협동 로봇(코봇) 활용: 중소 제조업체의 효율성과 성장 촉진

로봇이 산업 현장에 도입된 역사는 생각보다 깁니다. 최초의 산업용 로봇인 유니메이트(Unimate)의 특허가 1961년에 등록되었습니다. 대형 제조업체, 특히 자동차 OEM들은 때때로 로봇을 활용했지만, 중소 제조업체(SMM)에게는 좀처럼 선택지가 아니었습니다.

그러나 시대는 변했습니다. 이제 로봇은 중소 제조업체가 대기업과 경쟁할 수 있게 해주는 필수 도구로 여겨집니다. 특히 새로운 물결인 '협동 로봇(Collaborative Robots)'의 등장으로 더욱 그렇습니다. 로봇산업협회(Robotics Industries Association)에 따르면, 협동 로봇(코봇, cobot)은 정의된 협업 작업 공간 내에서 인간과 직접 나란히 일하도록 특별히 설계되었습니다.

코봇이 제조업체에 제공하는 것

바쁜 제조 현장 직원 누구나 '팔이 하나 더 있었으면' 하고 바랄 때가 있습니다. 협동 로봇은 카메라와 모션 센서를 장착한 하이테크 팔을 제공하며, 다양한 도달 거리와 페이로드(적재 하중)로 설계되어 있습니다. 기존의 '자율형' 단일 작업 기계와 달리, 협동 로봇 기술은 소형 자동차 부품이나 휠 허브 조립체 검사 같은 반복 작업에 필요한 다수의 손-팔 동작을 모방할 수 있습니다.

협동 로봇은 직원들을 반복 업무에서 해방시켜 더 고급 기술이 필요한 작업에 집중할 수 있게 합니다. 예를 들어, 이전에는 세 명이 하나의 빈(bin) 검사에만 매달려야 했지만, 이제는 지게차 운전 같은 업무로 재배치할 수 있다고 일리노이주 Calumet City의 Kay Manufacturing 사장 Brian Pelke는 말합니다. "우리는 그들이 손보다 머리를 더 많이 쓰길 원합니다."

Pelke는 최근 Chicago Tribune 기사에서 협동 로봇의 다양한 ROI 이점을 강조했습니다. Pelke는 5만 달러 미만으로 첫 협동 로봇을 구매해 30일 만에 완전 가동시켰습니다. 직원들이 기본 프로그래밍 튜토리얼을 마치는 데 90분도 채 걸리지 않았습니다.

Pelke에 따르면 코봇은 기계 조작원의 업무를 포장에서 완제품 검사로 전환함으로써 Kay에 약 15만 달러의 포장 비용을 절감시켰습니다. 또한 기계는 자동차 부품의 시각적 결함을 일관되게 감지하지만, 피로하거나 주의가 산만해질 수 있는 인간은 10번 중 9번만 결함을 잡아낸다고 지적했습니다.

코봇의 또 다른 이점은 이동성으로, 거의 모든 작업 공간에 적응할 수 있습니다. 대부분 무게가 80파운드(약 36kg) 미만이며 설치 면적도 몇 인치에 불과합니다. 기존 로봇보다 훨씬 적은 전력으로 작동하며, 생산 레이아웃을 변경하지 않고도 여러 용도로 재배치할 수 있습니다. 소규모 작업과 빠른 라인 전환에 이상적이며, 코봇은

반복 작업을 매우 높은 수준의 일관성으로 수행합니다.

협동 로봇의 미래

Tribune 기사에 따르면 협동 로봇 판매는 2026년까지 34% 성장할 것으로 예상되며, 전 세계 로봇 지출은 130억 달러에 달할 것으로 추산됩니다. 로봇산업협회는 2018년 1분기 북미 기업에 출하된 로봇 수가 사상 최대치를 기록했다고 최근 보고했습니다.

하지만 Tribune 기사에 따르면 현재 코봇은 로봇 판매의 3%만 차지합니다. 협동 로봇 기술이 여전히 신흥 분야이기 때문일 수 있습니다.

로봇에 대한 공식 안전 표준은 2016년에야 마련되었습니다. 국제표준화기구(ISO)가 ISO 기술 규격(TS) 15066을 발표했고, 미국표준협회(ANSI)가 같은 해 ANSI/RIA 기술 보고서 R15.606으로 채택했습니다(RIA는 로봇산업협회).

이 표준에 따르면, 사람과 작동 중인 기계 사이에 적절한 거리가 있고, 접촉 시 힘과 압력의 전달에 제한이 있다면 로봇은 '안전한' 것으로 판단됩니다.

이러한 안전 가이드라인은 추가 연구의 훌륭한 출발점이 된다고 미국 상무부 산하 기관으로, 과학을 통해 미국 제조업체의 혁신을 발전시키는 국립표준기술연구소(NIST)는 평가합니다. NIST는 인간과 로봇/코봇이 나란히 작업하는 복잡성과 관련된 두 가지 연구 이니셔티브를 수행 중이며, 이는 안전성과 생산성 모두에서 큰 성과를 약속한다고 NIST의 제조 로봇 측정 과학 프로그램 매니저인 Elena Messina는 말합니다.

1. 가시성(Visibility)

많은 코봇에는 주변 환경을 인식할 수 있는 내장 카메라가 있습니다. 제대로 작동하려면 카메라 좌표계와 로봇 좌표계 간의 인터페이스가 필요합니다. Messina에 따르면 NIST는 "로봇이 스스로 생각하는 위치에서 벗어났는가?", "좌표계가 실제 환경과 정렬되는가?" 같은 질문을 통해 이 조율을 향상시키는 도구를 개발 중입니다.

NIST의 로봇 가시성 연구는 인간을 감지하고 추적하는 데 사용할 수 있는 카메라와 알고리즘을 더 자세히 살펴보며, 이는 안전성과 일반적인 인간-로봇 상호작용을 개선할 것으로 기대됩니다.

2. 프로그래밍(Programming)

대부분의 제조 작업에 코봇을 프로그래밍하는 것은 어렵지 않지만, 더 쉬워질 수도 있습니다. 더 쉬워질수록 인간에 의한 오류 도입 가능성이 줄어들어, 안전 문제와 생산 문제를 예방할 수 있습니다. 이를 위해 NIST는 증강 현실(AR)과 가상 현실(VR)에 의존하는 고급 인터페이스를 프로토타이핑하여 코봇 프로그래밍을 더 직관적으로 만들고 있습니다(Messina).

현재 제조업체들이 협동 로봇으로 하는 일

코봇 관리용 안전 표준과 기술이 계속 발전하는 동안, 협동 로봇은 이미 현장에서 인간과 가까운 거리에서 작업하고 있으며, 종종 추가 안전 펜스나 차폐 없이도 작업합니다. 현재 안전 가이드라인 내에서 작업하며, 과거에는 작업자에게 반복 손상 위험을 초래하던 되풀이 작업을 훨씬 저렴한 비용으로 수행합니다.

분류 및 포장에서 접착과 마운팅까지, 협동 로봇은 다음과 같은 작업을 신속하게 프로그래밍하여 간소화할 수 있습니다:

• 품질 검사
• 연마(Polishing)
• 머신 텐딩(Machine tending)
• 나사 조립(Screwdriving)
• 사출 성형(Injection molding)
• 조립(Assembly)
• 픽 앤 플레이스(Pick and place)

Kay Manufacturing의 David Young 같은 직원은 소형 자동차 부품의 시각 검사 같은 작업이 코봇에게 넘어간 것을 아쉬워하지 않습니다. Tribune과의 인터뷰에서 Young은 코봇이 자신의 손과 발에 관절염을 유발하던 육체 노동을 이제 대신한다고 말했습니다. "모든 작은 것을 다 보기란 어렵습니다. 이 로봇이 내 일을 더 쉽게 만들어 줄 것입니다."

아직 코봇이 제공하는 많은 기회를 활용하지 못한 SMM이라면, 지금이 바로 적기입니다! MEP National Network™ 내 지역 MEP 센터에 문의하여 코봇이 귀사에 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보세요.