

(A) 살포 전의 화상 (초기 상태)

(B) 청소 전의 화상

(C) 청소 후의 화상

등 3종류의 화상을 취득, 2값화해 잔류 오염 영역을 흰색으로 표현한 후 pix(X)가 2값화 화상 중 X의 백색 픽셀 수를 나타낸다고 하면

제거율=(1−pix(C−A)/pix(B−A))×100[%],   (1) 

로 하고, 모의 소변 살포 전의 초기 상태가 청소율에 영향을 미치지 않도록 배려해 계측을 했다.

(2) 과제 설정

경기 시간은 앞에서 말한 대로 20분이며, 리폼 타임에는 설치형 청소장치나 로봇을 보조하는 기기 등의 인프라 설치를 하고 그 후 심판단에 의해 모의 소변 살포를 실시. 세팅 타임에 로봇의 동작 준비를 실시한 후, 시연으로 실제 청소 작업을 실시한다. 

과제는

· 모의 소변 청소 (50점) : 살포 직후의 상태를 100%로 하고, 80% 이상 제거하는 경우를 50점으로 평가한다.

· 쓰레기 청소 (50점) : 화장지 조각 4개, 화장지 심 1개를 각각 10점으로 해, 총 5개의 쓰레기를 청소함으로써 50점으로 평가한다.

위의 2가지로 총 100점 만점으로 했다. 또한 경기 시간 종료 시점에서 로봇이나 인프라 장치 등이 청소 영역 내에 잔류하는 것은 실용상 문제인 동시에. 앞에서 말한 측정 시스템에 의한 계측 방법의 특성 상, 정확한 청소율 평가가 어렵기 때문에 평가 대상에서 제외된다.

3. 진열․폐기 태스크

진열․폐기 태스크는 편의점 점포 내에서 상품의 진열이나 폐기품의 회수 작업을 자동화하기 위한 기술 개발을 목적으로 한 경기이다. 참가자는 자율적으로 이동해 작업 가능한 로봇이나 점포에 설치 가능한 인프라 장치 등을 개발, 이들 작업을 자동화하는 것을 과제로 하고 있다. 이 경기에서는 단순히 모바일 매니퓰레이터 등을 이용한 진열·폐기 작업에 얽매이지 않고, 선반 자체가 변형돼 로봇의 작업을 보조하거나 선반 자체의 로봇화를 가정해 선반을 자체 제작품으로 대체하는 것도 허용하고 있다.

그림 5 진열·폐기 태스크 실시 영역

(1) 과제 설정

그림 5에 진열·폐기 태스크에서 사용하는 영역의 확대도를 나타냈다. 

경기는 원칙적으로 2m×2m의 홈 영역에서 상품 수납 컨테이너(식품 운반용 컨테이너 박스)에 담긴 상품을 선반까지 운반하는 동시에, 

· 진열 태스크 (50점) : 상품을 진열용 선반의 소정 위치에 진열한다.

· 폐기 태스크 (50점) : 폐기품을 포함한 상품의 정돈과 폐기품의 회수를 한다.

2종류의 태스크를 연속으로 해서, 최종적으로 폐기품을 홈 영역까지 가지고 돌아오는 작업을 한다. 이 2가지 태스크의 실시 순서는 임의로 했다. 또한, 보통의 선반 이외에 독자적인 선반의 이용도 생각해, 선반에 대한 액세스는 정면(통로측) 및 후면(백야드측) 중 어느 쪽에서도 허용된다(그림 5).

(2) 진열 태스크

진열 태스크에서는 ‘주먹밥’, ‘음료’, ‘도시락’(각각 3개씩)을 종류별로 정렬한 상태에서 선반에 진열한다. 진열 시에는 같은 종류는 1열로 진열하는 것을 기본으로 하고, 2종류 혹은 3종류의 상품 진열 성공 또는 다른 선반의 단에 진열함으로써 보너스 점수가 가점된다.

(3) 폐기 태스크

폐기 태스크는 어지럽게 진열된 샌드위치 5개(사전에 라벨 A～E를 부착) 중 세팅 타임에 임의로 결정한 1개에서 4개의 폐기품을 인식해 회수하는 동시에, 폐기품 이외는 페이스업하는 작업을 한다. 폐기 대상물 및 페이스업 대상물에 대해서는 리폼 타임 중에 2차원 바코드나 RFID 등 로봇이 인식하기 쉽게 마커 부착하는 것도 허용되어 있다.

FCSC 2017

앞에서 말한 경기 룰 설정에 기초해 제1회째의 FCSC 경기대회를 WRS의 트라이얼 대회로서 2017년 12월 19일부터 21일까지 3일간의 일정으로 센다이 국제센터에서 개최했다. 경기 결과와 비디오 등에 대해서는 FCSC의 Web 사이트에 게재되어 있으므로 참고하기 바란다. 모든 태스크에 대해 경기 레벨로서는 적당했다고 참가자들로부터 평가을 받았다.

한편 참가자의 자유도를 높이기 위해 여러 가지 제약을 최대한 줄였는데, 룰이 애매해져 판정에 어려움이 있었고 참가자의 전략 설정에 어려움을 초래한 측면이 있었다. 앞으로는 자유도를 허용하면서 보다 알기 쉬운 룰로 개선하는 것이 요구된다.

맺음말

이 글에서는 FCSC의 경기 설계 배경과 접객 태스크, 청소 태스크, 진열·폐기 태스크의 3가지 경기 각각의 룰에 대해 설명했다. WRS 2017 사전 대회의 경기 실시 상황과 결과를 통해 2020년의 본대회를 위해 태스크 난이도 향상, 룰의 애매한 부분을 보다 엄밀하게 정의하는 등 경기 룰을 재검토함으로써 경기 내용에 한층 더 충실을 기하고, 기술 개발의 촉진을 도모할 예정이다.

安藤 慶昭, 산업기술종합연구소