로봇 산업은 앞으로 매우 성장성이 클 것으로 예측하고 있습니다. 실제로 이미 많은 대기업들이 투자를 이어가고 있으며, 특정 행사마다 개발한 로봇을 소개하기도 하고 있는데요. 그럼 이번에는 로봇에 사용되는 핵심 부품인 모터와 감속기의 종류에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
로봇이 움직이는 원리
먼저 간단하게 로봇이 구동하는 원리에 대해 말씀드리자면 크게 3단계로 나누어 볼 수 있는데요. 첫째, 인지 및 판단을 합니다. 둘째, 제어 장치에서 신호를 주게 됩니다. 마지막으로 셋째, 구동을 하게 되는데요. 이를 조금 더 상세하게 설명하면 다음과 같습니다.
- 인지 및 판단 : 이는 목표 값을 설정하는 단계라고 볼 수 있습니다. 즉, 원하는 작업을 할 수 있도록 목표 값을 프로그래밍 하거나, AI(인공지능) 알고리즘을 통해 설정을 하는 단계입니다.
- 제어 장치 신호 전달 : 목표 값을 받을 제어 컨트롤러(모션제어기, 서보드라이브 등)가 제어 신호를 구동 액츄에이터(감속기, 모터 등)에 전달하는 단계를 말합니다.
- 구동 : 신호 전달이 된 구동 액츄에이터(감속기, 모터 등)가 설정된 목표 값 만큼 로봇을 움직이게 하는 단계입니다.
참고로 여기서 구동 부문에 해당하는 구동 액츄에이터(감속기, 모터 등)가 로봇 제조 원가의 70~80%를 차지하는 만큼 매우 중요합니다.
모터 종류
모터는 운동을 발생 시키는 동력 장치입니다. 즉, 특정 에너지를 받아 들여 일하는 기계를 말하는데요. 예를 들어 전기 모터는 전력을 동력 에너지로 변환하는데, 이를 두고 전기 에너지가 기계 에너지로 변환됐다고 하는 것입니다. 따라서 모터의 효율성은 입력한 전력에 비해 기계적 출력 비율이 어느 정도냐에 따라 나타나게 됩니다.
- 서보 모터
간단하게는 명령(신호)을 따르는 모터라고 할 수 있습니다. 이는 기본적으로 모터와 제어 구동부로 구성되어 있는데, 제어 구동부가 모터의 회전 속도와 각도, 위치 등을 프로그래밍에 따라 움직이게 합니다. 그리고 이 모터는 주로 공작 기계나 CCTV, 프린터, 캠코더 등에 사용됩니다. 또한 서보 모터에는 서보 드라이브와 서보 시스템도 있는데요. 여기서 서보 드라이브는 로봇 모션 제어기로 부터 받은 명령으로 모터의 방향과 회전거리 등의 위치를 조정하는 작동을 하게 하며, 서보 시스템은 제어 대상을 목표 신호에 따라 제어 하는 시스템을 말합니다. 참고로 서보 모터와 일반 모터의 가장 큰 차이점을 말씀드리자면, 서보 모터는 위치 및 회전 속도 등을 미세하게 측정할 수 있는 센서를 탑재해 정밀 제어가 가능하다는 점입니다.
- 스탭 모터
이는 각도를 정확하게 제어할 수 있는 모터로, 펄스 신호를 줄 때마다 일정한 각도로 회전하는 모터를 말합니다. 여기서 펄스는 짧은 시간 동안에 큰 진폭을 내는 전압이나 전류 혹은 파동을 말하는데요. 참고로 1회의 경우는 임펄스, 일정한 주기를 두고 되풀이 되는 경우를 펄스라고 구분하기도 합니다.
감속기 종류
감속기는 모터에 결합하여 모터의 회전 속도를 제어하는 기계적 에너지 변환 장치입니다. 즉, 회전 속도를 원하는 수준으로 조절하여서 토크를 증가시키는 역할을 하게 됩니다. 여기서 토크는 간단하게 회전력 또는 돌리는 힘이라고 생각하시면 되는데요. 그렇기 때문에 감속기는 모터의 높은 회전 에너지를 감당할 수 있는 뛰어난 내구성과 기술력을 필요로 합니다. 더 쉽게 예를 들자면 자전거 기어와 비슷한 개념이라고 생각해도 되겠습니다.
- 하모닉 감속기
기본 감속비가 크코 백래시가 거의 없어 고강도, 고출력이 가능한 감속기 입니다. 여기서 백래시는 두 톱니 사이의 틈을 말합니다. 그리고 소형화에 유리해서 가볍고, 정밀하게 제작되는데요. 그래서 소형, 경량화, 저소음 등이 요구되는 다관절 로봇이나 소형 로봇, 협동 로봇 등에 주로 사용됩니다. 다만 강력한 출력과 무게를 감당하기에는 적합하지 않습니다. 또한 높은 기술력을 요구하고 공정 비용이 비싼 감속기 입니다.
- 유성 기어 감속기
이는 일반적으로 감속기의 입력과 출력축이 일직선 형태로 되어 있어서 단위 체적당 동력전달 비율이 높은 감속기인데요. 다시 말해 고효율 감속기라고 할 수 있으며, 각 기어가 담당하는 전달 하중과 마찰 손실은 적어 서보 모터와 스텝 모터에 직결하여 위치 제어용으로 주로 사용됩니다. 예를 들면 상업용 감속기, 자동차, 공작기계, 항공기 등 다양한 곳에서 활용되고 있습니다.
- 웜 기어 감속기 / RV 감속기
고감속, 고출력을 감당할 수 있는 내구성을 가지고 있어 연속 동력 전달이 필요한 곳에서 주로 사용되는 감속기 입니다. 일반적으로 중대형 산업 로봇, 공작 기계, 액정, 및 반도체 제조 장치 등에서 활용 되는데요. 다만 백래시가 커서 정밀한 위치 제어용으로는 사용되지 않습니다.
- 사이크로 감속기(사이클로이드 감속기)
사이클로이드 치형의 기어를 이용한 감속기를 말하는데요. 일반적으로 초고감속과 초고토크에 사용되며, 특히 매우 뛰어난 내구성을 자랑하기 때문에 저속 회전의 산업계 중장비 등에 주로 사용됩니다.
로봇 구동 부품 생산 기업
- 하모닉 감속기 : 에스비비테크, 에스피지, 세네스테크놀로 등
- RV 감속기 : 우림기계, 해성 TPC, 모트롤, 세진 IGB 등
- 서브 모터 : 하이젠모터, 코모텍, LS메카피온 등
지금까지 로봇 구동에 사용되는 모터와 감속기 종류에 대해서 알아보았는데요. 미래의 로봇 시장은 분명히 현재보다 훨씬 커질 것이기 때문에, 로봇에 필수적으로 사용되는 부품에도 관심을 가지면 도움이 될 거라고 생각됩니다. 특히 앞으로 국내의 로봇 산업도 반도체 산업처럼 한국을 대표하는 산업이 되기를 응원합니다.