KUKA 제조용 로봇의 다양한 어플리케이션1(Robot Application in Various Areas)
산업용 로봇의 글로벌 서플라이어로 인정받고 KUKA는 거의 모든 가반하중 클래스 및 기종의 다양한 산업용 로봇 및 로봇 시스템을 공급하고 있다. 본 지면에서는 전 세계의 각 산업분야에서 다양하게 쓰이고 있는 KUKA의 어플리케이션들을 소개함으로써 로봇의 활용도와 쓰임의 폭을 조망해본다.
생명을 살리는 로봇
*최신 방사선치료를 위해 쓰이는 로봇기술
2009년 11월, KUKA 로봇은 독일 Baden-Wurttemberg시의 시장에 의해 발족된 Heidelberg Ion-Beam Therapy Center(HIT)의 필수 일원이 됐다. 이곳에서는 매년 1,300명 이상의 종양으로 고통 받는 환자들이 24시간 가동되는 이온 빔(Ion Beams) 치료를 받고 있다. 임상연구에서 이 치료법은 90% 이상의 회복률을 기록하고 있다. 이 이온 빔 치료의 원리는 방사선 탄소이온의 특정빔이 환자의 종양에만 오차없이 닿아 인접 조직을 최상으로 보호하는 방식이다. 이 시설은 어린이의 뇌, 눈의 종양치료를 위한 전문시설기관으로 특화되어 있으나, 전립선 방사선 치료 등과 같은 다른 치료 또한 가능할 것으로 보인다.
*환자 치료시 유연한 위치설정 가능
지멘스 헬스케어는 쿠카로봇 그룹과 함께 하이델베르크에서 사용될 초정밀 포지셔닝과 관련 설비를 개발했다.
KUKA 로봇은 HIT에서 환자의 정교한 위치설정(방사선 치료 시 치료 계획수립 단계 및 치료부위를 위한 위치 설정)시 이용된다. 6축 다관절로 자유자체 이동이 가능한 이점을 가진 KUKA 로봇은 그 완벽한 유연성으로 환자의 위치이동을 가능케 한다. 이는 기존의 테이블형 방사선 치료시설로는 불가능했던 것이다. KR 240 L210 MED 로봇은 치료대위의 환자를 방사선 빔의 정확한 투사를 위해 고정밀한 위치로 이동시킨다. 그리고 천정 고정형 KUKA 로봇은 추가적으로 환자주변에서 X-ray C-arm을 가이드 한다. 이 과정 동안 X-ray 이미지들은 종양의 정확한 현 위치를 파악한다. 만약 종양이 미리 계산해 놓은 정확한 목표위치에 있지 않다면, 로봇이 환자주위를 돌면서 위치설정을 하게 되고, 이 이미지 데이터가 제거물 목표 위치설정을 다시 세팅하게 된다. 즉, 종양 제거를 위한 위치설정은 KUKA 로봇에 의해 세팅된다고 할 수 있으며, 오직 정확한 위치에 도달했을 때 이온 빔의 종양 치료가 이뤄진다. 이 KUKA 위치설정 로봇은 `Safe Operation MED system`을 갖추고 있어 미리 설정한 공간범위를 독립적으로 모니터할 수 있다 이에 더해, 특별히 고안된 안정장치와 정교히 만들어진 이 충돌 방지 시스템은 항상 환자의 안전을 확인하는 시스템의 안전작동을 보증한다.
*뛰어난 정밀도와 정확도
쿠카 그룹에게 있어, 이번 프로젝트는 환자의 생사의 갈림길과 연관되는 정밀도를 완벽히 구현해야 한다는 점이었다. KUKA 의료 기술 매니져, Ralph Berke씨는 "이 프로젝트를 수행하기 위해 다양한 핵심기술들이 사용된 로봇 부품들을 다수 적용했으며, 특히 이 정도 수준의 정밀한 위치설정기를 갖고 있는 업체는 KUKA가 유일하다"고 말한다. 로봇암은 0.5mm보다 작은 정밀오차로 환자의 위치를 세팅하며, 이 설비는 0.1mm 단위로 그 위치를 조정할 수 있다. 이 시스템으로 지멘스와 KUKA는 미래 의료 자동화 기술의 새로운 기준을 제시했다. 또한 Ralph Berke씨는 이번 로봇 프로젝트의 이점을 "의료분야에서도 로봇 자동화의 효율성을 적용하여 로봇이 단시간 많은 환자를 진단할 수 있다"고 말하며, "로봇은 높은 이용성을 가지며 그 유연성과 높은 정확도의 위치 설정 기능을 제공한다"고 덧붙였다.
*새로운 치료법의 탄생
하이델베르그의 사례를 바탕으로, 독일의 Marburg, Kiel 지역에서도 이러한 시설들이 구축됐다. 로봇의 적용이 종양환자들의 시술 시 위치설정에 있어 독자적인 가능성을 열었고, 획기적인 신 치료과정을 만들어 냈다고 전문가들은 평가한다. 사람과 기계사이의 협력은 의료기술분야의 새로운 장을 열었다. 하이델베르크 프로젝트는 새로운 분야에서 마켓 구축뿐만 아니라, 의료분야에서의 성공적인 프로젝트 수행업적들로 그 가능성 및 KUKA의 의지를 증명했다.
로봇, 도축 시스템을 자동화하다
*수동방식의 기존 도축 시스템
WESTFLEISCH 社의 Fleischcenter Coesfeld에서는 수동방식의 기존 도축 시스템을 자동화하기로 결정하였고 이에 먼저 `막창 제거` 및 `골반골 열기와 개복` 공정 단계에 2대의 KUKA 로봇을 시범적으로 투입했다. 이 테스트에서 로봇은 특히 작업의 품질 및 경제성 측면에서 그 우수한 성능을 입증했다.
*3차원 레이저 측정 시스템으로 정확하게
성공적인 테스트 결과가 나온 후에 WESTFLEISCH社는 각각 2대의 6축 KUKA 로봇 KR 30 및 KR 60을 생산 라인에 통합시켰다. 로봇은 보호 슈트를 통해 습기, 오염물 및 세척제로부터 보호된다. 자동화 솔루션은 로봇 외에도 Banss社에서 공급된 PC 평가 소프트웨어, 3D 레이저 측정 시스템 및 KUKA의 컨베이어 소프트웨어로 구성됐다. 오버헤드 컨베이어는 초당 170mm의 일정한 속도로 도축 라인을 통과하면서 도체를 이동시킨다. 로봇이 이 동작을 따라가야 하므로 로봇은 컨베이어 소프트웨어를 통해 컨베이어와 동기화된다. 이에 병행하여 3차원 레이저 측정 시스템은 도체 전체 표면에 대한 정확한 데이터를 생성한다. 각 도축돈의 크기 및 중량이 서로 다르고 다른 해부학적 특징을 가지고 있으므로 이러한 측정은 필수적이라 할 수 있다. 이러한 방식으로 계산된 좌표는 모든 도체에 대한 개별적 커팅 데이터를 생성하는 PC 평가 소프트웨어를 통해 로봇 컨트롤러로 전송되며, 이 컨트롤러는 이를 근거로 각 로봇 경로를 계산한다. 이어서 이 라인의 첫 번째 로봇, 즉 더블 섀클이 장착된 KR 30은 도축돈의 특정 위치에서 앞 다리를 커팅한다. 천장에 현수식으로 설치된 두 번째 KR 30은 막창 커터를 이용해 막창을 제거한다. 다시 3D 레이저 측정을 수행한 후에 현수식으로 설치된 KR 60은 도끼형 커터를 이용해 각 도축돈의 골반골을 파쇄하고 복벽을 약간 절개한다. 두 번째 KR 60은 원형 커터를 이용해 도축돈의 흉부와 복부를 개복한다. 이 과정에서 로봇은 가슴뼈의 중앙 부분을 정밀하면서도 완전하게 커팅한다.
*개선된 위생환경, 향상된 경제성
WESTFLEISCH社는 도축돈당 인건비를 절감할 수 있었는데, 그 이유는 수작업과 비교하여 막창 커터를 통한 작업에서 내장에 대한 생산수율이 5% 이상 증가했기 때문이다. 또한 대부분의 고객들에게 흉골 전체를 공급하는 것이 불가능했으므로, 로봇만이 가능한 흉골의 중앙 커팅도 경제적인 이익으로 작용한다. 이 점을 감안하지 않더라도 도축산업의 일반적인 수치와 비교하여 로봇의 긴 서비스 주기는 투자금 회수기간을 현저하게 단축시키는데 기여하고 있다. 이외에도 툴의 수명이 눈에 띄게 개선됐다. 수명은 막창 커터의 경우 35,000도체 이상이며, 더블 섀클 및 골반골 커터의 경우 200,000돈을 상회하고 원형 커터의 경우에도 35,000도체를 상회한다. 또한 로봇은 거의 100퍼센트에 달하는 가용성으로 운영되고 있다. 유지보수 주기는 10,000가동시간 이상이며, 시스템 전체의 가용성에 긍정적인 영향을 미치고 있다. 이는 로봇의 유지보수 중에도 컨베이어 가동이 가능하기 때문이다. 유지보수 작업이 수행되는 경우 작업자가 로봇을 대신하여 작업을 수행한다. 한편, 툴은 매 공정단계마다 82도의 열수로 멸균되므로 로봇은 무균상태를 유지할 수 있으며, 바닥, 천장 및 측벽에 설치가 가능한 유연성 및 작은 설치 공간은 생산 중단 없이 설치를 가능케 했다. 쿠카로보틱스코리아 www.kukakorea.co.kr
