현대중공업이 밝히는

산업용 로봇 시스템 기술

90년대 후반 외환 위기로 국내 제조업에는 경기 침체와 수요 산업의 설비 투자 감축 등의 악재가 이어졌다. 그 여파로 국내 대기업들이 하나 둘 사업을 포기하는 가운데서도 꾸준히 제조용 로봇 사업을 지켜온 현대중공업은 현재까지 2만 5,000대 이상의 로봇을 판매하며 국내시장의 45%를 점유한 로봇 메이커로 성장했다. 일본, 유럽의 로봇 업체들과 경쟁하며 국내 제조용 로봇 분야의 견인차 역할을 도맡은 현대중공업은 향후에도 다양한 분야로 로봇 사업을 확대할 예정이다. 본 지면에서는 국내 대표 로봇 메이커 현대중공업의 로봇 기술을 살펴보고 그들의 계획을 통해 향후 로봇 시장을 살펴보겠다.

산업용 로봇 시스템 개요
산업용 로봇이란 주어진 환경에서 단순히 인간이 하고 있는 일을 대신할 뿐 아니라, 최근에는 별도의 조작 없이도 스스로 주변의 상황을 인지하여 행동하는 능력을 가진 지능형 메니퓰레이터로 정의하며 대표적인 활용 분야는 자동차 조립분야, FPD(Flat Panel Display) 및 반도체 조립분야, 조선 및 식품가공분야, Nano급 초정밀 생산분야 등이 있다. 국내 산업용 로봇은 1970년대 말에 자동차 산업에 최초로 시범 도입되어 1980년대에 자동차 제조라인의 차체 용접 및 부품 핸들링 공정에 본격적으로 투입되면서 자동차 산업의 생산성 향상에 크게 기여했다. 그러나 1990년대 후반기 외환 위기로 인해 국내 제조업의 경기 침체와 수요 산업의 설비 투자 감축 등의 여파로 제조용 로봇 수요가 급감하면서 현대중공업을 제외한 대부분의 대기업은 산업용 로봇 사업을 포기했다.
2000년 이후 전반적인 경기 회복과 투자 증가에 따라 제조 산업의 로봇 수요도 다시 증가했고 다품종 소량 생산에 대응한 생산 제품의 변화에 따라 제조 산업 분야에서 다양한 형태의 지능화된 로봇 개발이 핵심 과제로 떠오르기 시작했다.

기술 개발 배경 및 성과
현대중공업은 1996년 이후 일본과 유럽산 로봇의 국내시장 독점에 대응하여 5Bar Linkage를 갖는 패러렐 구조의 수직 다관절 로봇 기구와 제어기를 개발하여 가반 하중별(6kg~200kg) 로봇 제품의 라인업 부족과 제어 성능의 열세에도 불구하고 외산 로봇이 장악하고 있던 국내의 로봇 시장을 점진적으로 개척하기 시작했다.

현대중공업이 국내 자동차 산업 분야에 본격적으로 국산 로봇을 공급하기 시작한 2004년 당시, 이미 선진 로봇 메이커는 현대중공업의 주력 모델이었던 패러렐 링크 구조의 외팔보 로봇 성능과 품질의 단점을 극복하고 로봇 동작 제어, 진동 억제, 지능화, 응용 솔루션 다양화 등 선진 기술을 실현한 시리얼 링크 구조의 외팔보 로봇을 시장에 출시했다. 현대 중공업 로봇 연구팀은 선진 로봇 메이커 대비 로봇 기구 구조의 기능, 성능, 품질 및 시스템 응용 솔루션 부족 등 로봇 사업에 취약한 핵심 기술을 조사 분석하여 ‘로봇 기반 조립 시스템의 종합 솔루션을 확보하기 위한 로봇 최적 설계, 센서 및 IT(Infomation Technology) 확장성을 갖는 지능형 로봇 응용 제어 기술 개발’을 연구 과제의 종합 목표로 정하여 선진 로봇 대비 품질 및 기술 격차를 해소하고자 했다.

디스플레이 분야에서는 초창기부터 LCD(Liquid Crystal Display)기판 운반 로봇 기술을 개발해 온 일본 주요 로봇 메이커가 국내시장을 독점적으로 장악하고 있었다. 우리나라는 2007년에 이르러서 해외 로봇 업체의 국내시장 독점을 막기 위해 정부의 국내산업 육성 정책과 현대중공업의 사업 전략을 기반으로 LCD기판 운반 로봇 시스템 기술 개발을 추진했다.

그 결과 우리나라는 자동차와 일반 기계 산업 분야의 용접 및 부품 핸들링을 위한 시리얼 링크형 구조의 로봇 메커니즘과 디스플레이 산업 분야의 LCD기판 운반용 로봇 메커니즘, 네트워크 기반 분산 제어 방식의 고성능 로봇 제어기를 개발하여 산업 분야별 제품 라인업을 확보했다. 또한 제조 공정의 공법 간략화를 위한 다수 로봇 간의 협조 제어 시스템, 협소 공간에서의 시스템 설비 간섭을 고려한 안전 대책, 로봇 프로그래밍 작업 편이성 증대를 위한 퍼스널 컴퓨터 기반의 오프라인 프로그래밍 Tool, 실시간 원격 진단 및 모니터링 등 종합 응용 시스템 솔루션을 확보했으며, 동역학 모델 기반으로 빠르고 부드러우면서도 정확한 궤적을 보장하는 동작 계획 알고리즘 및 현대 제어 이론을 적용한 진동 억제 제어 기술을 개발했고 Vison/Force 센서를 활용하여 실용적인 로봇 지능화 기술을 실현했다.

산업용 로봇의 미래
미래의 산업용 로봇은 기존의 6자유도 수직다관절형 구조의 로봇 기구가 갖는 단순 반복적인 작업의 한계를 극복하는 한편, 로봇 지능화 기술의 발전으로 고령화 및 노동력 부족의 해소, 인간 협동의 작업 편의성 증대 등 작업 효율 향상과 더불어 자동화 라인의 비용 절감을 실현 가능하게 할 것이다.

이러한 Megatrend에 부응하기 위해 로봇 메이커들은 여유 자유도를 갖는 새로운 기구 메커니즘과 고도의 제어 기술 개발을 통해 차세대 혁신 제조 공법에서 협소 공간에 적용이 가능한 로봇 시스템 기술, 생산성을 대폭 향상시킬 인간 유사형 양팔 로봇 기술, 센서 지능화 기술, 네트워크 기반 IT 융합 기술 등 자동차 제조 공정의 첨단 자동화에 주력하고 있으며 에너지 및 식품·제약 분야의 물류 공정용 고속 핸들링 로봇 시스템 기술 개발 노력도 점차적으로 확대하고 있다. 또한 메카트로닉스 핵심 기술의 지속적인 발전을 기반으로 생산 공정이 다기능화, 고정밀화 될 뿐 아니라 인간 친화적으로 전개되어 작업자의 업무 환경과 생활의 질이 높아지게 될 것이다.

국내 산업용 로봇 기술 선진화의 견인차
현대중공업은 현재까지 2만 5,000대 이상의 로봇을 판매하여 국내시장의 45%를 점유하고 있으며 로봇 메커니즘, 제어 및 응용 시스템 등 핵심 기술을 꾸준히 확보하여 제품 경쟁력에 있어서 해외 로봇 메이커와 동등한 위상을 구축했다.

2007년 일본과 유럽 유수 업체들과의 경쟁을 통해 체코와 중국에서 총 5,000만 달러 상당(로봇 1,000여 대)의 산업용 로봇을 수주하여 로봇 사업 이래 단기간 최대 수주를 실현하는 개가를 올렸다. 아울러 산업용 로봇 분야에서 세계 5대 메이커로 진입하여 산업 자원부로부터 세계 일류 상품으로 인증 받았고 국내 최초로 “Multi-Robot 협조 제어 시스템”을 개발하여 IR52 장영실상을 수상한 바 있으며 2008년에는 LCD 운반용 로봇 개발에 성공함으로써 2009년부터 산업용 로봇 분야에서도 본격적으로 해외시장 공략에 나설 수 있는 기반을 마련했다.현재 국내외 연간 약 4,000대 이상의 로봇 판매 성과를 올리고 있으며 향후에도 다양한 분야로 로봇 사업을 확대할 것이다.

구체적으로 향후 유럽 자동차 메이커에 대응하여 표준 가반 하중을 165kg에서 240kg으로 상향시키고 기구의 최적 설계를 통한 로봇 정밀도의 제고와 동작 성능 향상을 위한 고급 제어 알고리즘을 개발하는 한편 아시아 로봇 시장을 향한 기존 로봇 대비 20% 이상 콤팩트한 기구 설계 및 자동차 제조 공정의 생산성을 한층 더 향상시킬 것이다.

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