조리로봇 구동 구조와 위생 설계 조건 정리

목차

• 조리로봇은 어떤 방식으로 움직이나
• 조리 동작은 짧은 주기로 반복된다
• 식품 접촉부와 구동부는 구분해서 봐야 한다
• 열과 기름이 발생하는 조리 공간
• 주방이라는 제한된 공간에 로봇을 배치하는 방법
• 조리로봇의 구동부를 선정할 때
• 조리로봇의 관절 설계와 BCSA
• FAQ
• 참고자료

조리·식음료 로봇의 구동 구조와 위생 요구 조건

조리로봇은 튀김과 볶음, 음료 제조, 식재료 운반처럼 사람이 수행하던 조리 과정의 일부를 자동화하는 장비입니다.

공장에서 사용하는 로봇과 기본적인 동작 원리는 비슷할 수 있지만 실제 사용 환경에는 차이가 있습니다. 조리대 주변에서는 열과 수분, 기름 등이 발생하고 장비를 사용하는 동안 식재료와 조리 도구가 계속 오갑니다. 영업이 끝난 뒤에는 장비를 세척하고 다음 작업을 준비해야 합니다.

따라서 조리로봇은 음식을 만드는 동작만 구현한다고 완성되는 장비가 아닙니다. 어떤 부분이 식품과 가까이 있는지, 어디까지 세척해야 하는지, 구동부를 어느 위치에 배치할 것인지를 함께 정해야 합니다.

이 글에서는 조리로봇의 기본적인 구동 구조와 조리 환경의 특징, 식품 접촉부와 구동부의 구분, 세척과 설치를 고려한 설계 조건을 정리합니다.

조리로봇은 어떤 방식으로 움직이나

조리로봇의 구조는 자동화하려는 작업에 따라 달라집니다.

여러 위치를 오가면서 재료나 조리 기구를 움직여야 한다면 여러 관절을 가진 로봇 팔을 사용할 수 있습니다. 반대로 바스켓을 위아래로 움직이거나 용기를 일정한 위치로 옮기는 것처럼 동작이 단순하다면 정해진 방향으로 움직이는 구동 기구를 구성할 수도 있습니다.

튀김 작업을 예로 들면 바스켓을 조리 위치로 이동하고, 일정 시간이 지난 뒤 다시 들어 올려 다음 위치로 옮기는 과정이 반복됩니다.

음료 제조 장비에서는 컵을 이동하거나 재료를 정해진 순서로 투입하는 기구가 사용될 수 있습니다. 조리 기구를 움직이는 로봇에서는 용기나 도구를 잡고 위치를 바꾸는 동작이 필요합니다.

같은 조리로봇이라도 어떤 작업을 맡느냐에 따라 필요한 축의 수와 작업 범위가 달라지는 이유입니다.

따라서 조리로봇의 구동 구조를 결정할 때는 로봇 팔부터 선택하기보다 조리 과정 가운데 어떤 움직임을 자동화할 것인지를 먼저 나누는 것이 좋습니다.

조리 동작은 짧은 주기로 반복된다

조리는 여러 단계가 일정한 순서로 이어지는 작업입니다.

재료를 집고, 옮기고, 조리 기구에 넣고, 다시 꺼내 다음 위치로 이동하는 것처럼 하나의 조리 과정 안에서도 여러 동작이 연결될 수 있습니다.

메뉴가 반복해서 주문되면 이러한 동작도 계속 반복됩니다.

따라서 조리로봇의 구동부를 검토할 때는 한 번의 움직임만 보는 것보다 실제 영업 시간 동안 어떤 동작이 얼마나 반복되는지를 함께 살펴볼 필요가 있습니다.

움직이지 않는 시간도 있습니다.

조리 기구를 특정 위치에 둔 상태로 기다리거나 다음 작업이 시작될 때까지 일정한 자세를 유지하는 경우입니다. 따라서 실제 운전 조건을 정리할 때는 움직이는 구간과 멈춰 있는 구간을 함께 보는 것이 좋습니다.

메뉴가 여러 가지라면 필요한 움직임도 달라질 수 있습니다. 같은 장비에서 여러 메뉴를 만드는 경우에는 각 메뉴별 동작 범위와 사용하는 도구가 어떻게 달라지는지까지 정리해야 합니다.

결국 조리로봇의 구동부는 한 번의 최대 동작보다 실제 조리 과정에서 반복되는 전체 작업 주기를 기준으로 검토하는 것이 중요합니다.

식품 접촉부와 구동부는 구분해서 봐야 한다

조리 장비에서는 식품과 직접 접촉하는 부분과 그렇지 않은 부분을 구분하는 것이 중요합니다.

그리퍼나 조리 도구, 용기처럼 식품과 직접 접촉하는 부분이 있는 반면 모터와 감속기, 관절 내부 부품처럼 식품과 직접 접촉하지 않는 부분도 있습니다.

같은 로봇 안에 들어가더라도 두 영역에서 고려해야 하는 조건은 다를 수 있습니다.

식품과 직접 접촉하는 부분은 사용하는 식재료와 세척 방법을 고려해 재질과 표면 상태를 정해야 합니다. 작업 후 분리해서 세척해야 하는 부품이라면 사람이 쉽게 분리하고 다시 장착할 수 있는지도 중요합니다.

구동부가 식품과 직접 접촉하지 않더라도 위치는 살펴봐야 합니다.

예를 들어 조리 영역 바로 위에 관절이나 케이블이 위치한다면 음식이나 조리 용기와의 위치 관계를 확인해야 합니다. 반대로 구동부를 조리 영역에서 떨어뜨릴 수 있다면 해당 공간을 이용해 장비 구조를 구성할 수 있습니다.

따라서 조리로봇에서는 로봇 전체를 하나의 위생 조건으로 묶기보다 식품 접촉부, 조리 영역 주변, 내부 구동부를 구분해 관리하는 방식이 보다 명확합니다.

열과 기름이 발생하는 조리 공간

조리로봇은 열원이 있는 공간 가까이에서 사용될 수 있습니다.

튀김기와 그릴, 조리 용기 등에서는 열이 발생하고 작업 방식에 따라 기름이나 수분이 주변으로 퍼질 수도 있습니다.

따라서 로봇을 배치할 때는 구동부가 열원과 어느 정도 떨어져 있는지와 실제 운전 중 어느 부분이 높은 온도에 노출되는지를 살펴봐야 합니다.

모터와 감속기, 센서 등의 사용 조건도 함께 확인할 필요가 있습니다. 주변 온도가 높다면 해당 제품이 사용할 수 있는 온도 범위 안에서 운전되는지를 제조사가 제공하는 사양을 기준으로 판단해야 합니다.

기름이 많이 사용되는 조리 공정에서는 장비 표면에 기름이 묻을 가능성도 있습니다.

특히 튀김이나 볶음처럼 기름을 사용하는 작업에서는 어떤 부분을 매일 닦아야 하는지와 사람이 어느 방향에서 장비에 접근할 수 있는지를 함께 정하는 것이 좋습니다.

조리로봇의 배치는 결국 로봇이 작업하기 좋은 위치와 열·기름을 관리하기 좋은 위치를 함께 찾는 과정이라고 볼 수 있습니다.

주방이라는 제한된 공간에 로봇을 배치하는 방법

조리로봇은 기존 주방 설비와 같은 공간을 사용해야 하는 경우가 많습니다.

조리대와 싱크대, 냉장 설비, 튀김기와 후드 등이 이미 설치된 공간에 로봇이 추가될 수 있기 때문에 사용할 수 있는 바닥 면적과 높이가 제한될 수 있습니다.

특히 로봇 팔을 사용하는 장비에서는 본체가 차지하는 공간뿐 아니라 팔이 움직이는 범위도 함께 확보해야 합니다.

팔이 움직이는 과정에서 주변 조리 장비나 구조물과 간섭하지 않는지, 직원이 사용하는 통로와 동작 범위가 겹치지 않는지도 확인해야 합니다.

매장 안에 설치되는 장비라면 직원의 접근도 중요합니다.

식재료를 보충하거나 조리 도구를 교체하고 장비를 세척하려면 사람이 로봇 주변으로 접근해야 하기 때문입니다.

장비를 작게 만드는 것만으로 이러한 문제가 해결되는 것은 아닙니다. 로봇을 벽이나 다른 설비에 지나치게 가깝게 배치하면 청소와 점검이 어려워질 수 있습니다.

따라서 조리로봇의 크기는 설치할 때 필요한 공간, 작업할 때 필요한 공간, 사람이 관리할 때 필요한 공간을 모두 포함해 살펴보는 것이 좋습니다.

조리로봇의 구동부를 선정할 때

조리로봇의 감속기와 액추에이터를 검토할 때는 먼저 자동화하려는 조리 동작을 정리하는 것이 좋습니다.

로봇 팔처럼 여러 위치를 움직이는 구조인지, 한두 개의 축으로 조리 도구를 위아래 또는 좌우로 이동시키는 장비인지에 따라 필요한 구동부가 달라집니다.

그다음에는 실제로 움직여야 하는 무게를 살펴봅니다.

조리 도구와 식재료, 그리퍼 등 로봇 끝에 함께 움직이는 요소를 포함해 각 축의 조건을 정리할 수 있습니다.

작업 범위와 반복되는 조리 주기도 중요합니다. 영업 시간 동안 같은 동작을 얼마나 반복하는지와 어느 구간에서 움직이고 멈추는지를 함께 살펴보는 것이 좋습니다.

설치 공간도 구동부 선정과 연결됩니다.

조리대와 후드 사이처럼 사용할 수 있는 높이가 제한되어 있거나 여러 관절을 좁은 공간 안에 배치해야 한다면 감속기나 액추에이터가 차지하는 외형도 장비 구조에 영향을 줄 수 있습니다.

마지막으로 실제 조리 환경과 세척 방법을 기준으로 제품의 사용 조건을 확인해야 합니다.

조리로봇의 관절 설계와 BCSA

조리로봇에 사용되는 감속기와 액추에이터는 대부분 식품과 직접 접촉하기보다 로봇의 관절이나 장비 내부에서 움직임을 만드는 역할을 합니다.

따라서 식품 접촉부와 구동부의 영역을 구분한 뒤, 구동부가 실제로 배치되는 공간과 필요한 움직임을 기준으로 제품을 검토하는 것이 좋습니다.

본시스템즈의 BCSA는 사이클로이드 감속 기술을 기반으로 얇고 컴팩트하게 설계된 로봇용 액추에이터입니다. 여러 관절이 조리대 주변의 제한된 공간 안에 배치되어야 하는 조리로봇에서는 이러한 박형 구조를 활용해 관절 구성을 검토할 수 있습니다.

특히 조리대와 후드 사이처럼 높이가 제한되거나, 한 대의 장비 안에 여러 회전축을 배치해야 하는 경우에는 각 관절이 차지하는 두께가 전체 로봇의 외형과 연결됩니다. BCSA의 얇은 구조는 이러한 제한된 공간에서 로봇 관절을 구성할 때 활용할 수 있는 특징입니다.

조리로봇은 조리 도구나 용기를 들어 올리고 위치를 변경하는 동작도 수행합니다. BCSA는 작은 외형 안에서 필요한 토크를 확보할 수 있도록 구성된 액추에이터로, 관절에서 움직여야 하는 도구와 작업 하중에 따라 적용 모델을 선택할 수 있습니다.

또한 조리로봇에서는 재료를 집거나 조리 도구를 특정 위치로 옮기는 동작이 반복됩니다. BCSA의 낮은 백래시 특성은 이처럼 정해진 위치를 반복해서 오가는 관절 동작을 구성할 때 검토할 수 있는 요소입니다.

매장 안에서 사용하는 로봇이라면 구동부에서 발생하는 소리도 장비 설계에서 고려할 수 있습니다. BCSA는 저소음 특성을 고려한 액추에이터로, 고객과 직원이 함께 있는 매장이나 오픈 키친처럼 로봇이 사람 가까이에서 작동하는 환경에서 구동부를 검토할 때 살펴볼 수 있습니다.

배선 구조도 관절 설계와 연결됩니다. 중공 구조가 적용된 BCSA 모델에서는 중심부 공간을 이용해 전원선이나 신호선 등 케이블이 지나가는 경로를 구성하는 방법을 검토할 수 있습니다. 여러 관절을 지나 조리 도구나 센서까지 배선을 연결해야 하는 로봇에서는 외부 배선과 함께 이러한 내부 배선 방법을 설계 조건으로 살펴볼 수 있습니다.

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. 국가기술표준원 – https://www.kats.go.kr

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

6. 국제표준화기구(ISO) – https://www.iso.org

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

태그: 조리로봇, 식음료로봇, 액추에이터, 감속기, BCSA