협동로봇 안전 표준

산업용 로봇 안전 표준 포스팅에서는 산업용 로봇과 관련된 국제 안전 표준을 살펴보았습니다. 이번 포스팅에서는 산업용 로봇 중에서도 세간의 이목을 집중시키고 있는 협동로봇과 관련된 안전 표준을 살펴 보도록 하겠습니다.

기본적으로 협동로봇은 산업용 로봇의 한 종류입니다. 즉, 협동로봇 또한 산업용 로봇의 안전 표준을 준수해야 합니다. 산업용 로봇의 안전 요구사항을 담고 있는 ISO 10218은 협동로봇에서도 가장 중요한 표준이라 할 수 있으며, 안전 관련 제어시스템은 ISO 13489을 토대로 설계하고 성능레벨을 평가합니다. 또한, 위험성 평가를 수행할 경우에는 ISO 12100을 참고합니다.

4 types of collaborative operation^[각주:1]

협동로봇의 정의 또한 ISO 10218-1에서 찾을 수 있습니다. 이 표준에서는 4가지 종류의 협동운전(collaborative operation)을 소개하는데, 이러한 협동운전이 가능하도록 설계된 로봇을 협동로봇이라 부릅니다.

첫번째 방식은 safety-rated monitored stop 입니다. 작업영역은 감시되며, 사람이 로봇 작업영역에 진입하려 할 경우 로봇은 즉각 정지합니다. 즉, 작업영역에 사람이 없을 경우에만, 로봇은 일반 산업용 로봇(non-collaborative robot) 처럼 동작합니다. 이 방식에서는 사람과 로봇이 같은 공간에서 동시에 움직일 수 없습니다.

두번째 타입인 hand guiding의 경우, 사람이 수작업 장치(hand-operated device)를 사용하여 로봇을 이동시킵니다. 사람이 로봇을 직접 제어 한다는 점에서 수동 조작과 유사합니다.^[각주:2]

위의 두 가지 또한 협동운전의 방식으로 소개되긴 합니다만, 우리가 생각하는 협동로봇과 조금 상이할 것입니다. 산업 현장에서 실질적으로 유용하게 사용될 수 있는 협동운전은 다음 두 가지 방식입니다.

세번째 방식은 speed and separation monitoring 입니다. 로봇과 사람 사이의 거리를 모니터링하며, 안전거리를 확보합니다. 사람이 로봇에 가까이 다가올 경우 로봇의 속도는 줄어들며, 일정 간격 이내로 접근할 경우 로봇은 정지할 것입니다. 사람이 로봇 작업 영역에 접근했는지 파악하기 위하여 안전 스캐너 등 외부 장치를 추가로 사용합니다.

현재 협동로봇이라는 이름으로 시중에 판매되는 제품 대부분은 마지막 방식인 power and force limiting 을 적용합니다. 일정 값의 동력(power) 또는 힘(force)을 검지되면 로봇은 즉각 정지함으로써 사람이 상해를 입지 않도록 보호합니다. 로봇은 힘, 동력, 속도 등을 제한하는 안전기능을 보유하고 있으며, 이러한 기능이 상시 활성화되어 있습니다. 그 결과, 안전펜스와 같은 별도의 안전 장치가 없더라도 사람은 로봇과 같은 공간에서 안전하게 작업할 수 있습니다.

ISO/TS 15066

Robots and robotic devices -- Collaborative robots^[각주:3]

ISO 10218은 산업용 로봇의 대표적인 안전 표준이지만, 기존의 일반적인(traditional) 산업용 로봇을 기준으로 작성되었습니다. 그러다보니 일부 내용은 협동로봇의 특성과 맞지 않습니다.

예를 들어, 기존 산업용 로봇은 활성화 장치(enabling device)가 필수적입니다. 로봇을 수동으로 조작할 때, 활성화 장치의 버튼을 살짝 눌러야 로봇을 동작시킬 수 있으며, 꽉 누르면 로봇은 정지합니다. 로봇이 갑자기 움직일 경우, 사람이 깜짝 놀라 버튼을 꽉 누르게 된다는 인간 공학적인 설계가 반영되어 있으며, 이를 통해 안전을 확보한다는 개념입니다. 하지만 동력과 힘을 제한하는 협동로봇의 경우, 로봇의 갑작스런 움직임으로 인해 사람과 부딪치더라도 충돌을 검지하여 정지할 것이므로, 활성화 장치가 없더라도 안전을 확보할 수 있습니다.

또한, 동력 및 힘을 제한하는 협동로봇의 경우, 동력과 힘에 대한 안전 파라미터는 얼마나 큰 값으로 설정해야 하는지에 대한 정보도 필요합니다. 

이러한 필요성이 대두되면서 전세계 로봇 제조사 및 연구기관이 ISO에 모여 위원회를 결성하고, 협동로봇의 안전에 대한 표준을 작성하기로 합니다. 수년간 논의를 거쳐 2016년 2월, 협동로봇 기술사양 ISO/TS 15066이 배포됩니다. 이 기술문서에서는 협동로봇 관련 개념 및 안전 요구사항을 설명하고, 부록으로 신체 부위에 따른 압력 및 힘 제한치를 제공합니다. 이 문서를 활용하여 협동로봇시스템의 위험성을 평가하고 로봇을 안전하게 사용하기 위한 파라미터를 찾아낼 수 있습니다.

흥미로운 점은 아직 정식 표준은 아닙니다. 협동로봇은 아직 성숙하지 않은(immature) 새로운 분야이기 때문에 실제 사례나 연구 결과가 부족한 상황이며, 일부 내용은 추가 논의가 필요합니다. 하지만 협동로봇이 수많은 현장에서 적용되고 있으며, 이 분야에 대한 연구 또한 활발하게 진행되고 있는 만큼, 다음 개정판에서는 정식 표준으로 인정받을 수 있을 것으로 예상됩니다.

1. 각 협동운전 방식에 대한 특징 및 향후 전망에 대한 내용은 Demystifying cobot safety: The four types of collaborative operation 아티클을 참조하세요. (https://blog.universal-robots.com/demystifying-cobot-safety-the-four-types-of-collaborative-operation) [본문으로]
2. 그럼에도 불구하고, 이 방식은 자동 운전으로 간주된다고 합니다. [본문으로]
3. https://www.iso.org/standard/62996.html [본문으로]