생기원, 뿌리산업 제조혁신 위한 로봇 핵심기술 상용화
생기원, 뿌리산업 제조혁신 위한 로봇 핵심기술 상용화
  • 엄재성 기자
  • 승인 2021.06.25 08:14
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‘서보드라이브’·‘인간형 로봇핸드’·‘로봇활용 표준 공정모델’ 등 상용화 개발

한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이낙규)이 뿌리산업을 포함한 산업현장 제조혁신에 필요한 로봇 핵심기술들을 개발하고 ‘연구자창업, 롱텀(Long-term) 기술협력, 보급사업’이라는 3가지 이색적인 방식으로 상용화 성과를 냈다.

매년 다수의 로봇기술들이 개발되고 있지만, 연구실 시제품 단계에 머무르거나 또는 기술이전 되더라도 상용화로 이어져 실제 생산현장에 활용되기까지는 오랜 시간과 많은 어려움이 따른다.

생기원 로봇응용연구부문에서는 개발된 기술들이 상용화의 고비에서 사장되지 않도록, 연구자창업을 지원하거나 기술이전 기업과 장기간 협력해 후속제품 개발을 이어가고 있다. 또한 영세 기업들의 공정 자동화를 돕기 위해 로봇 활용 표준공정모델 보급사업도 직접 추진 중이다.

먼저, 생기원 박상덕 박사는 제조로봇의 구동모터를 고속·고정밀로 제어해주는 핵심부품 ‘서보드라이브(Servo-Drive : 로봇 구동모터의 힘과 속도, 위치를 제어해주는 전력장치)’를 개발하고 이를 주력제품으로 판매하는 ‘㈜웰콘시스템즈’를 창업해 상용화를 이뤘다.

기존 서보드라이브 완제품은 이스라엘, 독일, 스위스 등 정밀공업 강국의 시장점유율이 압도적이어서, 중소 규모의 수요기업에서는 공정맞춤형 제품을 주문하거나 사후관리를 지원받는 데 큰 어려움을 겪었다.

생기원 박상덕 박사와 로봇응용연구부문 연구자들은 2000년대 초반 서비스로봇 연구 당시 필요했던 서보드라이브를 자체 개발하고, 이후 첨단 정밀 제어기술 등을 지속적으로 적용해 제품 성능을 향상시키면서 기술이전을 추진해왔다.

하지만 수요 기업의 요구가 점점 다양해지고 복잡해지자 창업을 결심, 서보드라이브에 콘트롤러, 모니터링 앱, 소프트웨어 등까지 모두 융합해 ‘모터 제어 통합시스템’을 제공해주는 ㈜웰콘시스템즈를 2018년 설립했다.

회사는 공정맞춤형 주문제작과 저렴한 가격이라는 장점을 살려, 지난해 반도체 이송장비용 드라이브 160개를 대기업 S사에 납품하는 등 국내와 중국 기업 7곳으로부터 대량 수주에 성공, 양산에 돌입했다.

두 번째로, 생기원 배지훈 박사는 기술이전기업 ‘원익로보틱스(대표이사 장경석)’와의 10여 년에 걸친 지속적인 기술협력 끝에 ‘인간형 로봇핸드’의 산업용 제품 첫 출시를 앞두고 있다.

생기원 배지훈 박사가 원익로보틱스와의 장기간 기술협력 하고 있는 '인간형 로봇핸드'를 시연하고 있다. (사진=생산기술연구원)
생기원 배지훈 박사가 원익로보틱스와의 장기간 기술협력 하고 있는 '인간형 로봇핸드'를 시연하고 있다. (사진=생산기술연구원)

2010년 세계 최초의 인간형 로봇핸드를 개발한 배지훈 박사는 2012년 로봇기업 ’원익로보틱스‘에 기술 이전하여 사람 손처럼 4개의 손가락과 16개의 관절을 자유자재로 구부려 다양한 형태의 물체를 잡거나 조립할 수 있는 ‘알레그로핸드’를 시장에 내놓았다.

이 제품은 출시 이후 9년간 삼성, 구글, 페이스북, 엔디비아, 토요타 등 글로벌기업 연구소에 150대 가량 판매되어 현재도 로봇핸드 연구용 플랫폼으로 활발히 활용되고 있다.

나아가 배지훈 박사는 기업과의 협력 관계를 10년째 이어나가 생산현장에서도 활용할 수 있는 후속모델 공동개발에 착수, 올해 초 3개의 로봇손가락으로 운용 가능한 ‘산업용 로봇핸드’ 개발에 성공했다.

기존 네 손가락 제품보다 단가는 낮추면서도 사람 손처럼 빠르고 정교하며 유연한 동작이 가능해서, 내년 출시될 경우 집게 형태의 그리퍼(Gripper)를 대체하는 협동로봇 핵심부품이 될 것으로 기대된다.

마지막으로, 생기원 남경태 박사는 열악한 작업환경에 인력도 점차 고령화되고 있는 뿌리기업을 대상으로 로봇을 활용한 표준 공정모델 개발과 보급사업을 함께 추진해 생산현장의 로봇 자동화를 직접 지원하고 있다.

뿌리기업 생산현장의 로봇자동화 지원 사례에 대해 설명하고 있는 생기원 남경태 박사. (사진=생산기술연구원)
뿌리기업 생산현장의 로봇자동화 지원 사례에 대해 설명하고 있는 생기원 남경태 박사. (사진=생산기술연구원)

뿌리기업 대부분은 규모가 영세하고 설비투자 여력이 적으며 로봇 자동화가 생산성 향상에 효과적인지 여부도 판단하기 어려워하는 실정이다. 한편 로봇 공급기업 역시 고급인력이 부족하고 R&D 프로세스도 효율적이지 않아 뿌리기업 맞춤형 시스템 자체 개발에 한계가 있다.

이 같은 문제점을 극복하기 위하여, 남경태 박사는 먼저 4대 뿌리 수작업 공정을 분석하고 로봇, 주변장치, 설비, 소프트웨어 등을 하나의 모듈로 개발해 로봇활용도를 극대화할 수 있는 ‘로봇활용 표준 공정모델’을 개발했다.

이후 이를 바탕으로 설비 전문가들과 함께 현장에 방문해 모델 타당성 검토 및 경제성 분석, 3D시뮬레이션 검증, 테스트베드 시험평가 순으로 기업맞춤형 보급 사업을 수행했다.

2020년 6월에 시작된 ‘뿌리산업 제조로봇 선도보급 실증사업’(2020~2024)으로 저항용접, 머신텐딩(가공 장비에 가공물을 싣고 내리는 단순 반복적 공정) 2개 분야의 표준공정모델이 개발돼 현재까지 24개 뿌리기업의 로봇자동화가 이뤄졌다. 이들 기업은 평균적으로 생산성 57% 향상, 불량률 74% 감소라는 가시적인 성과를 거뒀다.

올해 1월부터는 아크용접, 머신텐딩 후측정, 주조 후처리가공, 도장 4개 분야로 범위를 확대해 12개 뿌리기업을 추가 지원중이다.

생기원 지상훈 로봇응용연구부문장은 “국내 유일의 실용화 연구기관인 ‘생기원’답게 연구실 밖으로 나가 산업계와 끊임없이 소통한 결과”라며, “앞으로도 현장 가까이에서 제조로봇 수요를 빠르게 읽고 상용화에 반영해 소·부·장 독립 및 디지털뉴딜 성과 확산에 기여하겠다”고 말했다.

한편, 생기원 로봇응용연구부문은 2003년 허브로봇센터로 출범한 이후 지난 18년 동안 지능형로봇 중심의 연구개발 및 정책 기획·수립, 기반구축 사업 등을 다방면으로 수행하며 국가 로봇산업 발전에 기여해왔다.


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