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유니메이트

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목차

1. 개요

유니메이트는 1950년대 조지 데볼이 개발한 세계 최초의 산업용 로봇이다. 1961년 제너럴 모터스 공장에 처음 도입되어 다이캐스팅 부품 운반 및 용접 등의 작업을 수행했으며, 인건비 상승과 위험한 작업 환경을 개선하는 데 기여했다. 유니메이트는 6축 제어와 227kg의 부품 처리 능력을 갖췄으며, 2003년 로봇 명예의 전당에 헌액되었다. 유압식 제어 방식의 한계로 인해 시장 점유율이 하락했지만, 자동화 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다.

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유니메이트
개요
이름유니메이트
종류산업용 로봇
개발 국가미국
최초 생산 년도1961년
특징세계 최초의 산업용 로봇
개발자조지 데볼
제조사유니메이션 (Unimation)
적용 분야다이캐스팅 머신에서 금속 부품을 집어 올리는 작업
용접
페인트 작업
기술 기반서보 모터, 유압 장치
제어 방식프로그램 가능한 제어 시스템
역사
개발 배경자동차 산업의 자동화 요구 증가
상업적 성공제너럴 모터스의 다이캐스팅 공정에 최초 도입
특허조지 데볼의 특허 기반
기술적 사양
작동 방식유압 구동
제어자기 드럼 메모리
프로그램 방식좌표를 순서대로 가르치는 방식
영향 및 의의
산업 자동화현대 산업 자동화의 선구자
로봇 산업로봇 산업 발전의 초석
사회적 영향제조업의 생산성 향상 및 노동 환경 변화
참고 자료
관련 서적Shimon Y. Nof, Handbook of Industrial Robotics, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1999.
Peter Menzel, Faith D'Aluisio, Robo sapiens: evolution of a new species, The MIT Press, 2000.
관련 링크World-Information.Org

2. 역사

유니메이트는 1950년대 조지 데볼이 발명하여 1954년에 특허를 출원하고 1961년에 승인받았다(미국 특허 2,988,237).[22][5] 이 특허는 기계, 특히 핸들링 장치의 자동 작동과 제어 장치에 관한 것이었다.[23][6] 데볼은 사업 파트너인 조셉 엔젤버거와 함께 세계 최초의 로봇 제조 회사인 유니메이션(Unimation)을 설립했다.[24][7]

초기 유니메이트는 무게가 약 1814.37kg에 달했으며,[25][9] 자기 드럼 메모리에 저장된 프로그램에 따라 작동했다. 1961년 제너럴 모터스(GM) 공장에 처음 도입되어,[20] 다이캐스팅 부품을 운반하고 자동차 차체에 용접하는 등 작업자에게 위험한 작업을 대신 수행했다.[25][4][20] 이는 당시 인건비 상승과 위험 작업 환경 개선이라는 산업계의 요구에 부응하는 것이었다.[16][17][18][19]

유니메이트는 6축 제어가 가능했고 최대 약 226.80kg(약 227kg)의 물체를 다룰 수 있도록 설계되었다. 이후 20년 이상 개선을 거듭하며 높은 신뢰성을 바탕으로 널리 보급되었으나, 유압식 제어 방식의 한계로 고정밀화 및 에너지 절약 추세에 뒤처지며 점차 시장 점유율이 하락했다. 산업용 로봇의 역사에 큰 족적을 남긴 유니메이트는 그 공로를 인정받아 2003년 로봇 명예의 전당에 헌액되었다.[26][10]

2. 1. 개발 배경

1950년대 후반, 미국의 산업 현장에서는 인건비가 점차 상승하고 있었다.[16][17][18][19] 이에 따라 인력 절감을 위한 방안으로, 당시 발전하던 전자 제어 기술을 도입하여 다양한 작업에 유연하게 대응할 수 있는 자동화 기계에 대한 수요가 높아졌다.[16][17][18][19] 또한, 다이캐스팅 부품 운반 및 용접과 같은 일부 공정은 작업자가 유독 가스에 중독되거나 심각한 부상을 입을 수 있는 매우 위험한 작업 환경에 노출되어 있었다.[25][4] 이러한 문제들을 해결하고 생산성을 높이기 위한 기술 개발의 필요성이 커지고 있었다.

이러한 시대적 요구 속에서 발명가 조지 데볼은 프로그래밍이 가능한 자동화 기계, 즉 산업용 로봇의 개념을 구체화했다. 그는 1954년에 관련 특허를 출원하여 1961년에 '프로그래밍된 물품 이송'(Programmed Article Transfer)이라는 이름으로 특허(미국 특허 2,988,237)를 취득했다.[22][5] 특허 문서에는 "본 발명은 기계, 특히 핸들링 장치의 자동 작동 및 이러한 기계에 적합한 자동 제어 장치에 관한 것이다."[23][6]라고 기술되어 있다.

데볼은 기계 및 엔지니어링 분야에서의 경험을 바탕으로[8], 사업 파트너인 조셉 엔젤버거와 손잡고 1961년 세계 최초의 로봇 제조 회사인 유니메이션(Unimation)을 설립했다.[24][7] 엔젤버거는 공장의 인간 노동자를 대체할 수 있는 기계적 노동자를 만드는 것을 궁극적인 목표로 삼았다.[8] 유니메이트 로봇은 바로 이러한 배경 속에서 위험한 작업을 대신하고 생산 효율을 높이기 위한 목적으로 탄생하게 되었다.

2. 2. 초기 모델

유니메이트는 1950년대 조지 데볼에 의해 발명되었다. 그는 1954년에 "프로그래밍된 물품 이송"(Programmed Article Transfer)이라는 이름으로 특허를 출원하여 1961년에 승인받았다(미국 특허 2,988,237).[22][5] 이 특허는 "기계, 특히 핸들링 장치의 자동 작동 및 이러한 기계에 적합한 자동 제어 장치"에 관한 것이었다.[23][6]

데볼은 사업 파트너인 조셉 엔젤버거와 함께 세계 최초의 로봇 제조 회사인 유니메이션(Unimation)을 설립했다.[24][7] 당시 산업계에서는 인건비 상승에 따라 인력 절감을 위한 자동화 기계, 특히 다양한 용도에 대응 가능한 유연한 작업 기계에 대한 수요가 높아지고 있었다.[16][17][18][19] 엔젤버거는 공장에서 인간 노동자를 기계로 대체하는 것을 궁극적인 목표로 삼았다.[8]

초기 유니메이트 모델은 무게가 약 1814.37kg(약 1.8ton)에 달했으며,[25][9] 컴퓨터와 같은 큰 상자와 팔 부분으로 구성되었다. 작동은 자기 드럼 메모리에 저장된 단계별 명령, 즉 프로그램에 따라 이루어졌다.

1961년, 유니메이트는 제너럴 모터스(GM) 공장의 다이캐스팅 공정에 처음으로 도입되었다.[20] 이 로봇은 자기 드럼에 기록된 명령을 따라 뜨거운 다이캐스팅 부품을 집어 자동차 차체에 용접하는 공정을 담당했다.[25][20] 이는 작업자가 유독 가스에 중독되거나 부주의할 경우 팔다리를 잃을 수도 있는 매우 위험한 일이었다.[25][4]

유니메이트는 6축 제어가 가능했으며, 최대 약 226.80kg(약 227kg) 무게의 부품을 고속으로 다룰 수 있도록 설계되었다. 이후 20년 이상 지속적인 개선을 통해 높은 신뢰성을 갖춘 로봇으로 발전했고, 공구 교체와 같은 작업도 수행하며 세계적으로 널리 보급되었다.

유니메이트는 산업용 로봇 역사에 중요한 기여를 했으며, 그 공로를 인정받아 2003년 로봇 명예의 전당에 헌액되었다.[26][10] 하지만 유압을 이용한 제어 방식은 시간이 지나면서 고정밀화 및 에너지 절약이라는 기술적 흐름에 뒤처지게 되었고, 점차 시장에서의 입지가 줄어들었다.

2. 3. 제너럴 모터스 도입

1950년대 후반, 점차 상승하는 인건비로 인해 인력 절감의 필요성이 커지면서, 산업계에서는 전자 제어 기술을 활용한 유연한 작업 기계에 대한 수요가 높아지고 있었다.[16][17][18][19] 이러한 배경 속에서 1961년, 유니메이트는 제너럴 모터스(GM)의 뉴저지주 트렌턴 공장에 처음으로 설치되었다.[20]

당시 유니메이트의 무게는 약 1814.37kg에 달했으며,[25][9] 자기 드럼 메모리에 저장된 명령에 따라 작업을 수행했다. 주요 임무는 다이캐스팅으로 만들어진 뜨거운 부품을 운반하여 자동차 차체에 용접하는 것이었다.[25][4][20] 이 작업은 사람에게 매우 위험하고 고된 일로, 작업자가 유독 가스에 중독되거나 부주의할 경우 신체 일부를 잃을 수도 있는 환경이었다.[25][4]

유니메이트의 도입은 이러한 위험한 작업을 자동화함으로써 작업 환경을 개선하고 생산성을 향상시키는 데 크게 기여했다. 이는 이후 산업용 로봇 기술 발전의 중요한 토대를 마련한 것으로 평가받는다.

2. 4. 기술 발전과 영향

1950년대 후반, 인건비 상승에 따라 인력 절감의 필요성이 커지고 전자 제어 기술이 발전하면서, 다양한 작업에 유연하게 대응할 수 있는 기계에 대한 산업계의 수요가 높아졌다.[16][17][18][19] 이러한 배경 속에서 유니메이트는 1961년 제너럴 모터스(GM) 공장의 다이캐스팅 제품 공정에 처음으로 도입되었다.[20] 유니메이트는 자기 드럼에 저장된 명령에 따라 다이캐스팅 부품을 기계에서 꺼내 자동차 차체에 용접하는 작업을 수행했는데, 이는 작업자에게 유독 가스 중독이나 부상 위험이 있는 고된 작업이었다.[4][20][25]

유니메이트는 6축 제어가 가능했으며, 최대 약 226.80kg (약 227kg) 무게의 부품을 고속으로 다룰 수 있도록 설계되었다. 이후 20년 이상 지속적인 개선을 거듭하며 높은 신뢰성과 사용 편의성을 갖춘 로봇으로 발전했고, 공구 교체와 같은 작업도 수행하며 세계적으로 가장 널리 보급된 산업용 로봇 중 하나가 되었다.

그러나 유니메이트는 유압식 제어 방식을 사용했기 때문에, 시간이 지나면서 고정밀화 및 에너지 절약이라는 기술적 흐름에 뒤처지게 되었다. 이로 인해 점차 시장 점유율이 하락했지만, 유니메이트는 산업용 로봇의 대중화와 자동화 기술 발전에 크게 기여한 중요한 로봇으로 평가받는다. 이러한 공로를 인정받아 2003년에는 로봇 명예의 전당에 헌액되었다.[10][26]

3. 기술적 특징

유니메이트는 조지 데볼의 초기 특허 설계를 발전시킨 산업용 로봇으로, 여러 독창적인 기술적 특징을 가지고 있다. 대표적으로 5자유도를 가진 유압 기계 방식의 조작기(manipulator arm)를 채택했으며, 이는 초기 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 방식보다 더 복잡한 작업을 수행할 수 있게 했다.[8] 또한, 작업자가 로봇 팔을 직접 움직여 동작을 가르치는 모방 학습 방식의 프로그래밍을 도입하여, 현대 로봇의 중요한 기능인 포인트 투 포인트(point-to-point) 이동 및 연속 경로 제어의 기초를 마련했다.[8] 정밀한 작업을 위해 독자적인 위치 감지 시스템과 인코더 어레이를 사용하여 로봇 팔의 위치를 정확하게 기록하고 제어하며 오차를 수정하는 기능을 갖추었다.[8] 이러한 기술적 특징들은 유니메이트를 최초의 성공적인 산업용 로봇으로 만들었으며, 이후 로봇 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다.

3. 1. 작동 원리

1961년 제너럴 모터스 공장에 설치된 유니메이트는 조지 데볼의 1954년 특허 디자인과는 다르게, 5자유도를 가진 유압 기계로 작동하는 프로그래밍 가능한 조작기(manipulator arm)였다. 이는 데볼의 초기 "프로그래밍된 물체 이송" (PAT) 특허에 설명된 더 단순한 3개의 각주 링크를 가진 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 방식의 암과 대조되었다.[8]

데볼의 초기 방법론은 아날로그 정보를 전기 신호로 변환하는 것을 포함했으며, 이는 후속 특허들의 기반이 되었다. 이 특허들은 그리핑 메커니즘을 포함한 프로그래밍 가능한 동작을 통해 다양한 산업 작업을 수행할 수 있는, 비용 효율적인 범용 물품 처리 기계를 제안했다. 이 기계는 레일 위의 바퀴 달린 섀시, 이동 기록 프로그램 드럼을 수용하는 기본 장치, 수직 팔 변환을 위한 엘리베이터, 이송 헤드 및 그리퍼가 있는 텔레스코핑 팔, 그리고 인코더 및 감지 헤드를 사용하는 3차원 위치 감지 시스템을 갖추고 있었다.[8]

위치 감지 시스템(고유 수용성)은 두 가지 버전으로 구상되었다. 하나는 홈이 파인 금속 스트립과 철 재료 감지 방식을 사용했고, 다른 하나는 극성 기반의 감지 및 기록을 사용하는 자화된 플레이트 방식이었다. 마찬가지로 프로그램 드럼도 두 가지 형태가 있었는데, 기계적으로 변형된 융기가 있는 연성 금속 시트와 단단한 자화 드럼 방식이었으며, 각각의 드럼 유형에 맞는 판독 메커니즘을 사용했다.[8]

로봇은 작업자가 그리퍼를 수동으로 움직여 프로그램 드럼에 위치를 기록하는 방식으로 프로그래밍할 수 있었고, 로봇은 기록된 동일한 동작을 수행할 수 있었다. 이는 초기 형태의 모방 학습으로 볼 수 있으며, 현대 로봇 팔의 표준 기능인 포인트 투 포인트(point-to-point) 이동을 가능하게 했다. 또한 자화 드럼을 사용하면 재생을 위한 타이밍 기준과 동기화된 곡선 경로를 따라 연속적인 움직임을 기록할 수도 있었다.[8]

기본 장치에 고정된 인코더 어레이는 기록을 위한 위치 지수 역할을 했으며, 로봇이 프로그래밍된 위치에 가까워지면 감속하고 작동 중에 스스로 오차를 수정하는 기능을 가능하게 했다.[8]

3. 2. 프로그래밍 방식

초기 유니메이트는 작업자가 로봇 팔을 직접 움직여 프로그램 드럼에 위치를 기록하는 방식으로 프로그래밍되었다. 이는 로봇이 작업자의 동작을 모방하는 초기 형태의 모방 학습 방식이었다.[8] 이 방식을 통해 현대 로봇 팔의 표준 기능인 포인트 투 포인트(point-to-point) 이동이 가능했다. 또한, 자화된 프로그램 드럼을 사용하면 재생을 위한 타이밍 레퍼런스와 동기화하여 곡선 경로를 따라 연속적인 움직임도 기록할 수 있었다.[8]

위치 감지 시스템은 두 가지 버전이 있었다. 하나는 홈이 있는 금속 스트립과 철 재료 감지를 이용했고, 다른 하나는 극성을 기반으로 감지하고 기록하는 자화된 플레이트를 사용했다. 프로그램 드럼 역시 기계적으로 변형된 융기가 있는 연성 금속 시트 형태와 단단한 자화 드럼 형태의 두 가지가 있었으며, 각각에 맞는 판독 메커니즘을 사용했다.[8]

로봇의 기본 장치에는 인코더 어레이가 고정되어 있어, 위치 정보를 기록하고 프로그래밍된 위치에 가까워지면 로봇 팔의 속도를 줄이며 작동 중 스스로 오차를 수정하는 기능을 수행했다.[8]

3. 3. 위치 감지 시스템

데볼의 특허는 로봇의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 3차원 위치 감지 시스템을 사용했다.[8] 이 위치 감지 시스템(고유 수용성)에는 두 가지 버전이 있었다. 하나는 홈이 파인 금속 스트립과 철 재료 감지 기술을 이용했고, 다른 하나는 자성을 띤 판(플레이트)에 극성을 기반으로 위치를 감지하고 기록하는 방식이었다.[8] 또한, 기본 장치에 고정된 인코더 어레이는 위치 기록을 위한 기준점 역할을 했으며, 로봇이 프로그래밍된 위치에 가까워지면 속도를 줄이고 작동 중 스스로 위치를 수정할 수 있도록 했다.[8]

4. 대중 문화

유니메이트는 조니 카슨이 진행하는 ''투나잇 쇼''에 출연하여 골프공을 컵에 넣고, 맥주를 따르고, 오케스트라 지휘자의 지휘봉을 흔들고, 아코디언을 잡고 흔드는 모습을 선보였다.[7][11]

'알란 폰 노이만 주니어'라는 캐릭터가 설계한 ''유니메이트''라는 가상의 로봇이 DC 코믹스의 만화에 등장했다.[12]

참조

[1] 서적 Handbook of Industrial Robotics John Wiley & Sons
[2] 웹사이트 World-Information.Org http://world-informa[...] 2024-01-29
[3] 서적 Robo sapiens: evolution of a new species https://archive.org/[...] The MIT Press
[4] 뉴스 "1961: A peep into the automated future" http://www.capitalce[...] The Trentonian 2011-08-11
[5] 웹사이트 Unimate // The First Industrial Robot https://www.automate[...] 2024-01-29
[6] 웹사이트 Unimate: The Story of George Devol and the First Robotic Arm https://www.theatlan[...] 2024-01-29
[7] 웹사이트 1961: The first robot http://www.capitalce[...] 2024-01-29
[8] 간행물 Robot excess: machine histories and a hermeneutics of movement https://link.springe[...] 2024-12
[9] 웹사이트 How Robots Left the Lab and Started Helping Humans https://www.smithson[...] 2024-01-29
[10] 웹사이트 The Robot Hall of Fame - Powered by Carnegie Mellon University http://www.robothall[...] 2024-01-29
[11] Youtube Video clip of Unimate on The Tonight Show Starring Johnny Carson https://www.youtube.[...]
[12] 문서 Booster Gold
[13] 웹사이트 歴史 https://www.robots.c[...]
[14] 웹사이트 産業用ロボットの歴史 https://www.jpo.go.j[...]
[15] 웹사이트 1958-62 – “VERSATRAN” Industrial Robot http://cyberneticzoo[...]
[16] 웹사이트 産業用ロボットの歴史 http://www.ifr.org/h[...]
[17] 웹사이트 国産ロボット技術発達の系統化に関する調査 https://sts.kahaku.g[...]
[18] 웹사이트 全文 - Nedo http://www.nedo.go.j[...]
[19] 웹사이트 ロボットについて http://www.nedo.go.j[...]
[20] 웹사이트 ROBOT HALL OF FAME http://www.robothall[...]
[21] 서적 Handbook of Industrial Robotics https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
[22] 웹인용 Unimate // The First Industrial Robot https://www.automate[...] 2024-01-29
[23] 웹인용 Unimate: The Story of George Devol and the First Robotic Arm https://www.theatlan[...] 2024-01-29
[24] 웹인용 1961: The first robot http://www.capitalce[...] 2024-01-29
[25] 웹인용 How Robots Left the Lab and Started Helping Humans https://www.smithson[...] 2024-01-29
[26] 웹인용 The Robot Hall of Fame - Powered by Carnegie Mellon University http://www.robothall[...] 2024-01-29


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