48V와 로봇공학(Robotics), 로봇 애플리케이션을 위한 전력 솔루션 ①

최태우 기자 / 기사승인 : 2019-11-27 11:18:39
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▲ 지난해 9월 나고야 포트메세에서 개최된 로보덱스 나고야(RoboDEX Nagoya) 전시회 현장. 야스카와전기의 산업용 로봇 [IT비즈뉴스(ITBizNews) DB]

산업용 로봇은 4차 산업혁명의 중요한 요소 중의 하나다. 시스템이나 원격 센서 등과 연결돼 사물인터넷(IoT)의 주요 하위 범주인 산업용 IoT, 즉 IIoT를 구성한다.

국제로봇연맹(IFR)에 따르면 2018년 기준 약 250만 대의 산업용 로봇이 사용 중이며, 그 숫자는 연간 40만대 이상 증가하고 있는 추세다. 해당 로봇의 절반 이상이 산업, 자동차, 전기/전자 부문에서 사용되고 있으며 기계금속, 플라스틱, 화학, 식음 부문에도 상당수가 사용 중이다. 전체 산업용 로봇의 75% 이상이 중국, 일본, 미국, 한국, 독일에서 사용되고 있다.

산업 부문에서만 로봇 도입률이 급증한 것은 아니다. 2018년까지 25만대의 ‘전문 서비스용’ 로봇이 도입된 것으로 나타났는데, 이것은 전년 대비 무려 60% 이상 증가한 수치다.

서비스용 로봇 5대 중 2대는 물류, 제조업계에서 주로 사용되는 자율주행 무인운반차(autonomous guided vehicles, AGV)로 분류된다. 개인 및 가정용 로봇 시장도 비슷한 속도인 약 60%로 성장 중이며 현재 약 1630만대의 로봇들이 청소, 교육, 연구 등의 다양한 용도에 사용되고 있다.

48V와 로봇공학
48V는 많은 애플리케이션에서 가장 흔하게 사용되고 있는 전압이다. 그 이유 중 하나는 안전하게 사용할 수 있는 가장 높은 전압이기 때문이다.

덕분에 설계자들은 주 전력을 사용하는 디바이스 대비 적은 시스템 보호 장치를 적용할 수 있고, 12V 전원 제품 대비 적은 전류를 사용해 제품의 무게, 비용, 전력손실 등을 줄일 수 있다. 48V 전원을 직접 공급받는 모터들의 경우에도 일반적으로 크기가 작아서 로봇 애플리케이션의 경우에는 연결 부위를 더 작고 가볍게 만들 수 있어 기계의 효율성, 민첩성, 신뢰성은 높이면서 무게와 비용은 낮출 수 있다.

결과적으로, 모든 업계의 프로세스 자동화 개선을 위해 로봇을 더욱 광범위하게 사용할 수 있는 것이다.

48V는 자동차를 포함한 최신 애플리케이션에서 가장 많이 사용되는 전압이다. 자동차의 경우 조립 부품에 대하여 12V 이상의 전압에 대한 부품의 선호도가 급증하고 있으며, 클라우드 컴퓨팅 업계에서도 서버 백플레인, 냉각 팬, 기타 통신관련 애플리케이션에 48V 배전이 사용된다.

이것은 48V를 사용하는 디바이스나 하위 시스템을 쉽게 구할 수 있으며, 설계자들도 48V를 선호하게 될 것이고, 규모의 경제를 통해 비용도 절감할 수 있다는 것을 의미한다.

로봇은 상당히 복잡한 시스템으로, 사용되는 애플리케이션이나 기능에 따라 연결성, 영상 감지, 위치 감지, 모터 제어 등 다수의 기능적인 요소들로 구성된다.

 

그 외에도 AC/DC 변환, 배터리 관리, DC/DC 변환, 병렬구동 컨버터, PoL(point-of-load) 변환, 선형 전압조정, 모터 드라이버 등 다양한 하위 전력 시스템이 있다. 로봇이 설계자 의도에 맞게 작동하려면 이 모든 곳에 효율적인 솔루션이 적용되어야 한다.
 

▲ 그림 1. 일반적인 로봇의 고급 블록 선도(전력 시스템 포함)
위 블록 선도와 비슷한 자동차나 클라우드 컴퓨팅 시스템의 기능별 블록 선도를 보면, 로봇 블록 선도와 유사한 점이 아주 많다는 것을 알 수 있을 것이다. 이것은 타 애플리케이션의 전력 솔루션을 로봇용 전력 솔루션에 적용할 수 있다는 것을 의미한다.

일례로, 클라우드 컴퓨팅에서 저장매체나 팬과 같은 냉각장치를 핫 스왑(hot swap) 하는 곳에 전자퓨즈(eFuse)가 많이 사용되고 있다. 로봇 애플리케이션의 경우에는 같은 전자퓨즈를 이용해 모듈화 할 수 있을 것이다. 그래서 업무 성격에 따라 로봇이 작동 중에 기능 블록(각종 툴 등)을 스스로 교환할 수 있을 것이다.

글 : 알리 후사인(Ali Husain) / 마케팅 수석매니저 / 온세미컨덕터

 

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