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치열한 경쟁중인 직교좌표 로봇, 3~4년 후 판가름 날 것 치열한 경쟁중인 직교좌표 로봇, 3~4년 후 판가름 날 것 관리자 기자입력 2007-03-12 14:04:54

직교좌표 로봇시장의 현재와 미래
치열한 경쟁중인 직교좌표 로봇, 3~4년 후 판가름 날 것

일반인이 보기에 그저 단순 기계로 보이는 직교좌표 로봇. 특히 1축, 2축 로봇의 경우는 3축 이상을 로봇이라 정의하는 IEC의 정의에도 합당하지 않아 로봇전문가들에게도 애매한 부분이 아닐 수 없다.
하지만 이 직교좌표 로봇이 그동안 조립, 핸들링 작업을 통해 자동화 산업발전에 기여한 바는 상상을 초월한다. 저렴한 비용으로 자동화를 실현하는 직교좌표 로봇은 한국의 기간산업이라 할 수 있는 자동차, 반도체, 디스플레이 산업발전과 함께 더욱 중요한 아이템으로 자리 잡은 것이다.
이에 본 내용에서는 점차 치열해지는 직교좌표 로봇시장의 변화와 향후 시장에 대해 전망해보았다. <편집자 주>



직교좌표 로봇, 가장 쉬운 응용시스템 설계로 인기 지속

직교좌표 로봇의 장점은 직선운동을 기본으로 하기 때문에 각 운동방향으로 운동이 기구학적으로나 동력학적으로 모두 완전히 독립되어 있다는 것이다. 따라서 작업영역 모든 위치에서 기구학과 동역학이 변하지 않기 때문에 균일한 제어특성을 가지고 있어 제어가 간단하기 때문에 비교적 저렴하고 쉽게 자동화 할 수 있는 방법으로 다양한 산업에서 꾸준한 인기를 끌고 있다.
3축 로봇의 경우 기구적으로 3개의 단축이 연결된 것처럼 제어기도 3개의 단축제어기를 사용한 것과 같다고 볼 수 있다. 그래서 동작범위에의 운동특성이 균일하게 나타난다. 예를 들면 위치에 따른 반복정도의 변화가 거의 무시할만한 수준으로 인간이 가장 익숙한 좌표계가 직교좌표계이기 때문에 로봇을 티칭할 때에도 또 응용시스템을 설계할 때에도 가장 쉽게 적용할 수 있다.
또 서로 기구적으로 독립적인 운동을 하기 때문에 한 축씩 모듈(Module)형으로 설계되는 것이 용이하며, 일반적으로 각 메이커에서는 다양한 가반하중과 주행거리를 갖는 1축(단축)의 로봇을 생산하여 놓고 있다가 로봇의 사용자들의 요구에 맞도록 1축(단축)의 로봇들을 조립하여 제공하고 있다. 그러나 로봇 몸체가 차지하는 공간이 작업영역에 비해서 관절형의 조인트를 갖는 다른 종류의 로봇들보다 상대적으로 크다는 단점을 갖고 있기도 하다.
이러한 직교좌표 로봇은 진술한 바와 같이 단축의 모듈별로 생산되어 필요한 형태로의 로봇으로 조립이 될 수 있어서 여러 가지 형태의 조합형을 만들어 낼 수 있으나, 크게 분류를 한다면 단축 직교로봇과 2축 이상의 다축 직교로봇으로 분류할 수 있다.
이들은 일반 환경에서 사용되는 일반 직교로봇과 반도체, LCD 등의 제조공정 등과 같은 클린룸 환경에서 사용되는 클린룸 직교로봇으로 구분하기도 한다.




직교좌표 로봇업계, 다양화된 고객요구에 맞춰 변화中

·회전축 추가, 대형화 및 초소형화로의 변화
또한 형태면에서는 기존의 X-Y-Z 형태를 유지했던 소형 사이즈의 직교좌표 로봇이 디스플레이 산업에서 (유리)기판의 크기가 커짐으로 인해서 대형화는 물론 X-Y-Z축에 회전축 등이 추가되고 있다. 또한 이와는 반대로 대형화 못지않은 소형화 추세도 이어지고 있다.

·적용산업 확대에 따라 새로운 기술요구도 높아져
이전에 축을 조합하는 기술과 서보모터 제어기술이 주를 이루었다면 지금은 스트로크가 커지면서 속도는 빠르게 하는 기술이 주목받고 있다. 그러나 속도를 빠르게 할수록 진동 역시 커지기 때문에 속도와 진동을 동시에 제어할 수 있는 기술에 대한 연구도 꾸준히 진행되고 있다.
또한 0.1미크론 단위까지 가는 초정밀 제어와 수 마이크로미터 크기의 초소형 물체를 핸들링 하는 기술 등 새로운 산업으로 그 어플리케이션 분야가 넓어지며 점차 새로운 기술들에 대한 요구도 동시에 높아진다.

·직교좌표 로봇, 성능보다 납기, 커스터마이징, 유지보수 등의 서비스 우선
산업용 로봇 중에 가장 간단한 구조를 갖고 있는 직교좌표 로봇은 로봇의 구조적 동작특성이 직각좌표(Cartesian Coordinate)를 이루기 때문에 XY로봇이라고도 불린다. 직교로봇은 각 축들이 직선운동만 하기 때문에 로봇의 작업영역은 구성하는 자유도의 수에 따라 직선, 직사각형, 직육면체가 되는데 인간에게 가장 익숙한 좌표계가 바로 90°씩 분할된 직각좌표계이기 때문에 일반로봇 이용자들이 쉽게 티칭하여 사용하고 있으며, 또한 산업현장에서 널리 이용되고 있는 로봇들 중의 하나이다.
이러한 직교좌표 로봇은 팔의 기계구조가 2축 또는 3축의 직교하는 슬라이드 축으로 구성되어 있으며, 제어장치에 의한 좌표변환이 용이하다는 장점을 지닌다.
이 로봇은 비교적 단순한 구성과 기술력을 요하기 때문에 시장에서의 경쟁이 더욱 치열해지고 있는데, 다운사이징과 정밀도 등의 사양과 기능면에서 차별화가 이루어지고 있다. 최근에는 제품의 성능이나 기능보다는 납기 단축, 커스터마이징의 용이성, 유지보수 서비스의 품질 등에 중점을 두는 경향이 눈에 띈다.
최근 자동차산업은 물론이고 전자부품 산업에서 조립, 실링, 디스펜싱, 솔더링, 기계내부의 물체반송 등 여러 분야에 적용되며 시장을 넓히고 있다.

·‘커스터마이징 능력’이 주요 선택 척도
얼마 전까지만 해도 생산자 중심의 직교좌표 로봇으로 정해진 규격에 맞는 몇 가지 모델들이 시장을 장악했고, 고객들은 이 로봇 중에서 자신의 공정에 맞는 모델을 선택해 사용해왔다.
하지만 그 입장이 180° 바뀌었다. ‘고객중심’의 직교좌표 로봇들이 선보이고 있는 것이다. 비단 로봇산업이 아니더라도 자동화 산업 전반적으로 이 같은 ‘커스터마이징’이 하나의 트렌드로 떠올랐기 때문이다.
지금까지 잘 사용되어온 직교좌표 로봇에 좀 더 높은 성능을 위해 모터를 바꿔달라든지, 2개의 센서가 기본 장착된 로봇에 3개의 센서를 달아달라고 하든지, 기본 스트로크를 넘어선 작업영역들을 요구하고 있는 것이다. 또한 직교좌표 로봇은 그 자체보다는 환경에 따른 어플리케이션이 중요하기 때문에 각 로봇기업들은 그들만의 소프트웨어를 가지고 시장경쟁에 임하고 있다.
이처럼 점점 똑똑해지는 고객들로 인해 안 그래도 치열한 경쟁을 하고 있는 직교좌표 로봇 업체들은 고객선택의 새로운 척도로 ‘커스터마이징’ 능력증명이 필수적이다. 그리고 직교좌표 로봇은 스카라나 다관절과는 달리 충분히 로봇업체들이 변경할 수 있는 부분이기에 그 요구는 높다.




반도체 및 디스플레이 산업, 직교좌표 로봇이 놓칠 수 없는 분야

80~90년대 백색가전과 TV, 비디오 플레이어 등의 가전을 위한 조립 및 핸들링 작업에 많이 사용되었던 직교좌표 로봇은 대부분 중국시장으로 넘어갔고, 2000년도를 지나면서 국내시장은 반도체 및 디스플레이 산업의 성장과 함께 이와 관련한 수요가 급성장했다. 그리고 예나 지금이나 자동차 부품조립과 실링에 있어서 빼놓을 수 없는 아이템으로 꼽힌다.
최근에는 기존 다관절 타입의 로봇이 웨이퍼를 핸들링 하는데 생기는 한계점을 직교좌표 로봇과 혼합하여 그 성능을 높이고 있는 추세다.




스테이지 분야의 급성장 ‘주목’

스테이지는 부품을 조립하거나 검사하기 위해 부품을 정밀하게 이동시켜주는 장비로 부품공정과 Lab Automation 등에 주로 활용된다. 이 제품은 이동을 시작할 때 진행방향의 반대방향으로 발생하는 반동인 백래시(Backlash)를 제로(0)로 하며, 이동 정밀도를 나노정밀도로 유지해 정밀가공이 가능하다는 점을 강점으로 디스플레이 시장에서 주목받고 있다.
이들은 기존에 알루미늄에 볼 스크루를 이용한 Linear Guide로 축을 만들었던 것을 더 높은 정밀도를 위해 비교적 변형이 적은 스톤(돌, Stone)으로 만들며 성능을 높이고 있으며, 초정밀 스테이지에 대한 요구 또한 점차 높아지고 있다. 물론 스테이지를 직교좌표 로봇으로 포함하기는 무리가 있지만 그 형태로 교집합 되는 부분이 있어 직교좌표 로봇기술을 가진 업체에서 큰 관심을 보이고 있는 시장이다.




자신만의 컨트롤러… 치열한 경쟁시장에서 인정받는 방법

산업전반적으로 여전히 힘들다고는 하지만 2007년 역시 큰 변화 없이 기존의 자동차, 반도체, 디스플레이 산업을 중심 시장이 이어질 것이라 예상된다.
올 초 LG필립스LCD의 8세대 공장투자 철회 등으로 인해 그리 긍정적인 전망을 받지 못한 디스플레이 산업의 경우도 하반기에는 투자가 이어질 것이라 기대되며, 2월 중순에는 이미 7세대 라인 증설투자에 대한 발표도 나온 상태다.
이에 따라 직교좌표 로봇업체들은 이 산업분야에서 치열한 경쟁이 불가피하게 되었고, 살아남기 위한 자신만의 특·장점을 내세우며 시장 확대에 나서고 있다.
특히, 직교좌표 로봇의 기구적인 부분은 다른 로봇에 비해 비교적 단순하기 때문에 국내외에서 많은 로봇기업들이 생산하고 있지만, 컨트롤러만큼은 고유의 제품을 가진 곳이 많지 않아 이를 기반으로 한 기술력 증명이 시장에서 인정받는 또 다른 방법으로 될 수도 있다는 것이 업계의 얘기다.
로봇컨트롤러는 무엇보다 많은 적용사례를 바탕으로 한 제품의 신뢰성과 안정성을 중요시하는데, 국내 로봇컨트롤러의 경우 저사양 제품들은 시장에서 나름대로 비등하게 경쟁을 하고 있는 상황이만 고사양 컨트롤러의 경우는 대부분 해외 업체가 시장을 장악하고 있다고 해도 과언이 아니다.
즉, 치열한 경쟁을 이어가고 있는 직교좌표 로봇의 기구부분은 누구나 쉽게 만들 수 있지만, 컨트롤러는 그렇지 않기 때문에 직교좌표 로봇의 외형만 OEM으로 제작·판매만 하는 곳은 장기적으로 힘든 상황이 예상된다.
멀리 본다면 로봇전용 컨트롤러를 가진 몇 개 업체로 시장이 정리될 수도 있는 것이다.




주요 부품은 일본제… 엔화약세에 의한 영향 크지 않아

최근 엔화약세가 계속되는 가운데 수출에 의지한 많은 기업들이 어려움을 토로한다. 물론로봇업체도 마찬가지겠지만, 이번만큼은 생각보다 큰 영향은 없다고 한다.
그동안 로봇산업 발전의 큰 문제로 이야기됐던 주요 부품들 대부분을 일본에서 수입함으로써 오히려 엔화로 인한 차익이 발생하고 있기 때문이다. 이러한 분위기 속에서 내수시장에 대해 국내 직교좌표 로봇업체들은 큰 어려움을 느끼지 못하고 있는 것이다.
하지만 이러한 상황이 계속되지는 않을 것이기에 국내 직교좌표 로봇업체는 자신만의 경쟁요인을 키워 다음 세대를 위한 준비가 요구된다.




급성장은 없지만 꾸준한 수요 예상

앞서 설명한 바와 같이 직교좌표 로봇의 수요가 가장 큰 자동차, 반도체, 디스플레이 산업의 올해 전망은 긍정적인 편이다. 따라서 직교좌표 로봇의 전망 역시 이와 같다고 볼 수 있다.
다만 가장 가능성 있는 시장으로 손꼽히는 반도체산업의 경우 양대산맥이라 할 수 있는 관련 대기업들이 검증된 제품을 사용하기 때문에 수많은 직교좌표 로봇 중 얼마만큼의 기업이 선택받을지는 알 수 없다.
또한 그동안 직교좌표 로봇업체의 큰 수요처가 되었던 휴대폰 산업이 중국으로 빠져나가며 새로운 수요처에 대한 요구가 높은 상황이다. 비교적 큰 기술력을 필요치 않은 직교좌표 로봇은 3~4년의 조정기를 거치며 옥석이 가려질 것이라 예상되고 있다.

 

관리자 기자
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