55개 하이브리드 액추에이터로 구현한 지능형 제어

산업 자동화가 고도화되면서 액추에이터 제어에도 단순한 직선 운동을 넘어 정밀한 위치와 힘 제어, 다축 동기화, 운전 데이터 활용 등이 요구되고 있다. 특히 프레스나 성형, 대형 소재 가공처럼 여러 액추에이터가 동시에 작동하는 공정에서는 각 축의 위치와 힘, 동작 타이밍을 일정하게 유지하는 것은 제품 품질과 공정 일관성을 확보하는 데 중요하다. Kyntronics는 이러한 다축 제어 기술을 집성목(Glulam) 프레스 자동화 시스템에 적용했다. 이 시스템에는 총 55개의 하이브리드 리니어 액추에 이터가 적용됐으며, PLC 기반 제어를 통해 각각의 액추에이터를 시퀀싱 하고 동기화했다. 55개 액추에이터 적용한 집성목 프레스 Glulam은 여러 층의 목재를 접착해 제작하는 구조용 집성목이다. 대형 빔을 제작하는 프레스 공정에서는 여러 지점에서 힘을 가해야 하기 때문에 다수의 액추에이터를 정해진 순서와 조건에 따라 제어해야 한다. Kyntronics가 적용한 상용 Glulam 프레스 자동화 시스템에서는 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터를 PLC로 제어했다. 각 액추에이터는 위치와 힘을 독립적으로 프로그래밍할 수 있으며, 설정된 힘을 일정 시간 유지 하는 가압 유지시간(Dwell Hold Time)도 개별적으로 설정할 수 있도록 구성했다. 특히 레시피 기반 시퀀싱을 적용해 서로 다른 빔 길이와 두께, 소재 종류에 대응할 수 있도록 했다. 생산 대상이 변경되더라도 각 액추에이터의 동작 조건을 레시피에 따라 조정해 프레스 사이클을 구성하는 방식이다. 동기 제어는 프레스 과정에서 발생할 수 있는 충격 하중을 관리하고, 높은 힘을 장시간 유지해야 하는 조건에서도 액추에이터를 보호하는 데 활용 됐다. Kyntronics는 이를 통해 프레스 자동화 수준을 높이는 동시에 공정의 일관성과 신뢰성, 제품 품질 향상을 지원했다고 설명한다. ▲ 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터가 적용된 집성목(Glulam) 프레스 시스템. 각 액추에이터의 위치와 힘, 가압 유지시간을 개별 설정하고 PLC 기반으로 시퀀싱·동기화한다. 다축 시스템의 핵심, 시퀀싱과 동기화 여러 액추에이터가 동시에 작동하는 시스템에서는 개별 축의 정밀도뿐 아니라 각각의 움직임을 하나의 공정에 맞춰 조정하는 것이 중요하다.Kyntronics는 다축 동기화 방식으로 Electronic Line Shafting(ELS) 또는 전자 기어링 방식을 설명하고 있다. 여러 액추에이터가 마스터축 또는 가상축을 기준으로 움직이도록 설정하고, 엔코더 피드백과 드라이브 수준의 프로그래밍을 통해 디지털 방식으로 축 간 동작을 맞추는 방식이다.이를 통해 여러 액추에이터의 위치와 힘을 함께 제어하 고, 장비 사이클 동안 각 축의 동작 타이밍과 정렬 상태를 유지할 수 있다. 복잡한 다축 공정에서도 동일한 동작을 반복적으로 수행할 수 있도록 하는 것이 목적이다. 실제 산업 현장에서는 PLC 기반 제어 로직과 산업용 필드 버스 네트워크를 이용해 시퀀싱과 동기화를 구현할 수 있다. 엔지니어는 이를 통해 모션과 힘의 순서를 설정하고 여러 축을 실시간으로 조정하면서 각 사이클에서 동일한 제어 순서를 반복할 수 있다. ▲ 하이브리드 리니어 액추에이터와 지능형 제어 시스템. 위치·속도·힘 제어와 폐루프 피드백을 통해 정밀한 모션 제어를 구현한다. 위치·속도·힘을 폐루프로 제어 이러한 다축 제어의 기반에는 위치(Position), 속도(Speed), 힘(Force), 폐루프 피드백(Closed-loop Feedback) 제어가 있다.위치 제어는 액추에이터가 지정된 위치까지 정확하고 반복적으로 이동하도록 하고, 속도와 모션 프로파일 제어는 일정한 사이클 타이밍과 부드러운 동작을 지원한다. 힘제어는 프레스처럼 설정된 하중을 반복적으로 적용해야 하는 공정에 활용된다. 폐루프 피드백은 실제 액추에이터의 동작 상태를 확인하 면서 설정값에 맞도록 움직임을 지속적으로 조정한다. 이러한 기본 제어 기능을 기반으로 여러 축을 동시에 제어 하는 동기화 기능까지 구현할 수 있다. Kyntronics는 특히 전동 액추에이터와 하이브리드 액추에이터가 전기적인 모션 제어와 피드백을 이용하기 때문에 다축 동기화에 적합하다고 설명한다. 반면 공압이나 일반 유압 방식은 축간 정렬을 유지하기 위해 추가적인 하드웨어나 밸브 구성, 튜닝이 필요할 수 있다. 사이클 데이터를 공정 진단에 활용 이번 시스템의 또 다른 특징은 액추에이터에서 생성되는 운전 데이터를 활용할 수 있다는 점이다.지능형 액추에이터 제어 시스템에서는 힘과 위치, 사이클 시간, 모션 시그니처 등의 데이터를 수집할 수 있다. 사전에 설정한 성능 기준과 비교하면각 사이클이 정해진 힘과 위치, 타이밍 조건을 충족했는지 판단할 수 있다. Kyntronics는 실제 Glulam 프레스에서도 수집된 사이클 데이터를 공정 진단과 제품 기록에 활용했다고 설명한다.장기간 데이터를 축적하면 힘이나 위치 정확도, 사이클 시간 등의 변화 추세도 확인할 수 있다. 설정한 허용 기준을 벗어나는 변화를 조기에 확인해 고장 발생 후 대응하는 방식에서 예지보전 중심의 관리로 전환할 수 있다. ▲ 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터를 적용한 집성목 프레스 시스템 설계 이미지 유압의 힘과 전동 제어 결합 Kyntronics는 이러한 지능형 제어 기능을 하이브리드 리니어 액추에이터 기술과 결합하고 있다.하이브리드 리니어 액추에이터는 유압 방식의 높은 힘과 견고함에 전동 액추에이션의 정밀한 위치·힘 제어 특성을 결합한 방식이다. 모션과 힘을 함께 정밀하게 조정해야 하는 장비에 적용할 수 있으며, 외부 유압 설비를 줄여 시스템 구성을 단순화할 수 있다는 것이 회사 측 설명이다. 이번 Glulam 프레스 사례는 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터를 각각 프로그래밍하면서도 전체 프레스 공정에 맞춰 시퀀싱하고 동기화한 사례다. 특히 레시피 기반 제어로 다양한 빔 조건에 대응하고, 사이클 데이터를 공정 진단과 제품 기록에 활용했다는 점에서 다축 액추에이터 제어의 실제 적용 사례를 보여준다. 자료제공: Kyntronics (www.kyntronics.com)

2026-10-01

   제어반 없는 드라이브로 높인 포장기계 모듈성

포장기계는 짧은 전환 시간, 새로운 제품 포맷에 대한 유연한 대응, 소량 배치 생산 요구에 맞춰 더욱 컴팩트하고 모듈화된 구조를 필요로 하고 있다. 독일 포장기계 제조기업 Gerhard Schubert는 Bosch Rexroth와 함께 드라이브를 중앙 제어반이 아니라 기계 구조에 직접 통합하는 분산형 아키텍처를 발전시켰다. 이번 사례는 Bosch Rexroth의 ctrlX DRIVE cabinet-free를 적용해 포장기계의 모듈성, 통합성, 유연성을 높이고, 드라이브 설치공간과 배선 부담을 줄인 내용을 소개한다. ▲ Gerhard Schubert는 Bosch Rexroth의 ctrlX DRIVE cabinet-free를 적용해 포장기계 모듈의 구성과 확장 자유도를 높였다. (사진출처: Bosch Rexroth) Challenge:중앙 제어반 구조의 한계 현대 포장기계는 짧은 전환 시간, 새로운 포맷에 대한 유연한 대응, 점점 작아지는 배치 사이즈의 경제적 생산을 동시에 요구받고 있다. 동시에 장비를 더 컴팩트하게 설계하고, 설치 시간을 줄여야 한다는 압력도 커지고 있다. 기존 기계 아키텍처는 드라이브를 중앙 제어반에 설치하는 방식이 일반적이다. 그러나 중앙 제어반 중심 구조는 공간을 차지하고, 필요한 케이블 수를 늘리며, 모듈형 기계 설계를 어렵게 만들수 있다. Schubert는 이미 제어반을 줄인 포장기계 구조를 사용 해왔지만, 기계 아키텍처의 모듈성과 유연성을 더 높이기 위해 새로운 접근이 필요했다. ▲ Bosch Rexroth의 ctrlX DRIVE cabinet-free는 드라이브를 기계 구조에 직접 통합해 제어반 공간과 배선 부담을 줄이는 데 활용된다. (사진출처: Bosch Rexroth) Solution: 드라이브를 기계 구조 안으로 Schubert와 Bosch Rexroth는 드라이브를 중앙 제어반에 모으는 대신, 기계 구조에 직접 통합하는 분산형 접근을 선택했다. 핵심 구성은 Bosch Rexroth의 ctrlX DRIVE cabinet-free 서보 드라이브 기술, ctrlX DRIVE 전원 공급 장치, MS2N·MS2S 시리즈 서보 모터다. ctrlX DRIVE cabinet-free는 기존 제어반 없이 사용할 수 있는 IP65/IP67 등급 드라이브 시스템이다. 전원 공급, 통신, 구동 성능 요소는 하이브리드 DC 케이블로 묶어 연결한다. 이를 통해 케이블링 작업을 줄이고, 조립과 시운전을 단순화할 수 있다. 또한 단축 장치부터 2축 장치, 다양한 전력 등급까지 확장할 수 있어각 기계의 전력 요구에 맞춰 드라이브 솔루션을 구성할 수 있다. 이 시스템은 Linear 구조뿐 아니라 Star, T형 토폴로지도 지원한다. 따라서 기계 모듈을 보다 유연하게 조합하고 확장할 수 있다.Schubert는 이를 통해 모듈 배열의 자유도를 높이고, 고객 요구에 맞춰 기계를 더욱 유연하게 구성할 수 있는 기반을 마련했다. ▲ Schubert F4 픽앤플레이스 로봇은 ctrlX DRIVE cabinet-free 적용으로 서보 드라 이브 볼륨을 46% 줄였다. (사진출처: Schubert Group) Result:로봇 드라이브 볼륨 46% 감소 새로운 캐비닛리스 드라이브 기술을 적용하면서 Schubert는 기계 프레임 안에 드라이브를 직접 통합할 수 있게 됐다. 특히 Schubert F4 픽앤플레이스 로봇에서는 서보 드라이브 볼륨이 46% 감소했다. 이는 캐비닛리스 드라이브 기술이 실제 장비의 설치공간 절감에 미치는 영향을 보여주는 구체적인 성과다. 에너지 구조도 개선됐다. 새로운 아키텍처에서는 드라이브가 공통 DC 버스로 연결된다. 이를 통해 한 축에서 발생한 제동 에너지를 다른 축에서 사용할 수 있으며, 각 기계 모듈이 개별 전원 공급 장치를 필요로 하던 기존 방식과 달리 장비 전체 차원에서 에너지를 균형 있게 사용할 수 있다. 조정된 DC 버스 전압은 전원 조건이 달라지는 상황에서도 일관된 기계 성능을 유지하는 데 기여한다. 유지보수 측면에서도 이점이 있다. ctrlX DRIVE cabinet-free는 SiC 전력반도체를 사용해 열 손실을 줄이고 높은 전력밀도를 제공한다. 이를 통해 외부 수냉 시스템을 제거할 수 있으며, 구성품 수와 유지보수 부담을 줄일 수 있다. 표준화된 인터페이스, 높은접촉 보호 수준, 모터용 단일 케이블 기술도 설치와 진단, 서비스를 단순화하는 요소로 제시됐다. Insight:분산형 드라이브가 만든 모듈성 이번 사례는 포장기계의 모듈성이 기계 프레임이나 소프트웨어 만의 문제가 아니라, 드라이브와 전원, 통신 구조까지 포함하는 설계 과제임을 보여준다. 드라이브를 중앙 제어반에 모으는 방식은 익숙하지만, 장비가 복잡해지고 모듈 단위 확장이 중요해질수록 배선, 공간, 설치 시간의 부담이 커질 수 있다. Schubert의 사례에서 ctrlX DRIVE cabinet-free는 드라이브를 기계 가까이에 배치하고, 하이브리드 DC 케이블과 유연한 토폴로 지를 통해 포장기계 모듈을 더 자유롭게 구성할 수 있도록 했다.이는 짧은 전환 시간과 다양한 포맷 대응이 요구되는 포장 자동화 분야에서 분산형 모션 아키텍처가 중요한 설계 방향이 될 수 있음을 보여준다. 자료제공: Bosch Rexroth (www.boschrexroth.com)

2026-10-01

   진동·온도·백래시부터 윤활·정렬까지 감속기 고장을 예방하는 7가지 점검 포인트

산업용 감속기는 컨베이어와 포장설비, 공작기계 등 다양한 생산설비의 구동계에서 핵심적인 역할을 담당한다. 감속기의 작은 이상이 제때 발견되지 않으면 기어와 베어링의 손상은 물론 설비 정지와 생산 차질로까지 이어질 수 있다. 따라서 감속기 유지보수에서는 고장이 발생한 뒤 대응하는 것보다 진동과 온도, 누유, 백래시 등 상태 변화를 지속적으로 관찰해 이상 징후를 조기에 발견하는 것이 중요하다. 특히 정기적인 점검 결과를 기록해 정상 상태의 데이터와 비교하면 마모와 성능 저하의 진행 여부를 보다 효과적으로 파악할 수 있다. STOBER가 최근 공개한 산업용 감속기 점검 가이드에서는 감속기 상태를 체계적으로 확인하기 위한 과정을 7단계로 제시하고 있다. 안전한 점검 준비에서 시작해 외관, 진동과 온도, 내부 부품, 기어 맞물림, 윤활과 정렬 상태를 확인하고 최종적으로 점검 결과를 기록·관리하는 과정이다. ▲ 감속기 예방정비는 외관, 진동·온도, 내부 기어, 윤활 및 정렬 상태를 종합적으로 점검하는 과정이 중요하다. 1.점검 준비와 에너지 차단 감속기 점검의 첫 단계는 설비를 바로 분해하는 것이 아니라 점검 조건을 확인하고 설비를 안전하게 정지시키는 것이다.먼저 해당 감속기의 매뉴얼과 기존 유지보수 기록, 과거 측정값을 확인한다. 점검에 필요한 적외선 온도계나 열화상 카메라, 진동 측정기, 다이얼 인디케이터, 토크 렌치, 축 정렬 측정 장비 등도 준비한다. 특히 감속기 내부를 점검하거나 가드를 제거 하기 전에는 구동계의 모든 에너지원을 차단해야 한다. 모터 전원뿐 아니라 회전체의 관성 이나 중력, 저장된 기계적 에너지 등으로 인해 예상하지 못한 움직임이 발생할 수 있기 때문이다.점검 조건 역시 가능한 한 일정하게 유지하는 것이 좋다. 같은 위치와 동일한 운전 조건에서 측정해야 이전 데이터와 비교해 상태 변화를 판단하기 쉽다. 2. 외관·누유 상태를 먼저 확인한다 본격적인 내부 점검에 앞서 감속기 하우징과 주변 상태를 육안으로 확인하는 것이 기본이다.하우징과 베이스, 체결 볼트, 가드, 커플링 등을 살펴 균열이나 부식, 볼트 풀림, 비정상적인 마모가 없는지 확인한다. 도장면이 열에 의해 변색됐다면 과열 가능성도 살펴볼 필요가 있다. 오일 누유 여부도 중요한 점검 항목이다. 사이트 글라스나 딥스틱을 통해 오일 레벨을 확인 하고, 가스켓과 샤프트 씰 주변에서 오일이 새거나 비정상적인 그리스 배출이 발생하지 않는지 점검한다.브리더 상태도 놓쳐서는 안 된다. 브리더가 오염물 등으로 막히면 감속기 내부 압력이 상승해 누유를 유발할 가능성이 있기 때문이다. 다만 윤활유가 부족해 보인다고 해서 임의로 다른 윤활유를 혼합 하거나 보충해서는 안 된다. 감속기별로 요구되는 윤활 방식과 오일 사양이 다르므로 제조사의 매뉴얼을 먼저 확인해야 한다. 일부 감속기는 별도의 정기 오일 교환이 필요하지 않은 수명윤활 방식을 적용하기도 한다. 3. 진동·온도·소음의 변화를 기록한다 외관 점검 다음에는 감속기의 운정 상태를 직접 보여주는 진동과 온도, 소음을 확인한다.진동 측정은 가능하면 입력축과 출력축 베어링 주변의 동일한 위치에서 실시한다. 이때 부하와 회전속도, 회전방향, 센서 위치를 일정하게 유지해야 이전 측정값과 의미 있는 비교가 가능하다. 진동 분석을 통해서는 불평형, 체결부 풀림, 축 정렬 불량, 베어링 결함이나 기어 맞물림 이상 등 다양한 문제를 파악할 수 있다.STOBER는 진동 속도가 11.2mm/s를 넘어설 경우 긴급 점검이 필요한 수준으로 제시한다. 다만 실제 경보 기준은 장비 등급과 제조사의 허용값을 우선 확인해야 한다. 온도도 같은 방식으로 관리한다. 주변 온도와 하우징, 베어링, 오일 섬프 등의 온도를 지속적으로 기록하면 평소 운전 조건과 다른 온도 상승을 확인할 수 있다. STOBER는 정상 기준에서 약 10℃ 상승한 경우 점검이 필요한 신호로 제시한다. 소음 역시 유용한 상태 지표다. 평소 없던 긁힘음이나 충격음, 특정 주파수의 새로운 소음이 발생한다면 진동 및 온도 데이터와 함께 원인을 확인해야 한다.단 허용 기준은 감속기 사양과 운전 조건에 따라 달라질 수 있다. 4. 기어·베어링과 백래시를 점검한다 외부 상태에서 이상 징후가 발견됐거나 정기적인 내부점검 시기가 됐다면 감속기 내부 상태를 확인한다.안전하게 설비를 정지하고 에너지를 차단한 뒤 승인된 점검구나 커버를 통해 기어 치면과 베어링, 샤프트 상태를 육안 또는 보어 스코프로 살펴본다. 기어 치면에서는 스코어링(scoring), 피팅(pitting), 균열, 치핑 (chipping), 변색이나 불균일한 마모 여부를 확인한다. 베어링은 거친 회전감이나 과도한 축방향·반경방향 유격이 발생하지 않았는지 점검한다.특히 주목해야 할 항목 중 하나가 백래시(backlash)다. 백래시는 서로 맞물리는 기어 사이의 틈으로, 감속기의 구조와 설계에 따라 적정 범위가 정해진다. 사용 시간이 늘면서 백래시가 초기 상태보다 증가한다면 기어 치면이나 베어링 등의 마모 가능성을 점검해야 한다.축방향 움직임인 엔드플레이(endplay) 역시 측정해 제조사의 허용값과 비교한다. 5. 기어 접촉 패턴을 확인한다 기어 치면의 단순한 외관 검사에서 한 단계 더 나아가면 기어의 접촉 패턴을 통해 실제 맞물림 상태와 하중 분포를 확인할수 있다.기어 치면을 깨끗하게 한 뒤 얇게 마킹 컴파운드를 도포하고 기어를 천천히 회전시키면 두 기어가 실제로 접촉하는 위치에 흔적이 남는다. 접촉 패턴이 치면의 적절한 영역에 균일하게 형성되면 비교적 정상적인 하중 분포가 이뤄지고 있다고 볼 수 있다. 반대로 접촉 흔적이 한쪽으로 치우치거나 특정 부위에 집중돼 있다면 기어 맞물 림이나 축 정렬 상태 등을 추가로 확인할 필요가 있다. 점검 결과는 사진으로 남기는 것이 좋다. 감속기 식별번호와 기어 맞물림 위치, 회전방향, 점검 날짜 등을 함께 기록해두면 이후 점검에서 마모 상태가 어떻게 변했는지 비교할 수 있다. 6. 윤활·축 정렬·체결 상태를 확인한다 베어링이 정상적인 상태를 유지하려면 윤활과 축정렬, 감속기 장착 상태가 함께 관리돼야 한다.윤활유 분석에서는 점도뿐 아니라 마모 금속과 수분, 오염물질, 산화 및 열화 상태를 확인할 수 있다. 필터나 마그네틱 플러그에서 비정상적으로 많은 금속 입자가 발견되거나 윤활유가 빠르게 변색되는 경우에도 내부 마모 가능성을 확인할 필요가 있다. 오일 교환 역시 일률적인 주기를 적용하기보다 제조사가 해당 감속기에 지정한 교환주기와 윤활유 사양을 따라야 한다.축 정렬도 중요한 점검 대상이다. 모터와 감속기, 연결축의 정렬이 틀어지면 베어링과 기어에 불필요한 하중이 발생하면서 진동과 마모가 증가할 수 있다. 다이얼 게이지나 레이저 정렬 장비를 이용해 축 정렬 상태를 확인하고, 커플링의 마모와 마운팅 볼트의체결 상태도 함께 점검한다. 7.점검주기를 정하고 이력을 관리한다 마지막 단계는 점검 결과를 일회성 기록으로 끝내지 않고 지속적으로 축적하는 것이다.감속기의 상태는 운전시간과 부하, 설치환경에 따라 달라지므로 모든 설비에 동일한 점검주기를 적용하기보다는 설비의 중요도와 운전 조건을 고려해 관리주기를 설정해야 한다. <표> 감속기 점검주기 및 주요 점검 항목 점검주기는 고정된 기준이라기보다 운전 상태에 따라 조정할 필요가 있다. 부하가 증가하거나 오염이 심한 환경에서 운전하는 경우, 또는 진동과 온도의 변화 추세가 나타나는 경우에는 점검주기를 단축하는 것이 바람직하다. 무엇보다 중요한 것은 각 측정값을 이전 기록과 비교하는 것이다.진동과 온도, 백래시, 오일 상태를 지속적으로 기록하면 단순한 ‘정상·불량’ 판정을 넘어 감속기의 상태가 어떤 방향으로 변화하고 있는지 파악할 수 있다. 고장 여부보다 ‘변화 추세’를 관리해야 감속기 예방정비의 목적은 모든 부품을 자주 분해해 점검하는 데있지 않다. 평소의 정상 상태를 기준으로 삼고 외관과 누유, 진동, 온도, 소음, 기어와 베어링, 윤활 상태의 변화를 체계적으로 추적 하는 것이 핵심이다. 감속기 예방정비는 ① 점검 준비와 에너지 차단 ② 외관·누유 확인 ③ 진동·온도·소음 점검 ④ 내부 부품과 백래시 확인 ⑤ 기어 접촉 패턴 점검 ⑥ 윤활·정렬·체결 상태 확인 ⑦ 점검주기와 이력관리로 구성된다. 이러한 점검을 정례화하면 이상 징후를 조기에 파악하고 예기치 않은 설비 정지를 줄이는 데 도움이 된다. 결국 예방정비의 출발점은 한 번의 정밀진단보다 동일한 조건에서 반복적으로 측정하고 기록하는 것이다. 설비별 정상 데이터를 축적해두면 작은 변화도 빠르게 포착할 수 있고, 필요한 시점에 유지보수를 수행하는 상태기반 유지보수의 기초 자료로도 활용할 수 있다. 자료제공: STOBER (www.stober.com)

2026-10-01

볼스크류 vs 롤러스크류 리니어 액추에이터에 적합한 스크류 기술은?

전동 리니어 액추에이터나 모션 시스템을 설계할 때 스크류 기술의 선택은 성능, 신뢰성, 전체 시스템 비용에 큰 영향을 미친다. 고성능 애플리케이션에서 가장 많이 사용되는 방식은 볼스크류와 롤러스크류다. 두 기술 모두 회전 운동을 직선 운동으로 효율적으로 변환하지만, 내부 구조의 차이로 인해 추력 용량, 속도, 효율, 수명, 비용 측면에서 뚜렷한 차이를 보인다. 이 기사에서는 엔지니어와 설계자가 애플리케이션에 적합한 스크류 기술을 선택할 수 있도록 볼스크류와 롤러스크 류의 주요 차이를 살펴본다. 스크류 메커니즘 볼스크류와 롤러스크류는 모두 미끄럼 마찰이 아닌 구름 접촉을 이용해 스크류와 너트 사이에서 하중을 전달한다. 차이점은 하중을 지지하는 방식에 있다. 볼스크류는 너트 내부를 순환하는 볼을 통해 하중을 전달하는 반면, 롤러스크류는 여러 개의 나사산이 있는 롤러를 통해 하중을 분산시킨다. 이러한 구조적 차이는 힘, 속도, 수명, 효율 등 여러 성능 요소에 직접적인 영향을 미친다. <그림1> 볼스크류(사진 왼쪽)는 재순환 볼 베어링을 이용해 효율적인 이송을 구현하며, 롤러 스크류(오른쪽)는 여러 개의 나사산 롤러로 하중을 분산해 고하중·장수명 운전에 유리하다. 볼스크류와 롤러스크류 액추에이터 선택 기준 ① 추력 성능 고하중 애플리케이션에서는 롤러스크류가 강점을 보인다. 롤러 스크류는 여러 개의 나사산 롤러에 힘을 분산시키기 때문에 너트와 스크류 사이의 접촉 면적이 크다. 이로 인해 동일한 외형 크기 에서도 볼스크류보다 훨씬 높은 힘을 전달할 수 있으며, 개별 구름 요소에 가해지는 응력도 줄일 수 있다.볼스크류 역시 중·고하중 영역에서 충분한 성능을 제공하지만, 너트 내부의 볼 개수와 재순환 경로의 크기에 따라 한계가 있다.더 높은 추력 용량이 필요한 경우 일반적으로 스크류 직경을 키우 거나, 더 많은 볼을 적용하고 너트 길이를 늘려야 한다. • 롤러스크류: 고하중부터 초고하중 영역까지 대응 가능, 컴팩트한 설계에 유리 • 볼스크류: 중간에서 높은 수준의 하중에 적합 ② 속도 및 가속도 볼스크류는 높은 선형 속도와 부드러운 움직임이 필요한 애플리 케이션에 적합하다. 다만 고속 운전 시에는 볼이 재순환 경로를 통과하는 과정에서 속도 한계가 발생할 수 있다. 특히 매우 높은 속도에서는 볼이 재순환 루프의 전환부와 충돌하면서 구르지 못하고 멈추거나 미끄러질 가능성이 있다.롤러스크류는 나사산 롤러가 별도의 재순환 루프를 통과하지 않기 때문에 고속 운전에 더 유리하다. 이러한 구조적 차이로 인해 롤러스크류는 볼스크류보다 높은 속도와 가속도에서도 안정적으로 동작할 수 있다. • 롤러스크류: 고속 및 고가속 운전에 유리 • 볼스크류: 중간에서 높은 속도와 부드러운 이송에 적합 ③ 효율 및 발열 볼스크류는 일반적으로 약 90% 수준의 효율을 달성할 수 있어 기계식 스크류 방식 중에서도 에너지 효율이 높은 솔루션으로 평가된다. 높은 효율은 모터 토크 요구량을 낮추고 마찰로 인한 발열을 줄여준다. 이에 따라 볼스크류는 별도의 냉각 대책 없이도 연속 운전이 필요한 애플리케이션에 적용하기 쉽다.롤러스크류는 접촉점이 많기 때문에 일반적으로 볼스크류보다 효율이 낮으며, 보통 80~85% 수준의 효율을 보인다. 여전히 높은 효율을 제공하지만, 고하중과 고속 조건이 결합된 환경에서는 발열이 증가할 수 있다. 이 경우 사이클 타임을 줄이거나 동작 사이에 대기 시간을 두는 등 추가적인 열 관리가 필요할 수 있다. • 볼스크류: 효율이 높고 발열이 적어 연속 운전에 유리 • 롤러스크류: 고하중 조건에서 우수한 성능을 제공하지만, 상대적으로 발열 관리가 필요 ④ 운전 수명 운전 수명 측면에서는 롤러스크류가 모든 스크류 기술 중에서도 가장 높은 수준의 성능을 제공한다. 이는 경화 처리된 나사산 소재와 넓은 접촉 면적이 결합된 결과다. 롤러스크류는 동일한 조건의 볼스크류와 비교해 최대 10배까지 긴 운전 수명을 제공할 수있다.볼스크류는 롤러스크류만큼 높은 수명 등급을 제공하지는 않지 만, 스크류 수명 측면에서 여전히 충분한 성능을 갖춘 기술이다.또한 롤러스크류와 마찬가지로 대부분의 볼스크류는 동정격하중이 제공되므로, 이를 기반으로 예상 운전 수명을 신뢰성 있게 계산할 수 있다. • 롤러스크류: 긴 수명과 높은 내구성이 요구되는 애플리케이션에적합 • 볼스크류: 일반적인 수명 요구 조건에서 안정적인 성능 제공 ⑤ 전체 비용 볼스크류는 널리 사용되는 표준화된 기술로, 다양한 구성으로 공급된다. 이 때문에 폭넓은 애플리케이션에서 비용 효율적인 솔루 션으로 활용된다. 요구되는 힘과 수명이 볼스크류의 성능 범위 안에 있다면, 볼스크류는 우수한 선택지가 될 수 있다.롤러스크류는 상대적으로 고가의 스크류 기술이다. 복잡한 제조 공정, 정밀 연삭 부품, 긴 수명 특성 등으로 인해 초기 투자 비용이 높다. 그러나 더 높은 추력이나 긴 수명이 필요한 애플리케이 션에서는 유지보수 주기를 늘리고 신뢰성을 높여 장기적인 총소 유비용을 낮출 수 있다. • 볼스크류: 초기 비용이 낮고 표준화된 구성이 많아 비용 효율적 • 롤러스크류: 초기 비용은 높지만, 긴 수명과 유지보수 절감 효과로 장기 운용 비용을 낮출 수 있음 <그림2> 볼스크류는 스크류와 너트 사이에 배치된 볼 베어링이 재순환하면서 구름 접촉을 형성한다. 이를 통해 회전 운동을 직선 운동으로 효율적으로 변환한다. <그림3> 롤러스크류는 여러 개의 나사산 롤러가 스크류와 너트에 동시에 맞물리는 구조다.접촉 면적이 넓어 높은 하중을 분산 지지할 수 있다. 시스템 요구사항에 맞는 스크류 기술 선택 볼스크류와 롤러스크류는 모두 액추에이터 내부에서 회전 운동과 토크를 직선 운동과 힘으로 변환하는 데 효과적인 기술이다.두 기술 중 어떤 방식을 선택할지는 시스템의 요구 조건에 따라 달라진다. 특히 필요한 힘, 속도, 설치 공간, 시스템 수명, 전체 비용을 종합적으로 고려해야 한다. 일반적으로 높은 효율, 중간에서 높은 수준의 추력, 낮은 초기 비용이 중요한 시스템이라면 볼스크류가 적합하다. 반면 높은 힘, 긴 수명, 높은 속도, 장기적인 비용 절감이 중요한 고성능 애플리 케이션에서는 롤러스크류가 더 적합한 선택이 될 수 있다. 최적의 스크류 기술을 선택하기 위해서는 애플리케이션의 운전 조건과 성능 요구사항을 명확히 정의하고, 초기 비용뿐 아니라 장기적인 유지보수와 신뢰성까지 함께 검토해야 한다. 자료제공: Tolomatic(www.tolomatic.com)

2026-09-01

자기부상 이송 시스템 적용한 실험실·클린룸용 싱글터치 생산라인

생명과학 분야의 생산 자동화에서는 정밀도와 반복성만큼이나 제품을 오염 없이 안정적으로 처리하는 것이 중요하다. 특히 진단, 바이오테크놀로지, 생명과학 제조 공정에서는 공정 단계가 많아질수록 제품이 설비와 접촉하거나 공정 사이에서 반복적으로 이송되는 과정 자체가 제품 무결성에 영향을 줄 수 있다. 독일의 M2-Automation GmbH는 이러한 한계를 줄이기 위해 기존 생산 개념을 재검토하고, B&R의 자기부상 이송 시스템 ‘ACOPOS 6D’를 적용한 새로운 생산라인 개념을 제시했다.M2-Automation은 초저용량(Ultra-low-volume) 마이크로디 스펜싱 시스템을 개발하는 기업으로, 정밀한 액체 분주와 높은 반복성, 오염 없는 취급이 중요한 랩 자동화 분야에서 활동하고 있다. 이 회사는 제품을 공정마다 별도의 이송장치로 넘기는 대신, 하나의 셔틀에 올린 상태에서 여러 공정을 연속적으로 수행하는 ‘Single-touch’ 생산 개념을 구현했다. 이 개념의 전환점이 된 기술이 바로 ACOPOS 6D 자기부상 시스템이다. ▲ ACOPOS 6D 기반 생산라인에서는 여러 셔틀을 개별적으로 제어하면서 제품을 각 공정으로 이동시킬 수 있다. 사진은 여러 셔틀이 배치된 생산라인에서 마이크로디스펜싱 공정을 수행하는 모습. 하나의 제품을 하나의 셔틀에서 처리 기존 생산라인은 각 공정 단계 사이에 여러 개의 핸드오프 지점을 두는 경우가 많다. 그러나 공정 간 전달이 많아질수록 설비 구조와 제어는 복잡해지고, 제품 취급 과정에서 위험과 변동성도 커질수 있다. M2-Automation은 ACOPOS 6D의 유연한 개별 셔틀 제어 기능을 활용해 이러한 구조를 단순화했다. 이 시스템에서 제품은 한 번 셔틀에 놓인 뒤, 디스펜싱(Dispensing), 인큐베이션(Incubation), 검사(Inspection), 최종 패키징(Final packaging) 단계까지 별도의 수작업 이송이나 재배치 없이 이동한다. M2-Automation은 이를 ‘One product, one shuttle, one continuous process’라는 개념으로 설명한다. B&R은 이러한 Single-touch 생산 방식이 수율 향상, 재현성 개선, 오염 위험 저감 으로 이어지며, 동시에 장비 구조와 공정 제어를 단순화한다고 설명한다. ▲ B&R의 자기부상 이송 시스템 ‘ACOPOS 6D’. 개별 셔틀을 독립적으로 제어해 유연한 제품 이송과 비접촉 이동을 구현한다. 비접촉 이송으로 클린룸 대응 생명과학 제조, 특히 제약 및 진단 분야에서는 클린룸 적합성이 중요한 요구조건이다. ACOPOS 6D는 자기부상 기반의 비접촉 이송 방식을 사용하며, 위생적인 셔틀 구조를 통해 기계적 마모, 윤활, 입자 발생을 없애도록 설계됐다. 이러한 특성이 클린룸 환경과 가스 호환성이 요구되는 공정 단계에 특히 중요하다. 비접촉 이송은 단순히 청정성만을 위한 요소가 아니다. 기계적 마모와 윤활이 없기 때문에 유지보수에 필요한 작업 시간도 줄어들고, 오염 위험 역시 낮아진다. 그 결과 생명과학 생산에서 요구되는 엄격한 환경 조건에 보다 안정적으로 대응할 수 있는 구조가 된다. ▲ ACOPOS 6D 셔틀 위에서 초저용량 마이크로디스펜싱을 수행한다. 제품은 하나의 셔틀에 탑재된 상태에서 후속 공정으로 이동한다. 생산량 변화에 대응하는 모듈형 확장 생명과학 제조는 공정과 생산량이 빠르게 변화하는 경우가 많아 처음부터 하나의 고정된 생산라인으로 모든 요구를 충족하기 어렵다. M2-Automation이 ACOPOS 6D를 적용해 얻은 장점 가운데 하나는 모듈형 확장성이다. 고객은 디스펜싱 공정만 우선 자동 화하거나 제한된 수의 공정 모듈만으로 생산을 시작할 수 있으며, 처리량 요구가 증가하면 전단 또는 후단에 추가 모듈을 붙이는 방식으로 확장할 수 있다. 또한 처리 속도가 느린 공정은 병렬 구조로 확장할 수 있다. 이를 통해 기존 투자를 유지하면서 필요한 공정의 처리능력만 선택적으로 늘릴 수 있고, 생산능력을 필요로 하는 시점과 위치에 맞춰 적응형 제조 구조를 구현할 수 있다. B&R은 이러한 단계적 확장 성이 생명과학 제조업체가 시장 및 규제 요구 변화에 더 빠르게 대응하는 데 중요한 요소라고 설명한다. Launch Pad로 가상 설계와 공정 검증 M2-Automation의 생산 개념을 뒷받침하는 또 다른 요소는 B&R의 ACOPOS 6D Launch Pad 소프트웨어다. 이 소프트웨어는 그래픽 기반의 통합 설계 환경을 제공하며, 실제 생산설비를 구축하기 전에 기계 레이아웃과 공정 흐름을 가상으로 설계하고 검증할 수 있도록 한다. 이를 통해 실제 하드웨어 테스트 의존도를 줄일 수 있다. 또한 처리량 계산이 자동으로 이뤄지고, 알고리즘을 통해 셔틀 이동 경로와 에너지 소비를 최적화할 수 있다. 여러 셔틀이 독립적 으로 움직이는 복잡한 레이아웃에서도 충돌 방지 기능이 펌웨어에 직접 구현돼 있어, 개발자는 개별 모션 제약을 일일이 관리하기보다 실제 공정 최적화에 더 집중할 수 있다. B&R은 이를 통해 개발을 가속하고 시장 출시 기간을 단축할 수 있다고 설명한다. 규제 환경에서 공정 단위 검증 지원 생명과학 자동화에서는 성능뿐 아니라 검증(Validation)도 중요한 과제다. 특히 여러 생산거점에서 동일한 생산시스템을 운영해야 하는 경우, 설비의 설치와 함께 각 공정의 검증이 필요하 다. M2-Automation은 ACOPOS 6D의 소프트웨어 구성요소와 Industrial IoT 통합 기능을 활용해 각 공정 유닛을 명확하게 정의된 독립 단위로 구성한다. 이렇게 구성된 공정 유닛은 각각 개별적으로 출하·설치·검증할수 있으며, 파트너사나 위탁생산 시설에서도 같은 방식으로 적용할 수 있다. B&R은 한 장소에서 작동하는 구성이 다른 장소에서도 동일하게 작동할 수 있다는 점을 강조하며, 이를 통해 다중 사이트 전개를 단순화하고 검증 주기를 단축하며 지역별 규제 대응을 지원할 수 있다고 설명한다. ▲ ACOPOS 6D Launch Pad를 이용하면 생산라인의 레이아웃과 공정 흐름을 가상으로 설계·검증하고, 셔틀 이동 경로와 에너지 소비를 최적화할 수 있다. 랩 자동화에서 산업 생산으로 M2-Automation은 ACOPOS 6D를 단순한 이송장치가 아니라, 랩 규모의 자동화와 산업 생산을 연결하는 생산 아키텍처의 기반으로 보고 있다. 이 사례는 Single-touch 개념과 비접촉 자기부상 이송, 모듈형 확장, 소프트웨어 기반 가상 설계 및 공정 단위 검증을 하나의 생산라인 구조에 통합했다는 데 의미가 있다. 이를 통해 생산 규모와 공정 변화에 유연하게 대응할 수 있는 생명과학 제조 자동화의 가능성을 보여준다. 자료제공: B&R (www.br-automation.com)

2026-09-01

하이브리드 드라이브로 구현한 다축 가공 장비의 공간 절감 해법

독일의 특수기계 제조기업 ‘Wolf Maschinenbau(볼프 마쉬넨바 우)’는 중·대량 생산에 적합한 로터리·리니어 트랜스퍼 머신을 개발하는 기업이다. 이 회사는 TSM 280 로터리 트랜스퍼 머신의 차세대 모델에 AMKmotion의 하이브리드 드라이브 기술을 적용했다. 중앙 집중형 드라이브와 분산형 드라이브를 결합한 이 방식은 에너지 효율과 유연성을 높이고, 배선 작업과 제어반 공간 부담을 줄이는 사례로 주목받고 있다. Challenge 제어반 공간과 설치 부담을 줄이는 과제 Wolf Maschinenbau는 금속 링, 봉재, 선삭 부품, 튜브, 냉간 압출 부품 등을 가공할 수 있는 로터리·리니어 트랜스퍼 머신과 주변 장비를 개발하는 기업이다. 이 회사의 장비는 자동차, 의료기 술, 전기공학 등 다양한 산업의 중소·중견 부품 공급업체에 사용 된다. 이들 업체는 높은 정밀도와 신뢰성을 요구하며, 최근에는 에너지 효율과 소량 배치 대응을 위한 빠른 셋업 전환도 중요해지고 있다. TSM 280은 공작물을 각 스테이션으로 단계별 이송하는 로터리 인덱싱 테이블 방식의 트랜스퍼 머신이다. 인덱싱 테이블이 공작 물을 각 스테이션으로 순차 이송하고, 정지 상태의 공작물은 구동 공구에 의해 동시에 가공된다. 모듈형 설계 덕분에 개별 요구에 맞춰 공정을 구성할 수 있으며, 8개 또는 16개의 유압식 공작물 클램핑 장치를 갖춘 수직 배치 클램핑 테이블을 중심으로 구성된다. 기존 장비 세대에서는 드라이브와 제어 기술 전체가 제어반에 수용됐다. 이 방식은 설치 비용과 작업 부담을 높이고, 많은 공간을 차지했으며, 장비 복잡도에 따라 두 개의 제어반이 필요한 경우도 있었다. 이에 따라 개별 고객 요구에 맞춘 장비 구성이 어려워지는 문제가 있었다. 신규 세대 TSM 280 개발의 과제는 명확했다. 전체 솔루션을 짧은 개발 기간 안에 완성하면서도 설치 비용과 배선 부담을 줄이 고, 제한된 공간 안에서 더 유연한 장비 구성을 구현해야 했다. ▲ Wolf Maschinenbau는 TSM 280 로터리 트랜스퍼 머신에 AMKmotion의 하이브 리드 드라이브 기술을 적용했다. Solution 중앙집중형과 분산형을 결합한 드라이브 적용 Wolf Maschinenbau는 TSM 280 신규 세대에 AMKmotion의 하이브리드 드라이브 기술을 적용했다. 이 기술은 중앙집중형 드라이브와 분산형 드라이브를 결합하는 방식이다. 일부 드라이브 구성품은 제어반에 설치하고, 다른 구성품은 기계 내부에 분산 배치함으로써 두 방식의 장점을 함께 활용한다. 핵심 구성요소는 KHY 하이브리드 디스트리뷰터, ihXT3 동기 서보모터, DT 시리즈 동기 서보모터, KE/KW 서보 드라이브 시스템이다. KHY는 다양한 신호와 공급 전압을 통합하고, 실시간 통신을 지원한다. 또한 DC 버스 전류와 분산형 구동 시스템을 모니터 링해 중앙집중형·분산형 구동부를 연결하는 허브 역할을 한다. 분산형 구동부에는 인버터가 통합된 ihXT3 동기 서보모터가 사용됐다. 이 모터는 설치 공간이 제한된 애플리케이션에 적합하며, 하이브리드 케이블 하나로 전원, STO, 24V, 통신 데이터를 동시에 전달한다. ihXT3 구성품은 데이지 체인 방식으로 연결되기 때문에 설치 작업과 배선 부담을 줄일 수 있다. 축 구동에는 고극수 DT 시리즈 동기 서보모터가 적용됐다. 이 모터는 높은 토크와 관성 모멘트에 대응하도록 설계됐으며, 큰 부하도 기어 없이 직접 구동 방식으로 가속할 수 있어 장비 전체 효율 향상에 기여한다. 중앙집중형 드라이브 영역에는 KE/KW 시스템이 적용됐다. KE는 DC 버스 전압을 생성하고 KW 인버터에 전력을 공급하는 역할을 한다. 제어 기술은 sm motion control이 담당했다. TSM 280에는 15 인치 컬러 터치 패널이 통합된 smmx.tp15hd 컨트롤러가 적용됐으며, RT Linux 기반 운영체제, CODESYS V3, 자체 CNC 코어가 결합됐다. 이를 통해 PLC, CNC, 시각화 기능이 하나의 변수 공간 에서 연동되며, 최대 16개 스테이션을 CNC 기능으로 유연하게 제어할 수 있게 됐다. ▲ 중앙집중형과 분산형 드라이브 솔루션을 결합해 장비의 유연성과 에너지 효율을 높였다. Result 제어반 공간 절감과 유연한 다축 제어 구현 AMKmotion의 하이브리드 드라이브 기술을 적용한 결과, Wolf Maschinenbau는 TSM 280 신규 세대에서 더 컴팩트한 장비 구성을 구현할 수 있게 됐다. 추가 축을 제어해야 하는 경우에도 두번째 제어반이 필요하지 않도록 설계할 수 있으며, 배선 작업도 줄어들었다. 장비의 메인 축도 새롭게 설계됐다. 기존의 복잡한 베벨·스퍼 기어박스 대신 컴팩트한 직각형 유성기어박스를 적용해 구조를 단순화했다. 각 스테이션은 CNC 기능을 통해 유연하게 제어되며, 기능 유닛은 구성에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. sm motion control의 컨트롤러는 PLC, CNC, 시각화 기능을 통합해 제어 구조를 단순화했다. 과거라면 16개의 개별 컨트롤러가 필요했을 구성도 하나의 장치에서 구현할 수 있게 됐으며, 웹 시각화와 OPC UA 통신 등 선택 기능도 단일 장치 안에 통합할 수 있었다.이는 1.6GHz 쿼드코어 프로세서의 처리 성능을 바탕으로 구현됐다. ▲ TSM 280의 각 스테이션은 CNC 기능으로 유연하게 제어되며, 공정에 맞는 기능 유닛을 선택해 장착할 수 있다. Insight 하이브리드 드라이브는 공간 절감형 고축수 장비에 적합 Wolf TSM 280 사례는 축 수가 많고 스테이션 구성이 복잡한 장비에서 하이브리드 드라이브 방식이 제공하는 장점을 보여준다.중앙집중형 구조는 관리가 명확하지만 제어반 공간과 배선 부담이 커지고, 완전한 분산형 구조는 전원·통신·안전 기능을 안정적으로 통합해야 하는 과제가 있다. AMKmotion의 하이브리드 방식은 필요한 중앙 장치는 제어반에 두고, 일부 구동 기능은 기계 내부로 분산함으로써 공간 절감과 유연한 장비 구성을 동시에 구현했다. 이 사례는 고축수·맞춤형 특수기계에서 드라이브 아키텍처가 장비 구성과 운용 효율을 좌우하는 핵심 요소가 될 수 있음을 보여준다. 자료제공: AMKmotion(www.amk-motion.com)

2026-09-01

저궤도(LEO) 시대, 위성통신 시스템이 요구하는 모터 기술

저궤도(LEO, Low Earth Orbit) 위성군의 확대와 육상·해상·항공· 우주 전반에서 증가하는 연결성 수요가 SATCOM(위성통신) 시스템의 설계 방식을 바꾸고 있다. 과거 정지궤도(GEO) 위성을 중심으로 구성됐던 위성통신 환경에서는 지상 안테나가 장시간 동일한 위성을 향하도록 유지하는 방식이 일반적이었다. 그러나 LEO 위성군에서는 수백 개에서 수천 개의 위성이 네트워크를 구성하고, 지상 단말이 이동하는 위성을 지속적으로 추적하면서 다음 위성으로 통신을 전환해 야 한다. 이러한 변화는 SATCOM 시스템에 적용되는 모션 기술에도 새로운 요구를 제시한다. 이제 모터 선정은 단순히 토크와 속도를 비교 하는 수준을 넘어 지향 정확도, 응답성, 운용 환경, 시스템 통합성, 장기 신뢰성까지 함께 고려해야 하는 문제로 확대되고 있다. 이 기사는 Allient의 기술 가이드 『A Technical Guide to Motors for SATCOM Systems』를 바탕으로 주요 내용을 정리했다. LEO 확산이 바꾸는 모션 시스템 기존 GEO 기반 SATCOM 시스템에서는 지상 안테나가 상대적으로 고정된 방향을 유지할 수 있었다. 반면 LEO 환경에서는 위성이 빠르게 이동하기 때문에 지상 단말이 하나의 위성을 포착하고 추적한 뒤, 통신을 다음 위성으로 순차적으로 넘겨야 한다. 항공기나 선박, 육상 차량과 같은 이동형 플랫폼에서는 상황이 더욱 복잡하 다. 위성뿐 아니라 단말이 설치된 플랫폼 자체도 움직이기 때문에 안테나가 플랫폼의 움직임을 보정하면서 위성 링크를 유지해야 한다. LEO는 위성 자체의 설계에도 영향을 미치고 있다. 더 작고 가벼우며 통합도가 높은 우주선에 대한 수요가 증가하면서 SATCOM 시스템이 더욱 동적으로 변화하고 있으며, 이에 따라 모션 기술에 요구되는 조건도 높아지고 있다. SATCOM 시스템에서 모터의 역할 SATCOM 시스템에서 모터는 지상 기반 추적 시스템부터 궤도상의 위성까지 폭넓게 사용된다. 대표적인 적용 분야는 다음과 같다. 지상 추적 안테나는 위성을 포착하고 지속적으로 추적 하기 위해 안테나의 위치를 제어한다. LEO 위성군에서는 하나의 위성에서 다음 위성으로 연결을 넘기는 과정이 반복되기 때문에 연속적인 위치 제어가 중요하다. 이동형 SATCOM 단말은 항공기와 선박, 육상 차량 등에 적용된다. 플랫폼 자체가 움직이기 때문에 모터는 이러한 움직임을 보정하면서 안테나가 위성을 지속적 으로 지향하도록 제어한다. 우주 탑재 안테나 및 페이로드에서는 안테나와 짐벌, 기타 페이로드를 정밀하게 위치시켜 임무 수행 중 정확한 지향 상태를 유지하는 데 모터가 사용된다. 위성 자세 제어에는 리액션 휠 어셈블리(Reaction Wheel Assembly)가 활용된다. 전기 모터를 이용해 위성의 방향을 제어함으로써 추진제를 사용하지 않고도 안테나와 페이로드가 정확한 방향을 유지하도록 한다. 위성 간 광통신에서도 정밀 모션 기술이 중요하다. 레이저 통신 단말은 두 위성 사이의 링크를 형성하고 유지해야 하기 때문에 매우 높은 수준의 지향 정확도가 요구된다. 지향 정확도부터 우주 환경까지 고려해야 SATCOM용 모터의 요구조건은 애플리케이션마다 다르지만 공통적으로 몇가지 핵심 요소를 고려해야 한다. 가장 먼저 요구되는 것은 지향 정확도(Pointing Accuracy)다. 위성통신과 광통신 링크를 안정적으로 유지하려면 정확하고 반복 가능한 위치 제어가 필요하다. 동시에 모터는 애플리케이션이 요구하는 토크와 속도, 응답성을 제공해야 한다. 장기 신뢰성 역시 중요한 조건이다. 특히 우주 애플리케이션은 설치 이후 유지보수 기회가 극히 제한적이기 때문에 장기간의 임무 동안 안정적으로 작동할 수 있어야 한다. 시스템 통합도 중요한 설계 요소다. 모터는 제한된 설치 공간에 들어가면서도 전체 시스템을 소형·고효율 구조로 설계할 수 있도록 지원해야 한다. 우주에서 사용하는 모터는 진공, 방사선, 반복적인 온도 변화와 같은 환경 조건도 고려해야 한다. 적합한 소재와 윤활 방식 역시 중요한 설계 요소다.지상·항공·해상 시스템에서는 진동과 부식, 극한 온도 등 각 운용 환경에 따른 별도의 요구조건이 발생한다. SATCOM 설계의 핵심으로 떠오른 ‘SWaP’ 최근 SATCOM 시스템에서는 크기(Size), 무게(Weight), 전력(Power)을 의미하는 SWaP가 주요 설계 기준으로 자리 잡고 있다. 위성뿐 아니라 항공기용 단말이나 이동형 지상국에서도 더 작은 공간과 낮은 무게, 적은 전력으로 더 높은 기능을 구현해야 한다. 크기와 무게를 줄이면 위성 발사 비용을 낮출 수 있고 설치를 단순화하며 제한된 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 전력 소비 감소는 전체 시스템 효율을 높이는 데도 중요하다. 특히 사용 가능한 전력이 제한된 애플리케이션에서는 전력 요구량 자체가 시스템 설계에 직접적인 영향을 미친다. 다만 SWaP의 각 요소는 서로 독립적이지 않다. 크기와 무게, 전력을 줄이는 과정에서 성능이나 신뢰성이 영향을 받을 수 있기 때문에 엔지니어는 SWaP 와 성능, 신뢰성, 애플리케이션 요구조건 사이의 균형을 고려해야 한다. 다이렉트 드라이브 확산과 모터 기술의 변화 SATCOM 분야에서 나타나는 뚜렷한 흐름 가운데 하나는 다이렉트 드라이브 (Direct Drive) 솔루션의 적용 확대다. 다만 모든 시스템에 동일한 모터 기술이 적합한 것은 아니며, 실제 애플리케이션에 따라 적합한 기술도 달라진다. 프레임리스 모터(Frameless Motor)는 다이렉트 드라이브 시스템에 적합 하다. 짐벌이나 위치 결정 메커니즘에 직접 통합할 수 있어 기어박스가 필요없으며, 이를 통해 정밀도와 신뢰성을 높이고 기계 구조를 단순화할 수 있다. 안테나 추적 시스템과 위성 지향 메커니즘, 광통신 단말 등이 대표적인 적용 분야다. 슬롯리스 모터(Slotless Motor)는 부드러운 토크 출력과 정밀한 속도 제어가 필요한 리액션 휠 어셈블리에 주로 사용된다. 슬롯리스 구조는 코깅 토크를 제거할 수 있고 무게 감소에도 유리해 신뢰성과 효율, 소형화가 중요한 우주 시스템에 적합하다. 축방향 자속 모터(Axial Flux Motor)는 소형 구조에서 높은 토크 밀도를 제공할 수 있다. 따라서 설치 공간이 제한된 일부 지상 기반 추적 시스템 등에 적합하다. 한편 브러시리스 DC, 브러시리스 AC 및 AC 모터와 같은 기존 모터 기술도 여전히 다양한 SATCOM 시스템에서 사용된다. 다이렉트 드라이브의 적용이 확대되고 있지만, 실제 애플리케이션에 따라 기존 모터 기술이 더 적합한 경우도 있다. 최고 사양보다 애플리케이션 적합성이 중요 SATCOM용 모터를 선정할 때는 데이터시트의 최대 성능만 비교 해서는 안 된다. 먼저 모터가 실제로 수행해야 하는 기능과 필요한 성능 수준을 파악해야 한다. 다이렉트 드라이브 방식이 애플리케이션에 이점을 제공하는지, 모터를 전체 시스템에 어떻게 통합할 것인지, 표준 모터로 대응할수 있는지 또는 맞춤형 솔루션이 필요한지도 검토해야 한다. 무엇 보다 성능 요구조건과 운용 환경, 기계적 제약 사이에서 발생하는 엔지니어링상의 절충 요소를 함께 고려해야 한다. 우주 애플리케이션에서는 소재와 윤활, 열 관리, 방사선 내성이 추가적인 선정 기준이 된다. 일단 우주에 배치된 이후에는 유지보 수나 교체가 어렵기 때문에 모터는 전체 임무 기간 동안 요구되는 성능을 안정적으로 유지할 수 있어야 한다. 결국 SATCOM 시스템에서 가장 적합한 모터는 사양표에서 가장 높은 성능을 가진 제품이 아니라, 해당 애플리케이션의 실제 요구 조건을 가장 잘 충족하는 모터라고 할 수 있다. 모터 기술만큼 중요한 설계·검증 경험 SATCOM용 모션 시스템, 특히 우주 애플리케이션에서는 적합한 모터 기술을 선택하는 것뿐 아니라 설계와 시험, 검증 과정에서 축적된 경험도 중요하다. 개발 단계에서 발견하지 못한 문제가 후반에 드러나면 수정 비용이 크게 증가할 수 있으며, 위성이 발사된 이후에는 문제를 바로잡는 것 자체가 어려울 수 있기 때문이다. 이에 따라 모터 공급업체를 선정할 때는 제품 사양뿐 아니라 기존 SATCOM 및 우주 프로젝트 경험도 함께 살펴볼 필요가 있다. 실제 프로젝트를 통해 축적된 경험은 초기 설계 단계에서 발생할 수있는 문제를 사전에 파악하고, 애플리케이션에 적합하지 않은 설계 선택을 줄이는 데 도움이 된다. 특히 우주 시스템에서는 진공과 방사선, 열 사이클, 윤활 및 소재 조건 등 여러 요소가 동시에 작용한다. 따라서 개별 요구조건을 단순히 충족하는 것보다 이러한 조건이 모터와 전체 시스템에 어떤 영향을 미치는지를 종합적으로 검토하는 것이 중요하다. 설계·시험·검증 경험을 바탕으로 초기 단계부터 적합한 모터와 구조를 선정하면 개발 위험을 낮추고 장기적인 시스템 신뢰성을 확보하는 데 도움이 된다. LEO 위성군의 확대와 SATCOM 시스템의 고도화는 모션 기술에 요구되는 조건을 지속적으로 높이고 있다. 지향 정확도와 응답성뿐 아니라 SWaP, 운용 환경, 시스템 통합성, 장기 신뢰성을 함께 고려하는 설계가 중요해지고 있으며, 이에 따라 모터 선정 역시 개별 부품의 성능 비교보다 애플리케이션과 시스템 요구조건을 중심으로 판단하는 방향으로 변화하고 있다. 자료제공: Allient(www.allient.com)

2026-09-01

로봇 관절 성능을 좌우하는 QDD 액추에이터 선정 핵심 가이드

휴머노이드 로봇과 사족보행 로봇, 외골격 로봇 등 동적 움직임을 수행하는 로봇이 확대되면서 관절을 구동하는 액추에이터의 역할도 중요해지고 있다. 액추에이 터는 충분한 출력뿐 아니라 빠른 응답, 정밀한 제어, 외력에 대한 유연한 대응까지 요구받는다. 이러한 요구에 대응하는 방식 중 하나가 낮은 감속비를 기반으로 하는 QDD(Quasi-Direct Drive) 액추에이터다. 이 기사에서는 QDD 액추에이터의 특징과 토크 밀도, 최대·연속 토크, 역구동성, 백래시, 동적 응답 등 실제 선정 과정에서 고려해야 할 핵심 요소를 살펴본다. ▲ QDD 액추에이터가 적용되는 로봇 관절 구동 시스템을 형상화한 이미지. QDD는 낮은 감속비를 기반으로 출력 성능과 응답성, 역구동성의 균형을 추구한다. (이미지: AI 생성) 출력과 응답성의 균형을 겨냥한 QDD 현대 로봇의 관절 시스템은 기존 산업 장비보다 복합적인 성능을 요구한다.액추에이터는 충분한 출력을 제공하는 동시에 빠른 응답과 정밀한 제어를 구현하고, 외부 환경이나 사람과의 상호작용에도 유연하게 대응해야 한다. 기존 서보 액추에이터는 일반적으로 높은 감속비의 전달 구조를 사용해 출력 토크를 높인다. 그러나 높은 동적 응답성과 힘 상호작용이 필요한 로봇에서는 과도한 기계적 강성이 역구동성(Backdrivability)과 운동 유연성을 제한할 수 있다. QDD 액추에이터는 낮은 감속비를 적용해 모터 출력을 관절에 보다 직접적으로 전달하고, 출력 성능과 응답 속도, 기계적 유연성 사이의 균형을 확보하는 것을 목표로 한다. QDD는 단순히 모터와 감속기를 결합한 부품이 아니라 동력 전달, 운동 제어, 외부 환경과의 상호작용을 함께 담당하는 로봇 운동 시스템의 핵심 동력 장치다.따라서 액추에이터를 선정할 때는 특정 수치 하나보다 실제 관절의 작업 조건과 시스템 전체 요구 조건을 함께 평가해야 한다. ▲ 로봇 관절 구동용 모터의 내부 구성. 모터 성능과 구조 최적화는 QDD 액추에이터의 토크 밀도와 응답 성능을 좌우하는 주요 요소다. 제한된 공간에서 성능을 좌우하는 토크 밀도 로봇 관절에서는 출력 토크뿐 아니라 액추에이터의 크기와 무게도 중요한 설계 조건이다. 특히 기계 구조의 끝단에 가까운 관절에서는 액추에이터의 무게가 로봇 전체의 관성 성능에 직접적인 영향을 미친다. 토크 밀도가 높으면 관절 구조를 가볍게 구성하고 운동 관성을 낮추며 운동 효율을 높이는 데 유리하다. QDD 구조는 낮은 감속비를 사용하기 때문에 모터가더 많은 직접 출력을 담당한다. 따라서 모터 성능, 자속 설계, 전체 구조 최적화가 최종 토크 밀도를 결정하는 주요 요소가 된다. 최대 토크만으로 판단해서는 안 된다 로봇의 액추에이터는 항상 동일한 부하 상태에서 운전 되지 않는다. 동작 단계에 따라 필요한 토크 특성이 크게 달라지므로 최대 토크 하나만으로 실제 운전 성능을 판단하기 어렵다. <표1> 로봇 동작 조건에 따른 액추에이터 요구사항 따라서 QDD 액추에이터를 선택할 때는 최대 토크와 함께 정격 토크, 연속 운전 능력, 열 관리 성능을 함께 확인해야 한다. 최대 토크는 짧은 시간의 고부하 대응 능력을 보여주는 반면, 장시간 안정 운용을 위해서는 연속 출력 능력과 열 관리 성능이 중요하다. 최대 토크만 보고 선정하면 실제 운용 과정에서 온도 상승 문제를 놓칠 수 있다. 빈번한 동적 움직임이 필요한 플랫폼은 최대 출력과 응답 성능의 비중이 크고, 장시간 연속 운전이 필요한 시스템은 연속 부하 능력과 열 설계가 상대적으로 중요하다. ▲ 로봇 관절 구동에 사용되는 모터. 액추에이터의 출력과 응답 성능을 결정 하는 핵심 구성 요소다. 역구동성, 사람과 환경에 반응하는 관절의 유연성 QDD의 주요 특징 가운데 하나는 높은 역구동성이다.역구동성은 외부에서 힘이 가해졌을 때 로봇 관절이 그 힘에 보다 자연스럽게 반응할 수 있는 능력을 의미한다. 기존 고감속비 액추에이터는 출력 강성과 기계적 증폭 능력을 중시하지만, 동적 상호작용 환경에서는 외부 힘을 감지하고 출력 상태를 빠르게 조절할수 있는 능력도 중요하다. QDD의 낮은 감속비 구조는 기계적 전달 저항을 줄여 시스템의 기계적 임피던스를 낮추는 데 유리하며, 이를 통해 인간-로봇 상호작용의 안전성, 힘 제어 성능, 순응성 높은 움직임을 구현하는 데 도움을줄 수 있다. 다만 역구동성이 높다고 해서 강성을 무조건 낮추는 것이 바람직한 것은 아니다. 실제 설계에서는 출력 능력, 제어 안정성, 기계적 순응성 (Compliance) 사이의 균형이 필요하다. 백래시와 피드백 성능이 정밀도를 좌우 로봇 관절의 위치 정밀도는 제어 알고리즘뿐 아니라 감속기의 기계적 정밀 도와 피드백 시스템의 성능에도 영향을 받는다. 감속기 내부 기어 사이의 간극은 백래시(Backlash)를 발생시킬 수 있으며, 기계적 간극이 커질수록 위치 오차와 반복 정밀도 저하로 이어질 수 있다. 위치 오차가 커지면 이를 보정하기 위한 피드백 보정량이 증가하고, 결과적 으로 관절 움직임의 안정성에도 영향을 줄 수 있다.따라서 정밀한 로봇 팔이나 조작 시스템용 QDD 액추에이터를 선정할 때는 감속 구조 설계, 엔코더 해상도, 피드백 응답 속도, 제어 알고리즘의 적합성을 함께 고려해야 한다. 낮은 백래시 구조와 고정밀 피드백 시스템의 조합은 보다 정밀한 관절 제어와 반복 정밀도 향상에 유리하다. 동적 응답, 자연스러운 로봇 움직임의 핵심 현대 로봇은 단순한 반복 동작을 넘어 주변 상태를 지속적으로 감지하고 그에 맞춰 출력을 조절한다. 휴머노이드가 균형을 유지하거나 사족보행 로봇이 불규칙한 지형에 대응하는 과정에서는 관절 상태가 빠르게 변화하기 때문에 액추에이터의 동적 응답 성능이 중요하다. 액추에이터는 이러한 변화에 대응해 상태 감지 → 제어 계산 → 출력 조정 과정을 반복한다. 동적 응답 성능은 모터 관성, 전달 구조, 제어 시스템의 응답 속도, 피드백 성능 등에 의해 좌우된다. 응답 속도가 빠를수록 외란 발생 시상태를 빠르게 회복할 수 있고, 움직임의 지연도 줄일 수 있다. 로봇 유형에 따라 달라지는 QDD 선정 기준 QDD 액추에이터가 제공하는 기본적인 장점은 같지만, 실제 로봇 플랫폼마다 우선적으로 평가해야 할 성능은 다르다. 액추에이터 선정은 가장 높은 사양의 모델을 고르는 방식이 아니라 관절 위치, 운동 패턴, 하중 특성, 제어 요구 사항을 기준으로 성능 우선 순위를 정하는 과정이 돼야 한다. <표2> 로봇 유형별 QDD 액추에이터 핵심 성능 휴머노이드 로봇에서는 토크 밀도와 동적 응답, 경량 화의 균형이 중요하다. 걷기와 계단 오르기, 균형 유지 과정에서 고관절·무릎·발목은 계속해서 출력 토크를 조정해야 하기 때문이다. 따라서 제한된 관절 공간 에서 충분한 출력을 확보하면서도 제어 명령에 빠르게 반응할 수 있어야 한다. 사족보행 로봇은 달리기와 점프, 불규칙한 지형 이동 과정에서 반복적인 충격과 순간적인 하중 변화를 받는 다. 이에 따라 최대 토크와 연속 출력 능력, 응답 속도뿐 아니라 기계적 신뢰성과 충격 대응 능력이 중요해진다. 외골격 로봇에서는 최대 출력보다 사람과 얼마나 자연 스럽게 움직임을 공유할 수 있는지가 중요하다. 액추에이터 무게와 역구동성, 순응성, 제어 정밀도가 주요 선정 요소가 된다. 낮은 기계적 임피던스는 사용자의 움직임을 자연스럽게 추종하는 데 유리하며, 경량화 역시 착용 부담을 줄이는 데 직접적인 영향을 미친다. 반면 로봇 팔과 협동로봇에서는 관절 위치 정밀도와 부드러운 움직임, 토크 제어, 장기 운전 안정성이 상대적으로 중요하다. 조립이나 파지와 같이 반복 정밀도가 요구되는 작업에서는 낮은 백래시와 고정밀 엔코 더, 안정적인 피드백 제어가 핵심 요소가 된다. 애플리케이션과의 최적 매칭이 중요 QDD 액추에이터는 낮은 감속비를 기반으로 높은 응답 속도, 낮은 기계적 임피던스, 우수한 역구동성을 구현할 수 있다는 특징을 갖는다. 그러나 이러한 장점 역시 실제 로봇의 운동 요구 조건과 맞지 않으면 충분히활용하기 어렵다. 따라서 액추에이터 선정에서는 토크 밀도와 최대·연속 토크, 열 관리, 역구 동성, 백래시, 제어 정밀도, 동적 응답, 시스템 통합 조건을 함께 검토해야 한다. 로봇의 종류와 관절 역할에 따라 각 성능 요소의 우선순위가 달라지는 만큼, 가장 높은 사양의 제품보다 해당 애플리케이션에 가장 적합한 성능 조합을 갖춘 액추에이터를 선택하는 것이 중요하다. 자료제공: CubeMars (www.cubemars.com)

2026-09-01

AI의 판단을 실제 움직임으로 구현하는 ABB ‘GoFa’ 기반 지능형 로봇 셀

제품 종류와 작업 조건이 다양한 제조환경에서는 하나의 고정된 작업만 반복하는 자동화보다 변화에 대응할 수 있는 유연성이 중요하다.Sunrise Robotics는 이러한 다품종 제조환경을 대상으로 AI와 로봇을 결합한 지능형 로봇 셀을 개발하고 있으며, ABB의 GoFa 협동로봇을 셀의 핵심 실행 장치로 활용하고 있다. Sunrise Robotics의 지능형 로봇 셀에는 온보드 AI, 내장형 인지 (perception), 레이더 기반 안전 기술이 결합된다. 여기에 ABB의 GoFa가 AI에서 생성된 판단을 실제 로봇 움직임으로 구현하는 역할을 맡는다. ABB는 GoFa를 Sunrise Robotics의 AI 지능이 픽킹·배치등 실제 로봇 동작으로 구현되는 ‘정밀 물리 계층(precision-driven physical layer)’으로 설명한다. ▲ Sunrise Robotics의 지능형 로봇 셀에 적용된 ABB GoFa 협동로봇. 온보드 AI와 인지 기능의 판단을 실제 로봇 작업으로 구현한다. 인지·판단·실행을 하나의 로봇 셀에 Sunrise Robotics의 지능형 로봇 셀은 AI와 로봇 하드웨어를 별개로 운용하는 대신 하나의 시스템 안에서 연결하는 데 초점을 맞춘다. 셀에는 온보드 AI와 내장형 인지 기능이 적용돼 있으며, 레이더 기반 안전 기술도 함께 통합돼 있다. 이러한 구성에서 AI와 인지 기술이 주변 상황과 작업에 필요한 판단을 담당한다면, 실제 작업은 로봇이 수행한다. 소프트웨어에서 이뤄 지는 지능형 의사결정을 제조현장의 실제 움직임으로 연결하는 구조 다. ABB는 Sunrise Robotics와 GoFa의 결합을 통해 다품종 제조환경에서 빠르고 정확하며 신뢰성 있는 로봇 조작을 구현한다고 설명한다. 특히 Sunrise Robotics가 대상으로 삼는 분야는 기존의 대량 반복생산과 성격이 다른 제조환경이다. 제품 종류가 다양하고 구성과 작업이 변화하는 생산에서는 하나의 전용 자동화 시스템보다 여러 조건에 대응할 수 있는 자동화 방식이 요구 된다. Sunrise Robotics 역시 이러한 영역에서 지능형 로봇 셀을 실제 생산현장에 투입하는 데 초점을 두고 있다. ▲ Sunrise Robotics는 ABB GoFa를 지능형 로봇 셀의 실행 장치로 적용해 다품종 제조환경의 자동화에 대응하고 있다. AI의 판단을 움직임으로 구현하는 ‘GoFa’ Sunrise Robotics의 지능형 셀에서 ABB GoFa는 AI 기반 판단을 실제 제조 작업으로 연결하는 역할을 한다. ABB는 GoFa 가 Sunrise Robotics의 AI 지능을 픽킹과 배치 등 실제 로봇 동작으로 구현하는 정밀 물리 계층을 담당한다고 설명한다. Sunrise Robotics는 바닥 수준의 유로 팔레트 작업에 대응할수 있는 작업 범위와 속도, 위치 정확도, 개방형 제어 구조 등을 주요 로봇 선정 조건으로 검토했다.소프트웨어 측면에서는 ABB의 Robot Web Services(RWS)와 External Guided Motion(EGM)을 활용한다. RWS가 프로그램 처리와 변수 관리 등의 기능을 담당하고, EGM은 고주파 실시간 모션 제어를 지원함으로써 Sunrise Robotics의 AI 시스템과 GoFa 의 움직임을 연결한다. 또한 Sunrise Robotics는 ABB의 RobotStudio를 활용해 로봇 셀의 배치와 최적화, 원격 지원을 수행한다. 엔지니어가 고객 현장에 직접 방문하지 않고도 원격으로 시스템에 접근해 예기치 않은 상태에서 셀을 복구할 수 있다. 이를 통해 불필요한 가동 중단을 줄이고 운영 비용을 절감하는 한편, 산업용 로봇 경험이 많지 않은 고객의 시스템 운영도 지원할 수 있다. ▲ ABB의 GoFa 협동로봇 제품군. Sunrise Robotics는 GoFa를 지능형 로봇 셀의 실행 장치로 활용한다. 다품종 제조환경에 대응하는 지능형 자동화 ABB와 Sunrise Robotics가 이번 시스템에서 강조하는 적용 영역은 ‘다품종 제조’이다. 다품종 제조에서는 제품 종류와 작업조건이 바뀌기 때문에 고정된 동작을 오랫동안 반복하는 자동화 시스템과는 다른 유연성이 필요하다. Sunrise Robotics는 AI 기반 인지와 판단 기능을 로봇의 실행 능력과 결합해 이러한 제조환경에서 자동화할 수 있는 작업 범위를 넓히고 있다. ABB 역시 두 기술의 결합이 빠르고 정확 하며 신뢰성 있는 로봇 조작을 가능하게 한다고 설명한다. 특히 이 시스템은 AI를 단순한 분석 소프트웨어로 활용하는 데 그치지 않는다. 온보드 AI와 인지 기능이 제조 작업에 필요한 지능을 제공하고, GoFa가 이를 실제 로봇 동작으로 구현한다. ‘인지· 판단’과 ‘실행’을 하나의 로봇 셀 안에서 연결한다는 점이 이번 애플리케이션의 핵심이다. ▲ Sunrise Robotics의 지능형 로봇 셀에서 GoFa 협동로봇이 부품 작업을 수행하는 모습. 파라미터 최적화로 시간당 72개에서 90개로 ABB Robotics는 “간단한 파라미터 최적화를 통해 처리량이 시간당 72개에서 90개로 증가했다”고 밝혔다. ABB는 이번 사례를 AI 기반 의사결정과 GoFa의 정밀한 실행이 실제 생산현장의 성능으로 연결된 결과로 설명한다. 즉, AI의 판단을 로봇의 실제 움직임 으로 구현하고, 이를 처리량 향상이라는 측정 가능한 성과로 연결 했다는 점에 의미가 있다. AI를 생산현장의 움직임으로 연결하다 Sunrise Robotics와 ABB의 협업에서 AI는 로봇과 분리된 별도의 기술이 아니다. 온보드 AI와 인지 기술이 작업에 필요한 판단을 담당하고, GoFa가 이를 정밀한 로봇 움직임으로 구현하면서 하나의 지능형 로봇 셀을 구성한다. 여기에 레이더 기반 안전 기술도 통합돼 있다. 이러한 구조는 제품 종류와 작업조건이 다양한 제조환경에서 AI 기반 자동화를 실제 생산공정에 적용하는 한 가지 방식을 보여준 다. 특히 AI의 판단을 로봇의 실행 능력과 직접 연결하고, 실제 처리량 변화까지 확인했다는 점에서 Sunrise Robotics의 지능형 로봇 셀은 AI와 협동로봇이 다품종 제조 자동화에 어떻게 결합될수 있는지 보여주는 애플리케이션 사례라 할 수 있다. 이는 AI의 판단과 로봇의 정밀 실행이 실제 생산성 향상으로 이어질 수 있음을 뒷받침한다. 자료제공: ABB(www.abb.com)

2026-09-01

Bosch Rexroth의 체인 컨베이어 시스템 적용 사례 ... 아이스크림 포장라인의 수직 이송 해법

아이스크림 생산라인의 최종 포장 공정에서는 제품을 포장기, 금속 검출기, 계량기, 수축 포장기, 팔레타이징 구역까지 안정적 으로 이송해야 한다. 특히 한정된 생산 공간 안에서 서로 다른 높이의 이송 레벨을 연결하고, 장비 정지 시 제품을 손상 없이 임시 적재하는 기능도 요구된다. 글로벌 아이스크림 제조기업 Froneri는 이탈리아 페렌티노 공장의 최종 포장 공정에 Bosch Rexroth의 ‘VarioFlow plus’ 체인 컨베이어 시스템을 적용해 공간 제약에 대응하고, 수직 이송과 버퍼링 기능을 결합한 포장 라인 이송 체계를 구축했다. Challenge 제한된 공간과 높이 차이 Froneri는 영국 R&R Ice Cream과 스위스 Nestlé 그룹의 합작회사로, 전 세계 30개 이상의 공장을 운영하고 있다. 이탈리아 페렌티노 공장에서는 해외 시장용 아이스크림과 자체 브랜드 제품을 생산한다. 이 공장의 최종 포장 공정에서는 이미 개별 포장 및 냉동된 아이스크림 제품을 포장기로 이송한 뒤, 카톤에 담고 밀봉·계량·검사를 거쳐 팔레타이징 구역으로 보내야 했다. 과제는 제품 이송 경로가 단순하지 않다는 점이었다. 제품은 금속 검출기와 계량기를 거쳐 수축 포장기로 이동하고, 이후 카톤은 포맷에 따라 바닥 또는 천장에 설치된 컨베이어를 통해 팔레 타이징 구역으로 이송된다. 이 과정에서 서로 다른 높이의 이송 레벨을 연결해야 했고, 생산 공간을 효율적으로 사용해야 했다. 또한 장비 정지 상황에 대응하는 버퍼링도 중요했다. 수축 포장 기가 계획적으로 정지하거나 오류가 발생하면, 제품 흐름을 즉시 멈추기보다 일정 시간 동안 제품을 임시로 축적해 라인의 연속성을 확보해야 했다. 이때 포장 인쇄나 라벨이 손상되지 않도록 저마모 이송 구조가 필요했다. Solution VarioFlow plus 기반 나선형 컨베이어 Froneri는 Bosch Rexroth의 VarioFlow plus 체인 컨베이어 시스 템을 기반으로 맞춤형 이송 솔루션을 구성했다. 이 시스템은 모듈형 구조와 유연성, 성능을 바탕으로 고객 요구에 맞춰 설계됐으며, 페렌티노 공장의 최종 포장 공정에서 핵심 이송 장치로 활용됐다. 핵심 구성은 VarioFlow plus 부품을 기반으로 한 나선형 컨베이어다. 이 나선형 컨베이어는 높이 차이를 작은 설치 공간 안에서 극복할 수 있도록 설계됐다. 수축 포장기 정지 시에는 나선형 컨베이 어의 이송 속도를 낮춰 유입부 제품을 일시적으로 축적할 수 있다.이를 통해 약 1~3분 동안 오류를 해소할 시간을 확보할 수 있다. 또한 적용된 나선형 컨베이어는 2개 레인을 갖춘 구조다. 동일한 크기의 단일 레인 나선형 컨베이어와 비교해 이송 용량을 거의 두 배로 높일 수 있으며, 생산 구역의 공간 절감에도 기여한다. 페렌티노 공장에서는 컨베이어가 홀 바닥에서 2.4m 높이에 설치돼 운용된다. 이로 인해 작업자뿐 아니라 팔레트와 자재를 운반하는 차량도 컨베이어 아래를 지나갈 수 있다. VarioFlow plus는 다양한 이송 속도에 대응할 수 있어, 서로 다른 제품 포맷에 맞춰 조정할 수 있다는 점도 선택 이유로 제시됐다. Result 공간 절감과 라인 안정성 확보 VarioFlow plus 기반 나선형 컨베이어를 적용하면서 Froneri는 제한된 생산 공간 안에서 수직 이송과 버퍼링 기능을 동시에 구현했다. 높이 차이가 있는 이송 레벨을 연결하면서도 설치 공간을 최소화했고, 2개 레인 구조를 통해 같은 크기의 단일 레인 나선형 컨베이어 대비 이송 용량을 높였다. 장비 정지 상황에서도 제품을 일정 시간 축적할 수 있다는 점은 중요한 성과다. 수축 포장기가 멈췄을 때 나선형 컨베이어에서 제품을 버퍼링함으로써 1~3분 동안 오류를 제거할 시간을 확보할수 있다. 이 과정에서 컨베이어 체인은 정지된 제품 아래를 지나 가야 하므로, 포장 인쇄와 라벨 손상을 줄이는 저마모 특성이 중요하게 작용했다. Froneri는 이 시스템이 다양한 레이아웃 요구에 쉽게 적응할 수있고, 장기적으로 견고성과 신뢰성을 입증했다고 평가했다. 특히 컨베이어 시스템 고장으로 인한 생산상의 중대한 다운타임이 발생하지 않았다는 점을 장점으로 제시했다. Insight 포장라인 유연성을 높인 수직 이송 이번 사례는 포장라인에서 컨베이어가 단순 이송 장치에 머물지 않고, 공간 활용과 버퍼링, 라인 안정성을 함께 좌우하는 설비가될 수 있음을 보여준다. 특히 식품 생산처럼 연속 공정과 위생적 포장 품질이 중요한 환경에서는 제품을 얼마나 빠르게 옮기는가뿐 아니라, 장비 정지나 포맷 변경 상황에서 제품을 손상 없이 처리하는 능력도 중요하다. Froneri의 사례에서 VarioFlow plus는 나선형 컨베이어를 통해 수직 이송을 구현하고, 천장 설치를 통해 바닥 공간을 확보했으며, 장비 정지 시 제품을 임시 축적하는 버퍼 역할까지 수행했다.이는 생산 공간이 제한된 식품 포장라인에서 모듈형 컨베이어 시스템이 어떻게 라인 설계의 유연성을 높일 수 있는지를 보여주는 사례다. 자료제공: Bosch Rexroth (www.boschrexroth.com)

2026-09-01

식음료 생산라인 최적화를 위한 베어링 선정시 고려사항

식음료 제조 현장에서는 대량 생산과 연속 운전으로 인해 설비 유지보수와 부품 교체에 상당한 부담이 따른다. 설비에는 높은 처리량이 요구될 뿐만 아니라, 일반 적으로 가혹한 환경에서 지속적으로 사용되고 빈번한 세척·위생 관리가 이뤄지기 때문에 핵심 부품이 마모되거나 고장 나는 경우도 많다. 특히 일부 장비와 공정 에는 수천 개의 베어링이 사용되며, 이 가운데 하나라도 문제가 발생하면 생산라인 전체가 멈춰 상당한 비용 손실과 운영 차질로 이어질 수 있다. 따라서 성능이 검증된 제품을 공급하고, 문제 발생 시 신속하게 해결책과 적합한 부품을 제공할 수 있는 모션 부품 공급업체와 협력하는 것이 중요하다. 이 글에서는 식음료 설비가 안정적으로 운전될 수 있도록 신뢰성이 높고 수명이 긴 베어링을 확보하기 위해, 베어링 선정 시 고려해야 할 요소와 적합한 모션 부품 전문업체를 선택할 때 살펴봐야 할 사항을 소개한다. ▲ 협동로봇과 컨베이어가 연계된 식음료 자동화 생산라인. 고속·연속 운전 환경에서는 베어링과 리니어 가이드 등 모션 부품의 신뢰성이 생산성을 좌우한다. 식음료 분야, 신뢰성 높은 베어링 필요 자동화된 식음료 설비에서 정밀하게 제어되는 직선운동이나 부드러운 회전 운동이 요구될 경우, 생산라인의 처리량과 효율을 극대화하려면 높은 성능과 뛰어난 내구성을 갖춘 베어링을 선택해야 한다. 특히 녹과 오염을 방지하고 긴 수명을 확보할 수 있는 견고한 베어링이 필요한 대표적인 식음료 자동화 애플리케이션은 다음과 같다. 통조림 생산: 통조림 생산라인은 수천 개의 베어링이 사용되는 대표적인 식품 제조 공정 중 하나다. 생산 효율을 극대화하려면 베어링이 고속 운전을 안정적으로 지원하고 사이클 타임 단축에 기여해야 한다. 교차 롤러 베어링(Crossed Roller Bearing, CRB)은 높은 하중을 효과적으로 지지하면서 장비 손상의 원인이 될수 있는 진동을 줄이는 데 유용하다. 포장·충전·병입: 포장 및 충전 공정에서는 정확한 충전과 라벨 부착 위치를 확보하기 위해 효율적이고 정밀한 모션이 중요하다. 리니어 가이드는 제품이나 용기를 충전 노즐 아래 또는 라벨링 플랫폼과 같은 지정 위치로 수평·수직 이동시키는 메커니즘에 주로 적용된 다. 회전 베어링은 충전 노즐이나 캡핑 장치의 인덱싱 메커니즘, 또는 라벨 부착을 위해 병을 회전시키는 장치 등에 사용된다. 컨베이어 시스템: 육류를 가공하거나 제품을 포장·병입 공정으로 이송하는 컨베이어 시스템에서도 베어링은 핵심적인 역할을 한다. 리니어 가이드는 이송 과정의 여러 단계에서 제품의 정렬과 분류, 위치 결정을 지원한다. 교차 롤러 베어링은 특히 높은 하중이나 대량의 제품을 처리하는 벨트 구동식 컨베이어에 효과적으로 적용할 수 있다. 육류 가공: 리니어 가이드 레일은 다양한 육류 제품을 컨베이어나 작업 플랫폼의 지정 위치로 이동시키는 데사용된다. 또한 육류를 정확하게 절단하거나 다이스 형태로 가공하는 절단날의 움직임을 안내하는 역할도 한다. 믹서·텀블러·그라인더: 회전 베어링은 제빵 제품이나 육류 제품을 가공하는 믹싱 암과 분쇄용 블레이드 등에 사용된다. 적층제조: 3D 프린터는 플라스틱 가공에만 사용되는 것이 아니다. 다양한 장비가 식재료를 압출하거나 소결해 케이크, 파스타, 배양육 등 먹을 수 있는 식품을 제작할 수 있다. 이 과정에서 리니어 베어링은 프린트 헤드나 프린트 베드의 움직임을 안내해 층을 쌓고, 장식적이거나 기능적인 다양한 형상을 구현할 수 있도록 한다. ▲ 복잡하고 정교한 형태의 식품을 제작하는 3D 프린터에는 프린트 헤드 또는 프린트 베드의 움직임을 안내하는 리니어 베어링이 사용된다. 스테인리스강부터 고려해야 식음료 분야에서는 작업 환경을 청결하게 유지하기 위해 사용하는 세정 방식 자체가 모션 부품에는 부담이 될 수 있다. 대규모 생산설비에서는 물, 세제, 살균제를 사용하는 CIP(Clean-in-Place) 세정 방식이 적용될 수 있으며, 멸균이 필요한 시스템에는 응축 증기를 세정 매체로 사용하는 SIP(Steamin-Place) 세정이 사용된다. 이러한 세정은 일반적으로 높은 빈도와 압력으로 수행되기 때문에, 습기에 견디고 부식을 방지할 수 있는 스테인리스강 소재를 선택하는 것이 중요하다. 식음료 제조설비용 베어링에는 스테인리스강 외에도 다양한 내식성 소재를 적용할 수 있으며, 각각 내구성과 경도 특성이 다르다. 다만 이러한 소재가 모든 애플리케이션 요구조건을 충족하는 것은 아니며, 비용 부담이 커질 수도 있다. 스테인리스강 구조와 함께 특수 코팅이나 액세서리를 적용하면 부식과 오염에 대한 보호 성능을 더욱 높일 수 있다. 베어링을 깨끗하고 건조하게 유지 스테인리스강은 베어링의 내식성을 확보하기 위한 좋은 출발점이지만, 신뢰 성과 식품 안전성을 높이기 위해 추가로 고려해야 할 부분이 있다. 특히 통합식품 가공라인이 멈추면 생산성에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, 적절한 모션 전문업체와 협력하는 것이 중요하다. 식품용 그리스: 식품과 접촉할 가능성이 있는 부품의 마모와 부식을 방지하려면 NSF International 기준에 따라 H1 등급으로 분류된 식품용 윤활제를 선택하는 것이 좋다. Armoloy 박막 고밀도 크롬: 이 표면처리는 금속 부품의 내식성을 높이는 동시에 표면 경도를 향상시킨다. 블랙 크롬 및 불소계 블랙 크롬: 블랙 크롬은 표면에 검은색 투과성 피막을 형성해 부식에 대한 저항성을 높이고, 그 위에 보호용 아크릴 수지 코팅을 적용한다. 불소계 블랙 크롬은 이러한 특성에 더해 이물질이 표면에 달라붙는 것을 방지하는 효과도 제공한다. 씰 및 엔드 플레이트: 가혹하거나 부식성이 높은 환경 에서는 전용 씰(Seals)과 엔드 플레이트(end plates) 를 적용해 보호 성능을 높일 수 있다. 식음료 환경에 맞춘 모션 부품과 기술 지원 자동화 식품 설비용 모션 부품을 검토할 때는 제품 자체의 내구성뿐 아니라 액세서리와 기술 지원 역량도 함께 살펴볼 필요가 있다. IKO는 다양한 스테인리스강 사양의 모션 부품과 보호 액세서리, 애플리케이션 지원을 제공해 식재료로 인한 오염 환경과 고압 세척이 빈번한 환경에 대응한다. IKO의 제품군에는 우수한 내식성을 제공하는 다양한 크기의 스테인리스강 리니어 가이드가 포함된다. 또한 내륜과 외륜 사이에 롤러를 서로 직각으로 교차 배치한 교차 롤러 베어링(CRB)은 여러 방향에서 작용하는 하중을 동시에 지지할 수 있다. 이러한 특성은 부드 러운 식품을 취급하는 로봇 엔드이펙터나 설치 공간이 제한적인 장비에 적합하다. 이와 함께 식품 생산설비에 적합하도록 특수 설계된부싱과 캠 팔로워도 제공된다. 예를 들어 IKO의 ThrustDisk 기술을 적용한캠 팔로워는 합성수지 씰을 채택해 마모와 오염을 방지하도록 설계됐다. IKO의 리니어 가이드와 캠 팔로워에는 C-Lube 기술이 적용된다. C-Lube는 모세관 작용을 이용해 윤활유를 일정하게 공급함으로써 5년 또는 1만2500 마일 동안 재윤활 없이 사용할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 재윤활에 따른 설비 정지와 오염 위험을 줄일 수 있다. 또한 H1 등급 식품용 윤활제와 함께 적용할 수 있어, 식품과 우발적으로 접촉할 가능성이 있는 환경에서 물이나 오염물질의 침투를 방지하는 데 도움을 준다. ▲ IKO의 스테인리스강 LWL 리니어 모션 롤링 가이드(왼쪽)와 ThrustDisk 기술을 적용해 내마모성과 오염 방지 성능을 높인 캠 팔로워(오른쪽) 애플리케이션별 맞춤 대응도 중요 많은 경우 표준 제품만으로는 애플리케이션의 모든 요구사항을 충족하기 어 렵다. 따라서 설계 초기 단계부터 모션 전문가와 협의 하고 이들의 전문지식을 적극 활용하는 것이 중요하 다. 애플리케이션의 조건을 명확히 정의하고, 신규 설비인지 기존 설비인지, 생산 제품과 운전 온도, 설치 환경 등 주요 정보를 공급업체에 제공해야 한다. 이러한 정보를 바탕으로 식음료 생산환경에 적합한 소재, 그리스, 씰, 코팅 등 맞춤형 사양을 구성할 수 있다. 식음료 설비의 신뢰성을 높이는 모션 부품 고속·대량 식음료 제조공정의 생산성은 설비의 신뢰 성에 크게 좌우된다. 빈번한 세척과 오염 위험을 비롯해 식품 생산환경에서 발생하는 다양한 가혹 조건을 고려하면, 리니어 가이드와 회전 베어링 같은 모션 부품 역시 이러한 환경에 적합하게 설계돼야 한다. 스테인리스강으로 제작된 고성능 모션 부품에 보호 액세서리, 코팅, C-Lube 기술, 식품용 윤활제 등을 적절히 조합하면 부식과 오염 위험을 낮추고 식음료 설비의 안정적인 생산성과 장기 신뢰성을 확보하는 데 도움이 된다. 자료제공: IKO (www.ikont.com)

2026-09-01

저궤도 위성에서 달 탐사까지, 우주 환경에 대응하는 모션 시스템 설계 조건

우주 산업은 저궤도 상업화부터 달·화성 및 그 너머를 향한 탐사에 이르기까지 빠르게 확장되고 있다. 이에 따라 모션 시스템도 빠른 프로토타입 제작과 생산 확장성, 장기 신뢰성을 동시에 요구받고 있다.그러나 우주 환경에서는 대류 냉각이 불가능하고, 방사선·진공·극 저온·열순환·아웃가싱 등이 모두 설계 변수로 작용한다. 이 기사는 Kollmorgen의 백서 『Engineering Motion Systems for Space』 를 바탕으로, 지상용 프로토타입과 우주 적용 가능 모션 시스템을 구분하는 설계 조건을 정리했다. 우주 환경에 따라 달라지는 모션 시스템 설계 우주는 단일한 환경으로 볼 수 없다. 임무에 따라 모션 시스템은 진공, 방사선, 열순환, 오염 위험, 운용 수명 등 서로 다른 조건에노출된다. 따라서 모든 환경에 적용할 수 있는 범용 ‘우주 모터’를 설계하는 것은 기술적으로 비효율적일 뿐 아니라, 경제적으로도 현실적이지 않은 경우가 많다. 우주용 모터 설계에서는 ‘우주 환경을 견딜 수 있는가’와 ‘특정 임무에 최적화됐는가’를 구분할 필요가 있다. 예를 들어 저궤도 위성용 모터와 달 표면 탐사용 모터는 진공, 방사선, 열순환, 운용 수명 조건이 다르기 때문에 같은 기준으로 설계하기 어렵다. Kollmorgen은 이러한 차이를 바탕으로 우주 모션 애플리케이션을 지상국, 지상 프로토타입, 저궤도, 심우주, 우주 거주 시설, 천체 표면 등 여섯 가지 영역으로 구분한다(표1 참조). 이 분류는 실제 임무 환경에 맞춰 모션 시스템을 설계하고, 성능 부족으로 인한 고장이나 불필요한 과잉 설계로 인한 비용 증가를 줄이는 데 목적이 있다. <표1> 우주 환경별 모션 시스템 설계 고려 요소 ▲ 임무 환경에 맞춰 필요한 우주 대응 설계 수준을 정하면 과잉 설계에 따른 비용 증가와 성능 부족에 따른 위험을 줄일 수 있다. 이 분류가 중요한 이유는 우주용 모터 선택 기준이 단순한 ‘우주 인증’ 여부에 그치지 않기 때문이다. Space-rated가 정해진 환경 조건을 견딜 수 있도록 인증·문서화된 모터를 의미한다면, Space-ready는 특정 임무의 진공, 방사 선, 열순환, 운용 수명 조건에 맞춰 적용 가능한 설계 상태를 의미한다. 따라서 저궤도 위성, 심우주, 천체 표면 임무는 같은 ‘우주용’ 범주에 있더라도 서로 다른 설계 기준으로 접근해야 한다. 우주용 모션 시스템의 핵심 설계 조건 우주용 모션 시스템은 지상용 모터 설계의 전제를 그대로 적용하기 어렵다.지상용 모터는 대류 냉각, 일반적인 네오디뮴 자석, 폴리머 기반 절연재를 전제로 설계되는 경우가 많지만, 우주 환경에서는 진공, 방사선, 극저온, 열순환, 발사 충격, 중량 제약이 모두 설계 변수로 작용한다. 진공·방사선 대응 우주의 고진공 환경에서는 일반 제조 소재가 승화하거나 가스를 방출할 수있다. 이를 아웃가싱이라고 하며, 방출된 물질이 광학 렌즈, 태양전지 패널, 센서 등에 응축되면 임무 성능을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 우주용 모션 시스템에는 저아웃가싱 소재와 진공 환경에 적합한 절연·캡슐화 기술이 필요하다. 일반적인 폴리에스터 기반 소재, 마일러 필름, 비닐, 나일론, 실리콘 고무, 표준 모터 권선 바니시 등은 진공 환경에서 성능 저하가 발생할 수 있어 소재 선정 단계부터 검토가 요구된다. 방사선도 중요한 변수다. 우주 비행체는 감마선과 중성자 방사선에 지속적으로 노출되며, 이러한 이온화 방사선은 시간이 지나면서 전기 절연재와 접착 제를 손상시킬 수 있다. 장기 임무나 높은 방사선 환경에서는 방사선 저항 소재와 안정적인 자석 소재를 함께 고려해야 한다. 열 관리와 극저온 대응 우주용 모션 설계에서 가장 과소평가되기 쉬운 요소는 열 관리다. 우주에는 대류 냉각이 없기 때문에 모터에서 발생하는 구리 손실과 철 손실, 외부 태양 복사열을 전도와 복사 방식으로 관리해야 한다. 우주 비행체에서는 일반적으로 냉각 루프를 통해 모터에서 발생한 열을 전달하고, 라디에이터를 통해 우주 공간으로 방출한다. 따라서 모터는 실제 열 성능을 기준으로 정밀하게 선정돼야 하며, 열 설계가 부족할 경우 절연재 손상이나 성능 저하로 이어질 수 있다. 극저온 환경도 고려해야 한다. 기존에는 서브 시스템을 인위적으로 가열해 일정 온도 이상으로 유지하는 방식이 사용됐지만, 차세대 달 탐사와 같은 천체 표면 임무에서는 -185°C에서 -220°C 수준의 환경도 설계 조건에 포함될 수 있다. 특히 극저온과 태양 복사열 사이를 반복적으로 오가는 열순환은 하우징, 적층 구조, 권선, 절연 시스템에 열피로를 유발할 수 있다. 발사 충격과 경량화 우주용 모션 시스템은 임무 수행 환경뿐 아니라 발사 과정도 견뎌야 한다. 발사 중 발생하는 강한 충격과 진동은 권선의 안정성, 자석 고정 상태, 기계적 정렬에 영향을 줄 수 있다. 즉, 모션 시스템은 궤도에 도달 하기 전부터 극한의 기계적 부하를 받는다. 동시에 우주 시스템에서는 중량이 곧 비용이다. 페이로드에 무게가 추가될수록 발사 비용과 연료 요구량이 증가하기 때문에 모션 시스템은 가능한 한 작고 가볍게 설계돼야 한다. 다만 경량화 과정에서 성능이나 신뢰성을 희생해서는 안 된다. 우주용 모션 시스 템은 임무에 필요한 토크, 강성, 열 성능을 유지하면서도 소형·경 량화를 달성해야 한다. 우주 모션 시스템에 적합한 프레임리스 모터 우주 환경에서는 제거할 수 있는 부품은 가능한 한 줄이는 것이 중요하다. 프레임리스 모터는 불필요한 하우징, 샤프트, 커플링 등을 줄여 모션 아키텍처를 단순화할 수 있으며, 모터를 액추에이터 구조 안에 직접 통합할 수 있다. 일반적인 하우징형 서보모터와 달리 프레임리스 모터는 스테이 터와 로터만으로 구성된다. 이 구조는 엔지니어가 임무별 열 조건, 기계적 요구사항, 환경 조건에 맞춰 주변 구조를 보다 유연하게 최적화할 수 있도록 한다. 프레임리스 직접구동 아키텍처의 장점은 크게 다섯 가지다. 첫째, 중복되는 기계 부품을 줄여 크기와 무게를 낮출 수 있다. 둘째, 액추에이터 하우징 자체를 전도 열 경로의 일부로 활용해 열 관리에 유리하다. 셋째, 임무 조건에 따라 밀폐 구조, 소재, 오염 저감 방식을 최적화할 수 있다. 넷째, 백래시와 구조적 탄성 변형을 줄여 정밀도와 강성을 높일 수 있다. 다섯째, 지상 프로토타입에서 우주 임무용 설계로 이어지는 확장 가능한 개발 경로를 지원할 수 있다. 이러한 특성 때문에 프레임리스 모터는 소형 로봇 관절, 짐벌, 정밀 위치결정 시스템, 고토크·저속 애플리케이션 등 다양한 우주 모션 시스템에 적용 가능한 아키텍처로 제시된다. 지상 프로토타입에서 우주 적용까지 우주용 모션 시스템 개발에서는 초기 설계 단계부터 우주 적용 가 능성을 고려한 모터 아키텍처를 선택하는 것이 중요하다. 지상에서 검증한 기계적 형상과 통합 구조가 실제 우주 임무용 시스템까지 이어질 수 있어야 재설계 부담을 줄이고 개발 기간을 단축할수 있기 때문이다. 이를 위해 초기 프로토타입 단계에서는 표준 프레임리스 모터를 활용해 토크·속도 조건과 기계적 구조를 검증할 수 있다. 이후 임무 환경에 따라 방사선 저항 절연, 저아웃가싱 캡슐화, 자석 소재 변경, 열 관리 대책 등을 적용하면 지상용 설계에서 우주 임무용 설계로 확장할 수 있다. 우주 모션 시스템 설계에서 피해야 할 오류도 명확하다. 단순히 ‘우주 인증’ 모터를 찾는 데 그치거나, 극저온과 열순환 조건을 과소평가하거나, 짧은 저궤도 임무에 심우주 수준의 사양을 적용하는 방식은 비용과 신뢰성 측면에서 문제를 만들 수 있다. 또한 열관리를 설계 후반부에 검토하거나, 우주용 확장 경로가 없는 지상용 모터로 프로토타입을 구성하는 것도 위험 요인이 될 수 있다. <표2> 우주 모션 설계 시 피해야 할 오류 임무 성공을 좌우하는 초기 설계 우주용 모션 시스템 설계의 핵심은 과소 설계와 과잉 설계 사이에서 임무 조건에 맞는 균형점을 찾는 것이다. 진공, 방사선, 극저온, 열순환, 발사 충격, 중량 제약을 초기 단계부터 반영해야 지상 프로 토타입에서 우주 임무용 시스템으로 안정적으로 전환할 수 있다. 특히 프레임리스 모터 기반 아키텍처는 소형·경량화, 열 경로 설계, 정밀도 확보, 구조 통합 측면에서 우주 모션 시스템의 확장 가능한 선택지로 제시된다. 빠른 개발과 높은 신뢰성을 동시에 요구 하는 우주 산업에서, 모션 시스템의 초기 설계 결정은 임무 성공을 좌우하는 중요한 요소가 되고 있다. 자료제공: Kollmorgen(www.kollmorgen.com)

2026-08-01

힘·토크 제어로 진화하는 산업용 로봇

로봇은 사전에 입력된 경로를 정밀하게 반복할 수 있지만, 부품 편차나 위치 오차, 툴 마모가 발생하는 작업에서는 단순 반복 동작만으로 한계가 있다. 힘· 토크(Force/Torque) 제어는 로봇이 작업 중 발생하는 힘을 감지하고, 이를 바탕으로 경로와 자세를 미세하게 보정하도록 돕는 기술이다. 이 기사는 MWES가 공개한 백서 「The Force/Torque System: In Depth Robotic Capabilities」를 바탕으로, ‘KUKA.ForceTorqueControl’을 예로 들어 힘·토크 제어의 구성과 작동 방식, 정밀 조립·연마·제품 테스트 분야의 적용 가능성을 정리했다. 로봇 자동화의 한계를 보완하는 힘·토크 제어 산업용 로봇은 사전에 입력된 경로를 빠르고 정밀하게 반복 수행하는 데강점이 있다. 그러나 모든 제조 공정이 동일한 조건에서 반복되는 것은 아니다. 부품의 위치가 미세하게 달라지거나, 공차로 인해 삽입 각도가 어긋나거나, 툴 마모로 접촉 조건이 변하는 경우 로봇은 단순한 위치 제어만으로 안정적인 작업을 수행하기 어렵다. 이때 필요한 것이 힘·토크 제어다. 힘·토크 제어는 로봇 말단부에서 발생 하는 힘과 비틀림을 감지하고, 이를 바탕으로 로봇의 경로와 자세를 미세하게 보정하는 기술이다. 작업 중 접촉 상태를 감지한다는 점에서 로봇에 일종의 ‘촉각’을 부여하는 기술로 볼 수 있다. 대표적으로 KUKA.ForceTorqueControl(쿠카 포스 토크 컨트롤)은 이러한 기능을 구현하는 하드웨어·소프트웨어 패키지다. 여기서 KUKA 시스 템은 힘·토크 제어를 실제 로봇 애플리케이션에 적용하는 구체적인 구현 사례로 제시된다. 이 패키지는 로봇이 사전에 정해진 지점 간 이동을 반복하는 데 그치지 않고, 작업 중 발생하는 힘의 변화를 감지해 민감한 애플리케이션에 대응할 수 있도록 한다. 사람은 부품을 조립하거나 물체를 정렬할 때 촉각을 활용해 자연스럽게 힘과 방향을 조절한다. 열쇠를 열쇠 구멍에 맞추거나, 어두운 곳에서 스위치를 찾거나, 연필을 누르는 힘을 조절하는 동작도 모두 촉각에 의존 한다. 제조 현장의 정밀 조립도 마찬가지다. 여러 부품을 정확히 맞춰 삽 입해야 하는 작업에서는 위치뿐 아니라 접촉 힘과 각도 변화까지 함께 판단해야 한다. 힘·토크 제어는 이러한 판단 과정을 로봇 작업에 적용한 다. 로봇은 센서가 감지한 힘과 토크 값을 기반으로 경로와 자세를 조정하며, 이를 통해 정밀 조립, 삽입, 연마와 같이 접촉 조건이 중요한 공정에 대응할 수 있다. 힘·토크 센서와 경로 보정의 작동 방식 힘·토크 제어 시스템은 로봇 말단부에 장착된 힘·토크 센서를 통해 작업 중 발생하는 힘을 측정한다. 백서에서는 ATI 힘·토크 센서를 예로 들며, 이 센서가 로봇 암 끝단의 툴이나 부품에 작용하는 힘을 X, Y, Z 방향으로 측정한다고 설명한다. 또한 각 축을 기준으로 발생하는 비틀림도 함께 감지하는데, 이 비틀림이 토크다. 제조 현장에서 힘과 토크는 하나의 방향으로만 발생하지 않는다. 접촉, 삽입, 정렬, 연마 작업에서는 여러 방향의 힘이 동시에 작용하는 경우가 많다. 따라서 힘·토크 센서는 세 방향의 힘과 세 방향의 토크를 함께 측정해 로봇이 작업 중 접촉 상태를 판단할 수 있도록 한다. 센서에서 측정된 값은 디지털 신호로 변환된 뒤 로봇 컨트롤러로 전달된다.백서에 따르면 KUKA 시스템에서는 측정 주기를 사용자가 4ms 또는 12ms로 설정할 수 있으며, KUKA RSI(Robot Sensor Interface)를 통해 로봇이 움직 이는 동안에도 센서 데이터를 고속으로 수집할 수 있다. 수집된 힘·토크 값은 힘·토크 제어 애플리케이션 소프트웨어에서 활용된다.이 소프트웨어는 로봇 컨트롤러에서 실행되며, 사전에 프로그램된 경로를 작업 조건에 맞춰 미세하게 보정한다. 보정 방식은 수행하려는 공정에 따라 달라 지며, 로봇 프로그래머는 애플리케이션에 적합한 알고리즘을 선택할 수 있다. 접촉 작업에서 힘을 기준으로 로봇 경로 보정 연마·광택 공정에서는 로봇이 표면에 접촉한 상태에서 특정 방향으로 일정한 힘을 유지하는 것이 중요하다. 힘이 일정하게 유지되지 않으면 표면 처리 품질이 흔들릴 수 있기 때문에, 소프트웨어는 원하는 방향의 힘 값을 유지하도록 로봇 위치를 보정한다. 부품 삽입 작업에서도 힘·토크 제어는 중요한 역할을 한다. 부품과 구멍의 공차가 작거나 맞춤이 매우 정밀한 경우, 단순한 위치 제어만으로는 삽입 과정 에서 걸림이나 오정렬이 발생할 수 있다. 이때 시스템은 삽입 방향에서 발생 하는 불필요한 저항력을 줄이기 위해 나머지 두 방향의 경로를 조정한다. 또한 토크 값은 삽입 각도가 올바른지 판단하는 지표가 될 수 있다. 높은 토크가 감지되면 부품이 기울어진 상태로 삽입되고 있음을 의미할 수 있으며, 이 경우 각도 보정이 필요하다. 측면 하중, 즉 삽입 방향이 아닌 옆 방향으로 발생하는 힘은 부품 간 위치 정렬이 어긋났는지를 보여주는 신호로 활용될 수 있다. 이러한 경로와 자세 보정은 애플리케이션 소프트웨 어를 통해 수행되며, 공정 조건에 따라 다양한 파라미 터를 설정해 맞춤형 로봇 작업으로 구현할 수 있다. ▲ 힘·토크 소프트웨어는 로봇 작업 중 발생하는 힘과 토크 값을 그래프로 표시해 공정 상태와 이상 여부를 확인할 수 있도록 한다. 실시간 모니터링과 공정 피드백 KUKA 로봇에서는 힘·토크 값을 실시간으로 모니터 링할 수 있다. 힘·토크 제어 애플리케이션이 실행되는 동안 센서가 감지한 힘과 토크 값은 화면에 그래프로 표시된다. 이를 통해 작업 중 발생하는 접촉 상태를 확인하고, 공정 이상이나 오정렬 문제를 진단할 수있다. 이러한 실시간 데이터는 공정 튜닝에도 활용된다. 작업 조건을 조정하면 그 결과를 즉시 확인할 수 있기때문에, 로봇 경로와 힘 제어 조건을 보다 정밀하게 최적화할 수있다. 또한 RSI 인터페이스 소프트웨어를 통해 힘 데이터를 기록해 이후 재생하거나, 원격 컴퓨터 시스템으로 전송해 실시간 데이터 수집·분석에 활용할 수도 있다. 센서가 감지한 힘이 설정된 허용 범위를 벗어나는 경우, 시스템은 이를 이상 상태로 판단하고 알람을 발생시킬 수 있다. 이 기능은 공정 품질 관리와 장비 보호 측면에서도 활용할 수 있다. ▲ 티치 펜던트에서 힘·토크 애플리케이션을 설정하는 화면. 작업 조건에 맞춰 힘·토크 제어 파라미터를 조정할 수 있다. 단계적 검증을 통한 공정 적용 힘·토크 제어가 특정 애플리케이션에 적합한지 판단하기 위해 서는 단계적인 검증 과정이 필요하다. 먼저 개념 검증(Proof of Concept, PoC) 프로젝트를 통해 해당 작업에서 힘·토크 제어가 실제로 효과를 낼 수 있는지 확인할 수 있다. PoC 결과가 최종 사용자의 요구를 충족한다면, 이를 실제 생산 공정에 적용할 수 있는 프로세스로 발전시킬 수 있다. 이 과정에 서는 작업 대상의 공차, 접촉 조건, 요구 힘 값, 반복 정밀도, 사이클 타임 등을 함께 검토해 공장 환경에 맞는 자동화 공정으로 통합하게 된다. 정밀 접촉 공정으로 확장되는 로봇 애플리케이션 힘·토크 제어는 정밀한 부품 정렬과 접촉 제어가 필요한 공정에서 활용될 수 있다. 대표적으로 밸브 헤드에 밸브를 삽입하는 작업, 밸브 슬리브에 스풀을 조립하는 작업, 기어박스나 모터 조립 과정에서 샤프트를 베어링 하우징에 정렬하는 작업 등이 있다. 이외에도 주조품의 정밀 연삭·버핑 공정처럼 일정한 접촉 힘을 유지해야 하는 작업이나, 장치를 작동시키는 데 필요한 힘을 측정해 합격·불합격을 판정하는 제품 테스트에도 적용할 수 있다. 결국 힘·토크 제어의 핵심은 로봇이 단순히 정해진 위치로 이동 하는 것을 넘어, 작업 중 발생하는 힘의 변화를 감지하고 이에 맞춰 경로와 자세를 조정하도록 하는 데 있다. 이를 통해 로봇은 부품 편차, 위치 오차, 접촉 조건 변화가 발생하는 공정에서도 보다 안정적으로 작업을 수행할 수 있다. 정밀 조립, 삽입, 연마, 검사와 같은 공정에서는 위치 정밀도만으로 해결하기 어려운 문제가 많다. 힘·토크 제어는 이러한 작업에 필요한 접촉 감지와 피드백 제어를 제공함으로써, 로봇 자동화의 적용 범위를 민감한 제조 공정으로 확장하는 기술로 볼 수 있다. 자료제공: MWES(www.mwes.com)

2026-08-01

Okuma CNC 자동화로 24시간 연속 가동... 로봇 로더 3대로 생산성 50% 향상

미국 정밀부품 제조기업 Youngers and Sons Manufacturing 은 Okuma의 CNC 선반과 로봇 로더를 결합해 생산 공정을 자동화했다. 이 회사는 GENOS L3000-e CNC 선반 3대에 Okuma Robot Loader를 각각 적용해 생산 처리량을 높이고, 24시간 연속 가동과 주말 무인 생산 체제를 구축했다. Youngers and Sons Manufacturing은 현재 50%의 생산성 향상을 달성했으며, 향후 200% 향상도 기대하고 있다. ▲ Youngers and Sons Manufacturing은 오쿠마 CNC 장비와 로봇 로더를 활용해 생산 자동화 체계를 확대하고 있다. Challenge 반복 주문과 꾸준한 수요가 자동화 도입의 계기 미국 캔자스주 위치타의 Youngers and Sons Manufacturing은 50년 이상 제조 경험을 축적해온 기업이다. 초기에는 농장의 작은 철제 작업장에서 레크리에이션 장비를 제작하는 회사로 출발했지만, 이후 석유·가스, 농업, 산업 분야에 사용되는 부품을 생산하는 여러 생산시설을 갖춘 제조기업으로 성장했다. 회사는 성장 과정에서 경쟁력을 높이고 향후 사업 기회를 확보하기 위해 적합한 공작기계와 기술에 지속적으로 투자해왔다.Okuma에 따르면 Youngers and Sons Manufacturing은 먼저 적합한 장비를 선정하고, 운영 테스트와 공정 개선을 거치며 생산 체계를 발전시켰다. 이 과정에서 반복 주문과 꾸준한 수요가 자동화 추진의 계기가 됐다. 생산 확대를 위해서는 기존 장비 운용 방식만으로는 충분하지 않았다. 짧은 사이클 타임의 공정을 안정적으로 운영하려면 작업자가 장비에 계속 붙어 소재를 공급하고 가동 상태를 유지해야 했다. Youngers and Sons Manufacturing 측은 과거 작업자가 짧은 사이클 타임 때문에 한 장비에 묶여 있었고, 장비를 계속 로딩하고 운전하기 위해 하루에 10마일, 약16km를 이동해야 했다고 설명했다.따라서 이 회사의 과제는 생산량을 늘리는 동시에 작업자의 반복 적인 장비 보조 업무를 줄이고, 안정적인 가공 품질과 반복성을 유지할 수 있는 자동화 체계를 구축하는 것이었다. ▲ Okuma Robot Loader는 CNC 선반과 연계해 소재 공급과 완성품 배출 공정을 자동화한다. Solution GENOS L3000-e와 Okuma Robot Loader 통합 적용 Youngers and Sons Manufacturing은 생산 확대를 위해 Okuma 와 현지 대리점 Hartwig의 지원을 받아 GENOS L3000-e CNC 선반 3대와 Okuma Robot Loader를 도입했다. 각 CNC 선반에는 로봇 로더가 결합돼 소재 공급과 완성품 배출을 자동으로 수행하도록 구성됐다. GENOS L3000-e는 일체형 스핀들을 적용한 단일 새들 CNC 선반이다. Okuma는 이 장비가 고정밀 CNC 가공을 위한 강력한 절삭 성능과 고강성 가이드웨이를 제공하며, 선삭은 물론 선택 사양에 따라 밀링, Y축 가공, 서브 스핀들 기능까지 지원한다고 설명한다. 함께 적용된 Okuma Robot Loader-Rotary(ORL-R)는 자동 소재 공급 및 배출을 위한 통합형 로봇 로더 시스템이다. 회전 플랫 폼과 디스크형 저장 장치를 갖추고 있어 가공 전 소재와 완성 부품을 함께 관리할 수 있다. ORL-R은 플러그 앤 플레이 방식과 대화형 셋업 절차를 적용해 설치와 운용 부담을 낮춘 것이 특징이다. Youngers and Sons Manufacturing은 두 대의 ORL-R 시스템을 도입한 뒤 1주일 이내에 완전한 생산 가동 상태에 도달했다. 이후 자동화 효과를 확인한 회사는 세 번째 로봇 로더를 추가 도입했다. ▲ GENOS L3000-e CNC 선반과 로봇 로더를 결합한 생산 셀은 24시간 연속 가동 체제 구축에 활용된다. Result 하루 600~800개 생산, 24시간 연속 가동 자동화 도입 이후 Youngers and Sons Manufacturing은 ORL-R을 적용한 각 장비에서 하루 600~800개의 복잡한 부품을 생산하고 있다. 최적화된 공정은 약 2분의 사이클 타임으로 24시간 운영되며, 금요일부터 일요일까지는 작업자가 없는 상태에서도 스핀들이 계속 가동돼 주말 무인 생산이 가능해졌다. 자동화는 작업자의 역할에도 변화를 가져왔다. 기존에는 짧은 사이클 타임 때문에 작업자가 장비를 계속 관리해야 했지만, 로봇 로더 도입 이후에는 반복적인 로딩 업무가 줄어들었다. 이에 따라 작업자는 장비 사이클 중 수행하기 어려웠던 서류 작업과 품질 검사에 더 많은 시간을 투입할 수 있게 됐다. Youngers and Sons Manufacturing 측은 로봇 로더가 일자리를 대체한 것이 아니라, 작업자의 업무를 더 만족스럽게 만들었다고 평가했다. 또한 회사는 현재 50%의 생산성 향상을 달성했으 며, 향후 200% 향상을 기대하고 있다고 밝혔다. 향후 자동화 확대 계획도 진행 중이다. Youngers and Sons Manufacturing은 현재 3대의 로봇 로더를 운영하고 있으며, 향후 6개월 이내에 로봇 로더를 총 7대 규모로 확대할 계획이다. 다음 단계에서는 ORL-D 서랍형 로봇 로더를 멀티태스킹 선반에 적용해 석유·가스, 농업, 건설, 중장비 시장을 위한 가공 역량을 높일 예정이다. ▲ 로봇 로더는 반복적인 소재 로딩 업무를 줄여 작업자가 품질 검사와 공정 관리에 집중할수 있도록 지원한다. Insight 자동화는 공정 안정화 이후 효과가 커진다 이번 사례에서 주목할 부분은 로봇 로더 도입 자체보다 자동화 적용 순서다. Youngers and Sons Manufacturing은 자동화 장비를 먼저 구매한 것이 아니라, 어떤 장비와 워크플로가 로봇 적용에 적합한지 평가한 뒤 사전 계획을 수립했다. 회사 측은 “먼저 부품을 잘 만들 수 있는 상태와 적합한 워크플로를 갖춘 뒤, 그 공정을 자동화했다”고 설명했다. 이는 CNC 자동화의 효과가 로봇 장비 도입만으로 결정되지 않는 다는 점을 보여준다. 자동화 대상 공정이 안정화돼 있고, 작업 흐름이 표준화돼 있을 때 로봇 로더의 생산성 향상 효과가 더 분명해질 수 있다.또한 Okuma 장비와 자동화 솔루션을 함께 적용한 점도 운영 측면에서 의미가 있다. Youngers and Sons Manufacturing은 표준화를 중요하게 보고 있으며, Okuma 장비와 자동화를 함께 사용함으로써 동일한 영업·서비스 체계의 지원을 받을 수 있다고 설명했다. 이는 품질관리와 커뮤 니케이션 효율 측면에서 자동화 운영 부담을 줄이는 요소로 볼 수 있다. Youngers and Sons Manufacturing 사례는 반복 생산과 짧은 사이클 타임을 가진 가공 현장에서 CNC 선반과 로봇 로더의 결합이 생산성 향상, 무인 가동, 작업자 업무 전환을 동시에 지원할 수 있음을 보여준다. 특히 공정 최적화 이후 자동화를 적용한 점은 제조 현장에서 로봇 자동화 투자를 검토할 때 참고할 만한 부분이다. 자료제공: Okuma(www.okuma.com)

2026-08-01

전력변환에서 정밀제어까지, 산업용 인버터의 구조와 제어 알고리즘

산업 자동화 설비에서 모터 제어 인버터는 단순히 모터를 구동하는 장치를 넘어, 설비의 에너지 효율과 제어 정밀도, 안전성, 통신 연결성을 좌우하는 핵심 시스템으로 자리 잡고 있다. 최근 인버터 설계는 고속 스위칭 전력반도체, 실시간 MCU 제어, 절연형 센싱, 게이트 드라이버 보호 기능, 열 관리, 위치 피드백, 기능안전 요구를 하나의 시스템 안에서 함께 다루는 방향으로 진화하고 있다. 본 기사에서는 제조업 자동화용 모터 제어 인버터의 아키텍처와 주요 구성요소, 대표 제어 알고리즘인 FOC(Field Oriented Control) 및 DTC(Direct Torque Control)의 특징, 그리고 최신 설계 시 고려해야 할 기술적 과제를 살펴본다. 모터 구동의 출발점은 전력 변환 모터 제어 인버터(Motor Control Inverter)는 IEC 61800 표준 계열에서 규정하는 PDS(Power Drive System)의 핵심 요소다. 기본 역할은 입력 전원을 모터 구동에 적합한 형태로 바꾸는 것이다. 일반적인 전압형 인버터는 AC/DC 정류기, DC 링크, DC/AC 인버터 브리지로 구성되며, IGBT와 실리콘·SiC MOSFET 등의 전력소자를 이용해 3상 모터에 필요한 출력 파형을 생성한다. 이를 통해 AC 유도모터, PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor), BLDC 모터 등 다양한 모터 유형을 구동할 수 있다. 산업 자동화에서는 부하와 속도 조건이 계속 변하기 때문에, 인버터는 모터가 안정적으로 가속·감속하고 필요한 토크를 유지하도록 제어해야 한다. <그림1> 산업용 모터 제어 인버터는 전력 변환부, MCU 기반 제어부, 절연 게이트 드라이버, 전류·전압 센싱, 위치·온도 피드백, 보조 전원 회로로 구성된다. 인버터 아키텍처, 전력부와 제어부의 결합 산업용 인버터는 크게 전력 변환부, 제어 및 처리 장치, 계측· 피드백 시스템, 보조 전원 및 안전 회로로 나눌 수 있다. 전력 변환부는 모터에 공급되는 전력을 직접 처리한다. DC 링크 커패시터는 정류된 전원을 안정화하고, 인버터 브리지는 스위칭 소자를 통해 3상 AC 출력을 만든다. 이 과정에서 스위칭 속도, 전압·전류 정격, 열 특성, 기생 인덕턴스가 설계 품질을 좌우한다. 제어부는 MCU를 중심으로 PWM 생성, 실시간 모터 제어 알고리즘, 보호 로직, 산업용 통신 기능을 담당한다. EtherCAT, CANopen, Modbus와 같은 통신 인터페이스도 이 영역에 포함될 수 있다. MCU는 ADC를 통해 모터 전류를 샘플링하고, 제어 알고리즘을 계산한 뒤 PWM 출력을 갱신한다. 특히 SiC 기반 시스템처럼 스위칭 주파수가 높아지는 구조에서는 제어루프 지연 시간이 더 짧아져야 하며, 경우에 따라 수 µs 수준 의 실시간 응답이 요구된다. 계측 및 피드백 시스템은 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서, 엔코더, 리졸버 등을 포함한다. 전류·전압 측정값은 센서리스 제어와 보호 로직에 활용되고, 위치·속도 피드백은 폐루프 제어 성능을 결정한다. 고성능 인버터에서는 측정 신호의 지연 과 노이즈가 곧 제어 응답성 저하로 이어질 수 있기 때문에, 센싱 회로와 절연 설계가 중요하다. 보조 전원 회로도 핵심 구성요소다. 단일 전원 인버터 구조에서는 주 전원으로부터 안정적인 저전압 레일을 만들어 MCU, 게이트 드라이버, 센서 회로에 공급해야 한다. 절연 플라이백 컨버터는 이러한 저전압 보조 전원 생성에 활용될 수 있으며, 전력부와 제어부 사이의 갈바닉 절연을 확보하는 데도 중요한 역할을 한다. 또한 시스템 베이스 칩(SBC)은 전원 관리와 안전 관련 신호 모니터링을 통합해, 이상 발생 시 시스템을 안전 상태로 전환하고 STO(Safe Torque Off)와 같은 기능안전 요구에 대응하는 역할을 한다. 설계 난점은 고속 스위칭 환경에서 드러난다 인버터 설계에서 가장 까다로운 부분은 고전압·대전류가 고속으로 스위칭되는 환경을 안정적으로 제어하는 것이다. 빠른 스위칭은 전력 손실을 줄이고 효율을 높일 수 있지만, 동시에 EMI와 전압 스파이크를 증가시킨다. 반대로 스위칭 속도를 낮추면 노이즈는 줄일 수 있지만 손실이 커진다. 게이트 드라이버는 이 균형을 조정하는 핵심 인터페이스다.저전력 제어 로직과 고전력 스위칭 소자 사이를 연결하면서 게이트 전하를 빠르게 충방전하고, 데드타임 제어, 저전압 차단(UVLO), 탈포화 감지, 단락 보호 기능을 수행해야 한다. 단락이 발생했을 때 MOSFET을 빠르게 차단하지 못하면 전력 소자와 시스템 전체가 손상될 수 있다. 파워 보드 설계에서는 기생 인덕턴스가 큰 문제가 된다. DC 링크 커패시터와 MOSFET 사이의 배선은 짧은 길이에서도 인덕터처럼 작용한다. 수백 A의 전류가 나노초 단위로 스위 칭되면 배선 인덕턴스로 인해 큰 전압 스파이크가 발생할 수있다. 이를 줄이기 위해 넓은 구리 평면, 버스바, 양극과 음극 경로를 겹쳐 배치하는 라미네이트 구조가 사용된다. 병렬 MOSFET의 임피던스와 열 환경을 균일하게 맞추는 대칭 레이아웃도 중요하다. 전류와 전압 측정 역시 쉽지 않다. 인버터 내부에는 스위칭에 따라 높은 공통 모드 과도 전압과 빠른 전압 변화율(dv/dt)이 발생한다. 실제 전류나 전압을 나타내는 작은 차동 신호를 정확히 읽기 위해서는 높은 CMRR(Common-Mode Rejection Ratio)을 가진 측정 증폭기가 필요하다. 또한 고전압 DC 버스 로부터 MCU와 작업자를 보호하기 위해 절연 증폭기와 절연 전원 설계가 함께 고려돼야 한다. 열 관리와 피드백 신호가 신뢰성을 좌우 전력반도체와 모터의 온도 관리는 인버터 신뢰성과 수명에 직접적인 영향을 미친다. 온도 측정은 단순히 센서 값을 읽는 작업이 아니라, 실리콘 소자가 손상되기 전에 열 스트레스를 예측하는 과정에 가깝다. 일반적으로 온도 센서는 모듈 기판이나 방열판에 장착된다. 그러나 MOSFET 접합부가 실제로 가열되는 시점과 센서가 이를 감지하는 시점 사이에는 열 시정수가 존재한다. 따라서 센서 측정값만으로는 급격한 열 상승을 충분히 빠르게 감지 하기 어렵다. 이 때문에 소프트웨어 기반 열 추정기를 활용해 접합 온도를 예측하는 방식이 필요하다. 폐루프 제어에서는 위치 및 속도 피드백도 중요하다. 대표적인 위치 센서인 쿼드러처 엔코더는 90도 위상 차이를 갖는 A·B 신호를 출력하고, Z 인덱스 펄스를 통해 기준 위치를 제공한다. 산업 현장에서는 인버터가 강한 전기적 노이즈를 발생시키므로, 장거리 배선에서도 신호 무결성을 유지하기 위한 차동 라인 리시버와 디지털 필터 설계가 필요하다. <그림2> 쿼드러처 엔코더는 A·B상 신호의 위상 차이를 통해 회전 방향을 판단하고, Z 인덱스 펄스를 기준 위치 검출에 활용한다. 정밀 제어의 핵심, FOC와 DTC 모터 제어 알고리즘은 인버터의 PWM 스위칭 패턴을 결정하 고, 모터의 토크·속도·자속을 제어하는 소프트웨어 기반 제어 방식이다. 제어 알고리즘의 성능은 모터의 동적 응답, 효율, 토크 리플, 저속 안정성에 직접적인 영향을 준다. 가장 기본적인 방식은 스칼라 제어, 즉 V/f 제어다. 전압과 주파수의 비율을 일정하게 유지해 자속을 제어하는 방식으로, 구조가 단순하고 비용이 낮다. 팬이나 펌프처럼 빠른 동적 응답이 필요하지 않은 애플리케이션에 적합하다. DTC는 토크와 고정자 자속을 직접 제어하는 방식이다. 전류 제어를 거쳐 간접적으로 토크를 제어하는 방식과 달리, 토크와 자속을 직접 추정하고 제어하기 때문에 빠른 동적 응답을 구현할 수 있다. 빠른 토크 응답이 필요한 구동 시스템에서 강점을 가진다. FOC는 고성능 인버터에서 가장 중요한 제어 방식 중 하나다.3상 전류를 회전 좌표계의 d축·q축 전류로 변환해, 자속을 담당하는 d축 전류와 토크를 담당하는 q축 전류를 독립적으로 제어한다. 이를 통해 모터는 부하 변화에 빠르게 대응할 수 있고, 저속 영역에서도 안정적인 토크 제어가 가능하다. PMSM, AC 유도전동기, 서보 드라이브, 고성능 산업용 인버터에서 널리 활용되는 이유다. <그림3> 간접형 RFOC 구조는 속도 루프, 전류 루프, 좌표 변환, 슬립 계산, SVM을 결합해 3상 유도전동기의 토크와 자속을 제어한다. 센서 기반 제어와 센서리스 제어 모터 제어는 위치 피드백 사용 여부에 따라 센서 기반 제어와 센서리스 제어로 나눌 수 있다. 센서 기반 제어는 엔코더나 리졸버를 사용해 로터 위치를 직접 측정한다. 정확도가 높고 저속 영역에서 성능이 우수하다.로봇, 중량물 취급 장비, 안전 중요 드라이브, 전기차 구동 시스템처럼 정밀 위치 제어와 빠른 응답이 필요한 분야에 적합하다. 다만 센서 비용과 배선, 기계 부품의 내구성, 온도·진동 환경에 대한 취약성을 고려해야 한다. 센서리스 제어는 전압과 전류 측정값을 바탕으로 로터 위치를 추정한다. 센서와 배선을 줄일 수 있어 비용과 설치 복잡도를 낮출 수 있고, 먼지나 진동이 심한 환경에서도 유리하다.그러나 저속 영역에서는 추정 정확도가 떨어질 수 있으며, 측정 신호 품질에 대한 의존도가 높다. 펌프, 팬, 일반 산업용 기계처럼 비용과 신뢰성이 중요한 연속 구동 애플리케이션에 적합하다. IEC 61800 표준은 설계 검토의 기준 산업용 인버터는 성능뿐 아니라 국제 표준 대응도 함께 고려해야 한다. IEC 61800 계열은 가변속 AC 드라이브 시스템의 요구사항, EMC, 전기 안전, 기능 안전을 다룬다. IEC 60034 시리즈는 모터 요구사항과 연결된다. 이러한 표준은 인버터의 전력변환 성능만이 아니라 절연, 보호회로, 센싱, 모니터링, 안전 정지 기능까지 포괄한다. 따라서 인버터 설계는 전력전자, 임베디드 제어, 측정, 열 관리, 기능 안전을 하나의 시스템 관점에서 검토해야 한다. <표1> 인버터 설계에 적용되는 주요 표준 차세대 인버터 설계의 방향 산업용 모터 제어 인버터는 고정 전압·고정 주파수의 AC 전원을 가변 전압·가변 주파수의 3상 출력으로 변환하는 장치 에서 출발했다. 그러나 실제 설계에서는 전력반도체, DC 링크, 게이트 드라이버, MCU, 절연 센싱, 위치 피드백, 열 관리, 기능 안전이 유기적으로 결합된다. FOC, DTC, 센서리스 제어와 같은 알고리즘은 인버터의 정밀 제어 성능을 좌우하고, IEC 61800 계열 표준은 성능과 안전을 검토하는 기준이 된다. 결국 차세대 산업용 인버터는 전력변환 장치라기보다, 전력전자와 제어 소프트웨어, 센싱, 안전 설계가 통합된 고성능 모션 제어 시스템의 핵심 구성요소로 발전하고 있다. 자료제공: Arrow(www.arrow.com)

2026-08-01