산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2020.4. 특집 요약 (p37~60)

틈새 작업을 하는 로봇
심각한 인재부족, 탁상로봇∙협동로봇

심각한 인력 부족을 배경으로 탁상형 로봇과 협동 로봇이 관심을 끌고 있다. 최근에는 복잡한 작업이나 여러 공정을 자동화하는 것이 아니라, 단순 작업이나 공정의 극히 일부인 ‘틈새 작업’을 자동화하는 도구로서 활용하는 움직임이 나오기 시작했다. 완전한 자동화를 목표로 하는 것이 아닌, 협동 로봇의 가능한 범위 안에서 잘 활용하는 ‘느긋한(ゆるい, 유루이)’ 사용 방법이다.

Part 1. 총론
‘완전’이라는 굴레에서 벗어나면 유루로봇으로 여러 가지 자동화가 가능

2019년 12월에 개최된 '2019 국제로봇전'은 관람객들의 관심을 끌어 모은 로봇 시스템을 선보인다. 덴소웨이브(아이치 현)와 히타치(日立) 캐피탈, 히타치 시스템즈의 3사가 공동 개발한 로봇 시스템 ‘RPA & COBOTTA 사무실용 자동화 지원’이 그 주인공이다. 자세한 것은 나중에 설명하겠지만, 도장의 날인이나 종이 서류의 전자화 작업을 자동화 하는 것이다.

최근, RPA & COBOTTA와 같이 어렵지는 않지만 사람이 하고 있던 작업이나 메인 작업 사이에 틈틈이 해야 했던 작업, 이른바 ‘틈새 작업’을 로봇으로 자동화하는 움직임이 눈에 띄기 시작했다. 이용하는 것은 가반질량이 1kg에도 못 미치는 저출력 탁상형 로봇이지만, 사람과 동일한 작업 공간에서 가동할 수 있는 비교적 소형의 협동 로봇이다.

로봇이 하는 일은 도장 찍기, 작업한 것을 박스에 담기, 장치에 조립하는 등 매우 단순한 업무. 그러나 그런 단순 작업을 "부분적이라도 좋으니 자동화한다"라는 과감한 발상의 도입 사례나 시스템 제안이 늘어나고 있다. 완전 자동화는 추구하지 않는다. 오로지 사람의 작업을 보조하는데 사용하는 ‘유루로봇(느긋함을 뜻하는 유루이(ゆるい)와 로봇의 합성어)’이라고 하는 로봇 활용의 발전된 형태인 것이다.

-- 도장 작업을 로봇에게? --
앞에서 말한 RPA & COBOTTA는 덴소웨이브의 소형 협동 로봇 ‘COBOTTA’ 2대와 스캐너 등으로 구성되며 도장의 날인 작업 등을 해낸다. 복수의 서류가 섞여 있어도 로봇 팔 선단에 설치한 카메라의 영상으로부터 각각의 서류에 날인해야 할 장소를 특정, 적절한 도장을 선택해 찍는다. 페이지를 넘기고, 날인이 끝난 서류를 옆으로 옮기거나 하는 등 COBOTTA가 날렵하게 서류를 1장씩 핸들링 한다.

작업 자체는 ‘도장을 찍는’ 단순한 작업이다. 서류를 모두 전산화한다면 이런 시스템은 불필요하다. 게다가 1장 당 처리 속도는 2분 이상으로 사람에 비해 매우 느리다. 그러나 실제 사무실에서는 날인과 같은 비효율적인 단순 작업이 다수 남아 있어 시간을 소모하고 있다. 전시회의 시연회에서는 그런 비효율적인 작업으로부터 해방될 수 있는 실효성 있는 시스템으로 평가하는 사람이 많았다. 처리 속도가 느린 것도 사람이 다른 작업을 하고 있을 때나 늦은 밤에 무인으로 가동시킨다면 큰 문제가 되지 않는다.

-- 작업은 계산표의 출납 --
리소나홀딩스(HD)는 중국 신센유젠테크놀로지(Shenshen Yuejiang Technology)가 제작한 탁상형 로봇 ‘DOBOT Magician’과 RPA를 조합한 새로운 시스템을 도입해 계산표의 입출력 작업의 성(省)인화를 추진하고 있다. DOBOT이 담당하는 것은 계산표 용지의 투입 및 프린터가 출력한 계산표를 꺼내는 작업뿐이다. 그런대도 ‘약 1개월만에 투자 회수가 가능했다(리소나홀딩스 디지털화추진부 AI∙RPA추진팀 그룹리더인 아라키 씨)고 한다.

사람 곁에서 틈새 작업을 자동화하는 움직임은 사무실이나 공장에 그치지 않는다. 예를 들어, 시카시마(鹿島)건설은 미국 Boston Dynamic 사의 4족보행 로봇 ‘Spot’을 토목 현장에 도입. 터널 공사 현장에서의 사진 촬영 등에 활용하기 시작했다.

-- 일손 부족의 결정적인 한 수가 될까? --
앞에서 말한 이용법이 주목을 받은 배경에는 심각한 일손 부족이 있다. 업무의 일부만이라도 탁상용 로봇 및 소형 협동 로봇으로 자동화가 가능하다면 충분히 도입하는 메리트가 있다. 예를 들어 공장에서 5.5명이 필요한 작업에는 6명의 작업자가 필요하지만, 그 중 0.5명 분 만이라도 로봇으로 자동화가 가능하다면 1명의 인력을 줄여 다른 작업에 배치할 수 있다.

여기에서 각광을 받게 된 것이 안전 펜스 없이 사람과 동일한 작업 공간에서 일할 수 있는 탁상형 로봇 및 협동 로봇이다. 특히 협동 로봇은 법 규제의 완화를 계기로 다양한 제조사가 제품을 투입. 기존 설비의 대폭적인 개조 또는 공간 절약으로 자동화가 가능할 것으로 높은 기대를 받았다.

그러나 당초의 기대만큼 도입 및 활용은 확대되지 않았다. 그 이유 중 하나가 너무 높은 기대치 때문이다. 협동 로봇은 사람과 같은 공간에서 사용할 수 있는 것이 전제이기 때문에 기존의 고성능 산업 로봇에 비해 속도나 가반질량이 한정되어 있다. 비용을 들여 도입하더라도 처리 속도가 늦거나 기능이 한정되어 있는 등 비용 대비 효과를 안 좋게 보는 경우가 현장에서는 많았다.

-- 저출력∙저속을 전제로 사용한다 --
그러나 그런 약점을 감안해 사람과 동일한 공간에서 작업이 가능하다는 이점을 살려 틈새 작업 및 단순 작업의 자동화를 특화 한다면 실제로 도입 효과를 얻을 수 있다. 그것이 협동 로봇 활용의 발전형인 ‘유루로봇’인 것이다.

특히 ‘유루로봇 활용’에서 주목하고 싶은 것은 DOBOT Magician 및 COBOTTA와 같은 소형 로봇이다.

“일반적으로 협동 로봇의 활용으로 성공하고 있는 것은 소형 로봇의 픽앤플레이스(Pick & Place)와 같은 단순 작업. 간단한 작업이 로봇을 심플하게 사용할 수 있어 비용 대비 효과가 크다”라고 로봇 도입∙활용의 컨설팅을 맡고 있는 COBOTTA.TPS의 이노구치(猪口) 씨는 말한다. 옆에서 일하는 작업자에게 불안감을 주지 않는다는 점에서 소형인 편이 협동 작업에 적합하기 때문이다.

-- 로봇은 저렴한 비용으로 개선할 수 있는 도구 --
COBOTTA.TPS의 이노구치 씨는 탁상형 로봇 및 소형 협동 로봇의 진면목은 저렴한 점에 있다고 지적한다. “수 십 만엔~200만엔 정도의 협동 로봇으로 자동화가 가능하다면 비용 대비 효과를 기대할 수 있다. 성공의 열쇠는 어려운 작업을 시키는 것이 아니라, 저렴한 로봇을 얼마나 간단하고 유연하게 사용할 수 있을 지 이다.

Part 2. 활약하는 유루로봇

■ 시마즈(島津)제작소
가이젠(개선)의 주역은 14만엔의 중국 로봇/ ‘5분에 1회’의 경작업을 자동화

시마즈제작소는 저렴한 중국산 로봇을 사용한 현장 개선을 추진한다. 채택한 것은 중국 '선전웨장테크놀로지(Shenzhen Yuejiang Technology)'의 ‘DOBOT Magician(이하, DOBOT). 교육 및 취미 용도로 설계된 로봇 팔이다. 가반질량은 최대 500g, 반복 위치 결정 정밀도는 0.2mm, 4축 자유도를 가지고 있다. 스태핑모터로 3개의 관절을 가동해 서보모터로 팔 선단의 핸드 방향을 조절하는 구조이다. 이런 성능만을 볼 때, 산업용으로 이용하는 로봇으로서는 현저히 기능이 떨어진다.

그러나 DOBOT의 최대 매력은 저렴한 가격이다. 1대당 가격은 약 14만엔부터로, 수백만 엔 하는 산업용 로봇에 비해 현저히 저렴하다. 도입이 쉬운 만큼, 용도를 좁힌 활용 장소를 찾기 쉽다. 이런 특징을 살려 시마즈제작소는 지금까지 로봇을 적용하기 힘들었던 경작업의 자동화를 추진하고 있다. 그 예로 ‘부품의 정렬 작업’ ‘전자부품의 소분화 작업’이 있다.

-- 부품 정렬을 도와주는 유루 로봇 --
-- 전자부품을 소분 --

■ 덴소웨이브
조립에서 검사까지 3대가 연대/ 레고로 만든 치구로 단순 작업을 연구

소형 협동 로봇 ‘COBOTTA’를 제공하는 덴소웨이브는 자사에서도 사람의 작업을 COBOTTA로 전환하는 작업을 추진하고 있다.

COBOTTA 자체를 생산하는 덴소웨이브 본사의 공장을 예로 들자면, IC카드 리더의 생산 공장의 최종 조립에서 검사 공정에 3대의 COBOTTA가 자동으로 작업하고 있다.

도입한 것은 2019년 10월. 이전까지는 1명의 작업자가 했던 작업을 3대의 COBOTTA가 대신한다. 동작이 느린 COBOTTA이지만, 3대에 작업을 분담시켜 여유 있는 운용으로 기존과 동일한 처리 능력을 확보하고 있다.

-- 레고 블록으로 치구 작성 --

■ 카지마(鹿島)건설
4족 보행 로봇이 위험 장소를 점검/ 사람에게는 일체 무리한 작업을 시키지 않는다

공장이나 사무실뿐만 아니라, 토목 및 건설 현장에서도 사람이 할 수 있어도 로봇에게 맡기고 싶은 미묘한 작업이 있다. 카지마건설은 2019년 12월에 미국 보스턴 다이나믹스(Boston Dynamics)의 4족 보행형 로봇 ‘Spot’을 토목공사 현장에 도입했다. 2018년 11월의 가나가와(神奈川) 현 내의 터널 공사 현장에서 실시한 실증시험을 시행해 터널 내의 노반 등을 걸을 수 있도록 커스터마이즈 한 것이라고 한다.

실증시험의 내용은 터널 안을 순회하거나 갱내에서 사진을 찍는 등 사람에게는 단순한 작업. 그러나 일손 부족인 지금은 조금이라도 위험이 따르거나 번거로운 작업을 로봇이 대체하는 데는 그 의의가 크다. 업계 활성화를 위해서라도 향후 적용 범위를 확대해 나갈 계획이다.

-- 위험한 채굴 현장에서 사진 촬영 --

Part 3. 유루로봇으로의 시선

■ 혁신으로 인도하는 키워드는 오픈 소스
저가의 소형 로봇은 생산 현장에 어떤 영향을 가져올까? 시마즈제작소에서는 저가 로봇 팔인 ‘DOBOT Magician’을 사용한 자동화를 추진하고 있다. 시마즈종합서비스 시니어캐리어부 매니저인 이케지리(池尻) 씨, DOBOT의 도입을 지원한 GRIPS 대표이사 모리타(森田) 씨, 심층학습에 의한 화상처리 시스템을 제공한 RUTILEA 대표이사 야노(矢野) 씨에게 질문을 했다.

-- 대기업일수록 오픈 소스에 적극적 --
-- 가이젠(개선)의 새로운 무기 --

■ 없앨 수 없는 작업을 저격
소형 협동 로봇 ‘COBOTTA’ 등, 덴소웨이브에서 로봇 개발을 이끌고 있는 사와다(澤田) 씨. 소형 경량이라는 포터빌리티와 로봇만의 범용성∙유연성을 활용한 현장은 아직 많이 있다고 보고 있다. 한편, 새로운 유저층을 위해 한층 더 향상된 편리성이 반드시 필요하다고 말한다.

-- 단순 작업은 많아, 자동화의 여지는 아직 많이 있다 --
-- 강력한 개발 환경을 간단히 사용할 수 있게 --

■ 저렴한 로봇을 심플하게 사용해야 한다
대형 제조업체 생산 기술에 종사하며 그 경험을 살려 소형 협동 로봇을 중심으로 도입∙활용의 컨설팅을 맡고 있는 이노구치 씨. 소형에 저렴한 협동 로봇이 증가해 그 쓰임새도 현격히 좋아지고 있는 가운데, 앞으로 단순 작업의 자동화에 도입∙활용하는 현장이 늘어날 것으로 보고 있다.

-- 저렴한 로봇을 간단히 사용한다 --
-- 로봇은 어디까지나 도구 --

■ 로봇의 실패는 동료가 서포트
한 마디로 ‘협동 로봇’이라고 해도, 산업용 로봇을 취급하는 사람들과 서비스 로봇을 취급하는 사람들 사이에는 입장의 차이로 인해 인식이 다르다---. 이렇게 말하는 RT 대표이사인 나카가와(中川) 씨에게 그 진의를 물었다.

-- 다른 협동형의 정의 --
-- 사람이 만지더라도 동작을 멈추지 않는다 --

■ 부가가치가 없는 작업이야말로 로봇에게
RPA로 PC작업의 효율화를 추진하는 한편, 구태의연한 수작업이 많이 남아 있는 사무실 업무. ‘도장 로봇’으로 화제를 불러일으킨 ‘RPA & COBOTTA’는 그런 작업의 자동화를 노린 로봇이다. 사무실의 로봇 투입이라는 아이디어는 어디서 나온 것일까? 개발의 목적을 물었다.

-- 전자화의 흐름에 역행? --
-- 앱 자체로 가능한 작업이 확대된다 --

Part 4. 최신 로봇의 기술∙제품
국제 로봇전/로보틱스/국제 호텔∙레스토랑∙Show

■ 최신 협동 로봇이 잇따라 등장, 주변 기술도 확충
간단 티칭 및 고기능화로 폭넓은 유저에게 다가간다

인력부족을 배경으로 한 로봇 도입의 강한 니즈를 반영한 듯 ‘2019 국제로봇전 (iREX2019)’(2019년 12월 18일~21일) 및 제4회 로보틱스’(2020년 2월 12일~14일)의 전시회에서는 새로운 협동 로봇에서 로봇 핸드 등의 주변 기술까지 몇 가지 신제품∙신기술이 출전해 방문객들의 이목을 집중시켰다. 이들 전시회 등을 중심으로 사람의 작업을 지원하는 최신 제품∙기술을 소개하겠다.

▶ 협동 로봇이 튀김덮밥(텐동)의 접시를 닦는다
커넥티드 로보틱스(도쿄)와 튀김덮밥 체인을 운영하는 SRS홀딩스가 공동으로 개발한 식기 세척기 시스템. 2020년 6월에 SRS의 점포에 도입한다. 화상인식 기술, 식기 세척기 2대의 협동로봇을 조합해 구성.

▶ 소형∙저출력으로 프로그래밍이 필요 없는 4축 로봇
다이아딕 시스템즈가 개발한 4축 소형 로봇 ‘DSR2-400’은 픽앤플레이스 및 부품의 투입 등 단순한 경작업에서의 이용을 상정하고 있다. 서보모터의 출력이 16W로 작기 때문에 협동 로봇으로서 이용이 가능하다.

▶ 사람이 손에 들고 가르치는 협동로봇
화낙(FANUC)의 협동 로봇 ‘CRX-10iA’는 사람이 직접 로봇을 손에 들고 동작을 가르치는 다이렉트 티칭 기능을 탑재한다. 백색에 가느다란 프레임이 특징으로, 티칭의 수고를 줄일 수 있다는 점이 장점이다.

▶ 6축의 토크 센서로 섬세한 작업에 대응
한국의 두산 로보틱스가 만든 6축 협동 로봇(M0609, M1509, M1013, M0617의 4기종)은 6개 축 모두에 토크센서를 탑재해 더욱 정확한 감지를 할 수 있도록 했다는 것이 특징이다.

▶ 간단 프로그래밍으로 전문가가 필요 없는 미쓰비시의 협동 로봇
미쓰비시(三菱)전기가 개발중인 협동 로봇 ‘MELFA ASSISTA’. 다이렉트 티칭 기능을 갖추고 있으며 팔 위쪽의 컨트롤 키로 기동 및 정지, 티칭 모드로의 전환 등 조작이 가능하다. 티칭 박스 없이 교시(敎示)가 가능.

▶ 토크 센서가 없는 와세다(早稲田)대학 발(發) 협동 로봇
‘NICEBOT’는 토크 센서를 사용하지 않는 것이 특징. 독자적인 토크 리미터를 개발해 피드포워드 제어로 고속 동작을 실현하면서 충돌 시의 안전성을 높였다고 한다.

▶ 세 손가락 로봇 핸드
시나노겐시(본사 나가노 현)가 개발한 세 손가락 타입의 전동 로봇 핸드 ‘ARH305A’. 손가락 형태는 약 10가지 종류로부터 선택할 수 있다. 핸드 중심에 관통 구멍이 있어 용도에 따라 소형 카메라나 공기압 기기를 부착할 수 있다.
 
▶ 딱딱한 것도 부드러운 것도 잡을 수 있는 ‘촉각 핸드’
도요타(豊田)합성이 자체 개발한 고무재료 ‘e-Rubber’을 이용해 개발을 추진하고 있는 두 손가락 로봇 핸드. E-Rubber는 유도체를 신축성이 있는 전극으로 끼워 넣은 것과 같은 구조의 고무 재료로, 전압을 걸면 양극의 전하가 당겨져 클롱의 힘이 발생해 유전체가 변형되어 얇아진다. 적층하면 동력원(액츄에이터)으로서 기능한다.

▶ 역학을 피드백 하는 원격 조작의 연삭 로봇
가와사키(川崎)중공업은 연삭 로봇 시스템 ‘Successor-G’의 판매를 2020년 4월부터 시작한다. 가와사키중공업의 산업용 로봇 ‘BX100N’의 선단에 그라인더를 설치해 원격 조작이 가능하도록 했다. 티칭하는 것이 아니라 작업자가 카메라 영상을 보면서 조작 핸들로 로봇을 움직이게 한다.

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