이번 글에서는 로봇의 움직임을 실현하는 데 있어 중요한 역할을 담당하는 엑츄에이터에 대해 살펴보겠습니다. 로봇 산업의 발전은 우리의 일상에 많은 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 현대 자동차를 비롯한 국내 기업은 물론, BMW와 같은 해외 기업들도 제품 생산 공정에 휴머노이드 로봇을 도입하기 위한 실증 테스트를 활발히 진행하고 있습니다. 인공지능 기술의 눈부신 발전과 더불어 로봇 기술 역시 하루가 다르게 진화하고 있습니다.
하지만 이러한 변화는 단순히 소프트웨어 기술의 향상만으로 이루어지는 것이 아닙니다. 실제 로봇의 동작을 구현하기 위해서는 다양한 하드웨어 구성 요소들이 필요하며, 그중에서도 핵심적인 역할을 하는 부품이 바로 사이클로이드 액추에이터입니다.
엑츄에이터란 무엇일까요?
인간의 몸은 다양한 요소로 구성되어 있지만, 실제로 신체를 움직이는 데 핵심적인 역할을 하는 것은 관절과 근육입니다. 아무리 뇌에서 움직이라는 명령을 내려도 관절과 근육이 이를 실행하지 못하면 그 지시는 무의미해집니다. 로봇도 마찬가지입니다. 액추에이터는 드라이버로부터 전달받은 명령 신호에 따라 실제 동작을 구현하는 핵심 부품입니다.
엑추에이터는 작동 방식에 따라 다양한 형태로 분류됩니다. 대표적으로 전기식, 유압식, 공압식 엑추에이터가 있으며, 각각의 방식은 적용 분야와 요구되는 성능에 따라 선택됩니다.
예를 들어, 건설 현장에서 사용되는 중장비는 무거운 물체를 운반하거나 강한 힘이 필요한 작업이 많기 때문에, 일반적으로 고토크 출력에 유리한 유압 구동 방식이 주로 사용됩니다. 반면, 정밀한 제어와 반복 작업이 중요한 산업에서는 전기 신호를 기반으로 작동하는 전동 엑츄에이터가 주로 활용됩니다.
기술 트렌드를 알아보자
최근 로봇과 자동화 시장에서 가장 주목받는 화두 중 하나는 바로 ‘설계 유연성’입니다. 일반적으로 제품을 설계할 때는 모든 부품을 맞춤 제작하기보다는, 비용과 시간 효율을 고려해 기성품을 활용하는 경우가 많습니다.
그러나 이러한 기성품 위주의 설계는 구조나 형상, 크기 등이 정해져 있기 때문에 설계자가 원하는 디자인이나 최적의 구조를 구현하는 데 제약이 따릅니다. 특히 복잡한 공간 제약이 존재하거나 고유한 기구적 특성이 요구되는 경우, 기성품에 맞춰 전체 시스템을 역설계해야 하는 어려움이 생기기도 합니다. 이로 인해 설계의 자유도는 크게 낮아지고, 제품의 성능이나 외형, 기능 배치에 제한이 발생하게 됩니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 업계에서는 다양한 접근 방식을 개발하고 있으며, 그중 하나가 바로 ‘프레임 리스 모터’를 활용하는 방법입니다. 프레임 리스 모터는 외부 하우징 없이 스테이터와 로터만으로 구성되어 있습니다.
프레임 리스 모터는 설계자가 원하는 구조에 맞춰 유연하게 통합할 수 있다는 점에서 높은 설계 자유도를 제공합니다. 기존의 기성품 모터는 외형과 치수가 고정되어 있어 설계에 제약이 많지만, 프레임 리스 모터는 외부 하우징 없이 스테이터와 로터만으로 구성되기 때문에, 복잡한 구조나 공간이 제한된 환경에서도 효과적인 구동 시스템을 구현할 수 있도록 도와줍니다.
이러한 장점은 엑츄에이터 설계에서도 뚜렷하게 나타납니다. 프레임 리스 모터를 적용하면 로터 내부 공간에 감속기를 직접 삽입할 수 있어, 구동부의 두께를 줄이는 데 매우 효과적입니다. 이로 인해 소형화와 고성능이 동시에 요구되는 로봇 설계 환경에서 더욱 최적화된 솔루션을 제공할 수 있게 됩니다.
활용 예시
한 가지 예를 들어 보겠습니다. AGV(무인 운반 로봇)와 같은 장비에 프레임리스 모터 기반를 적용한 경우와, 일반 기어드 모터나 유성 기어 감속기를 적용한 경우를 비교해보겠습니다.
제품의 외형 크기가 이미 고정되어 있어 조정이 불가능한 상황을 가정해보겠습니다. 이러한 조건에서는 제한된 내부 공간 안에 다양한 부품을 효율적으로 배치해야 하는데, 어느 순간부터는 더 이상 새로운 부품을 장착할 공간이 부족해지면서 설계에 큰 제약이 발생합니다. 이를 해결하기 위해 회로 배선을 새롭게 구성하거나, 일부 부품을 더 작고 얇은 형태로 교체하는 등의 방식이 시도되지만, 이 역시 설계 복잡도를 높이고 전체 시스템에 부담을 줄 수 있습니다.
이럴 때 프레임리스 모터를 기반으로 한 얇은 구조를 적용하면 어떤 변화가 생길까요? 엑츄에이터의 두께가 줄어들면 그만큼 내부 공간 활용의 효율이 높아지며, 센서, 배터리, 제어 장치 등 다른 핵심 부품의 배치에도 여유가 생깁니다. 이는 제한된 공간에서도 시스템의 성능을 유지하면서 설계 유연성을 확보할 수 있는 매우 효과적인 접근입니다.
여기서 한 걸음 더 나아가 생각해볼 수 있습니다. 두께를 줄이는 것 외에, 내부 설계 공간을 확보할 수 있는 또 다른 방법은 무엇일까요? 예를 들어, 바퀴에 감속기와 모터를 통합한 일체형 구조, 즉 ‘인휠 타입’으로 설계하면 어떨까요? 실제로 AGV 로봇에는 이러한 인휠 구조가 많이 적용되고 있으며, 이는 구동 계통의 모듈화를 통해 공간을 절약하고 설계 효율을 높이는 좋은 사례입니다.
그리고 저희가 제안드리는 또 하나의 방법은, 감속기, 모터, 인버터, 드라이버, 브레이크 등 제어 구성 요소를 하나로 통합한 ‘스마트 액추에이터’입니다. 이 통합형 솔루션은 단순히 부품을 줄이는 데서 그치지 않고, 전체 시스템을 모듈화함으로써 설계 최적화, 배선 단순화, 조립 시간 단축 등 다양한 부가 가치를 제공합니다. 특히 공간 제약이 크고 성능 요구가 높은 로봇 설계 환경에서 스마트 액추에이터는 강력한 경쟁력을 확보할 수 있는 해법이 될 수 있습니다.
스마트 액추에이터?
감속기, 모터, 인버터, 드라이버, 브레이크와 같은 다양한 제어 구성 요소를 하나의 유닛으로 통합한 구동 솔루션입니다. 기존 방식처럼 각각의 부품을 개별적으로 설계하고 배선하며 조립하는 방식과는 달리, 스마트 액추에이터는 이러한 모든 요소를 사전 통합하여 모듈화된 형태로 제공합니다. 그 결과, 설계 시간은 물론, 배선 및 조립에 필요한 공정도 크게 단축할 수 있습니다.
이 기술의 가장 큰 강점은 ‘설계 단순화’와 ‘공간 절약’입니다. 복잡한 부품 배치에서 벗어나 구조를 보다 단순화할 수 있기 때문에, 제한된 공간 안에서도 고성능 구동 시스템을 구현할 수 있습니다. 특히 바디가 얇고 부품 통합도가 높은 구조 덕분에 다양한 형태의 로봇 설계에 유연하게 적용할 수 있으며, 내부 설계의 자유도가 극대화됩니다.
또한 통합 설계 덕분에 신뢰성과 유지보수 측면에서도 장점이 큽니다. 개별 부품 간 연결에서 발생할 수 있는 오작동 가능성을 줄이고, 일체형 설계를 통해 안정적인 성능을 확보할 수 있습니다. 이와 함께 시스템 전체를 하나의 유닛으로 교체하거나 업그레이드할 수 있기 때문에, 운용 효율성과 유지보수 편의성도 크게 향상됩니다.
한발 더, 앞서나가는 우리의 도전
스마트 액추에이터는 단독으로도 고도로 통합된 혁신적인 구동 솔루션이지만, (주)본시스템즈는 여기서 한 발 더 나아가 사이클로이드 감속기와 프레임 리스 모터 기술을 접목한 제품을 개발하고 있습니다. 이는 단순한 부품 결합을 넘어서, 구조적 효율성과 성능 안정성을 극대화한 설계로 기존 엑츄에이터와는 확연히 차별화된 기술적 접근입니다.
사이클로이드 기어는 독특한 구름 운동 방식의 기어 구조를 바탕으로 높은 하중 분산 능력을 자랑합니다. 이로 인해 내구성과 토크 전달 효율 면에서 탁월한 성능을 발휘하며, 일반적인 기어 방식보다 충격에 강하고 반복 동작에서도 마모가 적습니다. 특히 동일한 크기 내에서도 저감속비부터 고감속비까지 폭넓은 범위의 감속비를 구현할 수 있습니다.
낮은 마모 특성은 제품의 수명을 연장시키고, 로봇 시스템의 신뢰성을 확보하는 데 큰 기여를 합니다. 이러한 구조는 협동 로봇, 물류 로봇, 산업용 로봇 등 고하중을 지속적으로 견뎌야 하는 다양한 구동계에 이상적입니다.
여기에 프레임 리스 모터 기술을 접목하면 더욱 강력한 시너지가 발생합니다. 외부 하우징 없이 스테이터와 로터로만 구성된 프레임 리스 모터는 얇고 가벼운 구조로 설계할 수 있어, 외형 치수의 제약 없이 다양한 형태의 로봇 시스템에 통합이 가능합니다. 감속기와 모터는 물론, 필요 시 드라이버, 브레이크, 인버터 등 주요 제어 구성까지 물리적으로 하나의 유닛으로 통합할 수 있어, 컴팩트한 동시에 고성능을 구현하는 구동 시스템이 완성됩니다.
사이클로이드 기어의 강한 토크와 높은 내구성, 그리고 프레임 리스 모터의 박형 설계와 통합 효율성을 결합한 (주)본시스템즈의 스마트 액추에이터는, 공간 제약과 성능 요구가 동시에 높은 차세대 로봇 시장에서 강력한 해답이 될 것입니다. 로봇 설계에 있어서 유연성과 내구성, 성능과 구조 간의 균형을 모두 고려해야 하는 시대에, (주)본시스템즈는 이러한 복합적 요구를 만족시키는 실질적인 솔루션을 제시하고 있습니다.
구매 및 개발 문의
㈜본시스템즈의 기술이 집약된 사이클로이드 엑츄에이터 BCSA 시리즈는 제품 소개 페이지에서 자세히 확인하실 수 있습니다.
표준 제품 외에도, 별도의 커스텀 사양이 필요하신 경우에는 원하시는 요구 사양, 사용 환경, 적용할 모터의 사양 정보 등을 제공해주시면, 그에 맞춰 감속기 설계 및 개발 서비스를 지원해드립니다.
