로봇 감속기 시장 review

1. 감속기의 종류

 
감속기는 고속 회전하는 모터를 감속하여 회전력을 증가시키는 부품으로 하모닉 감속기(경량·정밀·소형 로봇용), RV감속기(높은 강성의 대형 로봇용), 기타 감속기로 구분한다.

산업용 감속기는 수요업체에서 요구하는 다양한 규격의 제품을 수주, 생산하는 방식으로 기술력 생산능력 및 높은 신뢰성이 필요한 산업이다.

정밀기어류 부품 생산이 가능한 고성능·고기능의 고가설비 보유 개별 수주생산에 따른 탄력적인 시장 대응능력과 영업능력이 요구되고 있어 타 산업에 비하여 시장 진입 장벽이 높다.
 

 
 
산업용 감속기 및 굴착기용 감속기는 산업의 기본이 되는 제철, 에너지, 건설, 플랜트 산업의 투자에 따라 성장하고 있으며, 최근에는 산업용 로봇 전기자동차, 정밀기계, 의료장비 등 각종 자동화 장비 구동 및 동력전달장치에도 적용이 확대되는 추세로 지속적인 수요가 발생할 것으로 전망된다.

풍력발전은 그동안 전량 수입에 의존하던 기어박스 등 핵심부품의 국내 개발을 통해 국산화율 증대와 해외수출의 증가가 기대되고 있다.

 
 
 
 

2. 로봇 소형화의 흐름

 
산업용 로봇 시장에서는 협동로봇을 필두로 오래전부터 로봇의 소형화 흐름이 거세지고 있다. 일반적으로 산업용 로봇은 로봇 자체의 크기와 안전 펜스 등 부수적인 설비 때문에 공장 내에서 상당히 많은 공간을 차지 하게 된다.
 
로봇들을 더욱 촘촘히 배치하여 컴팩트한 공정 라인을 구축할 수 있다면 동일 공간에서 제조기업의 생산성은 크게 향상될 수 있기 때문에 산업용 로봇은 점차 소형화/슬림화 되고 있는 추세다.
 

 
이와 더불어 차세대 산업용 로봇인 협동 로봇의 수요가 늘어나고 있는 점도 로봇의 소형화 바람을 더욱 키우고 있다. 협동 로봇은 일반적으로 3~20kg 내외의 적은 무게를 핸들링하는 로봇으 로 전통적인 산업용 로봇보다 크기가 작은 것이 특징이다.
 
산업용 로봇에서 주로 사용되는 감속기는 하모닉 드라이브와 사이클로이드 감속기다.
 

 
향후 소형 정밀 감속기인 하모닉 드라이브 활용 비중이 더욱 커질 것으로 전망되며 중장기적 관점에서 하모닉 드라이브의 성장성과 매력도가 사이클로이드 감속기 대비 높다고 판단한다.

협동 로봇 시장 확대만 고려하더라도 2020 년 기준 다관절 로봇에서 활용되는 하모닉 드라이브의 평균 사용량은 3.2개에서 2030년까지 4.2개 수준까지 비중이 늘어날 것으로 추정된다.
 

 

 

 
산업용 로봇에서 주로 사용되는 감속기는 하모닉 드라이브와 사이클로이드 감속기다.
 
하모닉 드라이브는 무게가 가볍고 부피가 작아 소형 로봇에 적합하며, 사이클로이드 감속기는 구조상 외형이 크지만 강성과 내충격성이 뛰어나다는 특징이 있어 무거운 무게를 다루는 중대형 산업용 로봇에서 주로 활용된다.

이외에 유성감속기도 일부 수평다관절 로봇에서 사용되고 있지만, 부피가 크고 정밀도가 떨어져 하모닉 드라이브와 사이클로이드 감속기 대비 활용도는 떨어진다.
 

 
 
일반적으로 전통 산업용 로봇(6축 수직다관절 로봇)에서 하모닉 드라이브 3개, 사이클로이드 감속기 3개가 혼용되어 사용되고 있으며, 로봇의 크기가 커질수록 사이클로이드 감속기 비중이 커지고, 반대로 로봇이 작아질수록 하모닉 감속기가 많이 쓰이게 되는 형태이다.
 

 
산업용 로봇 시장에서는 오래전부터 로봇의 소형화 흐름이 거세지고 있다. 일반적으로 산업용 로봇은 로봇 자체의 크기와 안전 펜스 등 부수적인 설비 때문에 공장 내에서 상당히 많은 공간을 차지하게 된다.
 
 
 

3. 기술의 흐름: 하모닉 드라이브의 성장

 
세계로봇연맹(International Federation of Robotics, IFR)과 일본의 야노경제연구소 등에서 조사한 바에 따르면, 글로벌 로봇용 감속기 시장 규모는 2020년 기준 158만 대, 1.7조 원 규모로 추정되며 2030년까지 372 만대, 2.8 조원 시장 규모 이상으로 성장할 것으로 예측하고 있다.
 

 
로봇용 하모닉 드라이브 시장 규모는 로봇 소형화 흐름 속 높아지는 수요에 따라 2020년 기준 100만 대, 0.5조 원에서 2030년까지 293만 대, 1.3조 원 규모로 가파른 성장을 이룰 것으로 분석된다(2020~2030년 CAGR 11.4%, 대수 기준). 반면, 로봇용 사이클로이드 감속기는 하모닉 드라이브 대비 활용 비중이 낮아짐에 따라 2020년 기준 58만 대, 1.1조 원의 시장 규모에서 2030년 79만 대, 1.4 조원 규모로 완만한 성장을 이룰 것으로 예상된다(2020~2030년 CAGR 3.2%, 대수 기준)

 

 
 
 
 
 

4. 주요 경쟁기업 현황

 
로봇용 감속기 시장은 일본 기업들이 상당 부분을 차지하고 있다. 소형 정밀 감속기의 경우 일본의 Harmonic Drive Systems(HDS)가 하모닉 드라이브 시장에서 무려 70%에 달하는 점유율을 차지하고 있다. 참고로 사이클로이드 감속기 시장에서는 일본의 Nabtesco가 시장 점유율 60%를 차지하고 있어 경쟁사를 압도하고 있다.
 

 
HDS는 수십년 전부터 하모닉 드라이브를 개발하고 제품화하여 시장을 열어온 선구자이자, 오랜 기간 로봇 기업들과 신뢰 관계를 쌓아온 기업이다. 그렇기 때문에 HDS 의 아성을 깨뜨리는 일은 결코 쉽지 않다.
 
HDS는 1964년 하모닉 드라이브를 일본에서 첫 실용화한 이래 산업용 로봇과 우주항공 분야 등 다양한 분야에서의 감속기 수요를 개척해 온 선구자이다. 이미 수십 년 전부터 감속기 개발 및 제품화를 주도해왔고, 시장 자체를 열어온 선도 기업으로써 그 입지는 너무나도 탄탄하다. HDS 이외에는 소형 정밀 감속기 분야에서 일본의 Nidec Simpo와 중국의 Leader Drive가 주요 업체로 꼽히고 있으며 한국에서는 에스피지와 에스비비테크 등이 국산화에 성공한 상황이다.
 
그러나 2017 년과 2021 년에 로봇 수요가 크게 증가하면서 HDS 에 집중 된 소형 정밀 감속기 공급 체제에 금이 가고 있다. 급격히 늘어나는 감속기 수요에 HDS 가 적시 대응하지 못하고 있기 때문이다. 앞으로 노동력 부족 및 인건비 상승에 따라 로봇 수요는 더욱 증가할 전망이나, HDS 가 모든 수요를 문제없이 처리할 수 있을지에 대한 불확실성이 커지고 있다.
 
이와 더불어 차세대 산업용 로봇인 협동 로봇 시장이 본격 개화하고 있는 가운데 동 시장을 주도하는 신흥 기업들이 기존 로봇 기업들과는 다르게 부품 선택에 있어서 납기 및 가격 등을 고려하는 유연한 모습을 보이고 있는 점도 시장 변화의 단초로 보여진다.
 
일본의 Nidec Simpo(비상장)와 중국의 Leader Drive(688017.CH)는 HDS의 시장 파이를 빼앗기 위한 공세에 나서며 점유율 확대 등 일정 성 과를 거두고 있고, 한국의 경우 에스피지(058610.KQ)와 에스비비테크 등이 국산화에 성공하며 시장에 진입하기 시작한 상황이다. 이같은 후발 주자들이 공급 레퍼런스를 쌓고 신뢰도를 높여간다면 10 년 후 소형 정밀 감속기 시장의 판도는 현재와 같은 HDS 독주 체제에서 크게 바뀌어 있을 것으로 예상한다
 
 
 

5. 백래쉬 영향을 줄인 감속기의 고정밀/경량화/슬림화 추세

 
감속기 분야에서 일본 기업이 압도적 강세를 보이는 데에는, 이미 오래전부터 남들보다 먼저 감속기 시장에 뛰어들어 시장을 개척해왔을 뿐 아니라, 제품의 품질과 성능 또한 후발 주자와 상당한 격차가 존재하기 때문이다. 감속기는 외관상 간단한 기계 부품으로 보일지라도, 로봇 관절 마다 활용되며, 힘과 정밀 제어에서 중요한 역할을 하고 있는 핵심 부품이다.
 

로봇의 정밀도는 모터를 얼마나 잘 제어하는가에 달려있으나, 모터에 결합되어 사용되는 감속기의 성능 또한 중요하다. 로봇에 사용되는 감속기는 여러 개의 기어로 구성되어 있고 각 기어가 맞물려 움직이며 에너지를 변환하게 되는데, 기어가 맞물릴 때 발생하는 유격(Back lash)의 크기가 정밀도에 큰 영향을 미치게 된다. 0.5도 차이는 1m 거리에서 8.7mm 의 오차를 만들어내므로, 감속기의 백래쉬를 얼마나 줄일 수 있는지가 중요하다.

 
즉, 충분한 토크를 만들어낼 수 있어야 하고, 높은 정밀도를 갖출 필요가 있다. 여기에 로봇이 고강도 작업과 충격에도 파손되지 않는 내충격성 및 저진동, 고강성, 작은 부피 등 다양한 특성 또한 요구된다. 최근에는 로봇 경량화 및 슬림화를 위해 중공(中空)형 감속기에 대한 수요도 커지고 있다.
 

현재 과학기술로 감속기 자체를 모방하는 것은 어렵지 않지만, 감속기는 매우 섬세하고 정교한 제품이기 때문에 다년간의 세월을 투자하여 생산 기술 노하우가 축적될 필요가 있어 신규 진입이 쉽지 않은 분야이다.
 

 
동사는 로봇용 감속기와 풍력발전기용 감속기 및 산업용 감속기 등 사이클로이드 치형 응용제품의 개발을 전담하는 연구팀을 두어 수요기업 요구사양에 따른 설계 및 제품개발에 힘쓰고 있다.
 
 
 
 

6. 로봇 신뢰도에 직결되는 부품 신뢰도

 
제조기업의 지상 과제는 생산성 향상이다. 생산성은 ‘생산량(Output)÷투입량(Input)’으로 결정되며, 생산성 향상은 곧 투입량을 줄이고 생산량은 늘리는 것이다. 노동 및 설비 효율을 높여 생산량을 늘리는 것이 핵심이지만, 다양한 Loss 를 줄임으로써 투입량 감소를 실현하는 것 또한 중요하다.

 
산업용 로봇 기업들은 로봇 기능(속도, 정밀도) 발전뿐만 아니라 고장 최소화를 통한 Zero-Down time 실현에도 많은 노력을 기울이고 있다. 로봇에 고장이 발생하는 원인에는 시스템적인 에러도 있지만 외부 충격에 의한 부품 파손 또는 부품 불량에 기인하는 경우도 적지 않다.

 
이에 따라 감속기와 같은 로봇 성능에 직결되는 핵심 부품의 경우, 수많은 테스트와 1~2 년에 걸친 검증 기간이 필요한 것으로 파악된다. 만약에 로봇의 예기치 못한 고장으로 다운 타임이 발생할 경우 제조기업 생산성에 지대한 영향을 미치게 되므로, 로봇 기업들은 로봇의 신뢰도를 위해서라도 보수적이고 까다로운 기준을 통해 부품을 선정하고 있는 것이다.
 

 
 
소형 정밀 감속기의 경우 HDS 가 지난 수십년 동안 로봇 기업과 협력하며 신뢰를 견고하게 다져 왔기 때문에, 후발주자들이 시장에 침투하는 것은 결코 쉽지 않다. 지난 2017 년 로봇 수요가 급증 했던 시기에 HDS가 감속기 수요 증가에 충분히 대응하지 못하며 일부 수요가 경쟁사로 유출된 적이 있었으나, HDS 는 당시 타사로 유출된 고객들이 제품 품질에 만족하지 못하고 다시 HDS 의 고객으로 돌아왔다며 자신감을 내비치기도 했다
 
 
 

출처: 유진투자증권, Bloomberg, Nice

 

뜨리스땅

 

 

 

https://tristanchoi.tistory.com/408

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