다양한 애플리케이션 적용 가능한 ‘수직다관절로봇’
적용사례 및 선택 시 고려사항
주요 기업별 제품 특장점, 애플리케이션 공개
수직다관절로봇(Vertical Articulated Robot)은 이름처럼 인간의 관절과 유사한 인공관절들이 조합된 로봇이다. 공간상의 한 점을 결정하며, 관절에 의한 운동이 수직면이나 3차원에 걸쳐 이뤄진다. 자동화 로봇 중에서 움직임이 인간의 팔과 가장 유사해 동작이 유연하며, 설치 공간에 비해 넓은 작업영역을 확보하기 때문에 핸들링, 조립공정, 실링공정, 디버링, 검사공정 등에 폭넓게 사용된다는 장점으로 최근 세계적인 제조공정에서 각광을 받고 있다. 이에 월간 모션컨트롤은 최근 수직다관절로봇의 세계적인 동향을 살펴보고, 수직다관절로봇의 미래를 예측해 본다. 아울러 국내외 주요 수직다관절로봇 제조업체들도 함께 만나보았다.
글|김병규 기자(dhlee@motioncontrol.co.kr)
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일본 후지경제가 지난해까지의 제조업용 로봇을 조사한 결과에 따르면, 차세대 수직다관절로봇 시장의 경우, 최근까지는 일본 자동차 분야를 중심으로 시장이 구축되었지만, 향후 인건비가 비싼 일본이나 유럽, 미국에서 사람의 감각에 의지한 조립 공정에서 도입이 확산될 것으로도 예상되고 있다. 그러나 사람이 하던 복잡한 작업을 대체하기 위해 새롭게 애플리케이션을 개발할 필요가 있어 시장 확대는 완만할 것으로 예상된다.
이런 가운데 지난해에는 KURA RoBoter가 본격 출시되었고, 올해는 ABB와 세이코엡손의 적극적인 참여도 기대되고 있다. 애플리케이션 개발이 진행되어 도입 부문이 확대되면 시장도 커져 2020년에는 310억엔이 예측되는 시장이 바로 수직다관절로봇 시장이다. 그 외 국내외 주요 수직다관절로봇 업체로는 미쓰비시, 야스카와 등을 꼽을 수 있으며, 국내에는 로보스타를 비롯해 다양한 업체들이 시장에서 활약하고 있다.
수직다관절로봇 시장 현황
세계 제조업용 로봇 시장에서 일본 로봇의 경우, 2013년까지 자동차, 스마트폰, 태블릿 관련 설비투자, 중국, 태국, 인도네시아, 미주 수요에 의해 전년 대비 6.2% 증가한 4,225억엔이었다. 그 중 최대 수요지인 아시아는 시장의 43%를 차지하며, 그 중 절반이 중국이었다. 중국에서는 인건비의 앙등과 근로 조건이 어려움 속에서 노동력 확보, 중국의 로컬 유저의 품질 요구 증가에 의해 로봇을 활용한 자동화가 지금까지도 급속히 진행되고 있다.
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이 수요에 대응하기 위해 대형 로봇 회사는 속속 중국 생산을 시작했다. 중국에서 인건비가 치솟고 있어 대폭적인 비용 절감은 기대할 수 없으나, 납기 및 환율 면에서는 우위였다. 또한, 대기업 메이커가 중국에 진출하는 한편, 중국 로봇 회사도 등장하고 있다. 중국 업체들은 현재 액추에이터계 로봇을 중심으로 저가 제품을 생산하고 있지만 중국 시장에서 가격 요구가 까다로워지고 있어 일본 로봇 회사는 현지 판매 거점이나 서포트 체제 구축 등 지금까지보다 더 섬세한 지원이 요구되고 있는 실정이다.
2014년 이후에는 계속 중국을 중심으로 확대되고, 인도네시아, 아르헨티나, 브라질, 인도 등 신흥국 수요 확대도 예상되고 있다. 중국 생산 추진에 의해 가격 하락이 진행되고 도입 부문이 계속 확대되어 2020년 시장은 2013년 대비 53.9% 증가한 6,502억엔으로 예측될 만큼 제조용 소형 수직다관절 로봇 시장의 확대가 예상된다. 2013년은 중국, 대만의 EMS를 중심으로 수요가 확대되면서 전년 대비 9.5% 증가했다. 신규 참여와 함께 지금까지 OEM 공급을 받아 온 업체가 자사 제품 발매를 개시하는 등의 움직임도 활발했다. 향후 중국을 비롯한 아시아에서 로컬 사용자의 수요 확대가 기대되어 2020년에 640억엔이 예측되며, 특히 자동차 관련은 일본계 자동차 회사가 진출한 태국, 인도네시아, 인도, 멕시코, 브라질 등의 수요가 기대되고 있다.
일본, 유럽, 미국의 사용자는 자사에서 고도의 로봇 시스템을 구축할 수 있지만 아시아의 로컬 사용자에게는 기술력이 없는 경우가 많아 SIer을 활용한 시스템 구축이 필요하지만, 현지 SIer의 기술력도 미숙하여 시장 확대를 위해서는 현지 교육과 기술 지원이 필요하다는 문제점도 부상하고 있다.
‘소형화’ 물결 속, ‘중대형’ 입지도 튼실
최근 세계적으로 스마트폰, 가전제품 등 전자분야에서의 로봇활용도가 높아짐에 따라, 수직다관절로봇 또한 소형화 되는 추세라고 업계는 입을 모았다. 이 중 스마트폰 및 관련 부품 양산라인들은 제품이나 부품이 작고 가벼워 소형로봇의 정밀도를 필요로 하기 때문이다. 뿐만 아니라, 기존 중대형 수직다관절로봇의 주류로 꼽혔던 자동차 시장 역시, 최근 부품의 모듈화 및 전장화로 소형로봇의 적용이 확산되고 있는 추세다. 즉, 초기 제조용 로봇 시장은 사람이 대응하기 어려운 무거운 제품을 제어하는 분야였다면, 최근의 추세는 사람이 할 수 있는 일을 좀더 정밀하고 안정적으로 대응할 수 있는 제조용 로봇이 환영받고 있는 현실이며, 수요에 따른 시장 확대가 더욱 기대되는 이유이기도 하다.
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국내 상황 역시 다르진 않다. IT와 전자 강국으로 부상한 국내 산업군에서도 소형화 수직다관절로봇을 필요로 하긴 마찬가지다. 국내 기업들이 반도체나 스마트 기기 등에서 세계적인 기업으로 성장했다는 점 또한 생산공정 자동화의 실현이나 설비 투자에 있어서도 좋은 기회이기 때문에 소형 수직다관절로봇의 필요성은 점차 높아질 것으로 예상된다. 그렇다고 중대형 수직다관절로봇의 행보가 더딘 건 아니다. 아직도 전통적인 산업군에서의 중대형 수직다관절로봇의 인기는 여전하다고 업계 관계자들은 설명한다.
다양한 가반 하중의 라인업이 갖춰진 로봇 기업의 경우 특정 산업의 불황을 다른 산업에서 커버하면서 유연하게 로봇을 공급해 나갈 수 있다. 결국 처음부터 수직다관절로봇을 제조해 왔던 세계적인 기업들은 전통적인 산업군에서 이름값을 톡톡히 하면서 입지를 굳히고 있는 셈. 오히려 메이커 기업들이 튼실한 자본력과 기술력을 앞세워 소형로봇 라인업을 확대해가고 있는 만큼 수직다관절로봇 시장의 경쟁은 불가피한 상황이 됐다.
독자적인 기술력이 곧 경쟁력
수직다관절로봇의 시장 확대를 의심하는 사람은 없다. 그만큼 시장의 성장속도가 빠르며, 수요 또한 많다는 이야기다. 상황이 이렇다보니, 관련 업체들의 경쟁구도 함께 치열해 질 수 밖에 없다. 이와 관련 한 업계 관계자는 “사실 대형 기업이나, 새롭게 시장에 뛰어든 기업이나 최신 기술력에서는 큰 차이를 보이진 않는다”며, “이 같은 기술력의 평준화 속에서 기술적 차별성 보다는 독자적인 특별함을 확보해야 하는 상황이 되었다. 특히 세계적인 주요 산업군이 아닌 틈새시장에서 활용할 수 있는 자사만의 독자적인 특별한 기술력을 지닌 회사들은 빠른 속도로 성장해 나가고 있다”고 전했다.
가격 경쟁력도 무시할 수는 없다. 수직다관절로봇 관련 기업들은 저마다 경쟁력을 갖고 있는 상황이지만 실질적인 수요자가 대기업인 경우가 많아 대량 발주에 따른 가격적인 측면을 언제나 고려해야 하기 때문이다. 그런 가운데서도 많은 소형 수직다관절로봇 기업들은 오랜 시간 쌓아온 기술력과 노하우로 지속적인 발전을 이뤄나가고 있다. 소형 수직다관절로봇을 전문으로 공급해 온 기업들은 이미 소형 로봇이 적용되는 많은 현장에 공급되어 있으며, 안정적으로 작동하고 있다는 점에서 활용성을 인정받고 있는 것. 특히 소형 로봇 기업은 최신 트렌드를 파악하고 그 흐름에 적절한 대응을 통해 시장에서의 입지를 굳건히 해 나가고 있다.
반면, 소형 수직다관절로봇에 집중된 시장 트렌드는 시장규모 자체에 한계를 가질 수밖에 없다고 일각에서는 우려하고 있다. 대부분 소형 수직다관절로봇 기업의 경우 이름 있는 세계적인 기업에 비해 후발주자로 시장에 뛰어들면서 틈새시장을 위주로 공격적인 마케팅을 할 수 밖에 없는 구도이기 때문이다. 따라서 중대형 로봇 기업과 소형 위주의 로봇 기업의 시장 파이 경쟁은 어쩔 수 없다고 하더라도, 경쟁만큼은 기술력이 뒷받침된 공정한 시장경쟁이 되어아 할 것이라고 업계 관계자들은 전했다.
수직다관절로봇 적용사례와 선택 시 고려사항
물체가 3차원 공간 내에서 필요한 3개의 트랜슬레이션(Translation) 관련 자유도와 3개의 방향(Orientation)관련 자유도로 구성되어 있는 수직다관절로봇은 기본적으로 로봇의 베이스부를 중심으로 팔을 일직선으로 뻗은 길이를 반경으로 하는 구와, 팔을 가장 안쪽부분으로 구부렸을 때의 끝 의 중심과의 거리를 반경으로 하는 구로 에워싸인 영역을 작업영역으로 한다.
한점에 대하여 두 가지 이상의 자세를 취할 수 있으므로 주변의 간섭 물체를 피하여 위치 결정을 할 수 있으며, 회전 요소만으로 구성되기 때문에 엔드이펙터의 빠르고 정밀한 운동 을 위해서 고도의 제어가 필요하다. 제어기(Controller)는 수직다관절 로봇이 넓고 다양한 공정에 응용되 어 사용되고 있기 때문에 다른 종류의 로봇에 비해 복잡하고 다양한 기능을 가지고 있는 편이며, 또한 각 공정에 맞는 고유의 기능들을 부가적으로 갖고 있다는 장점으로 다양한 적용사례를 제공하는 편이다.
제어방법에 따라 다양하게 분류할 수 있는데, 시퀀스 로봇은 일련의 동작이 설명한 순서에 따라 행해져 하나의 동 작 완료에 의해서 다음 동작이 가동되는 제어 방식의 로봇을 뜻하며, 궤도 로봇은제어된 동작을 실현하기 위해 시간이 고려된 궤도를 규정한 교시에 따라서 다음 요구된 위치까지 3개 이상의 제어된 동작이 이루어지도록 한 로봇이다. 그 외에도 적응로봇은 감각제어 기능, 적응제어기능 혹은 학습제어 기능을 갖는 로봇이고, 원격조정로봇은 원거리에서 인간이 조정 가능한 로봇을 말한다.
이처럼 다양한 장점으로 인간을 대신하는 수직다관절로봇 중 중·대형 수직다관절 로봇은 중량물의 핸들링 등 인간의 힘으로 수행할 수 없는 작업을 대신해주고, 소형 수직다관절로봇은 인간이 기존에 해오던 작업을 대체한다. 산업 자동화에 있어 로봇을 처음 도입할 때 가장 많이 우려했던 부분은 고도화된 기능을 가진 로봇이라도 오감을 지닌 사람만큼 정확하지 못하다는 것이었지만, 수직 다관절로봇은 사람과 다르게 피로를 느끼지 않고, 실수가 확연히 적고, 높은 생산성을 자랑하기 때문에 산업현장에서 많은 사랑을 받고 있다.
그렇다면 구체적으로 수직다관절로봇의 적용사례는 어떨까? 경기가 불황일수록 다양한 로봇 어플리케이션이 필요한데, 소형 수직다관절로봇이 적용되는 범위는 전기·전자, 식품, 의약, 솔라, 자동차 부품 등 폭 넓은 산업군에서 조립, 핸들링, 검사 등의 임무까지 수행할 수 있다.
국내 로봇시장의 경우 아크용접, 차체 조립, 팔레타이징 등 중·대형 로봇이 적용되는 분야이며, 반면 소형 로봇은 매우 세분화된 어플리케이션에 다양하게 적용되고 있기도 하다.
사실 경기 불황 시 유저들이 가장 먼저 고려하는 부분이 인건비 절감이다. 이에 따라 오히려 로봇 도입을 긍정적으로 생각하는 경우가 많은데, 한 제품으로 다양한 애플리케이션을 적용할 수 있는 수직다관절로봇은 유저들에게 큰 메리트를 제공한다고 볼 수 있다.
뿐만 아니라, 진화를 거듭해온 수직다관절로봇은 부드러워진 디자인과 더불어 더욱 슬림하게 그리고 콤팩트하게 변모되어 왔다. 특히 천장, 벽, 바닥 등 다양한 곳에 설치 가능한 타입들이 등장했고, 슬림화를 위해 싱글암, 듀얼암 등 기구부적인 부분의 다양성이 확보되었다. 게다가 보다 높은 공간활용도와 작업 간섭 최소화를 위해 중공형, 내장형 타입 등으로 케이블의 배선을 최대한 간소화시켜 공간활용도를 극대화 해 어느 산업현장에서의 적응도 가능케 했다. 한편, 비전시스템의 발달은 수직다관절 로봇 어플리케이션의 지능화로 이어졌는데, 그중에서도 특히 소형 로봇들은 기존의 핸들링을 넘어 인간이 수행하던 검사 시스템으로까지 영역이 확장되기도 했다.
선택의 폭 넓어졌다
중대형 기업부터, 작은 기업들까지 다양한 회사가 수직다관절로봇의 미래를 위해 정진하고 있다. 특히 오랫동안 축적해온 노하우와 기업 경쟁력으로 꾸준히 고객들의 요구를 수용하기 위해 노력하고 있는 기업들은 세분화된 페이로드와 다양한 옵션 사항 등으로 고유의 영역에 대한 경쟁력으로 승부수를 띄우고 있다. 반면 중·대형 수직다관절로봇 제조 기업들도 이미 입지가 확고한 중대형 모델라인에서 최근 몇 년 사이에 소형 라인업을 확장하면서 유저들에게는 폭넓은 제품 선택의 기회를 제공하고 있다. 향후 자동화 산업현장에서 굳은 일을 도맡아 할 수직다관절로봇은 앞으로 어떻게 진화할지 더욱 기대되고 있다. 이어서 월간 모션컨트롤이 현재 다양한 산업군에서 활약 중인 다양한 수직다관절로봇 기업과 그 제품들을 만나본다.
