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산업이 로봇에 바라는 점인간에 의한, 인간을 위한, 인간보다 나은 - 서비스 로봇 ②
정환용 기자 | 승인 2018.07.12 17:40

[EPNC=정환용 기자] 국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO)는 모든 분야의 기술적·비기술적 표준을 세우는 작업을 하는 민간 기구다(전기공학과 전자공학은 국제전기표준회의에 속해 ISO 제외). ISO 10218 ‘로봇 및 로봇 장치 - 산업용 로봇의 안전에 관한 요구사항’은 산업용 로봇 전반에 대한 표준 적용 범위였다. ISO 10218의 핵심은 산업용 로봇의 설계부터 해체까지 전 과정에 걸친 안전 요구사항으로, ▲안전 센서에 의한 로봇 정지 ▲작업자의 로봇 수동 제어 ▲작업자와 로봇 간의 거리 유지 ▲작업자와의 접촉에 대한 부상 방지 제어 등 4가지다.

지난 2016년에는 ISO 10218 표준에서 협업 로봇을 구체적인 대상으로 선정한 ISO/TS 15066 ‘로봇 및 로봇 장치 - 협동로봇’에 대한 표준이 제정됐다. ISO 15066은 협업 로봇이 인간과의 접촉으로 발생할 수 있는 사고를 예방하기 위한 요구사항이 명시돼 있다. 점점 인간과 작업 범위가 가까워지는 현재, 어떤 경우에도 협업 로봇이 인간에게 위해를 가해선 안 된다는 것이 이 표준의 목적이다.

 

완성형 협업 로봇의 관건
협업 로봇은 해당 작업장에서 발휘되는 작업 능력과 더불어 100%에 가까운 안전을 만족시켜야 한다. 작업 효율을 높이기 위해선 로봇과 작업자 간의 거리가 가까울수록 좋고, 그러면서도 작업자의 안전을 보장하기 위해선 다양한 기술의 효율적인 융합이 필요하다. 세계 최대의 전자상거래 기업인 아마존(Amazon)을 비롯해 여러 물류 업체에서 사용하고 있는 로봇 ‘키바’(Kiva)를 예로 들어, 협업 로봇에 필요한 기술에 대해 알아보자.

▲아마존 물류센터에서 일하고 있는 로봇 ‘키바’는 작업자가 직접 물건을 찾아다니는 시간이 1시간 넘게 소요되던 것을 15분으로 대폭 감소시켰다. 세로로 적재된 분류 테이블 전체를 약 1.4톤까지 들고 이동할 수 있어 작업 효율을 상당히 향상시킨 공로가 크다.

소프트웨어 - 전용 운영체제
광활한 넓이의 센터를 빠르고 안전하게 이동할 수 있는 로봇의 운영에서 중요한 것은, 원하는 동작을 원하는 대로 수행할 수 있게 하는 운영체제의 역할이다. 로봇이 가지고 있는 모든 기능은 자동과 수동 여부에 관계없이 작업자가 제어 권한을 가지고, 정해진 범위 내에서 빠르게 조절할 수 있어야 한다. 더불어 다양한 분야의 다양한 로봇을 공통 운영체제로 제어할 수 있게 되면 금상첨화다. 로봇 소프트웨어 ‘ROS’를 오픈소스로 공개하고 있는 오픈소스 로보틱스 재단은 현재까지 가장 빠르게 로봇 소프트웨어를 개발∙전파하고 있다.

하드웨어 - 센서
지능형 로봇에 적용되는 다양한 센서가 기능적∙기술적 수준이 한 차원 상승해야 한다. 로봇에 적용되는 센서는 피사체와 작업자의 움직임을 파악하는 시각 센서와 입력 센서, 기동과 제어를 담당하는 가속도∙각속도 센서 등 무척 다양하다. 향후 로봇 기술이 정교해질수록 적용되는 센서의 종류 역시 늘어나게 되는데, 단순히 센서의 종류가 많아진다고 해서 로봇이 더 똑똑해지는 것은 아니다. 키바의 움직임은 적재물을 들고 이동할 때의 안전성, 출발과 정지 시 로봇이나 제품에 가해지는 충격을 줄이기 위한 가속도와 감속도 등 단순 이동 속도보다 중요한 요소가 많다.

 

협업 로봇의 시작과 끝, ‘안전’
협업 로봇의 목적은 인간을 돕는 것이지만, 로봇으로서 지켜져야 할 첫 번째 규칙은 무엇보다 ‘안전’이다. 작업자가 기계에 손이나 발이 끼어 부상을 당하는 일이 적잖이 발생하는데, 이는 기계 자체를 비롯해 해당 시스템 전체에 안전에 대한 요소가 충족되지 않았기 때문이다. 특히 안전 펜스 내에서 단순 반복 작업을 하는 기계가 아니라 작업자와 같은 공간에서 인간의 작업을 보조하거나 함께 일하는 협업 로봇이라면 그 중요성은 훨씬 높다.

기계 팔이 없었던 시절에는 소위 ‘닦고 조이고 기름 치는’ 일을 사람이 직접 했고, 기계가 등장한 이후에는 점점 사람의 역할이 줄어들거나 기계가 할 수 없는 다른 일로 바뀌었다. 여기에 각종 센서와 로봇, 제어 기술이 발전하면서, 기계나 사람 고유의 작업에서 두 요소가 함께 일할 수 있는 작업이 생기기 시작했다. 이는 기본적으로 기계가 빠르게 처리할 수 있는 일과 작업자의 손길이 필요한 일의 효율적인 결합으로 가능해진 차세대 협업 방식이다.

가상의 자동차 A를 만드는 공장의 문 조립 라인을 예로 들어 협업 로봇의 역할과 안전 요구사항에 대해 알아보자. 이 라인에서 작업자는 협업 로봇의 제어와 더불어 자동차 문에 결합되는 윈도우 모터, 스위치 등 각종 부품들을 위치시키는 일을 하고, 360도 전 방향에서 접근할 수 있는 4관절 로봇 팔은 다양한 규격의 나사를 사용해 문에 부품을 결합하는 일을 한다.

 

안전 센서에 의한 로봇 정지
거리로 따지면 협업 로봇과 인간 사이는 0 이하가 될 수도 있다. 로봇 팔의 기능과 작업 범위에 따라 다르지만, 로봇 팔의 최대 길이 때문에 작업자가 그 범위의 바깥에 있는 것은 협업의 의미를 무색케 하기 때문이다. 이때는 로봇 팔을 비롯한 작업 공간에 안전 센서를 배치해, 작동 범위 안에 사람이 접근해 로봇 팔의 움직임이 위해를 가할 수 있을 때는 즉각 작동을 정지할 수 있어야 한다.

작업자의 로봇 수동 제어
로봇에 문제가 발생하거나 별도의 조치가 필요한 상황에서는, 작업자가 로봇의 작동을 임의로 제어할 수 있는 권한이 있어야 한다. 로봇의 작동에 문제가 생겨 작업에 차질이 발생할 때, 제어 권한이 작업장 외부에 있어 조치가 늦어지면 그만큼의 피해가 누적된다.

작업자와 로봇 간의 거리 유지
관절 좌표형 로봇 팔은 목표 피사체에 다양한 방향에서 접근할 수 있다. 그러나 광범위한 작업 프로세스 가운데 인간이 제품에 접근해서 일을 처리해야 할 때, 로봇 팔은 기본적으로 작업자와 일정한 거리를 유지해 사전에 안전사고를 방지할 수 있어야 한다. 또한, 이 안전거리는 작업의 종류에 따라 차이가 있을 수 있는데, 작업자의 안전을 확보하면서 최대한 작업자와 가까운 거리를 유지해 작업 효율을 높일 수 있는 기술이 중요하다.

작업자와의 접촉에 대한 부상 방지 제어
거리 유지와 비슷한 개념으로, 이는 로봇의 기본 기능에서 벗어나는 돌발 상황에 대비하기 위한 정책이다. 작업자가 갑작스런 상황에서 로봇 팔에 접촉하는 상황이 발생할 수 있는데, 이때 로봇 팔은 최대한 빠른 반응속도로 팔의 움직임과 속도를 줄여 피해를 최소화해야 한다. 이 역시 로봇 팔과 작업공간에 배치되는 센서의 반응∙처리 속도가 관건이다.

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정환용 기자  hyjeong@epnc.co.kr

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