산업용 로봇은 제조 로봇으로 전용되는 로봇 유형을 말합니다. 자동화 및 프로그래밍이 가능하며 3개 이상의 축을 따라 이동하는 능력을 갖추고 있습니다. 간단히 말해, 모든 방향으로 회전할 수 있는 로봇 팔을 보유하고 있습니다. 이러한 산업용 로봇이 수행하는 대표적인 작업에는 용접, 도장, 조립, 포장, 라벨링 등이 있습니다.
2020년 기준 전 세계 다양한 산업 분야에서 약 164만 대의 로봇이 가동 중입니다. 산업용 로봇의 역사는 1937년으로 거슬러 올라가며, 최초로 알려진 로봇 형태는 메카노 부품으로 조립되고 모터로 구동되는 크레인 형태의 장치였습니다.
2030년까지 산업용 로봇이 약 2,000만 개의 인간 일자리를 대체할 것으로 추정됩니다. 로봇 제조 기업들은 이 목표를 실현하기 위해 새로운 혁신을 끊임없이 개발하고 있습니다.
앞서 언급했듯 산업용 로봇은 특정 역할을 위해 설계됩니다. 용접을 프로그래밍한 로봇이 도장이나 포장을 수행할 수는 없습니다. 이러한 기능적 차이가 산업용 로봇을 다양한 유형으로 분류하는 기준이 됩니다. 현재 산업용 로봇은 주요하게 다음과 같은 유형으로 나뉩니다.
다관절 로봇은 가장 일반적인 산업용 로봇 유형입니다. 비틀림 관절로 연결된 인간 팔 형태의 공장 로봇 팔을 갖추고 있습니다. 팔의 링크들은 회전 관절을 통해 연결되며, 보통 2~10개의 관절을 가집니다.
이 관절들은 이동의 자유도를 제공하여 로봇 팔이 끊어짐 없이 모든 방향으로 회전할 수 있게 합니다. 요약하자면, 다관절 로봇 팔은 6개의 관절을 가져 모든 산업용 로봇 중 가장 유연하며, 그만큼 가장 널리 사용됩니다.
직교 로봇은 직각 좌표계로 구성된 산업용 로봇 유형으로, 갠트리 로봇이라고도 불립니다. 세 개의 프리즘 관절을 통해 세 개의 수직 축(X, Y, Z)을 따라 선형 운동을 수행합니다. 경우에 따라 회전 운동을 위한 손목이 장착되기도 합니다. 단순성과 유연성 덕분에 산업 자동화 제조사들이 독자적인 작업에 널리 활용합니다.
SCARA는 '선택적 순응 조립 로봇 암(Selective Compliance Assembly Robot Arm)'의 약자로, 도넛 형태의 작업 영역을 가진 산업용 로봇입니다. SCARA 로봇 팔은 한 평면에서 순응성을 제공하는 두 개의 평행 관절을 가집니다. 회전 축은 수직으로 배치되고 엔드 이펙터가 부착된 팔은 수평으로 이동합니다.
SCARA 로봇은 측면 이동에 특화되어 있어 주로 조립 로봇으로 사용됩니다. 원통형 및 직교 로봇에 비해 훨씬 빠르고 통합이 용이합니다.
델타 로봇은 공통 베이스에 연결된 평행 링크 관절로 구성됩니다. 평행 링크 로봇이라고도 하며, 각 관절이 엔드 이펙터를 기준으로 위치하므로 제어가 용이합니다. 이 구조 덕분에 높은 이동 속도를 구현해 대량 생산 작업에 이상적입니다.
델타 로봇은 돔 형태의 작업 영역을 가지며, 팔 내부의 무게를 줄이는 설계로 고속을 실현합니다. 주로 픽 앤 플레이스 자동화에 사용되며, 컨베이어 벨트 등 타 기계와 완벽한 동기화가 필수적입니다.
극좌표 로봇은 베이스와 팔을 연결하는 비틀림 관절, 두 개의 회전 관절, 하나의 직선 관절로 구성됩니다. 구형 작업 영역으로 인해 구형 로봇이라고도 불립니다. 중앙 피벗 샤프트와 신축·회전하는 로봇 팔, 넓은 공간을 커버하는 건 터렛 구성이 특징입니다.
원통 좌표 로봇은 베이스에 단일 회전 관절, 링크를 연결하는 프리즘 관절을 가집니다. 원통형 작업 공간을 가지며 피벗 샤프트와 수직으로 슬라이드하는 신축형 로봇 팔로 수직·수평 이동이 모두 가능합니다.
팔은 좁은 작업 영역에도 속도나 반복 정밀도 저하 없이 도달하도록 설계되어, 지면에서 자재를 픽업하는 작업에 최적화된 픽 앤 플레이스 로봇 팔입니다.
최근 주목받는 산업용 로봇으로, 협동 로봇(Collaborative Robots)은 엄격한 안전 펜스 없이 인간과 나란히 작업할 수 있습니다. 둥근 디자인과 특수 센서로 작업자 위치를 실시간 감지해 안전한 협업이 가능합니다.
로봇 팔은 인간 팔을 본떠 설계되어 유사하게 작동합니다. 설계된 작업에 따라 작동 방식은 달라지지만, 일반적으로 모든 로봇 팔은 관절을 통한 이동에 의존하며 센서 등 다양한 기능이 이를 뒷받침합니다.
작동 원리를 이해하려면 산업용 로봇 부품을 알아야 합니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
산업용 로봇 컨트롤러는 로봇의 두뇌입니다. 로봇 팔의 움직임을 결정하는 실행 프로그램을 담은 프로세서입니다. 자동 프로그래밍 또는 자격 있는 기술자의 수동 조작이 가능하며, 대형 컴퓨터 시스템부터 간단한 조이스틱 형태까지 다양합니다.
실제 작업을 수행하는 부분으로, 인간처럼 어깨, 팔꿈치, 손목 세 부분으로 구성됩니다. 이 세 부분은 축과 관절로 연결되며 중앙 프로세서인 컨트롤러가 제어합니다. 각 부품은 상호 연동하여 효율적인 움직임을 만듭니다.
손 기능을 수행하는 부분으로, 보통 두 개의 클로(Claw)가 자동으로 열고 닫으며 물체를 잡습니다. 일부는 물체 보관 중 회전이나 기동 움직임도 가능합니다.
관절 사이의 모터로 로봇 팔의 기동과 움직임을 제어합니다. 자동차 엔진에 쓰이는 벨트와 유사한 방식을 사용합니다.
산업용 로봇 기업들은 지난 20년간 급성장했으며, 기술 발전도 가속화되고 있습니다. 머지않아 우리 주변 모든 작업을 로봇이 수행하게 될 것입니다. 인간 노동에 대한 파괴적 영향이 있지만, 로봇이 삶을 훨씬 편리하게 만든 사실도 부정할 수 없습니다.
다음은 산업용 로봇 팔 도입의 주요 이점입니다.
건설 현장은 중장비와 유해 화학 물질 노출 등 위험이 따릅니다. 산업용 로봇 팔은 무생물이라 어떤 환경에서도 작동 가능하며, 집중력 저하 없이 반복 작업을 수행해 위험을 크게 줄여줍니다.
초기 도입 비용은 높지만 장기적 이점은 막대합니다. 인건비, 휴가, 복리후생 비용이 사라지고, 사람의 부주의로 인한 기계·제품 파손 손실도 방지됩니다.
며칠 걸리던 작업이 몇 시간 만에 완료됩니다. 인간은 번아웃과 휴식이 필요해 교대 근무가 필수지만, 로봇은 며칠간 쉬지 않고 가동 가능합니다. 지능형 어셈블리 워크셀 한 대가 4명의 동시 작업량과 맞먹습니다.
인간은 로봇 수준의 정밀도와 정확성을 재현할 수 없습니다. 제조용 로봇은 레이저급 가이드 기술로 모든 절단과 측정을 완벽하게 수행합니다. 다관절 로봇은 로봇 세계의 정밀도 구현체라 할 수 있습니다. 높은 정밀도는 고품질 제품으로 직결됩니다.
로봇을 활용하는 제조 산업은 생산성이 기하급수적으로 증가했습니다. 정기 점검만 받으면 가혹한 환경에서도 일관된 작업을 지속합니다. 질병과 피로로 생산성이 변동하는 인간 노동자와는 대조적입니다.
많은 제조사가 생산 공정 완전 자동화로 전환 중입니다. 주된 이유는 로봇의 신뢰성, 인건비 절감, 자금 재투자 가능성 때문입니다. 로봇 팔 응용을 제조 공정에 활용하는 주요 산업은 다음과 같습니다.
자동차 제조 로봇공학은 산업용 로봇이 최초로 도입된 분야입니다. 현재 어떤 자동차 제조사도 생산의 75% 이상을 자동차 제조 로봇 없이 수행하지 않습니다. 자동차 산업은 전체 산업용 로봇 팔 설치의 약 30%를 차지합니다. 자동차 제조사가 가장 많이 사용하는 로봇은 차체 프레임 용접에 탁월한 ABB IRB 6640입니다.
자동차 산업과 마찬가지로 항공기 제조에도 막대한 로봇 파워가 필요합니다. 전 세계 항공 여행 수요 증가로 더 빠르고 많은 항공기 생산이 요구되며, 산업용 로봇이 그 해답입니다. 모터 부품 도장, 실링, 드릴링, 용접 등을 자동화 기계가 담당합니다.
전자제품은 우리 삶의 필수품이며, 수많은 미세 부품 조립은 인간에게 어렵습니다. 산업용 로봇은 전자제품 제조에 적극 활용되어 미세하고 민감한 부품을 정교하게 다룹니다. 클린룸 로봇 활용으로 조립 중 먼지 유입을 차단해 품질을 크게 높였습니다.
식품 포장은 이제 로봇 전담 영역입니다. 일부 지역에선 포장 및 창고 작업에 로봇 도입이 필수 요건입니다. 로봇의 정밀함과 속도 덕분에 오염 위험이 적고, 정확한 분량 포장이 로봇 식품 가공의 표준이 되었습니다.
약품의 선별, 병입, 조제, 검수는 산업용 로봇의 몫입니다. 로봇은 밀리그램 단위까지 정확한 약물 계량이 가능해 낭비와 오염을 방지합니다. 수술 도구 등 정밀 의료 기기도 의료용 로봇으로 정확한 규격대로 생산됩니다. 의료 기기 품질 저하는 의사 치료 활동에 직접적 악영향을 줍니다.
과거엔 로봇 가격이 매우 높았으나, 양산으로 인해 다소 낮아졌습니다. 여전히 고가이지만, 현재 시장 평균 산업용 로봇 가격은 약 2만 5천 달러(약 3,300만 원)이며, 모델과 크기에 따라 40만 달러(약 5억 3천만 원) 이상까지 올라갑니다.
로봇 팔 가격은 주변 장치와 추가 기능이 더해질수록 상승합니다. 충돌 센서, 안전 케이지 등 필수적인 애플리케이션별 추가 장비는 초기 기계 가격을 두 배로 끌어올릴 수 있습니다.
구매자는 신품 또는 중고 저가 산업용 로봇 팔을 선택할 수 있습니다. 중고품은 비용 절감 이점이 있으나, 약간의 잔고장 가능성은 감수해야 합니다.
로봇 팔 활용이 전 산업으로 확대되면서, 제조사별 애플리케이션 특화 모델이 출시되고 있습니다. 2020년 최고의 프로그래머블 산업용 로봇 팔을 소개합니다.
멀티태스킹용으로 설계되어 3D 프린팅, 레이저 각인, 픽 앤 플레이스, 드로잉, 필기 작업을 모두 수행합니다. 20개 이상의 코딩 언어를 지원하면서 초보자도 쉽게 사용할 수 있을 만큼 직관적입니다.
서보 모터로 유연한 움직임을 구현하며, 강력한 메탈 클로로 모든 방향의 중량물을 핸들링합니다. 무선 제어와 스마트폰 제어가 모두 가능합니다.
EVS가 제작한 이 로봇 팔은 최대 페이로드 약 1,700파운드(770kg), 전체 중량 약 5,600파운드(2,540kg)로 대부분의 제조 현장 중량물 리프팅에 안정적인 기반을 제공합니다.
유선 5-스위치 컨트롤러로 원격 조작 가능한 5관절 로봇 팔입니다. D형 배터리 또는 AC 전원으로 구동되며, 베이스 회전 270°와 긴 기어박스 수명을 자랑합니다.
로봇 팔 선정 시 반드시 고려해야 할 핵심 요소들입니다.
단순히 로봇 팔이라고 해서 맥주 따개로 쓸 수는 없습니다. 각 로봇 팔은 특정 용도로 설계됩니다. 도장용 팔을 연마용으로 전용할 수 없으며, 다목적 로봇이 아닌 한 단일 기능에 한정됩니다.
로봇 팔이 감당할 수 있는 최대 하중입니다. 산업용 포장 등 중량물을 다룬다면 단순 픽 앤 플레이스 자동화로도 무거운 하중을 처리하는 대형 로봇 팔이 필요합니다.
로봇 팔의 움직임 유연성은 축(Axis) 수에 달렸습니다. 축이 많을수록 움직임이 자유로워지며, 대형 로봇 팔은 회전에 더 많은 힘이 필요해 더 많은 축을 요구합니다.
반복 작업이 주라면 고속 로봇 팔이 최적입니다. 다관절 로봇이 대표적인 고속 로봇입니다. 일부 모델은 컨트롤러로 속도 조절이 가능합니다.
예산 범위 내 선택이 원칙입니다. 대량 제조용이면 다수 로봇 팔이 필요해 비용이 크게 듭니다. 단순 가정용이면 저가 로봇 팔로 충분합니다.
산업용 로봇 기술은 시간이 갈수록 필수불가결해지고 있습니다. 제조업은 이미 인간 노동에서 로봇 중심으로 전환되었으며, 남은 인간 노동은 로봇 유지보수와 제어로 축소되었습니다. 미래에는 모든 산업에서 로봇이 표준 사양이 될 것입니다.
산업용 로봇
로봇 자동화의 이점을 이해하는 데 로켓 과학자가 필요하지 않습니다. 로봇은 제조사가 생산 속도를 높이고, 수작업자를 위험 환경에서 배제하며, 산업 전반의 유연성과 다용도성을 높이는 데 기여했습니다. 다용도 로봇이 생산 공정을 간소화했습니다. 로봇의 적응력 로봇은 신공정과 시장 수요 변화에 적응합니다. 다용도성 덕분에 픽앤플레이스, 용접, 유체 디스펜싱, 외관 변경 등 필요 작업에 최소 시간으로 재프로그래밍 가능합니다. 엔드 이펙터(End-of-Arm Tooling) 중요성 증대 로봇 사용자가 더 많은 다용도성을 요구함에 따라 로봇
로봇은 사소한 작업부터 용접·드릴링 같은 산업 공정, 수술 보조까지 다양한 애플리케이션에서 효율과 정밀도를 높입니다. 로봇은 컴퓨터 제어 기계/어플라이언스입니다. 위험·반복 작업에서 인간 노동 대체로 시간·비용 절감. 피로 없이 장시간 가혹 환경 근무 가능. 주요 적용 분야: 조립, 용접, 도장, 제품 검사, 픽앤플레이스, 다이캐스팅, 드릴링, 유리 제조, 연마. 의료 분야선 수술 보조, 약제 분주. 주요 의존 산업: 항공우주, 자동차, 소비재, 전자, 금속, 식음료, 주조, 의료, 군수, 제약, 플라스틱, 목재. 최신 로봇
