⊙로봇(robot)의 개념과 유형

⊙로봇(robot)정의

인간과 유사한 모습과 기능을 가진 자동기계.

 

⊙로보틱스

기계 공학, 전기 공학, 컴퓨터 공학 등을 포함하는 공학 및 과학의 한 분야입니다. 로보틱스는 로봇의 설계, 조립, 작동, 사용 및 로봇의 제어, 센서 피드백, 정보 처리를 위한 컴퓨터 시스템을 포함합니다. 로봇은 센서, 엑추에이터, 정보 처리를 통해서 물리적 세상과 상호작용하는 기계입니다. 제조 분야는 로봇이 사용되는 주요 분야인데, 정확히는 산업용 로봇이 사용되는 ‘인더스트리 4.0’이 그렇습니다.

 

⊙로봇(robot)이란 용어

체코슬로바키아의 소설가 차페크(Karel Capek)가 1921년 발간한 『R.U.R(Rossum's Universal Robots)』이라는 희곡에서 처음으로 사용되었다. 로봇의 어원이 체코어의 노동을 의미하는 단어 ‘로보타(robota)’인 만큼, 로봇의 역할은 인간의 노동을 대신 수행하는 데서 찾을 수 있다.

 

⊙로봇의 행동을 규제

유명한 SF 작가 아시모프(Isaac Asimov)는 1950년에 발간한 『아이 로봇(I Robot)』에서 로봇의 행동을 규제하는 세 가지 원칙을 제시했다.

 

첫째, 로봇은 인간에게 해를 끼쳐서는 안 되며, 위험에 처해 있는 인간을 방관해서도 안된다.

둘째, 로봇은 인간의 명령에 반드시 복종해야 한다.

셋째, 로봇은 자기 자신을 보호해야만 한다.

 

⊙로봇의 용도구분

로봇은 용도에 따라 산업용 로봇, 서비스용 로봇, 특수목적용 로봇으로 구분할 수 있다. 산업용 로봇은 산업 현장에서 인간을 대신하여 제품의 조립이나 검사 등을 담당하는 로봇이다.

 

서비스용 로봇은 청소, 환자보조, 장난감, 교육실습 등과 같이 인간 생활에 다양한 서비스를 제공하는 로봇이다. 특수목적용 로봇은 전쟁에서 사용되거나 우주, 심해, 원자로 등에서 극한 작업을 수행할 수 있는 로봇이다.

 

로봇은 조작방법에 따라, 인간이 직접 조작하는 수동조작형 로봇(manual manipulator), 미리 설정된 순서에 따라 행동하는 시퀀스 로봇(sequence robot), 인간의 행동을 그대로 따라 하는 플레이백 로봇(playback robot), 프로그램을 수시로 변경할 수 있는 수치제어 로봇(numerically controlled robot), 학습능력과 판단력을 지니고 있는 지능형 로봇(intelligent robot)으로 분류할 수 있다.

 

이를 로봇의 세대로 연결시켜 보면, 수동조작형 로봇과 시퀀스 로봇은 제1세대 로봇, 플레이백 로봇과 수치제어 로봇은 제2세대 로봇, 지능형 로봇은 제3세대 로봇에 해당한다.

 

현황

우리나라에서는 1980년대에 들어와 산업용 로봇이 개발되기 시작했다. 당시에는 로봇산업에 대한 정부의 지원이 거의 없었으며, 산업계와 학계에서 연구개발을 자체적으로 진행하였다.

 

1990년대에는 생산공정 자동화 및 부품소재 국산화를 매개로 정부가 로봇 개발을 적극적으로 지원하기 시작했고, 자동차산업, 가전산업, 반도체산업, 조선산업 등에서 산업용 로봇이 널리 활용되었다.

 

2000년대에 들어서는 지능형 로봇을 중심으로 로봇산업 자체에 대한 정부의 지원이 본격화되었다. 산업자원부의 인간기능 생활지원 지능로봇 개발사업과 정보통신부의 IT기반 지능형 서비스 로봇 개발사업은 그 대표적인 예이다.

 

특히 2004년에는 차세대 성장동력사업 10대 분야의 하나로 지능형 로봇이 선정되어 로봇산업은 우리나라를 대표할 새로운 산업으로 주목받기 시작했다. 정부는 지능형 로봇에 대한 법적·제도적 장치를 마련하는 데에도 많은 노력을 기울였다.

 

2008년에는 지능형 로봇산업의 지속적 발전을 도모할 목적으로 「지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법」이 제정되었다. 이 법은 지능형 로봇에 대한 기본계획의 수립, 로봇산업정책협의회의 구성 및 운영, 지능형 로봇제품의 품질 인증, 지능형 로봇투자회사의 설립, 로봇랜드의 조성, 한국로봇산업진흥원의 설립 등에 대한 조항을 담고 있다.

 

이에 대한 후속조치로 2011년부터 경상남도에 마산로봇랜드를 조성하는 사업이 추진되었고, 2013년에는 대구광역시에 한국로봇산업진흥원이 설립되었으며, 같은 해에 인천광역시에 로봇랜드를 조성하는 사업도 시작되었다.

 

우리나라에서 로봇에 대한 사회적 관심을 촉발시킨 것은 휴보(Hubo)라고 할 수 있다. 휴보는 일본의 아시모와 유사한 휴머노이드 로봇으로 2004년에 한국과학기술원 오준호 교수팀이 개발한 바 있다.

 

2008년에는 휴보의 성능을 향상시킨 휴보2의 몸체가 완성되었고, 2012년에는 두발 로봇으로서는 세계에서 세 번째로 달리는 데 성공했다. 휴보의 등장은 우리나라에서 장난감 로봇과 교육용 로봇이 본격적으로 개발되는 촉매제로 작용하기도 했다.

 

휴보와 함께 로봇에 대한 관심을 집중시킨 것은 로봇청소기였다. 우리나라에 처음 선보인 로봇청소기는 스웨덴의 일렉트로룩스가 제작한 ‘트리로바이트’이다. 그것은 2003년에 228만원의 가격으로 판매되었으나 뚜렷한 실적을 기록하지는 못했다.

 

이후 삼성전자, LG전자, 유진로봇, 마미로봇 등이 로봇청소기 사업에 진출하였고, 2007년 이후에 로봇청소기 시장은 빠른 증가세를 보였다. 국내 로봇청소기 판매량은 2007년에 약 1만 5000대였던 것이 2012년에는 10만 4000대로 증가하였다.

 

 

 

 

 

⊙로봇의 용도구분

로봇은 용도에 따라 산업용 로봇, 서비스용 로봇, 특수목적용 로봇으로 구분할 수 있다. 산업용 로봇은 산업 현장에서 인간을 대신하여 제품의 조립이나 검사 등을 담당하는 로봇이다.

 

서비스용 로봇은 청소, 환자보조, 장난감, 교육실습 등과 같이 인간 생활에 다양한 서비스를 제공하는 로봇이다. 특수목적용 로봇은 전쟁에서 사용되거나 우주, 심해, 원자로 등에서 극한 작업을 수행할 수 있는 로봇이다.

 

로봇은 조작방법에 따라, 인간이 직접 조작하는 수동조작형 로봇(manual manipulator), 미리 설정된 순서에 따라 행동하는 시퀀스 로봇(sequence robot), 인간의 행동을 그대로 따라 하는 플레이백 로봇(playback robot), 프로그램을 수시로 변경할 수 있는 수치제어 로봇(numerically controlled robot), 학습능력과 판단력을 지니고 있는 지능형 로봇(intelligent robot)으로 분류할 수 있다.

 

이를 로봇의 세대로 연결시켜 보면, 수동조작형 로봇과 시퀀스 로봇은 제1세대 로봇, 플레이백 로봇과 수치제어 로봇은 제2세대 로봇, 지능형 로봇은 제3세대 로봇에 해당한다.

 

 

로보틱스의 응용 분야와 혜택

 

코봇

협동 로봇 혹은 코봇이 점점 더 중요해지고 있습니다. 산업의 많은 분야에서 기존 산업용 로봇을 협동 로봇으로 대체하거나 보완하고 있습니다. 코봇은 생산 공정에서 사람과 협력하여 일하는 로봇으로, 기존 산업용 로봇처럼 보호 장치를 사용해서 인간 작업자들과 분리되어 있지 않습니다. 전통적인 산업용 로봇과 비교해서 협동 로봇은 크기가 작고 유연하게 사용할 수 있으며 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.

 

코봇은 인간 작업자를 대체하는 것이 아니라 보조합니다. 캐나다의 Paradigm Electronics가 그 예입니다. 이 회사는 코봇을 사용하여 생산성을 50퍼센트까지 향상시켰으며, 한 사람도 일자리를 잃지 않았습니다. 직원들은 기계 프로그래밍이나 자동화 생산 공정 후의 품질 관리 같이 새롭게 창출된 분야에서 일하고 있습니다. Boston Consulting Group의 전문가들에 따르면, 미래에는 로봇을 사용해서 직원 1인당 생산성이 최고 30퍼센트까지 향상될 것이라고 합니다.

 

산업용 로봇

산업용 로봇은 산업 환경에서 제품을 취급, 조립, 가공하는데 사용되는 프로그래밍이 가능한 기계입니다. 산업용 로봇은 대부분 로봇 팔, 그리퍼, 다양한 센서 및 제어 유닛으로 구성되며, 프로그래밍 된 대로 자율적으로 임무를 수행할 수 있습니다. 지난 몇 년 사이에 전세계적으로 산업용 로봇의 사용이 크게 늘어나고 있습니다. 2015년에는 평균적으로 고용인 1만 명당 66개의 로봇이 사용되었는데, 현재는 74개로 증가했습니다. 평균적인 로봇 사용 밀도는 유럽 99개, 미국 84개, 아시아 63개입니다.

 

세계 각국의 로봇 협회들이 참여하고 있는 IFR(국제 로봇 연맹)의 통계에 따르면, 2016년에 미국이 31,500개의 산업용 로봇을 사용하면서 사상 최고치를 기록했습니다. 이것은 2015년 대비 15퍼센트 증가한 것입니다. 전세계적으로는 2016년에 약 29만 개의 산업용 로봇이 사용되었으며, 이것은 2015년 대비 14퍼센트 증가한 것입니다. 이러한 추세는 앞으로도 계속될 것입니다. 앞으로 몇 년 간 매해 평균 12퍼센트의 성장률이 예상됩니다.

 

자동차 분야의 산업용 로봇

자동차 분야에서 로봇은 작업 공정을 더 효율적이고 안전하고 빠르고 유연하게 하면서, 50년 이상 자동화 생산 프로세스에서 중요한 역할을 해왔습니다. 1961년에 General Motors는 자사 생산 공정에 Unimate라고 하는 최초의 산업용 로봇을 도입하였습니다. 이 로봇을 사용해서 사출 성형 부품을 옮겼습니다. 독일에서는 1973년에 처음으로 볼프스부르크의 VW 공장에서 산업용 로봇을 사용하기 시작했습니다. 이 회사에서 독자적으로 개발하고 직원들이 “Robby”라는 이름을 붙여준 이 로봇은 파사트 생산 공정에 투입되었습니다. IFR(국제 로봇 연맹)의 통계 조사에 따르면, 2016년 미국의 자동차 업계는 17,600개 이상의 산업용 로봇을 사용했으며, 이는 2015년 대비 43퍼센트 증가한 수치입니다.

 

무인운반차(Automated Guided Vehicles / AGV)

AGV는 스스로 운전하고 자동으로 제어되는 무인운반차 입니다. AGV는 제조 설비에서 자재를 운반할 때 주로 사용됩니다. AGV를 사용함으로써 많은 공간을 차지하는 전통적인 컨베이어 벨트는 공간을 절약하는 매우 유연한 솔루션으로 발전했습니다.

 

물류 창고는 AGV가 인기리에 사용되고 있는 또 다른 장소입니다. 이곳에서는 각종 상품들을 정해진 포장 장소로 옮겨서 처리할 수 있습니다. 이러한 유형의 로봇은 통상적으로 초당 1~2m를 움직일 수 있으며 최대 약 2,000kg까지 화물을 운반할 수 있습니다. AGV는 전원공급장치, 수행 임무, 내비게이션 및 경로 설정 등을 다양하게 할 수 있습니다. 전원 공급은 케이블로 하거나(레일 탑재 AGV), 레일 자체를 통해서 하거나, 배터리로 할 수 있습니다. 배터리는 인덕션 충전판을 통해서 하거나 충전소에서 할 수 있습니다. 충전소에서는 배터리를 교체할 수도 있습니다. 하는 일이나 작업장에 따라서 AGV는 지게차로서 팰릿을 옮기거나, 트랙터로서 트레일러를 끌거나, 화물 운반차처럼 박스나 포장을 운반할 수 있습니다. 또한 AGV는 레이저를 사용해서 내비게이션을 할 수 있습니다. 특정한 위치에 부착된 라벨을 스캔하고 다음 목적지를 인식할 수 있습니다. 색깔 인식을 통한 광학적 내비게이션을 사용할 수도 있습니다. 안테나나 레일을 사용해서 AGV를 유도할 수도 있습니다. 가장 유연한 것은 자율 AGV인데, 자율 AGV는 자신의 주변 환경을 스캔하고 이로부터 가상 지도를 생성합니다. 그러면 다른 AGV에게 장애물이 있다는 것을 알려줄 수 있으며 최적의 운반 경로를 생성할 수 있습니다. AGV는 작업장과 필요한 운반 요구에 따라서 1개부터 4개까지의 능동 구동 바퀴를 사용해서 움직입니다.

 

 

서비스 로봇

 

서비스 로봇은 사람에게 서비스를 제공하는 로봇입니다. 서비스 로봇은 개인용과 직업용으로 구분할 수 있습니다. 개인용으로는 진공 청소기와 잔디깎기 로봇 등이 있습니다. 다양한 종류의 서비스 로봇은 다음과 같습니다:

 

가정용 로봇

 

잔디 깎기, 진공 청소, 창문 닦기 등 일상적인 집안일은 로봇이 대신해서 할 수 있습니다. 사람들은 시간과 일을 크게 줄일 수 있습니다. 독일 연방 정보 기술 협회인 Bitkom의 조사에 따르면, 조사에 참여한 1천명 이상의 응답자들 중에서 42퍼센트가 집에서 로봇을 사용할 의향이 있다고 응답했습니다. 80퍼센트 이상은 진공 청소나 바닥 청소에 도움 받기를 원하고, 41퍼센트는 로봇이 정원 손질을 도와주기를 원한다고 응답했습니다. 그리고 응답자의 15퍼센트는 이미 집에 로봇을 가지고 있다고 대답했습니다.

 

보안 로봇

데이터 보호와 데이터 보안 문제가 고려되어야 하지만, 위에서 언급한 Bitkom 조사에 참여한 응답자의 49퍼센트가 자신의 집 보안을 로봇에게 맡길 의향이 있다고 대답했습니다. 보안 로봇은 식구들이 휴가를 가거나, 출장을 가거나, 회사에 출근하고 있는 동안에 집을 지킵니다. 이러한 로봇은 인터넷 연결을 통해서 앱을 사용해서 제어할 수 있습니다. 만약에 로봇이 이상한 동작을 감지하면 스마트폰으로 경보를 보냅니다. 내장된 카메라로 HD 영상 녹화를 하며 양방향 오디오 인터콤 기능도 있습니다.

 

접객용 로봇

한국의 LG전자는 라스베이거스에서 개최된 2018 CES에서 CLOi라고 하는 새로운 로봇 제품 시리즈를 선보였습니다. 이 서빙 로봇은 손님들에게 간식과 음료를 제공합니다. 이 로봇은 공항, 기차역, 호텔 등에서 24시간 내내 사용될 수 있습니다. 로봇이 쟁반에 음식을 준비하여 제공하면 손님들이 집어갈 수 있습니다. 손님에게 서빙을 한 후에는 알아서 서비스 스테이션으로 돌아와서 음식을 보충하고 다시 서빙을 합니다.

 

농업 분야의 로봇

농업은 로봇의 활용 잠재력이 큰 또 다른 분야입니다. 현재 로봇팔과 멀티스펙트럼 카메라를 설치한 수확기로 오이 수확 과정을 최적화하는 파일럿 프로젝트가 진행되고 있습니다. 파종 용으로는 태블릿으로 제어되는 소형 파종 로봇이 씨앗을 뿌리고 모든 중요한 정보들을 기록합니다. 드론을 사용해서 작물의 성장과 잡초 성장 상태를 모니터링할 수 있으며, 필요하다면 살포 기능도 가능합니다.

 

치료용 로봇

로봇을 사용해서 치료를 도울 수 있는데, 뇌졸중이나 신경계 질병이 발생된 환자들의 재활을 도울 수 있습니다. 신체 장애를 앓는 환자들이 훈련 기계의 도움을 받아서 다시 걷는 법을 배우고 계단을 오릅니다. 로봇 하나가 치료사 두 사람 몫을 할 수 있습니다. 환자들은 재활 훈련을 하면서 직접 피드백을 받습니다. 엑소스켈레톤 같은 웨어러블 로봇은 마비된 환자들이 스스로 걸을 수 있도록 합니다. 환자가 체중을 옮기는 것만으로 로봇이 발걸음을 떼도록 합니다.

 

수술용 로봇

로봇은 수술실에서도 사용되고 있습니다. 수술실에서 로봇은 의사를 대신하는 것이 아니라 정밀한 보조자로서 최소침습 수술을 돕습니다. 의사가 직접 수술용 가위나 겸자 같은 수술 기구를 사용하는 것이 아니고, 조이스틱과 풋 페달 등 콘솔을 사용해서 로봇을 제어합니다. 수술용 로봇을 사용하면 수술 시간을 줄일 뿐만 아니라 환자의 조직 손상을 줄일 수 있습니다. 사람의 실수로 인한 위험은 최소화 됩니다.

 

장난감 로봇

Sony의 로봇 개 Aibo는 2006년 판매가 중단되었다가 2017년 새로운 버전으로 재 출시된 엔터테인먼트 로봇입니다. Aibo는 2대의 카메라와 마이크로폰으로 자신의 주변을 인식합니다. 이렇게 획득한 데이터는 학습 프로그램에 의해 평가되어, 이 로봇 개가 개성을 개발할 수 있도록 합니다. Aibo와 함께 Roberta 역시 장난감 로봇으로 분류됩니다. 이 로봇은 “프라운호퍼 - 지능적 분석 및 정보 시스템 연구소”가 연구하고 있는 것입니다.  어린이들이 기술을 놀이처럼 접근할 수 있도록 하고 로봇 개발 및 프로그래밍에 대한 관심을 일깨우기 위해서, 이 연구소는 2002년부터 특수 로봇을 사용하고 있습니다.

 

 

〈로봇산업의 분류〉