모바일로봇의 발전, 구동모듈에서부터 시작

최근 2년간 모바일로봇의 수요가 급증하면서 주행 기반 로봇의 핵심 구동모듈들에 대한 관심도 높아지고 있다. AGV 구동모듈 관련 기업 관계자는 “지난 2년 사이 구동모듈 세트에 대한 수요가 약 10배가량 증가했다. 특히 2차 전지 등의 분야를 중심으로 컨베이어 수요를 AGV로 대체하는 움직임이 활발하다.”라고 시장 상황을 전했다.

한편 AGV와 더불어 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 자율주행 기반 서비스로봇 분야도 구동모듈의 확산에 일조하고 있다. 종래의 키오스크 기반 안내로봇뿐만 아니라 배달로봇, 방역로봇, 방범로봇, 호텔서비스로봇, 무인택배로봇 등 전반적인 분야에서 자율주행 기반 로봇 애플리케이션이 등장하고 있으며, 각 분야의 대기업 및 선도 기업들이 참여하고 있어 고무적이다.  

 

휠 구동모듈
공장 내 물류 이송 작업에 사용되는 AGV에서부터 SLAM 기반의 자율주행로봇까지, 모바일로봇의 공통적인 특징은 휠(Wheel) 형태의 구동모듈을 사용한다는 점이다. 이를 위해 모바일로봇 구동부는 전용 서보모터 및 드라이버 등을 사용하며, 주행형 로봇들이 대부분 배터리로 구동하기 때문에 저전압 제품을 주로 적용한다. 형태적으로는 전용 모터와 드라이버 및 감속기를 연결한 구동모듈과, 휠 내부에 모터와 제동부품을 통합한 인 휠 모터가 주로 사용된다.

허브모터로도 불리는 인 휠 모터는 1898년 자동차 엔지니어인 페르디난트 포르쉐에 의해 처음 개념이 확립됐는데, 당시 기술력으로는 구현이 어려워 아이디어로만 남아있었다. 현재 인 휠 모터는 이미 상용화 단계에 이르렀으며, 최근에는 높은 위치 정밀성을 요구하는 모바일로봇에 대응하기 위해 서보모터와 엔코더 기반의 휠 인 서보모터가 로봇 제작자들 사이에서 높은 관심을 얻고 있다. 또한 저속/고토크 구동 시 유성감속기와 BLDC모터를 별도로 장착해야 했던 전-방향 구동 방식 메카넘휠의 경우에도 모터와 엔코더, 전자 감속기가 일체형으로 설계된 제품이 등장하고 있다. 

모바일로봇 구동모듈 동향
모바일로봇 구동모듈 전문 기업 관계자에 따르면, 페이로드 300㎏ 이하의 모바일로봇이 전체 시장의 85% 이상을 차지하고 있는 상황이며, 모터-감속기-휠이 결합된 구동모듈 형태에서 일체형 휠 인 모터 형태로의 전환 움직임이 나타나는 것으로 관측된다. 이는 구동모듈의 콤팩트화, 모바일로봇 플랫폼 개발 기간 단축, 기구분의 단순화로 인한 신뢰성 제고, 감속기 백래시로 인한 소음 방지, 자동 충전 시스템(Auto Charging System)과의 인터페이스를 위한 저속(1rpm)·고토크 주행 등이 주요 요인으로 꼽힌다.

또한 구조적인 측면에서는 이륜(Two-wheeled) 모바일로봇이 부상하는 추세이다. 이는 좌·우 구동모터의 속도 제어가 가능해 스핀 턴(Spin Turn) 등 회전 시 유연성이 매우 크고, 타이어 휠을 적용하기 때문에 종래에 사용되던 크롤러 타입 로봇이나 2족 보행(Bipedal) 타입 로봇 대비 고속 제어가 가능하다. 

아울러 모바일로봇이 적용되는 애플리케이션이 더욱 다양해지면서 사람들과 공간을 공유하는 사례가 많아지기 때문에 품질 측면에서도 더욱 높은 사양의 기술이 요구된다. 대표적으로 고신뢰성(High Reliability), 고유연성(High Flexibility), 고정밀성(High Precision), 고효율성(High Efficiency) 등이 여기에 포함되며, 이와 더불어 합리적인 비용(Low Cost), 쉬운 유지보수(Easy to Maintain), 강력한 적용성(Strong Applicability)도 모바일로봇의 중요한 고려요소이기 때문에 구동모듈 또한 모바일로봇 제작자들이 이 같은 트렌드에 대응할 수 있도록 발전하고 있다. 

국내 산업용 AGV 분야 1세대 연구자인 (주)모터114 기술연구소 전용철 상무는 “현재 국내의 공장 내 물류 운반용 AGV는 선진국에 비해 많이 뒤쳐진 분야로, 검증된 저전압 서보모터&드라이버를 이용해 구동부 설계 시 원가를 절감하고 신뢰성을 확보해야 한다”라며 “또한 최근 레스토랑이나 음식점 등을 중심으로 모바일로봇 도입이 증가하고 있다. 로봇이 식당 내 복잡한 장애물을 회피하면서 안정적이고 부드럽게 구동하기 위해서는 더욱 향상된 구동모듈이 필요하다. 드라이버 또한 속도/위치/토크 컨트롤이 가능해야 하며, 고성능 통신 제어 성능도 요구된다. 모바일로봇 설계자들이 이 같은 시장의 니즈에 대응하기 위해서는 다양한 용량과 사이즈가 구비된 신뢰성 높은 구동모듈을 선정해 구동부 설계 및 기구부 제작에서의 개발 기간 단축과 효율화를 실현하는 것이 유리하다”라고 강조했다.