로봇용 감속기 완벽 가이드: 하모닉, 유성, 사이클로이드 비교

목차

1. 감속기의 역할과 사용 목적

    감속기(Reducer, Gearbox)는 로봇의 모터에서 발생하는 고속 회전을 낮은 속도로 변환하고, 동시에 토크를 증대시키는 기계적 장치입니다.

로봇의 각 관절에는 정밀한 움직임과 높은 토크가 필요하기 때문에 감속기가 필수적으로 사용됩니다.

1.1 감속기를 사용하는 주요 이유

• 고속 회전 모터의 출력을 낮춰 제어 용이성 향상
• 높은 토크 제공으로 로봇이 무거운 물체를 다룰 수 있도록 지원
• 위치 정밀도 및 안정성 확보 (백래시 최소화)
• 에너지 효율성을 높이고 기계적 마모를 줄여 수명을 연장

*백래시 : 기어 쌍이 맞물릴 때 치아 표면 사이에 존재하는 간격을 의미합니다

2. 로봇의 위치별 감속기 종류 및 특징

    로봇의 위치(관절 및 부위)에 따라 요구되는 감속기의 종류와 특성이 가각 다릅니다.

일반적으로 산업용 로봇과 협동 로봇에서 사용되는 감속기를 기준으로 설명하겠습니다.

3.1  1축 (Base, 허리 관절) – 대형 감속기 사용

• 주요 감속기 종류 : 하모닉 드라이브, 유성 감속기, 사이클로이드 감속기
• 특징 :
  • 로봇의 전체 무게를 지탱해야 하므로 고강성, 고토크가 필요
  • 상대적으로 속도보다는 힘과 안정성이 중요한 부위
  • 서보 모터와 함께 사용하여 정밀한 회전력 제어 가능

사용 예시 :

• 산업용 로봇 : FANUC, ABB, Yaskawa의 대형 6축 로봇
• 협동 로봇 : UR(Universal Robots), 두산로보틱스

3.2   2~4축 (어깨 및 팔 관절) – 정밀 제어용 감속기

• 주요 감속기 종류 : 하모닉 드라이브, 유성 감속기
• 특징 :
  • 다관절 로봇에서 빠르고 정밀한 움직임을 담당
  • 위치 정밀도가 중요한 부위이며, 낮은 백래시(Backlash)가 요구됨
  • 가벼운 무게가 중요하여 소형, 경량 감속기 사용

사용 예시 :

• 산업용 로봇 : 정밀 용접, 전자부품 조립
• 의료용 로봇 : 로봇 수술 팔 관절

3.3  5~6축 (손목 관절) – 고속, 경량 감속기

• 주요 감속기 종류 : 하모닉 드라이브, 유성 감속기
• 특징 :
  • 높은 속도로 움직여야 하므로 경량화와 저관성 설계가 중요
  • 고정밀 제어 필요 (특히 정밀 조립, 용접 등에서 중요)
  • 소형 감속기가 요구되며, 일반적으로 하모닉 드라이브가 사용됨

사용 예시 :

• 전자제품 조립용 로봇
• 정밀 반도체 제조 장비

3.4  로봇 핸드(End-Effector) – 초소형 감속기

• 주요 감속기 종류 : 마이크로 유성 감속기, 하모닉 드라이브
• 특징 :
  • 로봇이 물체를 집거나 조작하는 역할을 하므로 고속 반응성과 정밀 제어 필요
  • 소형화 및 경량화된 감속기가 필수적
  • 백래시를 최소화하여 위치 정확도를 높임

사용 예시 :

• 픽앤플레이스 로봇
• 정밀 실험실 로봇(연구소, 의료용 로봇)

 

3. 감속기 종류별 특징 및 비교

감속기 종류	주요 특징	장 점	단 점	주요 적용 분야
하모닉 드라이브	기어 변형을 이용한 고정밀 감속	높은 위치 정밀도, 경량	내구성이 낮음	협동 로봇, 정밀 조작 로봇
유성 감속기	여러 개의 행성 기어가 동시 회전	높은 효율, 내구성	백래시 발생 가능	산업용 로봇, 의료 로봇
사이클로이드 감속기	비원형 디스크 기반 감속	강력한 토크, 내구성 우수	무겁고 크기가 큼	중형~대형 산업용 로봇

 

4. 주요 감속기 제조 기업

4.1 해외 감속기 제조 기업

기 업 명	주요 감속기	특징
Harmonic Drive Systems (일본)	하모닉 드라이브	협동 로봇 및 정밀 로봇 감속기 시장 선두
Nabtesco (일본)	사이클로이드 감속기	산업용 로봇에서 가장 많이 사용됨
Sumitomo Drive Technologies (일본)	사이클로이드 감속기	대형 로봇용 고토크 감속기
SEW-Eurodrive (독일)	유성 감속기	자동차 및 물류 로봇에서 사용
Bonfiglioli (이탈리아)	유성 감속기	중소형 로봇 시장에서 경쟁력

4.2 국내 감속기 제조 기업

기 업 명	주요 감속기	특징
현대위아	유성 감속기	국내 유일 대형 로봇 감속기 제조
LS ELECTRIC	하모닉 드라이브	협동 로봇 및 자동화 기기용 감속기
두산로보틱스	자체 감속기 개발	협동 로봇 내장형 감속기 연구
해성디에스	정밀 감속기	반도체 및 디스플레이 공정 로봇 적용

 

 

5. 감속기 기술의 미래 전망 및 발전 방향

5.1 초소형, 초경량 감속기 개발

• 로봇 경량화에 따라 감속기의 소형화 요구 증가
• 마이크로 감속기 및 나노 감속기 연구 진행

5.2 고강성, 저소음 감속기 기술 개발

• 로봇의 내구성을 높이고 저소음, 저진동 감속기 필요성 증대
• 산업 현장에서의 피로도 감소 및 효율성 증가

5.3  AI 기반 최적화 감속기 설계

• AI 및 디지털 트윈 기술을 이용한 감속기 구조 최적화

5.4 비용 절감 및 국산화 확대

• 일본, 독일 기업의 감속기 점유율이 높아 한국 기업의 국산화 필요

 

6.  정 리 

    로봇 감속기는 로봇의 위치 및 역할에 따라 다양한 종류가 사용되며, 정밀도, 내구성, 토크 등의 요구 사항에 따라 최적의 감속기를 선택해야 합니다.

글로벌 시장에서는 일본과 독일 기업이 강세를 보이고 있으나, 국내에서도 현대위아, LS ELECTRIC 등 기업이 국산화에 힘쓰고 있습니다.