[쳠단 헬로티]

모두 4차 산업혁명을 이야기하고 있다. 인력난에 최저임금 인상, 근로시간 단축 등이 더해지면서 기업의 경영여건은 더욱 어려워질 것이다. <중국제조 2025>는 우리 제조업의 큰 위 협이 될 것이다. 생산성을 비약적으로 향상시킨 스마트 공장으로 변신해야 할 이유는 점점 늘어나고 있다. 정부 주도로 스마트공장 사업이 추진되고 있지만, 중소중견기업에 바로 적용할 수 있을 정도로 기술이 확립되어 있지는 않다. 이미 글로벌 수준의 제조생산 경쟁력을 갖춘 대기업과 아직 3차 산업혁명 시대에 머물러 있는 중견중소기업 간의 격차는 매우 크다. 이 글에서는 4차 산업혁명 시대의 로봇기술에 대해 간단히 소개한다. [편집자 주]

로봇기술의 새로운 트렌드

로봇기술은 로봇 팔 제품을 중심으로 작업 속도, 정밀도 등의 기본 성능을 꾸준히 개선했으며, 기술혁신과 시장 확대로 가격 경쟁력도 향상되었다. 이제는 어느 규모의 기업에서도 산업로봇을 도입하기 쉬운 환경이 조성되었다. 4차 산업혁명 시대에 산업로봇의 새로운 트렌드가 있다면, 그림 1과 같이 조작성, 사용성, 이동성, 안전성, 지능화의 5가지로 요약할 수 있겠다.

▲ 그림 1. 로봇기술의 트렌드

로봇의 조작성, 사용성, 안전성

대부분 산업로봇은 용접, 도장, 이송, 검사와 같이, 작업물과 비접촉 상태 또는 단순한 접촉 상태에서 활용되고 있다. 그러나 앞으로는 작업물과 상시적이며 복잡한 접촉을 요하는 복합 공정에 로봇의 활용이 늘어날 것이다. 핸들링 또는 매니퓰레이션(Manipulation)이라고 불리는 분야가 로봇 전반으로 확대될 것이다. 작업물과 맞닿는 그리퍼(Gripper) 또는 핸드 개발이 중요시되어 형태와 무관하게 파지할 수 있는 만능 그리퍼가 속속 개발되는 이유도 이런 추세 때문이다. 강체(Rigid Body)뿐 아니라 로봇 작업 중에 형태가 변할 수 있는 케이블, 천, 유체 같은 작업물에 대한 복잡한 핸들링 작업도 늘어날 것이다.

현재의 로봇은 주로 단일 공정에 활용되고 있으며, 로봇의 형태도 수직다관절, 직교좌표형, 수평다관절(SCARA: 스카라)이 대부분이다. 그러나 다양한 형태의 로봇이 복합 공정에서 협조하며 작업하는 형태로 진화하고 있다. 예를 들어, 수작업의 CELL 생산으로 진행되는 기중차단기(Air Circuit Breaker)의 조립 및 검사 공정은 수직다관절 로봇과 양팔작업 로봇의 협조 작업으로 자동화할 수 있다(그림 2).

▲ 그림 2. 복합 공정을 위한 로봇 시스템의 예(모델명: N-Factory)

수직다관절 로봇은 비정렬 상태로 쌓여 있는 부품을 3차원 비전으로 하나씩 인식한 후 옆에 있는 양팔 로봇에게 전달한다. 양팔작업 로봇은 전달받은 부품들을 양팔과 양손으로 정밀하게 위치시킨 다음, 걸려있는 전동 드릴을 잡고 공급받은 볼트로 부품 간 체결을 진행한다. 체결이 끝나면 전동 드릴 대신에 카메라 모듈을 쥐고 필요한 부위를 비전 검사한다(그림 3).

▲ 그림 3 .복합 공정을 위한 로봇 시스템의 작업 장면

비정렬 상태의 부품은 3차원 비전센서를 이용하여 형태와 놓인 자세를 인식한 후에 로봇이 픽업하여 정렬 상태로 만든다(그림 4). 진동을 이용한 부품 정렬기(Parts Feeder)와는 달리 크고 다양한 형태의 부품을 인식할 수 있는 것이 3차원 비전센서의 특징이다. 

▲ 그림 4.  비정렬 부품의 피킹 로봇  (모델명: NTVision-BP)

로봇 제어기를 티칭 펜던트로 조작하는 사용법 외에도 로봇제어기와 PC와의 고속통신 인터페이스가 가능해지고, 로봇 제어기에 비전과 힘 센서 등이 추가되면서 보다 향상된 사용자 인터페이스 또는 사용성(Usability)이 요구되고 있다.

대부분의 로봇이 인간과 분리된 공간에서 작업하는데 비해, 최근 관심을 끌고 있는 협동로봇(Collaborative Robots)은 안전 펜스의 설치 없이 인간과 작업 공간을 공유하는 로봇이다. 협동로봇과 같이 인간과 로봇이 같이 작업을 하게 되면 높은 사용성이 요구되어 HRI(Human-Robot Interaction, 인간-로봇 상호작용) 기술이 중요해진다. 

사람과 로봇이 같은 공간 속에서 작업하는 경우에는 안전성(Safety)이 매우 중요해지며 최근에는 로봇제어기에 안전기능이 추가되는 추세이다. 안전기능이란 작업자가 로봇 근방에 다가오면 이를 감지하고 로봇이 속도를 줄인다거나, 사람이 혹시라도 로봇에 부딪혔을 경우에는 로봇이 바로 정지한다거나 하는 기능이다.

로봇의 이동성, 지능

로봇을 물류관리에 도입하면 추적성(Traceability)과 생산성을 크게 올릴 수 있다. 이동 로봇을 이용한 자율주행 기술은 안정기에 접어들었으며, 이제는 로봇과 물류관리시스템(WMS)과의 연동, 물류의 자동 상하차, 로봇의 엘리베이터 탑승, 인간-로봇 상호작용(HRI), 팔을 탑재한 물류 핸들링 등으로 발전하고 있다. 그림 5는 일본 OMRON사의 이동 로봇이 자동창고와 제조라인에서 활약하는 모습이다.

▲ 그림 5. 일본 OMRON사의 이동 로봇 활용

지능은 로봇의 가장 중요한 요소 기술로 여겨지면서도 제대로 구현되지 못한 미지의 기술이었다. 2015년에 인공지능 바둑에 적용되면서 유명해진 딥 러닝(Deep Learning, 심층학습) 기술은 비전을 비롯하여 로봇 지능 전반에 큰 영향을 미치고 있다. 현재 로봇에서 지능이라고 하면, 인간의 교시 작업을 크게 줄일 수 있거나, 로봇 스스로 시행착오를 통해서 작업의 정밀도를 향상시키거나 작업의 순서나 파라미터를 생성할 수 있는 기능이다.

그 밖에 제조라인에 분산되어 있는 센서나 사물인터넷(IoT)으로부터 빅데이터를 수집하여 공정을 자동 분석하고 개선된 작업을 생성하는 지능 제조 시스템도 출현하고 있다. 

결론

공장이 낮은 인건비를 찾아서 개발도상국으로 옮겨 가는 시대에서 독일의 스마트 제조업, 미국 제조업의 부흥, 일본 기업의 국내 복귀 등이 점차 현실화되고 있다. 한국도 더 이상 해외 공장을 증설하거나 세계 최장의 근로시간을 유지하여 국제적인 제조 경쟁력을 유지할 수는 없을 것이다. 글로벌 기업은 로봇기술을 보다 혁신적으로 적용하고, 중견중소기업은 과감히 로봇을 도입하여 치열한 국내외 경쟁에서 살아남아야 한다. 

김경환 박사, NT로봇(kimk@ntrobot.net)