협동로봇 제작에 필요한 부품, 어떤 것들이 있을까?
협동로봇 회사에서 근무하면서, 한 로봇 안에 들어가는 부품이 정말 다양하다는 것을 느낍니다.
또 한편으로는 생각보다 단순하기도 합니다!
로봇은 대부분 액츄에이터 4~6개가 각 로봇팔 링크로 연결되어 있습니다.
그리고 액츄에이터 내부에는 감속기, 모터, 브레이크 등으로 구성되어 있죠.
그래서 협동로봇 한 대의 원가는 천만원 이상 넘어가기도 하죠.
협동로봇을 구성하는 부품들이 무엇이 있는지 제가 아는 선에서 포스팅 해보겠습니다!
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⚙️ 감속기: 협동로봇의 움직임을 정교하게 제어하는 핵심 부품
감속기는 협동로봇에서 가장 중요한 기계요소 중 하나입니다.
모터의 회전 속도를 줄이고, 대신 토크를 높여주는 역할을 하죠.
협동로봇은 사람과 근접해서 작업하기 때문에, 로봇 팔이 갑자기 빠르게 움직이거나 흔들리면 안 됩니다.
이때 감속기가 모터의 속도를 안정적으로 제어해주어 정확하고 부드러운 동작을 가능하게 만듭니다.
대표적인 감속기 종류로는 다음 두 가지가 있습니다:
- 하모닉 감속기: 정밀하고 컴팩트한 구조로, 협동로봇의 소형 관절에 주로 사용됩니다.
- 사이클로이드 감속기: 내구성이 뛰어나고 충격에 강해, 하중이 큰 작업에 적합합니다.
실제로 대부분의 고성능 협동로봇은 이 두 종류 중 하나를 사용해 움직임의 정확도를 확보하고 있습니다.
🧲 브레이크 시스템: 협동로봇의 ‘안전장치’
협동로봇이 사람과 함께 일할 수 있는 이유는 단 하나—‘안전’ 때문입니다.
그리고 이 안전을 보장해주는 가장 중요한 부품이 바로 브레이크 시스템입니다.
작업 도중 전원이 꺼지거나 예기치 못한 상황이 발생했을 때,
협동로봇이 ‘멈추지 않고 계속 움직인다면’ 큰 사고로 이어질 수 있겠죠.
그래서 대부분의 협동로봇은 **자기유지형 브레이크(holding brake)**를 탑재해 비상 시 즉각적으로 동작을 멈출 수 있도록 설계되어 있습니다.
브레이크 시스템의 종류에는 다음과 같은 방식이 있습니다:
- 스프링 브레이크: 전원이 꺼졌을 때 자동으로 잠기는 방식
- 전자기 브레이크: 정밀 제어가 가능하고 빠르게 작동
브레이크는 단순한 부품처럼 보이지만, 협동로봇의 인체 보호 기능에서 가장 민감하고 중요한 파트라고 할 수 있습니다.
🔌 모터: 협동로봇의 근육이자 심장
모터는 협동로봇의 각 관절을 움직이게 해주는 추진력입니다.
단순한 회전만 하는 것이 아니라, 속도와 토크를 정밀하게 제어할 수 있어야 합니다.
특히 협동로봇에서는 다음과 같은 모터 사양이 중요합니다:
- 서보모터: 위치, 속도, 가속도를 정밀 제어할 수 있는 모터
- 중공형 모터: 가운데가 비어 있어 케이블을 관통시킬 수 있어, 협동로봇의 구조를 간결하게 만들 수 있음
이처럼 협동로봇은 단순히 힘만 센 모터가 아니라, 정확하게 작동하고, 반복 가능성이 높으며, 에너지 효율이 좋은 모터가 필수입니다.
🧱 외관과 프레임: 구조, 디자인, 안전성의 삼박자
협동로봇은 외관도 매우 중요합니다. 단순히 예쁜 디자인을 말하는 것이 아니라,
사람과 함께 사용하는 장비인 만큼 인체 친화적인 구조와 소재를 사용해야 한다는 점에서 차별화됩니다.
외관 설계 시 고려해야 할 요소는 다음과 같습니다:
- 곡선형 디자인: 뾰족한 모서리 없이 부드러운 곡선은 안전 사고를 예방합니다.
- 알루미늄 합금/카본 복합소재: 가볍고 강하며, 전기적 절연성과 방열성이 뛰어납니다.
- 방수/방진 등급(IP 등급): 협동로봇이 다양한 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 보호
이러한 외관 설계는 단순한 미적 요소를 넘어서, 산업 현장에서의 안정성과 유지보수 효율성까지 고려한 중요한 요소입니다.
🔗 케이블 & 케이블 체인: 작지만 핵심적인 연결 고리
협동로봇이 아무리 정교하게 움직이더라도, 내부 전력과 신호가 안정적으로 전달되지 않으면 그 성능은 제대로 발휘되지 못합니다.
이때 중요한 것이 바로 케이블과 케이블 체인 시스템입니다.
협동로봇은 관절이 반복적으로 회전하고 구부러지기 때문에,
케이블은 유연하면서도 내구성이 강하고, EMI(전자파 간섭)에 강한 재질이어야 합니다.
케이블 체인의 역할은?
- 외부 충격으로부터 케이블 보호
- 굴곡과 꼬임 방지
- 각 축 간의 간섭 최소화
- 정리된 배선으로 유지보수 간편화
대부분의 협동로봇은 각 관절을 따라 슬림한 케이블 체인 구조를 적용하고 있으며,
최근에는 케이블 내장형 로봇 암 설계도 확산되는 추세입니다.
🕹️ 티칭 펜던트: 협동로봇의 뇌를 조작하는 리모컨
티칭 펜던트는 협동로봇을 제어하고 프로그래밍하는 사용자 인터페이스 장치입니다.
한마디로, 협동로봇의 ‘리모컨’이자 ‘학습 교재’라고 할 수 있죠.
초창기 산업용 로봇의 티칭 펜던트는 무겁고 다루기 어려운 기기였지만,
최근 협동로봇에서는 터치스크린 기반의 직관적이고 가벼운 인터페이스로 진화했습니다.
티칭 펜던트의 주요 기능
- 직접 경로 지정(Teach Mode)
- 속도, 토크, 위치 설정
- 프로그램 실행 및 디버깅
- 비상 정지(EMO) 버튼 내장
또한, 일부 브랜드에서는 태블릿이나 노트북에서 작동하는 웹 기반 펜던트도 출시하고 있어,
현장 접근성과 휴대성이 더욱 향상되고 있습니다.
🤖 엔드이펙터(엔드툴): 작업의 성격을 결정짓는 손끝 기술
협동로봇이 실제로 무언가를 ‘하는’ 동작은 바로 이 ‘엔드이펙터’에서 이뤄집니다.
사람의 손에 해당하는 부품으로, 목적에 따라 다양한 형태로 교체할 수 있습니다.
대표적인 엔드이펙터 종류
- 그리퍼(Gripper): 물건을 집는 기능. 2지, 3지, 소프트 그리퍼 등 다양
- 흡착 패드(Vacuum Pad): 평평한 면의 제품을 빠르게 집기 유리
- 용접기/Welding Torch: 소형 부품의 용접 작업
- 나사 체결기(Screwdriver): 반복 조립 공정에 활용
- 픽 앤 플레이스 전용 툴: 물류, 패키징 라인에서 주로 사용
엔드툴의 선택은 단순히 기능을 넘어서, 공정의 효율성과 생산성,
그리고 협동로봇의 유연한 운용에 직접적인 영향을 미칩니다.
🔚 마무리하며
협동로봇은 단일 제품이 아닌, 수많은 정밀 부품들의 복합적 조합으로 완성됩니다.
감속기, 브레이크, 모터, 케이블, 티칭 펜던트, 엔드이펙터까지—
각각의 부품이 제 역할을 하지 않으면, 협동로봇은 단순한 금속 덩어리에 불과하죠.
이제 협동로봇을 도입하거나 개발하려는 분들이라면
어떤 부품이 어떤 역할을 하는지, 선택 시 고려할 점은 무엇인지를 충분히 이해하고 접근하셔야 합니다.