‘협동 로봇’ 시장의 현재와 미래 ①
이 기사는 총 2회에 나눠서 연재된다. 이번 1월호에서는 협업 산업용 로봇의 정의와 유형 및 협업 방법 등에 대해 알아보며, 다음 2월호에서는 주요 산업별에서 이뤄지고 있는 실제적이고 다양한 CASE STUDY를 비롯하여 미래 주요 트렌드와 기술에 대해 살펴보기로 한다.
코봇 또는 협업 산업용 로봇은 산업 분야의 근로자와 협업하여 작업을 수행하도록 설계된 전력 및 힘 제한 기능이 있는 로봇이다. 협업 애플리케이션은 로봇이 울타리나 기타 보호 장벽 뒤에 로봇이 사람과 접촉하지 못하도록 격리되어 있는 기존 산업용 로봇 애플리케이션과 대조된다. 국제 표준 기구(ISO)는 협업 로봇에 대한 개별 정의를 제공하지 않고 협업 작업에만 정의한다. 이러한 작업에 대한 안전 요구 사항은 ISO 10218-1 및 ISO 10218-2에 설명되어 있으며, ISO TS 15066에 협업 로봇 애플리케이션에 대한 추가 지침이 제공된다.
▲ 협업용으로 설계된 로봇과 외부 안전 기능이 탑재된 기존 산업용 로봇은 모두 협업 애플리케이션에 사용될 수 있다. (이미지 출처: IFR)
코봇의 유형
국제로봇연맹에서는 협업용으로 설계된 로봇을 두 가지 유형으로 분류하고 있다. 그룹 1은 국제 표준 기구 규범 ISO 10218-1을 준수하는 협업적 사용을 위해 설계된 로봇을 포함한다. 이는 산업용 로봇의 내재적 안전 설계, 보호 조치 및 사용 정보에 대한 요구 사항과 가이드라인을 제공한다. 그룹 2는 ISO 10218-1의 요구 사항을 충족하지 않는 협업적 사용을 위해 설계된 로봇을 대상으로 한다. 이러한 로봇은 국가 또는 사내 표준과 같은 다양한 안전 표준을 따른다. 가정용 서비스 로봇(예: 바닥 청소 로봇)이나 전문용 서비스 로봇(예: 화물 운송용으로 제작된 로봇) 또는 모바일 로봇(AGV나 AMR)은 일반적으로 코봇에 포함되지 않는다.
▲ 코봇은 산업 분야의 근로자와 협력하여 작업을 수행하도록 설계된 로봇이다. (이미지 출처: Universal Robots)
▲ 대부분의 서비스 로봇은 협업 모드에서 사용하도록 설계되었지만 ‘코봇’이라는 용어는 일반적으로 협업 산업용 로봇을 지칭한다. (이미지 출처: IFR)
▲ IFR은 산업용 로봇과의 협력을 4단계로 분류한다. 원은 인간과 로봇의 각각의 작업 공간을 표시한 다. (이미지 출처: IFR)
4단계 협업 수준
IFR은 산업용 로봇과 인간 근로자 간의 협업을 4가지 수준으로 분류한다.
1. 공존: 인간과 로봇이 펜스 없이 함께 작업하지만 작업 공간을 공유하지 않는다.
2. 순차적 협업: 사람과 로봇이 공유 작업 공간에서 활동하지만 동시에 한 파트에서 작업하지 않고 순차적으로 움직인다.
3. 협력: 로봇과 사람이 동시에 움직이면서 같은 부품을 동시에 작업한다.
4. 반응적 협업: 로봇이 인간 근로자의 움직임에 실시간으로 반응한다.
IFR 회원사들은 상당수의 협동 로봇이 여전히 인간-로봇 협업에 사용되지 않는다는 사실을 발견했다. 가장 일반적인 협동 로봇 애플리케이션은 로봇과 직원이 함께 작업하여 독립적으로 또는 순차적으로(공존 또는 순차) 작업을 완료하는 공유 작업 공간 애플리케이션이다. 이들은 무거운 부품을 들어 올리는 것부터 나사를 조이는 것과 같은 지루하거나 인체공학적이지 못한 작업을 수행한다. 전문가들은 5년 후에는 진정한 협업을 향해 한 걸음 더 나아갈 것이라고 예측한다. 로봇과 직원이 동시에 함께 일하는 것이 일상화될 것이다. 로봇이 작업자의 동작에 실시간으로 반응하는 애플리케이션의 예는 10년 후에는 더 큰 규모로 등장할 가능성이 높다. 이 수준은 기술적으로 가장 어려운 단계이다.
자동화로의 빠른 진입
코봇은 자동화에 빠르게 진입할 수 있다. 코봇은 프로그래밍하기 쉬우며, 일부는 ‘리드-쓰루-티치(lead-though teach)’라고 하는 수동 가이드 또는 태블릿 인터페이스를 통해 프로그래밍할 수 있다. 코봇은 대부분 공장 현장에서 추가적인 안전 조치가 필요하지 않다. 따라서 기존 생산 영역에 직접 통합 되어 펜스 없이 작동할 수 있다. 예를 들어 플러그 앤플레이 기술을 사용하여 유연하게 적응할 수 있다. 이는 엔지니어링 전문가가 없는 회사, 생산 배치가 작은 회사, 생산 요구 사항이 지속적으로 변화하는 산업에서 특히 매력적이다.
코봇과 기존 산업용 로봇 비교
코봇은 일반적으로 기존의 산업용 로봇에 비해 몇 가지 단점이 있다. 이는 인간과 함께 안전하게 작업하기 위한 설계와 목적 때문이다. 코봇은 현재 높은 페이로 드와 빠른 속도가 필요한 공정 등에는 적용되지 않는 다. 코봇은 가벼운 디자인으로 쉽게 재배치하고 모바일 로봇 플랫폼에 간단하게 통합할 수 있다. 코봇은 사람과 로봇의 직접적인 상호 작용이 필요하지 않은 많은 설정에서 사용된다. 이러한 경우 기존의 산업용 로봇이 대안이 될 수 있다. 그러나 코봇은 많은 애플리케 이션에 유용한 추가 안전 기능과 기능을 갖추고 있다.
사람의 개입이 필요한 경우 외부 안전 장치가 장착된 산업용 로봇은 속도와 페이로드에 영향을 주지 않으 면서도 좋은 솔루션을 제공할 수 있다. 안전 조치에는 레이저 스캐너, 잠금 안전 게이트 또는 안전 매트 등이 포함된다.
코봇의 주요 고객 산업
제조업은 코봇 기술의 얼리 어댑터였다. 여기에는 자동차, 전자, 항공우주, 소비재, 제약, 물류 및 창고가 포함된다. 코봇의 사용 편의성 때문에 일반적으로 소량 다품종 생산이 필요한 산업에서 코봇을 많이 사용한다. 여기에는 용접이 포함될 수 있다.
▲ 머신 텐딩, 빈 피킹 및 최종 라인 팔레타이징. 코봇은 CNC 기계를 닫는 등 다양한 분야에서 인간과 나란히 작업할 수 있다. (이미지 출처:OMRON)
코봇 개발을 주도하는 트렌드
숙련된 인력의 부족은 자동화 솔루션의 개발을 촉진하고 소비자와 더 가까운 제조 인프라를 다시 구축할 것이다. 코봇을 위한 새로운 애플리케이션이 개발되어 단순 취급부터 용접, 도장, 분배, 조립에 이르기까지 코봇의 잠재적 사용 분야가 지속적으로 확장 되고 있다. 코봇 제조업체들은 코봇이 학습할 수 있도록 머신러닝 시스템을 개발하고 있다. 이러한 모듈식 기술과 학습 접근 방식은 코봇이 무인 상태에서 할 수 있는 일을 확장할 수 있는 더 많은 문을 열어준다. 미래에는 새로운 센서, 비전 기술 및 인공 지능(AI) 을 통해 로봇이 환경 변화에 실시간으로 대응하여 인간 작업자와 함께 더 안전하고 신속하게 작업할 수 있게 될 것이다.
코봇 시장
코봇은 2022년에 설치된 전체 산업용 로봇 54만1302대 중 10.5%를 차지했다. IFR의 통계에 따르면 협동 로봇은 훨씬 빠른 속도로 작동하는 기존 산업용 로봇에 대한 투자를 대체하는 것이 아니라 보완할 것이며, 따라서 빠듯한 제품 마진에 대응하여 생산 성을 향상시키는 데 여전히 중요한 역할을 할 것이다.
기업에서 코봇을 사용하는 이유는?
일반적인 산업용 로봇과 마찬가지로 코봇은 높은 수준의 정밀도와 정확성으로 작업을 수행하여 생산성, 제품 품질 및 일관성을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 인간 작업자에 비해 오류나 변수가 덜 발생하기 때문에 결함이 줄어들고 고객 만족도가 높아진다.
코봇은 생산 라인의 일부를 자동화하는 데 사용할 수 있으며 나머지 라인에는 최소한의 변경만 가할 수 있다. 프로그래밍하기 쉬운 기술 덕분에 처음 로봇 자동화를 시작하는 사용자도 쉽게 시작할 수 있다. 일부 기업의 경우 협동 로봇은 경제적으로 실행 가능한 진입점을 제공한다. 로봇 자동화, 특히 ‘프로그래밍하기 쉬운’ 코봇의 경우 더욱 그렇다. 아직 생산 프로세스를 자동화하지 않은 기업은 코봇을 장벽이 낮은 시작점으로 사용할 수 있다.
코봇은 인간 작업자와 함께 일하면서 그들의 역량을 강화할 수 있다. 코봇은 완전 자동화가 어려운 복잡한 작업에서 개인이 협업할 수 있도록 지원한다. 예를 들어 코봇은 반복적인 작업이나 무거운 작업을 처리하는 데 도움을 주므로 인간 작업자는 업무의 더 복잡 하거나 창의적인 측면에 집중할 수 있다. 코봇은 유연한 제조 기능을 크게 향상시킨다. 코봇은 필요할 때 배치하고 다른 곳으로 빠르게 이동할 수 있는 이동식 워크스테이션을 지원한다.
안전
다른 산업용 기계와 마찬가지로 협업 로봇 애플리케이션은 안전 해야 한다. 협업 애플리케이션에 대한 ISO 10218-2 준수가 필요 하다. 그러나 안전한 코봇이 실제로 안전한 협업 애플리케이션을 보장하지는 않는다. 코봇이 날카로운 도구를 사용하는 애플리케 이션은 코봇이 아무리 느리게 작동하더라도 안전하지 않다. ISO 10218-2 및 작업장 보건 및 안전 요건을 준수하려면 사용자가 의도한 애플리케이션에 대한 위험 평가를 의무적으로 수행해야 한다. 위험 평가는 로봇, 엔드 이펙터, 공구, 공작물, 기타 기계, 작업 장의 장비 및 구성 요소를 포함한 전체 애플리케이션에 적용된다.
코봇의 장단점 및 한계
코봇과 기존 산업용 로봇은 각각 고유한 장점이 있다. 기업들은 종종 코봇을 통해 인간의 노동력과 자동화를 결합하는 방법을 선택한다. 이러한 접근 방식은 인간과 기계의 장점을 모두 활용할 수 있어 유연성을 높이는 동시에 효율성과 생산성을 향상시킬 수있다. 코봇은 높은 수준의 정확성과 반복성을 달성할 수 있지만, 특히 매우 엄격한 허용 오차가 필요한 작업의 경우 전통적인 산업용 로봇만큼 정밀하지 않을 수 있다.
코봇의 대안
기존 산업용 로봇과 코봇은 서로 다른 용도로 사용되지만 특정 용도에 따라 대안이 될 수 있다. 생산량이 많고 사람의 개입이 거의 필요하지 않은 작업의 경우 기존 산업용 로봇을 대안으로 고려할수 있다. 공정에 사람의 개입이 필요한 경우 산업용 로봇에 안전 장치를 장착할 수 있는 몇 가지 옵션이 있다. 여기에는 기존 로봇의 햅틱 센서와 같은 피부를 사용하는 전용 센서, 매니퓰레이터를 위한 힘 피드백 제어, 레이저 또는 레이더 스캐너, 비상 정지 버튼, 물리적 장벽 등이 포함된다. 각각의 경우 로봇은 사람이 안전 영역을 침범할 때까지 정상적인 고속 작동을 수행할 수 있다.
자료제공: IFR(www.ifr.org)
