앞서가는 로봇을 위한- 전기 액추에이터 선택 가이드

어떤 전기 액추에이터를 써야 로봇이 부드럽게 움직이고, 반복적인 동작에서도 안정적일 수 있을까요?

 

기계나 로봇을 설계할 때 가장 많은 고민을 불러일으키는 부품 중 하나가 바로 ‘액추에이터’입니다.

 

외형이 비슷해 보여도 성능 차이는 분명히 존재하고, 용도에 맞지 않는 모터를 선택하게 되면 장비 전체의 안정성이 떨어지거나 불필요한 전력 낭비, 과열, 수명 단축 같은 문제로 이어질 수 있습니다.

 

 

단순히 토크가 크다고 좋은 모터일까요?

아니면 작고 가벼운 게 항상 유리할까요?

 

 

정답은 없습니다. 다만, 용도와 조건에 따라 올바른 선택 기준을 아는 것이 중요합니다.

 

이 글에서는 수많은 전동 액추에이터 중에서 어떤 제품이 어떤 환경에 적합한지, 그리고 그 판단 기준이 어떻게 달라지는지에 대해 하나씩 짚어보겠습니다.

 

 

전동 액추에이터란 무엇인가

세상이 자동화되어 가는 지금, 우리가 보는 많은 로봇이나 자동화 장비에는 움직임을 구현하기 위한 많은 장치가 장착되어 있습니다. 많은 구동 장치 중 핵심은 단연 엑추에이터입니다.

 

전기 액추에이터는 정해진 명령에 따라 정확한 위치로 움직이거나 특정한 힘을 발휘할 수 있도록 해주는 중요한 부품입니다.

 

사람의 근육처럼 역할을 한다고 보면 이해가 쉬울 것입니다. 일상에서는 의료 로봇, 물류 장비, 제조 공정 로봇, 또는 자동문 시스템에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되며 자동화와 지능형 설비의 핵심 동력원 역할을 합니다.

 

그런데 이 엑추에이터를 선택하는 일이 생각보다 복잡합니다. 단순히 크기나 전압만 본다고 끝나는 것이 아니라, 아주 다양한 조건들을 면밀하게 고려해야 최적의 성능을 발휘할 수 있기 때문입니다.

 

그렇다면, 어떤 기준으로 전동 액추에이터를 선택해야 할까요? 지금부터 실제 설계나 현장 적용에서 꼭 확인해야 할 핵심 요소들을 하나씩 짚어보겠습니다.

 

 

전기 액추에이터 성능을 결정짓는 핵심 요소들

엑추에이터를 선택할 때, 단순히 ‘잘 도는 모터’인지 여부만을 판단 기준으로 삼기엔 부족합니다. 실제로는 다양한 설계 조건과 운용 환경 속에서 어떤 조건에서도 일관된 성능을 유지할 수 있느냐가 중요한 관건입니다.

 

토크, 치형 구조, 크기와 무게, 작동 환경 대응력 등은 그중에서도 기본이자 핵심이 되는 판단 기준입니다.

 

토크 – 움직임의 힘을 만드는 기준

전기 액추에이터의 핵심 성능 지표 중 대표적인 사항은 ‘토크’입니다.

 

토크란 간단히 말해 회전하는 힘, 즉 어떤 물체를 돌리거나 밀어내는 능력을 수치로 나타낸 것입니다. 일반적으로 토크가 클수록 더 무거운 하중을 움직일 수 있으며, 장시간 강한 힘이 필요한 상황에서도 안정적인 작동이 가능합니다.

 

예를 들어, 물류 로봇이 20kg 이상의 화물을 들어올리거나 운반해야 할 때, 모터가 회전만 잘 된다고 해서 충분한 성능을 낸다고 보기는 어렵습니다.

 

화물의 무게를 이겨내고 실제로 ‘움직이게’ 만들려면 그만큼 강한 회전력이 뒷받침되어야 하는데, 이때 필요한 물리적 힘이 바로 토크입니다.

 

 

하지만 여기서 흔히 발생하는 오해가 있습니다. “토크가 클수록 무조건 좋은 모터다”라는 인식인데, 이는 절반만 맞는 말입니다.

 

토크가 크면 당연히 더 강한 힘을 낼 수 있지만 그만큼 모터 자체의 크기와 무게가 증가하거나 전력 소비량이 커질 수 있습니다. 공간이 제한적인 장비나 배터리로 작동하는 로봇에서는 이러한 요소들이 치명적인 단점이 될 수 있습니다.

 

또한, 토크가 지나치게 크면 오히려 제어가 어려워지거나 부하가 적은 상황에서는 과도한 힘으로 인해 정밀성이 떨어지는 문제도 발생할 수 있습니다.

 

결국 중요한 건, 작동 환경과 작업 목적에 맞는 '적정 토크'를 설정하고 시스템 전체의 구조와 효율을 고려해 토크를 최적화하는 전략을 수립하는 것 입니다.

 

전기 액추에이터 치형 구조 – 내구성과 충격 대응을 결정하는 설계

하지만 회전력, 즉 토크가 충분하다고 해서 그것이 자동으로 효율적인 동작을 의미하는 것은 아닙니다. 이 힘을 얼마나 안정적으로, 손실 없이 전달할 수 있는가는 또 다른 문제입니다. 바로 여기서 중요한 역할을 하는 것이 ‘치형’입니다.

 

치형은 기어의 이가 맞물리는 방식을 의미하며 동력을 전달하는 접촉 형태와 경로를 뜻합니다. 단순한 회전운동 같지만 실제로는 고속 회전을 저속의 고토크로 바꾸는 과정에서 치형 구조가 하중의 분포, 마찰 면적, 진동 발생 방식 등에 직접적인 영향을 미칩니다.

 

대표적인 치형 방식으로는 웜기어, 유성기어, 그리고 사이클로이드 치형이 있습니다. 웜기어는 구조가 단순하고 제작 단가가 낮아 다양한 장비에 활용되지만, 접촉면이 좁고 마찰이 집중되어 마모가 빠르며 역회전을 방지하는 데 구조적 보완이 필요합니다.

 

유성기어는 토크 분산이 잘 되고 정밀성이 높아 많이 사용되지만 복잡한 기어 구성으로 인해 진동과 소음 문제가 누적되기 쉽습니다.

 

 

이에 반해 사이클로이드 치형은 여러 개의 이가 동시에 맞물려 하중을 분산시키는 구조를 가지고 있어 마모에 강하고 충격 하중이 분산되어 파손 위험이 낮습니다. 특히 비틀림 충격이나 반복 동작이 많은 환경에서 더 안정적인 성능을 보이며 로봇 관절이나 자동화 시스템에서 높은 평가를 받고 있습니다.

 

크기와 무게 – 공간 제약을 극복하는 설계 유연성

전기 액추에이터의 치형 구조가 성능과 내구성을 결정짓는 기계적 기반이라면 실제 현장에서는 부품의 크기와 무게가 장착 가능성에 영향을 미치는 중요한 제약 조건이 됩니다. 아무리 성능이 뛰어나더라도 그 부품이 장비에 설치되지 못한다면 아무런 의미가 없기 때문입니다.

 

특히 협동 로봇이나 물류 자동화 장비처럼 좁은 공간에서 정밀하게 움직여야 하는 경우 크기와 무게는 단순한 외형 문제가 아니라 설계 전체의 방향을 바꿔야 할 만큼 중요한 요인이 됩니다.

 

예를 들어 좁은 작업대 위에서 사람과 함께 움직이는 로봇의 경우, 전동 액추에이터 하나의 직경, 두께, 무게는 제품 크기, 이동 범위, 센서 배치에 이르기까지 여러 요소에 영향을 줍니다.

 

 

이러한 현실적 문제를 해결하기 위해 최근에는 동일한 출력 조건에서도 부피를 최소화한 컴팩트형 엑추에이터가 개발되고 있으며, 박형 구조, 중공형 설계, 모듈화된 일체형 설계가 활발히 도입되고 있습니다.

 

크기와 무게는 단순히 설계의 불편함이 아니라, 제품 성능을 극대화하는 전략적 설계 요소로 점점 더 중요해지고 있습니다.

 

작동 환경 – 먼지, 진동, 온도 등 실사용 조건 대응

마지막으로 확인해야 할 점은 로봇이 작동하는 조건에 전기 액추에이터가 적을할 수 있는가?라는 것입니다. 설계와 성능이 아무리 완벽하더라도 그것이 실제 환경에서 안정적으로 작동하지 못한다면 결국 무용지물이 됩니다.

 

 

기름때가 묻고 먼지가 날리는 공정 라인, 온도 변화가 큰 실외, 진동이 끊이지 않는 생산설비 안에서 전동 액추에이터는 구동 안정성뿐 아니라 환경 적응력까지 요구받습니다.

 

예를 들어 분진이 많은 곳에서는 내부로 이물질이 침투해 베어링이 마모되거나 센서가 오작동할 수 있고, 고온·다습한 환경에서는 절연 파손이나 금속 부식이 가속화됩니다.

 

반대로 극저온 환경에서는 윤활제가 경화되며 회전 저항이 증가해 동작에 지장을 줄 수 있습니다. 이러한 문제에 대응하려면 처음부터 제품 설계 단계에서 방진·방습, 진동 저감, 열 방출 구조, 재질의 특성까지 고려해야 하며 선택 시에는 내열/내한 사양, 진동 내성 수치 등을 반드시 확인해야 합니다.

 

(주)본시스템즈가 제안하는 전동 액추에이터 솔루션

지금까지 전기 액추에이터의 성능을 결정짓는 핵심 요소들, 즉 토크, 치형 구조, 크기와 무게, 그리고 작동 환경에 대한 대응력까지 살펴보았습니다.

 

이러한 요소들은 단순한 기능적 사양이 아닌 실제 로봇이나 자동화 시스템의 전체적인 동작 안정성과 직결되는 중요한 설계 판단 기준입니다.

 

하지만 이처럼 다양한 기술 요소를 모두 충족시키는 엑추에이터를 설계하고 구현하는 일은 결코 단순하지 않습니다.

 

각각의 요소들은 서로 밀접하게 연결되어 있어 하나의 성능을 극대화하려 할 경우 다른 요소의 균형이 무너질 수 있기 때문에 다방면에서 고르게 완성된 기술력이 요구됩니다.

 

 

(주)본시스템즈는 이러한 복합적인 기술 조건을 현실적인 제품 설계에 반영하고 고객의 다양한 산업적 요구를 만족시키기 위해 엑추에이터 기술의 통합적 발전을 지속해왔습니다.

 

특히 당사는 토크 성능, 치형 구조, 설치 유연성, 환경 적응력, 제어 일체화에 이르기까지 전반적인 기술 요소를 종합적으로 고려한 액추에이터 솔루션을 제공하고 있습니다.

 

당사는 자체 설계한 사이클로이드 치형 감속기를 적용하여 고출력 토크를 안정적으로 구현하면서도 충격 하중에 강한 내구성을 확보할 수 있습니다.

 

진동과 마모를 줄이고 반복 동작에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있어 고부하 환경이나 장시간 운전 조건에서도 안정적인 작동을 보장합니다. 또한 얇은 두께에도 고토크와 내구성을 겸비한 박형 엑추에이터를 개발하여 로봇 설계에 있어 자유도를 향상시켜 로봇의 완성도를 극대화 시킬 수 있도록 합니다.

 

 

더 나아가 (주)본시스템즈는 단순한 고성능 부품 제조를 넘어 스마트 액추에이터로의 진화를 준비하고 있습니다.

 

감속기와 모터, 제어기, 센서, 브레이크 기능이 하나의 모듈에 통합된 일체형 스마트 액추에이터는 보다 정밀한 위치 제어와 실시간 피드백을 가능하게 하며, 외부 제어기나 복잡한 배선 없이도 독립적으로 작동할 수 있어 전체 시스템 구성의 효율성을 획기적으로 향상시켜 줄 것입니다.

 

이처럼 (주)본시스템즈는 고객에게 설계 자유도, 고토크, 내구성, 통합 제어라는 네 가지 핵심 요소를 모두 충족시켜 드릴 수 있는 통합형 전기 액추에이터 솔루션을 지속적으로 개발하고 있습니다.

 

앞으로도 당사는 기술적 한계를 끊임없이 확장하여 더 작고 강력하며, 더 똑똑한 엑추에이터 개발을 통해 산업 현장의 가능성을 넓혀갈 것입니다.

 

저희의 액추에이터 솔루션이 귀사의 장비와 어떻게 맞춤 설계될 수 있는지 궁금하시다면, 지금 홈페이지를 통해 간편하게 견적 상담을 신청해보시길 바랍니다.

 

고객의 환경에 최적화된 설계 제안으로 한층 더 완성도 높은 자동화 시스템을 함께 만들어가겠습니다.