제조 현장에서 협업 로봇의 핵심 기능인 안전

작업 현장이나 창고에서 작업하는 경우 로봇이 동료로 있을 가능성이 있습니다.

Industry 4.0을 통해 제조 환경이 더욱 발전하면서 공급망 전반과 유통 시설로의 혁신 확장과 함께 자동화 로봇 공학의 사용은 빠른 속도로 늘어나고 다양해지고 있습니다. 로봇 직원은 점점 사람과 동일한 공간을 사용하며, 여기에 새로운 안전 문제가 제기되고 있습니다.

로봇이 더 복잡한 작업을 수행해야 한다는 필요성과 함께 더 많은 안전 조치에 대한 요구를 통해 알 수 있는 것은 로봇이 더 똑똑해야 한다는 것입니다. 또한 더 민첩해야 하기 때문에 고급 컴퓨터 비전 및 모터 제어 기술을 갖춰야 합니다. 사람, 시스템 및 로봇이 조화를 이루어 효율적으로 작업하려면 안전에 영향을 미칠 수 있는 문제를 방지하기 위한 시기적절한 통신과 예측 유지 관리를 지원하기 위해 강력한 연결이 필요합니다.

이동성이 실현된 산업용 로봇

작업 현장의 로봇은 완전히 새로운 개념은 아니나 더 이상 인간과 동떨어져 취급받지 않습니다. 제조업의 발전은 사람과 로봇을 위한 작업 공간이 때때로 "코봇"이라고 불릴 정도로 겹치는 것을 의미합니다.

자동차 공장에서 로봇은 라벨링, 용접, 처리, 도장, 조립, 절단, 심지어 유해 물질을 주입하는 업무를 담당합니다. 일부 공장에서는 로봇을 사용하여 캠축에 그리스를 바르고 엔진에 오일을 채우고 품질 검사를 수행합니다. 다른 산업에서는 로봇이 완제품을 조립, 포장 및 팔레트화할 수 있습니다. 작업 현장이든 창고든 오늘날의 로봇은 이동식이며 기계 비전 및 AI 시스템 등의 전자 부품을 갖추고 있어 독립적으로 작동하고 다양한 상황에 대응할 수 있습니다. 여기에는 마커나 레이저의 안내 없이 접근하기 어려운 지역 외에도 시설 전체의 재고를 스캔하는 데 도움을 주는 창고 내에 배치된 드론이 포함될 수도 있습니다.

제조 및 유통 분야에서 로봇 공학 자동화의 주요 목표는 본질적으로 인간 작업자의 위험한 작업뿐만 아니라 반복적이고 힘든 작업을 인수하는 것입니다. 그러나 환경에 로봇을 추가하면 특히 로봇의 이동성이 증가하고 공유 공간에서 사람들과 협업해야 할 때 해결해야 하는 안전 문제가 발생합니다.

협업 로봇의 안전은 기술에 달려 있음

산업용 로봇이 더 다재다능하고 강력해짐은 물론 창고와 작업 현장에서 계속해서 널리 사용되면서, 로봇과 관련된 안전은 훨씬 더 중요해지고 있습니다. 작업자가 로봇과 상호 작용하거나 공유 공간에서 작업할 때마다 중상을 입거나 심지어는 사망에 이를 수 있는 사고가 발생할 수 있습니다.

작업자가 프로그래밍, 설정, 테스트 및 유지 관리를 위해 로봇과 상호 작용해야 하는 경우를 제외하고 로봇 자체를 사람으로부터 격리할 수 있습니다. 각 로봇 공학 시스템은 서로 다르므로 독립적으로 평가해야 합니다. 예를 들어 용접을 수행하는 로봇은 용접 커튼 및 연동된 주변 보호 장치와 같은 예방 조치를 사용하여 관리됩니다. 그러나 이동성이 더 높은 로봇(특히 창고 환경에서 재고를 전달할 수 있는 자율 모바일 로봇(AMR))에는 여러 위험이 있습니다. 이는 특히 로봇이 전용 트랙 없이 위치 사이를 이동할 수 있는 경우, 사람 트래픽과 로봇 트래픽이 겹치기 시작하는 곳입니다.

로봇이 환경을 독립적으로 탐색할 수 있는 능력은 지도, 온보드 컴퓨팅 성능 및 센서에 따라 달라지며, 이는 또한 안전을 보장할 수 있습니다. 안전 측면에서 관리가 필요한 작업 중 사람 사이를 이동하는 로봇의 좋은 예는 공장이나 창고 내의 다양한 위치에서 제품과 자재를 운송하는 자율 주행 차량(AGV)입니다. 이 AGV는 역동적인 환경에서 위험하고 무거운 물건을 옮기는 동안에도 안전을 보장하면서 사람들 근처에서 작업을 수행할 수 있습니다.

오늘날 공유 공간에는 로봇을 위한 네 가지 모드가 있습니다. 첫 번째 모드는 감지 장치가 일반적으로 조명 스크린, 레이저 스캐너 또는 바닥 매트를 사용하여 로봇과 인간이 동시에 공간을 공유하지 않도록 하고 이러한 센서에 의존하는 안전 시스템으로 조정됩니다. 훨씬 덜 보편적인 협업 형태는 로봇 암이 붙잡고 안내할 수 있는 "떠 있는 상태"로 작업하는 것입니다.

ISO 10218에서 정의한 세 번째 협업 모드는 첫 번째 모드보다 정교한 버전입니다. 속도 및 분리 모니터링으로 알고 있는 로봇의 위치와 속도는 사람과의 근접성을 기반으로 조정됩니다. 여기서는 인간 작업자에게 너무 가까이 다가가면 안전 등급의 모니터링 정지에 이를 수도 있습니다. 네 번째 협업은 아직 진행 중입니다. 세 번째와 같이 변조를 사용하지만, 이 경우 로봇은 우연히 인간 작업자를 만났을 때 힘과 동력을 제한하도록 프로그래밍되었습니다. 인체에 수십 개의 다양한 부위와 신체에 가해지는 고통의 한계를 규정하는 ISO TS 15066에서는 어느 정도의 힘을 가할 수 있는지가 나와 있습니다.

센서는 사람들이 있는 가까운 환경에서 협업 로봇을 안내하는 데 큰 역할을 하며, 안전한 로봇 속도를 정의하고 설정하여 로봇 동작을 특정 기능에 필요한 것으로 제한하는 소프트웨어도 마찬가지입니다. 단순히 누군가 가까이 오면 로봇에게 완전히 멈추라고 말하는 것이 아니라 속도를 늦출 수 있어 생산성을 높이고 안전을 유지합니다. 소프트웨어는 브레이크 신뢰성 등과 같은 유지 관리 점검도 지원합니다.

더 스마트한 공장에는 더 안전하고 스마트한 로봇이 필요함

협업 로봇이 생산 환경에서 보편화됨에 따라, 이제는 고급 자동화를 지원하기 위해 사람들과 더 긴밀하게 협력하고 있습니다. 이는 무선 네트워크 기반 인공 지능(AI)으로 일부 지원됩니다. Capgemini Research Institute는 5G를 사용하는 "스마트 공장"이 2023년까지 세계 경제에 1조 5천억 달러에서 2조 2천억 달러의 수익을 창출하며, 5G 네트워크는 다른 연결된 장치뿐만 아니라 인터넷과 클라우드에 대한 더 높은 광역폭, 더 낮은 지연 시간을 가진 로봇 장비 및 장치를 제공할 것으로 예상합니다. 무선 5G는 더 이상 업데이트 및 재구성을 위해 컴퓨터에 연결하지 않아도 되기 때문에 더 많은 이동식 협업 로봇을 가능하게 할 것입니다.

로봇 자체로 미래의 공장 안전을 책임질 수도 있습니다. 작년에 Hyundai Motor Group(현대자동차그룹)은 현장 안전을 지원하기 위해 Boston Dynamics(보스턴다이내믹스)와 함께 "공장 안전 서비스 로봇"을 출시했습니다. AI, 자율 탐색, 통합 열 화상 카메라 및 3D LiDAR, 원격 조종 기술을 갖춘 이 로봇은 사무실 직원들이 원격으로 산업 지역을 관찰하고 조사하고 위험을 감지하고 관리자에게 경보를 보낼 수 있도록 합니다.

이는 현대 제조 환경의 지속적인 발전을 보여 주는 또 다른 대표적인 예입니다.