배터리를 기반으로 구동하는 자율주행로봇은 DC서보드라이브가 적용되는 대표적인 로봇 분야이다. 국산 DC서보드라이브 제조사 (주)웰콘시스템즈가 최근 대기업 배터리 제조 공정에서부터 B2C를 대상으로 하는 서비스 로봇 분야에 이르기까지, 다양한 분야에 DC서보드라이브를 납품하면서 국산 DC서보드라이브의 경쟁력을 알렸다. 본지에서는 (주)웰콘시스템즈 박상덕 대표이사를 만나 자율주행로봇 분야의 DC서보드라이브 기술 동향과 회사의 경쟁력에 대해 들어봤다.
(주)웰콘시스템즈 박상덕 대표이사 / 사진. 로봇기술
Q. 자율주행로봇과 관련해 (주)웰콘시스템즈(이하 웰콘시스템즈)의 DC서보드라이브가 적용된 사례.
A. AGV/AMR과 같이 이동성을 요구하는 로봇은 DC서보드라이브가 필요한 대표적인 분야로, 웰콘시스템즈는 이 분야에서도 주목할 만한 레퍼런스를 보유하고 있다. 지난해 200대 이상의 자율주행로봇을 투입하는 대형 배터리 제조 라인 프로젝트에 당사의 DC서보드라이브를 약 1,200여 개가량 납품했고, 국내 최대 규모의 로봇 제조사의 서비스 로봇 휠 모듈에 지난해 700개, 올해 150개가량 납품했다. 이 외에도 2축 제어가 가능한 DC서보드라이브 제품군으로 국내 로봇 상장기업과 적용 검토를 진행 중이다.
Q. AGV/AMR 메이커가 요구하는 주행 관련 DC서보드라이브 기술.
A. 휠을 제어하는 DC서보드라이브는 저속에서의 속도 제어가 중요하다. 휠 모듈에 주로 사용하는 BLDC 제어의 단점 중 하나는 저속 제어가 어렵다는 점이다. AGV/AMR이 차징스테이션에 도킹하는 상황과 같이 저속으로 구동할 때의 제어가 일반적으로 정속구간에서의 제어보다 난이도가 높다. 여기에 지면과 휠 간의 마찰이나 모터 내부의 마찰과 같은 요인으로 휠이 턱턱 걸리면서 움직이는 특성이 있다. 실제로 1RPM을 측정했을 때 속도 그래프가 여기저기 튀는 형상이 많이 나온다. 당사는 이 속도를 보상함으로써 안정적인 1RPM 제어가 가능하다. 일례로 분해능이 낮아 제어가 어려웠던 서비스 로봇에 웰콘시스템즈의 DC서보드라이브를 적용함으로써 속도 제어 문제를 해결해 납품에 성공한 사례가 있다.
웰콘시스템즈의 AGV/AMR용 DC서보드라이브 / 사진. 웰콘시스템즈
또한 서비스 로봇은 장애물 회피를 위해 충돌 감지를 위한 센서를 사용하는데, 센서 감지 범위 밖의 예상치 못한 장애물이 문제가 될 수 있다. 예를 들어 웅크리거나 갑작스럽게 뛰어드는 길고양이를 센서가 감지하지 못해 그대로 주행하는 경우가 여기에 포함된다. 웰콘시스템즈의 DC서보드라이브는 모터의 전류를 제어해 힘을 추정하는 알고리즘으로 이런 문제를 방지한다. 마치 협동로봇처럼 갑작스러운 외부 장애 요소와 접촉 시 비상정지 기능을 사용할 수 있다.
이 밖에도 웰콘시스템즈는 모터 정지시 관성 때문에 휠이 회전하면서 순간적으로 높은 전압이 걸릴 때 발생하는 전류를 효과적으로 연소시켜 다른 계통에 영향을 끼치지 않도록 하는 회생제동저항기능과, AGV/AMR의 내부 공간을 콤팩트하게 설계할 수 있는 2축 DC서보드라이브 등의 기술을 보유하고 있다.
하나의 드라이버로 2축을 제어하는 DC서보드라이브 / 사진. 웰콘시스템즈
Q. 주행 기술 외에도 고려해야 할 기술적 이슈는.
A. AGV/AMR 분야에 적용되는 DC서보드라이브는 주행을 담당하는 휠 모듈과 리프트나 포크를 제어하는 두 가지 분야로 구분할 수 있다. 예를 들어 지게차나 포크리프트 형태의 자율주행로봇은 주행 기술 외에 중량물을 들고 옮기는 작업에도 DC서보드라이브를 적용해야 한다. 이 분야의 경우 중량물을 들어야 하기 때문에 먼저 적합한 용량을 선정하는 것이 중요하다. 배터리 제조 라인에서 핸들링해야 하는 전극 롤은 무게가 1.5t에 육박하기 때문에 고용량 DC모터에 대응할 수 있는 DC서보드라이브가 요구된다. 웰콘시스템즈 또한 10A부터 60A까지, 2t에 육박하는 무게를 핸들링할 수 있는 DC서보드라이브 라인업을 구축하고 있다.
콤팩트하면서도 60A의 높은 출력의 모터에 대응 가능한 AGV/AMR용 DC서보드라이브 / 사진. 웰콘시스템즈
또 하나, 최근 AGV/AMR 분야에서는 엔코더 문제도 짚고 넘어가야 한다. 그간 가격이 저렴한 인크리멘탈 엔코더를 주로 사용해왔는데, 이 경우 전원을 꼈다 켰을 때 로봇이 자기 위치를 찾기 위해 조금씩 움직이는 호밍 과정을 거쳐야 했다. 이때 만약 중량물을 탑재하고 있던 상황이라면 사고의 위험이 발생할 수 있기 때문에 현재는 앱솔루트 엔코더를 주로 사용한다. 앱솔루트 엔코더의 경우 싱글 턴과 멀티 턴의 두 가지 방식이 있는데, 특히 고성능 자율주행로봇에 주로 사용하는 멀티 턴 방식의 앱솔루트 엔코더는 멀티 턴 리셋 기능을 지원하는 DC서보드라이브가 필요한데, 국산 메이커 중 이 기능을 제공하는 기업은 웰콘시스템즈가 유일하며, 외산을 포함해도 손에 꼽을 정도로 극히 소수의 브랜드만 해당 기능을 제공한다.
이 밖에 상위 제어기 메이커들이 제공하는 다양한 통신 기능과, 가격 경쟁력 등도 중요한 기술적 이슈이다.
Q. 유명 자율주행로봇 제조사들이 웰콘시스템즈의 DC서보드라이브를 선택한 이유는.
A. 앞서 언급했던 AGV/AMR 관련 사용자의 기술 요구를 높은 수준의 DC서보드라이브 제조 기술력으로 충족시켰다는 점이 첫 번째 요인이다. 예를 들어 멀티 턴 리셋 기능은 국내외 DC드라이브 제품군을 통틀어 지원하는 업체들이 많지 않다.
기술적으로 신뢰성을 확보한 상황에서 외산 제품 대비 높은 가격 경쟁력과 빠른 기술 대응 등 국산 메이커의 강점이 호평을 받고 있다. 특히 고객사에게 필요한 기능이나 라인업의 빠른 추가와 같은 대응력은 외산 브랜드와 차별화되는 경쟁력이다.
최근 웰콘시스템즈는 기술연구소를 확장하면서 R&D 역량을 더욱 강화했다. / 사진. 로봇기술
Q. DC서보드라이브 제품 신뢰성을 위해 어떤 제조 공정을 거치나.
A. 제조 공정에서 중요하게 체크해야 하는 부분은 정확한 순정 부품을 사용하고, 제조 과정에서 오류가 없어야 하며, 출고 전 철저하게 성능 검사가 이뤄져야 한다는 점이다. 웰콘시스템즈는 순정 부품 전량을 재고로 보유하고, ISO9002 인증을 획득한 검증된 생산 공정에서 DC서보드라이브를 양산한다. 생산된 제품은 즉시 모터와 결합할 수 있는 테스트 설비로 전수 테스트를 진행한다.
한편 제품 중 일부는 샘플을 채집해 중·장기적인 품질 검사를 실시한다. DC서보드라이버를 챔버에 투입해 우리가 보장할 수 있는 온도를 측정하거나 통신 성능을 테스트하는 등 롱런 테스트를 거치고 있다
까다로운 검증 과증을 거쳐 생산한 만큼 품질에 대한 자신감이 있다. 실제로 현장에서 웰콘시스템즈의 DC서보드라이브가 문제를 일으킨 경우가 거의 없으며, 앞으로도 품질 신뢰성을 이어가기 위해 노력을 지속할 계획이다.
