KUKA 로봇이 건축분야에서 로봇 공법에 관한 미래의 전망을 제시합니다.

슈투트가르트 대학(Uni Stuttgart)의 한 프로젝트에서 두 대의 KUKA 로봇이 목재 판을 정밀하고 효율적으로 접착하고 절삭함으로써 지금까지 드물게 자동화 공정을 투입하고 있던 목조 산업분야에서도 산업 로봇이 고유의 장점을 이용해 진가를 발휘할 수 있다는 것을 증명했습니다.

연구 프로젝트: 목조 건축분야의 로봇 공법

2008년 설립된 슈투트가르트 대학의 Institute for Computational Design and Construction(ICD)은 컴퓨터 지원의 설계 공정 및 시공 공정을 개발했습니다. 프로젝트의 중점은 건축분야에서 로봇을 사용한 공법의 적용에 있습니다. ICD는 2019 연방 정원박람회(BUGA)를 위해 오직 로봇만으로 실현될 수 있는 목재 경량 공법이 적용된 혁신적 파빌리온을 개발했습니다. 필요한 설비의 설계는 BEC GmbH에서 지원하였습니다. 이 설비 제조사는 검증된 KUKA 로봇을 선택했습니다. 2축 포지셔너 DKP-400KR 500 FORTEC 타입의 두 대의 KUKA 로봇이 사용됩니다. 산업 로봇이 목재 카트리지를 접착하고 절삭합니다.

세심함 및 효율성 로봇이 목재 판을 접착합니다.

하일브론의 2019 연방 정원 박람회

연방 정원 박람회(BUGA)는 2년에 한 번씩 독일의 다른 도시에서 개최됩니다. BUGA는 처음에는 단순한 정원 전시회였지만 현재는 훨씬 더 큰 박람회로 자리매김하고 있습니다. 이 박람회는 도시 계획 및 건축 분야에서 미래 지향적 발전상을 보여줍니다. 올해 하일브론에서 열리는 BUGA에서는 나무와 꽃 외에도 목재로 된 혁신적 파빌리온을 볼 수 있습니다. 자연 현상에서 목재 구조물에 대한 영감을 얻은데 기초하고 있다는 점이 이 파빌리온이 얼마나 BUGA 박람회장에 잘 어울리는지를 말해줍니다.

웅장한 전망: BUGA 2019의 목조 파빌리온
건축분야에서의 로봇 제조공법

자연에서 영감을 받은 구조: 목재 판을 접착하는 로봇

“우리의 작업에서 중점을 두는 것은 생명체 모방 기술(biomimetic) 연구에 있습니다”라고 ICD의 소장인 아힘 멩게스(Achim Menges) 교수가 설명합니다. “자연의 형태, 재료 및 구조는 종종 현행 건축술보다도 우수한 재료 효율성과 기능성을 보여줍니다.” BUGA의 파빌리온은 성게의 껍질을 모방해서 제작되었습니다: 이것은 개별적으로 자라난 판으로 구성되어 있습니다. 목조 파빌리온의 경우도 376개의 독립된 개별 파트 엘리먼트로 되어 있습니다. 로봇은 단판 적층재로 만든 목재 판 및 목재 빔으로 이루어진 엘리먼트를 서로 접착시킵니다. 내부에는 속이 빈 16cm 두께의 오각형, 육각형, 칠각형의 카트리지가 있습니다. 완성된 파빌리온은 내부에 스트랩이나 지지대 없이 30m 길이로 펼쳐져 있습니다. “이 경량 공법은 전 세계적으로 지금까지 유일합니다. 로봇 공법이 아니고는 이러한 고품질의 파트의 다양성은 생각지도 못할 것입니다”라고 ICD의 연구원이자 박사과정생인 한스 야콥 바그너(Hans Jakob Wagner)는 설명합니다.

개별적 제조 공법 목재 파빌리온은 376개의 개별 파트가 접합되어 있습니다.

완전 자동화: KUKA 산업 로봇이 목재 카트리지를 정밀하게 절삭합니다.

로봇 제작은 KR 500 FORTEC 타입의 두 대의 KUKA 로봇이 수행합니다: 로봇 1은 2축 포지셔너 KUKA DKP-400 위의 기본 플레이트에 포지셔닝됩니다. 로봇 2는 목재 판 위에 접착제를 도포하고, 그 후에 로봇 1이 구조물 빔을 그 위에 접착합니다. 로봇 2가 빔에 나무못을 박아 넣습니다. 산업 로봇은 이 작업 단계를 모든 빔이 접착되고 못이 다 장착될 때까지 반복합니다. 그 후에 로봇 1이 새로운 목재 판을 로봇 2가 빔에 도포한 접착제 위로 가져가 접착시킵니다. 커버 플레이트도 추가로 못으로 고정합니다. 접착제가 마르면 로봇이 목재 카트리지를 새로이 DKP-400에 놓습니다. 로봇 2는 정밀하게 가장자리 컨투어와 핑거 접합부를 절삭합니다. 이어서 로봇 1이 완성된 카트리지를 매거진 안에 놓습니다.

로봇이 목재 판을 접착하고 절삭하며 목재 빔에 못을 박습니다.
하일브론 BUGA 2019의 목조 파빌리온

정밀함과 효율성 - 건축분야에서 로봇 공법의 이점

“로봇이 목재 판을 정밀하고 효율적으로 접착합니다. 중요한 것은 접착제가 한정된 시간 내에서만 액체상태를 유지한다는 것입니다”라고 BEC GmbH의 대표이사인 마티야스 북(Matthias Buck)이 설명합니다. 더구나 이 작업에는 수량 및 균일성과 같은 준수해야 할 특수 조건이 있습니다. 개별 엘리먼트의 중량과 관련된 관점에서도, 하나의 카트리지가 최대 200kg에 달하므로 로봇이 작업의 강도를 줄여줄 수 있습니다. 이외 장점 절삭 작업에서 치수 공차는 로봇 제작의 경우 0.3mm 이하로 매우 정교한 작업이 보장됩니다. 마티야스 북은 또한 KUKA 로봇의 적응 능력을 극찬합니다. “우리는 제작 과정 중에도 개별 엘리먼트의 구조도를 변경할 수 있습니다.” 이로써 건축 산업 및 목조 산업에 혁신적 가능성이 생성되었습니다: 생산량 및 합당한 가격의 솔루션에 대한 커지는 시장의 요구를 충족시키는 데 로봇 시스템이 도움 될 수 있습니다.


구조부재의 생산은 복합적이며 비용이 많이 듭니다. 로봇 기반의 솔루션이 없었다면 이 프로젝트는 구현될 수 없었을 것입니다.

한스 야콥 바그너(Hans Jakob Wagner), ICD 연구원 및 박사과정생

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