협동로봇의 안전구동을 위한 가이드

사람과 작업을 공유하고 새로운 요구 사항에 유연하게 적응하는 협업 로봇(collaborative robots)은 다양한 산업분야에서 높은 투자 수익을 제공한다. 제조업체는 이러한 로봇을 사용하여 사람 과 함께 또는 가까이 작업할 수 있고 다양한 반복 작업의 생산성 을 높일 수 있는 통합 안전 기능의 이점을 얻을 수 있다.
그러나 경량 프레임, 충돌 감지 기술 및 최소화된 핀치 포인트 를 포함하는 수많은 안전 기능에도 불구하고 그리퍼, 엔드 이펙터 및 협업 작업 공간 근처에 있는 기타 장비 등의 전체 애플리케이 션에 대한 적절한 안전 조치를 고려해야 한다. 포괄적인 위험 평 가를 기반으로 한 안전한 구현은 협업 로봇 애플리케이션의 성공 을 보장하는 데 중요하다.
이 기사에서는 협업 로봇(코봇, cobot)에서 최대의 가치를 얻 기 위한 산업 표준, 프로젝트 단계 및 솔루션에 대해 설명한다. 또 로봇 자체와 협업 작업공간 및 일반적인 협업 작업에 대한 안전 요구사항을 정의하고 논의한다.


협동 로봇이란 무엇이며 어떤 안전 기준이 적용되나?
 

협동로봇은 힘 피드백, 저관성 서보 모터, 탄성 액추에이터, 충돌 감지 기술과 같은 기술 덕분에 로봇이 사람 작업자와 함께 협업 하도록 접촉에 안전하게 설계된다. 기존 로봇보다 더 작은 코봇은 일반적으로 부드럽고 둥근 모서리와 핀치 포인트가 최소화된 가 벼운 프레임을 가지고 있다.
힘 및 속도 모니터링은 협업 로봇을 정의하는 성능이다. 사람 이 협업 작업 공간에 들어올 때를 감지하는 안전 장치가 장착되어 있으면 더 빠른 속도로 작동할 수 있다. 이를 통해 위험 구역 내에 사람이 없을 때 처리량을 극대화할 수 있다.
안전 표준 ISO 10218 및 기술 사양 RIA TS 15066은 협업 로봇의 안전 기능과 성능을 정의한다. TS 15066에 따라 코봇의 힘 및 속도 모니터링은 애플리케이션 데이터, 사람 접촉 영역 및 작업 공간 위험을 기반으로 설정된다. 사람과의 접촉은 일시적(transient) 및 준정적(quasi-static)의 두 가지 유형으로 정의된다. 전자는 비클램핑 접촉을 의미하는 반면, 후자는 신체 일부가 클램핑될 수 있는 상황을 포함한다.
애플리케이션 데이터, 사람 접촉 가능성 및 작업장 위험은 모두 TS 15066을 기반으로 계산된 안전 설정에 포함된다. 이는 안전 표준에 익숙하지 않은 제조업체에게는 어려운 작업일 수 있다. 이 경우 안전 평가 제공업체를 고용하여 계산하고 전체 협업 애플리 케이션의 안전성을 개선하기 위한 제안을 제공한다.

'핸드 가이드 티칭’은 어떻게 진행되며 중요한 안전 고려사항은 무엇인가?

ISO 10218 및 ISO/TS 15066은 협업 로봇 교육 기능에 대한 표준 및 지침을 제공한다. Omron의 TM 시리즈 로봇과 같은 많은 협 업 로봇은 로봇 팔의 움직임을 명시적으로 프로그래밍할 필요 없 이 새로운 작업을 가르치기 위해 직관적인 핸드 가이드 메커니즘 을 사용한다. 핸드 가이드 모드는 교육 프로세스가 안전 표준을 준수하는지 확인하기 위해 힘과 속도를 모니터링 한다. 손으로 가 이드 하는 교육의 안전은 다음과 같은 방식으로 안전 기준을 충족한다.


핸드 가이딩: 작업자가 티칭을 위해 로봇의 작업 공간에 들어가기 전에 로봇의 힘 및 속도 제한 기능이 활성화된 경우에도 로봇을 정지해야 한다. 그렇지 않으면 영역 스캐너와 같은 안전 장치에 의해 작업자 감지 시 보호 정지를 실행해야 한다. 고속 로봇과 달 리 작업자는 안전력과 속도 모니터링이 활성화되어 있는 한 간단 한 트리거, 버튼 또는 모드 선택을 사용하여 티칭 모드를 활성화 할 수 있다. 그렇지 않으면 3위치 안전 활성화가 필요하다. 안전 표준은 의도적인 교육 모드 전환을 요구하고, 예상치 못한 동작을 유발하지 않으며, 추가 위험을 방지한다.


안전한 티칭 보장: 작업자는 로봇 동작에 대한 책임이 있으므로 주 변 장비 및 안전 문제를 항상 인식해야 한다. 작업자의 안전을 유 지하기 위해 공간 및 소프트 축 제한과 같은 동작 제한을 적용할 수 있다.


안전한 작동: 작업자는 먼저 보호 공간을 비워야 한다. 이는 안전 센서 또는 추가 작업자 확인으로 감지할 수 있다. 작동을 위해 로 봇을 다시 활성화하려면 의도적인 모드 선택이 제공되어야 한다.


협업 작업 공간이란 무엇이며 안전 고려 사항은 무엇인가?


협동 로봇은 잠재적으로 피해를 입힐 수 있는 다른 장비 주변에 서 자동화된 작업을 수행한다. 도구나 추가 장비를 포함하여 협동 로봇이 작동하는 영역을 협업 작업 공간이라고 한다. ISO 10218/ ANSI RIA 15.06에 정의된 대로 로봇과 인간이 생산 작업 중에 동 시에 작업을 수행할 수 있는 보호 영역 내의 공간이다.
마찬가지로 TS 15066은 로봇 시스템이 생산 중에 인간 작업자와 동시에 작업을 수행할 수 있는 작동 공간 내의 영역으로 정의한다.
전체 협업 자동화 프로젝트에서 모든 추가 장비를 나열하고 배치하는 것이 중요하다. 제조업체는 인명 및 장비 손상을 방지하기 위해 사용할 수 있는 잠재적인 위험 및 안전 센서에 대해 각 장치를 평가 해야 한다. 또한 협업 작업 공간이 명확하게 표시되어야 한다.
안전 장치는 일반적으로 협업 로봇 애플리케이션에 통합하기 가 매우 쉽다. 다음은 공동 작업 공간을 보호하기 위한 몇 가지 솔 루션이다.

개방 구역 안전 보호 솔루션: 안전 영역 스캐너와 매트는 협동로봇 에 가장 널리 사용되는 안전 장치다. 또한 위험이 적고 추가 장비 가 거의 없는 애플리케이션에 통합할 수 있는 가장 간단한 항목 중 일부다.


게이트/제한 구역 안전 보호 솔루션: 안전 라이트 커튼 및 안전 스 위치는 생산성 향상을 위해 위험이 있거나 고속 작동이 가능한 애 플리케이션에 사용된다.


활성 위험 안전 보호 솔루션: 위험이 존재하거나 작업으로 인해 위 험이 발생할 수 있는 경우 운영자는 ‘데드맨’ 스위치를 활성화할 수 있다. 사용자가 압력을 가하지 않으면 자동으로 ‘꺼짐’ 위치로 돌아가는 스위치(안전 장치 제공)이다.


협업 작업에서 안전성 극대화


제조업체는 모든 작업에서 안전을 위해 협업 로봇 애플리케이션 을 검증하는 것이 필수적이다. 모든 응용 분야는 서로 다르지만 작업자와 협력하여 주어진 작업을 수행하는 동안 로봇의 안전성 을 평가할 때 제조업체가 따를 수 있는 몇 가지 지침이 있다. 로봇 이 움직이지 않는 경우에도 드라이브 및 전력 위험이 여전히 존재 할 수 있다.

안전한 로봇 가능: 로봇을 시작하거나 비상 정지에서 복구할 때 작 업자가 안전하고 위험이 없도록 로봇을 활성화하기 위한 의도적 인 조치가 있어야 한다. 예를 들어 작업자가 비상 정지를 활성화 하면 로봇이 자동 재활성화를 수행하지 않아야 한다. 대신 두 번 째 운영자 확인 작업의 입력이 필요하다.


안전한 핸드 가이드: 설계 및 안전 설정 중에 제조업체는 로봇이 정지하고, 의도적인 모드 선택이 발생하고, 속도 및 힘 모니터링 이 활성화된 후에만 핸드 가이드가 발생할 수 있도록 해야 한다. 예를 들어 정지 명령이나 안전 입력 없이 핸드 가이드 활성화가 발생하면 안전 정지 및 폴트가 시작되어야 한다.


안전한 작동: 협동로봇의 자동 또는 실행 작동을 활성화하는 것은 작동을 위해 모든 안전 장치 및 조건을 검증해야 하는 작동자가 국제 모드를 선택해야 한다. 예를 들어 작업자는 작업을 활성화하 기 전에 툴링 끝에서 위험으로부터 보호되어야 한다.


안전성 검증: 제조업체는 안전 평가 서비스 그룹이 모든 주변 영역과 장비를 검토하고 필요한 경우 안전 개선 서비스를 수행하는 것이 중요하다. 안전 서비스 그룹은 현장 검사를 수행하여 장비의 안전을 평가하고, 인증을 확인하고, 안전 매개변수 설정을 확인하 고, 안전 검증이 완료되었음을 문서화한다.


협업 머신 텐딩 애플리케이션에 대한 안전 고려 사항

머신 텐딩(Machine tending)은 설치 용이성, 높은 투자 수익, 로 봇의 유연한 제조 기능으로 인한 이점으로 인해 협동로봇의 가장 일반적인 응용 분야다. 머신 텐딩 애플리케이션은 겉보기에 안전 성이 오해의 소지가 있을 수 있다. 사실 머신 텐딩 애플리케이션 은 많은 검사 및 안전 평가를 완료한 전문가에게 있어 업계 최고 의 안전 문제 중 하나다.
자동화된 머신 텐딩 애플리케이션에서 안전을 극대화하기 위 해 제조업체는 작업자 부상을 방지하기 위해 안전 등급 그리퍼를 사용해야 하며 제품 자체에 위험(예: 극심한 열 또는 날카로운 모 서리)이 있는지도 조사해야 한다.
고려해야 할 다른 사항은 다음과 같다.
• 기계가 안전 정지 상태에 있을 때 다른 기계도 작동되지 않도록 안전 제어를 연결해야 하는지?
• 자재 취급 장비를 사용하고 있는지? 그렇다면 필요한 안전 고려 사항은 무엇인지?
• 머신 텐딩에 사용되는 협동로봇은 기계간 이동이 가능하므로 안전 설정 및 프로그램 검증은 어떻게 하는지?
• 위험 또는 작동 방해를 나타내는 작업자를 위한 경고 구역이 있는지?
또한 작업자가 로봇과 주변 장비에 갇히거나 고정될 수 있는 모든 상황에 대해 전체 영역을 검토하는 것이 매우 중요하다.


협업 자재 취급 애플리케이션에 대한 안전 고려 사항

협업 로봇의 통합으로 이점을 얻는 자재 취급 애플리케이션에는 피킹, 포장, 팔레타이징, 분류 등이 있다. 이러한 애플리케이션을 광범위하게 사용하면 안전 구현을 위한 보다 현장별 솔루션이 된 다. 작업자와 다른 작업자는 종종 협동로봇 주변에서 다른 자재를 이동하거나 운반하므로 위험한 접촉을 피하기 위한 추가 계획이 필요하다.
현재 시장에서 안전 등급 그리퍼는 보기가 힘들다. 현재 제조업 체는 일반적으로 공압 그리퍼를 사용하는데, 이는 충격과 전력 또 는 흡입 손실에 대한 안전 고려 사항이 필요하다. 또한 애플리케 이션 설계자는 제품 자체가 무겁거나 유해 물질을 포함하고 있는 것과 같은 손상 요소(제품을 떨어뜨렸을 때 특히 문제가 될 수 있 는 특성)를 나타내는지 여부를 조사해야 한다.
고려해야 할 다른 사항은 다음과 같다.
• 기계가 안전 정지 상태에 있을 때 다른 기계가 작동하지 않도록 안전 제어를 연결되어 있어야 하는지?
• 협동로봇은 애플리케이션에서 애플리케이션으로 이동할 수 있 으므로 이것이 안전 설정 및 프로그램의 검증에 어떤 영향을 미치는지?
• 위험 또는 작동 방해를 나타내는 작업자를 위한 경고 구역이 있 는지? 자동화된 머신 텐딩 애플리케이션과 마찬가지로 제조업 체는 작업자가 갇히거나 조일 수 있는 모든 상황에 대해 전체 영역을 검토해야 한다.

협업 조립 애플리케이션에 대한 안전 고려 사항

협동 로봇을 사용하는 조립 애플리케이션에는 종종 특수 도구와 작업자와의 긴밀한 협업이 수반되는 동시에 고속 작업 영역이 있 어야 한다. 광범위한 맞춤형 팔 끝 툴링은 이러한 애플리케이션을 특히 복잡하게 만든다. 여러 로봇이 관련된 경우 애플리케이션 설 계자는 각각의 안전 솔루션을 신중하게 조정해야 한다.
자재 취급 응용 분야와 마찬가지로 공압 그리퍼, 작업자가 갇히 거나 조일 수 있는 장소, 무겁거나 유해 물질이 포함된 제품에 대 한 안전 요구 사항을 고려하는 것이 중요하다. 협업 조립 응용 프로그램에 대한 안전 고려 사항 고려해야 할 기타 사항은 다음과 같다.
• 기계가 안전 정지 상태에 있을 때 다른 기계가 작동하지 않도록 안전 제어를 연결해야 하는지?
• 협동로봇은 애플리케이션에서 애플리케이션으로 이동할 수 있 으므로 이것이 안전 설정 및 프로그램의 검증에 어떤 영향을 미 칠 수 있는지?
• 위험 또는 작동 방해를 나타내는 작업자를 위한 경고 구역이 있는지?

요약

사람 협력자를 염두에 두고 설계된 코봇은 일반적으로 안전한 것 으로 간주된다. 그럼에도 불구하고 사용 전반에 걸쳐 작업자의 안 전을 보장하기 위해 여전히 위험 평가가 필요하다. 제조업체는 과 도 및 준정적 접촉뿐만 아니라 로봇이 비상 정지에 포함될 때 발 생할 수 있는 상황을 포함하여 수동 안내 교육과 관련된 모든 가 능한 위험을 고려하는 것이 중요하다.
자동화된 공작 기계, 재료 취급 및 조립 애플리케이션의 설계자 는 로봇이 작업자와 상호 작용하는 모든 방식, 클램핑 또는 끼임 을 유발할 수 있는 주변 환경의 측면, 팔 끝 툴링의 특성을 고려해 야 한다. 고온, 날카로운 모서리 또는 기타 위험 요소로 인해 위험 할 수 있다. 위험 평가를 철저히 수행하고 필요한 안전 조치를 구 현하면 애플리케이션의 성공적인 효율성 향상과 성능 향상을 보 장할 수 있다.

자료제공: Omron(www.automation.omron.com)