제조용 로봇의 어플리케이션 포화 상태가 지속된 지도 시간이 꽤 지났다. 서비스 및 전문서비스 로봇 분야의 시장이 채 개화되기도 전에 이미 6축 수직다관절로봇을 이용한 로봇자동화는 가능한 대부분의 분야에 적용되고 있었다. 엔드유저들과 로봇메이커들은 그래서 고심했다. 제조용 로봇이 또 한 번 성장하기 위해서 필요한 모멘텀은 무엇인가라는 고민. 협업로봇은 이 고민에 대해 현재의 로봇업계가 제시한 대답 중 하나이다.
인간과 로봇의 협업은 로봇업계에서 인기 있는 분야 중 하나이다. 인간과 로봇이 같은 공간에서 함께 안전하게 활용될 수 있다는 개념은 매우 흥미롭고 획기적이기 때문이다.
이러한 관심으로 인해 오늘날 많은 종류의 협업로봇에 대한 기술과 정보가 제시되고 있다. 아직은 비즈니스적인 관점에서 이러한 기술들이 적용되고 있지만, 향후에는 더욱 다양한 분야로 확대될 것으로 전망된다.
본문은 협업로봇사업과 그 기능에 대한 사례의 몇 가지 질문에 대한 이해를 제공하고자 한다. ▲협업로봇이 가장 도움이 되는 산업은? ▲엔드유저에게 가장 필요한 협업로봇의 기능은? ▲기존의 로봇을 협업로봇이 대체할 가능성은? ▲협업로봇 메이커가 협업로봇을 설계하게 된 동기는? ▲협업로봇을 사용하는 것이 유저의 사업에 있어 올바른 선택인지? 등에 대한 질문을 통해 답을 얻고자 RIA(Robotic Industries Association)에서는 항공우주, 자동차, 전기·전자, 생명과학 및 플라스틱 등 다양한 분야의 엔드유저, 그 중에서도 기업의 의사결정권자와의 인터뷰를 진행했다.
1. 항공우주산업
1) 항공우주산업에서의 협업로봇
항공우주산업의 자동화는 많은 로봇메이커들에게 기회를 제공하며 빠르게 성장하고 있다. 이 분야는 로봇의 페이로드 측면에서 가장 까다로운 산업 중 하나이기도 하다.
항공우주산업 분야의 유저들은 크고 무거운 부품 사용 빈도가 높다. 이러한 이유로 안전 등급 모니터링 어플리케이션이 협업로봇 작업의 가장 일반적인 유형 중 하나로 등장했다.
이러한 유형의 어플리케이션은 전통적으로 센서, 안전장치와 함께 높은 가반하중을 필요로 하는, ABB, KUKA, FANUC 등 메이커의 엔드유저들이 이용하고 있다.
RIA와 최근 인터뷰를 진행한 한 우주항공사의 임원은 안전 등급 모니터링 협업로봇이 응용 프로그램을 중지하는 예를 설명했다.
그는 “자동정지시스템 가동 중 근로자가 내부공간을 청소하거나 손질하기 위해 들어가는 경우가 있다. 그리고 나와서 다시 프로세스를 시작하는 버튼을 누르게 되는데, 시스템은 이러한 작업을 위해 전체 로봇 시스템을 멈추지 않고도 중간 청소작업을 완벽히 진행할 수 있도록 도와준다”고 전했다.
일부 항공우주산업 종사자들은 안전등급의 소프트한 축과 공간을 제어하는 옵션을 사용하기도 한다. 최신 로봇에 적용되는 이 옵션은 로봇 메이커에 따라 명칭은 각기 다르지만 제한된 공간에서 로봇이 더욱 유연하게 움직일 수 있도록 로봇 모션을 제어하는데 사용된다는 기능은 동일하다.
한편 고(高)페이로드에 대한 요구가 증가함에도 불구하고 이를 제한할 수 있는 힘 센서를 이용한 로봇(PFLRs, Power and Force Limiting Robots) 어플리케이션 역시 이 업계에서 틈새시장을 찾고 있다. 일부에서는 양팔로봇 벡스터와 UR이 중장비 산업용 어플리케이션을 위해 제공되기도 했다.
대부분의 사용자가 PFLRs를 채택하지 않는 주된 이유는 높은 가격보다도, 적용될 수 있는 어플리케이션이 부족하기 때문이다. 한 관계자는 인터뷰에서 “높은 가격이 PFLRs 채택에 주된 요인이 되지는 않는다. PFLRs는 작은 픽 앤 플레이스 작업에는 적합하지만, 항공우주산업의 여러 어플리케이션에 다양하게 적용되기에는 적합하지 않다.”고 전했다.
하지만 대신 이 로봇들은 개발 작업과 다른 새로운 영역에서 활약하고 있다. 예를 들어 벡스터는 반복적인 동작을 수행하는 노동자와 관련된 인체공학적 문제를 줄이기 위한 응용 프로그램을 테스트하기 위해 업계에서 사용되고 있다.
2) 인간과 로봇의 상호 작용에 대한 요구
과거의 항공우주산업 엔드유저들은 기술이 미비해 시스템 개발이 너무 어렵다고 여겨, 그들이 원하는 수준의 자동화를 적용할 수 없었다.
그러나 현재는 오프라인 프로그래밍 능력이 상승했고, 정밀도뿐만 아니라 기업 경쟁력 유지를 위해 로봇자동화가 진행되는 추세이다.
로봇자동화가 항공우주산업 분야에서도 입지를 단단하게 다지고 있지만, 아직까지는 그에 따라 반드시 인간이 필요한 영역이 존재한다.
인터뷰에 참가한 모든 항공우주업계 관계자들은 협업로봇이란 무엇인지, 인간과 함께 작업할 때 생산성 향상의 도구가 되는지 등의 필요성을 제안했다.
한 항공우주회사는 인간과 로봇의 상호 작용(HRI, Human Robot Interaction)의 필요성에 대해 “우리가 단순한 서브 종류의 작업에 로봇을 적용하는 것은 성공적이었지만, 보다 복잡한 부분으로 적용해나갈 때 인간과 로봇의 상호 작용에 대한 요구 사항이 점점 더 강해졌다. 물론 모든 프로세스를 완전히 자동화할 수는 없으므로 인간이 직접 관여해야만 하는 작업이 존재할 수밖에 없다. 그래서 협업로봇이 인간과 함께 작업하는 환경에서 안전하고, 잘 적응할 수 있는 능력이 있기를 바란다.”고 설명했다.
3) 항공우주산업계가 협업로봇을 선택하는 이유
협업로봇을 구매하는 유저들은 엄격한 안전 방호책의 불필요성과, 해당 산업의 가치상승 때문에 구매를 결정하게 된다.
실제로 일부 항공우주산업의 사용자들은 협업로봇으로 작업의 효율성을 높이고 산업재해를 줄이고 있다. 그렇기 때문에 로봇의 위험성을 평가하고 테스트하는 것은 매우 중요한 일이다. 실제로 로봇을 사용하는 오너의 입장에서, 협업로봇은 지루한 작업을 보다 유연하게 해주고, 더 많은 책임감과 높은 임금 수준 그리고 기술자 수준을 높여 기업의 위상을 제고하는 등 큰 혜택을 제공해왔다.
그에 따라 현재 많은 항공우주업계의 기업들이 협업로봇 기술을 초기에 채택했음에도 불구하고 보다 진보된 기능을 지닌 차세대 협업로봇을 원하고 있다.
그러나 아직 다수의 기업들은 직원과 로봇이 함께 일할 수 있는 시스템을 대규모로 적용할 수 없는 실정이다.
이러한 상황에서 로봇은 안전을 위해 인간을 탐지하는 시스템을 더욱 향상시켜야 하며, 유저들은 이를 지켜볼 필요가 있다. 실시간 3D 공간 모니터링 및 더욱 진보된 힘 감지 및 제어에 대한 기술도 이러한 맥락에서 요구된다.
한편 협업로봇이라는 문화를 수용하는 것은, 항공우주산업에서 성장하는 HRI 어플리케이션 성장에 박차를 가할 수 있으며, 향후 특수한 교육과 엄격한 통제 프로세스는 결국 HRI 작업이 진행되는 어떠한 곳에서든 당연한 시스템이 될 것으로 전망된다.
사진. 리씽크로보틱스
2. 자동차 산업
1) 제조용 로봇의 시조 자동차산업도 협업로봇 주목
자동차 산업은 지난 수십 년간 세계 로봇산업의 성장을 주도해온 가장 큰 산업분야로 최근에는 자동차메이커뿐만 아니라 여러 분야의 벤더들이 새로운 협업로봇기술을 활용하고 있다.
항공우주산업과 마찬가지로 자동차산업에서의 협업로봇 어플리케이션은 인체공학적인 문제는 물론 열악한 상황을 대체해야 하며, 이와 함께 품질 향상되어야 한다.
대부분의 경우 협업로봇은 인간보다 뛰어나게 힘을 제어할 수 있어 보다 일관된 품질의 제품을 생산할 수 있다.
기존에 자동찬 산업에서 사용되던 안전펜스를 설치해야 하는 로봇은 고정된 생산 지점과 더불어 새로운 모델의 자동차를 생산할 경우 생산라인의 대폭적인 변경이 필요했다.
전통적인 셀 방식의 로봇자동화가 지닌 상대적인 경직성은 종종 이동이나 용도를 변경하는데 요구되는 시간과 금액의 증가로 연결됐기 때문이다.
반면 협업로봇은 생산가동 중지시간이 발생하는 동안의 비용을 절약하고, 불필요한 공간을 줄일 수 있다는 점이 일부 자동차산업 유저들에게 매력적으로 어필하고 있다.
HRI의 또 다른 인기 있는 형태는 지능형 리프트 어시스트 로봇으로 대규모 또는 취급이 어려운 부분을 핸들링 하기 위해 사용된다.
그러나 최근 널리 알려지고 있는 PFLRs 유형의 협업로봇(벡스터, UR 등)과 관련해 일부 자동차업계 관계자는 전반적인 성능대비 비용이 로봇의 사용 빈도와 관련이 있다고 전했다. 그는 “페이로드가 가벼운데 비해 상당히 느리고, 가격이 꽤 비싼 편”이라고 밝혔다. 이 로봇의 가격 포인트와 전체적인 기능의 한계로 많은 엔드유저들이 각각의 로봇메이커의 새로운 모델이 등장하기를 기다리고 있다. 업계 관계자는 “협업로봇 분야는 매우 매력적이고 흥미로운 분야이지만, 함께 실행을 시작하려는 자동차메이커들 중 누군가가 실용적으로 활용해야만 한다”고 전했다.
한편 이미 협업로봇 어플리케이션을 사용하고 있는 근로자들은 긍정적인 반응을 보였다.
“로봇이 하는 일은 매우 지루한 일이다. 그 작업은 로봇이 하고, 인간은 다른 일을 찾을 수 있다는 점이 기대된다. 인간의 일자리가 사라지는 것이 아닌, 우리는 더욱 흥미로운 어플리케이션을 찾아 이동하는 것이다.”고 말했다.
현재 적용되고 있는 PFLRs 어플리케이션의 대부분은 10㎏의 적재량 제한을 지닌 자동차 산업 분야에 설치되고 있다. 이는 최소 30㎏의 페이로드를 원하는 메이커들에게도 해결해야 될 과제이기 때문에 일부 자동차메이커들은 적극적으로 로봇 연구를 지원하고 있다.
2) 자동차업계가 바라보는 협업로봇
자동차산업의 일부 사용자들은 협업로봇을 컨트롤하는 프로그램의 쉬운 인터페이스에 관심을 보이고 있다.
예를 들어 벡스터의 LCD 패널에 조립라인의 전체에 걸쳐, 또는 다른 로봇과의 통신을 시각적으로 볼 수 있기를 원한다. 이러한 기능이 결합되면 로봇은 더욱 가벼워지고, 모듈화된다.
모듈화된 로봇은 일부 자동차산업 유저들에게 적합하다. 더불어 이러한 로봇들은 ROS와 같은 오픈소스 소프트웨어를 갈망하고 있다.
한편 대부분의 주요 자동차메이커들은 신뢰할 수 있는 솔루션을 요구하고 있다. 자동차산업의 사용자들은 협업로봇 안전기준에 대한 주변의 불확실성에 대해 예의 주시하고 있다.
한 관계자는 Rethink’s의 벡스터와 Universal Robot의 UR 등 PFLRs에 대해 “이 업계에서 무엇인가를 허가하려고 할
