오늘은 스마트 팩토리 구축에 필수 조건이며 모든 제조업체가 알아야 할 4가지 대표적인 산업용 자동화 로봇의 유형들을 알아봅니다.
제조 현장의 생산성 향상, 숙련공 부족, 인력 수급 부족 및 3D 업종 기피 현상 등의 사유로 제조 현장에서 로봇에 대한 활용도가 증가하고 있습니다.
목차
- 로봇 도입 사유와 도입 시 단점
- 다관절 로봇( Articulated Robot ) [ 또는 협동 로봇 (Collaboration Robot) ]
- 스카라 로봇( SCARA Robot )
- 델타 로봇 ( Delta Robot )
- 직교 로봇 ( Gantry Robot )
그러나 로봇이라는 단어에 대해 중소기업에서는 아직 생소하며, 과다 투자비가 필요하나 정확한 사용 목적이 불투명하여 활용 가치에 대해 의구심이 드는 것이 현실입니다.
더욱이, 로봇을 사용해본 적 없는 소규모 제조업체에서는 로봇 시설이 어떻게 맞을지 상상조차 어려울 수도 있습니다. 로봇 도입 사유와 도입 시 단점, 그리고 다양한 로봇 종류를 알아 봅니다.
로봇 도입 사유
1. 시스템 가용성 및 안정성 향상
2. 수중와 같이 위험하거나 접근하기 어려운 지역에 대한 접근성 증가
3. 더럽고 위험한 작업에서 인간 노동자의 자유 증가
4. 반복적인 작업이 자동화된 시스템으로 전환 될 때 인간의 직무 만족도 증가
5. 작업자 작업 계획, 배포 및 모니터링으로 작업 조건과 작업 교육 할 수 있는 기회 증가
6. 제품이 고객에게 출시되기 전에 문제를 예측하여 잠재적인 문제 방지하는 AI를 통해 제품 안전성 향상
7. 생산성, 출력 또는 속도 향상
8. 오류 제거 및 변동성 감소를 통한 제품 품질 향상
9. 출력 변동 감소로 일관성 및 균등한 성능 증가
10. 인건비 및 비용 감소
로봇 도입 단점
작업자의 일자리 손실은 작업 자동화 도입을 둘러싼 가장 보편적인 우려입니다.
작업 자동화가 일자리를 창출하는 것으로 나타났음에도 불구하고 이러한 두려움은 계속됩니다. 그러나 자동화에는 다른 문제가 있습니다.
1. 로봇 범위를 넘어서는 복잡성 : 제품 제작을 상세화하는 과정이 현재 로봇 기능에 비해 너무 복잡할 수 있습니다. 예를 들어 고급 보석 생산 및 목재 선반이 있습니다.
2. 과도한 연구 비용 : 로봇 전환을 검토하고 계획하는데 자동화로 인한 비용 절감보다 더 많은 비용이 들 수 있습니다.
3. 높은 초기 비용 : 신제품 또는 공장의 자동화는 일반적으로 제품의 단가와 비교할 때 많은 초기 투자가 필요합니다. 이 투자에는 새 시스템을 설정하는데 걸리는 인건비와 시스템을 설정할 때 손실되는 제조 시간이 포함될 수 있습니다. 자동화 비용은 시간이 지남에 따라 여러 제품에 분산되어 있어도 여전히 엄청날 수 있습니다.
4. 작업자 수작업이 오히려 빠른 작업을 수행합니다. : 자동화된 생산 라인을 만드는 것보다 손으로 제품을 생산하는 것이 더 빠를 수 있습니다.
5. 수작업이 저렴한 비용일 수 있습니다 : 자동화가 경제적으로 합당하지않는 비즈니스 사례가 있습니다.
6. 라인 중단 우려 : 자동화된 라인이 다운되면 그 전후의 모든 것이 중단되어 파급되는 문제가 커집니다.
7. 제품 라이프 사이클 : 제품 또는 기술의 수요 또는 사이클이 너무 짧아 제조 자동화가 부적합하지 않을 수 있습니다.
8. 보안 취약성 : 기업과 인터넷에 연결되는 제조 분야의 스마트 장치는 사이버 공격에 점점 더 취약해지고 있습니다.
9. 너무 많은 사용자 지정 : 시스템을 재구성하는 것은 너무 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 로봇은 단순/반복적인 작업을 잘 처리합니다. 오히려 사람이 물건을 만드는 동안 선택하는데 탁월할 수 있습니다.
10. 불확실한 비용 : 해당 프로세스가 완료된 후에만 변환 업무의 범위와 난이도를 평가할 수 있습니다.
1. 다관절 로봇
다관절 로봇은 대부분의 사람이 로봇에 대해 생각할 때 떠오르는 로봇의 유형입니다.
CNC 밀링 머신과 같이 피도물의 회전점 또는 축의 수로 구분될 수 있습니다.
가장 일반적으로 사용되는 것이 6축 관절식 로봇이며, 4축 및 7축(이동 레일 포함)도 포함됩니다.
장점
유연성 : 작업 방식 및 작업 범위는 다관절 로봇이 수평/수직이 아닌 작업 조건에도 적합합니다.
7축 로봇은 피조물 구역에 쉽게 접근하여 장애물을 피해 작업을 하기 쉽습니다.
부품으로 사용되는 밀폐형 조인트와 보호 슬리브 등을 통해 작업 환경이 열악한 (고온, 분진, 다습) 환경에서도 효율이 뛰어납니다.
더불어 모든 표면(바닥, 벽, 천장)에 다관절 로봇을 부착하여 작업이 가능하므로 광범위한 작업 옵션을 발휘합니다.
단점
구동 시 복잡한 운동역학과 자체 중량을 과다하게 보유한 탓에 초고속 작업이 다른 타입의 로봇에 비해 적합하지 않습니다.
또한, 정교한 작업이 필요한 경우에는 고가의 부품이 추가로 필요하여 높은 정밀도를 필요로 하는 작업에는 적합하지 않습니다.
2. 스카라 로봇
SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm)는 두 개의 평행한 평면 (예 : 부품 상자에서 컨베이어 벨트로 부품을 이동) 사이에서 작업을 수행하는데 최적화된 로봇입니다.
장점
비용적으로 상대적으로 저렴하며, 수직 강성(스프링)으로 바인딩없이 부품을 삽입하는 수직 조립 작업에 탁월합니다.
반도체 웨이퍼 및 칩, 그리고 소형 Glass Module 등 주로 10kg 이하의 작업물을 취급하며, 바이오 분야 등에는 Clean Class 1 이하의 크린룸 패키지에 스카라 로봇이 사용되고 있습니다.
즉, SCARA 로봇은 가볍고 설치 공간이 작으므로 복잡한 공간에서 사용하기에 이상적입니다. 또한 사이클 타임이 매우 빠릅니다.
단점
특정 응용 분야에 특화된 고정형 스윙 암 설계로 작업 반경 내, 지그 또는 설비 같은 물체 내부에서만 작업하는 공간적 제한이 있습니다.
3. 델타 로봇
"스파이더 로봇"이라고도 하는 델타 로봇은 3개의 베이스에 장착된 모터를 사용하여 암을 작동시킵니다.
기본적으로 델타 로봇은 3축이지만 4축 또는 6축 모델로 제작 사용이 가능합니다.
장점
각 관절 대신 고정식 베이스에 엑츄에이터를 장착하거나 고정식 베이스에 작업 영역을 가까이 배치하면 암이 매우 가벼워질 수 있습니다.
따라서 빨리 이동할 수 있어 초고속 가능이 작업이 가능해집니다.
단점
SCARA 장치는 베이스의 반경을 작업 범위로 설정할 수 있으나, 델타 로봇의 도달 범위는 일반적으로 관절이 작업 범위의 직경으로 한정됩니다
다시말해 작업 피도물의 작업 거리가 1,000mm 일 때 스카라 유닛의 도달 거리는 500mm로 가능하나 델타 로봇은 1,000mm의 관절이 필요합니다.
4. 직교 로봇
직교 로봇은 일반적으로 특정 응용 분야에 맞게 조립된 3개 이상의 선형 액추에이터로 구성됩니다
작업 공간 위에 배치된 직교 로봇은 광범위한 바닥 공간을 수용할 수 있도록 설치하여, 모든 공작물 크기에 작업이 쉽도록 작업 반경을 설정할 수 있습니다
장점
직선운동을 기본으로 하므로 각 운동방향으로 운동이 기구학적으로나 동력학적으로 모두 완전히 독립되어 있습니다.
즉, 맞춤형 직교 로봇으로 시스템의 복잡성을 최소화하며, 조작이 쉬우며, 비용이 상대적으로 적게 들어갑니다.
더불어, 더 큰 중량물을 작업하기 위해 다른 로봇 (다관절 로봇)과 통합 시스템을 구축할 수 있습니다.
또한, 소규모 제조 업체의 주문 사양에 따라 설계 및 사양을 다양하게 구현할 수 있습니다.
단점
피도물의 접근성이 떨어져 작업 방식이 단순하며, 작업 공간 활용도가 떨어집니다.
노출형 슬라이딩 메커니즘을 기본으로 구현되기 때문에 주위 환경이 열악한 경우 (분진, 습기) 적합하지 않습니다.
결론
기본 설비 구매 후 내부 직원으로 직접 구현하거나 전문 제작 업체에 위탁하여 시스템을 구축하거나 관계없이 다양한 로봇을 연구하여 최고의 선택을 하는 것이 중요합니다.
다양한 로봇의 유형, 특성 및 기능을 충분히 숙지하여 올바른 사양을 선택하고 시스템을 통합 관리하는것이 중요한 스마트 팩토리 구축의 첫 단추를 끼우는 것입니다.
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