산업용 로봇은 점차 속도가 빨라지고 부하에 대한 범위가 넓어지며, 기능 역시 고급화되고 있다. 동시에 가동 시간 역시 증가하고 있다. 하지만 로봇이 거저 진화하는 것은 아니다. 케이블 및 커넥터 역시 로봇 기술에 발맞출 수 있어야 한다. 전력 및 신호가 신뢰성 있게 전달되지 않는다면 제아무리 견고한 로봇이라도 작동에 애로를 겪게 된다. 로봇에 적절히 케이블을 설치하기 위한 팁을 공유한다.
자료 | Lapp Group(www.lappgroup.com)

한 발 앞선 로봇 기술을 실현하는 몇 가지 핵심 기술이 있다. 이들 기술은 로봇이 처음 도입된 분야인 자동차 제조분야를 넘어 다양한 현장으로 로봇을 진출하는 과정에서 혁혁한 공을 세웠다.

오늘날의 로봇은 보다 작고 가볍다. 또한 움직임이 민첩하고 작동이 용이하며 가격 역시 저렴하다. 보다 유연하고 가벼워짐에 따라 이동성 역시 증가했다. 예를 들어 6축 로봇은 이제 특정 라인이 아닌 플랫폼에 설치되며, 한 구역에서 다른 구역으로 이동하며 작업한다. 

이 경우 케이블이 중요한 역할을 한다. 로봇을 다양한 위치로 옮기기 위해서는 로봇에 부착되는 케이블이 이동성에 대한 요구사항을 충족해야 하며, 플러그 앤 플레이 솔루션을 제공하여 현장 곳곳에 있는 케이블을 즉각적으로 활용할 수 있어야 한다. 일각에서 케이블을 ‘7번째 축’이라고 부르는 이유이다.

케이블의 중요성
점차 경량화하는 로봇에 따라 케이블 역시 가볍고 작아야 한다는 인식이 늘고 있다. 최근 케이블 업계에서 계속해서 무게 절감을 실현하려는 이유다. 

Lapp는 현재 다양한 신기술 도입을 통해 케이블 무게를 줄이고 있다. 발포제(Foamed Materials)를 사용하거나 케이블을 보호하는 재킷을 경량화함으로써 무게 절감과 케이블 보호를 동시에 실현하는 것이 그 예다. 최근 케이블이 얇아지고 플라스틱 재킷 또한 무게 절감을 실현하고 있다. 여기에 부하 용량이나 성능에 손실이 없다는 점 또한 장점이다.

오늘날 무게 절감을 위해 특수 플라스틱과 구리 도금 알루미늄 그리고 알루미늄 합금 재질이 사용되고 있다. 구리는 그 중에서도 높은 내구성과 작은 크기 등으로 높은 인기를 얻고 있다.

경량화와 공간 절약이라는 두 마리 토끼를 잡는 또 다른 방법으로 기능을 결합하는 것이 있다. 예를 들어 데이터 및 전력 전송을 하나의 케이블로 해결하면 케이블이 차지하는 공간 혹은 부피를 줄일 수 있다. 일반적으로는 전원 공급 케이블과 모터의 위치와 속도를 전송하는 케이블, 총 두 개의 케이블을 사용해야 하지만, 하이브리드 케이블 솔루션을 사용하면 하나의 케이블로 전원과 데이터를 동시에 송수신하므로 무게 및 공간 절약이라는 이점을 낳는다. 

로봇 관련 응용사례에서 공간 절감을 위한 또 하나의 선택지는 케이블의 내부·외부 설치 여부다. 

15대 이상의 용접 로봇이 함께 작업하는 자동차 섀시 조립 라인을 가정하자. 이처럼 역동적이고 공간에 제한이 있는 환경에서 로봇 케이블을 외부에 설치하면 부피가 크고 복잡해진다. 일부 케이블 기업들은 로봇 내부에 케이블을 설치하고 있다. 이를 통해 케이블이 차지하는 공간을 절약하고, 작업 도중 선이 얽히거나 케이블이 끊어지는 등의 위험을 최소화한다.

로봇 응용사례에서는 감속 및 가속이 몹시 빠르고 잦게 일어난다. 케이블이 이러한 속도에도 잘 견딜 수 있어야 하는 이유다. 또한 케이블은 로봇이 움직이는 총 무게를 줄이기 위해 가능한 가볍고 유연해야 한다. 뿐만 아니라 굽힘 및 비틀림 동작을 수백만 사이클 이상 실패 없이 반복할 수 있어야 한다. 케이블이 굽힘 하중 및 비틀림 하중을 처리할 수 있도록 설계되었는지 확인하는 것도 중요하다.

비틀림을 처리할 수 있는 케이블은 비틀림 응력 및 꼬임 응력에 강하게 설계되어 역동적인 동작에 유연하게 대처할 수 있다. 

로봇 케이블은 꼬임 길이가 길어 보다 많은 비틀림 힘을 보상해야 한다.

비틀림이 많은 응용사례에 쓰이는 케이블은 ▲최대 속도 및 최대 가속도 ▲케이블 및 전선의 최초 굽힘 반경 ▲모든 이동 요소들의 무게(캐리어 트랙 및 케이블을 포함한다) ▲원하는 장치 수명 등의 변수를 고려해야 한다.

올바른 케이블 선정을 위해
로봇 응용사례에 적합한 케이블을 선택하기 위한 가이드라인을 제시한다.

1. 작업과 관련한 움직임의 종류를 고려한다. 케이블을 선택할 때, 시간적인 제약으로 인해 표준형 산업 케이블을 선택하는 경우가 허다하다. 이는 작업자가 작업환경을 충분히 고려하지 못함을 의미한다. 

로봇 응용사례는 대부분 빠르고 반복적인 움직임을 수행하고, 따라서 유연성이 높은 케이블을 필요로 한다. 만약 이러한 응용사례에서 표준 케이블을 사용한다면 조기 마모를 야기할 확률이 높다. 특히 로봇 팔에 부착된 공구로 데이터를 전송하는 케이블의 경우 조기 마모에 대한 문제가 더욱 불거진다.

2. 굽힘 반경에 대해 이해한다. 케이블이 정기적으로 굽혀지는 정도는 얼마나 되는가? 최소 굽힘 반경은 응용사례에 따라 달라지는데, 일반적으로 움직임이 적은 고정형 제품의 경우 반경이 상대적으로 적게 필요하며, 유연한 움직임이 필요한 응용사례에서는 높은 굽힘 반경이 필요하다.

케이블 코팅 종류 역시 중요한 요소이다. 금속 파편이나 용접 등의 환경적 요소에 견딜 수 있어야 하기 때문이다. 적절한 계획과 정확한 사양 설정, 좋은 도관 및 케이블 체인 선택 등은 케이블을 보호하고 작업을 유지하는 비결이다.

3. 적절한 설치 절차를 따른다. 산업용 케이블을 잘못 설치하거나 불완전하게 설치하는 경우가 많다. 케이블을 과도하게 조이는 것부터 캐리어에 지나치게 많은 케이블을 담는 것까지, 부적절한 케이블 설치는 여전히 흔하다. 케이블이 충분히 자유로이 움직이지 못하는 경우 장치 마모가 발생하고, 이는 조기 실패로 이어진다.

4. 굽힘과 비틀림의 차이를 명확히 알아야 한다. 신축성 있는 직선운동과 특정 로봇 축에서 일어나는 비틀림 운동은 서로 다른 응력을 가지고 있다. 요구사항 역시 다르다. 역동적인 환경에서 부적절한 케이블을 사용하면 예상치 못한 작업 정지를 야기한다.

오늘날에는 비틀림 운동에 최적화하고, 여러 케이블을 서로 평행하게 엮도록 설계된 케이블이 등장했다. 굴곡 케이블은 케이블 트랙 위에서 일정한 굴곡을 지속적으로 수용한다. 반면 비틀림 케이블은 로봇 팔에서 작동하며 지속적인 꼬임 운동을 처리한다. 

굴곡 케이블과 비틀림 케이블은 비슷한 것처럼 보이지만 그 강점은 서로 다르다. 응용사례에 따라 굽힘, 꼬임, 혹은 둘 모두를 처리할 수 있는 케이블 중 하나를 지정해야 하는 이유다.

결론
최근 로봇 케이블은 최대 1천만 회에서 2천만 회 가량 휘거나 비틀리는 동작을 수행할 수 있다. 그만큼 기술력이 높아졌다. 

자신이 필요로 하는 케이블을 얻기 위해서는 각 기업의 케이블 사양에 대해 꼼꼼한 조사가 필요하다. 케이블 공급업체에 문의하는 것이 그 시작이다.

케이블의 선택 과정에서 역시 사전 계획 및 한 발 앞선 고민이 필요하다. 심사숙고를 통해 케이블과 관련한 작업정지시간을 최대한 낮출 수 있다. 

시스템 통합업체 혹은 케이블 제조업체와 충분한 상담을 받는 것이 가장 훌륭한 시작임을 인지하자.