[비즈월드] 스타크래프트 같은 게임에서나 보던 ‘건설로봇’이 실제 공사 현장에서 활약하고 있다. 건설로봇은 정교한 작업을 일관적으로 수행하는 능력을 갖춘 동시에, 위험한 작업을 대신하며 근로자들의 안전까지 책임지고 있다. 건설업계는 다양한 장점을 두루 갖춘 건설로봇 도입을 위해 기술개발과 특허 등록에 힘쓰고 있다. 비즈월드가 건설업계의 건설로봇 특허를 소개한다. [편집자 주]

현대엔지니어링(대표 홍현성)이 비정형 조형물을 로봇으로 쉽고 빠르고 튼튼하게 제작할 수 있는 ‘3D 로봇 조형기술’을 개발하고 특허를 취득했다.

28일 비즈월드가 특허정보검색서비스 키프리스를 통해 확인한 결과, 현대엔지니어링의 ‘3D 로봇 조형기술을 활용한 비정형 콘크리트 조형물의 제조방법’은 지난 2020년 3월 출원(출원번호 제1020200030494호)돼 같은 해 9월 특허(등록번호 제102161279호)로 등록받았다.

최근 건설 기술의 발전으로 다양한 디자인의 비정형 조형물이 늘어나고 있다. 비정형 조형물은 주로 공원 등 야외 공간에 전시 목적으로 설치되는데 외부에 노출되는 만큼 균열·파손이 발생할 우려가 있다.

현대엔지니어링의 ‘3D 로봇 조형기술’은 복잡한 형상을 가지는 비정형 조형물을 쉽고 빠르고 튼튼하게 제작할 수 있는 기술이다.

조형물 원형 제작 없이 로봇으로 거푸집을 곧바로 제작하며 시간과 비용을 절감한다. 로봇으로 제작하기 때문에 오류가 발생할 가능성이 적고 복잡한 형태도 정밀하게 제작할 수 있다. 보강재가 조형물 내부에 배치돼 부식될 우려가 적다. 보강재가 거푸집 내부에 배치된 상태에서 콘크리트가 타설되기 때문에 전체적인 강도와 균열 방지 성능도 향상된다.

제작단계는 ▲거푸집 제작단계 ▲보강재 제작단계 ▲콘크리트 타설단계 ▲거푸집 표면처리 ▲UHPC 타설단계 등으로 나뉜다.

거푸집 제작단계는 제1로봇이 수행한다. 제1로봇이 3D 도면을 기초로 로봇 암과 다양한 기구를 이용해 콘크리트가 타설될 거푸집을 제작한다. 이 발명에서는 발포폴리스티렌(EPS)으로 거푸집을 제작하지만 소재 변경도 가능하다. EPS 원단을 거칠게 다듬는 러핑(roughing) 작업과 이를 세밀하게 다듬는 피니싱(finishing) 작업으로 제작된다. 완성품은 분리할 수 있는 블록을 결합한 직육면체 구조를 띤다.

보강재 제작단계는 제2로봇이 수행한다. 거푸집에 타설될 콘크리트의 강성을 보강하기 위해 내부에 배치될 보강재를 만든다. 이 발명에서는 스테인리스 와이어를 얽은 다이아 그리드 형태로 보강재를 제작하지만 소재 변경도 가능하다. 스테인리스 와이어를 용융(고체를 녹여 액체화)하고 아크용접을 통한 적층 가공 방법으로 제작된다. 보강재가 설치된 비정형 조형물은 외부에 설치되더라도 파손이나 균열의 위험이 적다.

작업을 수행하는 제1로봇, 제2로봇은 구조가 비슷하다. 로봇에서 팔의 역할은 아암이 맡는다. 아암은 거푸집과 보강재 제작에 필요한 방향으로 360도 회전과 선형 이동이 가능하다. 이밖에 수행할 작업에 따라 토치·피더·홀더 등이 더 설치된다.

거푸집 표면처리 단계는 표면처리 로봇이 수행한다. 보강재를 거푸집 안에 넣기 전에 거푸집 내부를 매끈하게 처리한다. 표면처리 물질은 우레아·우레탄을 사용하는 데 거푸집에 타설된 콘크리트가 굳은 후에 잘 떨어질 수 있도록 하는 박리층 역할을 한다.

UHPC 타설단계는 로봇 또는 사람이 수행한다. 거푸집 내부에 콘크리트를 타설한다. 콘크리트는 제작코자 하는 비정형 조형물의 형태를 형성하기에 최적화되고 별도의 외부 표면보호제가 필요하지 않을 정도의 내구성을 가지는 UHPC(Ultra-High Performance Concret)를 사용한다. 타설 속도는 콘크리트의 밀실과 거푸집 파손 방지를 위해 0.5m 3/hr 내지 5m 3/hr의 속도로 진행된다.

UHPC 타설단계 전에 거푸집을 고정하는 외부 거푸집을 추가로 설치할 수 있다. 강성이 강한 스틸 소재로 형성한다. 외부 거푸집은 거푸집에 타설된 콘크리트의 압력에 의해 거푸집의 측면이 벌어지거나 파손되거나 부력으로 떠오르는 것을 막는다.

현대엔지니어링 관계자는 “최근 수요가 늘어나고 있는 비정형 조형물 시장 선점을 위해 로봇을 활용한 3D 조형기술을 개발하게 됐다”며 “어려운 난이도의 작업을 사람 대신 빠르고 쉽게 수행할 수 있는 로봇 기술개발과 도입에 더욱 힘쓰겠다”고 말했다.

[비즈월드=나영찬 기자 / na@bizwnews.com]