산업용 로봇을 제조하고 있는 국내 로봇기업 (주)민트로봇은 독자적 기술로 로봇에 들어가는 70%이상의 부품들을 직접 개발하고 생산한다고 밝혔습니다. 그들이 직접 만들고있는 핵심 부품중 가장 중요한 정밀감속기에 대해서 인터뷰를 진행했습니다.
민트로봇에서 개발된 정밀감속기 Elacloid Drive
정밀감속기에 대해서 좀 구체적으로 설명해주시겠습니까?
감속기란 일종의 동력 변환 장치를 의미합니다. 일반적으로 로봇에 사용되는 모터는 매우 빠른 속도로 회전할 수 있지만 힘(토크) 자체는 매우 약합니다. 하지만, 로봇에서 요구되는 조건은 느린 속도에 큰 힘을 내는 구동기를 원합니다. 따라서, 빠른 속도와 느린 힘을 내는 모터를 느린 속도의 큰 힘을 내도록 변환해주는 장치가 필요한데, 이 역할을 해주는 장치가 바로 감속기입니다.
감속기중에서도 로봇에서 사용되는 감속기는 낮은 백래시 특성을 갖는 특수한 정밀 감속기입니다. 백래시란 일종의 감속기 장치에 존재하는 작은 유격을 의미하는데, 백래시가 크면 로봇이 정밀하게 움직일 수가 없습니다. 그래서, 로봇에 사용되는 감속기는 소위 백래시를 거의 제거한 제로백래시 감속기라고 불리우는데, 이러한 정밀한 감속기를 만든다는 것은 매우 까다롭습니다.
로봇에 사용되는 정밀 감속기는 크게 2가지 종류가 있습니다. 먼저, 이미 잘 알려진 하모닉 드라이브라는 방식이 있습니다. 하모닉 드라이브 방식은 금속 소재의 탄성변형 특성을 이용하여 매우 정밀하게 작동하는 감속기를 구현한 방식입니다. 이 방식은 감속기에 대한 소형화가 가능하지만 출력이 낮아 보통 소형 로봇에 사용이 됩니다. 하모닉 드라이브 방식은 제조에 요구되는 정밀 가공뿐만이 아니라 감속기가 파손되지 않고 올바르게 작동하기 위한 소재 및 열처리 기술이 요구됩니다. 따라서, 만들기가 매우 까다로워 가격이 매우 비싼 편에 속합니다. 과거에는 일본의 Harmonic Drive Systems(HDS) 라는 기업에서 원천 기술 특허를 보유하고 있었고, 세계 시장의 사실상 99%를 점유하고 있었습니다. 하지만, 최근 특허가 만료되면서 국내 및 중국, 대만 등의 기업에서 동일한 제품을 생산하고 있지만, HDS 사가 보유하고 있는 제조 노하우들의 역량이 워낙 뛰어나 사실상 일본 HDS 사와 완전 동등하거나 그 이상의 성능을 내는 감속기를 제조할 수 있는 업체는 아직 존재하지 않습니다. 두번째 방식은 사이클로이드 드라이브라는 방식입니다. 사이클로이드 드라이브는 하모닉 드라이브처럼 소형화가 어렵지만 출력이 매우 커서 보통 중/대형 로봇에 사용됩니다. 사이클로이드 드라이브는 하모닉 드라이브와 비교하여 비교적 생산이 용이한편에 속합니다. 하지만, 정밀하게 작동하게 만든다는 것은 여전히 어려운 일이며, 사이클로이드 드라이브 방식이 보다 정교하게 작동할 수 있도록 개량한 것이 RV감속기 이며, 전 세계의 산업용 로봇에 가장 많이 사용되고 있는 방식 입니다. 감속기란 속도를 제어하는 장치를 말합니다. 실제로 감속기는 로봇암 외에도 자동차를 비롯한 모터가 들어가는 수 많은 기계에서 사용되고 있습니다. 모터가 회전하는 속도를 제어하면서 더욱 힘을 실어줄 수 있는 장치이기도 합니다.
지난 수년동안 많은 개선이 있었던 민트로봇의 Elacloid Drive
로봇기업중에는 정밀감속기를 만드는 경우가 흔치 않은데, 감속기를 만들게 된 배경이 있나요?
저희 기업의 최대 목표는 저렴한 가격으로 로봇의 보급화에 선두주자가 되는 것입니다. 실제로 협동 및 산업용 로봇을 제조하는데에는 핵심부품들이 주를 이루고 있습니다. 첫번째, 정밀감속기는 전체 로봇가격 원가의 약 34%를 차지합 니다. 그리고 모터와 엔코더 그리고 드라이버를 서보모터 시스템 (Servo motor system)이라고 하는데, 이 부분이 약 24%의 가격을 차지합니다. 이 두가지 부품은 로봇의 관절에 들어가는 핵심 부품들인데 결국 관절의 원가만 로봇 원가의 약 60%를 차지하게 되는 샘입니다. 사실, 로봇 기업에서 정밀 감속기를 만드는 회사는 극히 드물다고 볼 수 있습니다. 현재 전 세계에서 저희 민트로봇이 유일무이하다고 해도 과언이 아닙니다. 저희같은 소규모 스타트업이 경쟁에서 살아남기 위해서는 결국은 가격 경쟁력으로 승부를 봐야하지요. 하지만, 아무리 가격을 내리려고 애써도 핵심부품들을 해외에서 조달하여 사용하다보니 가격을 내리는데 근본적인 한계가 있었습니다. 그래서 그 중 가장 만들기 어렵고, 가장 큰 비중을 차지하는 정밀감속기를 만들어보자고 결심하게 되었습니다.
그렇다면 민트로봇의 감속기는 다른 감속기와 차별성이 있나요?
엘라클로이드 드라이브 (Elacloid Drive)의 특징에 대해서 말해주시겠습니까?
상단제품이 일반형 감속기, 하단제품이 중공형 감속기
현재 어떠한 라인업으로 구성되어있나요?
엘라클로이드 드라이브는 최초 중공형 유니트 타입으로 제작이 되었습니다. 수년간 많은 개선을 통해 가장 안정화된 모델입니다. 가장 작은 사이즈인 70mm부터, 현재 120mm까지 제작을 할 수 있습니다. 차후, 160mm, 그 이상 되는 크기의 감속기를 제조계획이 있습니다. 감속비율은 현재 40:1, 80:1, 100:1이 구현이 되어있고, 추가로 60:1이 예정되어 있습니다. 현재 이 모델은 C타입(Cylinder)으로 불리워지고 있습니다.
두번째는 F타입(Flange)으로 중공형이 아닌 일반적인 형태의 감속기입니다. 이는 기존에 하모닉드라이브 감속기를 사용하는 사용자들을 위하여 가장 많이 사용되는 하모닉 드라이브 감속기의 모델인 CSG 모델과 사이즈를 같게 맞추어 제작이 되었습니다. 따라서, 기존 HSD사의 제품을 사용하고 있었던 제품들을 설계를 변경하지 않고 그대로 감속기만을 바꾸어 사용할 수 있는 장점이 있습니다.
엘라클로이드 드라이브의 성능에 대해 많은 질문들이 있을텐데요.
감속기를 만드는데 어려운 점이 있다면?
2019.05.24