뿌리산업과 첨단기술의 만남으로 제조업 성장기대
KISTI 산업정보분석실 선임연구원 김지희(Tel: 02-3299-6293 e-mail: kjh@kisti.re.kr)
| [ 요약 ] 1. 다관절 로봇이란 모터를 사용하여 회전운동을 하는 여러 개(보통 3개 이상)의 관절들이 조합된 로봇으로 자동차, 전기/전자, 화학, 철강, 식품 등의 산업 분야에 폭넓게 사용되어 산업 및 공장 자동화의 핵심적인 역할을 하고 있다. |
제품의 개요
다관절 로봇이란 모터 회전운동을 하는 여러 개(보통 3개 이 상)의 관절을 가진 로봇으로, 사람의 어깨, 팔, 팔꿈치, 손목 등과 유사하게 운동하여 원하는 방향으로 움직일 수 있도록 만든 로 봇을 말한다. 대부분의 다관절 로봇은 산업용으로 사용되고 있 으며, 최근 휴머노이드 형태로 발전되어 서비스용, 교육용 및 엔터테인먼트용으로 사용되고 있다.
아래 그림과 같이 다관절 로봇은 무게중심이 고정된 형태의 로봇팔(ARM)에서 무게중심 을 이동시키는 동물 로봇, 그리고 이동보행을 이용할 수 있는 고난이도 휴머노이드 로봇으로까지 기술적, 기능적으로 발전 되었다.
다관절 로봇은 자동차, 전기/전자, 화학, 철강, 식품 등의 산업 분야에 폭넓게 사용되고 있으며, 산업 및 공장 자동화의 핵심 역할을 담당하고 있다. 단조로운 반복작업, 많은 제조업에서 다관절 로봇은 불량률 감소, 생산성 향상, 인건비 절감 목적으로 사용되고 있다. 그리고 소음이 많고 고온 다습한 조건의 작업 환경인 주물이나 단조 공장에서 사용되고 있으며 위험한 근무 조건인 화학공장, 원자력발전소, 탄광같은 곳에서도 유용하게 사용되고 있다. 다관절 로봇의 가장 큰 수요 시장은 자동차 관련업계 및 전 기/전자 관련업계이다. 자동차 산업에서는 차체 조립, 차체 도 장 부문 및 운송, 절단 등의 공정에 활용도가 높다. 전기/전자산업 에서는 반도체 및 LCD 등 디스플레이, 모바일 기기 등 다 양한 부문에서 다관절 로봇이 사용되고 있으며, 조립, 운송, 진 공밀봉, 측정, 적재 등의 공정 자동화에 활용되고 있다. 자동차 산업에서의 다관절 로봇은 신모델 개발보다는 국산화를 위한 연구를 많이 진행하고 있는 반면, 전기/전자산업에서의 다관절 로봇은 제품의 주명주기가 짧은 특성상 주로 로봇 신모델 제품 의 조기 개발을 통한 상품화를 위해 노력하고 있다.
3D 업종으 로 인식되어 인력난을 겪고 있는 금형, 주조, 열처리 등의 뿌리 산업에서도 노동력을 확보 차원에서 다관절 로봇을 사용한 자동 화 공정이 도모되고 있는 추세다. 조선 해양산업에서는 고령화 에 따른 인력 대체용으로 특수 작업용 로봇, 선박 청소용 로봇, 수중 작업용 로봇 등 다양한 용도의 다관절 로봇이 개발되고 있다. 그 이외에도 시험 검사용 로봇, 바이오 공정용 로봇 등 다양 한 지능형 로봇 제조에도 다관절 로봇 기술이 응용되고 있다.
<표 1-1> 산업용 다관절 로봇 도입 사례
자동차
자동차용 CVJ(등속조인트)조립 라인
고난이도, 고부하 작업 불안정한 품질로 상위 조립과의 자동화 연결 곤란
작업효율화 전체 조립공정 자동화 인력 60% 절감 품질향상
자동차
저출력 80W 구동 에너지 절약 스페어 타이어 삽입보조 로봇
에너지 낭비 및 소음 과다 발생 비효율적 공간 활용(안전상 문제)
설치비용 절감 공간 활용 효율성 증대 공정 변경시 빠른 이동 가능 높은 안정성 저소음 등 작업 쾌적성 확보
자동차
커스텀 외관검사로봇
수작업 대체를 통한 에너지 절약 요구 품질안정화 필요성
인력 절감: 숙련공 대체 품질안정화 다각도 검사작업 효율화
전자부품
다관절 브레이징 로봇
환경변화 대응 : 무연납땜 시스템 도입 싱글스판납땜 전용기의 불량률 과다로 로봇 도입 요구 발생
공정효율화: 범용성, 높은 반응속도, 공정단축 품질향상 비용절감
전자부품
카메라조립용 핸들링 로봇
조립방식, 물류용도 등의 환경변화 기존 한팔 로봇에서 양팔 로봇 필요성 증대
생산성 향상 :작업 반경 대응 및 작업시간 단축 공간절약 , 위생도 향상
시장 현황
Allied Market Research에 따르면 2012년 세계 산업용 로 봇 시장 규모는 267억 8,000만 달러를 기록한 것으로 집계되 었다. 또한, 동 보고서에 따르면 세계 산업용 로봇 시장 규모 는 2013년부터 연평균 5.4%의 성장률로 성장하여 2020년에는 약 411억 7,000만 달러 규모가 될 것으로 전망된다. Technavio 의 ‘Global Articulated Robot Market 2012-2016’ 보고서에 따르 면 세계 다관절 로봇 시장규모는 공정 자동화에 대한 요구 확대 등의 영향으로 2016년에 약 244억 6,000만 달러에 달할 것 으로 전망된다. 이는 2016년 세계 산업용 로봇 시장 규모로 예 상되는 333억 6,000만 달러 규모이다.
이에 따라 세계 다관절 로봇 시장 규모는 2013년 약 208억 8,000만 달러에서 연평균 5.4%의 성장률로 성장하여 2020년에는 약 301억 8,000만 달 러 규모가 될 것으로 전망된다. 산업용 로봇 시장에서 큰 비중 을 차지하는 다관절 로봇 시장의 수요산업 구성비도 이와 유사 할 것으로 추정하면, 각 수요산업별 세계 다관절 로봇 시장 규 모 및 전망은 아래의 그림과 같다.
FA저널의 ‘2013 한국 산업자동화시장 전망보고서’에 따르면 국내 산업용 로봇 시장 규모는 2013년 약 1조 6,230억 원, 2014년 약 1조 7,106억 원, 2015년 약 1조 8,030억 원 규모로 추정되었다. 2013년에는 전년대비 8% 감소하였으나 2014년에 는 전년대비 5.4% 성장하였다
<그림 1-2> 세계 산업용 로봇과 다관절 로봇 시장 규모 및 전망
<그림 1-3> 세계 다관절 로봇 수요분야별 시장 규모 및 전망
국내 다관절 로봇 시장 규모는 2013년 약 1조 1,897억 원에서 연평균 5.4%의 성장률로 성장하여 2020년에는 약 1조 7,191억 원 규모가 될 전망이다. 각 수요산업별 국내 다관절 로봇 시장 규모 및 전망은 이전 페이지의 그림과 같다.
<그림 1-4> 국내 다관절 로봇 시장 규모 및 전망
<그림 1-5> 국내 다관절 로봇 시장 규모 및 전망 (수요분야별)
향후 전망
국내 제조업의 근간으로 불리는 뿌리산업은 주조, 금형, 용접, 표면처리, 소성가공, 열처리 등 부품 혹은 완제품을 생산하는 기초공정산업으로 제조업 경쟁력의 근간이 되는 산업이다. 하지만 3D 업종으로 인식되며 많은 근로자들이 기피하는 직종 중 하나이기도 하다. 점차 다관절 로봇이 제조공정에 투입되면서 중소제조기업의 열악한 환경을 개선함으로써 선순환구조가 구축되었다. 이처럼 뿌리산업 분야의 로봇공정 도입은 기업의 경쟁력 향상과 산업용 로봇시장 활성화로 이어지면서 국내 중소기업의 해외시장 진출에도 많은 도움을 줄 것으로 기대되고 있다.