로봇 말해주는 남자, 로말남 1편 - 산업용 로봇의 종류와 특징

안녕하세요. “로봇 말해주는 남자, 로말남” 브라이언이에요.

로봇… 잘 알려면 왠지 수학도 잘 해야 할 것 같고, 모터랑 전기 부품도 공부도 해야할 것 같죠? 사서 걱정은 No~ No~ 초보들도 이해할 수 있는 눈높이로 “로포자"가 되지 않기 위해 차근차근 하나 하나 쉽게 얘기해 볼까해요.

오늘 많고 많은 로봇 중 마로솔에 등록된 로봇들로 로말남 시리즈를 시작해 보겠습니다. 산업 현장에서 쓰이는 제조용 로봇은 형태에 따라 보통 아래 4가지 종류로 나뉘는데요.  이름은 수직 다관절 로봇, 수평 다관절 로봇, 병렬형 로봇, 직교로봇. 지금부터 차근차근 알려드릴게요.

1. 수직다관절 로봇 (Vertical Articulated Robot)

다관절로봇은 이름처럼 관절이 여러 개 달려있습니다. 로봇의 기본은 모터가 달린 여러 개의 관절. 아래 그림에서 숫자가 있는 부분에 모터가 들어있고 화살표 방향으로 회전할 수 있어요. 수직 다관절은 기본적으로 2, 3번 관절을 이용해 위아래로 빠르게 움직입니다. 

▲ 수직다관절 로봇의 관절들

또한, 4~6번 관절을 움직이면 수평, 수직 작업 뿐만 아니라 사용자가 원하는 각도로도 움직일 수도 있는 기특한 녀석이랍니다.

▲ 실제 현장에서의 모습이에요

최초의 전동식 상용 수직다관절 로봇은 스위스의 ASEA(ABB 전신)에서 1973년에 탄생했다고 합니다. 구부러진 파이프 연마 작업에 사용되었다하니 아무래도 구석 구석 꼼꼼히 연마하기 위해 다양한 자세를 취할 수 있는 로봇이 필요했던 모양입니다. 

2. 수평다관절 로봇 AKA SCARA (Horizontal Articulated Robot)  

수직이 있으면 수평도 있을 것 같은데… 있습니다, 수평다관절 로봇! 그렇다면 수평다관절 로봇은 어떻게 생겼을까요? 수직이 아니라.. 수평인데..

바로 이렇게 생겼습니다~!! 수평다관절 로봇의 주요 특징은 평행하게 연결된 1번 관절과 2번 관절입니다. 1번과 2번이 동시에 움직여 평면상에서 좌우로 휘젓듯이 빠르게 움직일 수 있어요. 좌우로만 움직이면 물건을 집어 옮기기 어려워 3번 관절이 위아래로 움직여 물건을 들었다 놨다 합니다.굉장히 작은 물체도 척척 잘 운반해줍니다.

▲ 앱손 수평다관절 로봇의 관절들

▲ 굉장히 작은 물체도 척척 잘 운반해줍니다

수평다관절 로봇의 다른 이름은 그 유명한 스카라(SCARA:Selective Compliance Assembly Robot Arm)입니다.

최초의 스카라 로봇은 수직다관절에 비해 조금 늦은 1978년, 일본 야마나시 대학의 히로세 마키노(Hiroshi Makino) 교수에 의해 발명되었어요. 기존 수직다관절에 비해 컴팩트한 구조와 빠르고 정확하게 작업이 가능한 특징으로 단순 픽앤플레이스(Pick & Place) 작업에 큰 인기를 얻었습니다. 기존 수직 다관절 보다 관절수가 적어 저렴해진 가격도 큰 몫을 했죠. 일본에서 처음 개발되어서 인지 한국에서 프린터 브랜드로 알려진 엡손의 제품이 전세계적으로 가장 많이 팔린다고 하네요.

3. 눈이 어지러운 빠른 속도, 병렬형 로봇

이번에는 병렬형 로봇을 얘기해볼까 해요. 수직, 수평은 익숙한데 병렬이라는 말은 좀 어려워 보이죠? 위에 수직, 수평 다관절 그림과 아래 병렬형 로봇 그림을 한 번 비교해볼게요.

▲ 병렬 로봇의 긴 다리들

혹시 차이점이 느껴지시나요? 수직, 수평 다관절은 로봇이 팔처럼 일직선으로 연결되어 있는데, 병렬형 로봇은 거미처럼 여러 개의 다리가 있고 그 다리들이 끝에서 같이 붙어있는 모양이에요. 어렸을 때 과학시간에 배운 건전지의 직렬 연결, 병렬 연결 기억나시죠?

마찬가지로 팔이 일직선으로 쭉 연결된 수직, 수평 다관절 로봇은 직렬형 로봇, 아래처럼 여러 팔이 여러 각도로 붙어있는 로봇을 병렬형 로봇이라고 해요. 병렬형 로봇 중 가장 많이 팔린 종류가 델타 로봇(Delta Robot)이기 때문에 흔히 델타로봇이라고도 불려요.

델타 로봇은 1980년대 레이몬드 클라벨(Reymond Clavel)이라는 스위스 연방 공과대학 교수가 초콜릿 공장을 방문하고 영감을 얻어 발명되었어요. 이렇게 개발된 델타로봇은 초콜릿 공장에 처음으로 도입되었다고 합니다. 델타 로봇은 기본적으로 잡아주는 다리가 여러 개라서 정밀도가 높고, 가속과 감속 시 성능이 좋아서 빠른 작업 수행이 가능해요. 아마 전시회나 동영상에서 정신없이 움직이는 로봇을 보셨다면 아마 델타 로봇을 보셨을 거에요.

▲ 팬케이크를 옮기는 델타로봇

분당 100개이상 옮겨 담기도 가능하니 아무리 생활의 달인도 경쟁하기 어려울 것 같습니다. 이런 델타로봇도 약점이 있으니 수직다관절 로봇에 비해 작업자세가 제한적이고 보통 천정에 위치해야해 작업 범위가 상대적으로 좁은 편입니다.

4. 만능직교로봇

직교로봇은 직선의 긴 축들을 연결해 해당 축을 따라 상하좌우로 이동합니다. 다른 로봇들에 비해 단순한 형태로 고객 요청에 맞춰 많이 커스텀 제작하기도 하는 편이죠.  좌우로 움직이는 경우 하나의 축만 있으면 되구요. 평면상에서 좌우 그리고 앞뒤로도 움직이려면 두 개의 축을 연결하면 됩니다. 또 여기에 상하이동 작업을 추가하려면 세로 축을 하나 더 연결하는 등 다양하게 커스텀이 가능합니다.

요즘 많이 보급된 3D 프린터가 작은 형태의 직교로봇이라고 생각하시면 됩니다. 실제 산업현장에서는 현장 조건에 따라 크게 제작하여 사용하기도 해요.

▲ 좌우, 앞뒤, 위아래로 움직이는 3축 직교로봇

▲ 무거운 물건도 척척

직교로봇 장점은 현장에 맞게 커스텀 제작이 용이한 점과 긴 축을 이용한 넓은 작업영역입니다. 축이 적으면 그만큼 가격도 저렴해지는 편이죠. 하지만 넓은 거리를 이동하는 만큼 다른 로봇들에 비해 작업속도는 느린 편이랍니다. 이런 직교로봇은 마로솔에서도 찾아보실 수 있어요.

▲ 마이로봇 솔루션 > 유신 취출로봇을 활용한 전자부품 인서트 사출 제작 (myrobotsolution.com)

오늘은 형태에 따른 로봇의 종류와 기본적인 특징에 대해 알아봤는데, 조금 아쉬웠나요?  아쉬웠으면 성공~! 로봇과 자동화에 대한 더 자세한 이야기는 다음편에서 더 드릴게요. 다음 편에서 또 만나요~

▒자료 제공=마이로봇솔루션(https://myrobotsolution.com)