작업장에 맞는 산업용 로봇 제대로 고르기

코봇과 산업용 로봇 구별

제조 프로세스 자동화는 획일화된 솔루션이 없는 복잡한 문제이다.  로봇은 곤충처럼 작은 로봇에서부터 자동차 섀시(chassis)나 비행기를 움직일 수 있을 정도로 강력한 산업용 로봇에 이르기까지 다양하다. 제조 업체는 모든 로봇 옵션을 살펴보고 다양한 유형의 자동화에 대한 장단점을 이해해야 작업장에 맞는 최상의 로봇을 선택할 수 있다.

스펙트럼의 하위 끝에는 로봇이 인간과 작업 공간을 공유하도록 설계됐다. 로봇은 보통 ‘협업로봇’ 혹은 ‘코봇’ 이라 불린다. 대부분 중소기업은 코봇을 통해 자동화의 진입 지점을 범위 내로 설정할 수 있으며 이를 통해 자동화의 경쟁 우위를 확보할 수 있다.

예전에는 대기업 제조업체만 로봇 사용이 가능했다. 코봇이 완전한 산업 자동화의 모든 이점을 제공할 수는 없지만 비즈니스면에서 효과적인 첫걸음은 될 수 있다. 제조업체는 로봇을 선택하기에 앞서 모든 로봇 옵션을 살펴보고 다양한 유형의 자동화에 대한 장단점을 이해해야 최상의 로봇을 선택할 수 있다. 모든 주요 비즈니스 결정과 마찬가지로 낮은 리스크와 저렴한 비용으로 구입한 로봇이 나중에 작동하지 않을 수 있다. 이럴 경우 수리 하는데 비용이 더 들 수 있다.

코봇(협업로봇)과 산업용 로봇 비교하기

코봇이라는 용어는 광범위한 가시성을 얻었지만 산업 전반에 걸쳐 협력 로봇의 개념은 포함되지 않는다. 대신에 산업은 로봇을 이용한 협업 애플리케이션을 정의하는 산업 안전 표준을 제정했다. 새로운 로봇 개발자들은 어떤 코봇도 사람과 작업하는데 있어 안전하다고 말한다. 하지만 코봇이 안전하다고 말하는 경우는 위험성 평가에 의해서만 결정된다. 로봇의 정의를 명확하기 위해 ‘코봇’과 ‘산업용 로봇’를 정확히 비교해 둘 필요가 있다.

코봇(협업로봇)

코봇은 협업 작업 공간 내에서 인적 작업자와 함께 사용하도록 설계됐으며 일반적으로 이러한 사용을 지원하기 위한 몇 가지 안전한 메커니즘이 탑재되어 있다. 사람이 업스트림 또는 다운스트림 수동 작업을 더 높은 값으로 수행하는 동안 일반적으로 코봇은 기계 관리 또는 조각화와 같은 반복적이거나 부상에 취약한 작업을 수행한다. 특히 다기능, 사용자 친화성, 소규모 설치 면적, 저렴한 비용 등의 특성들 때문에 코봇은 자동화되지 않았던 공정에 구축하기에도 매우 적합하다.

산업용 로봇

산업용 로봇은 공장의 라인과 같은 산업현장에서 실제 사용하고 있는 로봇을 총칭하는 말이다. 최초의 산업용로봇은 1959년 유니메이트(Unimate)사에서 데볼(Devol)과 조셉 엔젤버거(Joseph Engelberger)에 의해 개발됐다. 또한 산업용 로봇은 인간이 가진 신체적 한계를 극복할 수 있는 미래의 수단 중 하나로 주목받고 있다.

제조업을 중심으로 한 현장에서 여러 작업을 하는 자동 기계이다. 소형 컴퓨터를 내장하는 것이 많은데, 구조적으로는 사람의 팔이나 손의 기능을 대신하는 매니퓰레이터(manipulator)만으로 이루어져 있다. 주요 용도는 조립용, 기계 가공, 입출하, 검사측정, 프레스, 수지가공, 용접용 등이다. 최근 단순 반복기능에서 센서를 기반으로 한 인식기능이 추가되어 지능형 로봇으로 발전하고 있으며, 서비스 로봇과 대비해, 제조업용 로봇으로 분류된다.

코봇(협력 로봇)이 지닌 오해

코봇이 지닌 장점으로 인해 사람들의 흥미를 끌었다. 하지만 코봇에 대해 잘못 알려진 일반적인 오해가 있다.

코봇은 오직 협동로봇이다? NO

공급 업체들은 ‘협업로봇’이라는 용어를 사용하기를 원하지만 로봇 자체는 협력적이지 않다. 이것은 인간과 기계를 협업할 수 있는 능력을 정의하는 애플리케이션이다. 거의 모든 로봇이 적절한 안전 메커니즘을 갖췄으며 협업적으로 작동할 수 있다. 2016년 2월 협업 애플리케이션에서 로봇 사용에 대한 안전 지침을 제공하기 위해 기술 표준 ISO/TS 15066을 발표했다. 이 표준은 협력 기술을 설명하고 로봇 및 로봇 도구 제조업체에 힘 지침, 최대 허용 로봇 출력 및 속도, 설계 기준을 제공한다.

코봇은 안전센서가 필요 없다? NO

인간이 존재하는 모든 자동화된 애플리케이션에는 위험성 평가가 필요하며 작업자를 안전하게 유지하기 위한 다양한 안전 메커니즘이 필요하다. 코봇을 사용하는 작업자는 응용 프로그램에 안전 케이지가 필요하다는 사실을 종종 모르는 경우가 있다. 일부 응용 프로그램실에는 강제 제한 장치 또는 로봇 속도 감소가 필요하며 이는 로봇의 기능과 출력을 제한한다.

여전히 다른 사람들은 사람이 안전하게 작업장 범위를 벗어날 때까지 로봇을 멈추거나 느리게 하는 안전 소프트웨어와 함께 로봇의 작업 공간에 들어올 때를 감지하기 위해 센서, 카메라, 또는 라이트 커튼을 사용한다. 코봇의 정확한 안전성 평가가 선행되는 경우 구매자는 애플리케이션에 가장 중요한 로봇 기능을 효과적으로 선택할 수 있으며 시간과 비용을 절약하는 동시에 자동화 요구 사항을 충족시킬 수 있다.

코봇은 작업자보다 더 빠르게 운행되고 더 생산적이다? NO

코봇은 인간과 함께 안전하게 작동하도록 설계되었기 때문에 작업자와 동일하거나 느린 속도로 프로세스를 관리하도록 설계됐다. 대부분 코봇이 느리게 작동하는 또 다른 이유는 조작자가 로봇 팔을 인간과 유사한 동작으로 움직이고 각 정지 지점에서 진입하는 프로그래밍 접근법 때문이다.

프로그래밍은 간단하지만 프로그램에 비효율적인 동작을 포함한다. 대조적으로 산업용 로봇은 더 빠른 속도와 더 부드럽고 효율적인 움직임을 제공하면서 내부적으로 모든 움직임을 계산한다. 코봇은 작업자를 보호하면서 위험한 작업을 수행할 수 있다. 인전성 측면과는 별도로 코봇은 반복적인 작업을 수행함으로써 장기간의 부상을 예방한다. 사람들을 보호함과 동시에 또 다른 형태의 코봇은 무거운 하중을 대신 처리하기도 한다.

또한 대형 창고와 같은 상황에서 러너(runner) 코봇은 멀리 떨어진 곳에서 물건이나 제품을 신속하게 가져오는데 절반 이하의 시간으로 단축시킬 수 있다. 산업 환경에서 코봇은 포장, 기계 사용을 위한 구성요소 로드와 언로드, 조립(접착제, 나사, 용접 등), 팔레트 쌓기, 옮기기, 객실 청소를 한다.

코봇과 산업용 로봇을 제대로 적용한 사례 : 사출성형

사출성형 기계 관리는 로봇 공학에 일반적으로 적용되는 분야이다. 사출성형 분야에서처럼 코봇은 반복적인 과정에서 사출성형 기계를 적재하거나 하역할 때 사용된다. 로봇은 작업의 반복적인 부분을 처리해 작업자가 검사와 같은 자동화 조건에서 작업의 복잡한 부분을 처리하도록 한다.

로봇의 기능은 기계 문을 열고 사람이 조작하는 것과 같은 버튼을 누르는 시점에도 속도와 페이로드가 낮다. 부피가 작고 가변성이 높은 부품 제조업체의 경우 코봇은 분당 몇 개의 부품 생산량이 낮은 소형 사출 성형기를 사용해 이상적인 자동화 솔루션이 될 수 있다. 저렴한 비용으로 코봇을 구입한 제조업체는 반복 가능성이 높은 프로세스와 일관된 출력의 이점을 얻을 수 있다.

또한 저속에서 위험성 평가를 통해 고가의 안전 보호 없이도 업 스트림 또는 다운 스트림 프로세스에서 작업자와 긴밀한 협업이 가능하다. ROI는 작업자가 작업할 수 있는 프로세스에 따라 달라진다. 코봇이 두 명의 노동자를 통해 반 노동자에 해당하는 것을 대체하는 것은 흔한 일이다. 한편 제조업체 성공적인 제품 라인을 위해 생산량이 증가하거나 혹은 부식된 프로세스 또는 높은 강성이 요구되는 경우에 속도와 정확성이 크게 향상되고 잠재적으로 다른 팀과의 상호 작용이 필요하다.

생산성과 비용 효율성을 강조하는 사출성형 라인에는 산업용 로봇이 적합하다. 중간 크기의 6축 또는 직교 로봇은 몰딩 기계를 컨베이어 또는 단일 축 직교에 내리는데 이것은 스카라 혹은 6축 로봇으로 전달하고 품질 관리 혹은 조립과 같은 또 다른 기능을 실행한다. 완벽하게 보호되는 시스템은 1분당 120개의 부품을 사용할 수 있으며 연간 63만개 이상의 부품이 자동으로 3교대 생산된다.

작업장에 적합한 로봇 선택하는 방법

제조업체의 경우 코봇이 자동화된 프로세스를 향한 이상적인 첫 걸음일 수 있다. 위험성 평가에 안전 보호가 필요하지 않은 경우 초기 투자 비용이 낮으며 직원들은 로봇 시스템에 대한 경험과 익숙함을 얻게 된다. 코봇은 산업 환경에서 안전을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있다. 코봇은 작업자를 보호하면서 위험한 작업을 수행할 수 있다.

안정성과는 별도로 코봇은 반복적인 작업을 수행함으로써 장기간의 부상을 예방한다. 또 다른 형태의 코봇은 사람들을 보호함과 동시에 무거운 하중을 대신 처리하기도 한다. 또한 대형 창고와 같은 상황에서 러너(runner) 코봇은 멀리 떨어진 곳에서 물건이나 제품을 신속하게 가져오는데 절반 이하의 시간으로 단축시킬 수 있다. 여러 코봇이 필요한 경우 장비 비용(또는 추가 인력)이 산업용 로봇 구입 비용보다 초과할 수 있다.

4차 산업혁명 흐름 속에 산업용 로봇 증가

산업용 로봇 관련 산업 구조를 살펴보면 로봇 제작사 외에 센서 구동기가 핵심 부품 기업이며 시스템 기업 등으로 구성됐다. 로봇 부품은 로봇 시스템의 설계 가격 성능과 신뢰성을 좌우한다. 센서는 로봇의 현재 상태 작업 물을 포함한 주위 환경을 인식함으로써 자세 제어 상황 판단 사용자와 상호작용을 할 수 있도록 하는 핵심 부품이다.

액추에이터는 로봇을 직접 구동하는 부분으로 작업 성능과 기능 수준을 결정하는 핵심 부품이며 구동기, 감소기, 드라이버 등으로 구성됐다. 제어기는 로봇의 제어와 운영을 위한 핵심 부품으로 기술과 연계된 로봇의 최적화 안전화로 로봇이 신뢰성과 경제성을 갖추기 위한 필수 요소이다. 선진 로봇 기업은 중요 부품에 대한 자체적인 경쟁력을 갖추고 있으며 대외 의존도가 높으면 독자적인 설계와 가격경쟁력 확보에 원천적 제약 요소로 작용한다. 4차 산업혁명 관련 기술 발전에 따라 사물인터넷 관련 기술을 보유한 기업의 로봇산업 생태계 참여가 증가할 것으로 예상된다.

산업용 로봇과 코봇 시장 산업 동향

글로벌 산업용 로봇 시장은 개발도상국과 중소기업에서의 수요 증가를 중심으로 2023년에 출하량 약 84만 대 연평균 증가 금액 약 717억 달러 연평균 9.6%증가에 이를 것으로 추정된다. 중국 인도와 같은 신흥국을 중심 으로 하는 중소기업의 생산 자동화 로보틱 시스템 적용 확대에 따른 수요 증가가 시장 확대의 주요 원인이 될 것으로 예상된다. 특히 코봇은 연평균 출하량 62.3%증가율 금액 57.5% 증가율로 매우 가파르게 성장할 것으로 예상된다.

출처 : TM Robotics(tmrobotics.com)