4		서보모터

사업구분

소재부품패키지형

과제유형

■ 제품개발형(혁신제품형)

산업기술분류

대분류

기계·소재

중분류

로봇/자동화기계

소분류

-

과제명

개방형 프로토콜 기반 초소형·경량 서보 모터 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요)

- 국내 로봇용 서보모터 제품의 경량/소형화, 개방형 프로토콜 기반 엔코더 및 서보드라이브, 서보제어 알고리즘의 성능, 안전성 확보를 통한 제품화 기술개발 및 서보 시스템 실증

․ 일본산 서보모터 동급수준인 Sigma-7 수준의 경량, 소형화 및 IP67등급의 서보모터 제품화 기술개발

․ 개방형 프로토콜 2종 이상 지원, 23비트 이상의 분해능을 가지는 서모보터용 엔코더 상용화 기술개발

․ 모터 및 부하 자동추정 알고리즘의 신뢰성이 확보된 멀티 네트워크 지원 서보드라이브 제품화 개발

․ 서보시스템 (모터, 드라이브, 콘트롤러) 통합 호환성 검증, 플랫폼 실장 성능 및 신뢰성 실증

ㅇ (필요성)

- 기존 사업 수행성과

․ 국산화 노력에 따라 선진국대비 품질격차는 감소추세이나 호환성 확보 및 소형화/경량화 등 기술개발을 통한 상용화기술 제고 필요

․ H社 등 수요기업에서 L社의 서보모터 도입을 적극 검토하는 등 국내 제품 적용 가능성은 높으나, 성공적인 국산화를 위해 추가적인 기술개발 필요

- 상용화 지연 사유

․ 국내 서보모터 설계기술은 선진국 대비 거의 기술격차가 없으나, 일본 서보모터의 폐쇄적인 자체 센서(엔코더) 프로토콜 및 드라이브, 제어기 간 호환성 문제가 있어 국내생태계 생성이 어려움

․ 일본산 모터는 국산 모터에 비하여 동일 성능에서 더 가벼운 무게 및 작은 크기를 가짐 이는 최적화 설계 기술과 모터코어 정밀가공 기술 격차에 의한 것으로 판단됨

․ 모터 소재인 베어링은 정밀 가공 기술 격차에 의하여 진동/소음 및 제품 수명의 차이를 유발

․ 서보드라이브는 모터 제어 알고리즘 기술에서의 격차로 인하여 오토 튜닝, 진동 억제 등의 기능 차이와 더불어 각종 제어 모드에서의 버그에 의한 신뢰성 저하 문제가 존재

ㅇ 국내외 시장현황

- (글로벌 시장) 세계 서보모터 시장은 ‘17년 88억불에서 ’25년 114억불로 연평균 6.4% 성장 전망

․ 시장규모 : (’17년) 88억불 → (’25년) 114억불 (Grandviewresearch, '18.11월)

․ 제조업용 로봇 당 평균 4~6개의 서보모터가 활용되고 있으며 세계 시장의 59%를 일본기업이 점유

․ 세계 서보모터 시장 점유율 : 화낙 21%, 야스카와전기 20%, 지멘스 16%,  미츠비시전기 16%, 파나소닉이 2%를 차지 (야노경제연구소, ’18.1월)

- (국내 시장) 국내 로봇용 서보모터는 일본이 58.4%를 차지하고 있으며 로봇용 서보모터 연간 소비규모는 833억원

․ 일본, 독일, 중국이 국내 시장의 94%*를 차지하고 있으며 일본産이 국내 로봇용 서보모터 시장의 58% 이상 차지

․ 로봇용 서보모터 국내 공급액: ’17년 日 487억원, 中 125억원, 獨 89억원 순으로 점유, 日, 中, 獨 3개국이 84%, 일본산이 58% 차지 (로봇산업실태조사)

□ 국외 기술 동향

- 파나소닉, 미쓰비시, 화낙 등 일본산제품이 내수시장의 833억원 중 58.5%(487억원) 점유(’17년 로봇산업협회)

․ 국산제품(H社, L社 등) 및 중국, 독일 등 타국가 수입제품은 41.5%(346억원)에 불과

․ 세계 서보모터 시장 중 화낙 21%, 야스카와전기 20%, 지멘스 16%, 미츠비시전기 16%, 파나소닉 2%를 차지(야노경제연구소, ‘18.1월)

2. 개발내용 및 목표

ㅇ 최종목표 : 국내 로봇용 서보모터 제품의 경량/소형화, 개방형 프로토콜 기반 엔코더 및 서보드라이브, 서보제어 알고리즘의 성능, 안전성 확보를 통한 제품화 기술개발 및 서보 시스템 실증(TRL :  5단계 ~ 7단계)

ㅇ 개발내용

- 일본산 서보모터 동급수준인 Sigma-7 수준의 경량, 소형화 및 IP67등급의 서보모터 제품화 기술개발

- 개방형 프로토콜 2종 이상 지원, 23비트 이상의 분해능을 가지는 서모보터용 엔코더 상용화 기술개발

- 모터 및 부하 자동추정 알고리즘의 신뢰성이 확보된 멀티 네트워크 지원 서보드라이브 제품화 개발

- 서보시스템 (모터, 드라이브, 콘트롤러) 통합 호환성 검증, 플랫폼 실장 성능 및 신뢰성 실증

ㅇ 추진방법

- 주관기관 및 2개사 이상 로봇용 서보모터 전문기업이 참여기관으로 국산 로봇용 서보 시스템의 기능개선 및 신뢰성을 확보하고 제품화 통합 실증을 통한 생태계 생성

․ (1단계[1, 2차년도]) 판매가능한 수준의 제품을 보유한 기업들에게 대상제품군* 기술개발 지원(2~3개사), 1단계 기술개발결과 평가를 통한 1개사 선정**

* 주관기관이 사업계획서 제출시 대상 제품군(3종 이상), 평가 기준 및 선정 방법 제시

**1단계 보고서 제출 시, 참여기관 별 기술개발 평가 및 선정 결과 제출 필요

․ (2단계[3차년도]) 2단계로 제품군을 확대하여 기술개발 계속 지원

- 참여 기업은 서보모터 완제품 제조기업을 대상으로 함

․ 서보모터 구성부품(엔코더, 서보드라이브 등) 제조기업이 완제품 기업의 용역사업으로 참여 가능

․ 주관기관의 워크숍 및 기술교류회 개최를 통한 각 참여기업 간 문제해결 방안 및 협력방안 공유

․ 서모보터 성능평가 전문 연구기관이 참여하여 각 기업 개발품에 대한 통합 호환성 검증, 플랫폼 실장 성능 및 신뢰성 실증 수행할 수 있음

․ 로봇 완제품 제조기업(수요기업)의 제품별 사용성 평가 수행

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	서보모터 경량화 및 소형화	-	- Y사 Sigma-7 동등수준 확보	-	Sigma-7 (일본, 야스카와)
2	서보모터 보호등급	IP	- IP67 이상	IP65	IP67 (일본, 야스카와)
3	서보모터 성능	%	- 정격/최대 출력비 350% 이상	300%	350% (일본, 야스카와)
4	서보모터용 엔코더	[bits] 오픈프로토콜	- 싱글턴 23이상, 멀티턴 16이상 - 2종 지원(BiSS, SSI)	-	- 싱글턴 23이상, 멀티턴 16이상 - 2종 지원(BiSS, SSI) (일본, 야스카와)
5	서보드라이브	[kHz] 네트워크 기능 Mode	- 전류제어주파수 4kHz 이상 - EtherCAT Coe/FoE, CANopen - 진동억제, 오토튜닝 기능 - Cyclic Mode, Profile Mode 지원	-	- 전류제어주파수 4kHz 이상 - EtherCAT Coe/FoE, CANopen - 진동억제, 오토튜닝 기능 - Cyclic Mode, Profile Mode 지원 (일본, 야스카와)
6	로봇시스템 경로추종 성능	mm	±2.0 이내	-	-
7	서보모터 cogging torque	%	5% 이내		5% 이내 (일본, 야스카와)

ㅇ경쟁형 사유

- 국산 로봇용 서보 시스템의 기능개선 및 신뢰성을 확보하고 제품화 통합 실증을 통한 생태계 생성 및 기술개발‧사업화 성공률을 높이기 위해 복수기관에서 기술개발 후 단계적으로 우수한 기술개발 업체에 지원하는 경쟁형 기술개발 방식이 타당하다고 판단됨

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 28개월 이내 (1차년도 : 6개월, 2차년도 : 10개월, 3차년도 : 12개월)

* 1단계[1차년도, 2차년도] 1.5년 이내, 2단계[3차년도] 1년 이내

* 1차년도 과제 수행기간 : 2019년 9월 1일 ~ 2020년 2월 29일(6개월)

ㅇ 정부출연금 : ’19년 10억원 이내(6개월)(총 정부출연금 50억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 : 징수

ㅇ 특이사항

- 1단계(1~2차년도)는 개발완료제품 보유한 복수의 기업에게 참여기업 형태로 경쟁형 지원(2~3개사)

- 2단계(3차년도)는 주관기관 및 선정된 1개사를 대상으로 기술개발 계속 지원

* 2단계 참여기관 조정으로 선정된 1개사 계속지원