제조사가 꼭 알아야 할 6대 산업용 로봇 유형과 최적 적용 분야

이제 거의 모든 제조 공정에 맞는 산업용 로봇을 찾을 수 있습니다. 관건은 다양한 작업을 가장 잘 수행할 로봇 유형을 이해하는 것입니다. 불행히도 로보틱스 개념이 다소 복잡해 대다수 제조사가 이에 어려움을 겪습니다.

요약하자면 산업용 로봇은 유연성, 도달 거리(Reach), 페이로드 용량 같은 요소로 구분됩니다. 선택 시 이 설계 요소들을 자사 공장 운영과 저울질해야 합니다. 자사 공장에 최적의 선택을 돕기 위해 필수 로봇 유형과 적용 방법을 정리했습니다.

관절형 로봇 (Articulated Robots)

관절형 로봇은 수많은 회전 관절로 구성된 고유연성 로봇입니다. 이 관절들로 여러 평면을 따라 움직일 수 있으며, 관절 수에 따라 최대 10축까지 가질 수 있습니다. 현재 6축 로봇이 가장 보편적이지만, 최신 설계는 7축까지 발전했습니다. 로봇 팔 내부에 장착된 다수 모터로 구동됩니다.

관절형 로봇의 높은 민첩성은 복잡한 산업 애플리케이션에 이상적입니다. 사람 손처럼 물체 아래·위·피치·요(Pitch/Yaw) 움직임으로 가공 기계 내 물체에 접근해 다양한 작업을 수행합니다. 이는 작업에 맞는 다양한 엔드 이펙터(End-of-Arm Tooling) 활용으로 더욱 강화됩니다.

시중 우수 관절형 로봇은 케이블 정리가 잘 되고, 침입 보호(Ingress Protection) 기능과 밀폐된 관절을 갖춰 고습, 고열, 클린룸 공정에도 적합합니다. 유연성 덕분에 공장 공간에 따라 다양한 방식으로 설치 가능합니다.

장점 (Pros)	단점 (Cons)
높은 유연성 복잡한 작업 수행 가능 다양한 산업 공정에 맞는 다중 설치 방식	무게와 다중 관절로 인해 느릴 수 있음 고가

추천 적용 분야

• 머신 텐딩 (Machine Tending)
• 제품 포장 (Packaging)
• 제품 검사 (Product Inspection)
• 제품 조립 (Product Assembly)

SCARA 로봇

SCARA(Selective Compliance Articulated Robot Arm)는 X, Y축으로는 움직이지만 Z축으로는 강성(Rigid)한 제한적 유연성을 가집니다. 즉 좌우·전후 이동 가능하며, Z축으로는 고정된 축으로 수직 이동만 가능합니다. 소형 작업 범위와 콤팩트한 크기로 상당히 빠릅니다.

이런 설계 특성으로 SCARA 로봇은 소형 부품 산업 조립에 적합합니다. 예: 회로 기판 제조 시 마이크로 부품을 트레이에서 집어 기판에 삽입하도록 프로그래밍 가능합니다. 조립 외에 두 평행 평면 간 물체 이송 같은 반복 작업에도 적용됩니다.

장점	단점
콤팩트한 작업 범위 빠른 작업 속도 높은 정밀도와 반복정밀도	일반적으로 낮은 페이로드 용량 제한적 유연성으로 적용 가능성 제한

추천 적용 분야

• 제품 부품 조립
• 제품 검사
• 피킹/플레이스

델타 로봇 (Delta Robots)

델타 로봇은 고정 베이스에 장착된 3개의 평행 로봇 팔로 구성됩니다. 로봇 팔에는 프리즘과 회전 관절이 모두 있으며, 베이스 내부에 장착된 3개 모터로 구동됩니다. 이 설계로 팔에 안정성이 더해지지만 X, Y축으로만 유연합니다. 모터가 팔이 아닌 베이스에 장착돼 팔이 가벼워 델타 로봇은 매우 빠릅니다.

델타 로봇 설계상 오버헤드 장착이 필수적이며 로봇 팔이 아래로 향합니다. 이는 컨베이어 벨트 위 제품 분류 같은 인라인 산업 기능에 적합합니다. 센서나 비전 시스템 같은 애드온으로 혁신적 커스터마이징이 가능해 정확도와 전반적 성능을 높일 수 있습니다.

장점	단점
고속 작동 콤팩트한 작업 범위 높은 정확도	제한된 도달 거리 제한된 유연성 소형 페이로드만 처리 가능

직교/갠트리 로봇 (Cartesian Robots)

직교 로봇은 입방체 작업 범위를 가집니다. 현장 조립으로 특정 애플리케이션에 맞춰 커스터마이징 가능합니다. 서로 수직인 3개 이상의 리니어 액추에이터로 구성돼 한 번에 한 축만 움직일 수 있습니다.

수직, 수평, 오버헤드 장착 모두 가능합니다. 오버헤드 장착 시 갠트리 로봇(Gantry Robot)이라 부르나 기능은 크게 다르지 않습니다. 설치 단계에서 스트로크 길이와 작동 속도 등 커스터마이징 세부사항이 설정됩니다.

관절형 로봇과 달리 직교 로봇은 제한된 기동만 가능합니다. 부품에 도달해 회전시키는 것 등은 불가능합니다. 프로그래밍도 복잡할 수 있으나, 사전 프로그래밍된 모델이나 별도 프로그래밍 도구를 활용할 수 있습니다.

장점	단점
다양한 설치 가능성 높은 정확도 특정 작업 맞춤 커스터마이징 가능	설치와 프로그래밍이 복잡할 수 있음 한 번에 한 축만 움직임 복잡성으로 소규모 기업에 진입 장벽

추천 적용 분야

• 3D 프린팅
• 피킹/플레이스 작업
• 제품 검사

극좌표 로봇 (Polar Robots)

극좌표 로봇은 회전 베이스, 엘리베이션 피벗, 망원경처럼 신축하는 암, 수축 붐의 4가지 주요 부품으로 구성됩니다. 베이스 주변 영역으로만 도달 가능해 단순한 작업에 쓰입니다. XYZ 축으로 움직일 수 있지만 로봇 팔이 도달할 수 있는 지점은 베이스에서 얼마나 뻗을 수 있는지로 결정됩니다.

극좌표 로봇의 작업 각도는 구형(Spherical)입니다. 크기와 작업에 따라 공장 바닥이나 테이블탑에 설치 가능합니다. 암 구조와 수축 운동 특성상 많은 움직임이나 높은 반복정밀도가 필요하지 않은 작업에 적합합니다.

장점	단점
로봇 팔이 물체 위·아래로 기동 가능 상당한 작업 범위 커버 가능	낮은 정확도와 반복정밀도 상대적으로 느림 적용 범위 제한적

추천 적용 분야

• 스폿 용접 (Spot Welding)
• 드릴링 (Drilling)
• 다이 캐스팅 (Die Casting)
• 사출 성형 (Injection Molding)

원통형 로봇 (Cylindrical Robots)

원통형 로봇 구조는 회전 관절로 베이스에 장착된 회전 샤프트로 구성됩니다. 회전 샤프트에 수직으로 로봇 팔이 연결돼 신축과 수직 이동이 가능합니다.

이 콤팩트한 설계로 공장 바닥 공간이 부족한 소규모 공장에 적합합니다. 회전 샤프트 덕분에 로봇 팔이 360° 평면을 따라 움직여 상당한 원통형 작업 범위를 커버합니다. 다만 로봇 팔 유연성이 제한돼 움직임이 한정되며, 적용 가능한 산업 공정도 소수입니다.

장점	단점
360° 작업 범위 커버 대형 설계 시 고페이로드 처리 가능 콤팩트한 구조로 공간 절약	제한된 유연성 제한된 적용 분야 낮은 정확도와 반복정밀도

추천 적용 분야

• 기계 로드/언로드 (Loading/Unloading)
• 주조 공정 (Foundry Applications)
• 다이 캐스팅 (Die Casting)

협동 로봇 (Collaborative Robots / Cobots)

로봇은 제조업에 무한한 혜택을 주지만 다양한 위험도 안고 있습니다. 특히 인간 작업자와 같은 공간에서 작업하는 공장 운영에서 그렇습니다. '맹목적' 움직임은 직원 부상과 로봇 간 충돌을 초래하곤 합니다.

초기 산업용 로봇 설계는 인간 입력 없이 로봇만 작동하는 것을 상정한 듯합니다. 그래서 날카로운 모서리가 두드러지고 전반적으로 인간 친화적이지 않았습니다. 그러나 연구 결과 인간 노동과 로봇 역량의 서로 다른 강점을 결합하면 제조 공정이 크게 혜택을 볼 수 있음이 입증됐습니다.

협동 로봇(Cobots) 개념은 이 딜레마를 해결합니다. 정의상 협동 로봇은 안전성과 운영 측면에서 더 인간 친화적으로 설계된 로봇입니다. 따라서 협동 로봇은 축 수로 정의되지 않고, 인간과 얼마나 잘 협업할 수 있는지로 정의됩니다.

협동 로봇의 주요 특징:

• 둥근 모서리(Rounded Edges) - 모서리가 매끄럽게 처리되며 일부는 플라스틱으로 감싸져 있습니다. 작업 중 우발적 충돌 시 작업자 부상을 줄입니다.
• 모션 센서(Motion Sensors) - 로봇 팔에 장착된 모션 센서가 작업 범위 내 인간이나 장애물 감지 시 감속 또는 정지시킵니다. 장애물 거리에 따라 다르게 반응합니다.
• 저소음(Less Noise) - 고데시벨 소음은 청력에 해롭습니다. 직원과 로봇이 안전하게 협업하도록 소음을 최소화하도록 설계됩니다.

장점	단점
다른 로봇보다 안전함 인간과 로봇 역량 결합으로 공장에 더 큰 가치 제공 저소음 설계로 공장 환경 전반 개선 콤팩트한 구조	추가 기능으로 인해 고가일 수 있음

결론

각 산업용 로봇 유형은 다양한 애플리케이션에 대한 솔루션 세트를 제시합니다. 작동 원리를 더 명확히 이해하면 자사 공장 니즈에 잘 맞는 로봇을 식별하기 훨씬 수월해집니다. 다만 얻는 작업 결과 품질은 투자하는 로봇 품질만큼만 좋을 것입니다. 따라서 품질 자재와 혁신적 솔루션을 제공하는 산업용 로봇 제조업체를 선택해 마무리하십시오.