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[전문가 기고] 도시바기계가 제안한 6가지 차세대 로봇기술 2019 도시바기계 솔루션페어를 다녀와서 정대상 기자입력 2019-06-27 10:09:24

도시바기계그룹이 개최하는 솔루션페어는 매년 도시바기계그룹의 핵심 기술과 차세대 제조산업을 견인할 신기술이 함께 선보여지는 자리이다. 올해 또한 도시바기계그룹 고유의 기술력이 담긴 제품 및 데모가 다수 공개됐다. 본지에서는 도시바기계그룹 로봇 부문 국내 파트너사인 엑트엔지니어링(주) 최영수 대표이사의 도움을 받아 솔루션페어의 핵심 로봇기술들을 소개한다. 

 

도시바기계그룹 솔루션페어 로봇 데모 시연 현장(사진. 엑트엔지니어링)
 

시바기계그룹이 연례 전시회 중 가장 심혈을 기울이는 전시회가 바로 ‘솔루션페어(Solution Fair)’이다. 이 전시회는 도시바기계그룹의 누마즈공장과 고텐바공장에서 이뤄지며, 솔루션페어 기간 중에는 미시마 역, 누마즈공장, 고텐마공장의 모든 구간에 무료셔틀버스가 운행된다.


매년 대략 6,000명의 관람객이 참관을 하는데 도시바기계그룹의 기술 발전 트렌드와 신제품 발표, 신기술 세미나를 보기 위해서 해외에서도 상당수의 인원이 참관한다. 올해는 로봇의 경우 THE600, TS5000 등의 신제품이 소개됐고, 이전의 IOT+M을 대폭 확대시켜 거의 일반화가 가능하도록 진화시킨 ‘머신넷(MachineNet)’을 발표했다. 또한 도시바기계그룹은 종합 기계 메이커의 명성에 어울리게 이전부터 굳건하게 시장을 지키고 있는 초대형 공작기계 마더머신(Mother Machine)을 비롯해 수평형 MCT, 수직형 선반, 전동사출기, 다이캐스팅, 유압기기, 주물공정 등을 보여줬고, 이들 장비의 자동화 관련 기술을 시연했다. 

 

세계 각국에서 모인 참관객들이 도시바기계그룹의 역사를 살펴보고 있다(사진. 엑트엔지니어링).


아직은 외부에 잘 알려지지 않은 내용이지만 도시바기계그룹이 금속 3D프린터(Metal 3D Printer) 분야에 대한 세계적인 기술을 보유하고 있다는 사실도 이번 솔루션페어를 통해 알 수 있었다. 동사의 금속 3D프린터 장비는 전시회에 출품하는 경우도 드물기 때문에 솔루션페어를 통해서만 관람할 수 있는 장비이기도 하다. 일반적으로 금속 3D프린터는 여타 플라스틱 3D프린터 제품들처럼 제조 속도가 문제인데, 도시바기계그룹의 제품은 여타 3D프린터 대비 더욱 고속으로 다양한 형태를 적층할 수 있고, 특히 수평축으로도 프린팅이 가능해 참관객들의 시선을 모았다.  
한편 2019년 도시바기계그룹 제어사업부는 이번 솔루션페어에서 대략 6가지의 주제를 선보였다.  
 
다양한 형태의 협동로봇
이번 솔루션페어에서 도시바기계그룹은 3대의 협동로봇을 출품했는데, 각각 양팔 스카라 형태, 양팔 6축 다관절 형태, 양팔 6축 다관절+허리 축 형태로 구성됐다. 일반적인 협동로봇 대비 2배의 가반중량을 핸들링할 수 있도록 설계했기 때문에 다소 둔탁한 외형으로 디자인됐다. 도시바기계그룹은 향후 다양한 의견을 수렴하고, 협동로봇의 사용 현장을 면밀히 모니터링함으로써 디자인과 기능을 개선해나갈 예정이다. 
전시된 협동로봇의 프로그래밍은 기존의 사용 언어 방식에서 탈피해 블록을 조립하는 형태의 UI만으로도 로봇을 프로그램할 수 있도록 했다. 이에 따라 티칭의 편리함에 더해 프로그램의 직관성까지 확보했다. 마치 최근 초등학교에서 코딩을 교육하듯이 프로그래밍을 할 수 있어 로봇에 쉽게 접근할 수 있다. 

 

도시바기계그룹은 다양한 형태의 협동로봇 데모를 선보였다(사진. 엑트엔지니어링).

 

신형 스카라 로봇 ‘THE600’
최근 소형 제조용 로봇 시장이 양분되고 있는데, 기존 생산라인의 생산성 및 신뢰성을 높이는 시장과 사람과 로봇이 함께 작업하는 시장이 바로 그것이다. 
생산 현장의 인프라가 충분히 갖춰져 있지 않은 현 시점에서 단위시간당 생산량은 중요한 요소이다. 단위시간당 생산량은 제품의 생산 단가에 큰 영향을 주고, 임금과 관련해 기업의 존립 자체를 좌우할 수도 있는 핵심항목이다. 단위시간당 생산량을 높이거나, 또는 사람과 같은 수준의 정밀함은 아직까지 협동로봇으로 대응하기 어려운 분야가 많기 때문에 도시바기계그룹은 지속적으로 제조 현장의 요구에 적합한 로봇을 출시하고 있다.  
도시바기계그룹의 스카라 로봇 중 전자부품 고속 핸들링용으로 개발됐던 모델이 시장에서 호평을 받으면서 더 긴 암 길이를 지닌 로봇에 대한 요구가 생겼다. 이에 도시바기계그룹은 롱 암 타입의 THL시리즈를 보유하고 있음에도 불구하고 암 리치뿐만 아니라 기존 스카라 로봇의 장점을 강화하고 고속·고정도·고가성비의 수요를 충족시킬 수 있는 THE600을 출시했다. 


사이클 타임이 0.45초였던 기존 THL시리즈와 달리 THE600은 대략 0.34초의 고속 사이클 타임을 자랑한다. 수치상으로는 0.11초 빨라진 것에 불과하지만 실제 사용 시 체감 상이클 타임은 대략 2배가량 빠른 느낌이었다. 생산성은 가격과 더불어 로봇 구매 결정 요소 중 중요한 항목이다. THE600은 사이클 타임의 개선을 통해 가격과 생산성의 두 마리 토끼를 동시에 잡은 모델이다. 
THE600의 고속 동작을 위해 도시바기계그룹은 1번 축 강성을 보강하는 등 하드웨어의 재설계를 단행했고, TS5000 신형 제어기를 채용해 속도와 정도를 높였다. 이 시리즈는 고가성비, 고강성, 고속의 요구에 부합되며, 도시바기계그룹은 지속적으로 새로운 라인업을 발표할 예정이다. 

 

TS5000 컨트롤러가 적용된 THE600(사진. 엑트엔지니어링)

 

확장된 네트워크 콘셉트 ‘머신넷(Machine Net)’
도시바기계그룹의 이전 네트워크 콘셉트(NETWORK Concerpt)는 IoT 기술과 기계(Machine)를 결합하는 IOT+M이었다. 올해 솔루션페어에서는 이 개념을 보다 확장해 일반적인 기계와 네트워킹의 의미로서 머신넷을 발표했다. 머신넷은 각각의 장비에 대한 IoT 또는 어떤 형태로든 통신이 가능한 솔루션을 제공하고, 통신의 부하 절감을 위해서 데이터를 압축해 저장 또는 전송하는 기술을 탑재한다. 각각의 단위사업장에서 취합된 데이터를 분석하기 위해 별도의 분석 장비를 두는 것은 비효율적이므로 도시바기계그룹의 클라우드 서버에 취합된 데이터를 전송하고, 이를 분석해 각 장비의 가동 상태, 사전 보전, 제품의 양불 가능성 등을 미리 파악할 수 있도록 하는 데이터 분석 기술을 포함한다. 특히 도시바기계그룹은 종합 기계 메이커로서 대형 공작기계, 사출기, 압출기, 로봇, 리니어모터, 나노가공기 등 다양한 장비의 빅데이터를 수년 전부터 인공지능 기술을 이용해 분석해왔으며, 이에 따라 데이터 분석 분야에서도 탁월한 기술을 보유하고있다. 
IoT를 이용해 빅데이터를 축적하는 솔루션은 5G 등 ICT 기술 발전으로 인해 비교적 쉽게 구축할 수 있다. 그러나 이렇게 축적된 데이터를 가치 있게 활용하기 위해서는 결국 이 데이터를 누가, 어떻게 분석하는지가 관건이다. 이 데이터 분석에 따라 축적된 데이터는 유의미한 데이터가 될 수도, 쓰레기가 될 수도 있는 것이다. 
최근 데이터 분석을 위해 여러 기술이 동원되거나 나름의 분석 모델이 개발되고 있는데, 이는 오랜 시간 다양한 경험이 데이터와 함께 축적돼야 가능한 일이다. 도시바기계그룹은 이미 수년 전부터 솔루션페어를 통해 다양한 분석 기법과 결과를 보여줬으며, 네트워크가 연결되는 곳의 어떤 장비라도 데이터 수집부터 분석까지 가능한 솔루션을 제시하고 있다. 

 

무빙 마그네트 리니어 모터(Moving Magnet Linear Motor) 
도시바기계그룹은 평면형 코어리스 리니어 모터와 관련해 특별한 특허를 여러 건 확보하고 있으며, 최고속도 10㎧까지 구현할 수 있는 기술 또한 보유하고 있다. 

 

도시바기계그룹은 코어리스 리니어 모터 부문에서도 다양한 기술을 확보하고 있다(사진. 엑트엔지니어링).


코어 타입의 리니어 모터는 보통 2㎧로 사용되며, 이때도 발열 때문에 고생을 하는 경우가 많다. 근래에 들어서 고정도, 저진동에 대한 요구가 증가 하면서 점점 수요가 증가하고 있는 것이 코어리스 리니어 모터이다. 이것은 ‘ㄷ’자 형태의 것이 일반적으로 사용되며, 조립의 어려움과 발열, 코일 무빙파트(Moving Part)의 진동 가능성 등을 해소하기 위해 고성능의 코어리스 리니어 모터가 필요하다. 
도시바기계그룹의 코어리스 리니어 모터의 특징 중 하나는 코어리스 리니어 모터임에도 불구하고 코어 타입 모터의 형태를 보인다는 점이다. 이 같은 특징은 우선 조립이 쉽고, 코깅으로 인한 진동 없이 동작이 가능하다. 최대 10㎧까지 구현 가능하며, 일반적으로 4㎧ 수준의 속도로 사용하는 다수의 업체들이 존재한다. 
한편 도시바기계그룹은 이 제품과 더불어 최근 수요가 증가하고 있는 무빙 마그네트 형태의 리니어 솔루션도 이미 10여 년 이전부터 제공해왔으며, 최근에는 더욱 다양한 형태의 무빙 마그네트 리니어 모터 솔루션을 공급하고 있다. 이 제품은 자석 그 자체를 검출해 위치 피드백으로 사용하며, 위치정밀도가 필요한 구간에서는 리니어 스케일(Linear Scale)을 사용해 고정밀도의 위치결정이 가능하다. 
이번 솔루션페어에서 도시바기계그룹은 초소형이라고 불릴 만한 사이즈의 무빙 마그네트를 제작해 출품했다. 무빙 마그네트 타입의 코어리스 리니어 모터는 작은 사이즈로 제작하는 것이 매우 어려운 기술이기 때문에 이 같은 초소형 무빙 마그네트가 필요하다. 
한편 도시바기계그룹은 고객의 요구에 대응 가능한 코일 및 자석 설계 기술력을 보유하고 있으며, 이 밖에 코어리스 타입으로 8,000N의 추력을 가진 리니어 모터를 제작하기도 한다. 

 

새로운 로봇 컨트롤러 ‘TS5000’
이번 솔루션페어에서 도시바기계그룹은 그간의 로봇 컨트롤러 시리즈의 발전사와 함께 신기술을 탑재한 로봇 컨트롤러 TS5000을 발표했다. 


가장 눈에 띄는 외형적 변화는 새로운 형태의 티칭 펜던트(Teaching Pendant)이다. 신형 티칭 펜던트는 기존과 달리 7인치의 넓은 화면으로 설계돼 디스플레이의 한계를 더욱 확장시켰다. 이로 인해 다양한 정보를 보여줄 수 있음에도 불구하고 이전의 경제형 티칭 펜던트와 가격이 거의 유사하다는 점 또한 장점이다. 


덧붙여 CPU도 주목할 부분이다. 로봇의 기능 개발에는 언제나 CPU가 일정 부분의 역할을 한다. 뛰어난 알고리즘이라도 CPU의 성능이 따라주지 않으면 기능을 사용하도록 구현하기가 어렵기 때문이다. 이러한 관점에서, TS5000에는 미래에 대비해 다양한 어플리케이션 소프트웨어를 개발하더라도 충분히 구현할 수 있는 고성능 CPU가 탑재됐다. 
또한 이전의 인터페이스를 유지하면서 다양한 외부기기와의 인터페이스할 수 있도록 최소 8개의 장비 또는 기기와 동시 연결이 가능하도록 지원한다. 즉, 로봇 한 대로 여러 대의 비전을 동시에 연결하거나, 거리 측정용 장비 등 다양한 장비와 동시에 인터페이스를 가능하게 함으로써 통합 솔루션을 구축할 수 있도록 했다. 


한편 최근 IoT를 비롯한 ICT 기술의 발전으로 인해 더 이상 로봇에게 단순 운전 상태 데이터만을 요구하지 않게 됐다. 신규 컨트롤러는 로봇 운전 상태를 비롯해 각 축의 토크 등 장비 사전 보전을 위한 폭 넓은 형태의 데이터를 외부로 송출할 수 있도록 마련됐다. 이 데이터는 클라우드에 취합돼 데이터 분석을 거쳐 사전 보전의 예측 데이터로 사용될 수 있으며, 이 밖에 다양한 예측 자료로도 활용이 가능하다. 

 

3D비전 빈피킹(3D Vision Bin Picking)
3D비전 빈피킹 솔루션은 대체로 한 종류의 제품을 핸들링하는 것이 일반적이다. 이 또한 데이터를 어떻게 입력하는가에 따라 제품 티칭의 난이도 및 핸들링 성공 확률이 결정된다. 
도시바기계그룹의 3D비전 빈피킹 솔루션의 경우, 이미지 촬영을 통해 제품을 등록하기 때문에 다이캐스팅, 사출물은 물론 과일, 채소류 등 비정형 제품에 대한 핸들링까지 가능하다. 
이번 솔루션페어에서 공개된 데모는 두 종류의 제품을 동시에 핸들링하는 것으로, 복수 제품의 핸들링이 가능하다는 점을 보여줬다. 도시바기계그룹 측 담당자에 따르면 두 종류뿐만 아니라 보다 다수의 제품도 구분해 핸들링할 수 있다고 한다. 
도시바기계그룹은 수년 전부터 3D비전 솔루션을 제공해왔는데, 로봇과 함께 판매하고 있기 때문에 가성비가 우수하고 동작의 신뢰성이 높다. 도시바기계그룹 자체 기술팀에 의해 로봇과 3D비전을 개발하고 있기 때문에 로봇에 최적화된 솔루션 개발이 가능하고 가격 경쟁력을 높일 수 있다. 

 

저자 

엑트엔지니어링(주) 최영수 대표이사

정대상 기자
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