관리번호

2022-서비스로봇-일반-24

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

□ 원천기술   ■ 혁신제품

로봇/자동화기계

요소부품

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  ■ 신산업창출형  □ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형    □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  □ 탄소중립  □ 국제공동    □ BM형  □ 원스톱형  □ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D

샌드박스유형

■ R&D 샌드박스(일반)  □ R&D 샌드박스(지정)

과제명

열악한 실내외 주행환경(눈, 연기, 먼지 등) 대응을 위한 자율주행 로봇용 용적 300cc 이하 Solid State FMCW LiDAR 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

8

5

4

1

5

1

1

0

0

0

1. 개념 및 정의

ㅇ 야외 운용 상황인 눈·비·안개에 취약한 기존 Pulse 방식 LiDAR의 단점을 극복할 수 있는 1550nm 파장대역의 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave) LiDAR를 개발하고 이를 활용한 객체인식 및 SLAM 알고리즘 개발

- 로봇의 자율주행에 있어 야외운용 상황인 눈·비·안개에 강인한 FMCW 방식의 LiDAR 기술

- FMCW 방식의 LiDAR 기반 SLAM(동시적 위치추정 및 지도작성) 알고리즘 기술

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 열악한 실내외 주행환경 하에서 로봇의 자율주행 성능 향상을 위한 소형 Solid State 방식의 FMCW LiDAR 개발

- 열악한 실외 환경에 강인한 50m급 FMCW 4D LiDAR

- 다채널 레이저 송수신 구조의 고해상도 광학계 및 스캐너

- 고속 병렬구조의 레이저 구동 및 레이저 수신 신호처리 회로

- 광간섭 제거를 위한 광집적회로 기반 주파수 변조 레이저 및 간섭계

- 정형/비정형 객체 인식 및 열악환경(눈, 안개, 비, 연기 등)에 강건한 알고리즘

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	크기(용적)	cc	300	3,000	4,500 (미국, AEVA)
2	최대 측정 거리	m	50	150	300 (미국, AEVA)
3	화각(수평 * 수직)	deg	120 * 30	120 * 10	120 * 30 (미국, AEVA)
4	거리 정확도	cm	3	10	2 (미국, AEVA)
5	Eye safety(파장/class)	nm/ class	1550/Class 1	1550/Class 1	1550/Class 1 (미국, AEVA)
6	방수 방진 등급	-	IP67	IP67	IP67
7	평가환경 연기농도	%	90	90	-

□ 개발 내용

ㅇ 주파수 변조 연속파 신호처리 SoC 및 모듈화 기술 개발

- 1550nm FMCW용 SiO2 광간섭계 개발

- 광수신 고속신호처리용 고속 다채널 FFT 로직 개발

- FMCW LiDAR 시스템 통합 신호처리모듈 개발

- 외란 및 4D(3D+속도) 표적 정보 보정 기술

ㅇ Solid State Scanner 및 다채널 송수신 기술 개발

- 로봇 주변환경 인식용 광각 Scanner 설계 및 제어 기술 개발

- 다채널 송수신 광학계 기술 개발

- 1550nm 협대역 다채널 레이저 모듈 및 선형화 기술 개발

- 다채널 검증용 Polygon 스캐너 기반 테스트베드 개발

ㅇ 로봇 실증 및 신뢰성 확보 기술 개발

- 실증을 통한 LiDAR 및 어태치먼트 성능평가 기술 개발

- 로봇 장착성을 고려한 강건성 확보 기술 개발

- 야외 운용환경에 대한 신뢰성 확보 기술 개발

ㅇ FMCW LiDAR 기반 객체인식 및 자율주행 알고리즘 개발

- 도심생활 환경에서의 고정밀 정적·동적 장애물 검출 및 추적 기술 개발

- 실외 자율주행 로봇 장착 기반 4D 데이터 취득 및 자율주행 검증

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	4D 센싱이 가능한 FMCW LiDAR	7	HW	Lab & 로봇탑재 평가
2	FMCW LiDAR 기반 자율주행 SW	7	SW	Lab & 로봇탑재 평가

3. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내시장 현황 및 전망) 국내의 경우 최근 10년간 Pulse 방식 LiDAR에 대한 정부지원 및 업계 기술개발이 주를 이루었으나, 실외 주행환경에서 신뢰성 있는 LiDAR에 대한 기술요구로 인해 1550nm 레이저와 4D 실시간 센싱기술이 현대자동차, 만도 등에서 자동차용으로 기술개발이 이루어지고 있음

- FMCW 방식 LiDAR는 광주과학기술원, 부산대학교, 한국전자기술연구원, 한국광기술원, 인포웍스 등에서 자동차용으로 기술개발이 이루어지고 있음

ㅇ (세계시장 현황 및 전망) LiDAR 시장규모는 2018년 2억$에서 20204년 28억$ 수준으로 CAGR 55% 이상 급격히 성장중임

- Velodyne, Valeo, Bosh, Continental AG 등 선두기업 외 Innoviz, Strobe, Lumina, Princeton Lightware 등 신생기업들이 글로벌 완성차 업체들과 활발하게 개발 및 시장진입을 하고 있음

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ LiDAR는 3차원 공간분해능 및 객체인식이 가능하며, 악천후 조건에서 카메라 및 레이더의 단점을 극복할 수 있는 센서로 기술개발이 가속화되고 있음

ㅇ 눈·비·안개, 비산먼지, 농연 등 열악한 환경에서 객체인식이 어려웠던 Pulse 방식 LiDAR 기술을 보완하고, LiDAR 간의 간섭 배제 및 신호처리 시간을 단축하는 기술 개발이 필요함

ㅇ 기존 Pulse 방식 LiDAR의 단점을 극복할 수 있는 간섭계 방식의 FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) 4D LiDAR의 개발이 필요함

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ 로봇 자율주행 핵심부품인 LiDAR의 국산화를 통해 수입 의존도 완화 및 무역수지 개선

- 제품 성능, 내구성, 유지 보수성, 신뢰성를 가지는 제품 경쟁력을 확보하여 수입에 의존하던 핵심부품에 대한 수입 의존도를 대폭적으로 완화할 수 있음

□ 정부/정책적 지원 필요성

ㅇ 실내외 로봇의 자율주행 신뢰성 확보를 위해 3차원 정보를 통한 주변 상황 인식 성능향상을 위해 고해상도/고성능화 및 한계상황(악천후 조건) 극복형 기술개발 및 이를 상용화하기 위한 정부의 적극적인 산업지원이 절실함

- 해외선진국에 비해 가장 열세인 로봇 자율주행 센서 분야에서 기술 비교우위 및 글로벌 제품경쟁력 확보를 통해 신규 시장을 확대하여 체계적이고 지속적인 스타트업 발굴 및 기업 지원이 필요함

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 비산먼지, 증기 등 시야확보가 어려운 작업장에서의 자율주행 로봇에 활용

ㅇ 실내외 자율주행을 위한 배달/물류로봇에 활용

ㅇ FMCW 4D LiDAR의 사업화로 로봇, 드론, 스마트팩토리 등의 로봇 경쟁력 확보

□ 기술적 기대효과

ㅇ 관련 핵심부품 및 신뢰성 확보 가능한 FMCW LiDAR 국산화

ㅇ FMCW LiDAR 제조업 활성화 및 수출 극대화로 무역수지 개선

ㅇ 자율주행 로봇용 LiDAR 분야 글로벌 선도 기술 확보

□ 경제적 기대효과

ㅇ 로봇용 LiDAR 국산화를 통해 자율주행 핵심부품의 신뢰성을 확보하여 수입 의존도 완화 효과 및 고부가가치 창출을 통한 무역수지 개선

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2~4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 :  ‘23년 10억원 이내(총 정부출연금 50억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수