결승전을 향한 여정

VDL Robot Sports

AAEON의 BOXER-8651AI 채택

RoboCup 2024에 도전하다

RoboCup은)은) 기술적 협력과 스포츠가 만나는 연례 대회입니다. 1997년에 처음 개최된 이 대회는 세계에서 가장 인기 있는 스포츠인 축구를 통해 자율 로봇 공학의 혁신을 고무하고 선보이는 플랫폼 역할을 합니다. 업계 전문가들로 구성된 비영리 단체인 VDL Robot Sports는 대회 역사의 상당 부분 동안 자율 로봇 시스템 팀을 구성하여 미들 사이즈 리그(MSL)에서 경쟁해 왔습니다.

각각 포르투갈과 프랑스에서 개최된 RoboCup 2022 및 2023 대회에서 VDL Robot Sports는 NVIDIA® Jetson Xavier™ NX를 탑재한 AAEON의 BOXER-8251AI를 활용했습니다. 네덜란드에서 열린 2024년 대회를 위해 VDL Robot Sports는 그동안 AAEON의 AI@Edge 솔루션 제품군이 이루어낸 혁신을 최대한 활용하기 위해 플랫폼 업그레이드를 결정했으며, 팀의 기량을 한 단계 더 끌어올릴 시스템으로 BOXER-8651AI를)를) 선택했습니다.

개발 과제 해결

축구 경기를 할 수 있는 5대의 자율 로봇 '팀'을 개발하는 데는 고려해야 할 사항이 많았습니다. 로봇은 역동적이고 빠르게 진행되는 스포츠 환경에서 내비게이션을 수행하고, 다수의 소스에서 발생하는 방대한 양의 데이터를 실시간으로 처리하며, 전술적으로 합리적인 찰나의 결정에 따라 동작을 수행할 수 있어야 했습니다. 따라서 VDL Robot Sports는 이러한 동작을 수행하는 데 필요한 데이터 획득을 용이하게 하기 위해 센서, 카메라, 액추에이터를 수용할 수 있는 다양한 인터페이스를 갖춘 시스템이 필요했습니다. 또 다른 문제는 이 시스템이 의사 결정 및 작업 실행을 위한 로봇 메인 소프트웨어와 함께 NVIDIA JetPack™을 활용하는 복잡한 AI 소프트웨어를 실행할 수 있는 역량을 갖추었는지였습니다.

기술적인 부분만큼이나 중요한 것은 VDL Robot Sports가 선택한 시스템의 환경 사양이 자율 로봇 시스템에 얼마나 적합한지였습니다. 로봇이 빠르고 전방위적인 움직임을 보이기 때문에, 선택된 시스템은 그러한 사용을 견딜 만큼 견고해야 할 뿐만 아니라 로봇이 역동적이고 민첩하게 움직일 수 있도록 작아야 했습니다.

BOXER-8651AI, VDL의 슈퍼 서브

팀의 플레이메이커: NVIDIA® Jetson Orin NX 추론 능력

VDL Robot Sports의 자율 로봇 시스템에 대한 기대치를 충족하는 데 있어 AAEON의 BOXER-8651AI는 완벽한 골을 넣었습니다. NVIDIA® Jetson Orin NX를 탑재한 BOXER-8651AI는 1024개의 CUDA®와 32개의 Tensor 코어를 특징으로 하는 통합 NVIDIA Ampere GPU를 통해 탁월한 추론 성능을 제공하며 목표를 달성했습니다. 또한, 이 시스템은 NVIDIA JetPack™ 소프트웨어 개발 키트를 지원하여 VDL Robot Sports의 엔지니어들이 고성능 딥러닝 추론을 위한 TensorRT와 병렬 컴퓨팅을 위한 CUDA 사용을 포함하여 AI 모델의 성능을 최적화할 수 있도록 했습니다.

팀은 전이 학습(Transfer Learning)을 사용한 YOLOv5를 사용하여 모델을 학습시켰고, 높은 재현율(Recall)과 정밀도(Precision)를 달성했습니다. 그 후 이를 ONNX 형식으로 변환하고 NVIDIA TensorRT를 사용하여 최적화했습니다. 이를 통해 로봇은 공을 감지하고 추적하며, 같은 팀 로봇과 상대 팀 로봇을 구별하고, 골대를 식별하는 등 시각적 인식 작업을 완료할 수 있게 되었습니다.

이러한 AI 모델과 알고리즘은 로봇의 메인 소프트웨어에 통합되었으며, 센서 데이터가 입력되고 각 AI 모델을 사용하여 분석되었습니다. 이 분석 결과는 실시간 의사 결정을 내리고 로봇의 동작을 제어하는 데 사용되었습니다. BOXER-8651AI의 NVIDIA® Jetson Orin NX는 강력한 NVIDIA Ampere GPU를 바탕으로 팀이 사용하는 모델의 고속 추론을 가능하게 하여, 로봇이 복잡한 시각적 및 전략적 작업을 수행해야 할 때 지연 시간을 줄였습니다.

박스 투 박스 미드필더: BOXER-8651AI의 통신 인터페이스

카메라와 다양한 센서 및 액추에이터를 관리하는 다른 MCU를 연결하기 위해 VDL Robot Sports의 자율 로봇 시스템은 BOXER-8651AI에서 제공하는 다중 인터페이스를 활용합니다.

로봇 운영의 핵심은 BOXER-8651AI의 듀얼 USB 3.2 Gen 2 포트 사용이었으며, 이를 통해 매핑 및 장애물 감지에 필수적인 시각 데이터를 얻는 데 필요한 스테레오 카메라가 통합되었습니다.

이더넷(Ethernet) 인터페이스는 로봇의 다양한 센서와 액추에이터를 제어하는 다른 MCU와 통신하는 데 사용되었습니다.

VDL Robot Sports는 필드에서 로봇이 제 역할을 해줄 것이라 믿었지만, 모든 팀 스포츠에서 성공을 위해서는 커뮤니케이션이 중요합니다. 따라서 팀은 BOXER-8651AI의 M.2 2230 E-Key 슬롯을 Wi-Fi 확장용으로 활용하여 로봇과 사이드라인의 코치 간 통신을 가능하게 했습니다.

수비 안정성 유지: 작고 환경에 강한 하드웨어

BOXER-8651AI의 환경 견고성과 작고 가벼운 디자인은 VDL Robot Sports의 자율 로봇 시스템의 일부로 설치하기에 이상적이었으며, 특히 크기 제한과 경기 중 로봇의 역동적인 움직임을 견딜 수 있는 능력 측면에서 뛰어났습니다.

105mm x 90mm x 52mm의 크기를 가진 BOXER-8651AI는 VDL Robot Sports의 더 큰 자율 로봇 시스템 기계 설계 내에서 상당한 공간을 차지하지 않아 필요한 모터, 액추에이터 및 센서를 충분히 수용할 수 있었습니다. 또한, PC의 순중량 1.58파운드(약 0.72kg)는 BOXER-8651AI가 로봇의 이동성, 기동성 및 속도에 미치는 부담을 최소화했습니다. 또한, BOXER-8651AI의 내충격 및 내진동 특성은 게임 내내 빈번하게 방향이 바뀌는 상황을 고려할 때 내구성과 신뢰성을 더욱 향상시켰습니다.

이러한 기능들은 시스템이 대회 중에 발생하는 물리적 스트레스와 환경 변화를 견딜 수 있도록 보장했으며, 작고 가벼운 크기는 로봇에 매끄럽게 통합되어 이동성과 효율성을 보존하도록 했습니다.

경기 후 보고서

AAEON의 BOXER-8251AI에서 더 발전된 BOXER-8651AI로의 전환은 2024년 RoboCup MSL 동안 VDL Robot Sports의 성과에 상당한 영향을 미쳤습니다. BOXER-8651AI의 고급 기능은 팀이 자율 로봇 공학 분야에서 달성할 수 있는 놀라운 예를 보여주는 데 기여했으며, 이 분야는 차세대 엔지니어들의 시선을 사로잡을 것입니다.

Robot Club Toulon과 같은 팀을 상대로 인상적인 승리를 거두며 대회를 진행해 온 VDL Robot Sports는 준결승에서 최종 우승팀인 Tech United에게 패하며 결승 문턱에서 좌절했습니다. 그럼에도 불구하고, 이 대회는 수많은 드라마틱한 경기, 환상적인 스포츠맨십, 그리고 세계 최고의 자율 로봇 공학 연구 인재들이 모인 거대한 성공적인 이벤트였다고 할 수 있습니다.