[로봇특집] 로봇 어플리케이션을 결정하는 ‘그리퍼’

[로봇특집] 로봇 어플리케이션을 결정하는 ‘그리퍼’
로봇, 어떻게 집을 텐가?

 

한 모델의 로봇이 수십, 수백 가지의 어플리케이션으로 활용되기 위해 필요한 아이템이 바로 엔드 이펙터이다. 그리퍼는 그 중에서도 대상물 이송을 위한 작업에서 중요한 역할을 한다. 공장자동화에서 물류, 제약, 식품 산업에 이르기까지, 제품을 픽업하기 위한 모든 로봇 어플리케이션에서 활용되고 있는 그리퍼 산업의 현주소를 살펴보자.

 

 

로봇 그리퍼의 양대 패러다임 ‘집게와 빨판?’
그리퍼(Gripper)는 이름 그대로 대상물을 ‘집는’ 로봇 어플리케이션에 활용되는 로봇 엔드 이펙터(End-effector)이다.
그간 국내 산업계에서도 다양한 로봇 어플리케이션으로 활용되어 왔으며, 포크 집게형, 포크 리프트 형, 진공 흡입형 등 다양한 형태의 그리퍼가 산업현장에서 활용되고 있다.
국내 산업 현장의 경우 유·공압 등을 활용한, ‘집게’ 형식의 그리퍼가 주로 사용되어 왔으며, 최근에는 보다 정밀한 제어와 비전과의 연동 등이 용이한 전기식 그리퍼 개발이 활발히 진행 중이다.
한편으로는 진공 흡입 형태로 식품, 포장, 물류, 태양광, 반도체 등의 분야에서 고유의 영역을 구축하고 있는 진공 그리퍼 역시 최근 시장의 요구가 증가하고 있는 추세이다.
기계식 그리퍼와 진공 그리퍼는 엄연한 차이점을 지니고 있고, 제품을 픽업하는 방식 역시 다르다. 과거 한국 산업계 로봇이 움켜쥘 줄만 알았다면, 최근에는 빨아들일 줄도 안다는 거다.
업계 관계자들은 간혹 편한 자리에서 기계식 그리퍼를 ‘집게’로, 진공 그리퍼를 ‘빨판’으로 표현하기도 한다. 같은 작업을 하지만, 패러다임이 다른 것이다.

 

기계식 그리퍼
국내 로봇 그리퍼의 주류 ‘기계식 그리퍼’
1990년대까지만 해도 한국의 기술력은 선진국에 비해 많이 부족한 실정이었고, 당시 특수 실린더로 분류되던 공압 그리퍼 및 로터리 실린더 등은 외산의존도가 높았다.
특히 한국 산업계를 견인했던 자동차 산업 분야에서 많이 사용됐던 그리퍼가 독일, 일본 등 선진국 제품들이었기에 제품 선정 및 A/S 등에 있어 불편을 겪어왔지만, 이제는 국내 로봇 및 로봇 SI(System Integration) 기업들의 국산화로 유저 선택의 폭이 넓어졌다.
크게 구동 방식에 따라 유·공압 및 전기식으로 나뉘고, 2개의 핑거에서부터 그 이상의 멀티 핑거까지 핑거 수에 따라 분류되기도 하며, 구조에 따라 랙 & 피니언 타입, 웨지 타입, 링크레버타입, 캠롤러 타입 등이 있다. 한편 개폐 각도에 따라 평행 개폐, 각도 개폐 등으로 나뉘며, 산업 분야에 따라 방진, 방수, 방유형 그리퍼들이 생산되고 있다.

 

 

 

기계식 그리퍼, 어떤 분야에 적용되나
기계식 그리퍼는 대부분 공장 자동화 라인에 적용 중이며, 특히 자동차 시장의 갠트리 로봇 및 포장, 반도체 칩 검사 등의 픽 앤 플레이스 분야에서 사용되고 있다.
앞서 언급했던 바와 같이 국내 산업계에서는 아직까지 공압 그리퍼의 사용도가 지배적이었으며, 일부 특수 산업의 경우에만 유압 그리퍼가 사용되고는 했다. 더불어 최근에는 전기식 그리퍼에 대한 요구가 증가됨에 따라 국내외 그리퍼 제조 기업들의 전기식 그리퍼 개발이 활발히 진행되고 있으며, 주요 업체들은 이미 이 분야에 대한 라인업을 확보한 상태이다.
공장자동화에서 공압 그리퍼가 자주 사용되는 이유는 우선 유지보수가 용이하고 비용이 저렴하다는 장점 때문이다. 또한 공압 그리퍼는 단단하고 고정된 형태의 기계가공물을 이송하기에 적합하다. 자동차 산업의 경우 엔진을 만드는 공장에서는 수 많은 기계부품을 가공하고 해당 부품을 조립해 엔진을 완성한다. 여기서 MCT, CNC 등의 가공기계 간 공정의 연결을 위해 그리퍼가 사용된다. 한편 가공이 완료된 부품을 형상과 순서에 맞게 조립하는 작업 또한 그리퍼의 역할 중 하나이다. 
유압 그리퍼는 아주 특수한 분야에서만 사용되기 때문에 시장에서 쉽게 찾아보기 힘들다. 유압 그리퍼는 공압 그리퍼에 비해 파지력이 강하기 때문에 중량물 파지, 혹은 강한 힘이 필요한 공정에서 활용되고 있지만, 공압 그리퍼보다 유지보수가 어렵다.
최근에는 속도조절, 힘조절이 가능해 중량물을 파지할 수 있으면서도 비교적 안전하고 취급이 용이한 전기식 그리퍼의 개발이 이뤄지고 있으며, 국내외 많은 기업들이 전기모터를 이용한 그리퍼 제작에 심혈을 기울이고 있다.
이에 대해 국내 한 로봇기업 관계자는 “단순히 작업물을 ‘잡는’ 개념에서 ‘보고(비전) 정확한 힘(제어)으로 잡는’ 개념으로 그리퍼의 트렌드가 변화하기 때문”이라며 “이제 그리퍼는 단순기계의 개념을 넘어 ‘전자제어와 정밀기계의 융합’을 추구하고 있으며, 현재 기계식 그리퍼는 스마트한 그리퍼로의 진화 과정에 있다”고 평하기도 했다.
현재 전기식 그리퍼는 클린룸이나 연구소 등 제한된 영역에서 사용되고 있으며, 그 비중이 장차 높아질 것으로 전망되고 있지만, 공압 그리퍼 역시 고유의 영역을 구축하고 있기 때문에 전기식 그리퍼의 성장이 공압 그리퍼의 하락과 연결되지는 않을 것으로 보인다.

 

국내 기계식 그리퍼 시장, 유럽 & 한국기업들 강세
기계식 그리퍼의 경우 현재 국내기업과 독일계 기업이 시장을 양분하고 있다는 평이다. 업계에서는 이러한 시장 구도에 대한 이유로, 기존에 뛰어난 그리퍼 기술력을 지니고 있던 일본기업들이 단가경쟁력 등에서 뒤처지며 독일기업들의 상대적 약진이 두드러졌기 때문으로 풀이하고 있다.
국내의 공장 자동화 산업의 가능성을 눈여겨 본 독일 기업들의 대대적인 마케팅과 우수한 품질이 한국 시장에서의 성공 포인트라 할 수 있다. 한편으로 국내 기업에 적합한 그리퍼 개발을 통해 유저들의 요구를 충족시켜줄 수 있었던 것도 중요한 경쟁력이다.
국내 기업들의 경우, 빠른 대응과 품질 향상에 대한 노력으로 판로를 개척한 것이 현재의 경쟁력으로 이어졌다. 최근 유저들이 국산 그리퍼를 찾는 사례가 많아지고 있으며, 수출기업에서도 국산 그리퍼를 적용하는 빈도가 점차 증가하고 있는 추세이다. 
최근에는 진공 그리퍼에 대한 시장의 니즈가 증가하고 있지만, 상대적으로 저렴한 설치비용 및 견고한 특성 등으로 인해 기계식 그리퍼는 여전히 국내 시장에서 주류가 될 것으로 보인다.

 

진공 그리퍼
로봇 그리퍼, ‘빨아들이는’ 진공 타입도 있다!
그리퍼의 본질은 로봇이 물체를 픽업할 수 있도록 도와주는 엔드 이펙터이다. 그러기 위해서 그리퍼는 기본적으로 물체를 집어 올리기 위한 손가락(Finger)이 필요했다.
진공 그리퍼는 물건을 집어 올리기 위해 필요한 엔드 이펙터이다. 하지만 손가락이 없다. 같은 역할을 하지만 기계식 그리퍼와는 픽업 하는 방법에 대한 패러다임이 다르다.
이미 세계적으로 진공 그리퍼는 다양한 분야에서 활용되어 왔지만, 한국시장에서만큼은 아직 인지도가 높지 않다.
2000년대를 넘어와서야 진공 그리퍼에 대한 국내 로봇 자동화 기업들의 관심이 시작됐고, 2005년 진공 기술의 대명사라 불리는 슈말츠가 한국에 지사를 설립, 국내에 진공 그리퍼를 알리고 있다.
진공 그리퍼는 기계식 그리퍼보다 구조적으로 단순하지만, 그리퍼 자체에서는 내부에 적용되는 흐름관, 호스 구경 등 보다 복잡한 공식들이 필요하다. 업계 관계자는 “절대 진공에 가까워지기 위해서는 주먹구구식의 진공 생성 방식으로는 한계가 있다”며 이 분야 역시 오랜 기술력과 노하우가 중요함을 밝혔다.

 

진공 그리퍼, 특유의 장점으로 영역 확대 中
현재까지 진공 그리퍼가 사용되는 영역은 기계식 그리퍼가 사용되는 영역과 분리되어 있다. 진공 상태를 이용한 흡착 방식으로 제품을 픽업하는 진공 그리퍼의 대표적인 영역은 포장·물류 및 자동차 산업, 태양광, 솔라, 반도체 등이 있다.
진공 그리퍼는 물체의 접합면에 진공을 발생시켜 픽업 작업을 수행하는 특징으로 인해 제품 무게를 커버할 수 있는 접합 면적이 확보되어야 한다는 전제 조건이 발생하지만, 집는 형태의 작업이 아니기 때문에 측면부의 공간 활용이 용이하다는 장점이 있다. 예를 들어 기계식 그리퍼가 제품을 내려놓고, 제품과 핑거를 이격하기 위해서는 핑거가 빠져나올 수 있는 공간이 필요하지만, 진공 그리퍼의 경우 상단에서 진공을 차단, 제품을 내려두기 때문에 제품에 대한 안정성 확보 측면에서 유리하다. 또한 센서티브한 PCB 보드 이송 등 대전방지가 필요한 부분 역시 진공 그리퍼가 유리하게 적용될 수 있는 부분이다.
반대로 타공이 있거나 진공 면적을 확보할 수 없는 분야에서는 진공 그리퍼가 사용될 수 없다는 단점이 있다.
최근에는 기계식 그리퍼로 활용되던 분야에까지 진공 그리퍼로의 전환이 일부 이뤄지는 추세이다. 100% 기계식 그리퍼가 잠식하고 있던 국내시장에서 조금씩 그 영역이 넓혀지고 있는 것이다.
진공 그리퍼의 니즈가 증가세를 보이는 이유는 여러 가지로 살펴볼 수 있다. 우선적으로 앞서 언급했던 바와 같이 진공 방식이 지니는 픽업 시의 장점과 더불어 구조적으로 기계식 그리퍼보다 간단해 로봇 주변 장치에 대한 부담이 적어, 작업 대상물 변경 시 그리퍼 교체가 기계식 그리퍼보다 수월하다.
한편으로, 진공 그리퍼는 기계식 그리퍼에 비해 상당히 경량화되어 있음을 알 수 있다. 그로 인해 패러럴 로봇, 스카라 로봇과 같은 소형 작업물을 고속으로 이송하는 로봇에 특화된 모습을 보여준다. 1kg의 페이로드를 지닌 패러럴 로봇이 500g의 작업물을 이송하기 위해서는 그리퍼가 500g 이하의 무게를 구현해야 하는데, 이는 기계식 그리퍼가 접근하기 힘든 영역이다.

 

 

엔드 유저는 두 타입 그리퍼 모두를 주목할 필요가 있다!
기계식 그리퍼와 진공 그리퍼 “고유 영역 달라”
기계식 그리퍼와 진공 그리퍼는 분명 각각의 특징으로 고유의 영역을 구축하고 있다. 견고한 기계식 그리퍼는 기계 산업을 비롯한 헤비한 산업군에 특화된 모습을 보여주고 있고, 진공 그리퍼는 흡입이 용이한 소재의 작업물 영역을 기점으로 국내 시장에서 점차 영역을 확장 중에 있으며, 일례로 한 진공 그리퍼 기업 관계자는 “ABB, 아뎁트 등 패러럴 로봇이 있는 유수 글로벌 로봇 메이커에서 니드가 있었고, 조금씩 납품하고 있는 추세”라고 밝혔다.
현재 진공 그리퍼의 영역 확장은 폭발적인 시장 증가가 아닌, 국내 시장에 진공 그리퍼를 알려가는 단계로 볼 수 있다.
그리퍼 메이커들의 관심사 역시 뚜렷하게 구분된다. 기계식 그리퍼 기업들은 보다 스마트한 그리퍼 개발을 위해 전기식 그리퍼 라인업 개발에 매진하고 있으며, 진공 그리퍼 메이커들은 더 넓은 어플리케이션의 확보 및 이에 대한 그리퍼 유저들의 인식 전환에 힘을 쏟고 있다.

 

고객 니즈가 직접적으로 반영되는 로봇 그리퍼
기계식 그리퍼 기업들은 전기식 그리퍼 개발과 함께 기계식 그리퍼가 지닌 취약점인 제품의 경량화 및 소형 특수 목적용 그리퍼 개발 등에 대한 연구가 이뤄지고 있으며, 실제로 써머오토매틱코리아는 12㎜×20㎜의 초소형 기계식 그리퍼를 선보이기도 했다. 또한 그간 기술적 우위에 서 있던 유럽계 메이커와의 기술 격차 역시 점차 좁혀지며 최근에는 국내 기업들이 품질대비 뛰어난 가격경쟁력, 빠른 납기 등을 어필하고 있다. 한편으로 독일의 슝크와 같이 한국 시장에 적합한, 특화된 아이템으로 맞불을 놓는 사례도 있다. 일례로 슝크의 콤팩트형 그리퍼 시리즈는 한국지사의 요청에 의해 독일 본사에서 개발한 보급형 제품이다.
이밖에도 세정라인에서 활용할 수 있는 방수 그리퍼와 같이 고객의 요구와 함께 점차적으로 진화된 그리퍼들이 등장하고 있으며, 더욱 높은 정도와 강성을 갖춘 그리퍼들이 개발되고 있다. 한편 기계식 그리퍼 기업들은 대체적으로 자동차 부품 제조 등 자동차 산업 위주의 로봇 어플리케이션 사례가 높은 비중을 차지하고 있다.
진공 그리퍼의 경우 친환경 기조에 맞춘 개발이 눈에 띈다. 슈말츠의 독자기술인 에너지 세이빙 기술 등을 예로 들 수 있으며, 국내에서도 진공 그리퍼 제조 전문 기업이 있지만 아직까지 선진국과 국내 기업 간의 기술 격차가 큰 편이라 할 수 있다.

 

맞춤형 그리퍼를 요구하라
그리퍼 전문 기업들은 대부분 방대한 그리퍼 라인업을 보유하고 있다. 그렇다면 수천, 수만 단위의 제품 볼륨을 보유한 그리퍼 메이커들에게서 어떤 그리퍼를 선택해야 옳은 선택이라 할 수 있을까.
제일 좋은 방법은 역시 ‘요청’하는 것이다. 그리퍼의 경우, 로봇 자동화 어플리케이션을 구축하는 로봇SI 기업 및 로봇 메이커들이 주요 수요자라 할 수 있으며, 실제 사용자인 엔드유저들이 그리퍼를 구매하는 경우는 대부분 스페어 및 리페어 파트로서의 구매 정도가 전부이다.
하지만 엔드 유저가 구축하고자 하는 로봇 자동화 공정에 가장 적합한 그리퍼는 엔드 유저 스스로가 어느 정도 그리퍼에 대한 지식을 가지고, 로봇SI 기업 혹은 그리퍼 업체에 문의를 해야 한다. 일부 업계에서는 공정 구축 시 초기 투자비용을 절감하기 위해 해당 공정에 적합한 그리퍼가 아닌, 저렴한 그리퍼를 선택하는 경우도 있기 때문이다. 이는 장기적인 안목에서 결국 엔드 유저가 떠안아야 하는 부담이다.
이러한 부담에서 해방되기 위해 엔드 유저는 구축하고자 하는 공정을 상세하게 설비업체에게 요구할 수 있어야 한다. 엔드 유저마다 제각각 사용하는 환경이 다르기 때문에 그리퍼의 커스터마이징에는 많은 설계 인력과 까다로운 제조공정, 사후관리의 어려움 등이 따르지만 국내에서 활동하고 있는 국내외 유명 그리퍼 메이커들은 대부분 고객의 요구에 의한 커스터마이징을 실시하고 있으며, 이 점을 영업 포인트로 내세우고 있기 때문이다.
필요한 공정을 요구하고, 이에 따른 적합한, 그리고 높은 품질의 그리퍼를 처음부터 로봇에 장착해야 유지보수를 위한 다운 타임 발생 등에 대한 손해를 최소화시킬 수 있다.

 

유저 피드백 반영되는 로봇 그리퍼, 선의의 경쟁 통한 기술 도약 기대
본 특집에서는 로봇 그리퍼의 여러 가지 패러다임에 대해 살펴봤으나, 총체적으로 각자의 영역 내에서 전혀 다른 방향으로 발전해가고 있음을 알 수 있다. 특히 높은 강성과 정밀도를 무기로 기계 산업 및 악조건 내에서의 제조용 로봇에 적합하다고 평가받는 기계식 그리퍼 기업들은 이구동성으로 협소한 공간에서 빠르고, 정확하게 그리고 보다 자유롭게 움직일 수 있는 전기식 그리퍼로의 전환에 초점을 맞추고 있다.
반면 로봇 그리퍼 시장에 있어 상대적으로 후발주자라 할 수 있는 진공 그리퍼 기업들은 기존 기계식 그리퍼들이 차지하고 있던 영역 중, 진공 그리퍼가 진입할 수 있는 시장을 찾는 것에 역점을 두고 있다. 즉, 진공 그리퍼와 기계식 그리퍼의 고유영역은 인정하되, 팔레타이징, 팩킹 분야와 같은 교집합이 되는 부분의 교체 수요를 타깃으로 하고 있는 것이다.
현재까지 이 분야에 대한 경쟁이 심화되거나, 과열되는 양상은 보이지 않고 있지만, 진공 그리퍼 분야에 대한 수요 역시 꾸준히 늘어나고 있는 것으로 보아 엔드 유저 혹은 설비 업체들이 기존처럼 기계식 그리퍼만을 염두에 두고 있지는 않는 것으로 판단된다.
로봇 그리퍼는 로봇의 수많은 어플리케이션을 결정하는 중요한 요소인 만큼, 수많은 유저들의 피드백을 고스란히 받게 되는 분야이다. 다양한 로봇 그리퍼의 등장으로 인해 유저 선택의 폭이 넓어진 만큼, 그리퍼 기업들의 새로운 기술 도약이 기대되고 있다.

 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - [로봇특집] 로봇 어플리케이션을 결정하는 ‘그리퍼’