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▲ 남경태 한국생산기술연구원 인간중심생산기술연구소 부문장이 ‘피지털 AI 기반 첨단로봇 활용 제조공정 기술’을 발표하고 있다.

휴머노이드 로봇, 협동로봇, 서비스로봇 등 로봇이 피지컬 AI와 결합돼 제조업계가 꿈꾸던 자율제조 시대를 현실화 할 것으로 기대되고 있는 가운데 적층제조(3D프린팅)가 로봇 제조 경쟁력 강화를 기여하는 플랫폼 기술로 자리매김할 것으로 기대되고 있다.

3D프린팅연구조합과 한국나노융합산업협회는 7월9일 킨텍스 제1전시장 301호실에서 ‘AI 로봇 하드웨어와 적층제조 기반 미래 제조혁신 컨퍼런스’를 개최했다. 국내 유일 적층제조 전문전시회인 ‘AM 코리아’의 부대행사로 열린 이번 컨퍼런스는 피지컬 AI, 산업 로보틱스, 자율제조 등 차세대 제조업 변화에 대응하고 네트워크를 강화하기 위해 마련됐다.

이날 컨퍼런스는 3개 세션으로 진행됐다. 첫 세션은 ‘미래 로봇 하드웨어와 핵심 구동 기술’을 주제로 한국생산기술연구원, 한국기계연구원, 브릴스 등 전문가들이 발표했다. 두 번째 세션은 ‘AI 기반 제조혁신과 적층제조 기술’을 주제로 에이엠솔루션즈, 링크솔루션, 3D프린팅연구조합에서 발표에 나섰다.

마지막 세션은 ‘로봇용 적층제조 소재·부품 적용 사례’를 주제로 프로토텍, 자이브솔루션즈, 한국기술, 하비스탕스가 각각의 적층제조 기술 적용 사례와 전망을 발표했다.

제조업계에서 로봇은 자동화를 통한 작업현장 안전 강화와 숙련 작업자를 대체하는 것을 넘어 다품종 유연생산, 디지털 전환 등 시대적 흐름에 대응할 수 있고, 특히 실제 물리 환경을 인식하고 스스로 판단하며 행동하는 피지컬 AI와 결합돼 데이터 기반 자율제조를 구현하는 차세대 제조 핵심 인프라가 될 전망이다.

이에 현대자동차의 로봇 계열사 보스턴다이나믹스는 휴머노이드 로봇 ‘아틀라스’를 올해 초 미국 CES에서 최초로 공개하며 2030년까지 연간 최대 3만대 양산체계를 구축할 것이라고 발표한 바 있다.

이와 같은 로봇 양산 시대에서 경쟁력은 경량 고강도 구조체, 고토크 액추에이터, 정밀 하우징, 기능통합 부품 등 하드웨어 제조기술​에 의해 결정된다. 로봇은 작업 현장 조건에 따라 매우 다양한 모델이 필요하기 때문에 맞춤형 생산이 필수적이며, 경량화 및 구조 최적화, 복잡 구조 구현, 기능 통합, 빠른 설계 변경 대응이 중요해지고 있다.

강민철 3D프린팅연구조합 적층제조 R&D 센터장은 ‘차세대 로보틱스와 적층제조 기반 제조혁신 전략’ 주제발표를 통해 적층제조는 로봇 부품 제조에서 기존 공법으로 구현하기 어려운 복잡 형상, 내부 유로, 격자 구조, 부품 일체화, 경량화 설계를 가능하게 하는 핵심 기술이 될 것이라고 밝혔다.
대표적으로 로봇 관절 하우징, 링크 암 구조, 액추에이터 하우징, EOAT 그리퍼 구조, 매니폴드, 센서 마운트, 국방·무인체계용 경량 프레임 등이 적층제조 적용 효과가 큰 부품이 될 것이라고 제시했다. 휴머노이드 로봇 분야에서는 Hip Joint Housing, Shoulder Frame, Knee Bracket, Planet Carrier, Actuator Housing 등이 적층제조 및 정밀주조 연계 공정의 주요 적용 후보로 제시됐다.

또한 로봇 부품 제조는 단일 공법 중심에서 벗어나 하이브리드 제조(Hybrid Manufacturing) 방식으로 진화해야 한다는 점도 강조했다. 즉, 부품의 기능, 요구 성능, 생산량, 경제성에 따라 주조, 정밀주조, 다이캐스팅, 분말야금, MIM, 기계가공, 단조, 적층제조를 최적으로 조합해야 한다는 것이다.

국방·무인체계 로봇 분야에서는 적층제조의 전략적 가치가 더욱 크다는 평가가 나왔다. 경량 구조 링크, 내부 냉각 유로 매니폴드, 격자 구조 프레임 패널, 센서 베이, 연료·공압 매니폴드, UAV 짐벌 프레임, 고토크 액추에이터 하우징 등은 성능 향상과 부품 통합 효과가 높은 분야로 소개됐다.
강민철 센터장은 “대한민국은 정밀주조, 금형, 소재, 적층제조, 자동화 기술 등 세계적 수준의 제조 기반을 보유하고 있다”며 “적층제조는 더 이상 하나의 제조공법이 아니라 차세대 로봇 산업의 설계 자유도와 제조 경쟁력을 결정하는 핵심 플랫폼 기술”이라고 강조했다.

휴머노이드 로봇은 자체 중량은 물론 10~20kg의 무게를 들어야하기 때문에 극단적인 경량화가 필수적이다. 또한 연속 구동시 모터에서 열이 많이 발생하고 인체의 신경 역할을 하는 배선도 복잡해 기존 제조 공정만으로는 양산에 한계가 있다.

최근식 링크솔루션 대표는 로봇 하드웨어 제조혁신과 적층제조를 주제 발표하며 적층제조를 적용할 휴머노이드 로봇 6대 핵심 부품으로 △어깨 관절 하우징 △토르소 △포어암 △무릎 링크 구조체 △발목 조인트 브라켓 △충력 흡수 풋솔 등을 제시했다.

이러한 로봇 하드웨어를 금속이나 폴리머로 적층제조 할 경우 DfAM(적층제조특화설계)를 적용해 설계 자유도 향상, 경량화, 부품 통합, 발열 감소, 배선 단순화, 액추에이터 성능 개선 등 다양한 효과를 거둘 수 있다.

최근식 대표는 “휴머노이드 로봇의 경쟁력은 가장 똑똑한 AI가 아니라 가장 진보된 제조 공정확보에 달려있다”며 “대량 양산에 성공하려면 초기 설계 단계부터 전면적으로 적층제조를 도입해야 한다”고 제언했다.

남경태 한국생산기술연구원 인간중심생산기술연구소 부문장은 ‘피지털 AI 기반 첨단로봇 활용 제조공정 기술’ 주제발표를 통해 현재 국내외에서 물리적 세계와 능동적으로 상호작용 할 수 있는 피지컬 AI 기술을 적용해 제조현장의 첨단로봇 자동화 공정기술을 고도화하고 실증하는 사례를 소개했다.

이러한 첨단로봇 활용 피지컬 AI 공정기술은 고숙련 작업자의 작업 데이터를 수집해 모방학습을 통해 로봇 모션을 생성하고 AI 학습을 통해 최적화 및 정밀화시키는 기술이다. 디지털 트윈 기반으로 다양한 공정 적용과 개발 비용 및 시간 단축에 효과적이다.

일본 CNC 및 산업용 로봇 전문기업 화낙(FANUC)은 AI 로봇 테스팅 센터를 운영하면서 자동차, 전자, 식품 등에 필요한 용접, 조립, 검사, 물류 등 다양한 작업 환경에서 맞는 로봇 시뮬레이션 개발 및 검증과 함께 엔비디아와 협력을 통해 AI 제어 학습기술을 개발했다.

한국생산기술연구원은 제조현장에 기 구축된 장비와 로봇을 융합하는 지능형 공정모델 개발을 위한 장비간 연결과 장비 지능화를 추진했다. 이를 기반으로 뿌리산업, 방산, 화학 등 업종에 제조로봇 보급 확산을 위한 표준공정모델 개발 및 실증사업에 나섰다. 기존 수작업으로 이뤄지던 자동차 부품의 주조후처리 공정에 로봇을 적용해 생산성을 76% 향상시키고 불량률을 87% 감소시켰다.

또한 대규모 데이터로 사전학습된 로봇용 범용 피지컬 AI 모델을 개발했다. 수작업에 의존하고 있는 적층제조 도장 공정에 적용하기 위해 작업자의 작업 패턴 데이터를 수집 후 모방학습을 통해 생성된 최적화된 도장 경로를 도장 로봇에 동기화함으로써 수작업과 동일한 수준을 구현했다.

남경태 부문장은 적층제조 지지대 제거, 표면 정밀가공, 폴리싱 등 후공정에 로봇 활용이 유망하며, 피지컬 AI 로봇 기술은 △실시간 적층 모니터링 및 폐루프 제어 △비정형 후공정을 위한 모방 학습 △다감각 피드백 기반 연마 및 디버링 △자율형 로봇 팩토리 및 자연어 지시 등에 적용될 것이라고 전망했다.

박동일 한국기계연구원 첨단로봇센터장은 ‘정밀 조작을 넘어 비정형 환경 작업을 위한 휴머노이드로의 진화’를 주제 발표했다.

박동일 센터장은 아직까지도 제조 현장에서 자동화가 어려운 대표적인 공정으로 케이블 하네스 조립과 최총 출하검사를 꼽았다. 로봇을 적용하기 위한 시도가 활발하지만 신뢰성을 확보할 수 없어 적용이 어렵기 때문이다. 또한 현재 협동 로봇의 손 역할을 하는 그리퍼는 정형화된 작업 밖에 하지 못하기 때문에 비정형 작업을 위해선 인간의 손과 유사한 형태의 그리퍼 개발이 필요하다고 강조했다.

또한 휴머노이드 로봇의 제조현장 적용을 위해선 보안 강화를 위해 국산화가 반드시 요구되며, 이를 위해 ‘K-휴머노이드 표준 플랫폼 개발’이 필요하다고 제언했다. 특히 휴머노이드 로봇 모터, 감속기, 드라이브 부품의 핵심 기술 확보가 필수적이라고 강조했다.

브릴스의 전진 대표는 ‘AI 기반 지능형 제조공장과 로봇 자동화 기술’ 주제발표를 통해 국내외 로봇 시장이 인력 부족 및 임금 상승 대응, 기업의 생산성 향상, 정부 및 민간 투자 지원 등으로 인해 지속 성장하고 있다고 밝혔다.

국내 로봇 기업 연간 매출액은 약 6조원에 달하는 것으로 집계되고 있으나 높은 R&D 투자, 영세한 산업구조, 경쟁 심화, 국산 로봇 수요 둔화 등으로 100억원 이상 매출을 기록하는 주요 로봇 기업들은 적자가 지속되고 있는 상황이다.

전진 대표는 로봇은 원자재의 일종으로 수요기업이 요구하는 시스템 설계, 제작, 설치, 유지보수 등 수행을 하는 시스템 통합(SI) 기업과 모듈화 AI·로봇 플랫폼 솔루션 기업이 중요해질 것이라고 강조했다.

브릴스는 로봇 제조, 자동화 솔루션, AI 기술을 결합해 고객이 필요로 하는 300여종의 어플리케이션 AI·로봇 플랫폼 솔루션을 제공하고 있다.

전진 대표는 “감속기, 모터, AI 기술을 가진 국내 로봇 기업 중에 매출을 제대로 창출하는 기업이 없는 것은 시장이 작아 규모의 경제에서 밀리고 산업 생태계가 구축되지 않았기 때문”이라며 “정부가 로봇 부품 기업에 대한 전폭적인 정책 지원 등을 통해 유망 중소기업을 키워야 대한민국 로봇과 제조업 경쟁력을 강화할 수 있을 것”이라고 제언했다.

이날 이조원 3D프린팅연구조합 이사장은 환영사를 통해 “최근 로봇 산업은 단순한 자동화 장비를 넘어 실제 제조 현장과 비정형 환경에서 스스로 판단하고 움직이는 방향으로 진화하고 있다”며 “3D프린팅연구조합은 향후 로봇, 항공우주, 방산, 원자력 등 고부가 제조산업과 연계해 금속 적층제조 표준화, 공정 검증, 부품 적용, 산업 확산을 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔다.

출처 : 신소재경제(https://www.amenews.kr/)