本物の高速性を追求したHSR

‘빠르게 움직이기 시작한다’ ‘빠르게 계속해서 움직인다’ ‘정확하게 멈춘다’라는 세 가지 조건을 해결한 HSR 시리즈
그 개발은 현장에서 요구되어 온 로봇의 성능을 극한까지 추구해 왔다
제어시스템사업부 기술기획부 제품기획실 멤버들이 맡아 왔다.
사와다 요스케 실장을 취재하여 프로젝트의 전모를 들었다.

제어 시스템 사업부 기술기획부 제품기획실 실장 사와다 요스케

순간 최대속도보다 1분간의 작업량에 집중하다

HSR(수평다관절 로봇)은 지금까지 없었던 고속성을 가지며 더구나 경량, 강성이 강화된 신형 고속 스칼라 로봇이다. 사와다 요스케 씨는 제품기획실의 실장으로서 이 제품의 기획팀을 통솔해 왔다. ‘로봇의 성능은 카탈로그 수치만 가지고는 파악할 수 없는 점이 있습니다’. 물리식으로 산출된 챔피언 데이터와 실제로 로봇을 현장에 도입해서 작동해 보는 것과는 그 동작에 차이가 생기는 것이다.

고속으로 계속해서 움직이며 그 위에 ‘척’하고 정지한다. 그 제어를 가능하게 하는 것이 공장 내 로봇에 요구되고 있었다. 사와다 팀원들이 지금까지 업계에서 중시해 왔던 ‘순간 최대속도’가 아니라 새로이 ‘CPM(Cycle Per Minute)=1분간 작업량’을 중시해서 개발을 추진하기로 정했다. 속도 경쟁에서 탈피, 그것은 큰 결단이었다. 그러나 고객이 구매 후 난감해할 일에 대해 진솔하게 마주 대하는 성실한 결단이었다.

‘움직임’ 가장 중요 과제로 파악하고 제어 시점에 설계 개발

고속으로 움직이는 로봇은 일반적으로 시간이 지나면 모터가 열을 띠어 작업의 정밀도가 떨어진다. 사와다 팀원들은 그럴 때도 고속으로 ‘계속해서 움직일 수 있는’ 로봇 개발을 목표로 했다. 그 모든 것이 고객이 안심하고 도입할 수 있는 안정적인 동작을 하는 로봇 제작을 위한 것이었다. 그러나 목표 실현을 위해서는 로봇 암의 움직임을 적절하게 컨트롤할 수 있는 제어 설계가 필요했다. 보통 로봇개발은 기계설계로 시작해서 구조를 정하고 나서 제어설계로 옮기는데 이번에는 개발 프로세스를 근본적으로 바꿨다. 이상적인 로봇 암의 전후 동작을 제어설계로 결정한 것이다. ‘“어떻게 움직이는가”가 작업의 질을 결정한다고 판단하고 제어 시점에서 개발을 진행했습니다’라고 말하는 사와다. 팀원도 동의하고 제어설계 후에 그 동작에 적합한 로봇 암의 구조를 결정했다.

경량화와 강성 강화, 상반하는 요소를 양립시켜 고속 동작을 실현

개발 과정에서 사와다 팀원들 앞에 극복하지 않으면 안 될 여러 개의 벽이 있었다. 그중에서도 제일 곤란했던 점이 경량화와 강성강화의 양립이었다. 상반되는 두 가지 요소를 양립시킨 설계. 더 나아가 연속 가동으로 모터가 열을 내기 때문에 방열성도 고려할 필요가 있었다. ‘암을 가볍게 하려면 용량이 큰 모터 배치는 암 부분이 아니라 베이스 유닛 부분에 집약했다. 가벼우면서 강성 강화를 위해 기계설계를 재검토했습니다. 또한, 베이스 유닛 부분이 고속으로 움직이는 모터 때문에 열을 띠기 쉬워 고효율로 열전도 하여 방열시키는 등 다양한 대책을 실시했습니다’. 팀원은 이런 과제들을 컴퓨터로 시뮬레이션해 가며 해결해 나갔다.

노하우를 사내에 축척, 내제화를 통한 고품질로 차별화

‘CPM(Cycle Per Minute)=1분간 작업량’ 능력이 최대 특징인 HSR 시리즈를 완성시킨 사와다 팀. 거기에는 덴소 웨이브만의 지견이 집약되고 있다는 점도 빼놓을 수 없다. 지금까지 로봇 암과 컨트롤러를 내제해 온 덴소 웨이브에서는 암의 특성(질량 특성이나 관성 등)을 개발팀 멤버가 빠짐없이 파악하고 있다. 그렇기 때문에 로봇에 발생할 현상을 사전에 예측해서 대책을 마련하고 대책을 생산성 향상으로 연결시키는 비전을 명확하게 그려 개발을 추진할 수 있다. 예를 들면 진동은 진동 전에 움직임을 제어하는 시스템을 갖추어 정확히 진동을 수속시켜 다음 동작으로 신속하게 이행할 수 있어 결과적으로 사이클 타임 향상에 기여하고 있다.

자동차 외의 업계에서도 사용자 눈높이에 맞춘 개발을

로봇을 도입한 고객이 난감해할 것을 해결하고자 시작된 카탈로그 수치와의 싸움. HSR 시리즈가 완성된 지금 사와다 팀원은 새로운 필드에서 도전을 목표로 전진하고 있다. ‘타깃으로 해온 자동차, 전기업계뿐만 아니라 식품, 의약품, 화장품 분야에서 패키징 공정에서도 활용을 시야에 넣고 있습니다. 또한, 3품 업계에서 이미 사용되고 있는 상품의 컨베이어 트래킹 기능(로봇이 컨베이어 움직임에 맞추어 움직이는 기능)에 HSR을 조합해서 생산 라인이 더욱 원활하게 되도록 하고 싶다고 생각합니다’. 더 나아가 고속성과 나란히 사와다 팀원이 중요시하고 싶은 것은 조작성이라고 한다. ‘조작판은 인지공학을 바탕으로 철저하게 편리한 사용성을 중시한 인터페이스로 되어 있고 사용자가 스트레스를 느끼지 않는 조작성을 실현하는 데 앞으로도 기여해 가겠습니다’.

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