산업용 로봇의 기술혁신

1. 재료·요소기술에 주목

약 10년 전인 2000년대 중반에 향후 일본의 제조를 나타내는 키워드로서 ‘모듈러 디자인’ ‘인테그럴’이 제시되었다. 센서, 컨트롤러, 액추에이터 등의 구성요소 조합형인 산업용 로봇 바체는 국제경쟁 관점에서 보면 추적이 가장 쉽다.

현재 중국산 로봇은 이미 일본 로봇 수준의 70% 이상에 와 있다. 단, 중국의 약점은 핵심 부품의 해외 의존(특히 일본)과 애플리케이션 기술의 미성숙에 있다. 2011년부터 시작된 제12차 5개년 계획에서는 ‘지능제조장치산업발전계획’에서 요소기술에 대한 개발투자가 명기되어 있어 중국 자신도 이러한 문제를 인식하고 있음을 엿볼 수 있다.

이러한 요소기술에 대한 개발투자는 장래 유력한 중국산 핵심 부품의 등장을 예상하게 한다. 단기적인 관점에서 보면 연구개발을 통해 요소기술의 특성을 이해하고, 더 높은 수준의 산업용 로봇을 개발 제조할 것으로 전망된다. 따라서 모듈러형과 대비되는 시스템 엔지니어링 기술이 계속해서 일본 경쟁력의 원천이 될 것이다. 

2. ‌사례 증가와 함께 확대되는 양팔 로봇

2013년 이후 양팔 로봇의 시장 투입이 잇따르고 있다. 야스카와전기, 세이코엡손, ABB, 가와사키중공업 등이 그 대표적인 예이다. 아스카와전기가 2005년 12월에 시장에 투입했을 당시 양팔 로봇에 대해 의문을 던지는 산업용 로봇 메이커가 적지 않았다. 당시, 한쪽 팔로 작업대를 지지하고 또 다른 팔로 볼트를 체결하는 시연이 노출되어 지그를 없앨 수 있는 ‘신세대 로봇’으로서 발표되었다.

한편, 그것의 퍼포먼스가 낮다는 지적도 있었고, 한팔 7축 구성으로 함으로써 대상물에 대한 접근의 선택지를 늘려 티칭에 드는 부하가 일반 로봇의 2배 이상이 된다는 것이 문제시되었다. 실제로 이러한 구성을 로봇을 다룰 수 있는 시스템 통합이 한정적이어서 시장 확대는커녕 활용사례도 손가락에 꼽을 정도였다.

그러나 야스카와전기와 가와다공업 등 이 시장을 선도해온 메이커에 의한 사례가 증가하면서 그것을 활용한 자동화의 영향이 커져 2010년대 이후에는 상황이 변했다. 예를 들면, 야스카와전기는 애초에 도요타를 비롯해 자동차 분야용을 중심으로 실적을 쌓아왔지만, 최근에는 전기전자, 물류, 의약품 등 다양한 분야에서 이용 범위를 확대하고 있다. 아울러, 바이오제약 등에도 로봇 시스템을 제안해 임상검사나 바이오 헤저드 실험용 등에서도 실적을 쌓고 있다.

또한, 이전부터 양팔 로봇의 시장 확대를 기대하기 위해서는 각종 센서와의 조합에 의한 지능화가 과제였다. 최근 수년 사이 3차원 비전센서(스테레오카메라, RGB-D 카메라), 역각 센서의 가격이 떨어진 것도 새로운 양팔 로봇이 잇따라 등장하는 요인이 되었다.

세이코엡손은 제품 발표 당시부터 프린터 조립 작업에 적용하겠다고 선언했지만, 선언대로 양팔 로봇에 의한 자율적인 작업을 ‘2015 국제로봇전(iREX2015)’에서 실연했다. 3차원 비전센서에 의해 작업대를 인식하고, 핸드부에 실장한 역각 센서에 의해 나사 체결과 부품 설치 시에 가하는 힘을 검출해 요구대로 조립할 수 있는지를 판정한다. 2017년 제품화를 목표로 하고 있다.

THK 인텍스는 양팔 로봇 ‘NEX-TAGE(넥스테이지)’와 무인 운반차(AGV)를 세트로 한 시스템을 공개했다. 사람 대신 셀 생산이나 부품 배송 작업을 할 수 있다. 현재, 생산량이 변동하는 공정에서는 사람 손으로 생산량을 조정하고 있지만, 이동 가능한 양팔 로봇이 적용되면 투입 대수를 변경함으로써 조정할 수 있다. 변동변량 생산이 요구되는 공정을 부분적 또는 단계적으로 자동화할 수 있을 전망이다.

ABB는 고속화한 ‘유미(YuMi)’를 공개하고 인간과 로봇에 의한 고속 협조 작업을 어필했다. 최대 구동속도는 1.5m/sec로 업계에서 가장 빠르다고 한다. 고속 동작 시에도 접촉하면 정지하도록 제어되어 리스크를 줄일 수 있다.

▲ 그림 5. 인간과 협업이 가능한 ABB의 양팔 로봇 ‘유미(YuMi)’

3. 인프라 점검에 로봇 활용

고도 경제 성장기에 정비되었던 인프라가 노후 시점을 맞고 있다. 또한, 저출산 고령화가 진행되어 노동인구가 감소함으로써 인프라 점검에서도 가능한 한 사람손이나 고도의 기술을 필요로 하지 않는 점검 방법이 확립될 것으로 기대되고 있다. 그 해결책으로서 로봇 기술을 활용한 인프라 점검의 새로운 방법을 일본 로봇 메이커에서 개발하고 있다.

NEC와 자율제어시스템연구소, 산업기술종합연구소, 수도고속도로기술센터는 공동으로 타음을 검사하는 드론을 개발했다. 12개의 프로펠러를 가진 대형 드론에 타음 해머와 마이크를 탑재했다. 실증실험에서는 타음 데이터 수집에 성공했다. 향후 양부 판정 해석 소프트웨어를 개발해 2016년 실용화를 목표로 하고 있다.

드론을 다리나 터널 벽면에 대어 해머로 두드려서 반향음을 기록한다. 유선으로 급전하기 때문에 전지 잔량 등 시간에 구애를 받지 않고 작업을 할 수 있다. 집음 마이크에 진동센서를 사용하고 방음 캡을 씌우는 등 프로펠러 음 등의 노이즈를 줄였다. 점검 데이터로부터 조서를 작성하는 시스템도 개발했다.

히타치제작소 등은 드론과 크롤러형 로봇을 세트로 한 재해조사용 복합 로봇 시스템을 개발했다. 광역 상황을 드론으로 촬영해 위험 장소를 파악한다. 

▲ 그림 6. 로봇기술을 활용한 인프라 점검의 새로운 방법으로

드론이 활용 되고 있다.

드론 이외에 2016년 4월부터 벽면 주행 로봇을 사용한 구조물 등의 검사 서비스와 로봇 판매가 시작되었다. 고소 등 위험장소의 검사에도 비계를 설치할 필요가 없어 사고와 비용을 대폭 줄일 수 있다. 이 로봇은 미국의 ICM사의 것으로 유선으로 100m 정도 떨어져서 조작할 수 있다.

임근난 기자 (fa@hellot.net)