안전은 제조 현장에서 협동 로봇의 핵심 특징입니다.

공장 바닥이나 창고에서 일한다면 로봇과 함께 일하게 될 가능성이 높습니다.

제조 환경이 산업 4.0 변혁 노력과 공급망을 넘어 유통 시설까지 확장되는 혁신과 함께 더욱 발전함에 따라, 자동화 로봇의 사용이 빠르게 증가하고 다양화되고 있습니다. 이러한 로봇은 점점 더 인간 근로자와 동일한 공간을 사용하는 경우가 많아지면서 새로운 안전 문제를 제기하고 있습니다.

높아진 안전 조치에 대한 요구와 더 복잡한 작업을 수행해야 하는 로봇의 필요성이 결합되면서 로봇은 더 스마트해져야 합니다. 또한 로봇은 더 민첩해져야 하며, 이를 위해서는 더욱 발전된 컴퓨터 비전 및 모터 제어 기술이 필요합니다. 그리고 사람들이나 시스템, 로봇이 효율적으로 조화를 이루며 작업하려면, 안전에 영향을 줄 수 있는 문제를 예방하기 위해 적시의 통신과 예측 유지 관리를 지원하는 견고한 연결성이 필요합니다.

산업용 로봇이 움직이고 있습니다

공장 바닥에서 작업하는 로봇은 새로운 개념이 아니지만, 더 이상 인간 작업자와 완전히 분리된 존재가 아닙니다. 제조 기술의 발전으로 인해 인간과 로봇의 작업 공간이 겹치게 되었고, 때로는 이들을 "협동 로봇(cobots)"이라고 부르기도 합니다.

자동차 공장에서 로봇은 라벨링, 용접, 취급, 도장, 조립, 절단 및 위험 물질의 주입과 같은 작업을 수행합니다. 일부 공장에서는 로봇이 캠축에 윤활유를 바르고, 엔진에 오일을 채우며, 품질 검사를 수행하기도 합니다. 다른 산업에서는 로봇이 완성된 제품을 조립, 포장 및 팔레타이징하는 역할을 합니다. 공장 작업 현장이든 창고든, 오늘날의 로봇은 더욱 모바일하며 머신 비전 및 AI 시스템과 같은 전자 부품을 장착하여 독립적으로 작동하고 다양한 상황에 대응할 수 있습니다. 이 로봇에는 창고 내에서 배치되어 레이저 혹은 마커의 도움 없이 시설 전반, 특히 접근하기 어려운 영역까지 스캔하여 재고를 확인할 수 있는 드론이 포함되기도 합니다.

제조 및 유통 분야에서 로봇 자동화의 주요 목표는 인간 작업자로부터 반복적이고 고된 작업뿐만 아니라 본질적으로 위험한 작업을 대신 수행하는 것입니다. 그러나 로봇을 어떤 환경에 추가하더라도 반드시 해결해야 할 안전 문제를 야기합니다. 특히 로봇이 더 이동성이 커지고 사람들이 공유하는 공간에서 협력하게 됨에 따라 이러한 문제는 더욱 중요해집니다.

협동 로봇 안전성은 기술에 달려 있습니다

산업용 로봇이 창고와 공장 바닥에서 널리 사용되고, 더욱 다재다능하고 강력해짐에 따라 로봇 안전은 더욱 중요해졌습니다. 근로자가 로봇과 상호작용하거나 공유 공간에서 작업할 때마다 중대한 부상을 초래할 수 있는 사고의 가능성이 있습니다.

어떤 경우에는 로봇 자체가 사람들로부터 격리될 수 있습니다. 단, 프로그래밍, 설치, 테스트 및 유지보수를 위해 작업자가 로봇과 상호작용해야 할 때는 제외됩니다. 각각의 로봇 시스템은 고유하며 개별적으로 평가되어야 합니다. 예를 들어, 용접 작업을 수행하는 로봇은 용접 커튼 및 연동된 외부 안전 장치와 같은 예방 조치에 의해 관리됩니다. 하지만 다양한 로봇은 각기 다른 위험을 제시하며, 특히 창고 환경에서 이동하면서 물품을 전달할 수 있는 자율 이동 로봇(AMR)과 같이 더 이동성이 높은 로봇이 그렇습니다. 이러한 경우 로봇 이동 경로와 사람의 이동 경로가 겹치기 시작하며, 특히 로봇이 특정 트랙 없이 여러 장소를 자유롭게 탐색할 수 있을 때 이런 현상이 발생합니다.

로봇이 환경을 독립적으로 탐색할 수 있는 능력은 지도, 온보드 컴퓨팅 기능, 그리고 안전을 보장하는 데 도움을 줄 수 있는 센서에 의존합니다. 인간 사이를 이동하며 작업하는 로봇 중 안전 관점에서 관리가 필요한 탁월한 예는 자율 유도 차량(AGV)입니다. 이 로봇은 공장이나 창고 내 다양한 위치에서 제품과 자재를 운반합니다. 이러한 AGV는 위험하고 무거운 물품을 동적인 환경에서 이동시키는 동안에도 사람들 근처에서 작업을 수행하며 안전을 위협하지 않습니다.

오늘날 로봇이 공유된 공간에서 협업하는 네 가지 방식이 있습니다. 첫 번째 방식은 명확한 경계가 있는 협업 방식으로, 센싱 장치가 주로 조명 스크린, 레이저 스캐너 또는 바닥 매트를 사용하여 로봇과 인간이 동시에 공간을 공유하지 않도록 하며, 이러한 센서를 기반으로 한 안전 시스템에 의해 조정됩니다. 훨씬 덜 일반적인 협업 형태는 로봇 팔이 "플로트 상태"로 들어가 잡고 안내할 수 있게 되는 형태입니다.

ISO 10218에 의해 정의된 세 번째 협업 모드는 첫 번째 모드의 더 정교한 버전입니다. 속도 및 분리 모니터링이라고 알려진 이 모드는 로봇의 위치와 속도가 사람과의 근접성에 따라 조정됩니다. 이 모드에서는 로봇이 인간 작업자에게 너무 가까이 다가갈 경우 안전 등급의 모니터링된 정지 상태로 전환될 수도 있습니다. 네 번째 협업 모드는 아직 발전 중인 단계입니다. 세 번째 모드와 마찬가지로 조정을 사용하지만, 이 경우 로봇은 인간 작업자와 사고로 접촉할 경우 힘과 출력을 제한하도록 프로그래밍됩니다. ISO TS 15066에 의해 안내되며, 이는 신체의 여러 부위를 정의하고 신체의 고통 한도를 설정하여 얼마나 많은 힘을 가할 수 있는지 결정합니다.

센서가 사람들과 가까운 환경에서 협동 로봇을 안내하는 데 큰 역할을 하는 것처럼, 로봇 속도를 안전하게 정의하고 설정함으로써 특정 기능에 필요한 범위로 로봇 동작을 제한하는 소프트웨어 또한 중요한 역할을 합니다. 누군가 가까이 다가왔을 때 로봇에게 완전히 멈추라고 지시하는 대신 속도를 늦춤으로써 생산성을 유지하면서도 안전을 보장할 수 있습니다. 소프트웨어는 브레이크 신뢰성 등 유지보수 점검을 지원하기도 합니다.

더 똑똑한 공장은 더 안전하고 똑똑한 로봇을 필요로 합니다

협동 로봇이 생산 환경에서 더욱 일반화됨에 따라, 이제 이 로봇들은 사람들과 더 가까운 곳에서 작업하며 더욱 발전된 자동화를 지원하고 있습니다. 이는 부분적으로 무선 네트워크 기반 인공지능(AI)에 의해 이루어지고 있습니다. Capgemini Research Institute는 5G 기반 “스마트 공장”이 2023년까지 글로벌 경제에 1.5조 달러에서 2.2조 달러 사이의 가치를 창출할 것으로 추정하고 있습니다. 5G 네트워크는 로봇 장비와 기기에 더 높은 대역폭과 더 낮은 지연 속도의 인터넷 연결을 제공할 뿐만 아니라, 다른 연결된 기기 및 클라우드와도 연결될 수 있게 합니다. 무선 5G는 로봇들이 더 이상 업데이트 및 재구성을 위해 컴퓨터에 직접 연결될 필요가 없어지므로, 더욱 이동성이 뛰어난 협업 로봇의 작동을 가능하게 할 것입니다.

공장 안전의 미래는 로봇 자체에 의해 지원될 수 있습니다. 작년에 현대자동차그룹은 현장 안전을 지원하기 위해 보스턴 다이내믹스와 협력하여 “공장 안전 서비스 로봇”을 출시했습니다. AI, 자율 내비게이션, 통합 열화상 카메라 및 3D LiDAR, 원격 조작 기술이 탑재된 이 로봇은 사무실 직원들이 산업 현장을 원격으로 관찰하고 조사하며, 위험을 감지하고 관리자에게 알람을 전송할 수 있도록 합니다.

이것은 현대 제조 환경의 지속적인 진화를 보여주는 또 하나의 대표적인 사례입니다.