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인간과 산업용 로봇의 협업, 가능할까?

인간과 KUKA 로봇의 생산적이고 안전한 상호 작용.


산업에 적합한 상호 작용

공동 작업 영역에서 인간과 로봇 간의 협업은 그 어느 때보다 수요가 많습니다. 보호 펜스 없는 로봇 셀과 가능한 한 작은 크기에 대한 추세는 업계에서 계속되고 있습니다. 로봇은 가능한 한 간단하고 타협 없이 수동 작업 단계에 통합되어야 합니다.
인간-로봇 협업에 대한 이러한 증가하는 수요를 충족하기 위해 창의적인 아이디어와 실용적인 솔루션이 필요합니다. 이때 속도, 정확성, 높은 생산성 및 내구성 등의 전통적인 산업용 로봇 셀의 장점은 결코 등한시되지 않습니다. 또한 로봇의 가반하중도 중요한 역할을 하는데, 이는 기존의 인간-로봇 협력에서 지금까지 매우 제한적이었습니다.

로봇과 인간의 안전한 협업

협동로봇은 산업용 로봇보다 훨씬 더 낮은 속도와 적은 가반하중으로 작업하기 때문에 산업계의 높은 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 기존 시스템에 통합 가능성과 연결성 부문에서도 빠르게 한계가 드러납니다. 이러한 이유로 KUKA는 SICKBlue Danube Robotics와 함께 협업 애플리케이션을 위해 최고의 생산성과 최신 안전 표준을 결합한 하나의 토탈 솔루션을 제공합니다. 무엇보다 수백 kg의 가반하중에서 로봇과 인간의 안전한 협력이 보장됩니다. 모든 구성 요소의 원활한 상호 작용은 로봇 컨트롤러KUKA 기술 패키지 Safe-Operation을 통해 가능해집니다.

안전 펜스가 없는 로봇 셀

예시 애플리케이션으로 구성 요소를 수동으로 조립하고 로봇에서 외관 검사를 수행하는 애플리케이션이 사용됩니다. 이때 안전 펜스가 없는 로봇 셀을 설계하여 로봇에 접근이나 직접적인 협력이 언제든지 가능합니다. 이 긴밀한 팀워크의 위험은 SICK의 안전 레이저 스캐너 microScan3에서 차단하여 인간과 로봇 간의 안전하고 효율적인 협력이 가능하게 됩니다.

SICK의 안전 레이저 스캐너 microScan3

안전 시스템 sBot Speed Cip

SICK사의 KUKA용 시스템 버전 sBot_Speed CIP는 microScan3를 Flexi Soft 안전 컨트롤러 및 EFI-pro 게이트웨이와 결합합니다. 이미 검증된 안전 시스템으로 여러 보호 필드의 안전한 동시 모니터링이 가능하며 또한 상황에 따라 안전 구역 뒤에 출입하는 사람을 감지할 수 있습니다. 로봇별 설정과 통신 매개변수는 이미 사전 구성되어 있으며 EtherNet/IP™ CIP Safety™ 덕분에 빠르고 안전하게 KUKA KRC4 로봇 컨트롤러에 통합할 수 있습니다. 이는 안전 콘셉트를 계획하고 평가할 때 소중한 시간을 절약시켜 줍니다.

Blue Danube Robotics의 AIRSKIN이 탑재된 KUKA KR Agilus 2

3 Zone 안전 콘셉트

microScan3으로 로봇 셀이 영구적으로 모니터링되고 작업 영역이 3개의 구역으로 나뉩니다(그림 참조). 위험 구역(녹색 구역)에 사람이 없으면 로봇은 최대 2m/s의 선형 속도에 도달할 수 있습니다. 비교 가능한 협동 로봇은 최대 1m/s의 속도로 작동합니다. 사람이 로봇에 접근해서 주황색 구역에 출입하는 경우 로봇의 속도는 ISO TS15066에 따른 위험 평가에 따라 요구 사항을 충족할 정도로 줄어듭니다. 주황색 구역은 감지 영역으로 사용되며 로봇이 결과적으로 필요한 속도로 감속할 수 있도록 버퍼 영역으로 사용됩니다. 노란색 구역에 접근하면 이 감소된 속도의 안전한 모니터링이 활성화됩니다. 이를 초과하면 로봇은 EN 60204에 따라 안전 정지 1(경로에 가까운 비상 정지)로 정지합니다. 레이저 스캐너의 주황색과 노란색 구역을 떠나서 위험 구역에 사람이 없으면 로봇은 프로그래밍된 속도로 독자적으로 가속합니다.

3 Zone 안전 콘셉트

지능형 스킨이 부상으로부터 보호

작업자가 로봇 바로 근처에 있으면 로봇은 감소된 모니터링 속도로 움직입니다. 사람과 로봇이 접촉하면 AIRSKIN 센서 기술이 마찬가지로 안전 정지 1을 작동합니다. AIRSKIN은 압력이 지속적으로 모니터링되는, 로봇에 맞게 특별 조정된 에어 쿠션으로 구성됩니다. 접촉이 있으면 에어쿠션이 눌려 내부 압력이 변하고 AIRSKIN이 작동합니다. AIRSKIN의 작동 후 작업자는 로봇이 계속 작업할 수 있는지 확인해야 합니다. 승인 후 로봇은 중단되었던 프로그램의 각 지점에서 작업을 재개합니다. 또한 내장 LED는 오퍼레이터에게 AIRSKIN의 상태를 표시합니다.

KUKA.SafeOperation

이때 SafeOperation 기술 패키지는 안전 구성 요소 간의 인터페이스입니다. 이 기술 패키지는 안전 인터페이스 신호를 처리하고 로봇 움직임을 모니터링하며 기타 안전 기능을 제공합니다. 기타 안전 기능에는 무엇보다도 안전한 모니터링 영역의 지정, 속도의 안전한 모니터링 및 규칙적인 조정 원점 복귀 등이 해당합니다. 이러한 추가 기능을 통해 전체 작업 중에 공구의 위치를 모니터링할 수 있으며 오류 발생 시 로봇을 안전하게 멈출 수 있습니다. 장애나 공간 경계 침해 발생 시 로봇의 움직임을 신속하게 멈출 수 있으려면 브레이크의 문제 없는 상태가 보장되어야 합니다. 이는 자동 브레이크 테스트에 의해 이루어집니다. 이때 모터의 제동 토크가 충분히 높고 필요 시 로봇의 안전한 정지를 보장하는지 주기적으로 확인됩니다.

산업용 로봇의 안전 콘셉트

ready2_pilot을 사용한 KUKA.Handguiding

산업용 로봇과 인간 간의 작업이 최대한 실용적이고 효율적으로 이루어지도록 KUKA.Handguiding 옵션 패키지를 사용할 수 있습니다. 제어 패키지 덕분에 특히 사용자 친화적인 방식으로 산업용 로봇의 무선 핸드 가이딩이 가능합니다. 제어는 로봇에 장착되어 있으며 이동 지점의 프로그래밍과 동작 시퀀스 기록을 가능하게 하는 6D 마우스를 통해 이루어집니다. 이를 통해 KUKA 산업용 로봇은 간단하고 직관적인 방식으로 움직일 수 있습니다. 이 패키지를 사용하는 데는 교육이나 시간 소모적인 직원 훈련이 필요하지 않습니다.

시스템 구성

원활한 작업을 보장하려면 구성 요소 간의 통신도 조화를 이루어야 합니다. 이때 SICK 안전 시스템(microScan3 안전 레이저 스캐너 + Flexi Soft 안전 컨트롤러)을 Ether-Cat/FSoE, EtherNet/IP/CIP Safety 또는 PROFINET/PROFIsafe와 같은 안전한 필드버스를 통해 로봇 컨트롤러에 연결합니다. AIRSKIN은 2개의 채널을 통해 안전 컨트롤러의 안전 입력에 연결됩니다.

시스템 구성

결과

산업용 로봇, AIRSKIN 및 SICK 안전 시스템으로 구성된 이러한 전체 패키지를 통해 최대 생산성에서 협동 로봇의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 장점은 다음과 같습니다.

  • 보호 펜스 불필요

    보호 펜스 제거로 인해 더 적은 설치 면적

  • 인간과 로봇

    모든 상황에서 인간과 로봇의 안전한 협력

  • 생산성과 품질

    산업용 로봇 및 산업용 구성 요소의 사용을 통한 높은 생산성과 품질

  • 전체 가반하중 범위에 맞는 콘셉트

    3 ~ 250kg의 전체 가반하중 범위에 맞는 확장 가능형 콘셉트

KUKA는 무엇보다도 업계에서 다년간의 경험을 바탕으로 생산 신뢰성을 보장할 수 있습니다. 또한, KUKA와 Blue Danube Robotics 간의 협력은 AIRSKIN을 포함하여 매우 다양한 산업용 로봇의 폭넓은 제품 포트폴리오에 적용할 수 있습니다. 3kg 가반하중의 소형 로봇부터 250kg 가반하중의 로봇에 이르기까지 다양한 제품을 제공합니다. 이러한 선택을 통해 로봇 기반 자동화 분야의 매우 다양한 애플리케이션을 구현할 수 있습니다.

KUKA와 파트너

파트너사인 Blue Danube RoboticsSICK과 함께 최고 수준의 안전 표준에 최대한 간단한 통합이 가능하도록 신중하게 구성 요소를 선택하였습니다. 테스트 설정은 구성 요소의 상호 작용을 상세하게 점검하고 테스트한 슈타이레그의 KUKA 애플리케이션 센터에서 이루어졌습니다.

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