로봇 응용분야

로봇기술의 응용분야는 물체 취급에서부터 지점 용접, 연속 용접, 강철 구조물 제작, 금속처리 및 머시닝, 전자 조립, 기계 조립, 청정실 제조, 반도체 생산, 위험한 환경 작업, 환경 프로젝트 응용, 이동 로봇, 연구실 로봇, 도색 및 접착제 도포, 건설, 건강관리, 개인 보조, 서비스 등에 이르기까지 다양하다.

일반적으로 로봇은 사람이 취급하기에는 위험한 경우, 취급할 물체가 너무 무겁거나 숫자가 너무 많을 경우 사용되는데 사람이 처리하는 것보다 신속하고 더 정확하며 위험으로부터 작업자들을 보호해 줄 수 있다.

현재 팔이 여러 개 있는 물체 취급 로봇을 개발하고 있지만 구조가 복잡하고 팔이 서로 충돌하는 위험을 방지하는 기술을 개발하기가 그리 쉽지 않다. 이는 미묘하고 유연성 있는 물체의 취급 등 특정 작업을 처리하기 위한 유일한 자동화 솔루션이기 때문에 산업계의 관심이 높다.

기존 로봇 용접 셀은 로봇시스템, 용접시스템, 위치고정 장치 등으로 구성되어 있다.

저항 용접 방식을 사용하는 기존의 지점 용접은 산업 로봇의 가장 오래되고 보편화한 응용 분야다. 대부분의 지점 용접 로봇은 간혹 그렇지 않은 것도 있지만 비교적 세련되지 않았고 운동반경이 제한되어 있다. 용접 로봇을 가장 많이 사용하는 분야는 차체 용접일 것이다.

일부 전문가들이 연속 용접은 기술이 아니라 기능이라고 말하고 있으나 산업계에서는 가장 많이 사용되는 기술이다. 연속 용접에 주로 사용되는 것은 호형 (弧形) 용접기술이다. 연속 용접과 달리 강철 구조물을 제작하는 데 사용하는 로봇 용접은 어렵다. 각 강철 구조물이 다르며 각기 다른 응용 프로그램에 맞게 프로그램을 변경하려면 시간이 많이 걸리고 복잡하기 때문이다. 스웨덴의 ABB 로보틱스가 미국 해머츠아이언웍스와 공동으로 강철 구조물 용접 및 절단 로봇을 개발하고 있다.

로봇은 여러 가지 머시닝 및 금속 처리 기능을 갖고 있다. 이러한 로봇은 수력 제트, 레이저 등 기존 절단 툴과 결합하여 절단기능을 수행하게 할 수 있다. 전자분야에서 로봇은 주로 커넥터, 커패시터와 같이 불규칙한 부품을 인쇄회로기판 (PCB) 에 조립하는 데 사용한다. PCB 에 탑재하는 집적회로 (IC) 나 칩 저항체 등의 수가 증가하고 PCB에 부품을 탑재하는데 기존의 스루홀 삽입 방식보다 표면실장 방식이 늘어남에 따라 로봇이 사용되고 있다.

기계장비 분야에서는 다른 분야보다 로봇을 더 많이 활용한다. 이 분야 조립작업은 비교적 수직적 방식이 적고 대부분의 조립대상 부품이 작고 가벼워서 로봇을 사용하기에 적합하다. 제품 개발자들이 로봇시스템의 작업능력에 맞춰 제품을 디자인한다면 로봇 조립의 효율성을 극대화할 수 있을 것이다.

반도체 분야, 특히 청정실에서도 로봇을 사용한다. IC 를 수작업으로 생산하는 것은 매우 비능률적이고 불충분하다. 이 분야에서 로봇은 경제적, 기술적, 규제적 측면에서 필수 불가결하다. 반도체를 생산하려면 3∼6마일에 걸쳐 설치되어 있는 250여개의 자동화된 장비를 통과해야 하는데 만일 로봇이 25장의 웨이퍼가 들어 있는 카세트를 잘못 다루면 수십만달러 이상의 손실을 초래할 수 있다. 이 때문에 여기에서 사용하는 로봇은 최소한 100만번의 반복작업을 오차없이 실행해야 한다. 현재 정전기를 이용하여 웨이퍼를 잡음으로서 로봇 팔이 더욱 빠른 속도로 처리할 수 있도록 하는 기술을 개발중에 있다. 반도체산업에서는 재료를 취급하는 데도 로봇이 필요하다.

위험한 환경에서 과제를 처리할 수 있는 원격조종 로봇은 초기의 탐사기능 단계에서 원자력 산업, 해저시설 유지, 건설시스템, 위험한 폐기물 처리, 폭탄 취급 및 폐기 처리, 광산 및 채광, 공급도관 검사 및 보수 등 응용 범위가 크게 확대되었다. 이밖에 위험한 환경은 방사능이 많은 지역, 극온환경, 지나치게 압력을 많이 받는 환경, 부식성이 강한 화학물질이 있는 환경, 염수 등을 들 수 있다. 일반적으로 사람에게 위험하거나 해로운 환경은 기계장비에도 유해하다.

현재 이러한 위험한 환경에서 원격 자동조종으로 작업을 수행할 수 있는 로봇을 개발하고 있다. 또한 로봇의 응용은 환경 프로젝트 분야로 넓어지고 있다. 이동 로봇기술은 인공지능과 함께 컴퓨터 시각, 센서, 기타 정보수집 수단 등 다양한 분야를 포괄한다. 또 이동 로봇을 개발할 때에는 바퀴나 다리와 같은 추진체의 개발도 동시에 이루어져야 한다. 움직이는 로봇은 주로 제조업 분야에서 사용되던 기술이었는데 서비스 부문으로 전환되고 있는 것은 하나의 획기적인 일이다.

화학연구기관, 제약, 수도사업기관, 의약연구 회사 등도 로봇기술을 많이 채용하고 있다. 대부분의 연구기관 업무는 위험하고 반복적인데 관련 부문이나 제조업체가 자동화함에 따라 연구기관도 보조를 맞추기 위하여 로봇의 사용을 확대하고 있다. 사람과 비교할 때 로봇은 신속, 균일한 품질, 청결 등의 이점이 있고 오류가 적다. 또한 반복작업에서 오는 부상이나 건강을 염려할 필요가 없다. 로봇시스템은 제조업체, 특히 자동차업계에서 도색이나 분무작업등에 널리 사용된다. 도색 로봇은 지난 80년대 초 유럽의 BMW 와 메르세데스벤츠가 자동차 내부 도색에 처음 사용하기 시작했고 이후 다른 자동차업체들도 그 뒤를 따랐으나 90년에 와서 경제성과 성과가 명확하게 입증되지 않아 사용에 대한 열의가 식었다. 그후 로봇기술의 발달과 가격하락에 힘입어 일본 자동차업계를 중심으로 도색로봇을 다시 채용하기 시작했다.

건설업에서도 로봇을 사용하기 시작했다. 일본 건설회사들은 대형 건물을 건설할 때 기둥을 세우고 외벽의 패널을 부착하거나 용접하는 데 로봇을 많이 사용하고 있다. 이러한 작업에 근로자를 이용하는 것보다 로봇이 훨씬 더 능률적이기 때문이다. 미국이나 유럽에서는 일본 건설업계처럼 로봇의 사용이 활발하지 않은데 구미에서는 아직 근로자 인력이 크게 부족하지 않기 때문으로 보인다.

최근 통신, 제어 및 가상현실 분야의 기술이 발달함에 따라 로봇을 의료나 건강관리와 같은 서비스 부문에 더 많이 활용할 수 있는 길이 열렸다. 의료 분야에서는 수술이나 원격진료 등에 활용하고 있고 인체안에 투입하는 마이크로 로봇도 개발되고 있다. 특히 마이크로 로봇은 더욱 발전시키면 활용범위가 넓어질 것이다. 건강관리 부문도 로봇기술을 활발하게 사용할 것으로 예상된다.

로봇은 신체부자유자나 노약자들의 보조 역할도 할 수 있다. 산업용 로봇은 움직이는 속도가 빠르고 신뢰성이 있으나 사람 특히 신체부자유자들이 조정하기에는 적합하지 않은 경우가 있다. 이 때문에 신체부자유자나 노약자들이 사용하려면 사용자 인터페이스가 적절해야 한다. 현재 나와 있는 조이스틱, 키패드, 음성입력장치 등 개인보조 로봇의 인터페이스는 느린 편이다. 미국과 유럽에서는 건강재활을 보조하는 새로운 로봇을 개발하고 있다. 이밖에 로봇은 비산업적이고 기존 사용방식과는 다른 환경으로 활용범위를 넓혀가고 있다. 그 중에서도 식품 서비스, 보안, 기업내 우편배달, 쓰레기 수집 등에 널리 사용되고 있다.

전자신문 2001년 05월 30일에 게재되었던 내용입니다.