제조 혁신을 위한 로봇

스마트 제조의 고도화와 제조 경쟁력 강화를 위한 협동 로봇

제조 환경의 구조적 변화에 따라 인건비 절감, 생산성 향상, 안전성 확보를 위해 첨단 산업용 로봇을 활용하거나 공장 자동화 필요성이 점점 높아지고 있고, 이에 따른 기업환경의 구조적 변화에 대한 대응과 스마트 제조의 고도화를 통한 제조 경쟁력 강화를 위해 협동 로봇의 활용을 적극 활용하기 위한 기술 검토를 진행하였다.

 

1) 협동 로봇의 정의와 기능

• (정의) 협동 로봇은 사람과 작업공간을 공유하며 물리적으로 상호작용할 수 있는 산업용 로봇

; 안전 펜스 등 방호장치 없이 사용 가능하다는 점이 전통 산업용 로봇과 구별되는 가장 큰 특징이며,

동작 방식(4가지), 용도(3가지)*, 작업 시·공간(3가지)** 등에 따라 다양하게 구분됨.

* (1) 일반제조용, (2) 전문제조용, (3) 의료산업용

** (1) 작업 공간 및 시간 모두 공유, (2) 작업 공간만 공유(시간 분리) (3)작업 시간만 공유(공간 분리)

 

• (기능) 현재 기술 수준으로 협동 로봇은 파지·이송(Pick&Place), 적재(Palletizing) 등 간단한 공정에서부터

조립(Assembly), 연마(Polishing), 투여(Dispensing) 등 비교적 까다로운 공정에까지 활용 가능

 ; 작업자 의도를 학습하고 이를 바탕으로 작업조건을 변경하기 위한 직접교시 기술이나 공정과 작업자

행동을 인식하는 센서 및 충돌 감지 기술 등 사물인터넷, 인공지능, 빅데이터 기반의 디지털 기술이 함

께 활용되고 있음

; 협동 로봇을 제조 또는 사용하기 위해 제조사와 사업주는 국제표준과 안전 관련 의무를 준수해야 함

 

• (특징) 높은 안전성과 조작 편의성, 소규모 설치 면적, 공정 재배치 용이성 등의 측면에서 전통 산업용

 로봇에 비해 이점을 지니고 있어 다양한 공정 및 작업에 유연하게 활용 가능

; 사람과 안전하게 상호작용이 가능하여 제조업뿐만 아니라 서비스업에서도 다방면 활용 중

 

2) 협동로봇 vs. 산업용로봇

  ; 산업용 로봇이 더 정밀하고 작업 속도가 빠르지만, 위험성이 높아 펜스 설치 및 작업자와 생산 공간이

분리되어야 하는 큰 단점을 가지고 있다.

협동 로봇 vs 산업용 로봇

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3) 협동 로봇 표준 동향

 ; 산업용 로봇에 적용되는 표준은 로봇 자체에 대한 표준 ISO10218-1 과, 로봇이 운용되는 환경상의 표준인 ISO 10218-2가 있다. 최근에는 사람과 협동하는 작업이 필요한 별도의 표준이 필요하고 이에 대한 표준인 ISO 15066이 제정되었다. ISO 15066에서는 로봇이 사람에게 가하는 충격량을 주요 척도로 협업 작업의 가능 정도를 평가한다. 인간 로봇 충돌에 대한 신체 부위별 허용 물리력의 기준과 작업 공간 구성 및 작업 모드 간 전환에 대한 규정을 제시하였으며, 이를 위한 접촉 감지와 접촉력 제한을 위한 장치를 로봇에 장착하여야 한다.

ISO 15066 의 신체부위별 로봇 충돌 허용 물리력 기준

4) 협동 로봇을 생산 방식

  • 셀 생산 방식 vs 기존 컨베이어 생산 방식

  ; 협동 로봇은 빠르게 변하는 고객 수요로 인해 짧아진 제품 수명주기에 효과적으로 대응하기 위한

   다품종 변량 생산 방식에 적합

  ; 다양한 소비 트렌드의 등장과ICT 기술의 신속한 발전으로 제품 수명주기가 단축됨에 따라 제조업의

   생산체제가 소품종 대량생산에 유리한 라인(Line) 방식*에서 다품종 변량 생산에 적합한 셀(Cell)방식**

   으로 전환 중

  * 여러 명의 작업자가 컨베이어 벨트를 통해 공정을 분담하는 생산 체제

  ** 1인 생산부터 4인, 6인, 수십 명 생산 등 물량에 따라 다양한 조합이 가능한 유연 생산 체제

 

검토 결과 산업용 로봇이 더 정밀하고 작업 속도가 빠르지만, 위험성이 높아 펜스 설치 및 작업자와 생산 공간이 분리되어야 하는 큰 단점을 가지고 있다. 협동로봇(TM 협동로봇)검토 결과 조립 공정 중 정밀도가 필요한 공정 외에는 모든 공정 적용이 가능한 것을 확인하였다..

협동 로봇은 높은 안전성과 조작 편의성, 소규모 설치 면적, 공정 재배치 용이성 등의 측면에서 전통 산업용 로봇에 비해 이점을 지니고 있어 이송, 적재, 조립, 연마, 투여 등 다양한 작업에 유연하게 활용된다. 단순 반복적이거나 위험한 작업에 협동 로봇을 적극 활용한다면 현장 근로자들 역시 더 안전한 작업 환경에서 창의력이 요구되거나 부가가치가 큰 업무에 집중할 수 있을 것으로 생각한다.