협동로봇
글: 편집실
기술의 급속한 발전으로 로봇이 더 많은 작업을 수행할 수 있게 되면서 다양한 분야에서
로봇의 활약은 점점 더 확산되고 있다. 어떤 종류의 로봇이 필요한 지는 환경에 따라 다르겠지만 협동로봇은
전자제품 제조, 자동차 산업, 식품 제조, 의료 분야, 농업 등의 분야에서 인간과 협동하며 활약하고 있다.
한 공간에서 사람과 협동 작업이 가능한 로봇
전 세계적인 인건비 상승과 위험하고 힘든 산업현장 기피 현상의 문제는 이제 자동화, 특히 로봇에 기반을 둔 자동화가 아니면 해결하기 어려운 문제가 되고 있다. 협동로봇은 산업용 로봇, 즉 제조용 로봇의 한 부류이다. 협동로봇이 처음 시장에 출시된 이후 산업용 로봇과는 다른 수요층을 형성하면서 기존 산업용 로봇과는 다른 시장을 형성하기도 했지만, 기본적으로는 기존 산업용 로봇을 대체하는 수요도 있다.
산업용 로봇은 사람과 분리된 공간에서 시간에 따라 정해진 작업을 수행하며 제품을 대량 생산하는 전통적인 제조 공정에 활용되고 있다. 하지만 협동로봇은 인간과 같은 공간에서 협동 작업을 하는 파트너 개념으로 볼 수 있다. 협동로봇은 기존 산업용 로봇에 비해 대체로 최대 가반하중이 10kg 내외에 불과하여 중형 내지 소형으로 제작돼 예상치 못한 사람과의 충돌에 대비해 유연한 구조로 만들어진다. 협동로봇은 이러한 안전성능이 확보되어 있어서 한 공간에서 사람과 협동 작업이 가능한 것이다. 대기업의 생산 공장에서 소품종 대량 생산 작업에 많이 사용하는 산업용 로봇과 달리 협동로봇은 중소기업에서 선호도가 높다. 중소기업은 대량 생산보다는 소량 다품종 생산이 필요한 경우가 많으므로 기존의 산업용 로봇을 사용하면 작업을 위한 프로그램 교체가 빈번하게 필요하다. 이를 위해서는 숙련된 로봇 엔지니어가 필요하지만, 중소기업이 이러한 조건을 갖추기는 어렵다. 협동로봇은 중소기업의 이러한 환경에 맞춰 사용할 수 있다.
2009년 최초 출시, 국내외 벤처 창업 늘어
협동로봇의 개념은 2005년부터 2009년까지 수행된 유럽연합 FP6(Framework Program 6)의 ‘SMErobot’ 프로젝트로부터 시작되었다. 이 프로젝트는 유럽의 KUKA, ABB와 같은 로봇업체, DLR(독일항공우주센터)과 같은 연구소 및 여러 유명 대학들이 컨소시엄 형태로 참여하였다. 그 후 FP7DP 이의 후속으로 ‘SMErobotics’ 프로젝트가 진행되었다.
2005년 협동로봇의 선두주자인 Universal Robots社가 덴마크에 창업하였다. 2009년에 첫 협동로봇인 UR 시리즈를 출시하여 오늘에 이르렀다. 미국에서는 Rethink Robotics가 2012년에 양팔 로봇인 Baxter를 출시하여 많은 관심을 받았으며, 2015년에 성능을 향상시킨 Sawyer를 출시하였다. 독일의 KUKA는 독일 항공우주연구소인 DLR이 개발한 협동로봇인 LWR 시리즈를 기술 이전 받아서 이를 기반으로 자체 LBRiiwa 시리지를 출시했다.
Universal Robots가 2009년에 최초의 협동로봇을 선보인 이후에 협동로봇을 생산하는 많은 벤처기업들이 국내외에서 창업했다. 이는 기존에는 로봇 기업이 산업용 로봇의 설계, 제작 및 제어 등 모든 부분에 대한 역량을 가져야만 로봇 생산이 가능했지만, 최근 들어서 분업화가 진행되면서 일부 로봇 기술만으로도 창업이 가능해졌기 때문이다. 예를 들어, 로봇 몸체는 생산비가 저렴한 중국에서 들여오고, 제어 시스템만을 개발하여 협동로봇 회사를 창업하는 것도 가능하다. 또한 협동로봇의 핵심에 해당하는 관절 모듈만을 전문으로 생산하는 기업도 있어서, 이 기업들의 관절 모듈을 기반으로 몸체와 제어 시스템 기술만으로 협동로봇을 생산하는 기업도 있다.
2000년대 초반에 유럽에서 처음 개념이 도입될 때는 중소기업에서 주로 사용할 로봇이므로 SME(Smalland Medium Enterprise) robot, 즉 중소기업형 로봇으로 불렸다. 그 후 영어로 ‘collaborative robot’ 또는 줄여서 ‘cobot’으로 통용되었다. 이후 국가 기술표준에서 협동로봇이라는 용어를 공식적으로 사용하기 시작하면서 지금의 협동로봇으로 불리고 있다.
제조, 자동차 등 다양한 분야에서 활용되는 협동로봇
협동로봇이 활용되거나 활용 가능한 분야는 인간-로봇 협업 작업을 통해 생산성과 노동환경 개선에 이점이 있는 제조 공정이 될 것이다. 제조 환경, 노동여건, 투자 효율성과 같은 비 기술적인 요인도 협동로봇 활용 여부에 요인으로 작용할 수 있다.
협동로봇의 활용 분야는 먼저 무거운 물체 들기, 옮기기, 제품검사와 같은 지루하고 루틴한 작업에서 로봇을 툴이나 물건을 들고 있는 조수의 역할로 활용할 수 있다. 인지와 판단은 사람의 몫으로 남겨두는 작업에서 협동로봇이 활용될 수 있다.
용접 작업 분야에서 협동로봇을 툴로 활용하여 인간-로봇 협업작업을 구현하기도 했다. 이 작업에서 로봇에 대한 약간의 자율지능과 상호 작용 능력을 부여하여 기존의 오프라인 프로그래밍 방식의 산업용 용접로봇이 수행하지 못했던 실시간 협업을 가능하도록 했다. 조립작업에서도 로봇과 사람 간 협업이 구현되기도 했다. 예를 들면, 로봇이 먼저 단순한 작업을 수행하면 사람은 이를 이어 받아 복잡한 조립 작업을 구현하는 방식이다. 크고 무거운 물체를 들고 조작하는 작업에서 핸드가이드 조립 작업을 구현한 예도 점점 많아지고 있다. 최근 들어 자동차 조립공정에서 협동로봇을 활용한 사례도 종종 등장하고 있다.
BMW 조립 라인에서 유니버설 로봇을 사용하여 인간-로봇 협업을 적용한 사례가 보고되었으며, 포드자동차에서는 shock absorber를 조립하는 라인에서 KUKA 협동로봇을 도우미로 사용하기도 했다. 폭스바겐도 광원 플러그를 고정하거나 실린더 헤드를 고정하는 과정에서 협동로봇을 적용하여 도우미로 활용하고 있다. 현재 국내에서도 협동로봇을 활용한 사례가 점점 많아지고 있다. 머센텐딩, 폴리싱공정, 볼팅, 각종 국내 제조공정과 다양한 분야에서 협동로봇이 활용되고 있다.
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Convergence Research Review 2022 June vol.8 no.6
