모듈형 범용 전동 그리퍼 기술

Ⅰ. 제안기술 개요

기술의 내용 기술의 동향 제품화 및 시장 전망

기존의 공압방식이 아닌 전기모터

로 구동되는 전동 그리퍼로 그리퍼

기능 및 성능 등 제원이 고정되어

있는 기존 그리퍼와 달리, 그리퍼를

각 모듈로 정의하고 모듈의 교체가

가능하도록 구성하여 그리퍼 기능

및 성능을 대상 작업 환경에 적절하

게 변경이 가능하여 작업 협응 능력

을 최대화 할 수 있는 기술임.

[국내동향] - 세계의 제조업 공장은 스마트팩

토리, 인더스트리 4.0 등 스마트

로봇 공장으로 완전 변모하는

중으로, 이 때 그리퍼는 로봇의

작업(조립, 포장, 이송 등)에 없

어서는 안될 필수적인 부품으로

로봇과 함께 구매되어야 함.

- 생산현장의 제조용 로봇의 활용

은 단순 반복 작업의 사람에서

로봇의 대체로 꾸준히 확대되고

있는 추세임. 특히 6축 산업용

로봇에서 사람의 양팔 작업 대

체가 가능한 양팔로봇을 생산현

장에 서서히 적용하는 추세임.

국내 그리퍼 모듈화 제품은 전무한

상태이고, 심지어 전자 그리퍼를 생

산하는 업체 또한 전무한 상태임.

국내 그리퍼 제품은 자동화 업체에

서 양산형 보다는 주문 제작형태로

진행되어짐.

[해외동향]

국외 그리퍼 모듈화 제품도 전무한

상태이고, 전자 그리퍼는 짐머 그룹

과 슝크 두 업체를 선두로 소품종

제품을 생산하고 있음.

상용화단계

일반 □ 아이디어 □ 연구 ■ 개발 □ 개발완료(시제품) □ 제품화

의약바이오 □ 라이센싱 □ 개발 □ 제품화

핵심키워드

한글 그리퍼 전동형 모듈형 범용 중소제조로봇

영문 Gripper Motorized Modular Universal SME Robot

Ⅱ. 기술개발자 정보

기관명 대구경북과학기술원 부 서 융합연구원

성 명 안 진 웅 직 급 책임연구원

전 화 053-785-4610 이메일 robot@dgist.ac.kr

Ⅲ. 특허정보

특허현황 사업화 대상기술 관련특허 출원 00건 / 등록 00건, 총 00건

구 분 상 태 출원(등록)일 권리번호 특 허 명

대상기술1 출원 2015-04-13 10-2015-0051736 조립공정용 작업 장치

대상기술2 등록 2015-01-07 10-15851930000 나사 체결력 및 나사 체결 오류 확인이 가능한 전동 드라이버 로봇용 작업툴

관련기술1 등록 2014-05-20 10-13995070000 정형물 그리핑용 작업툴

관련기술2 등록 2014-04-01 10-13826400000 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴

관련기술3 출원 2015-04-20 10-2015-0055220 그리퍼 제어 장치 및 그 방법

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1. 기술권리성

① 권리구성의 적절성

ㅇ (기술의 핵심내용) 그리퍼 모듈은 아래 그림 1과 같이 4개의 모듈로 구성되어 있

음.

그림 1. 모듈형 범용 전동 그리퍼의 모듈화 기술

1) 전장 시스템 모듈

- 통신 사양 변경(이더넷, 이더켓, RS485/422, RS232, CAN 등)이 가능함.

- 그리퍼 통합 제어기 사양 변경(센서 DAQ 기능 추가, 디지털 I/O 추가 등)이

가능함.

- 전기적 신호는 접촉식 스프링핀 구조로 탈부착이 용이한 구조임.

2) 그리퍼 외형 구조물

- 산업용 매니퓰레이터의 장착 위치 변경 및 형상 변경이 가능함.

- 그리퍼 구동 모듈과의 독립적 체결 구조를 가짐.

3) 그리퍼 구동 모듈

- 그리퍼 구동 모터와의 독립적 체결 구조로 구동 모터 및 감속기 사양 변경이

가능하여 그리퍼의 대표 성능인 파지력 조절이 가능함.

4) 그리퍼 악(Jaw) 모듈

- 작업 대상물의 형상(원통형 물체, 다각형 물체, 판형 물체), 크기, 및 재질(유연

물, 정형물 등) 등에 따라 맞는 적절한 악 모듈 탈부착이 가능함.

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- 통상적으로 볼트 체결 형식에서 전자석을 이용한 체결방식을 적용함으로써 자

동 악 모듈 탈부착이 가능함.

② 권리의 범위

ㅇ 모듈형 범용 전동 그리퍼의 권리의 범위는 아래와 같음.

그림 2. 모듈형 범용 전동 그리퍼 상용 최적화 모델의 체계 구성

항목 내용

크기 너비 130mm X 폭 90mm X 두께60mm

중량 1,200g 이하

파지력 0~60N

파지 폭 0~45mm

통신방식 CAN 또는 EtherCAT

전장 결합 방식 스프링 핀 커넥터를 이용한 접점방식

그리퍼 구동 방식 모터 구동/풀리-벨트 방식

그림 3. 그리퍼 상세 제원

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그림 4. 기능별 세분화된 모듈들

③ 권리의 안정성(법적 안정성과 유사권리대비 경쟁력)

ㅇ 정형물의 단순 파지가 아닌 작업 대상 공정에 적용성이 높은 공정 협응형 그리퍼

로 정형물은 물론 소형/유연물/비정형물 취급이 가능한 그리퍼

ㅇ 공압과 그리핑 기능을 일체화한 그리퍼 설계로 공압과 그리핑 작업을 함께 수행

할 수 있는 all-together형 그리퍼

ㅇ 전장과 메커니즘의 모듈화 설계로 대상 작업 및 로봇에 호환성이 탁월한 모듈

add-on형 그리퍼

ㅇ 상용 제품 대비 기능성 및 가격 경쟁력이 우수한 저가 고성능 그리퍼

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2. 시장규모

① 세계시장 규모

ㅇ 세계 제조업용 로봇 시장은 2014년 약 107억 달러로 전년도 대비 12.9% 성장률

을 보임. 제조업용 로봇의 경우 단순히 로봇 HW 시장 이외에도 로봇 시스템을

구성하는 SW, 주변장치 및 SI 비용 등을 감안하면 약 3배에 달하는 시장규모로

추정됨

ㅇ 산업용 로봇은 Automotive industry, Electrical/electronics, Metal, Chemical,

rubber and plastics, Food 등 다양한 목적으로 사용되고, 이 중에서 양팔 로봇이

적용 가능한 대표적인 분야로는 Automotive industry 분야임. 아래 그림을 보면,

과거 3년간 산업 로봇 시장에서 해당 분야가 차지하는 비중은 43%이고, 2010년

과 2014년도의 해당 분야의 평균 성장률은 27%임. 이를 바탕으로 본 양팔 작업

로봇과 양팔 작업 로봇의 부품인 그리퍼를 적용 가능한 기대 시장을 다음 표와

같이 유추함

그림 5. 12년~14년 세계 산업 로봇의 연간 공급량 (※출처: IFR 2015)

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(단위: 백만 달러)

구분 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

양팔로봇 316.9 402.5 511.1 649.1 824.4 1,047 1,330

그리퍼 16 20 25 33 41 52 67

그림 6. 양팔로봇 및 그리퍼 적용분야 세계시장 추정 (산업용 분야)

※ 출처: IFR, Industrial Robots 2015

※ 산업용 로봇시장규모에서 Automotive industry가 차지하는 비율을 곱하고 과거 해당분야의 평균

성장률 기준으로 향후 시장 추정한 결과임

※ 그리퍼는 양팔로봇 전체의 5% 수준으로 추정한 결과임.

ㅇ 제조용 로봇 분야 주요 품목의 2014년 세계시장 규모는 98억 51백만 달러로 연

평균 9.74% 성장하여 2018년에는 140억 71백만 달러 규모를 형성할 것으로 전망

- 제조용 로봇 분야 세계시장에서 가공용 로봇 시장은 2014년 기준으로 가장 큰 시장으

로 41억 62백만 달러를 형성하고 있는 것으로 분석

- 그 외 인간친화형 협업 매니퓰레이터 로봇의 2014년 시장규모는 37억 18백만 달러,

조립용 로봇 19억 71백만 달러 규모의 시장 형성

ㅇ 제조용 로봇 분야 주요 품목의 유망시장인 중국시장의 2014년 시장 규모는 20억

49백만 달러로 연평균 31.74%를 성장하여 2018년에는 51억 63백만 달러 규모를

형성할 것으로 전망

- 중국시장의 제조용 로봇 분야에서 2014년 기준 가장 큰 시장은 가공용 로봇으로 10

억 39백만 달러를 형성하고 있는 것으로 분석

- 그 외 2014년 기준 인간친화형 협업 매니퓰레이터 로봇의 시장규모는 7억 36백만 달

러, 조립용 로봇 2억 73백만 달러 규모의 시장 형성

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② 국내시장 규모

ㅇ 제조용 로봇 분야의 주요 품목의 2014년 국내 시장규모는 1조 4,587억 원으로

연평균 21.16% 성장하여 2018년에는 3조 1,442억 원 규모로 성장할 것으로 전망

- 전문서비스용 로봇 분야 중 조립용 로봇 시장이 2014년 기준 5,357억 원으로 국내시

장에서 가장 큰 시장을 형성하고 있는 것으로 분석

- 제조용 로봇 분야 품목 중 향후 시장규모와 성장률은 모두 조립용 로봇이 가장 높을

것으로 전망되어 2018년까지 연평균 21.78% 성장하여 시장규모는 약 1조 1,783억 원

을 형성할 전망

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3. 기술 유용성

① 혁신성(기술이 새로운 제품시장을 창출 또는 확대시킬 수 있는 정도)

ㅇ 작업자의 도움 없이 볼팅 작업 시, 나사 체결 확인에 용이한 전동 드라이버 로봇

용 작업 툴에 적용되는 그리퍼를 구현함으로써, 체결 확인에 있어 고가의 F/T 센

서를 사용하지 않고 일반 저가 로드 셀로도 나사 체결을 확인할 수 있고, 로봇을

활용한 기존의 볼팅 작업 시 나사 체결 확인 및 작업의 성공 유무를 작업자의 육

안으로 판단하는 종래와는 달리, 나사 체결 작업 시 나사 체결 토크를 측정하여

체결확인은 물론 체결 오류를 확인할 수 있음

그림 7. 전동 드라이버 로봇용 작업 툴 장치 도면

ㅇ 전동드라이버를 사용하여 나사를 체결하는 과정에서 체결 작업의 성공확인을 고

가의 장비 없이, 정확하게 판단할 수 있는 나사 체결력 및 나사 체결 오류 확인

이 가능한 전동 드라이버 로봇용 작업툴을 제공

② 기술수명(기술의 활용으로 수익을 창출할 수 있는 기간)

1) 해외업체동향

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ㅇ 세계 제조용 로봇 기업은 DENSO, FANUC, Yaskawa 등 일본기업이 주도적인

역할을 하고 있으며, Adept(미국), KUKA(독일), ABB(스위스) 등 미국과 유럽에

도 일부 영향력 있는 기업 존재

- 2013년 세계 50대 로봇기업99) 중 제조용 로봇분야 기업은 13개사로 Rethink

Robotics(미국), Adept(미국), ABB(스위스), FESTO(독일), SCHUNK(독일), KUKA(독일),

Denso(일본), Epson(일본), Fanuc(일본), Yaskawa(일본), 현대중공업(한국) 등을 포함

ㅇ 인간과 로봇이 협업이 가능한 차세대 제조용 로봇을 출시하여 글로벌 시장 패

러다임 변화 주도, ‘비싸고 무겁고 다루기 힘든 로봇에 대한 대안’으로 기존 제

조용 로봇의 개념을 바꿀 파괴적 혁신 제품인 협업로봇 상용화 진행

ㅇ ‘아우디’는 스위스의 스타트업인 ‘누니(noonee)’와 공동으로 웨어러블 형태의 외

골격 보조도구인 ‘체어리스 체어(Chairless Chair)’의 1차 현장 테스트를 완료,

생산라인에 있는 작업자가 체어리스 체어를 입고 자동차 조립공정에서 비교적

자유롭게 작업을 할 수 있도록 지원

ㅇ 미국 ‘Rethink Robotics’사의 ‘Baxtor’는 초저가로 전문적인 프로그래밍 기술 없

이 평범한 근로자라면 누구나 1시간 내 작동법 숙지가 가능한 사용이 용이한

제품

- 본체 무게 19kg, 최대 도달거리(Reach) 1260mm이며, 4kg payload

ㅇ 덴마크 ‘Universal Robots’는 안전가드가 필요 없는 산업용 협업로봇 UR시리즈

를 출시

- 이 로봇은 3kg의 하중을 지지하고 무게 11kg에 불과한 합리적 가격의 경량 로봇으로

테이블 위에 두고 사용할 수 있는 ‘탁상형 로봇 (Tabletop robot)’임

- 로봇의 6축이 모두 360도 회전 가능하며 유연성이 뛰어나 다양한 범주의 산업과 애플

리케이션에 적용 가능

- 사람과 안전하게 협업할 수 있는 협업로봇의 대표주자로, 각기 다른 하중의 작업이 가

능한 UR3, UR5, UR10, 총 3가지 로봇 모델을 보유

- 세계 최초로 폭스바겐, BMW의 제조라인 대량생산공정에서 사람과 협업공정을 수행

- 3개의 유통사와 함께 손잡고 한국 시장 공략

ㅇ 독일 ‘KUKA’사는 ‘인간과 로봇’이라는 테마를 비전으로 한 새로운 개념의 기술

개발 및 시장 확대에 역량을 집중하고 있으며, DLR의 경량화 로봇 기술을 이

전받아 새로운 개념의 ‘LWR(Light Weight Robot)’ 개발 및 시장 확대 시도

2) 국내업체동향

ㅇ ‘삼익THK’(회장 진영환)가 제품조립 및 제조라인용 다관절 로봇을 개발

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- ‘삼성전자’가 제어, 센스 기술 지원 및 성능, 내구신뢰성 평가를 지원하고, ‘한국로봇융

합연구원’은 실용화 기술과 장비 지원, 기술자문을 맡았다. ‘삼익THK’는 부품의 이송

조립, 검사, 포장 등 제조라인 자동화를 비롯한 다관절 로봇의 설계와 전체적인 개발,

상품화를 담당

ㅇ 국내 로봇 기업의 수는 2008년 204개사에서 2011년 363개사로 증가했으며 지

속적으로 증가 추세(연평균 21.2%증가)에 있음

ㅇ 분야별로는 제조용 로봇 생산기업이 152개사(41.9%)로 가장 높은 비중을 차지

하고 있으 며, 로봇부품 및 부분품 104개사(28.6%), 개인서비스용 로봇 57개사

(15.7%), 전문서비스용 로봇 50개사(13.8%)순으로 나타남

ㅇ 제조용 로봇분야에서 부품, 소재 및 부품기술을 설계기술 등을 중심으로 외국

기업과의 기술제휴, 투자 유치 등 다양한 협력 방안을 추진하고 있음

ㅇ 국내 대기업으로서는 대우중공업, 삼성전자, 현대중공업 등에서 제조용 로봇을

개발하고 상용화를 시도했으나, 일본 등 최고기술보유국과의 가격 및 기술 경

쟁력에서 밀려 사업을 포기하거나 지능형 개인서비스 로봇 체제로 전환했음

ㅇ 국내 로봇기업들도 중국 시장시장 점유율 확대를 위해 중국내 설계인력 양성,

현지 위탁 생산 가공업체(EMS) 확보 등을 통해 현지 개발 및 생산 비중을 높

이고 있음

- ‘동부로봇’은 상하이 법인 외에도 선전에 새로운 법인인 설립하는 등 중국내 영업활동

을 강화하고 있음

- IT 부문 제조용 로봇 수요 증가에 힘입어 올해 중국현지 매출이 작년 대비 20~30%

늘어날 것으로 기대됨

ㅇ 국내 로봇 기업 중 로봇 매출액 30억 원 이상, 수직다관절, 수평관절, 스카라

100), 리니어 등 로봇 완제품 제조, 판매 기업은 18개사로 이 중 대기업은 현

대중공업, 현대 위아이며, 이를 제외한 나머지 기업은 중소ㆍ벤처 기업

- 대부분의 기업이 자동차 산업 및 전기ㆍ전자(반도체, 디스플레이 등)분야 제조용 로봇

을 주력으로 하며, 이중 4개 기업(현대중공업, 현대위아, 로보테크, SMEC)만이 수직다

관절 로봇 제품군 보유

③ 파급성(대상기술로 적용할 수 있는 제품 수)

1) 인간친화형 협업매니퓰레이터 로봇 플랫폼

ㅇ 매니퓰레이터 로봇 플랫폼은 회전운동이나 직선운동을 하는 관절들이 연속적으

로 연결된 링크 역할을 할 수 있는 로봇의 하드웨어와 소프트웨어의 결합체로

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정의

- 매니퓰레이터 로봇 플랫폼은 엔드이펙터ㆍ그리퍼, 로봇 핸드, 감속기, 액츄에이터ㆍ모

터, 관절, 다축 로봇팔 등으로 구분되며, 동작 특성에 따른 직교 좌표 로봇, 원통 좌표

로봇, 구 좌표 로봇, 수평 다관절 로봇, 수직 다관절 로봇 등도 포함

ㅇ 회전운동이나 직선운동을 하는 관절들이 연속적으로 연결된 링크 역할을 할 수

있는 로봇의 기구 부분을 의미하며 구동기, 감속기와 암 및 핸드, 주변장치 등

으로 구성되며, 로봇의 관절은 직선형, 관절형 등의 링크 형태를 포함

ㅇ 제어기, 센서 및 소프트웨어와 통합하여 로봇으로 완성되며, 로봇은 핸드, 주변

장치 및 공정 기술이 내포된 소프트웨어와 통합하여 전체 로봇 시스템으로 구

성되어 실제 현장에서 운용

ㅇ 매니퓰레이터 로봇 플랫폼은 제조용 로봇의 기구 부분으로서 적용범위는 자동

차, 일반 기계 분야, 조선 및 해양 산업 분야, IT, BT기기 및 장비 산업

2) 가공용 로봇

ㅇ 가공용 로봇은 다양한 소재를 가공하는데 사용하는 로봇제품으로 절단, 천공,

도장, 코팅 및 표면 처리 등 특정기능에 특화된 작업을 수행하는 로봇을 의미

- 대량생산 현장 외에도 각 기능에 특화된 중소규모 작업현장에서도 이용이 가능함

- 자동선반, 디버링 머신 등 자동공구 형태로 중소규모의 작업현장에 적용되고 있음

- 가공용 로봇에는 연마용 로봇, 디버링 로봇, 절단용 로봇, 기타 가공용 로봇, 도장용

로봇, 코팅용 로봇, 샌드블라스팅 로봇, 세정용 로봇, 기타 표면처리용 로봇 등 이 있

음

3) 조립용 로봇

ㅇ 조립용 로봇은 반복 또는 연속 프로세스 형태의 작업방식에서 주로 사용되는

로봇으로 제품의 장 탈착, 조립 분해 등의 단순작업을 수행하는 로봇

- 자동차 등 대형제조업에서는 매니퓰레이터 형태의 로봇을 생산현장에 설치하여 작업

을 지원하는 형태로 사용하고 있음

- 조립용 로봇으로는 부품조립용 로봇, 부품분해용 로봇, 접착 및 씰링재 도포용 로봇,

납땜용 로봇, SMD, 기타 조립분해용 로봇 등이 있음

4) 이적재용 로봇

ㅇ 이적재용 로봇은 항만, 물류터미널 등에서 물류이동을 원활하게 지원하기 위해

제어프로 그램에 따라 이송, 적제 및 화물확인 서비스를 제공하는 로봇

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5) 공작물 탈착용 로봇

ㅇ 가공용 로봇에서 자동화를 위한 자동화 로봇으로 정의하며 종류로는 절삭기계

용 공작물 착탈 로봇, 주물, 단조, 열처리 제품 핸들링 로봇, 프레스 제품 핸들

링 로봇, 플라스틱 사출품 취출 로봇, 기타 공작물 착탈용

6) 용접 로봇

ㅇ 아크 용접용 로봇, 스포트 용접용 로봇, 레이저 용접용 로봇, 기타 용접용 로봇

등

④ 고객에게 미치는 영향

ㅇ 제조용 로봇은 개인의 생활 범주 내 비영리적인 활동을 보조 및 지원하는 대인

지원형 로봇, 저출산, 고령화, 웰니스, 소득증대 등의 개인생활 패턴 변화에 대응

이 가능하도록 개인의 생활을 지원하는 로봇

- ‘국제로봇협회 IFR(International Federation of Robotics)’에서는 제조용 로봇을 고정

또는 움직이는 것으로 산업자동화 분야에 사용되며 자동 제어(automatically

controlled) 가능하고 재프로그램이 가능(reprogramable)한 다목적(multipurpose) 3축

또는 그 이상의 축을 가진 자동 조정장치로 정의

ㅇ 인간의 팔과 유사한 동작 제공 및 엔드이펙터를 이용한 맞춤형 조립 작업 구현이

가능한 로봇동작, 인간 친화형 인터페이스 제공

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ㅇ 제조용 로봇은 명령에 따라 피동적, 반복적 작업을 수행하던 전통적 로봇과 달리

지능화 기술을 적용한 IT 산업의 융ㆍ복합화를 통해 능동형, 지능형 로봇 형태로

발전 진행

ㅇ 미국 작업안전건강관리국 OSHA에 의하면 제조용 로봇시스템은 제조용 로봇(바디

및 매니퓰레이터), 엔드이펙터, 로봇 운용을 위한 각종 디바이스 및 센서, 소프트

웨어 등을 포함

⑤ 연구개발지원(정부차원의 전략적인 신기술개발에 대한 지원의 정도)

ㅇ 국가적 차원의 체계적이고 일관성 있는 로봇산업 발전체계 지원기반 마련을 위해

’08년 3월 ‘지능형로봇 개발 및 보급 촉진법’ 제정

- 제1차 기본계획(’09~’13년)에 이어 제2차 기본계획(’14~’18년) 시행 중

ㅇ 선택과 집중을 통한 로봇R&D 종합역량 제고

- 재난대응로봇, 로봇헬스타운 등 앞으로 고성장이 전망되는 전문서비스용 로봇 분야의

대형 R&D 프로젝트 추진

- ‘기획 → 과제선정·수행 → 평가’로 이어지는 R&D 전 과정을 수요자 중심으로 혁신

- 제품원가의 절반가량(46%)을 차지하는 핵심부품의 국산화율 제고를 위한 기술개발 중

점 지원

ㅇ 로봇수요의 전 산업 확대

- 로봇적용 가능성, 산업수요 등을 고려해 제조, 자동차, 의료·재활, 문화, 국방, 교육, 해

양 등 확산

- ‘기획 → 과제선정·수행 → 평가’로 이어지는 R&D 전 과정을 수요자 중심으로 혁신

- 5년 내 시장 창출이 가능한 전문서비스용 청소로봇, 중소제조용 로봇, 국방 로봇, 농축

산 로봇 등에 집중 보급사업 실시

- 로봇 선진국과는 기술교류·협력 프로그램을 확대하고, 로봇 신흥국과는 홍보·제품관 교

류 등을 통해 국제공동연구·해외진출 기반 확충

ㅇ 개방형 로봇산업 생태계 조성

- 포털, 물류기업 등 타산업 분야 주력 기업의 전략적 참여 유도

- 국제기준에 부합하는 성능 및 신뢰성 확보 등 글로벌 시장 선도를 위한 로봇제품·부품

의 품질경쟁력 강화 지원

- 산업현장의 인력 과부족 해소를 위한 로봇인력 수급전망체계 구축

ㅇ 명실상부한 범국가적 로봇융합 네트워크 구축

- 서비스대기업, 벤처투자자, 해외기관 등 연계·협업으로 전 산업의 로봇 보편화 촉진

- 로봇산업정책협의회 체계를 개편하여 부처간·지역간 로봇산업 정책방향 조율 및 시너

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지 강화

- 지역거점 로봇지원기관 특성 차별화를 통해 기업 지원기능 강화

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4. 기술 경쟁성

① 차별성(기존 또는 유사기술 대비 경쟁적 우위성, 친환경성, 편의성 등)

ㅇ 모듈형 범용 전동 그리퍼 기술은 모듈형으로 구성되어 있어 작업 공정에 적합한

형태로 쉽게 교체가 용이하고, 표준 통신방식에 맞도록 제어장치를 구성하고 있

으며, 유지보수성, 및 호환성 등을 두루 갖추고 있으면서도 가격 경쟁력이 높아

사업화 가능성이 우수할 뿐만 아니라, 모듈형 구성과 범용성 설계에 따른 제조

단가를 낮출 수 있으며, 높은 양산 품질을 보장할 수 있어 양산 가능성이 우수함

② 모방 용이성(리버스 엔지니어링을 통한 모방 가능성 및 기술의 복잡성)

ㅇ 제조용 로봇 분야 중소기업 니즈분석을 통한 제품 및 기술개발 현황을 살펴보면

다음과 같은 제품 및 기술을 개발

- 제품으로는 산업용 로봇 제어기, 바퀴 및 트랙형 주행 로봇, 다목적 수송용 로봇 등

- 기술로는 로봇 모듈, 센서 및 제어기 기술, 모터제어 기술, 보행패턴 생성 기술, 시스

템 설계 기술, 환경인식 및 모델링 기술, 자율주행 기술, 위치 인식 기술 등

- 자율주행이 가능한 해양 플랜트용 대구경 후육관 용접 자동화 로봇 장치, 로봇기구 메

카니즘, 로봇제어 기술, 진공 Sealing 기술, Particle 저감기술, High Throughput 기술.

고강성 lm 일체형 마이크로 로봇, CFRP 핸들러 모듈, 콤팩트한 센서 & 배관 유닛, 용

접 비드 자동 검사용 레이저 비전 개발, 기계 가공Modular system 기술(Scoring,

Cutting, Insertinf, Devurring) 스마트 제어 기술(에너지 세이빙 기술, 진동 제어 기 술,

금형 보호 기술), 표면검색 알고리즘, 모터의 본딩 장치, PLC, PC를 이용한 인터페이

스 제어 판넬 로봇 핸드 설계 및 지그 제작 기술 등이 있음

ㅇ 제조용 로봇 분야 중소기업 니즈분석을 통해 향후 주요 생산제품 및 기술을 살펴

보면, 다음과 같은 제품 및 기술의 개발에 대한 니즈가 다수

- 제품으로는 자동차 모듈 조립시스템, 능동형 힘제어 모듈, 다관절 로봇, 인간공존형 7

축 경량 로봇팔, 운송ㆍ수송용 로봇, 자동화 시스템, 이동 로봇 플랫폼 등

- 기술에는 장력조절 조립 기술, 정밀 토크 측정 기술, 보급형 분산제어 기술, 로봇 최적

화 설계 기술, 고감도 토크 센서 기술, 로봇 제어 기술, 대형 이송로봇 제어 기술 등

- 초고속 정밀측정을 위한 미세 캘리브레이션 알고리즘 개발, 소형 고품질 리니어 진동

모터 생산을 위한 FPCB Solder 및 품질 검사 자동화 시스템 개발 DSLR Camera 경통

Tilt Adjusting Machine 개발 DSLR Camera 경통 Tilting Sensor 개발, 레이저 발진기

를 응용한 금형 열처리 시스템 개발 기술 등이 있음

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③ 회피비용(대상기술과 유사한 기술을 개발하는데 소요되는 비용)

ㅇ 회피설계 절차

- 관련 특허 검토

- 문제 특허 선별

- 특허의 무효화 가능성 검토를 위한 선행기술조사

- 특허 회피 설계

ㅇ 회피비용 고려 항목

- 회피기술을 제품에 적용할 경우 제조에 따른 비용 증가 요인

- 회피기술 적용으로 기술적 후퇴 또는 제품의 경쟁력이 약화 될 우려

- 회피기술 적용 제품의 전반적 품질 확보 가능성

- 회피기술 적용시 개발 지연(품질 신뢰성 시험 포함)에 따른 사업적 영향

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ㅇ 해당특허 회피설계

- 모듈형 범용 전동 그리퍼 기술은 등록되어 있는 특허가 다양하며 과거에 유사한 특허

출원 및 등록이 되어 있어서 해당 특허의 권리성을 보호하기 위한 회피 방지 설계 비

용은 매우 높을 것으로 판단되어 짐

④ 대체기술 존재 여부

ㅇ 모듈형 범용 전동 그리퍼 기술은 “반도체 제조용 클러스터 틀의 웨이퍼 이송로봇

테스트 시뮬레이션 시스템”에 관한 기술, “반도체 제조용 웨이퍼 이송로봇 및 그

를 구비한 반도체제조설비”에 관한 기술 등 다양한 분야에서 대체기술들이 존재

함

⑤ 경쟁자에게 미치는 영향(경쟁자의 시장점유율에 미지는 영향)

ㅇ 중소기업 중심이나, 최근 대기업의 로봇산업 진출 확대

- (현대중공업) ’15년 7월 엔진사업부로부터 로봇사업부 분리 독립, 현대기아차 및 협력

업체 해외공장 증설로 산업용 로봇 수요 증가

- (한화테크윈) ’14년 11월 삼성테크윈을 인수하고, 이를 바탕으로 로봇 무인화 사업 강

화 및 의료로봇 신규 개발 추진

- (삼성전자) 중소 로봇·부품 기업과 차세대 보급형 제조로봇 개발 협력 추진

5. 산업특성

① 산업특성(대상기술제품이 속한 산업계의 특성)

ㅇ 미래의 로봇은 IT, 인지과학, 생물학 등과 융합되어 지식과 자율성을 갖추어 미래

생활을 획기적으로 변화 시킬 파급효과가 지대한 신산업

ㅇ 로봇산업은 기계, 금속, 반도체, 전기·전자, 컴퓨팅 SW, 센서, 통신·네트워크 등 다

양한 사업을 아우르는 융합산업 성격을 가지고 있음

ㅇ 제조용 로봇은 반도체, 디스플레이 등 정밀제조 사업과 조선, 자동차 등 전통적

생산·제조 현장에 적용되어 생산, 경영 효율성 향상을 촉진하고 있음

ㅇ 제조용 로봇 분야는 주로 자동차, 조선 등 대량생산 산업에서 대부분 반복 작업

에 적용되고 있으며, 소량생산 환경의 중소기업 환경에 적합한 형태의 로봇개발

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이 요구를 반영한 연구 투자개발이 진행 중임

- 중소기업들의 요구를 반영하여 로봇의 일부만을 교체하여 다양한 작업에 투입할 수

있는 제품개발이 진행되고 있음

ㅇ 산업의 형태가 대량생산 시스템에서 다품종 소량생산으로 패러다임이 변화하면서

작업 환경이 셀 생산 방식으로 전환되고 있으나, 기존 제조용 로봇은 셀-생산 환

경에 적용에 한계가 있음

- 일반적인 제조용 로봇은 구조적인 문제로 정교한 작업에 한계를 가지고 있음

- 기존 제조용 로봇은 단순 반복 작업을 위해 개발되어 복잡하고 환경변화가 발생하는

작업현장에 적용하기 위한 기능적 한계가 존재함

ㅇ 제조업용 로봇이 초기 로봇산업의 발전을 견인하였으나 최근 다소 성장이 둔화되

었으며, 현재 서비스용 로봇이 가파르게 성장

② 산업성장성(대상기술제품이 속한 업종의 시장성장률)

ㅇ 국내 제조용 로봇분야의 기업은 152개사로 전체 로봇분야 기업 중 41.9%로 가장

많은 비중을 차지하고 있음

- 제조용 로봇분야의 종사자는 6,180명으로 대부분 정규직으로 종사하고 있음

ㅇ 제조용 로봇의 전방산업은 시장 규모 및 환경 등에 큰 영향을 받으며, 역으로 전

방산업의 경쟁력 향상에 크게 기여

ㅇ 제조용 로봇 분야의 주요품목으로는 조립용 로봇, 가공용 로봇, 이적재용 로봇,

공작물 착탈용 로봇, 용접 로봇 등이 있음

ㅇ 제조용 로봇 분야의 전방산업으로는 자동차, 조선 등 대형제조업, 컴퓨터, 스마트

폰 소형 제조업, 반도체, 디스플레이 등 정밀제조업, 제약ㆍ바이오산업, 주요 후방

산업으로는 등 대부분의 제조업이 수요시장으로 존재하고 있음

ㅇ 제조용 로봇의 후방 산업으로 전자부품업, 기계부품업, 금형사출업, 물류, 유통, 항

만 산업, 금속, 소재 가공 산업, 로봇의 외장 및 부속품 분야에 적용하는 금속, 재

료 산업, 로봇의 내부 시스템에 적용되는 반도체, 전자, 통신, 임베디드 SW 산업,

로봇의 구동부를 구성하는 모터, 제어장치, 관절장치 그리고 로봇에 오감을 부여

하는 공간, 위치, 속도 등 센서산업 등이 있음

ㅇ 제조용 로봇의 후방 산업으로 전자부품업, 기계부품업, 금형사출업, 물류, 유통, 항

만 산업, 금속, 소재 가공 산업, 로봇의 외장 및 부속품 분야에 적용하는 금속, 재

료 산업, 로봇의 내부 시스템에 적용되는 반도체, 전자, 통신, 임베디드 SW 산업,

로봇의 구동부를 구성하는 모터, 제어장치, 관절장치 그리고 로봇에 오감을 부여

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하는 공간, 위치, 속도 등 센서산업 등이 있음

6. 시장특성

① 시장구조(기업의 수, 진입의 허용 여부, 상품의 차별성 등)

ㅇ 기준품목 중 최대 종사자수를 보유한 품목은 매니퓰레이터 로봇 플랫폼ㆍ이동

용 플랫폼ㆍ로봇용 센서로 2014년 72,458명, 전체 종사자 139,499명 중 약

52% 비중 차지

- 타 기준품목의 종사자수는 조립용 로봇 42,855명, 가공용 로봇 24249명 기록

- 사업체당 종사자수는 매니퓰레이터 로봇 플랫폼ㆍ이동용 플랫폼ㆍ로봇용 센서 11명,

조립용 로봇 13명, 가공용 로봇 11명으로 분석

ㅇ 제조용 로봇 종사자의 규모별 분포는 소기업이 90,726명으로 전체 사업체수의

65% 차지

- 중기업 종사자수는 총 41,702명으로 매니퓰레이터 로봇 플랫폼ㆍ이동용 플랫폼ㆍ로봇

용 센서 22,681명, 조립용 로봇 8,510명, 가공용 로봇 10,571명

ㅇ 종사자수 증가율은 매니퓰레이터 로봇 플랫폼ㆍ이동용 플랫폼ㆍ로봇용 센서

13% 증가하여 최대 성장치를 기록

- 타 기준품목의 종사자수는 조립용 로봇이 12.8%, 가공용 로봇이 6.1%의 증가율을 보

임

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② 규제 및 지원(제도적 제약요인(승인, 허가 등) 또는 장려요인(정부의 지원책 등))

1) 정책

ㅇ (촉진요인) ‘산업통상자원부’는 13대 산업엔진 프로젝트 중 첨단소재 가공시스

템, 가상훈련시스템, 개인맞춤형 건강관리시스템, 스마트 바이오 생산시스템에

대한 본격적인 기술개발을 추진

- 4개 산업엔진 프로젝트에 대해서 올해 135억원을 시작으로 7년간 총 940억원을 투자

- 웨어러블 스마트디바이스, 자율주행 자동차 등 예비타당성 조사가 진행 중인 6개 분야

에 대해서는 별도의 사업으로 지원

ㅇ 정부는 로봇산업 육석을 위해 정부자금 지원, 정부과제 발주 등 직접적인 지원

을 지속적으로 제공하고 있음

- 산업융합 원천기술 개발 사업(445억 원)을 통해 제조용 로봇분야에 집중적으로 투자하

고 있음

ㅇ 로봇산업 성장을 위해 법안개정, 산업단지 조성, 전문 인력 양성계획 수립 등

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산업 인프라 환경이 조성되어 가고 있음

ㅇ 로봇산업에 정책관련 부서의 단일화로 인해 일관된 정책 추진을 위한 환경이

조성되었음

ㅇ 기반기술 구축사업 등의 지원을 통해 다양한 기능을 갖춘 지능형 제조용 로봇

에 대한 연구 개발이 진행되고 있음

ㅇ 로봇 기술이 제조업 현장에서 인간을 단순 대체하는 역할에서 벗어남에 따라

인지능력확장과 같은 높은 기술적 완성도와 새로운 표준 및 제도가 동시에 요

구됨

ㅇ 과학기술에 기반한 다양한 분야의 전 주기적 역량 제고 및 민간 수요를 적절히

반영할 수 있는 기반 강화가 필요

ㅇ 새로운 기술 및 인간과의 상호작용 확대에 따른 윤리적·법적·사회적 문제에 대

응하는 다차원적이고 다학제적인 관점의 정부 전략 수립이 필요

ㅇ (저해요인) 정부의 제조용 로봇분야 지원정책이 제품중심의 투자에 집중되어

있어 여전히 로봇산업 원천기술 개발 환경에 대한 지원이 상대적으로 미흡함

ㅇ 로봇기업, 연구소 및 대학 등 다양한 환경의 공동·협동 연구 환경이 조성이 미

흡함

ㅇ 제조용 로봇분야에 대한 지원이 지속적으로 진행되고 있으나 미국, 일본 등 로

봇산업 선진국에 비해 상대적으로 재원이 부족한 상황임

2) 경제

ㅇ (촉진요인) 로봇기반 생산시스템 혁신은 세계적으로 제조업 부활을 주도, 타산

업과 로봇기술 융합을 통해 고부가가치 창출

- (미국) ’11.6월 로봇(7천만 달러)을 포함한 4개 핵심 분야에 6억 불 규모로 투자하는

“첨단제조 파트너쉽” (Advanced Manufacturing Partnership) 발표

- ’13년 로봇ㆍ혁신적 제조공정ㆍ첨단소재 등 첨단제조기술 R&D 22억불 투자

- (일본) 아베총리의 新산업혁명 연설(’14.5월 OECD 각료이사회) 등 성장전략의 핵심정

책으로 로봇혁명 추진 중(‘14.下 5개년계획 수립 추진)

- 中企 로봇설비 도입시 세액공제(’14.1～’16.3), 노동안전위생법上 설치규제 완화 등

- (독일) 스마트공장시스템 개발(지멘스, 보쉬) 등 “인더스트리 4.0” 추진

- Industry 4.0 : 기존 제조업의 생산 방식을 전환하여 사물, 서비스간 인터넷 확산을 통

한 지능형 생산시스템 구축(로봇을 통한 통제, 시뮬레이션을 통한 자동생산 등)

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ㅇ 로봇산업 육성을 통해 제조ㆍ서비스 등 다양한 연관 산업분야의 경기부양 효과

를 기대할 수 있음

- 국내 기계류 설비투자 감소 등 내수는 줄었으나, 제조업용 로봇 및 부품 등의 수출 호

조에 힘입어 전년 대비 4.1% 증가

- 꾸준한 산업성장에 따라 로봇산업 종사자수는 지속 증가 추세로 ‘13년은 전년대비

9.2% 늘어난 11,478명 고용

ㅇ 미국, 유럽, 일본 등 로봇산업 선진국의 글로벌 기업들이 국내 제조업 로봇분야

시장을 선점하고 있으므로 국내 제조업 로봇분야 기업육성을 통해 제조업 로

봇 국산화로 수입대체에 의한 경제적 효과를 기대할 수 있음

ㅇ IT, 바이오 등 정밀 작업이 가능한 로봇의 개발로 새로운 로봇수요 시장 형성되

고 있음

ㅇ 제조용 로봇은 부피, 가격 등의 이유로 중소기업들이 적용하기 어려운 환경이

었으나 최근 중소기업환경에 적합한 제조용 로봇의 개발로 새로운 수요시장이

창출되었음

ㅇ 중국 기업들의 제조용 로봇 도입으로 새로운 제조용 로봇시장이 창출될 것으로

기대됨

ㅇ 中ㆍ베트남 등 신흥국 로봇수요 증가에 따라 전년대비 23.9% 증가한 7,376억

원 달성

ㅇ (저해요인) 제조용 로봇분야의 시장은 미국, 일본, 유럽 등 선진국 기업들의 세

계시장에서 높은 시 장점유율을 차지하고 있어 국내 로봇기업들의 해외진출에

어려움이 있음

ㅇ 중국, 인도 등 신흥국들이 정책, 자금지원 등을 통한 자국기업 지원을 강화하면

서 국내 로봇기업들이 해당 국가 시장진입에 어려움을 격고 있음

ㅇ 국내 기업들의 제조용 로봇분야에서 국내 기업들이 제품을 출시하고 있으나 글

로벌 기업에 비해 인지도와 브랜드 가치에서 상대적으로 부족함

ㅇ 글로벌 제조용 로봇기업들이 중국, 인도 등 신흥국 시장의 시장점유율을 확대

해 나가면서 후발 주자인 국내기업들의 현지시장 진입장벽으로 작용하고 있음

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3) 사회

ㅇ (촉진요인) 고령화, 저출산 등 가용 노동인력 감소현상이 지속됨에 따라 이에

대응하기 위해 조선, 자동차 등 조립 산업을 중심으로 제조용 로봇 도입이 지

속적으로 진행되고 있음

ㅇ 20~30대를 중심으로 제조현장 취업을 기피현상이 심화되면서 이들을 대체할

수 있는 제조용 로봇에 대한 수요가 증가할 것으로 전망됨

ㅇ 우리나라는 자동차, 조선, 철강 등 제조용 로봇산업의 전 후방산업 인프라가 조

성되어 있음

ㅇ 국내 자동차 산업에 사용되고 있는 제조용 로봇의 교체 시기도 다가오고 있음

ㅇ (저해요인)국내외 경기불황으로 현재 시장 형성 초기 단계인 로봇산업은 스마

트, 협력, 개방, 융합, 창의성 등 새로운 접근방식을 통한 활로를 모색할 필요가

있음

ㅇ 국내 자동차, 조선, 반도체 및 디스플레이 공정 중 자동화 비율이 높아 국내 제

조로봇 시장이 포화상태임

ㅇ 제조용 로봇 도입 시 인력감축에 따른 실업율 증가, 파업 등의 사회에 부정적

인 영향이 발생할 수 있음

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7. 경쟁특성

① 기업간 경쟁강도(동일시장 내 기업간 경쟁의 정도)

ㅇ 가공용 로봇은 제조용 로봇에 포함되며 공급망은 제조용 로봇의 분류에 따름.

제조용 로봇분야는 자동차 및 일반 기계 분야, 조선 및 해양 산업 분야, IT기기

및 장비 산업 등 산업 전 분야를 포괄하고 있음

ㅇ 공급망 관점에서 제조용 로봇은 로봇용 구조부품, 구동 부품, 센싱 부품 및 제

어 부품 등 로봇용 핵심 부품 소재 산업으로 공급망이 이루어짐

ㅇ 로봇용 구조부품 기술 분야는 로봇의 관절 구조, 주행에 필요한 이동 장치, 매

니퓰레이터 및 엔드이펙터의 구동 메커니즘 설계 등 세부 기술을 포함하고 있

으며 이 분야의 국내 기술 수준은 다른 핵심 부품에 비해 경쟁력을 지니고 있

음

- 국내 기계류 설비투자 감소 등 내수는 줄었으나, 제조업용 로봇 및 부품 등의 수출 호

조에 힘입어 전년 대비 4.1% 증가

ㅇ 매니퓰레이터 로봇 플랫폼은 제어기, 센서 및 소프트웨어와 통합하여 로봇으로

완성되며, 로봇은 핸드, 주변장치 및 공정 기술이 내포된 소프트웨어와 통합하

여 전체 로봇 시스템으로 구성되어 실제 현장에서 운용

② 제품의 경쟁성(대체제품과의 경쟁적 우위성)

ㅇ 제조용 로봇 수요 증가에 따라 매니퓰레이터, 제어기, 센서, 구동기, 모터 등의

로봇 관련 시장 등이 지속 확대될 전망이며, 향후 인간친화형 협업 매니퓰레이

터 로봇 플랫폼 시장규모가 그 비중을 점차 확대 추세

ㅇ 인간친화형 협업 매니퓰레이터 로봇 분야의 세계시장 규모는 2014년 37억 18

백만 달러 규모로 추산되며, 2018년까지 연평균 12.31% 성장하여 58억 21백만

달러의 시장을 형성할 것으로 전망

ㅇ 국내시장 규모는 2014년 3,481억 원 규모로 추산되며, 2018년까지 연평균

21.63% 성장하여 9,267억원의 시장 형성이 전망

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-

8. 사업화 가능성

① 기술이전(또는 출자) 가능성

ㅇ 현재 모듈형 범용 전동 그리퍼 기술은 로봇 전문 SI 중견기업과 기술 이전에 대

해 구체적으로 진행되고 있고, 이 기업은 또한 모듈형 범용 전동 그리퍼의 사업

화 계획을 세우고 진행 중에 있음

② 사업화 실현 가능성(시장진입 및 매출발생 가능성)

ㅇ 전 세계적으로 대량생산에서 점차 다품종생산으로 변화되어 가고 있음

ㅇ 전자/부품 분야의 정형화/표준화 되지 않은 생산 공정 대상의 시장도 큰 수요 예

상, 중국의 폭스콘은 생산인력이 120만명에 달함. 이들을 대체할 지능형 조립로봇

이 개발되면 약 120조의 로봇시장이 발생함을 의미함

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ㅇ 수요변화에 대응할 수 있는 로봇은 과거와 달리 위치뿐만 아니라 정밀한 힘제어

기능과 솔루션을 가지고 있어야 하고, 비전 기술을 통한 조립대상 작업물 상태와

조립상태에 대한 판단 기능 등의 지능화 기술이 필수적임

ㅇ 생산성 향상을 위해 ABB, FANUC 등 제조로봇 기업들은 고속의 운전을 통해 높

은 생산성을 획득할 수 있는 제품군들을 경쟁적으로 출시

ㅇ 다품종 변량생산에서 생산의 유연성을 강화하고 동시에 자동화에 의해서 생산성

을 향상시키기 위해서는 정형화/표준화 되지 않은 생상공정의 자동화에 대한 필

요성이 커지고 있음

ㅇ 이로 인하여 기존에는 로봇이 도입되지 못하던 복잡한 공정들에도 로봇이 도입되

어야 할 필요성이 크게 대두되었을 뿐만 아니라, 공정의 효율성과 유연성 강화를

위해서 Fence가 없는 환경에서 로봇과 작업자가 혼재되어 작업하는 환경에 대한

필요성이 대두됨 (아래 그림). 그러나 현재로는 이러한 목적에 부합하는 상용로봇

은 없음. 따라서 로봇 선진국에서는 이러한 목적에 부합하는 로봇 연구개발에 집

중적으로 투자하고 있음

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