핸드 가이드 협동로봇: 안전 표준 해설

RIA 15.06-2012 안전 표준에 협동로봇(코봇) 운용 4가지 방법 정의돼 있으며 각각 제조 현장서 제자리 있음. 넷 중 핸드 가이드(hand guiding)가 관심 가장 적게 받는 듯. 안전 표준 섹션 5.10(협동 운용 요구사항)은 로봇이 협동 운용으로 기능하기 위한 필수 요건을 다음 중 하나 이상 준수로 정의:

• 5.10.2 안전 등급 모니터 정지

• 5.10.3 핸드 가이드

• 5.10.4 속도 및 분리 모니터링

• 5.10.5 고유 설계 또는 제어에 의한 파워·포스 제한

핸드 가이드는 장비(예: 핸드 가이드 핸들)가 엔드이펙터나 로봇 툴 근처에 위치하며 비상정지와 인에이블링 장치(티치 펜던트에서 보는 라이브맨 스위치 생각)를 모두 갖춰야 한다고 단순 명시. 많은 자동화 사용자는 핸드 가이드를 단순히 '리드 스루 티치(lead through teach)', 즉 로봇을 자유롭게 움직여 운용 포인트나 경로 가르치는 능력으로 본다. 흔한 의견이지만 리드 스루 티칭은 핸드 가이드로 개선될 수 있는 방대한 응용 분야의 빙산 일각일 뿐.

또 다른 흔한 견해는 핸드 가이드 응용이 긴 리치나 무거운 페이로드에 제한적이라는 것. 큰 코봇이 많지 않기 때문. 대부분의 파워·포스 제한 협동로봇이 매우 큰 응용 처리 못 할 수 있는 건 사실이지만, 대부분의 로봇이 협동 응용에 사용될 수 있음을 이해하는 게 중요.

협동로봇이나 협동 운용 핵심은 협업 - 타인과 공동 작업. 로봇과 협업은 로봇과 손잡고 작업 완수하는 것으로 자주 생각. 핵심에서 핸드 가이드는 작업자가 손으로 로봇 움직이거나 이끄는 것 - 협업 진정한 의미와 가장 가깝게 정렬된 협동 운용 형태.

가장 효율적 협동로봇 활용은 작업자와 로봇이 필요할 때 상호작용하고 각자 자기 작업공간에서 개별 작업 완수하게 하는 것. 다른 사람과 워크스테이션 공유할 때랑 크게 다를 바 없음. 작업자 보조 도구 통합 시 장치들이 효율 높이고 스트레스·긴장 줄여야 함. 파트너(사람이든 로봇이든) 위해 끊임없이 뻗거나 움직여야 하면 전체 프로세스 덜 효율적. 작업 전체와 달성하려는 솔루션 면밀히 살펴 협동로봇 최적 핏 찾아야 함.

유연성과 기능성

RIA 15.06-2012 안전 표준 섹션 5.10.3에 따르면 핸드 가이드 장비는 이-스톱과 인에이블링 스위치 필요. 하지만 핸드 가이드가 파워·포스 제한 협동 운용 요건 충족 로봇에 사용되는 경우 이-스톱과 인에이블링 스위치 필요 없을 수 있음. 이런 이유로 여러 핸드 가이드 옵션 있으면 정말 도움됨. FANUC은 두 종류 핸드 가이드 핸들 제공: 하나는 표준 로봇용 필수 일체형 안전 포함, 다른 하나는 무선으로 CR 시리즈 파워·포스 제한 로봇과 작동. 제품에 기능 옵션 많으면 잘 갖춰진 공구함 같은 것 - 항상 모든 도구 필요하진 않지만 필요할 때 사용 가능해 장애물 빠르게 우회 도움.

포인트 기반 티칭 - 포인트 기반 티칭에서 사용자 핸드 가이드 핸들로 로봇 움직여 위치 잡은 뒤 티칭 버튼 눌러 포인트 기록. 사용자 계속 로봇 다음 위치로 안내하고 포인트 기록. 이 과정 반복으로 전체 응용 모션 프로그램 빠르게 생성. 포인트 기반 티칭은 로봇 처음 사용/프로그래밍하는 사람들에게 특히 쉬운 직관적 과정.

경로 기반 티칭 - 일부 공정은 로봇 완전 경로 모션 기록 필요. 복잡한 윤곽 표면 샌딩/폴리싱처럼 형상 따르는 매끄러운 경로 필수적일 때 적용. 핸드 가이드 소프트웨어가 로봇 모션 중 위치 자동 기록 설정돼 완전 경로 정확 재생. 작업자 티칭 버튼 누르고 있으면서 로봇 경로 따라 움직임. 로봇 움직일 때 프리셋 간격으로 위치 생성. 모션 완료 후 버튼 놓으면 프로그램에 경로 생성. 미세 조정 필요시 각 위치 개별 수정해 완벽한 경로 달성.

핸드 가이드 핸들 또 다른 기능: 툴링 제어 버튼. 버튼 누를 때마다 툴 상태 토글. 작업자가 부품 한 위치서 다른 위치로 옮기는 로봇 응용에서 특히 유용. 픽/드롭 위치서 그리퍼 기능 제한해 작업자가 프리셋 구역 밖에서 부품 실수 놓치기 방지 프로그램들 있음.

일부 응용은 중요 영역서 더 느린 정밀 로봇 모션 필요. 버튼으로 핸드 가이드 제어 하 로봇 모션 자동 느린 속도로 변경해 로봇 위치 더 나은 제어 가능. 다른 상황에선 로봇 모션을 선형 움직임만 허용, 툴 회전 불허하는 게 최선. 버튼으로 모션 프로파일 회전 관절에서 선형만으로 전환.

더 큰 유선 핸드 가이드 제품엔 추가 버튼 포함: 다단계 작업이나 지역 안전 규정이 로봇 양손 조작 요구할 때 등 궁극적 공정 제어·유연성 필요 응용 프로그래밍용. 종종 이 추가 버튼으로 핸드 가이드 부분 끝 표시, 필요 안전 요건 충족 시(예: 작업자 협동 공간 이탈) 로봇 개별 자율 모드 복귀 허용.

핸드 가이드 응용 사례

핸드 가이드 협동 운용이 무엇이고 제품 가용 기능 모두 알았으니 회사들 어떻게 이 제품 쓰나? 앞서 언급했듯 의무별로 핸드 가이드 응용 분리하는 게 종종 최선.

응용 사례 1

이 응용에선 작업자가 수동 리프트 어시스트 장치로 부품 들어 조립 스테이션에 로드, 나머지 라인 공급. 작업자 리프트 어시스트 장치 끌고 부품 랙 가서 부품 픽, 조립 스테이션까지 끌고 가 픽스처에 로드. 부품 제자리 되면 작업자 리프트 어시스트 장치 치워 나머지 작업 방해 안 되게 함. 핸드 가이드 로봇을 리프트 어시스트 직접 대체로 자동 추가하는 대신, 응용 기능들 별도 검토.

파트 1: 로봇이 부품 랙에서 부품 픽해 작업자한테 가져오는 자율 로봇 작업. 로봇과 작업자 사이 라이트 스크린 설치하면 위험 평가 따라 적절히 구성 시 로봇 자동 모드 안전 가동 가능. 로봇이 공정 반복·무거운 리프팅 부분 처리해 작업자 부담 덜어줌.

파트 2: 로봇 부품 픽해 라이트 스크린까지 가져오면 시작. 이 시점 작업자 라이트 스크린 넘어 들어가면 로봇 안전 등급 제로 속도 체크 진입. 인에이블링 스위치 활성화되면 로봇 모션 작업자 제어 하에 들어가 작업자 안내로 조립 영역 진입해 부품 픽스처에 로드. 부품 놓으면 작업자 로봇 라이트 스크린 넘어 다시 안내.

인에이블링 스위치 놓으면 로봇 안전 등급 제로 속도 체크 복귀까지 라이트 스크린 클리어 대기. 로봇 자율 모드 재개해 다음 부품 위해 부품 랙 복귀. 작업자 조립 작업 수행 후 부품 라인 다음 스테이션 보냄. 부품 랙에서 수동 부품 가져오기 불필요해 작업자 시간 확보돼 추가 부가가치 작업 수행 가능.

시간 절약으로 조립 스테이션 수 줄일 수 있음. 작업자 첫 스테이션 작업 시간 내 추가 작업 수행 가능하므로. 교대 끝날 때 작업자 각 부품 사이클마다 첫 스테이션과 부품 랙 왕복 안 해 덜 피로.

응용 사례 2

기존 협동 용접 검사 스테이션 사례. 안전 등급 모니터 정지 시스템으로 로봇 용접 프레임 공유 작업공간으로 가져옴. 로봇 정지하면 용접 검사원 공유 공간 진입해 용접 검사. 용접 보수 필요시 부품 이상적 용접 각도 아닐 수 있음. 기술자 셀 가서 로봇 조그 조작 요구 대신 핸드 가이드 사용. 핸드 가이드 핸들 검사원 접근 편한 위치에 툴링 부착.

핸드 가이드 활성화로 부품 용접 보수 적정 위치로 쉽게 이동. 핸드 가이드 핸들로 수동 이동해 부품 여러 면 검시도 가능. 이 응용 이제 두 유형 협동 운용 통합, 여러 협동 운용 유형 엔지니어링해 이상적 제조 솔루션 제공하는 예.

응용 사례 3

파트 스타일이나 트레이 수동 변경 시 비전 프로세스 단순화하는 좋은 스타터/DIY 응용. 시스템 셋업 먼저 작업자 부품 트레이 테이블 위에 놓기 요구. 로봇 비전으로 트레이와 첫 부품 찾고 공정 시작.

파트 트레이 변경 시 로봇 뷰잉 포지션 조정 필요. 핸드 가이드로 작업자 티치 모드 진입해 티치 펜던트 '비전 파인드' 변경 안 해도 되게 함. 이 기능 사전 프로그래밍되면 작업자 핸드 가이드 툴로 필요 변경 가능. 핸드 가이드 툴 추가 프로세스 버튼이 작업자 손 로봇 새 '비전 파인드' 위치로 이동시켰음 통신. 로봇 다음 파트 트레이 변경까지 핸드 가이드로 가르친 새 위치 사용.

신규 사용자나 DIY러들에겐 로봇 프로그램 수정보다 이 방법 극히 쉬움, 소중한 시간 절약.

응용 사례 4

많은 고혼합 저량 생산 용접 공장들 숙련·자격 용접공 부족 겪음. 아크 용접 로봇에 핸드 가이드 추가하면 기본 용접 지식 가진 작업자도 소량 배치 부품 용접 프로그램 쉽게 가르칠 수 있음. 작업자 핸드 가이드로 용접 토치 움직여 와이어 용접 조인트 적정 위치 오게 함. 핸드 가이드 하드웨어 버튼들 간단 사용자 인터페이스 제공해 어떤 부품이든 전체 프로그램 쉽게 생성. 작업자 로봇이 부품 용접하는 동안 다음 용접 스테이션 이동 가능.

로봇 핸드 가이드로 용접공이 티치 펜던트로 로봇 조그·프로그래밍 숙련될 필요성 해소. 용접공이 로봇 빠르고 쉽게 프로그래밍하게 해 고부품 믹스 여러 스테이션 생산 가동 유지 가능.

중소 제조업체들 다양한 응용·공정 해결 위해 로봇 도입 늘면서 핸드 가이드 도구·기법 기능성 계속 확장되고 더 쉬워질 것.

이 기사는 FANUC America Corp., 로체스터 힐스, MI 기고. 자세한 정보는 여기 .

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