협동 로봇(Cobots) 설명: 인간-로봇 협업이 작동하는 방식

협업 로봇(코봇) 은 전통적인 안전 펜싱에 의해 분리되지 않고 사람과 함께 작업하도록 설계된 로봇이다. 이들은 조립, 기계 보조, 포장, 검사, 자재 취급 및 인간 근로자와 로봇이 서로 다른 강점을 기여할 수 있는 반복 작업과 같은 작업에 점점 더 많이 사용되고 있다.

중요한 점은 코봇이 단순히 작은 산업 로봇이 아니라는 것이며, 협업으로 마케팅된다고 해서 자동으로 안전한 것은 아니라는 것이다. 안전한 배치는 로봇, 말단 장치, 작업물, 속도, 힘, 레이아웃, 작동 모드 및 문서화된 위험 평가에 따라 달라진다. 현대의 협업 응용 프로그램은 감지, 안전 등급 제어 및 신중하게 설계된 작동 조건을 결합하여 인간-로봇 상호작용을 관리한다.

목차

• 협업 로봇이란?
• 협업 로봇의 작동 방식
• 코봇 안전 및 기준
• 일반적인 코봇 응용 분야
• 협업 로봇의 이점
• 제한 사항 및 도전 과제
• 코봇과 전통적 산업 로봇의 차이점
• 코봇을 구현하는 방법
• AI, 비전과 협업 로봇의 미래
• 전문가의 팁
• 일반적인 실수들
• 자주 묻는 질문

협업 로봇이란?

협업 로봇은 정의된 작동 조건에서 인간과 가까운 작업을 수행하도록 설계된 로봇 시스템이다. 모든 로봇이 물리적 장벽 뒤에서만 작동해야 한다고 가정하는 대신, 협업 응용 프로그램은 엔지니어링 제어 및 검증된 안전 기능을 사용하여 인간-기계 상호작용과 관련된 위험을 줄인다.

코봇은 일반적으로 콤팩트한 팔, 통합된 힘 또는 토크 감지, 구성 가능한 안전 기능 및 프로그래밍을 용이하게 하기 위해 설계된 소프트웨어를 갖추고 있다. 많은 코봇은 로봇을 일련의 위치를 통해 안내함으로써 가르칠 수 있지만, 정확한 기능은 모델 및 응용 프로그램에 따라 다르다.

'코봇'이라는 용어는 종합적인 안전 인증이 아니라 응용 프로그램 및 설계 철학을 설명한다. 날카로운 도구, 강력한 그립퍼 또는 위험한 프로세스를 갖춘 코봇은 여전히 심각한 위험을 초래할 수 있다.

협업 로봇의 작동 방식

감지 및 제어

코봇은 관절 토크 감지, 힘 감지, 위치 피드백, 안전 등급 모니터링 및 외부 센서를 사용할 수 있어 로봇이 속도를 줄이거나 멈추거나 행동을 변경해야 하는 조건을 감지할 수 있다. 제어기는 프로그래밍된 한계와 안전 조건을 지속적으로 평가한다.

전력 및 힘 제한

하나의 협업 접근 방식은 로봇의 힘과 힘을 제한하여 접촉 위험이 검증된 응용 프로그램 내에서 제어되도록 하는 것이다. 허용 가능한 한계는 신체 부위, 접촉 유형, 도구, 작업물 및 기타 요인에 따라 달라진다. 따라서 안전 평가에서는 로봇 팔뿐만 아니라 전체 시스템을 고려해야 한다.

속도 및 분리 모니터링

일부 응용 프로그램은 센서 또는 안전 등급 모니터링을 사용하여 사람과 로봇 간의 정의된 분리를 유지한다. 사람이 다가오면 시스템은 속도를 줄이거나 위험한 구역에 사람이 들어가기 전에 멈출 수 있다.

안전지침에 따른 모니터링 정지

또 다른 협업 운영 모드는 사람이 관련 작업 공간에 들어가면 로봇이 멈추도록 하는 것이다. 필요한 조건이 충족되면 시스템은 검증된 안전 설계에 따라 작동을 재개할 수 있다.

코봇 안전 및 기준

안전은 협업 로봇 공학의 중심 이슈이다. 로봇 제조업체, 시스템 통합자 및 최종 사용자는 도구, 페이로드, 고정 장치, 소재, 생산 속도 및 인간 행동을 포함한 전체 응용 프로그램을 고려해야 한다.

두 가지 중요한 국제 기준은 ISO 10218-1 및 ISO 10218-2, 산업 로봇 및 로봇 응용 프로그램의 안전 요구 사항을 다루며, ISO/TS 15066협동 로봇 시스템 및 협동 작업에 대한 가이드를 제공합니다.

미국에서 미국 산업안전보건청(OSHA) 로봇 안전 정보를 제공합니다. 다른 관할권의 요구 사항은 다를 수 있으므로 조직은 해당 지역에 적용되는 기준 및 규정을 따라야 합니다.

주요 안전 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 배치 전에 문서화된 위험 평가 수행.
• 로봇, 도구, 적재물 및 작업물을 함께 평가하기.
• 안전 속도, 힘, 전력 및 작업 공간 한계 정의하기.
• 예상되는 접촉 시나리오 테스트하기.
• 협동 한계를 통해 위험을 제어할 수 없는 경우 적절한 보호 장치 또는 추가 안전 장치 사용하기.
• 운영자, 유지보수 직원 및 감독자 교육하기.
• 설치 후 및 significant 변경 사항 후 안전 기능 검증하기.

일반적인 코봇 응용 분야

조립

코봇은 반복적인 조립 단계를 처리할 수 있으며, 사람은 손재주, 검사 또는 의사 결정을 요구하는 작업을 수행할 수 있습니다. 로봇은 구성 요소를 배치하는 동안 운영자가 더 복잡한 작업을 완료할 수 있습니다.

기계 처리

기계 조작에서 코봇은 CNC 기계와 같은 장비에서 부품을 적재 및 하역할 수 있습니다. 이는 반복적인 취급을 줄이고 직원들이 세팅, 품질 검사 및 프로세스 감독에 집중할 수 있게 합니다.

포장 및 팔레타이징

코봇은 제품을 집어 포장에 배치하고, 라벨을 붙이거나 배송용 상자를 준비할 수 있습니다. 적재물 및 사이클 타임 요구 사항은 협동 로봇이 작업에 적합한지를 결정합니다.

검사

카메라 및 기타 센서와 결합된 경우, 코봇은 정의된 작업 공간에서 검사 장비를 일관되게 이동할 수 있습니다. 비전 시스템은 결함을 식별하고 조립을 확인하며 기능을 측정할 수 있습니다.

자재 처리

협동 로봇은 작업대 간에 부품 및 자재를 이동할 수 있습니다. 반복적인 작업일 때 그들의 가치는 특히 강하지만, 생산량이나 제품 변형이 완전히 전용 자동화 셀을 덜 매력적으로 만들 수 있습니다.

맥락상, 코봇은 물리적 자동화 시스템인 반면, 로봇 프로세스 자동화(RPA) 는 소프트웨어 로봇을 사용하여 디지털 작업을 자동화합니다. 이 두 기술은 연결된 작업에서 서로 보완할 수 있습니다.

협업 로봇의 이점

• 유연한 배치: 코봇은 종종 고도로 전용된 자동화 셀보다 다양한 작업을 더 쉽게 재구성할 수 있습니다.
• 인간-기계 협업: 적용이 적절히 평가되고 검증된 경우, 사람과 가까이에서 작업하도록 설계될 수 있습니다.
• 반복 작업 감소: 로봇은 단조로운 처리, 선택, 적재 및 조립 작업을 수행할 수 있습니다.
• 접근 가능한 프로그래밍: 많은 협동로봇은 프로그래밍 복잡성을 줄이기 위한 그래픽 프로그래밍, 수동 가이드 또는 기타 도구를 제공합니다.
• 일관된 실행: 로봇은 정의된 운동과 프로세스 단계를 일관되게 반복할 수 있습니다.
• 확장성: 기업은 전체 생산 라인을 한 번에 재설계하는 대신 선택된 작업을 자동화할 수 있습니다.

제한 사항 및 도전 과제

협동로봇은 모든 자동화 문제에 대한 최선의 해결책이 아닙니다. 그들의 협력 모드는 생산성에 영향을 미치는 속도, 힘 및 하중 제약을 부과할 수 있습니다. 프로세스가 매우 높은 속도, 무거운 하중 또는 위험한 도구를 필요로 할 때 전통적인 인클로저 로봇이 더 적합할 수 있습니다.

통합은 로봇 팔을 구매하는 것보다 더 복잡할 수 있습니다. 최종 효과기, 안전 장치, 컨베이어, 기계, 고정구, 소프트웨어 및 생산 프로세스는 모두 최종 시스템에 영향을 미칩니다.

기타 도전 과제는 다음과 같습니다:

• 사전 통합 및 엔지니어링 비용.
• 안전 검증 및 위험 평가 요구 사항.
• 특정 응용 프로그램에 대한 하중 및 도달 제한.
• 사람과 로봇이 작업 공간을 공유할 때 잠재적으로 느린 사이클 시간.
• 운영자 및 유지 보수 팀에 대한 훈련 요구 사항.
• 잘 설계되지 않은 작업 공간이나 프로세스 변경으로 인한 예상치 못한 행동.

코봇과 전통적 산업 로봇의 차이점

선택은 라벨보다 작업에 따라 이루어져야 합니다. '코봇'이 전통적인 로봇보다 자동으로 더 좋은 것은 아니며, 전통적인 로봇이 협동 생산 전략에 꼭 적합한 것도 아닙니다.

코봇을 구현하는 방법

1. 먼저 작업을 선택하세요

구체적인 생산 문제로 시작하십시오. 사이클 타임, 하중, 도달 범위, 정밀도, 도구, 환경 조건 및 사람들이 작업 공간에 얼마나 자주 들어가야 하는지를 식별하십시오.

2. 인간의 워크플로우를 매핑하세요

자동화를 가정에서 설계하기보다는 실제로 운영자가 어떻게 작업하는지 관찰하십시오. 손 위치, 이동 경로, 재료 흐름, 비틀림 지점 및 예상치 못한 상호작용의 기회를 식별하십시오.

3. 완전한 로봇 시스템을 선택하세요

로봇, 그리퍼, 센서, 고정 장치 및 소프트웨어를 통합 솔루션으로 선택하십시오. 가장 안전한 로봇 팔도 부적절한 도구 또는 무거운 작업물과 결합될 경우 위험해질 수 있습니다.

4. 위험 평가를 수행하세요

정상 작동, 유지보수, 설정, 청소, 오류 복구 및 예상 가능한 남용을 평가하십시오. 필요한 협동 운영 모드 및 추가 안전 장치를 결정하십시오.

5. 파일럿 및 검증하세요

실제 운영 조건에서 시스템을 테스트하십시오. 배치를 확장하기 전에 사이클 타임, 오류율, 운영자 수용성, 가동 중지 시간 및 안전 성능을 측정하십시오.

6. 교육 및 유지보수하세요

운영 절차를 문서화하고 직원에게 정상 운영, 안전 개입, 오류 처리 및 비상 절차에 대해 교육하십시오. 로봇, 도구, 프로세스 또는 작업 공간이 크게 변경될 때마다 시스템을 재평가하십시오.

AI, 비전과 협업 로봇의 미래

AI는 특히 머신 비전과 결합될 때 협동 로봇이 수행할 수 있는 작업을 확장하고 있습니다. 고정된 좌표에만 의존하는 대신 로봇은 카메라를 사용하여 물체를 찾고, 부품을 분류하거나 작업 공간의 변화를 식별할 수 있습니다.

비전 안내 로보틱스는 자동화를 더 적응 가능하게 만들 수 있으며, 머신 러닝은 검사 및 분류 작업에 도움을 줄 수 있습니다. 그러나 AI는 안전 엔지니어링을 대체하지 않습니다. 물체를 올바르게 인식하는 비전 모델이 그 자체로 안전 등급이 있는 제어 시스템은 아닙니다.

미래의 코봇은 구성하기 더 쉬워지고, 가변 물체를 처리할 수 있는 능력이 더 높아지며, 제조 소프트웨어와의 통합이 향상될 가능성이 높습니다. 촉각 센싱의 발전은 또한 로봇이 접촉에 더 반응할 수 있도록 할 수 있습니다. 우리의 가이드인 햅틱 기술 터치 및 힘 피드백 개념에 대한 추가 배경을 제공합니다.

코봇은 다른 로봇 플랫폼과 점점 더 공존할 것입니다. 예를 들어, 공장은 조립을 위한 고정 코봇, 자재 운송을 위한 이동 로봇, 관리 워크플로를 위한 소프트웨어 자동화를 사용할 수 있습니다.

협업 로봇 선택 및 배치에 대한 전문가 팁

• 병목 현상을 자동화하다: 실제로 처리량을 제한하거나 반복적인 노동을 초래하는 프로세스를 목표로 하십시오.
• 총비용 계산: 로봇의 구매 가격뿐 아니라 통합, 도구, 센서, 교육, 유지보수 및 다운타임을 포함합니다.
• 운영자를 염두에 두고 설계하다: 기술적으로 성공적인 로봇일지라도 인간의 작업 흐름을 더 어렵게 만들면 실패할 수 있습니다.
• 실제 응용 프로그램 검증: 안전 가정은 실제 하중, 도구 및 프로세스를 통해 테스트되어야 합니다.
• 변화를 계획하다: 가능한 경우 미래의 제품 및 프로세스 변형을 지원할 수 있는 장비 및 소프트웨어를 선택하십시오.
• 결과 측정: 배포 후 사이클 시간, 품질, 가동 시간, 개입 빈도 및 운영자 피드백을 추적하십시오.

피해야 할 일반적인 실수

1. 모든 코봇 응용 프로그램이 본질적으로 안전하다고 가정하다. 안전성은 전체 애플리케이션과 검증된 작동 조건에 달려 있습니다.
2. 엔드 이펙터를 무시하다. 날카롭고, 뜨겁고, 무겁거나 빠르게 움직이는 도구는 로봇 팔이 협업 기능을 가지고 있더라도 위험을 초래할 수 있습니다.
3. 프로세스를 이해하기 전에 자동화하다. 잘 정의되지 않은 프로세스는 종종 비싼 자동화 프로젝트를 초래합니다.
4. 로봇 사양에만 집중하다. 벨트, 하중 및 반복성이 중요하지만 통합 및 안전 요구 사항이 프로젝트의 성공을 결정할 수 있습니다.
5. 운영자의 참여를 건너뛰다. 매일 시스템을 사용하는 직원들은 엔지니어링 설계 중에는 보이지 않을 수 있는 작업 흐름 문제를 식별할 수 있습니다.
6. AI를 안전 제어의 대체품으로 다루다. AI 인식 및 안전 등급 기능은 서로 다른 목적을 제공합니다.

자주 묻는 질문

1. 협업 로봇이란 무엇인가?

협동 로봇, 또는 코봇은 적절한 안전 기능 및 위험 관리가 적용된 상태에서 사람들과 가까운 곳에서 작동할 수 있도록 설계된 정의된 응용 프로그램을 위한 로봇입니다.

2. 협업 로봇은 완전히 안전한가?

아니오. 코봇은 모든 응용 프로그램에서 자동으로 안전하지 않습니다. 전체 시스템은 위험 평가를 거쳐 의도된 작업에 맞게 구성되고 검증되어야 합니다.

3. 협업 로봇은 일반적으로 무엇에 사용되는가?

일반적인 용도에는 조립, 기계 관리, 포장, 팔레타이징, 검사, 피킹 및 자재 취급이 포함됩니다.

4. 협업 로봇과 산업 로봇의 차이는 무엇인가?

코봇은 정의된 인간-로봇 협력 응용 프로그램을 중심으로 설계된 반면, 전통적인 산업 로봇은 일반적으로 속도, 하중 및 전용 자동화를 최적화한 격리 셀에서 배치됩니다. 그 구분은 응용 프로그램 및 안전 설계에 따라 달라집니다.

5. 협업 로봇은 안전 펜싱 없이 작업할 수 있는가?

일부 응용 프로그램은 협동 응용 프로그램이 적절하게 평가되고 적합한 안전 통제가 구현될 경우 전통적인 완전 퍼미터 펜스 없이 운영할 수 있습니다. 다른 응용 프로그램은 여전히 보호장치나 추가 보호 조치를 요구합니다.

6. 협업 로봇은 인공지능을 사용할 수 있는가?

네. AI와 머신 비전은 코봇이 물체를 인식하고 제품을 검사하며 가변 환경에 적응하는 데 도움을 줄 수 있습니다. AI는 검증된 안전 통제를 보완해야 하며 대신할 수는 없습니다.

7. 협업 로봇은 소규모 비즈니스에 적합한가?

그럴 수 있습니다, 특히 반복적인 작업에 명확한 경제적 가치가 있으며 로봇이 여러 제품이나 프로세스에서 재사용될 수 있을 때 그렇습니다. 비즈니스 사례에는 전체 통합 및 운영 비용이 포함되어야 합니다.

8. 협업 로봇이 인간 근로자를 대체할 것인가?

코봇은 일반적으로 사람들이 판단, 감독, 예외 관리, 품질 결정을 처리하는 동안 반복적이거나 신체적으로 힘든 작업을 자동화할 때 가장 가치가 있습니다. 그 영향은 산업 및 응용 프로그램에 따라 다릅니다.

결론

협업 로봇(코봇) 프로그래머블 자동화와 정의된 인간-로봇 상호작용을 위한 안전 기능을 결합하여 로봇을 일상적인 인간 작업 흐름에 더 가깝게 가져옵니다. 일관성을 개선하고 반복 작업을 줄이며 자동화를 더 유연하게 만들 수 있지만, 그 이점은 신중한 프로세스 설계와 안전 공학에 달려 있습니다.

가장 효과적인 접근 방식은 잘 정의된 작업에서 시작하고, 전체 응용 프로그램을 평가하며, 운영자를 포함하고, 안전 성능을 검증하고, 비즈니스 결과를 측정하는 것입니다. 센서, 비전, AI, 로봇 소프트웨어가 향상됨에 따라 코봇은 현대 자동화 전략의 점점 더 실용적인 부분이 될 가능성이 높습니다.

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