이동여부에 따른 로봇 분류

(1) 로봇 매니퓰레이터

로봇 매니퓰레이터는 사람의 팔과 비슷한 기능을 가진 기계. 즉, 작업의 대상물을 이동시키는 것을 가리키는 말로 각종 로봇에 공통되는 기본 개념이다. 인간이 조작하는 매니퓰레이터, 같은 동작을 자동적으로 반복하는 고정형, 컴퓨터 명령에 따라 여러가지 복잡한 동작을 하는 수치제어형 등 여러 가지이며 급속하게 복잡, 고도화 되어 가고 있다.

산업자동화(Industrial Automation)란 제품을 제조하는데 있어서 설계에서부터 생산의 제어 시스템, 로봇이나 컴퓨터를 이용한 생산설비 등을 조화롭게 사용해 사람이 직접 힘쓸 필요성을 줄여 기계나 컴퓨터에 의해 자동화한 일괄 생산 시스템을 말한다. 넓은 의미로는 컨베이어, 산업용 로봇, 품질검사 장치, 자동 창고, 무인 운송차, 수치 측정 및 제어 공작기계 등과 같이 공정의 일부분이 생산 자동화를 목적으로 사용되기 위해 구성되는 제어 시스템들도 모두 포함 된다. 또한 공장자동화(Factory Automation), 무인공장(Unmanned Factory), 생산자동화 (Production Automation) 등으로 다르게 표현되기도 한다.

1908년 10월 미국 디트로이트의 포드자동차 공장에서 컨베이어 벨트 조립 라인을 도입한 자동차 ‘모델T’가 최초로 생산되었다. 포드 자동차의 창설자인 헨리 포드는 2대 원칙인 ‘1초 이상 걷지 않는다’, ‘결코 몸을 구부리지 않는다’를 채택한 컨베이어 시스템이 처음으로 적용된 것이다. 자동차를 구성하는 여러 부품들이 컨베이어 벨트를 따라 물 흐르듯이 이동하며 쉽고 간편하게 조립되었다. 단순하면서도 높은 생산성으로 대량생산 시대를 열었던 것이다.

포드의 ‘모델T’ 이전까지의 자동차는 장인들에 의해 수공 생산되던 ‘핸드메이드 고가품’이었다면 포드는 대량생산과 생산기술 혁신을 통해 자동차를 공산품으로 생산해냈다. 컨베이어 시스템이 적용된 자동차 대량생산 체제가 산업자동화 시장의 본격적인 시작을 알린 후 자동차를 비롯해 일반기계 산업의용접 등 다양한 분야에서 활용되는 산업용 외팔로봇이 대표적인 공장자동화 시스템으로 점차 확대되었다.

또한, 깨지기 쉽고 무거운 LCD 기판과 수많은 공정이 요구되는 반도체 생산에 필요한 운반 로봇, 제조과정에서 인간의 눈을 대신해 기계에 시각을 부여하여 다양한 분야에서 정밀한 측정과 결함 검사에 활용되는 머신비전, 산업현장의 온도, 충격 등의 환경에 맞게 설계된 맞춤형 컴퓨터인 산업용PC도 산업자동화 시스템의 한 분야이다.

그 외에 온도, 습도, 속도, 각도, 조도 등 해당 정보를 측정해 해독 가능한 신호로 변환하는 역할을 해주는 센서, 디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통해 연산과 같은 특수한 기능 수행을 위해 프로그램 가능한 메모리를 사용하여 여러 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 전자 장치인 PLC(Programmable Logic Controller)도 산업자동화 시스템에 포함된다.

현재 전세계 수요는 여전히 정체되고 있는 가운데 특히 제조업체들의 가격 경쟁이 심화되고 있다. 비용절감을 위해 중국을 비롯한 신흥국으로의 진출도 계속된 임금 상승으로 인하여 채산성 마저 악화되고 있는 상황이다. 이러한 저성장 국면에서의 어려움을 극복하기 위한 대안으로 ‘산업자동화’가 전세계 제조업계의 핵심 화두로 대두되고 있다.

(2) 이동로봇

최근 다양한 작업 환경의 변화에 따른 대처방법으로 이동 로봇에 대한 필요성이 중요시 되고 있다. 로봇 매니퓰레이터는 고정된 위치에서 일정한 범위내의 작업만이 가능하기 때문에 이동하면서 작업을 해야 되는 여러 산업현장에서는 부가적으로 이동 기능 또는 주행 기능이 필요하게 된다.

유도제어 방식에 따라서는 1) 주행면에 설치된 고정경로를 이용하는 고정 경로방식, 2) 주행 경로의 중간 중간에 설치된 위치마크를 인식하면서 움직이는 반 고정 경로방식, 3) 외부 및내부의 센서를 이용해서 임의의 경로를 주행할 수 있는 자유 경로방식으로 분류할 수 있다.

이동로봇의 주행경로를 유도하는 방법으로 고정 경로방식과 반 고정 경로방식이 산업현장에서 많이 사용되고 있다. 전자의 경우는 설치비용이 많이 들고 주행경로의 변경이 곤란하다. 후자의 방법은 설치비용은 적게 들지만 마멸 등에 의해서 주행경로가 손상 받을 우려가 있다.

따라서 주기적인 관리 및 보수가 필요하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 대책으로 주행면에 경로를 설치할 필요가 없고 주행경로에 유연성을 갖는 자유 경로방식의 이동로봇에 대한 연구가 필요하게 된다.

다양한 환경에 따라서 작업이 가능한 이동로봇의 실현을 위해서는 1) 주행제어 기능 2) 위치 및 방향인식 기능 3) 장애물의 인식 기능이 요구된다. 이러한 기능을 만족하는 이동로봇의 개발이 필요하다. 바퀴형 주행방식을 이용한 이동로봇에 대한 연구는 여러 연구가에 의하여 계속적으로 연구되어져 오고 있다.

․ Muir와 Neuman은 여러 가지 형태의 이동로봇에 대한 연구를 체계적으로 전개 ․ Alexander, Maddocks는 이동로봇의 바닥 접촉 시 발생 현상에 대한 연구 활발 ․ Saha, Angeles 등에 의하여 3-바퀴의 2-자유도를 갖는 AGV (automatic guided vehicle) 에 대한 수학적 모델링 ․ 그 외에도 Yamamoto, Samson, Spencer 등에 의하여 이동로봇에 대한 연구가 계속적으로 이루어져오고 있다.

 

제조업계  생존을  위한  ‘중국  Exodus’

ㆍ‘세계의  공장’으로  불리는  중국에서  탈출을  위해  빠져  나오는  기업들이  늘어나고  있다.  비용  절감을  위해  생산시설을  앞다퉈  중국으로  옮겨갔으나  과거와  달리  저비용  생산기지로써의  매력을  상실하기  시작한  것이다.  한국  기업들을  포함해  진출해있던  많은  기업들이  인건비가  더  저렴한  동남아시아로  이탈하거나  미국을  비롯한  선진국들은  자국으로  돌아가는  ‘리쇼어링 (Reshoring)  현상’이  나타나고  있다.

ㆍ중국에  유입된  외국인직접투자(FDI)  추이에서도  이러한  이탈현상을  확인할  수  있다.  글로벌  복합불황이래  2012년  처음으로  중국  FDI가  감소세를  보인  후  계속해서  하락세를  보이고  있다.  중국의  외국기업에  대한  정책  변화  문제도  기여했다고  할  수  있다.  2010년  세제,  고용,  입지  혜택을  없애더니  뒤이어  2011년엔  근로자  사회보장  면제  혜택도  없애며  외자  기업들이  사업하기  쉽지  않은  환경이  된  것이다.

ㆍ중국  엑소더스  현상은  임금  상승으로  인해  생산비용이  꾸준히  증가하면서  중국이  더  이상  ‘세계의  공장’,  저비용  생산기지로써의  매력이  떨어졌다는  점이  주요인  중  하나일  것이다.  실제로  중국의  최저  임금은  불과  5년  만에  두  배  가까이  급증했다.

ㆍ당분간  중국  정부는  정치개혁보다  민생개선을  위한  정책에  따라  임금은  앞으로도  매년  평균  13%이상  인상할  계획인  것으로  파악된다.  이에  따라  중국  보다  아직  임금  수준이  낮다고  알려져  있는  베트남,  필리핀,  말레이시아  등의  신흥국으로  이동하는  경우가  많아졌다.  그러 나  중국뿐만  아니라  ‘제2의  세계  공장’으로  떠오르는  동남아  지역의  인건비  또한  가파르게  상승하고  있으므로  제조업체들의  신흥국으로의  공장  진출은  가까운  미래에  더  이상  해결책 이  되기  어려운  상황에  봉착하게  될  것이다.

ㆍ미국과  독일을  비롯한  선진국들은  소위  ‘리쇼어링(Reshoring)  현상’이  발생하고  있는  바  중국에  나가있던  기업들이  비용,  정책  등을  이유로  다시  본국으로  돌아가는  현상을  말한다. 미국의  스마트폰  업체  애플은  1억달러를  투자해  생산기지  일부를  다시  미국으로  가져올  계획이고,  가전업체  월풀은  소형믹서기  생산라인은  중국  광저우에서  미국  오하이오로  이전하는  것이  대표적인  리쇼어링  사례로  꼽힌다.

ㆍ다만,  성공적인  리쇼어링이  되려면  생산시설의  자동화  즉  공장자동화가  먼저  이루어져야  가능한  것으로  판단된다.  선진국의  여전히  높은  임금  수준과  낮은  유연성을  고려해  볼  때  값비싼  노동력  보다는  로봇이나  기계와  같은  자동화  설비의  채택을  늘려나갈  것으로  예상된 다.  이에  따라  선진국을  중심으로  4차  산업혁명이라고  할  수  있는  ‘인더스트리  4.0’이  필요 한  시점이라는  공감대가  형성되고  있다.

산업용로봇  시장  성장  지속  기대

ㆍ세계로봇연맹(International  Federation  of  Robotics)에  따르면  전  세계  누적  로봇  출하량 은  2008년에  백만대를  이미  넘어섰고  2012년  124만대를  기록했으며  2014년  146만대  이상,  2017년에는  195만대로  2012년부터  연평균  약  10%의  성장을  보일  것으로  전망된다.  전  세계  산업자동화  관련  시장  내에서  가장  빠르게  성장하고  있는  부문이  산업용  로봇인데  향후  중장기적으로도  견조한  성장이  지속적으로  기대된다.  산업용  로봇이  가장  많이  활용되고  있는  산업은  자동차  부문이고  앞으로는  IT  산업에서도  공장자동화를  위한  적극적인  설비  투자 를  위해  로봇  설치  대수가  늘어날  것으로  예상이  된다.  또한  철강,  화학,  음식료  등의  산업 군은  자동화가  아직도  많이  확산되지  못한  것으로  파악되어  로봇이  적용될  부분은  여전히  많이  있을  것으로  판단된다.

ㆍ국가별,  지역별로  자세히  살펴보면  지난해  전  세계  로봇  출하량에서  미국,  중국,  일본,  한국,  독일  5개  국가가  전체의  약  70%를  차지했다.  누적  로봇  공급량  기준으로는  일본이  30만대  이상으로  가장  많은  로봇이  공급되었고  그  다음으로  미국,  독일,  한국,  중국  순으로  많은  공급량을  기록하고  있다.  2014년부터  2017년까지  미국,  독일,  일본,  한국은  연평균  약  5%  정도의  성장이  예상되는  반면  중국은  연평균  26%에  달하는  큰  폭의  성장이  가능할  것으로  전망된다.  이에  따라  중국은  3년  후인  2017년에는  누적  공급량  기준으로  약  40만대  이상의  산업용  로봇이  설치되어  있을  것으로  예상된다.