협동 로봇에 액추에이터 두께가 미치는 영향력 2가지

협동 로봇은 산업 현장에서 기존 작업자가 하던 일부 공정을 대신 수행하며, 인간과 나란히 작업하도록 설계된 로봇 시스템입니다. 일반적으로 ‘코봇(Cobot)’이라고 불리며, 로봇 팔(Robot Arm) 형태에 다양한 그리퍼를 장착해 활용됩니다. 대형 산업용 로봇과 달리 작업자와 가까운 거리에서 협업하는 것을 전제로 하기 때문에 크기가 비교적 작고, 안전성을 고려한 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 장착되는 구동 부품, 특히 액추에이터의 사양은 제한적일 수밖에 없으며, 가반 하중 역시 대형 로봇보다 낮은 편입니다.

액추에이터는 모터와 감속기가 결합된 구동 모듈로, 로봇의 관절을 움직이는 핵심 부품입니다. 여기에는 유성 기어, 하모닉 드라이브, RV, 사이클로이드 등 다양한 감속기 구조가 쓰이며, 각각의 특성에 맞춰 산업 현장에 적용됩니다. 최근에는 로봇이 점점 더 콤팩트하고 가벼운 구조를 요구하게 되면서, 감속기와 액추에이터 설계에서도 두께와 무게를 줄이는 방향으로 변화가 가속화되고 있습니다.

저희 본시스템즈의 BCSA 시리즈 역시 이러한 변화에 대응한 제품입니다. 특히 ‘두께’라는 요소는 단순히 부품이 차지하는 공간을 줄이는 것 이상의 의미를 가집니다. 아래에서는 협동 로봇에서 액추에이터 두께가 미치는 핵심 영향력 두 가지를 살펴보겠습니다.

1. 디자인 구현성과 설계 자유도 확대

하나의 협동 로봇에는 모터, 감속기, 베어링, 제어기, 센서, 케이블 등 다양한 부품이 복잡하게 배치됩니다. 이 과정에서 부품 간 간섭을 줄이고, 구동 성능에 영향을 주지 않는 배선·배치 설계가 필수입니다. 액추에이터 두께가 얇아지면 관절부의 부피가 줄어 내부 공간 활용이 훨씬 효율적으로 변합니다.

공간이 확보되면 단순히 부피를 줄이는 데서 그치지 않고, 회전 반경을 더 넓게 확보할 수 있습니다. 이로 인해 로봇 팔이 보다 자연스럽게 움직이고, 좁은 작업 환경에서도 제약 없이 동작할 수 있습니다. 예를 들어, 기존 가로로 긴 기어드 모터 구조는 로봇 암이 옆으로 부풀어 오르는 디자인을 피하기 어려웠지만, 두께가 얇아진 액추에이터는 사람 팔처럼 곧게 뻗은 형태로 설계가 가능합니다. 이는 공간 활용뿐 아니라, 곡면이나 유려한 실루엣 같은 외형 디자인 측면에서도 큰 장점을 제공합니다.

특히, 얇은 구조에서도 고토크를 안정적으로 유지할 수 있다면, 단순한 경량 로봇뿐 아니라 높은 가반 하중을 요구하는 산업 환경에도 적용이 가능합니다. 본시스템즈는 이를 위해 자체 개발한 사이클로이드 치형 구조를 적용해, 얇은 두께에서도 하중 분산과 출력 안정성을 동시에 달성했습니다.

2. 경량화와 성능 안정성

로봇의 경량화는 단순히 무게를 줄이는 것이 아니라, 무게 중심과 구동 성능 전반에 직결됩니다. 부품이 무거워질수록 관절에 가해지는 하중이 커지고, 이는 제어 안정성을 떨어뜨리며 에너지 소모와 발열을 증가시킵니다. 특히 협동 로봇처럼 사람과 근거리에서 반복 동작을 수행하는 장비는 안정적인 움직임이 매우 중요하기 때문에, 경량화는 핵심 설계 조건 중 하나입니다.

액추에이터 두께가 얇아지고 무게가 줄면 로봇의 무게 중심이 낮아져, 동작 시 흔들림이 줄고 반응성이 좋아집니다. 그 결과 에너지 효율이 높아지고, 배터리로 구동되는 이동형 협동 로봇에서는 작동 시간 연장 효과도 기대할 수 있습니다.

물론, 경량화를 위해 무조건 가벼운 소재를 쓰는 것은 해답이 아닙니다. 플라스틱 하우징처럼 강성이 낮은 재질은 고토크 출력이 필요한 환경에서는 적합하지 않기 때문입니다. 따라서 고강도 알루미늄 하우징이나 구조적 강성을 유지할 수 있는 설계가 병행되어야 하며, 본시스템즈의 BCSA는 이 조건을 충족하도록 설계되었습니다.

BCSA V4 시리즈

Bonsystems Cycloid Smart Actuator(BCSA)는 사이클로이드 기반의 로봇용 스마트 액추에이터로, 요구 사양에 따라 드라이버, 엔코더 등 로봇 제어를 위한 핵심 기능을 유연하게 추가할 수 있습니다. 협동 로봇의 로봇 암과 휴머노이드 구조에 최적화된 디자인과 사양을 적용해, 얇은 두께에서도 강력한 출력 토크를 제공합니다.

BCSA V4 시리즈는 11:1, 15:1, 19:1, 29:1, 39:1, 49:1의 다양한 감속비로 구성되어 있어, 로봇 각 관절부에 맞춰 선택할 수 있습니다. 이를 통해 BCSA 시리즈만으로도 휴머노이드 로봇의 요구 성능을 충족하는 완성형 설계가 가능하며, 이는 본시스템즈가 제공할 수 있는 가장 큰 경쟁력 중 하나입니다.

유지 보수 편의성을 높이기 위해 감속기와 모터의 설치 공간을 분리한 구조를 채택했습니다. 덕분에 고장이나 A/S 발생 시 전체 제품을 분해하지 않고도 감속기 또는 모터만 개별 교체가 가능해, 운용 효율과 유지보수 속도를 모두 향상시켰습니다. 또한, 알루미늄 아노다이징 처리로 부식 방지와 경량화를 동시에 실현했으며, 고급스러운 외관까지 갖추고 있습니다.

프레임레스 모터를 적용한 중공형 액추에이터

협동 로봇의 내부 설계 구조를 한 단계 더 효율적으로 만드는 기술 중 하나가 중공형 구조입니다. 액추에이터의 중심부가 비어 있는 이 구조는 모터와 감속기의 축을 관통하는 공간을 통해 배선이나 유체관, 센서 케이블 등을 내부로 통과시킬 수 있도록 설계됩니다. 이렇게 하면 케이블을 외부로 우회시키거나 복잡하게 감싸서 배치할 필요가 없어지고, 관절부 주변 공간을 보다 깔끔하고 효율적으로 활용할 수 있습니다.

저희는 이 중공형 구조에 프레임리스 모터를 적용합니다. 프레임리스 모터는 일반 모터처럼 하우징이 따로 존재하지 않아 구동부와 직접 결합할 수 있고, 불필요한 외형 부품이 줄어들면서 내부 공간 활용도가 크게 높아집니다. 그 덕분에 직경과 두께를 최소화하면서도 필요한 토크를 안정적으로 낼 수 있어, 협동 로봇처럼 슬림하고 콤팩트한 설계가 요구되는 환경에 특히 적합합니다.

이러한 설계 방식은 내부 공간의 효율성을 높이는 동시에, 외부 환경에 노출되는 케이블의 수를 줄여 마모나 손상 위험을 최소화합니다. 또한 불필요한 외부 케이블 경로가 사라지면서 로봇 팔을 보다 매끄럽고 세련된 외형으로 디자인할 수 있습니다. 결국 프레임리스 모터를 적용한 중공형 액추에이터는 협동 로봇이 요구하는 공간 절약, 안정적인 배선, 그리고 자유로운 관절 동작을 모두 충족시키며, 한정된 공간 속에서도 성능 저하 없이 안정적으로 작동할 수 있는 기반을 제공합니다.

이외에도 BCSA V4 시리즈는 저희가 오랜 연구와 테스트를 거쳐 협동 로봇에 요구되는 기술적 요소를 집약한 제품으로, 8월 중 출시가 예정되어 있습니다. 상세한 내용은 본시스템즈 홈페이지 제품소개 페이지에서 확인하실 수 있습니다.

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자주 묻는 질문 (FAQ)