토종 유압 로봇 기술의 강자 케이엔알시스템
수중 작업용 로봇매니퓰레이터 시장 진출

케이엔알시스템이 개발한 수중 매니퓰레이터 HYDRA-UW

이번 로보월드 2012에서 케이엔알시스템은 방수형 유압 기반 매니퓰레이터를 선보이며 참관객들의 뜨거운 호응을 이끌어냈다. 동사가 이처럼 수중 매니퓰레이터를 개발하게 된 것은 세계적으로 1~2개 업체가 독점하고 있는 상황에서 이 분야에 대한 철저한 시장 조사와 기술력에 대한 확신이 있었기에 가능한 일이었다. 이에 본지에서는 케이엔알시스템이 말하는 수중 작업용 매니퓰레이터의 기술과 시장에 대해 살펴보고자 한다.

수중 매니퓰레이터의 기술개발 가능성

세계적으로 수중 매니퓰레이터 분야는 1~2개의 국외 개발업체가 시장을 독점하고 있는 상황으로, 특히 대표 주자인 Shilling Robotics는 거대 해저 자원발굴·개발 업체인 FMC에 2012년 5월 흡수되어 그 위상이 증대된 바 있다. 
대부분의 해저 작업용 시스템은 Schilling Robotics의 매니퓰레이터를 각각 별도의 잠수정에 부착한 형태를 지니고 있으며, 수중 매니퓰레이터 개발의 주요 기술은 다음과 같다.

- 소형화된 로봇형 유압 액추에이터 개발 기술
보통 4~7자유도인 수중 매니퓰레이터의 작업성과 공간 활용성 확장을 위해서는 소형의 선형 및 로터리 액추에이터를 조합해 매니퓰레이터를 제작해야 하므로, 이 두 종류의 유압 액추에이터를 모두 개발, 개선할 수 있어야 한다.

- 수중 파워팩 기술
일반적인 수중 모바일 로봇의 파워팩은 로봇의 자유로운 자세와 운전 중에도 저장탱크로 외부 유체가 유입되지 않고, 유압이 발생될 수 있어야 하므로 가압형 탱크를 사용한 페루프 유압 팩을 개발해야 한다.  덧붙여 고수압하에서 압력을 보상하는 기술도 필요하다.

- 제어 기술
수중에서의 작업은 현재 조작자의 원격조정으로 진행되고 있는 추세이며, 상대적으로 간단한 위치제어 또는 Rate 제어 기술이 적용되고 있다.

- 방수 및 내압구조 설계 기술
원활한 머니퓰레이터의 활용을 위해 고수압하에서의 방수 구조 설계 및 실링 기술이 필요하다.

케이엔알시스템은 해저 시추로 대표되는 해저 개발 분야 시장이 급증세에 주목, 2012년 3월 영국 런던에서 개최된 ‘Oceanology International 2012’ 및 5월 미국 휴스턴에서 열린 ‘Offshore Technology Conference 2012’에 연구원을 파견, 시장 조사를 실시했다.
당시 케이엔알시스템 관계자와 대화를 나눈 Shilling Robotic 엔지니어는 이 관계자에게 “여러 나라에서 수중 매니퓰레이터를 개발하고 있으나 해저, 특히 심해 분야는 여러 노하우를 무시할 수 없는 영역이므로 우리의 제품을 구입하는 것이 유리할 것”이라고 말했다.

하지만 동사는 보다 꼼꼼하게, 그리고 넓은 영역의 시장을 조사했고, 주요 부품 및 현재 적용되는 기술에 대해 파악한 후 이를 바탕으로 해당 분야에 대한 도전을 결정했다.
케이엔알시스템은 현재 유압을 사용한 로봇용 유압 요소부품을 개발해 주문·생산하고 있으며, 또한 다족형 견마로봇, 유압형 웨어러블 로봇, 고중량 유압 로봇팔 등 유압기술을 적용한 완성품 개발 및 기술지원을 경험했고, 이제 새로운 분야의 진출에 적용하고 있는 것이다. 여느 개발 과정과 마찬가지로 소형이지만 가압형 수조, 일반형 수조 등 테스트베드를 구축하면서 HYDRA-UW의 개발 기술을 축적해 나가고 있다.

세계 수중 로봇 시장

시장적 측면에서 심해저 자원 개발에 대한 수요가 급증하고, 자원채취 및 심해저 유전개발의 경제성은 최근의 유가상승으로 인해 더욱 높아져만 가는 상황이다.

기존 해저 시스템의 수요 시장이 선박, 잠수정 및 특수 장비 분야에 치중되어 있지만, 수중 작업 및 건설의 수요가 늘어나면서 수중 매니퓰레이터는 필수적인 장비가 되어 가고 있다. 물론 전체 해저관련 산업의 규모에 비하면 미미하지만 워낙 절대치가 크기 때문에 고부가가치의 기술집약적인 블루오션이라 볼 수 있다.

이와 같이 지금까지는 기술적 난이도에 비해 비교적 작은 시장이었던 이유로 해저유전을 가지고 있는 선진국의 몇몇 기업이 시장을 독점해왔다. 

수중 매니퓰레이터, 유압 로봇의 새로운 분야

최근 들어 유압 액추에이터의 활용사례가 점차 늘어나고 있다. 이러한 트렌드의 가장 큰 배경이라면 모터 대비 순간적으로 낼 수 있는 힘의 크기가 월등하기 때문이다. 또한 로봇의 트렌드가 과거 정밀한 운동, 가정용, PC와 연동되는 기술 위주에서, 최근에는 상대적으로 인텔리전스는 낮지만 사람이 처리하기 어려운 일을 보조해주는 필드 로봇과 산업용 로봇 쪽으로 이동하고 있는 것도 유압 로봇 시장의 미래를 밝게 해주고 있다.

수중 특히 심해저로 갈수록 작업자는 위험한 환경에 노출이 된다. 중량물을 취급하는 진짜 ‘작업’이 가능한 로봇암은 그래서 유압을 기반으로 제작될 때 장점이 있고, 고속 및 정밀함보다 안정되게 작업자의 원격조정에 따를 수 있어야 한다. 국내 최초의 도전, 여기에 수입에 의존할 수밖에 없었던 유압서보밸브까지 국산화에 성공한 케이엔알시스템의 HYDRA-UW는 완전한 국산 기술로 개발되어 그 의미를 더하고 있다.

<필자>
(주)케이엔알시스템 류성무 상무이사
(주)케이엔알시스템 안기탁 부장