"협동로봇 충돌 안전 계산하고 써야죠"

산업용 다관절 로봇 가운데 사람과 가까운 곳에서 작업한다는 ‘협동로봇’이라는 개념이 로봇 업계 관심사다. 다만 협동로봇이라는 범주는 업계 편의로 정한 것일 뿐이다. 특정한 안전 기준을 충족하지 않으면 다른 로봇 팔들과 같은 위험성을 수반한다.

예전까지는 산업용 로봇을 안전하게 쓰는 방법으로 가장 먼저 울타리를 떠올렸다. 여기서 한 발 나아가 센서를 활용하기도 했다. 사람이 일정 구역에 다가갔을 때 로봇이 자동으로 멈추게 하는 원리다. 위의 두 수단은 충돌 위험도와 무관하게 위험 상황이 발생할 확률 자체를 원천 차단하는 방식이었다.

공간 여유가 충분한 산업 현장이라면 울타리 설치가 안전을 위한 최선의 방법일 수 있지만, 소규모 사업장이나 공장 밖 일상이라면 얘기가 다르다. 번잡한 울타리를 설치하는 것보다 ‘충돌해도 안전한 로봇’을 만드는 문제에 대해 고민해야 한다.

레인보우로보틱스 협동로봇 'RB5-850N'이 미국 필라델피아에 위치한 푸드테크 기업 '엣눅하다'의 거래처에서 치킨을 조리하고 있다. (사진=레인보우로보틱스)

■ 협동로봇 울타리 없애는 ‘PFL’

협동로봇을 포함한 모든 산업용 로봇은 ‘산업안전보건기준에 관한 규칙’을 따른다. 이 가운데 운전 중 위험 방지(제223조)를 위해서는 안전매트와 높이 1.8미터 이상의 울타리를 설치하도록 규정하고 있다. 다만 2016년부터는 특정 안전기준에 부합하는 경우 울타리 설치를 면제해주기 시작했다.

울타리 없이 로봇과 협동 작업을 하는 경우 한국산업표준(KS) 혹은 국제기준에 부합하는 충돌방지조치가 필요하다. 국제기준은 이런 운전 방식을 ▲속도 및 위치 감시(SSM) ▲핸드가이딩컨트롤(HGC) ▲동력·힘 제한 모드(PFL)로 구분하고 있다.

SSM은 작업자가 일정 거리로 접근할 때 로봇 속도를 자동으로 줄이거나 멈추는 보호 조치를 의미한다. HGC는 작업자가 로봇 몸체를 직접 손으로 붙잡고 움직이며 작업하는 경우를 뜻한다. PFL은 사람이 로봇에 충돌해도 상해를 가하지 않도록 제한된 힘으로 움직이도록 제한하는 기능이다.

특히 PFL 모드는 로봇 근처에 사람이 다가와도 정지하지 않아도 되기 때문에 안전하게 협동 작업이 가능하며 생산성을 높일 수 있는 방식으로 주목받고 있다. 이 충돌 안전성을 검증하는 방식에 대한 연구도 활발하다. 안전 기준을 지키면서 어느 정도의 속도까지 로봇을 빠르게 작동할 수 있는지가 관건이다.

충돌 안전성은 실험이나 시뮬레이션으로 계산 가능하다. 실험은 로봇 설치 이후 측정이 가능한 반면 시뮬레이션은 로봇 설치 전에도 다양한 충돌 시나리오에 대해 안전성을 예측할 수 있다.