로봇 다능공화로 제조환경 혁신
7축 로봇, 자유도 뛰어나 다양한 작업 현장  활용

로봇 산업이 자동화 시스템에 큰 비중을 차지하면서 로봇을 사용하는 기업이 증가하고 있다. 자동차 회사와 같이 큰 규모의 회사들은 대량생산과 품질 안정을 위해 용접과 도장 분야에서 로봇을 사용하고 있다. 이에 반해 중소기업은 노동력이나
기술력 부족을 해결하기 위해 로봇 자동화 시스템을 검토하고 있다. 생산성이 저하되거나 품질이 떨어지는 등의 문제를
해결하기 위해서다. 야스카와전기 아마자키 키요아키 로봇사업 부장이 로봇기술 포럼에서 발표한
‘일본 내 중소기업 로봇 사용 실태와 적용사례’에 대한 강연 내용을 정리했다. 

정리 양가희 인턴기자 (kahee-green@hellot.net)



로봇사업부를 가장 큰 비중으로 두고 있는 야스카와전기는 1915년에 설립되어 내년에 100주년을 맞는다. 야스카와전기는 로봇사업부 외에 모션컨트롤러사업부, 인버터사업부, 시스템엔지니어링사업부를 운영하고 있다. 야스카와전기는 자동차회사에서 많이 사용되는 용접로봇과 도장로봇, 일반 산업에서 사용되는 핸들링로봇, 반도체 산업에서 사용되는 반송로봇 등 다양한 종류의 로봇을 가지고 있다.
특히 야스카와전기의 ‘양팔 로봇’은 노동력 절감 측면에서 중소기업의 자동화 시스템 도입에 큰 영향을 줄 것으로 기대된다. 여태까지 중소기업은 다품종 소량생산의 측면에서 자동화가 불가능하다고 지적되어 왔다. 업체에 따라서 핸들이나 지그를 각각 제작해야 하고 티칭이 필요해 경비가 상당히 증가하기 때문이다. 또 생산 기술자나 시스템이 존재하지 않아 시스템을 구축하는 데 어려움을 겪을 수밖에 없었다. 이를 해결하기 위해 저렴한 가내 시스템을 구축하는 방법과 회사 밖의 시스템 하우스에 직접 의뢰하거나 로봇 메이커를 통해 설계와 제작을 부탁하는 방법이 있다.

양팔로봇, 사람처럼 움직이다

다품종 소량생산을 해결하는 방법으로는 로봇의 다능공화라는 게 있다. 다능공이란 작업력과 판단력을 말한다. 우선 작업력 안에는 자유도와 자재성이 있다. 자유도는 7개의 축을 갖는 로봇 팔을 의미하고, 자재성이란 사람처럼 양팔을 가지고 있는 구도를 뜻한다. 이러한 7개의 축과 양팔을 이용해 한 핸드로 로봇은 다양한 작업을 할 수 있다.
일반적인 산업용 로봇은 6개의 축을 가지고 있다. 허리를 움직이는 데에 쓰는 1축, 앞뒤로 이동할 수 있게 만든 2축, 팔을 위아래로 움직일 수 있는 3축, 손목에 해당하는 움직임을 제공하는 5축, 회전하며 돌아갈 수 있게 만들어 놓은 4축과 6축이 그것이다. 7축은 여기에 더해 접히는 것까지 가능하다. 사람에 비유하자면 팔을 굽히는 동작이다. 작은 창을 통과해 작업해야 할 시 일반적인 6축 로봇은 창을 통과할 수가 없어 작업을 이어나갈 수가 없다. 반면에 7축 로봇(모델명 : SIA10D)은 간단히 창을 넘어 작업을 진행할 수 있다.
그렇다면 다능공화의 판단력은 무엇을 말하는 것일까. 판단력이란 센서에 의한 상황 판단과 인식 능력이다. 로봇은 사람의 눈에 해당하는 3차원 형상 인식 기능을 가지고 있다. 레이저 광선을 이용해 반사 광선을 화상 처리하고, 일정하지 않거나 기울어진 공정도 고속으로 정확하게 인식할 수 있다. 이러한 3차원 형상 인식 기능이 있어 위치 결정 장치를 따로 필요로 하지 않는다. 야스카와전기에서 개발한 3차원 형상 계측 센서(MotoEye-3D)는 왼쪽 윗부분에서 레이저를 발사해 물체에 맞으면 반사되어 오른쪽 센서에 감지된다. 이를 통해 위치와 거리를 알 수 있다.

지치지 않는 로봇, 인간을 대신하다

야스카와전기에서 개발한 로봇은 실제 공정에서 이미 사용 중이다. 의자 조립 시스템이나 피킹-패킹(제품 선택 후 포장) 공정, 식품 업계 등이 그 예다. 사람이 직접 작업을 할 때는 단순 노동의 반복이기 때문에 육체적·정신적 피로가 온다. 또 5kg의 철 덩어리를 옮긴다고 했을 때 노동의 강도 때문에 장시간 작업을 할 수가 없다. 이렇듯 많은 노동력이 요구되는 작업이지만 중소기업의 경우 일손이 충분하지 못한 상황이다. 식품 업계의 경우, 피킹 과정에서 이물질이 들어갈 수 있어 위생 면에서도 이슈가 되기도 했다. 이러한 문제를 해소해주는 방안으로 양팔 로봇 시스템을 적용한 것이다.
먼저, 양팔 로봇은 모양과 크기가 다른 부품을 한 핸드로 작업할 수 있어 의자 조립 시스템에 적용되고 있다. 의자는 다리와 등받이, 팔걸이 등 다양한 모양의 부품으로 구성되어 있기 때문에 핸드가 간소화되면 비용 절감에도 도움이 된다.
양팔 로봇의 장점은 이뿐만이 아니다. 사람이 쓰던 드라이버를 그대로 로봇이 받아 사용한다. 드라이버의 경우 전용 툴을 따로 마련해야 했지만, 양팔 로봇을 사용하면서 기존의 도구를 재이용할 수 있게 되었다. 또한  일반적인 산업용 로봇은 공간을 많이 차지한 데 비해 양팔 로봇은 인간의 작업 환경과 같은 면적만을 필요로 해 시스템 적용에 부담이 없다.
서로 다른 부품을 사용하는 또 다른 예는 기어 박스 조립이다. 이것은 자동차에 쓰이는 부품 중 하나로, 총 15가지의 부품으로 이루어져 있다. 부품을 조립하는 데 걸리는 시간은 40초 정도이며, 사람이 작업하는 것보다 약 20% 시간을 절약할 수 있다. 또 사람과 달리 24시간 작업을 할 수 있어 효율적 이다.
한편 피킹-패킹 공정이나 식품 업계에서는 로봇의 작업력보다 판단력을 더 우선시한다. ‘비전을 이용한 로봇 시스템’을 활용해 식품을 피킹하기 전, 카메라로 우선 식품의 위치를 인식하고, 인식한 위치를 1번, 2번, 3번 로봇에 각각 전송한다. 이 데이터를 기초로 해서 나란히 서 있는 3대의 로봇들이 각각 필요한 제품을 옮기는 것이다. 이렇게 되면 사람이 작업하는 것보다 속도가 빠르고 생산량도 2배 가까이 늘릴 수 있다.
피킹-패킹 공정 또한 비전을 이용한 로봇 시스템이다. 로봇은 네 가지 각기 다른 부품을 스캔해 정렬하고, 상자 안에 들어있는 부품을 집어 올린다. 또 부품을 잡기 쉬운 형태로 조정하기 위해 엔진 부품을 일부러 떨어뜨리기도 한다. 걸린 부분을 털어내고 이동하는 것까지 가능하다.
이러한 로봇 자동화는 합리적인 가격의 용접 시스템으로 구성되어 있다. 용접 시스템은 로봇과 용접기, 지그와 안전장치가 종합화되어 있다. 다양한 용접 지그가 설치되어 있기 때문에 다품종 소량생산이 가능하다. 또 생산 품종의 전환에 따라 지그를 교체해야 할 경우 별다른 공구 없이 쉽게 교체할 수 있다. 이 로봇으로 고품질 아크 용접이 가능하다.
크기 또한 900mm×1800mm로 상당히 콤팩트하기 때문에 시스템을 들이는 데에 부담이 없다.
야스카와전기의 로봇 사업부는 앞으로 높은 생산성이나 정확성은 물론, 사람과 공존할 수 있는 다능하고 유연한 로봇을 개발할 계획이다.