무인 운반 로봇(AGV), 왜 고중량 이송 수요가 증가하고 있을까?
최근 무인 운반 로봇(AGV, Automated Guided Vehicle)이 다양한 산업 분야에서 주목받고 있습니다. 글로벌 시장 조사 기관 Research Nester의 보고서에 따르면, 2024년 시장 규모는 약 52억 달러로 평가되며, 2037년까지 300억 달러를 초과할 것으로 전망됩니다.
물류 자동화가 빠르게 확산되면서 제조업을 비롯한 다양한 산업에서 이와 같은 시스템을 도입하려는 움직임이 활발하게 이루어지고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 기존의 AGV가 수행하던 경량 화물 운반을 넘어, 점점 더 대형 화물을 다룰 수 있는 모델의 필요성이 증가하는 경향이 나타나고 있습니다.
초기에는 상대적으로 가벼운 화물을 운반하는 데 최적화되어 있었으나, 산업 환경이 변화하면서 수 톤 이상의 대형 화물을 자동화된 방식으로 운반하는 시스템의 필요성에 관심이 높아지고 있습니다.
이와 같은 변화의 배경을 살펴보면, 자동화 기술의 발전과 산업별 요구 사항의 변화, 그리고 이를 뒷받침하는 핵심 기술의 성장이 중요한 요인으로 작용하는 것으로 생각됩니다. 이 글에서는 대형 화물 운반 시스템의 필요성이 증가하는 이유는 무엇인지, 그리고 이를 가능하게 하는 기술적 요소에는 어떤 것들이 있는지 알아보는 시간을 가져보도록 하겠습니다.
무인 운반 로봇의 기술적 한계와 발전 방향
AGV는 정해진 경로를 따라 이동하며 지정된 작업을 수행하는 방식으로 활용되었습니다. 바닥에 설치된 유도선이나 자기 테이프를 따라 움직이며, 일정한 동선을 유지해야 하는 경우가 많았습니다. 이러한 방식은 비교적 단순한 구조에서 안정적으로 운영될 수 있었지만 새로운 경로를 설정하는 과정이 번거롭다는 단점이 있었습니다.
최근에는 자율 이동 로봇(AMR, Autonomous Mobile Robot) 기술이 발전하면서 기존 시스템의 한계를 보완하는 방향으로 연구가 이루어지고 있습니다. 지정된 경로를 단순히 따라가는 방식을 벗어나, AI 기반의 내비게이션 기술과 머신러닝 알고리즘을 활용하여 주변 환경을 실시간으로 분석하고, 최적의 경로를 스스로 찾아 이동할 수 있는 방식으로 변화하고 있습니다.
특히, LiDAR(라이다) 센서, 카메라 기반 객체 인식, SLAM(동시 위치추정 및 지도작성) 기술이 적용되면서, 이제는 실시간으로 주변 환경을 매핑하고 경로를 동적으로 조정하는 것이 가능해졌습니다.
고중량 화물 운반 수요의 증가 배경
고중량 화물을 운반할 필요성이 증가하는 이유는 산업 전반에서 자동화 시스템의 중요성이 확대되고 있으며, 이에 따라 보다 무거운 화물을 안정적으로 운반할 수 있는 시스템이 요구되기 때문인 것으로 예상됩니다. 특히 항만 물류, 제조업, 건설업과 같은 대형 화물 운반이 필요한 산업군에서 AGV 도입이 적극적으로 검토되고 있는 상황입니다. 국내 사례로는 현대로템이 광양항에서 828억 원 규모의 무인 이송 장비 사업을 수주한 것을 확인할 수 있으며, 이는 향후 항만 물류 분야에서 이와 같은 로봇의 활용이 더욱 증가할 가능성을 시사하는 사례라고 생각해볼 수 있습니다.
제조업에서도 대형 기계 부품, 자동차 프레임, 금속 가공 제품과 같은 고중량 화물을 자동으로 운반하는 필요성이 점차 커지고 있습니다. 조립 라인에서는 대형 부품을 일정한 위치에 배치해야 하는 작업이 많으며, 이를 위해 유인 장비보다 AGV를 활용한 자동화 시스템이 더욱 효율적인 대안으로 주목받고 있는 상황입니다.
중량물 운송을 위한 무인 운반 로봇의 기술 요소
고중량 화물을 운반할 수 있는 AGV가 효과적으로 작동하기 위해서는 단순히 기존 모델의 크기를 확장하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 고중량 운반을 위한 무인 운반 로봇은 설계 단계에서부터 여러 요소를 고려해야 하며, 이를 위해 다양한 기술적 접근 방식이 필요합니다.
고중량 화물을 운반하기 위해서는 기본적으로 강한 하중을 견딜 수 있도록 설계되어야 하며, 이를 위해서는 프레임 구조의 강성과 안정성이 필수적입니다. 이것은 단순히 강도가 높은 재료를 사용하는 것만으로는 충분하지 않으며, 하중이 가해지는 방식과 구조적 설계를 최적화하는 것이 필요합니다.
고토크 출력 감속기와 액추에이터를 적용한 구동 시스템
이러한 프레임 구조 설계가 효과적으로 이루어지기 위해서는 단순히 프레임을 보강하는 것만으로는 충분하지 않으며, AGV 또는 AMR 내부의 핵심 구동 부품 또한 내구성이 뛰어나고, 강한 힘을 효과적으로 전달할 수 있어야 합니다.
고토크 감속기는 모터의 회전력을 감속하면서도 높은 토크를 유지할 수 있도록 설계된 핵심 부품입니다. 고중량 운반 로봇에는 높은 감속비를 제공하면서도 내구성이 뛰어난 감속 기술이 필수적이며, 이 중에서도 사이클로이드 감속기는 높은 토크 전달력을 유지하면서도 컴팩트한 크기로 설계될 수 있어, 공간이 제한된 AGV 내부에서도 적용이 용이한 솔루션이 될 수 있습니다.
또한, 하중이 증가할수록 방향 전환이 어려워질 수 있기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위해 차동 구동 방식과 다축 조향 시스템이 적용됩니다. 차동 구동 방식은 좌우 바퀴의 속도를 차등 조절하여 방향을 전환하는 방식으로, 별도의 조향 장치 없이도 부드럽고 안정적인 회전이 가능합니다. 인휠 타입의 제품들이 이와 같은 기능을 제공합니다.
구조 최적화를 위한 슬림형 구동 시스템 적용
이와 같은 무인 운반 로봇의 설계에서 중요한 요소 중 하나는 높은 내구성과 성능을 유지하면서도 부피를 최소화하는 것입니다. 특히, 공간이 제한적인 산업 환경에서 AGV를 효과적으로 운영하려면 구동 시스템을 보다 컴팩트하게 설계해야 합니다. 이를 위해 최근에는 고토크를 출력 하는 소형 감속기와 슬림형 액추에이터가 주목받고 있습니다.
다단 기어를 적용한 감속기나 모터는 크기가 크고 부피를 많이 차지하게 됩니다. 이는 제품의 설계 과정에서 내부에서 부품의 배치를 최적화 하는 작업을 어렵게 만드는 경우가 많았습니다. 이런 문제를 해결하기 위해서는 보다 얇고 강한 감속기를 적용하여 공간을 절약하면서도 높은 토크를 유지할 수 있도록 설계할 수 있는 방법을 모색할 필요가 있습니다.
그 대안 중 1가지로 저희가 생각한 것이 바로 ‘사이클로이드 감속기’입니다. 일반적인 기어 감속기보다 구조적으로 견고하면서도 높은 감속비를 제공할 수 있기 때문에,더 작은 크기의 감속기를 사용하면서도 동일한 출력을 유지할 수 있는 장점이 있습니다. 이를 통해 무인 운반 로봇의 설계 과정에서 내부 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있으며, 제품의 디자인과 설계 유연성을 개선하는데 기여할 수 있습니다.
여기에, 개별적으로 적용되던 모터, 감속기, 제어 시스템을 하나로 통합하여 보다 효율적인 공간 활용과 강력한 성능을 동시에 확보하는 방식 (ex 스마트 액추에이터)이 발전하게 되면서 공간 확보에 훨씬 유리한 이점을 가져올 수 있게 되었습니다.
일반적으로 모터, 감속기, 제어 장치가 각각 분리되어 있는 경우, 각각의 부품을 배치하는 과정에서 불필요한 공간이 발생할 수밖에 없습니다. 하지만 이를 하나의 유닛으로 통합한 액추에이터를 적용하면 설치 과정이 단순해지고, 공간 활용도를 극대화할 수 있으며, 유지보수 또한 용이해지는 장점이 있습니다.
고중량 운반을 위한 핵심 기술: 감속기와 액추에이터
정리하면, 고중량 AGV의 설계에서 가장 중요한 요소 중 하나는 내구성과 성능을 유지하면서도 부피를 최소화하는 것입니다. 기존의 대형 감속기와 액추에이터는 출력 성능이 우수하지만, 크기가 크고 무거워 구조적 효율성이 떨어질 수 있습니다. 특히, 고중량을 운반하는 운반 로봇의 경우 강력한 토크를 유지하면서도 전체적인 설계가 컴팩트하게 유지되어야 하기 때문에, 크기와 무게를 줄이는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다.
고중량 운반을 위한 AGV의 설계에서는 프레임 구조, 구동 시스템, 감속기 및 액추에이터의 조합이 유기적으로 연결될 때 최고의 성능을 발휘할 수 있습니다. 특히, 감속기와 액추에이터는 단순한 부품이 아니라 핵심적인 구동 요소로서, 고출력과 정밀한 제어를 가능하게 하는 중요한 역할을 수행 합니다.
BSR 감속기는 사이클로이드 치형을 적용한 고토크 감속기로, 강력한 토크를 제공하면서도 컴팩트한 설계를 유지할 수 있도록 설계되었습니다. 기존의 기어 방식 감속기 대비 내구성이 뛰어나고 내충격성이 우수하여 AGV가 반복적으로 무거운 화물을 운반할 때도 안정적인 작동이 가능합니다. (BSR Series 제품 정보)
이러한 특성은 AGV가 장시간 지속적으로 운용될 때도 높은 신뢰성을 유지할 수 있도록 하며, 고중량 운반이 필요한 물류창고, 제조업, 항만 등 다양한 산업 환경에서 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 지원합니다.
BCSA (Bonsystems Cycloidal Smart Actuator)는 모터, 감속기, 제어 기능이 통합된 제품입니다. 현재 제어부의 경우 커넥터 타입으로 일부 구동 기능만 제공 가능하며, 향후 완전한 통합형 스마트 액추에이터(BCSA)를 목표로 지속적인 기술 개발과 제품 개선을 실행하고 있습니다.
BCSA는 고 토크를 제공하면서도 슬림한 크기로 설계되어 AGV의 구조적 유연성을 극대화할 수 있도록 설계되었습니다. 하나의 모듈로 구성되어 있어 설치가 간편하고, 시스템 통합 과정에서 발생할 수 있는 불필요한 공간 낭비를 최소화할 수 있습니다. (BCSA-V1 Series 보러 가기)
고중량 AGV의 설계에서는 프레임 구조, 바퀴 시스템, 배터리 성능, 감속기 및 액추에이터의 조합이 유기적으로 연결될 때 최고의 성능을 발휘할 수 있습니다. 특히, 감속기와 액추에이터는 단순한 부품이 아니라 무인 운반 로봇의 핵심적인 구동 요소로서, 강한 출력과 제어를 가능하게 하는 중요한 역할을 수행합니다.
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