건설로봇 도입 확대, 현장 자동화 핵심 포인트

목차

• 건설로봇은 왜 공장 자동화와 다른가
• 어떤 건설 작업을 로봇에게 맡길 수 있을까
• 건설로봇이 사용할 수 있는 공간
• 건설로봇의 작업 환경
• 건설로봇에서 구동부는 장비 전체 크기와 함께 봐야 한다
• 건설로봇의 크기와 관절 배치에서 살펴보는 본시스템즈
• 건설로봇 도입은 한 공정을 실제로 옮겨보는 것부터 시작한다
• FAQ
• 참고자료

건설 현장 자동화 로봇 도입 확대

건설로봇은 건설 현장에서 사람이 수행하던 작업의 일부를 자동화하거나 작업을 보조하기 위해 활용되는 로봇입니다. 용접과 도장, 자재 운반처럼 반복적인 움직임이 필요한 작업뿐 아니라 높은 곳이나 작업자가 오랫동안 같은 자세를 유지해야 하는 공정에서도 활용 방법을 생각할 수 있습니다.

건설로봇을 이해할 때 중요한 점은 공장에서 사용하는 로봇과 작업 환경이 다르다는 것입니다. 공장에서는 로봇과 작업물의 위치를 일정하게 구성할 수 있지만, 건설 현장은 공정이 진행될수록 작업 장소와 주변 구조가 계속 달라집니다.

오늘 작업했던 위치가 다음 공정에서는 자재 적치 공간이 될 수 있고, 한 층의 작업이 끝나면 장비를 다른 층으로 옮겨야 할 수도 있습니다. 로봇이 작업할 수 있는지뿐 아니라 작업 위치까지 어떻게 이동하고, 어디에 설치하며, 작업이 끝난 뒤 다음 장소로 어떻게 옮길 것인지까지 생각해야 하는 이유입니다.

따라서 건설로봇 도입은 하나의 작업 동작을 자동화하는 문제보다 계속 달라지는 건설 현장 안에서 로봇을 실제 작업 장비로 사용할 수 있도록 만드는 과정에 가깝습니다.

이 글에서는 이러한 관점에서 건설로봇이 활용되는 작업과 현장 이동, 설치, 공정 변화 그리고 로봇 구조를 어떻게 살펴봐야 하는지 정리합니다.

건설로봇은 왜 공장 자동화와 다른가

공장 자동화에서는 생산 설비의 위치를 미리 정하고 그 주변에 작업물을 공급하는 구조를 만들 수 있습니다. 로봇이 작업해야 하는 위치와 주변 장치의 배치도 일정하게 유지되는 경우가 많습니다.

건설 현장은 다릅니다.

건물이 만들어지는 과정 자체가 작업 환경을 계속 바꾸기 때문입니다. 골조가 올라가면 작업해야 하는 높이가 달라지고, 벽체와 설비가 추가되면 기존에 사용할 수 있었던 통로가 좁아질 수도 있습니다.

여러 공정이 동시에 진행된다는 점도 고려해야 합니다. 로봇이 작업하려는 구역 주변에서 다른 작업자가 이동하거나 자재를 운반할 수 있고, 다른 건설 장비가 같은 공간을 사용할 수도 있습니다.

따라서 건설로봇은 한 번 설치한 뒤 같은 위치에서 계속 사용하는 장비와는 다른 관점이 필요합니다.

작업 위치가 바뀌면 로봇도 이동해야 하고, 이동한 위치에서 다시 작업 준비를 해야 합니다. 한 구역에서 작업을 마쳤다고 해서 같은 조건으로 다음 구역에서 바로 작업할 수 있다고 보기 어렵습니다.

결국 건설로봇에서 중요한 것은 한 번의 작업을 얼마나 잘 수행하는가뿐 아니라 서로 다른 작업 위치에서도 같은 장비를 계속 사용할 수 있는가입니다.

어떤 건설 작업을 로봇에게 맡길 수 있을까

건설 현장의 모든 작업이 같은 방식으로 자동화되는 것은 아닙니다.

로봇을 적용하기 위해서는 먼저 사람이 수행하고 있는 작업을 구체적으로 나눠 보는 것이 좋습니다. 작업에 사용하는 공구가 무엇인지, 어느 위치에서 작업하는지, 작업 중 얼마나 이동하는지 등을 살펴보면 로봇이 맡을 수 있는 구간도 보다 명확해집니다.

예를 들어 용접이나 절단은 작업해야 하는 구간을 따라 공구를 이동시키는 과정이 필요합니다. 로봇을 적용한다면 공구가 필요한 위치에 도달할 수 있는지와 주변 구조물 사이에서 필요한 자세를 만들 수 있는지를 확인해야 합니다.

도장처럼 넓은 면을 대상으로 하는 작업에서는 하나의 위치에서 모든 구역을 작업하기 어려울 수 있습니다. 일정 구역을 작업한 뒤 로봇 또는 장비 자체를 다음 위치로 이동시키는 방법을 함께 생각해야 합니다.

자재 운반은 또 다른 형태입니다. 이 경우 로봇 팔의 작업보다 자재를 어디에서 받아 어디까지 옮길 것인지가 중요합니다. 이동 경로와 통로 폭, 자재를 내려놓을 위치 등이 장비 구조를 결정하는 조건이 됩니다.

천장이나 높은 위치에서 사용하는 작업 장비라면 필요한 작업 높이도 확인해야 합니다.

이처럼 건설로봇은 ‘건설용 로봇’이라는 하나의 형태로 정리하기 어렵습니다. 작업에 따라 필요한 장비가 달라지기 때문에 먼저 공정을 나누고 그 가운데 어떤 동작을 로봇에게 맡길 것인지 정하는 과정이 필요합니다.

건설로봇이 사용할 수 있는 공간

건설 현장은 완성된 건물 안에서 작업하는 공간이 아닙니다. 공사가 진행되는 동안 벽과 배관, 설비, 마감재 등이 순차적으로 추가됩니다.

이에 따라 같은 건물 안에서도 로봇이 사용할 수 있는 공간이 계속 달라질 수 있습니다.

초기에는 넓었던 통로가 다음 공정에서는 좁아질 수 있고, 이전에는 없었던 구조물이 로봇의 이동 경로에 생길 수도 있습니다. 자재 적치 위치가 달라지는 경우도 있습니다.

이러한 변화는 로봇의 크기를 결정할 때 중요한 조건이 됩니다.

현장에서 사용할 장비가 지나치게 크다면 충분한 작업 범위를 확보할 수 있더라도 다음 작업 위치로 이동하기 어려울 수 있습니다. 반대로 장비 크기만 지나치게 줄이면 실제 필요한 작업 범위를 확보하기 어려울 수 있습니다.

이 때문에 건설로봇은 작업 범위와 장비 크기를 따로 생각하기 어렵습니다.

이동형 차체 위에 로봇 팔을 설치하는 경우라면 차체와 로봇을 합친 전체 높이와 폭을 살펴봐야 합니다. 팔을 접었을 때 이동할 수 있는 외형과 실제 작업할 때 필요한 공간도 서로 다를 수 있습니다.

결국 현장 적용을 위한 로봇의 크기는 작업할 때 필요한 범위와 이동할 때 통과해야 하는 공간을 함께 놓고 결정해야 하는 조건입니다.

건설로봇의 작업 환경

건설로봇이 사용되는 환경도 하나로 정의하기 어렵습니다.

용접 작업을 수행하는 장비와 도장 작업을 수행하는 장비가 놓이는 환경이 다르고, 실내에서 자재를 운반하는 장비와 골조 단계에서 사용하는 로봇의 조건도 다릅니다.

천공이나 절단 작업에서는 분진이 발생할 수 있습니다. 아직 외부와 차단되지 않은 공간에서는 날씨의 영향도 받을 수 있습니다. 공정에 따라 장비를 작업 후 청소해야 하는 경우도 생각할 수 있습니다.

따라서 건설로봇을 구성하는 부품을 선정할 때는 ‘건설용’이라는 하나의 기준을 적용하기보다 실제 공정을 기준으로 사용 환경을 확인하는 것이 중요합니다.

어떤 위치에 장비를 설치하는지, 분진이나 물기와 접할 가능성이 있는지, 실내에서 사용하는지 외부와 연결된 공간에서 사용하는지 등을 먼저 정리할 수 있습니다.

그다음 로봇과 센서, 구동부 등 각 구성 요소가 해당 환경에서 사용할 수 있는지는 제조사가 제공하는 제품 조건을 기준으로 확인해야 합니다.

건설 현장이 거칠다는 이유만으로 모든 건설로봇에 같은 사양이 필요한 것은 아닙니다. 작업 공정이 달라지면 사용 환경도 달라진다는 점을 기준으로 보는 것이 더 적절합니다.

건설로봇에서 구동부는 장비 전체 크기와 함께 봐야 한다

건설로봇의 구동부를 검토할 때는 감속기나 액추에이터 하나의 성능부터 보기보다 장비 전체 구조에서 해당 구동부가 어디에 들어가는지를 살펴보는 것이 좋습니다.

특히 이동형 건설로봇에서는 차체 위에 로봇 팔과 작업 장치, 제어 장치 등이 함께 배치될 수 있습니다.

로봇 팔의 각 관절이 커질수록 장비 전체 외형에도 영향을 줄 수 있고, 팔을 접었을 때의 크기도 달라집니다. 현장 안에서 이동해야 하는 장비라면 이러한 외형은 실제 사용성과 연결됩니다.

작업 장치도 고려해야 합니다. 용접 장치나 분사 장치, 그리퍼 등 끝단에 무엇을 장착하는지에 따라 관절에서 필요한 조건이 달라질 수 있습니다.

따라서 건설로봇의 구동부에서는 다음 세 가지를 먼저 정리하는 것이 좋습니다.

작업할 때 어느 범위까지 움직여야 하는가

이동할 때 장비가 어느 크기 안에 들어가야 하는가

각 관절이 실제로 어떤 장비를 움직여야 하는가

이 조건이 정리되어야 감속기와 액추에이터의 크기, 감속비와 출력 조건을 구체적으로 검토할 수 있습니다.

건설로봇의 크기와 관절 배치에서 살펴보는 본시스템즈

본시스템즈 제품을 건설로봇에 적용할 때도 가장 먼저 볼 부분은 ‘건설용 제품인가’가 아니라 장비 전체에서 구동부가 어느 정도의 공간을 사용할 수 있는가입니다.

건설로봇은 현장 안을 이동해야 하는 경우가 있기 때문에 작업할 때의 크기뿐 아니라 팔을 접거나 장비를 이동할 때의 외형도 중요합니다. 여러 관절이 연결된 로봇 팔에서는 각 구동부의 두께가 쌓이면서 전체 구조에도 영향을 줄 수 있습니다.

본시스템즈의 BSR은 박형 구조를 적용한 사이클로이드 감속기입니다. 로봇 팔의 관절이나 작업 장치를 회전시키는 축에서 감속기가 들어갈 공간이 제한되어 있다면 필요한 하중과 감속비를 기준으로 적용 모델을 검토할 수 있습니다.

BCSA 역시 얇고 컴팩트한 구조를 특징으로 하는 로봇용 액추에이터입니다. 이동형 로봇 위에 다관절 작업부를 구성하거나 로봇 외형을 일정 범위 안에서 구성해야 할 때 관절용 구동부 가운데 하나로 살펴볼 수 있습니다.

중요한 것은 제품의 특징을 건설 현장에 그대로 연결해 해석하지 않는 것입니다. 실제 건설로봇에서는 작업 공구의 무게와 관절별 동작, 필요한 작업 범위가 장비마다 다르기 때문에 적용 모델도 달라집니다.

따라서 본시스템즈 제품 역시 건설로봇의 종류를 기준으로 선택하기보다 완성될 장비의 크기와 관절 배치, 작업 조건을 기준으로 적합한 모델을 찾는 방식이 적절합니다.

건설로봇 도입은 한 공정을 실제로 옮겨보는 것부터 시작한다

건설로봇 도입을 검토할 때는 처음부터 여러 공정을 자동화하기보다 한 가지 작업을 대상으로 실제 작업 과정을 나눠 보는 방법이 좋습니다.

먼저 작업자가 어디에서 어떤 공구를 사용하고 있는지를 확인합니다. 작업 한 번이 끝나면 어느 위치로 이동하는지와 다음 작업을 시작하기 위해 무엇을 준비하는지도 함께 살펴봅니다.

그다음 로봇이 맡을 수 있는 부분을 구분할 수 있습니다.

이 과정에서 작업 동작만 자동화하면 실제 현장에서 사용할 수 있는지 확인하기 어렵습니다. 로봇을 현장으로 가져오고 작업 위치에 배치한 뒤 작업을 시작하고, 끝난 뒤 다시 이동시키는 과정까지 포함해야 합니다.

예를 들어 한 구역에서 작업이 잘 이루어졌더라도 다음 구역의 출입구가 좁거나 작업 공간이 부족하면 같은 방식으로 사용할 수 없습니다.

따라서 처음 적용하는 구간에서는 실제 작업 결과뿐 아니라 이동과 설치 과정에서 어떤 조건이 필요한지를 함께 확인하는 것이 중요합니다.

이렇게 한 공정에서 사용 방법이 구체화되면 비슷한 작업 구역으로 범위를 넓히면서 어떤 조건까지 같은 방식으로 적용할 수 있는지를 확인할 수 있습니다.

건설로봇의 적용 범위는 로봇이 수행할 수 있는 동작만으로 결정되는 것이 아니라 현장에서 반복적으로 이동하고 다시 작업을 시작할 수 있는지까지 포함해 판단해야 합니다.

FAQ

참고자료

1. 한국로봇산업협회(KAR) – https://www.korearobot.or.kr

2. 한국로봇산업진흥원(KIRIA) – https://www.kiria.org

3. 한국로봇융합연구원(KIRO) – https://www.kiro.re.kr

4. 한국기계연구원 – https://www.kimm.re.kr

5. 산업통상자원부 – https://www.motie.go.kr

6. 국가기술표준원 – https://www.kats.go.kr

7. 한국산업기술시험원(KTL) – https://www.ktl.re.kr

8. 국제표준화기구(ISO) – https://www.iso.org

9. 국제로봇연맹(IFR) – https://ifr.org

10. 한국표준협회 – https://www.ksa.or.kr

11. 본시스템즈 공식 홈페이지 – https://www.bonsystems.co.kr

태그: 건설로봇, 건설자동화, 로봇팔, 감속기, 액추에이터