기획특집
사람과 로봇이 함께 작업하는 협동로봇의 현실과 미래
작성자 : 이용우
2018-07-03 |
조회 : 1739
‘4차 산업혁명’ 시대에 가장 빠르게 적용되며, 급성장하고 있는 협동로봇
지난 4월에 개최됐던 SIMTOS 2018에서 가장 눈에 띄었던 것은 제1전시장 ‘4차 산업혁명 특별관’을 비롯해 제2전시장에 위치해 있던 전통 로봇 분야의 선진 로봇전문업체들이 집중적으로 소개한 협동로봇*이다.
* 인간과 동반하여 작업하는 소형 로봇.
인간의 안전한 작업환경을 보장하면서 동시에 생산성 향상을 도모
업계에 따르면, 향후 5년 이내 제조현장에서 사람과 손발을 맞춰 함께 일하는 ‘협동로봇(Collaborative robot)’이 일상적인 모습일 될 것이라고 한다. 협동로봇은 산업용 로봇과 달리, 작업자와 파트너가 되어 작업자와 협력할 수 있는 로봇이다. 또한, 기존 산업용 로봇이 입력 값에 따라 특정 움직임을 무한 반복한다면, 협동로봇은 사람처럼 한 번에 여러 가지 일을 처리하면서 다양한 작업 변화에 빠르게 대응하고, 돌발 상황에 대처할 수 있는 능력까지 갖췄다.
즉 조립, 운반, 포장, 용접, 세공 작업을 수행하면서 기계의 문을 닫고 전원 버튼을 누르기도 한다. 또 다양한 작업에 적용이 쉽고, 사람이 가까이 다가가면 천천히 움직이거나 공정을 멈추고, 안전거리가 확보되면 다시 정상 작동한다.
더불어 올 1월에, 대통령 주재 규제혁신 토론회에서 공장 내 사람과 협동로봇의 공동작업이 허용됨에 따라 좀 더 이른 시일 내에 생산제조 현장에서 협동로봇의 활약이 기대되고 있다. 정부에서는 ‘작업자가 있을 때 로봇은 반드시 정지’하도록 한 기존 규정을 ‘안전기준에 부합하는 경우에 작업자와 공동작업을 할 수 있도록’ 이라고 고용노동부 고시를 개정했다.
협동로봇의 시장현황 및 전망
판매 대수 기준, 세계 2위의 탄탄한 내수를 기반으로 우리 로봇기업이 글로벌 시장진출을 확대해 나가려면 유망분야 핵심기술과 시장을 목표화해 현지 기업과의 공동 기술개발, 투자 등의 다변화된 시장진출 전략을 모색해야 할 것이다.
KOTRA가 지난 2월 발표한 ‘글로벌 로봇산업 시장 동향 및 진출방안’ 보고서에 따르면, 제조업용 로봇의 수요는 글로벌 기업의 생산시설 현대화·자동화, 에너지 효율화·신소재 활용, 품질개선 노력에 힘입어 지속적인 증가추세다. 국제로봇협회(IFR)에 따르면 2020년까지 연평균 15% 성장할 것으로 전망되고 있다.
또 중국 시장의 규모와 잠재력이 압도적인 것으로 나타났다. 중국은 현재 시장점유율 30%를 차지하는 세계 최대 시장이지만 로봇밀도*가 선진국보다 현저히 낮아서 잠재 수요가 여전히 높다. 2020년까지 중국 내 로봇 판매량은 140% 증가할 것으로 전망된다. 특히 제어기, 감속기 등 중국 자체생산이 어려운 핵심부품 관련 우리 기업의 대중국 수출 가능성이 크다. 2016년 기준, 로봇부품의 대중국 수출은 360억 원으로 전년 대비 74% 증가했다(출처: 로봇산업진흥원).
* 로봇밀도(로봇 수/직원 1만명): 중국(68), 한국(631), 독일(309), 일본(303)
우리나라 기업이 전통 제조용 로봇 분야에서 글로벌 기업과의 기술 격차를 좁히기는 쉽지 않다. 하지만 최근에 각광을 받고 있는 ‘협동로봇’ 분야에 있어서 우리의 장점인 IT·제조업 기술력을 기반으로 미래 핵심기술 주도권을 확보한다면, 세계 로봇 시장에서의 경쟁력은 크게 향상될 것이다.
안전성, 유연성, 생산성 및 가격 경쟁력을 지닌 협동로봇의 시장규모는 2015년 1억 달러에서 2020년 10억 달러로 예상되고 있어 향후 급성장할 협동로봇 관련 핵심기술(경량화·이동 기술 등) 선점 및 관련 연구개발 투자가 절대적으로 요구되고 있다.
인간과 로봇의 협업(Human-Robot collaboration)이란, 인간의 작업을 동반하는 소형 로봇으로, 인간의 안전한 작업환경을 보장하는 동시에 제조업 생산성 향상에 도움을 주는 것이라 정의할 수 있다.
다양한 소형 전자기기 개발 및 수요 증가에 반응해 등장한 협동로봇은 기존 산업용 로봇과 달리 섬세한 작업이 가능하며, 다(多) 센서를 바탕으로 정지력 기능, 인간의 움직임에 대한 반응속도 증가, 고장이나 오작동 시 신속한 조치가 가능하다.
독일 ABB가 개발한 최초의 산업용 협업 양팔 로봇 YuMi® 자료: ABB
KUKA LBR iiwa와 Stäubli TX2 로봇 자료: 쿠카, 스토브리
쿠카는 협동로봇 KUKA LBR iiwa를 개발, 스마트 제어기술, 하이 퍼포먼스 센서, 최신 소프트웨어 기술을 활용하여 수동으로 수행되는 고난도 작업의 자동화를 완성하였으며, 스토브리는 기존의 하이 스피드 로봇인 TP80을 능가하는 신 TX2 로봇을 출시했다. 이 로봇은 최대 1.7kg의 물체 이동 가능, 로봇 팔 도달거리 515㎜ 이상, 2개의 레이저 스캐너가 안전구역 내 안전성 평가 후 구역 내 사람 진입 시 자동으로 로봇 작동속도를 감소 또는 중단하는 기능이 있다.
국내 로봇산업 동향
국내에서는 2010년부터 2016년까지 조립·포장 작업을 위한 양팔로봇의 여러 요소 기술이 학교, 출연연을 중심으로 개발되었으며, 시스템 측면에서 한국기계연구원에서 통합 개발되었다.
현재는 산업부 주관 연구사업으로, 양팔 작업을 위한 센서 융합 인지 기반 제어기술 개발 및 다중로봇 협업 생산공정 적용기술을 개발하고 있다. 본 연구는 셀 생산 환경에서 휴대폰 또는 TV와 같은 IT 제품의 포장·조립 작업을 수행할 수 있는 양팔로봇 기술개발을 목표로 하고 있다.
한편, 일부 국내기업들은 협동로봇 상용모델을 출시 중이다.
한화정밀기계는 2017년 3월에 협동로봇의 필수 기능이라 할 수 있는 충돌감지 및 대응 기능과 함께 복잡한 프로그래밍 없이 사용 가능한 유저 인터페이스(UI), 터치식 작업지시화면 및 로봇을 손으로 직접 움직여 작업을 지시하는 직접 교시 기능이 포함된 협동로봇 HCR-5를 출시했다.
이 협동로봇은 가반 중량 5kg, 작업반경 915㎜의 제품으로, 사람의 팔 길이와 유사한 작업반경을 가지고 있는 시장에서 가장 대중적으로 사용되는 제품이다.
또한, ’17년 9월 협동로봇 시장에 진출한 두산로보틱스는 최대 1.7m의 작업반경과 최대 15kg의 가반중량을 갖춘 4개 모델을 양산하고 있다.
대기업 이외에 중소기업으로는 뉴로메카가 6축 협동로봇을 출시, 전류기반 충돌감지 및 직접 교시 기능을 갖추고 있을 뿐만 아니라 말단에 저가의 힘/토크 센서를 장착하고 이를 통해서 정교한 임피던스 기능을 구현하고 있다.
이처럼 수직다관절 로봇 등 전통 제조 로봇 시장에서 우리 기업이 글로벌 기업과의 기술 격차를 줄이기는 어렵지만, 최근 시장에 나오기 시작해 급성장하고 있는 협동로봇의 경우에는 필수 핵심기술 선점을 위한 연구개발에 적극적인 투자가 필요한 상황이다.
