물류매거진

박찬석의 물류時論(116) / 물류로봇의 진화와 방향성(2/3)

ㆍ게재년/월

2023/04

물류로봇의 진화와 방향성(2/3)

②로봇산업 정책 및 기술 동향

로봇산업 생태계와 구성 요소

■ 로봇산업 생태계

로봇산업은 로봇 제조사를 중심으로 후방산업인 소재·부품, 소프트웨어 분야와 전방산업인 시스템통합 및 제조·서비스 수요처로 구성된다.

로봇제조사는 소재·부품, 소프트웨어를 구매하여 로봇을 개발하며, 시스템 통합기업과 계약을 체결하고 로봇을 유통한다. 로봇 부품은 구조/ 구동/센싱//제어 부품으로 분류되며, 로봇 소프트웨어는 로봇용 운영시스템(OS), 미들웨어, 어플리케이션, 개발도구, 시뮬레이터를 포함한다. 시스템 통합기업은 수요기업의 요구사항에 부합하는 로봇 시스템을 설계하고 제작, 설치, 시운전, 유지보수를 담당한다.

로봇산업은 일반 제조업과 달리 로봇 완제품 및 부품의 설계, 로봇응용 S/W, 서비스/컨텐츠 제작·운용 등 다양한 연관 비즈니스 창출이 가능한 다중 구조의 가치사슬을 형성하고 있는 것이 특징이다. 로봇기술(RT; Robot Technology)은 기계·전기·전자·제어 등이 융합된 메카트로닉스 기술이며, 활용처가 다양한 구현기술(enabling technology)로써 타 산업에 융·복합되어 고부가가치를 창출하게 된다.

또한 로봇산업은 기술 융합 기반의 종합 장치 산업이기에, 높은 기술력과 사업 인프라를 선점한 글로벌 업체들의 과점 현상이 두드러지는 산업 특성으로 후발 주자들의 신규 진입이 어려움이 있다.

(융합산업) 기계, 전기·전자 등 타 산업 기술과의 연계를 통해 다양한 고부가가치 상품·서비스를 제공할 수 있는 대표적인 융합산업으로, 신기술 도입을 통한 전후방 산업 파생 효과가 큰 특징을 가짐

(높은 진입장벽) 높은 수준의 기술력이 요구되는 산업으로, 연구개발 및 A/S 인프라 구축 등의 막대한 자금이 소요되기에, 규모의 경제 및 기업의 자금력이 높은 진입장벽으로 작용함

(과점시장) 고부가가치 제품은 해외 업체가 시장을 잠식하고 있으며, 중저가 제품은 낮은 진입장벽으로 가격경쟁이 심화되고 있음

■ 로봇의 구성요소

로봇은 기구부, 센서, 제어기(Controller), 구동기(Actuator) 등으로 구성되며, 기구부는 로봇의 골격과 로봇팔, 손에 해당하는 말단 효과장치(End effector 또는 EOAT(End-of-Arm-tooling))로 구성되어 있다.

말단 효과장치는 로봇팔의 끝단 장치로 용접 등의 실질적인 작업을 수행하고, 센서는 로봇의 오감을 담당하며 카메라, GPS 등이 사용된다. 제어기(Controller)는 로봇의 두뇌 역할을 통하여 동기에 출력 구동 신호를 제공하며, 반도체, 소프트웨어 등이 포함된다. 구동기(Actuator)는 로봇의 근육을 담당하여 로봇을 움직이는 장치로써, 모터, 감속기, 인공 근육 등이 포함된다.

로봇산업 정책 동향

■ 지능형 로봇 실행 계획

정부는 로봇산업을 기술혁신, 신규 투자가 유망한 신산업으로 지정하고 지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법 제정을 시작으로 두 차례에 걸친 지능형 로봇 기본계획을 발표하였다.

(1차, 2차 기본계획) 2009년 제1차 지능형 로봇 기본계획 발표 이후, R&D 역량 제고, 수요 확대, 개방형 생태계 조성, 로봇 융합 네트워크 구축을 중심으로 2014년 제2차 기본계획 발표

(지능형 로봇산업 발전전략) 2018년 협동 로봇과 서비스 로봇 중심으로 시장 활성화, 핵심 부품 집중 지원, 선제적 제도 정비를 위한 지능형 로봇 산업 발전전략 발표

과학기술정보통신부는 2018년 ‘제4차 과학기술 기본계획(2018-2022)’에서 지능형 로봇의 테스트 베드 구축 및 실증사업 추진, 로봇과 다양한 분야와 연계하여 활용 확대 추진키로 하였으며, 2019년 발표된 ‘제3차 지능형 로봇 기본계획’에서 정부 지원 효과성 제고, 제조 현장과 유망 서비스 분야에 대한 집중 지원, 규제 개혁 연계 등을 통한 초기 시장 창출 추진을 제시하고 있다. 주요 내용은 다음과 같다.

- 3대 제조업 중심 제조 로봇 확대 보급을 위해 다양한 분야에 활용 가능한 로봇 모델 선행 개발, 기업 대상 컨설팅 및 실증 보급, 재직자 로봇 활용 교육, 구매 지원, 보조금 지급, 네트워크 활성화 추진

- 4대 서비스 로봇분야 집중 육성을 위하여 4대 서비스 로봇 분야 선정, 로봇 개발, 보급·실증, 민간 확산 전 단계에 대한 지원, 규제개선 추진

- 글로벌 시장규모, 비즈니스 잠재 역량, 도전 가치 등을 고려해 돌봄, 웨어러블, 의료, 물류 등 4대전략 분야 선정

- 로봇산업 생태계 기초체력 강화를 위해 차세대 핵심부품·SW 선정 및 자립화, 국산 부품 실증·보급 촉진, 신시장 창출 추진 등이다.

■ 로봇산업 육성 전략

정부는 2019년 산업부 주관 ‘로봇 산업 육성전략 보고회’에서 스타 로봇기업 20곳을 선정 및 집중 육성하여 2023년‘로봇 4대 강국’으로의 도약 목표를 선포하였다.

정부는 2022년 2월 ‘2022년 지능형 로봇 실행계획(2019-2023)’의 주요 내용을 발표하였다.

첫째, 제조현장의 디지털 전환 가속화를 위해 로봇활용 표준공정모델을 추가 개발하고 기개발 모델의 보급확산에 주력할 계획이다.

ㅇ 기존 3대 제조업(뿌리·섬유·식음료) 뿐 아니라, 전후방 연관효과가 큰 항공, 조선, 바이오화학 등을 중심으로 표준모델 개발을 확대한다.

ㅇ 민간의 자생적 제조로봇 도입확산을 위해서 ‘데이터베이스 통합관리시스템’ 운영하고, 로봇 리퍼브(손질상품, Refurb) 센터를 새롭게 구축할 예정이다.

둘째, 고령화, 감염병 상황 장기화 등 사회문제 해소에 초점을 둔 서비스 로봇개발과 대규모 증을 추진하고 관련 규제개선을 위해 노력할 계획이다.

ㅇ HRI(인간로봇 상호작용) 기반의 반려로봇, 일상생활 보행보조로봇 등 로봇 개발에 착수하고, 국민생활 밀접 시설을 중심으로 1,600대 이상 대규모 로봇 보급 및 융합 실증을 추진한다.

ㅇ ‘로봇산업 규제 로드맵(이행안) 2.0’를 수립하고, 자율주행로봇 보도통행 허용을 주요 내용으로 하는 지능형로봇법 개정 작업도 착수한다.

셋째, 로봇산업 생태계 강화를 위한 핵심부품, SW개발 지원과 실증 인프라 구축 및 인력 양성에도 힘쓸 계획이다.

ㅇ 다품종 생산을 위한 스마트 그리퍼, 비정형 환경 내 이동지능 SW 등 로봇 핵심기술개발 및 국산부품의 활용·실증을 지원하고,

ㅇ 신기술(인공지능·빅데이터·5G·클라우드 등)이 융합된 첨단로봇의 실증 및 시험·인증 기반구축으로 전산업의 디지털 전환을 주도할 계획이다.

ㅇ 또한 현장 수요를 반영한 실무형 전문인력 양성 등을 통해 로봇산업 기초체력을 강화해 나갈 예정이다.

로봇산업 동향

■ Global 로봇 산업

보스톤 컨설팅에 따르면, 세계 로봇산업은 2020년 약 250억 달러에서 2030년 1,600억 달러 규모로 연평균 20% 성장할 전망이며, 인구고령화, 로봇 가격하락, 삶의 질 향상 추구(예:고위험 업무 기피) 등이 로봇 도입을 촉진하면서 로봇산업 성장의 축이 산업용 로봇에서 서비스 로봇으로 이동할 전망이다.

로봇산업은 산업용 로봇 중심이었으나, 1990년대에 개인서비스 로봇, 2000년 이후에는 전문서비스 로봇 개발 붐이 발생하였다. 로봇 도입은 로봇 가격하락 뿐만 아니라 로봇 사용량에 비례하여 비용을 지급하는 RaaS(Robot-as-a-Service) 사업모델의 확산 등으로 확대될 것으로 전망된다.

2020년 산업용 로봇 시장은 132억 달러 규모로 2020~2024년에 연평균 8% 성장 전망되며, 세계적으로 운영중인 산업용 로봇(2020)은 300만대이며, 2020년 한해 동안 설치된 산업용 로봇은 38만 4,000대이다.

국가별 산업용 로봇 설치 대수 비중은 중국 44%, 일본 10%, 미국 8%, 한국 약 8%, 독일 약 6% 순으로 5개국이 76%를 차지하고 있으며, 지역별로는 아시아가 최대 시장이다. 로봇 도입률이 낮고 인건비가 상승하는 중국, 인도, 브라질 등은 산업용 로봇 도입이 증가할 전망이다. 공급망 위기를 겪으면서 미국 등 선진국의 로봇 수요도 증가할 전망이다. 미국의 산업용 로봇 침투율(penetration rate) 10% 미만이다.

2020년 전문서비스 로봇 시장은 전년대비 12% 증가한 67억 달러를 기록했으며, 2020~2030년에 연평균 25% 성장 전망이다. 2020년 전문서비스 로봇 판매량은 전년대비 41% 증가한 13.2만대이다. 세부 판매량 비중은 물류 33%, 전문청소 26%, 의료용 로봇 14%, 접객로봇 11% 순이다.

■ 한국 로봇산업 현황

2020년 한국 로봇 시장규모는 5조 5,000억원으로, 2015~2020년에 연평균 5.4% 성장하였다. 제조업용 로봇이 52%로 가장 큰 비중을 차지하며, 다음으로 부품 및 소프트웨어 32%, 서비스용 로봇 16% 순이다. 한국의 산업용 로봇 판매량(2020)은 중국, 일본, 미국에 이어 세계 4위로 시장규모는 2조 9,000억원 규모이며, 전기전자, 자동차산업 중심으로 로봇 활용이 활발하다.

2020년 한국 로봇 생산은 5조원으로, 2015~2020년에 연평균 3.6% 성장하였다.

한국 로봇산업은 제조업용 로봇과 부품 및 소프트웨어 중심의 구조로 제조업용 로봇이 52%로 가장 큰 비중을 차지하며, 다음으로 부품 및 소프트웨어 33%, 서비스용 로봇(전문서비스용 로봇 9%, 개인 서비스용 로봇 7%) 16% 순이다. 로봇 생산은 2017년 이후 5조원 수준을 유지하고 있다.

2020년 기준 로봇산업 관련 사업체 수는 4,340개를 기록, 2019년 대비 30개로 0.7% 증가하였다. 부문별로 전문서비스용 로봇 관련 업체가 2020년 87개로 가장 많이 늘었고, 로봇부품 및 소프트웨어 업체와 제조업용 로봇 업체도 각각 51개, 33개 증가하였다.

반면 로봇시스템 업체가 130개로 가장 많이 줄었고, 로봇서비스 업체도 38개 감소하였다. 국내 로봇산업 사업체 4,340개 중 매출액 기준 1억원~10억원 미만 업체가 1,435개(비중: 33.1%)로 가장 많은 비중을 차지하고 있다.

로봇산업의 기술 동향

■ 로봇 핵심기술 동향

【인공 지능】

인공지능 로봇 기술은 머신 러닝, 자연어 처리, 상황 인지, 컴퓨터 비전 등으로 구성된다. 로봇 개발에 머신 러닝 기술을 도입하는 사례로써, 원거리의 모호한 센서 데이터를 해석하기 위해 선험적 지식 트레이닝 등 ‘자기주도 학습’을 적용하거나 ‘다중 에이전트 학습’을 통해 개별 로봇간 협력을 가능하게 해 로봇이 복잡한 임무를 수행하도록 한다. 대표적인 지능형 로봇이 휴머노이드 로봇과 소셜 로봇이다.

휴머노이드 로봇은 인간의 형태를 한 로봇이다. 형태뿐만 아니라 인식기능, 운동기능까지 인간과 유사하게 구현하는 것을 목표로 한다. 소셜 로봇은 빅데이터 분석 기술을 활용해 인간과 상호작용할 수 있도록 개발된 지능형 로봇이다.

【자율 주행】

자율주행 로봇의 핵심 기술은 컴퓨터 비전과 인공지능이다. 스스로 움직이려면 눈과 뇌의 도움이 필요하다. 5G 인프라가 초고속, 초저지연 특성을 바탕으로 데이터 소통을 돕는다. 로봇들의 상태, 위치, 이동시간 등 모든 데이터가 5G로 수집돼 통합관제시스템에서 관리된다. 자율주행 기술은 물류, 배송, 순찰 등 서비스 로봇 시장의 비약적인 성장을 뒷받침할 것이다.

【센서 기술】

로봇은 센서의 집합체이다. 로봇이 지각, 인지, 동작하려면 센서기술이 근간이 된다.

위치, 속도, 힘 등의 정보를 수집하는 지각 센서 기술과 시각, 청각, 후각, 촉각, 역각 등의 오감 센서기술이 중요하다. 시각 정보 획득에는 카메라를 이용한다. 로봇의 정확한 제어를 위해서는 초음파, 레이저, 적외선 등을 이용한 거리감지 센서와 가속도, 각속도 센서 등의 위치 추정 센서가 필요하다.

센서가 고성능이고, 다양하게 장착될수록 여러 자극에 민감하게 반응할 수 있다. 센서 기술이 발달할수록 로봇이 인간과 유사해지고, 궁극적으로 인간의 능력을 뛰어 넘게 될 것이다.

【구동기 기술】

로봇 구동기는 대부분 전기모터와 감속기의 조합으로 구성되며, 로봇에 사용되는 모터는 PMDC 모터, BLDC 모터, 스테핑 모터, 초음파 모터 등이다.

모터의 고출력 밀도화, 고정밀화 기술이 요구된다. 모터 내부에 위치 센서, 외부와 신호 교환을 위한 네트워크 기능, 판단을 위한 연산 회로 등이 패키지 형태로 일체화되는 스마트 액추에이터로 진화하고 있다. 모터 이외에 인간 친화적인 인공 근육형 공압 구동기에 대한 개발도 활발하다. 공압 인공 근육은 공기압으로 작동하며 선형으로 수축한다. 압력에 비례해 동작하는 액추에이터이다.

【다관절 기술】

다관절 로봇은 회전 관절이 있는 로봇이다. 다관절 로봇은 2축 관절의 단순한 구조에서 10축 또는 그 이상의 관절이 있는 복잡한 구조에 이르기까지 다양하다. 작업 영역의 한 지점으로 이동하기 위해서는 3개의 회전 관절을 이용한다. 관절은 사슬 같아서 하나의 관절이 다른 관절을 보조한다.

산업용 로봇은 수직 다관절 로봇, 수평 다관절 로봇(SCARA), 병렬형 로봇, 직교 로봇 등으로 구분된다. (다음호 계속)

주1. 유망시장 Issue Report(지능형 로봇), 연구개발특구진흥제단, 2021. 7, p4~5.

주2. 로봇산업동향 및 성장 전략, 2022 이슈 보고서, 한국수출입은행, 2022. 9, p6~9

주3. 라이트의 법칙(기계의 생산 대수 2배 증가시 가격은 절반으로 하락) 등에 따라 2025년 산업용 로봇의 가격이 2015년 대비 65% 하락할 전망 (Ark Investment)

주4. A Roadmap for U.S. Robotics(2020)

주5. 로봇-현재가 된 미래, 키움증권, 2022. 5.23, p27~35 내용 인용 및 수정

박찬석은 미래물류컨설팅의 대표로 재직 중이며, 물류/SCM 분야 컨설팅과 한국생산성본부, 한국통합물류협회 및 기업체 대상의 물류/SCM전문 강사로 출강 중에 있다.

이 밖에 삼성경제연구소 사이버 포럼인 ‘SCM 연구회’의 대표 시샵을 맡고 있으며, 네이버 블로그 “박찬석의 물류/SCM 바로보기(http://blog.naver.com/neologis)”를 운영하고 있다.

前. 물류단지 실수요 검증위원(국토교통부)

現. 서울특별시, 인천광역시, 충청남도 물류단지 실수요 검증위원

現. 종합물류기업 인증 평가위원(교통연구원)

現. 교통영향평가 심의위원(행정중심복합도시건설청)

現. 유통/물류 실무위원(대한상공회의소)

現. 스마트 물류위원회 자문위원(통합물류협회)

現. 한국 SCM학회, 산업계 부회장

現. 한국녹색물류학회 이사

現. 한국생산성본부, 물류혁신 전문위원

주요 컨설팅 분야는 물류센터 및 물류단지 개발(물류단지 실수요 검증), 물류Cost, 물류/SCM 전략, 물류센터 기본 설계 및 운영 최적화, 물류보안과 제3자 물류 및 국제물류 분야이다

* E-Mail: mincho79@emapl.com H.p: 010-4533-8307