제조 관련 로봇 시장이 성장하고 있다. 2020년에는 243억 5천만 달러로 평가되었으며 2026년에는 528억 5천만 달러에 이를 것이다. 

산업용 로봇에 대한 수요가 제조업, 의료, 군사 및 기타 산업 현장에서 그렇게 많이 증가한 이유는 무엇일까? 향상된 작업 품질과 노동 안전, 그리고 더 빠른 성과 등이 주요 원인이다.

산업용 로봇의 주요 동향과 미래 전망에 대하여 알아보자.

산업 로봇 동향

코보틱(Cobotics)

컴퓨터 비전과 기계 학습이 운영시스템에 적용되면서 로봇은 한때 사람이 주로 맡아 했던 일을 대신할 수 있게 되었다.

예를 들어, IoT 기술, 특히 센서가 코봇에 장착되면 신경망과 다른 기계 학습 모델을 사용하여 물건을 집어 들고 다루도록 프로그래밍할 수 있다. 기존의 산업용 로봇은 미리 정해진 위치 결정 및 궤적검색을 제공하는 경우에만 이 작업을 수행할 수 있다.

차세대 로봇들은 3D 비젼과 레이저 삼각망을 사용하여 고정되지 않은 위치에서도 물건을 집어 올릴 수 있다. 더욱이, 기계 학습 알고리즘의 지속적이고 반복적인 개선으로 더 많은 개체를 집어 올릴수록 해당 개체를 다루는 데 더 능숙해진다.

형체가 부드러운 물건은 여전히 산업용 로봇이 다루는데 아직 해결해야 할 과제가 일부 남아있기는 하지만, 기술 혁신이 빠르게 일어나고 있다. 최신 툴링 혁신으로 센서와 공압 또는 진공 기반 작동 기술을 사용하여 피킹 기능과 감도가 향상되었다.

공간 인식 및 네비게이션 기능도 성숙해짐에 따라 산업용 로봇은 전문화된 공장 및 창고 환경이 아닌 일반 환경에서도 사람과 함께 안전하게 작업할 돌파구를 마련할 준비가 되어있다. 대부분의 코봇 모델은 상호 작용하는 방식에 제약이 있기 때문에 현재 협업을 수행할 수 있지만 효율적이지는 않다.

그러나 인공지능으로 로봇들이 주변의 환경을 지도화할 수 있게 되면서 상황이 바꾸기 시작했다. A 지점에서 B 지점으로 가는 도중에 충돌 위험을 발견하면 최적 경로를 따라 효율적으로 횡단하면서 그러한 장애물을 피하기 위해 스스로 경로를 변경할 수 있다.

인간과 공유하는 환경에서 작업할 때 AI가 탑재된 코봇은 작업을 수행하면서 인간의 능력과 속도에 맞는 최적의 상태와 안전한 상태로 전환할 수 있게 된다.

이러한 기능을 갖춘 코봇이 이미 창고, 병원 및 공장에서 물품을 운반하고 있으며 중장비 청소, 창고와 재고 관리 보조, 위험한 환경에서의 작업 수행 등에 사용되고 있다.

로봇 디파레타이제이션

이미 알고 있듯이, 코봇은 사람과 로봇의 공동 작업 환경에 이상적이며 광범위한 작업에 적응할 수 있다. 그러나 한 가지 작업을 정밀하고 효율적으로 수행해야 하는 경우에도 산업용 로봇, AI, 3D 컴퓨터 비전의 통합하여 기능과 역할을 바꿀 수 있다.

제조 또는 생산 작업이 있는 곳이면 어디든 팔레트에서 물건이 들어 있는 상자를 디파레타이징(분리)해야 한다. 이 작업을 수행하기 위해 과거 수년 동안 지금까지 기계 설비를 배치했다. 그러나 그 기계들은 단지 팔레트에서 상자를 분리하기만 하므로 운반자가 그것들을 하나씩 컨베이어로 옮겨야 한다.

로봇이 상자를 하나 하나 디팔레타이징하려면 이미지 분석과 기계 학습의 조합에 의해 지원되어야 한다. 슬로바키아의 로봇 지능 벤더 포토네오 디팔레타이저는 시간당 1,000건의 비율로 개별 상자를 팔레트에서 내릴 수 있다.

이 시스템은 컨볼루션 신경망을 사용하여 3D 비쥬얼 데이터와 물리적으로 상자 질감을 분석하여 팔레트에서 상자를 내려 필요한 곳으로 직접 운반한다. 바닥 공간이나 컨베이어 시스템에 물건을 놓을 수 있고, 최대 50 킬로그램의 무게까지 들어올릴 수 있어, 작업자들이 들어올리고 구부릴 때 발생할 수 있는 부상의 위험으로부터 구할 수 있다. 물론, 이 로봇은 휴식이 필요 없이 멈추지 않고 작업을 수행한다.

특수 이펙터 제조업체의 시장 진출 지원

이펙터는 로봇 암의 끝에 있는 물건을 피킹하는데 사용되는 도구이다. 산업용 로봇이 다양한 작업에 적응하기 위해서는 설계상 다양한 이펙터를 수용하고 작업할 수 있어야 한다.

툴 공급업체들은 이를 인식하고 신속한 툴링 전환이 가능하도록 로봇을 제작하고 있으며, 로봇 전문 제조업체는 수백 개의 특수 애플리케이션용 이펙터를 개발하고 있다.

이펙터 툴 예시

• 절단, 성형, 드릴링 및 버 제거 공구

• 용접 토치

• 스프레이건

• 충돌 센서

• 그립퍼

특히 중소기업을 중심으로 산업용 로봇 구현에 대한 관심이 높아짐에 따라 로봇 제조업체와 툴 공급업체들 간의 경쟁은 의심할 여지 없이 계속 커질 것이다. 실제로 서플라이 체인 다이브의 보고서에 따르면, 국제 로봇 연맹은 2020년 동안 로봇 유닛의 판매가 10% 이상 증가하여 많은 신규 제조업체와 툴 공급업체들의 시장 진출을 잠재적으로 자극할 것으로 예상하였다.

제조업 전반의 산업용 로봇에 대한 미래는 어떻게 보고 있는가?

사람들과 공감할 수 있는 특징을 가진 로봇은 이미 협업 환경에서 생각보다 더 쉽게 받아들여지고 았는 것으로 나타났다.

Rethink Robotics의 제품인 협동로봇 Sawyer와 Baxter는 표정이 풍부한 눈과 팔 움직임의 방향으로 돌아가는 머리 같은 화면을 가지고 있다. 사람들이 무의식적으로 코봇의 머리 움직임을 알아차리기 때문에 사람들에게 그러한 로봇들과 함께 일하는 때 더 편안함을 느끼게 해주며, 다음 팔의 움직임을 예측하여 놀라움을 줄여준다.

이와 같은 미묘함은 아마도 차세대 산업용 로봇에도 반영될 것이다. 또한 많은 로봇들이 동시에 여러 개의 작업을 수행할 수 있도록 단일 또는 독립적으로 작동할 수 있는 단일 팔이 아닌 여러 개의 팔이 장착될 것이다.

공장 웨어하우스에서 활동

이동성 역시 산업용 로봇의 주류가 되어 로봇의 일반적 특성이 될 가능성이 높다. 모바일 로봇을 기계가 제품과 재료를 생산하는 동안 부품을 운반하기 위해 이동하는 것 외에는 다른 역할을 거의 할 수 없는 것으로 보는 경향이 있다.

머지않아 이러한 로봇의 기능은 보다 효율적으로 융합되어 물류 환경과 창고에서 마음대로 이동할 수 있게 될 것이다. 이 로봇은 물류 담당 근로자가 일하는 것과 동일한 방식으로 혼합적으로 제품을 선택하고 포장할 수 있다. 물론 사람 보다 더 빠른 속도와 정확성 그리고 효율성이 더 높아야만 한다.

생산현장 주변에서

창고에서 활동하는 로봇과 유사한 로봇을 공장에 배치할 수 있는데 필요에 따라 작업에 따라 배치 및 다른 곳으로의 배치가 가능하며 필요에 따라 팔 끝의(end-of-arm) 툴을 즉시 교체할 수 있다. 이 로봇들은 네비게이션을 사용 필요한 장소로 이동하여 대형 구조물을 조립하고, 기계를 싣고 내리거나, 부품과 장비를 한 곳에서 다른 곳으로 운반한다.

로봇의 이동성은 바닥이 평평한 수평면으로 제한될 것이라 확신하는 것은 위험하다. 소형 로봇과 드론 기술을 융합해 공장이나 창고 시설에서 부품 선반 등 내 외부 수직공간도 오가며 물건을 탐색할 수 있는 소형 로봇을 사용할 수 있게 된다. 안전상 위험한 지역의 점검 작업이나 가벼운 수리 또는 유지 보수 작업에 매우 효율적으로 활약할 것이다.

산업용 로봇의 기술이 매년 발전하면서 사용이 증가하고 있다.  제조업의 판도를 새롭게 바꿀 수 있는 추세를 신중하게 인식하고 장단기적으로 경쟁 우위를 확보하기 위한 로봇 활용 전략이 필요하다.

출처 : manufacturingdigital​