코봇의 시대(Cobots)

협업 로봇(Cobots)은 인간과의 긴밀한 상호 협력으로 상당한 이점을 제공할 수 있지만 안전과 생산성을 보장하기 위해서는 고품질 부품 보증이 필요하다.

지금까지 공장에서 필수장비인 산업용 로봇이 고 수준의 일관성과 반복성을 유지하며 생산성을 향상시켜 왔다. 

그러나, 변화하는 소비자의 요구와 행동으로 생산 영역은 커스터마이징에 대한 필연성이 높아지고 있으며, 스마트 제조와 고도의 자동화가 공장의 표준이 되어가고 있다. 

특히, 작업자와 보다 더 가까운 거리에서 사용할 수 있는 더 작고, 더 가볍고, 민첩한 기계에 대한 필요성이 대두되고 있는 가운데, 협업 로봇인 코봇(Cobot)이 등장하였다.

현재 코봇은 정확성이 요구되는 반복적인 작업을 담당하고 있으며 그 수요하고 증가하고 있다.

2017년~2020년 사이에 전 세계적으로 코봇 설치는 약 11,000대에서 22,000대로 두 배나 증가했다.

BIS Research의 연구에 따르면 코봇의 세계 시장은 2018년 5억 8천만 달러에서 2024년 90억 달러의 놀라운 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다.

그러나, 사람과 기계의 협업으로 생산활동의 유연성이 높아지고 있는 가운데 코봇의 광범위한 채택으로 특히 안전 분야에서 몇 가지 문제가 나타나고 있다. 

이 문제를 해결하기 위해서는 (사람과 기계를 위한) 적절한 훈련에서부터 코봇이 환경을 이해하고 그에 따라 대응하는 데 도움이 되는

센서 등 신뢰할 수 있는 구성 부품에의 용이한 접근성을 포함 다양한 요소를 해결해야 한다.

아래에 현재 산업 환경에서의 코봇의 역할을 살펴보고 코봇을 최적의 수준으로 활용할 수 있는 방법을 설명한다.

전통적인 산업용 로봇의 과제

산업용 로봇은 지금까지 생산을 단순화하고 최적화할 수 있는 능력이 입증되었다.

그러나, 높은 투자 비용이 필요했고, 사람보다 티칭하기가 매우 어려우며 몇 가지 안전에 있어서 해결해야 할 과제를 가지고 있다. 다음은 고려해야 할 몇 가지 과제이다.

원가계산

가격에 관한 한 산업용 로봇은 결코 만만하지 않은 초기투자 비용이 필요하다.  장기적 관점에서의 투자비용 회수 전략을 입안할 때 일반적으로

높은 초기 투자비용과 추가 설치 및 구성 비용이 필요하며 향후 유지관리 비용도 고려해야 한다.

티칭이 까다롭다

산업용 로봇을 프로그래밍하고 특정 작업을 수행할 수 있도록 훈련하는 티칭 작업이 필요하며 전문 기술을 가진 숙련된 기술자가 필요하다.

제조업체가 내부적으로 이러한 전문가를 고용해야 할 경우 더 많은 비용이 발생된다. 

그리고 티칭 작업은 일회성으로 마무리되는 것이 아니다. 변경이 필요하거나 소프트웨어를 업그레이드해야 할 때 추가 비용이 발생할 수 있다.

로봇을 프로그래밍할 때도 주의해야 한다. 오작동하거나 비효율적으로 작동할 수도 있음을 고려해야 한다.

안전 유지

산업용 로봇은 안전에 주의를 기우려야 한다. 안전 사고나 위험을 초래할 수 있는 빠르고 반복적인 움직임을 하는 무겁고 부피가 큰 기계이다.

안전을 위해 로봇 주변에 튼튼한 안전 책 설치가 필요하며 추가 비용이 발생한다. 최신 산업용 로봇은 많은 안전 기능을 갖추고 있지만, 오래된 구형 기계는

주변에 있는 사람을 포함한 물체를 감지하는 센싱 능력이 부족해 충돌과 잠재적 사고가 발생할 우려가 있다.

코봇(Cobots) 등장

산업용 로봇은 자동차 조립 같은 중후한 공학적 응용 분야에서 발전해 왔으며 수백 킬로그램의 무게가 나가는 물체를 들어올릴 수 있을 정도로 아주 튼튼하고 강하다. 

이와는 대조적으로 코봇은 사람과 직접 상호 작용하고 훨씬 더 작은 부하 환경에서 움직이면서 사람과 협력하며 작업을 수행하도록 특별히 설계되었다.

일반적으로 코봇은 테이블 상판에 놓여 작업을 하게 된다. 복잡하고 섬세한 조립 작업, 정밀한 고정 작업 또는

반복적인 피킹 및 배치 작업을 최고 수준의 일관성과 신뢰성으로 수행하는 데 아주 이상적이다.

제조 환경에서의 샌딩 및 연마, 접착 및 밀봉, 나사 고정, 품질 테스트, 검사작업 등이 가능하다.

코봇은 산업용 로봇의 투자비용에 비하면 아주 저렴하며, 산업용 로봇이 전문가 프로그래밍을 필요로 하는 대신

사람과 직접 상호 작용하며 작업하기 위한 동작을 쉽게 티칭할 수 있다.

코봇의 개념은 90년대 중반에 처음 도입되었으며, 코봇을 출시한 주요 대표 제조업체는 2004년 KUKA였다.

그 이후로 많은 로봇 제조업체들이 시장에 진출했고 코봇의 능력은 빠르게 성장했다.

초기 기계는 일반적으로 약 10kg의 무게였고 몇 kg의 하중 내에서만 작동이 가능했다. 

FANUC는 2015년 35kg의 무거운 중량을 다룰 수 있는 코봇을 출시했고, ABB도 같은 해 최초의 듀얼 암 코봇을 출시했다.

최신 규정으로 공장 보안 유지

코봇은 사람 작업자 옆의 작업대나 테이블 위에서 일하거나 움직이게 된다. 사람과 매우 가까운 곳에서 기능하게 되므로 안전이 매우 중요하며,

Fanuc, Siemens, Omron, ABB와 같은 세계적인 산업용 로봇 제조업체들은 특히 작업자의 안전을 최우선 과제로 두고 코봇을 개발하고 있다.

잠재적 파괴력과 치명적인 상황을 방지하기 위해 작업자의 움직임에 즉시 반응할 수 있는 능력이 필요하다. 물리적 안전장치에 의존하기보다는 고유한 안전조치로 설계된다. 

예를 들어, 코봇의 암에 위치 센서를 비롯한 충돌 회피 장치와 첨단 안전 기능이 설치되어 있어 생산 라인에서 사람과 동일한 공간에서 안전하게 작업할 수 있다.

작업자 안전을 보장하고 공장 보안을 유지하기 위해서는 의도한 대로 코봇이 작동하는지 확인해야 한다.

안전 표준 규격 ISO 10218 및 기술 사양 RIATS 15066에서 협업 로봇의 안전 기능 및 성능을 정의하고 있다.

코봇에는 사용자가 암을 잡고 필요한 각 위치로 이동하게 할 수 있는 직접 티칭 기능이 있다.

ISO 10218 및 ISO/TS 15066에 작업자의 손이 로봇과 직접 접촉 시 협업 로봇 교육을 위한 표준 및 지침이 제시되고 있다.

예를 들어, Omron의 TM Series 코봇은 로봇 팔의 움직임을 프로그래밍할 필요가 없다.

로봇에게 새로운 작업을 가르치기 위해 직관적으로 손으로 가이드하는 메커니즘을 사용하고 있다.

「핸드 가이드 모드」 같은 기능은 속도와 힘을 모니터링하여 티칭 프로세스가 최신 안전 표준을 준수하는지 확인하도록 되어있다.

안전 관련 표준은 사용 전에 완전한 위험 평가를 수행하고 제조 현장에서 비상 정지와 관련된 경우에 가능한 모든 위험과 결과를 고려하도록 요구하고 있다.

안전 및 생산성 유지

코봇은 움직이는 기계이기 때문에 많은 부품에 마모 현상이 일어나는 것이 특징이며, 좋은 상태를 유지하기 위해서는 정기적인 유지보수가 필수적이다. 

코봇에는 센서, 기타 정교한 전기 전자 및 기계 구성 요소 외에도 케이블, 하니스, 윤활 시스템, 씰, 플랜져, 나사, 볼트 및 O-링이 필요하다.

안전을 보장하며 최대의 성능을 발휘할 수 있도록 정기적으로 점검하고 유지 관리해야 한다.

코봇의 정상적인 작동을 유지하기 위해서는 필요한 모든 부품과 예비 부품을 상시 공급할 수 있는 자동화 공급업체와 협력하는 것 또한 중요하다. 

코봇의 발전성

산업용 로봇의 장점은 산업계 내에 잘 알려져 있다. Industry 4.0 시대에도 여전히 공장에서 필요한 핵심 기계설비이다.

그러나 공장 운영을 최적화하고 새로운 시대의 요구인 개별화와 맞춤화에 대응하기 위해 코봇의 유연성과 효율성에 점점 더 관심을 돌리고 있다.

안전 표준에 의해 안전 기능이 강화된 코봇이 사람과 조화를 이루며 작동할 수 있어 생산성의 한계를 극복하고 궁극적으로 수익을 높일 수 있게 되었다.

따라서 코봇은 점점 미래의 지능적인 공장에서 필수적인 요소로 확고하게 자리매김해 갈 것이다.

참조 | https://www.manufacturingtomorrow.com/article/2023/05/welcome-to-the-age-of-the-cobot/20663