로봇용 스마트 정밀모터 기술력 가진 전자부품연구원
“다양한 종류의 로봇용 모터 국산화로 ‘속이 알찬’ 로봇 기대한다!”
휴머노이드 로봇에 사용되는 로봇용 전기식 모터(이하 로봇용 모터)는 전체 시스템의 60~70%를 차지하는 구동 모듈의 핵심적 부품이다. 결국 모터 없이는 로봇 하드웨어를 구현할 수 없다는 뜻이다. 이러한 로봇용 모터를 연구·개발하는 전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터가 올해 ‘로봇용 스마트 액추에이터 및 핵심부품 상용화 기술개발’ 사업을 마무리한다. 전체 48종의 로봇용 스마트 정밀모터와 16종의 감속기를 시리즈화하면서 국산 로봇용 모터의 가능성을 보여준 이들에게서 국내 로봇용 모터의 향후 발전에 대해 들어보았다.
전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터에 대한 소개를 부탁한다.
지능메카트로닉스연구센터는 1990년대 후반에 산업용 BLDC 모터 개발을 시작으로 로봇, 자동차, 가전, 정보기기 등 다양한 산업 분야에서 요구하는 액추에이터와 모터 등의 핵심 구동부품을 연구·개발하고 있다.
지능메카트로닉스연구센터에서 개발하는 로봇 구동부품의 최초 개발시기와 개발 동기는.
2001년에 정부(지식경제부) 주도의 차세대 신기술 개발사업 ‘퍼스널로봇 기반기술개발’이 진행됐고, 그 안에서 ‘퍼스널로봇용 메커니즘 및 핵심부품 개발’ 과제로 로봇에 필요한 정밀모터를 개발하기 시작했다. 이 사업이 로봇용 모터 개발의 시발점이 됐다.
범용 모터를 개발하면서 로봇용 모터를 따로 개발한 이유는.
범용 모터를 사용하는 로봇도 있다. 하지만 가전, 자동차에 사용되는 모터를 로봇에 쓰기에는 부적합한 부분들이 많다.
예를 들어 로봇 암(Arm)이나 핑거(Finger)에 들어가는 모터는 아주 작고 가벼워야하며 로봇의 움직임을 최적화할 수 있는 특성을 가져야 된다. 이런 점들을 특화시켜 로봇용 모터를 개발한 것이다.
센터에서 현재 개발하고 있는 모터 중, 로봇용 모터의 비중은 어떻게 되나.
최근 들어 국가성장동력 산업 분야인 로봇산업을 포함하여 에너지절감 및 친환경산업 분야에 대한 관심이 고조되고 있다.
이러한 분야의 핵심적 기술 중에 하나인 모터 및 인버터 기술을 기반으로 로봇, 자동차, 가전, 신재생 분야 등으로의 활용기술을 집중적으로 연구하고 있으며, 이중 로봇 분야와 관련한 기술개발 비중은 30% 정도의 큰 비중을 두고 있다.
산업용 로봇과 서비스 로봇에 적용되는 모터가 다른가.
반도체 및 자동차 제조용 로봇 등을 위주로 하는 산업용 로봇은 아무래도 고정밀도를 요하고 용량이 다소 큰 서보모터들이 주를 이룬다.
산업용 로봇에 들어가는 정밀 서보모터시장은 일본, 미국, 독일 등의 회사들이 국내를 포함하여 전 세계 시장을 점유하고 있다.
반면, 서비스 로봇용 모터는 산업용 로봇에 비해서 작은 사이즈의 다양한 용도의 제품을 요구하고 있다. 청소로봇, 교육용 로봇, 개인지원 로봇 등 다양한 종류의 로봇시장이 생겨나면서 거기에 들어가는 모터들 또한 단순 구동이 아닌 기능성을 극대화시킨, 그리고 다양화된 제품들이 요구되고 있다.
지능메카트로닉스연구센터의 로봇용 모터는 산업용 로봇과 서비스 로봇 중에 어느 로봇에 특화돼 있나.
많은 부분 서비스 로봇에 맞춰져 있지만 산업용에 들어갈 수 있는 출력급의 모터 또한 개발이 진행되고 있다. 2000년 들어서 서비스 로봇 시장이 가시화되면서 정부에서는 서비스 로봇에 대한 지속적인 육성정책을 펼치고 있고, 최근에는 로봇 부품에 대한 지원이 강화되고 있다. 전자부품연구원에서도 이와 관련된 로봇용 모터, 감속기 및 제어기를 개발하고 있다.
현재 로봇용 모터 개발의 진행상황은.
앞서 언급한대로 로봇용 모터 개발을 위한 차세대신기술개발사업을 3년 동안 수행했으며, 2007년에 지식경제부 신산업융합원천기술개발사업으로 ‘로봇용 스마트 액추에이터 및 핵심부품 상용화 기술개발’ 사업을 진행 중에 있다. 이는 5년 동안 진행된 사업으로 올해 마무리된다.
현재 국내 로봇 관련기업들은 고가의 외산 모터를 대부분 수입해서 사용하고 있다. 특히 스위스의 Maxon motor사는 아주 작은 사이즈의 모터부터 다양한 크기, 출력을 갖는 모터를 시리즈화하여 제품화하고 있으므로 구매자가 필요한 모터를 선택적으로 구매할 수 있도록 하고 있다. 그러나 국내에서 생산되는 제품현황은 상당히 열약한 상태로써 우선적으로 다양한 사양의 국산화 제품개발이 시급한 상황이다. 이러한 이유로 당 사업을 진행하게 되었으며, 전체 48종의 로봇용 정밀모터와 16종의 감속기를 시리즈화해서 개발했다. 제품들은 현재 로봇기업이나 관련기관들에게 보내져 유용성을 검증 중에 있다.
‘로봇용 다자유도 스마트 액추에이터 기술개발’ 사업이 올해가 마지막인데, 지금까지의 성과는 어떤가.
처음 3년 동안은 1단계 기술확보 단계로서 고출력밀도화를 위한 설계기술을 확립하는 단계였으며, 작년과 올해를 포함한 나머지 2년은 2단계 사업으로서, 현재 양산화 공정기술 확보를 위한 기술개발이 진행 중이다. 사업화 성과측면에서는 우선적으로 상용화 완성도가 빠르게 진행된 유성감속기가 매출 20억 정도, 그리고 마그네틱 센서가 10억 정도의 매출을 창출했다.
지능메카트로닉스연구센터의 로봇용 모터 개발은 앞으로 어떻게 진행되는 건가.
연구원에서는 제품개발을 위한 설계 등의 핵심적 기술개발을 수행했으며, 참여기업인 키네모숀, 에스피지, 엘에스메카피온 및 로보테크에서는 제작 및 생산공정 기술개발을 수행하고 있다. 본 기술개발 건은 우선적으로 참여기관에서 사업화 방안을 모색하고 있으며, 수요처가 샘플을 요구할 경우 빠른 시일 내에 공급이 가능한 상황이다.
로봇용 모터의 설계 및 제어기술이 필요한 회사라면 기술이전 등을 통한 대응이 가능하며, 개발된 모터 제품이 필요한 로봇기업에게는 사업성을 판단하여 샘플을 제공할 예정이다. 또한 정기적인 기술이전 설명회를 개최해 로봇기업들에게 이 분야에 대한 지속적인 홍보를 통하여 단계적으로 국산화율을 높여갈 것이다.
최근 로봇용 모터 기술은 어느 정도까지 성장한 것인지.
로봇 시스템 트렌드에 맞게 로봇용 모터 기술도 점점 발전해 가고 있다. 일례로 1986년에 혼다사에서 휴머노이드 로봇인 ASIMO의 기본 프레임을 처음 개발했을 때, 로봇의 크기는 128㎝이고 무게는 72㎏이었다. 최근에 발표된 ASIMO는 인간과 비슷한 형상을 가지고 있으면서 크기는 120㎝이고 무게가 52㎏이다. 개발단계에서는 실용적 구동부품 기반이 없었으므로 로봇의 무게 및 사이즈가 방대했으나 지금은 구동모터, 감속기 및 제어모듈 등의 소형·고기능화 기술 확보로 현재의 ASIMO가 탄생되었다고 생각된다. 이와 같이 구동모터의 고출력밀도화 및 고기능화 기술은 로봇 전체 시스템의 성능 및 기능성을 좌우하는 핵심적 지표로써 작용한다고 생각한다. 한편, 일반적으로 모터라고하면 동그란 모양을 생각하게 되는데, 다양한 로봇들이 개발되면서 그에 맞는 구동모듈 또한 다양한 형상 및 기능구현이 가능한 액추에이터 개념으로 개발되고 있다.
로봇용 모터의 해외 개발동향은 어떤가.
로봇기술의 선도국인 일본, 미국, 유럽 등은 로봇 시스템에 특화된 구동부품 개발을 일찍부터 시작했다. 특히 일본의 경우 혼다사의 ASIMO나 소니사의 SDR 엔터테인먼트 로봇 등에 들어가는 모터는 시스템에 최적화 될 수 있도록 동시적으로 개발되면서 독창성 있는 기술력을 키운 것으로 알고 있다.
이와는 반대로 스위스의 Maxon motor사는 모터를 로봇 시스템 차원에서 고민한 것이 아니라 부품 차원에서 고민을 했다. 여러 종류의 다양한 제품군을 개발해 놓으면 로봇기업들이 그들 제품에 맞는 모터를 사용할 것이라고 생각한 것이다. 이 회사는 이러한 접근으로 독자적인 권선기술 및 제조기술을 활용하여 동일한 사이즈에서도 보다 높은 출력을 낼 수 있는 외경 50mm 이하급을 주력으로 고출력밀도형 정밀모터를 다양하게 제품화했다. 또한, 화성 탐사로봇에 이 회사의 모터가 적용됐는데, 그만큼 제품의 높은 신뢰성을 보이고 있다. 로봇기업들은 Maxon motor사의 제품을 사용하면서 로봇의 설계 자유도를 높이고 있으며, 어떻게 보면 주객이 전도될 만큼 높은 시장점유율을 보이고 있다. 이 회사의 제품이 고가임에도 불구하고 잘 팔리는 이유는 바로 모터 시장에서 그들만의 제품 전략과 기술력으로 경쟁력을 키워왔기 때문이다.
우리나라의 로봇용 모터 기술 개발 수준은 어떠한가.
아직은 다른 나라에 비해서 기술력이 부족한 상황이지만 기반기술은 어느 정도 확보되어 있다고 본다. 여기에 성숙단계로 진입하기 위해서는 모터관련 전문기업들의 지속적인 투자와 기술개발이 병행되어야 할 것이다.
국내 로봇시장은 계속적으로 성장하고 있고 그만큼 요구되는 모터 수요는 지속적으로 늘어날 것이며, 거기에 맞추어 로봇 시스템 산업경쟁력을 확고히 할 수 있는 고신뢰성의 로봇용 모터들이 개발, 제품화되어야 할 것이다.
국내 로봇용 모터 시장의 문제점은 무엇이라고 보는지.
국내 로봇산업은 시스템 위주로 개발이 시작되어 왔으며, 로봇에 들어가는 모터 등의 기반성 부품들은 그다지 고민하지 않았다. 따라서 로봇용 모터의 산업성장은 깊숙하게 자리 잡지 못했으며 관련 기업 또한 상당히 영세한 수준이다. 모터는 장치산업으로서 제품화하기 위해서는 개발비부터 생산 장비에 이르기까지 적지 않은 비용이 필요하다. 성숙되어 있지 않은 로봇시장을 목표로 기업이 선뜻 투자를 하기는 힘들며 이 또한 국내 로봇용 모터 산업성장이 커오지 못한 이유 중의 하나일 것이다. 그러나 Maxon motor와 같은 세계적인 기업이 하루아침에 출현한 것은 아니다. 앞으로 펼쳐질 로봇시장을 생각한다면 경쟁력을 가지고 갈 수 있는 전략적 시장군을 발굴하여, 지속적인 투자와 제품개발을 게을리 하면 안 될 것이다.
국내에서 서비스 로봇용 모터 시장이라고 한다면 아직까지는 청소로봇을 들 수 밖에는 없을 것이다. 청소로봇 시장은 그나마 제품수 또는 매출 대수가 잡혀 있어 정확한 통계 수치가 나와 있지만 나머지 분야들은 다양하게 로봇제품이 개발되고 있으므로 로봇 모터의 사용규모는 가늠하기가 쉽지 않다. 다시 말하면, 서비스 로봇용 모터 시장은 그만큼 특화된 소량다품종의 시장창출이 이루어 질 수 있는 분야라고 생각한다.
국내 로봇용 모터의 발전 가능성은.
로봇 전문가들은 앞으로 15년 이내에 가정마다 로봇을 한 대씩 두고 살 것이라고 말하고 있다. 그런데 이는 터무니없는 말이 아니다. 휴대폰 산업을 예로 들면, 1983년에 모토로라에서 처음으로 모바일 폰을 선보인지 10년 남짓하여 현재 휴대폰 사이즈인 제품들이 쏟아져 나왔으며 이제는 휴대전화로 인터넷도 할 수 있는 스마트폰 시대가 열렸다. 로봇산업도 마찬가지로 이 단계를 밟고 있다고 생각한다. 컴퓨터, 휴대폰 산업처럼 1가구 1로봇 시대를 거쳐 1인 1로봇 시대가 머지않아 도래 할 것이다. 로봇의 움직임을 구현하는 것은 결국 모터로서 이것 없이는 로봇 하드웨어를 구현할 수 없다. 로봇 시장이 성숙단계에 들어서면 자동차, 컴퓨터용 부품처럼 로봇용 모터 시장은 방대 해질 것이며, 그 견인차 또한 로봇용 모터가 대변할 것이다.
로봇용 모터가 발전하기 위해서 한국은 어떤 노력이 필요하다고 보는지.
현재 청소로봇, 교육용 로봇 등 일부 서비스 로봇기술과 시장이 성장단계에 들어서고 있지만 아직까지 로봇제품에 들어가는 모터는 외산이 대부분이다. 정부에서는 이런 산업적 중요성을 인지하여 모터와 같은 핵심적 로봇 부품산업 육성에 지속적인 기술개발 투자를 해주어야 할 것이며, 이와 함께 영향력 있는 로봇 기업들이 나서서 국산 로봇용 모터의 붐을 일으켜줘야 한다. 또한, 모터 관련기업에서는 과거 범용적이고 획일적인 대량 생산성 제품에 치중하지 말고 로봇시장을 선도할 수 있는 고부가가치성 모터 기술 및 제품 확보에 노력을 지속해야 할 것이다.
로봇용 모터와 관련해 앞으로 전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터의 목표는.
국내 정밀모터 기술분야를 선도하고 있는 전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터는 국내 중소기업의 기술육성이라는 미션을 가지고 기업과의 공동기술개발 및 기술이전을 지속적으로 수행하고 있다. 꾸준히 성장하고 있는 다양한 로봇시장에서 국내 로봇용 구동부품이 산업경쟁력을 확보할 수 있도록 기술개발 분야를 다양화하고 전문화시킬 것이며, 이를 통한 국내 로봇용 모터 기술자립화에 기여할 것이다.
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