발행일 018. 04. 16 발행처융합연구정책센터 018 APRIL vol.117 Technology Industry Policy 협동로봇산업동향 김보림이남우 융합연구정책센터
Industry Policy Technology 융합연구정책센터 Weekly TIP 협동로봇산업동향 이남우 융합연구정책센터 선정배경 01 최근고령화, 4 차산업혁명의대두라는사회적트렌드에맞춰인간과기계의융합 협력이강조되고있음 - 기술의발전과함께기존인간의노동을대체하는개념의로봇이아닌인간과협력이가능한 협동로봇개념이산업현장에서각광받기시작함 그림 1. 협동로봇의개념도 ( 상 ) 및실제운용현장모습 ( 하 ) 출처 Engineering 360(015), Roboticsupdates(016), IndianWeb(017) 협동로봇의시장규모또한최근급격하게성장 * 하며, 국내유수의대기업 ( 현대로보틱스, 두산로보틱스, 한화테크윈 ) 들도시장에진출하고있는상황임 * 016 년전세계시장규모는,146 억원이며 0 년 3.3 조원까지성장할것으로전망. 국내시장또한 10 억원에서 1,773 억원으로급격한성장기대 0
018 April vol.117 협동로봇산업동향 그림. 협동로봇의글로벌 / 국내시장규모전망 글로벌시장규모 국내시장규모 40,000 36,060 ( 억원 ) 1,773 35,000 30,000 5,000 0,000 15,000 14,685 76 10,000 5,000 660 1,09,146 3,430 5,87 31 57 10 169 86 ( 억원 ) 14 년 15 년 16 년 17 년 18 년 0 년 년 14 년 15 년 16 년 17 년 18 년 0 년 년 출처 World robotics (017) - 로봇산업내협동로봇의비중도급격히증가하여 05 년협업로봇이전체로봇의 37% 를 차지할것으로예측됨 그림 3. 글로벌산업용 / 협동로봇의시장규모전망 ( 단위 : 10 억 $) 출처 World robotics (017) 이에협동로봇이기존로봇산업과의차별점과협동로봇산업의성장에있어서의융합연구의중요성을살펴보고자함 - 기존로봇산업과접근방식의차이가큰만큼협동로봇산업진흥을위한정책적인측면도 같이검토해보고자함 03 * 지난 월, 협동로봇개발ㆍ보급활성화를위한수요발굴, 협동로봇적용표준공정모델개발, 국제표준화공동대응 정보교환등을통해국내제조업경쟁력을강화하기위한협동로봇얼라이언스가출범됨
Industry Policy Technology 융합연구정책센터 Weekly TIP 협동로봇개요 0 ( 정의 ) 인간과로봇이같은공간에서함께작업하기위한협동운용 (Collaborative Operation) 조건을충족하는산업용로봇 (ISO1018) - 사용자의안전을고려하기위해로봇이작동하는동안로봇의작업영역에인간이접근하는것을 다양한수단을이용하여철저히배제하는전통적산업용로봇과차이를보임 그림 4. 전통적산업용로봇 ( 좌 ) 과협동로봇 ( 우 ) 의차이 출처로봇신문사 (017.07.04.), Manufacturing.com(016.0.5.) ( 구분 ) 협동로봇은협동방식에따라크게 4 가지카테고리로분류되며, 최근 Power&Force Limiting 관련기술의급격한발전에따라협동로봇의상용화가활발히이루어지고있음 - (Safety-rated Monitored Stop) 작업영역에사람이없을경우에한해서만일반산업용로봇 (non-collaborative robot) 처럼작동하는로봇 - (Hand guiding) 사람이수작업장치 (handoperated device) 를사용하여이용하는로봇 - (Speed & Separation Monitoring) 로봇과사람사이의거리를모니터링하며, 안전거리를 확보하며작업하는로봇 - (Power & Force Limiting) 일정값의동력또는힘이감지되면로봇이즉각작동을멈춤으로써 사람의상해를방지하는로봇 04
018 April vol.117 협동로봇산업동향 그림 5. 협동로봇의동작방식에따른분류 작업영역에사람이없을경우에만, 로봇은일반산업용로봇 (non-collaborative) 처럼동작 사람이수작업장치 (hand-operated device) 를사용하여로봇을이동 Safety-rated Monitored Stop 협동로봇 Hand guiding Speed & Separation Monitoring Power & Force Limiting 로봇과사람사이의거리를모니터링하며, 안전거리를확보 일정값의동력 (power) 또는힘 (force) 이감지되면로봇이즉각정지함으로써사람이상해를입지않도록보호 ( 규격 ) 국제안전기술규격 (ISO/TS 15066)* 에따라안전펜스없이사람과나란히작업이가능해짐 - 실제동작과정에서사람과접촉또는충돌하게되더라도사람의안전을보장할수있도록설계 / 제작됨 * 통증을유발하는물리력과경증상해를발생시키는물리력사이에는일정한여유공간이있지만, 경증상해를발생시키는물리력임계치에대한정확한데이터가없고, 이러한데이터를구하는작업이윤리적문제를비롯한여러현실적제약으로어려운상황에서통증임계치를보수적인상해발생임계치로인정하여, 통증임계치를넘지않는물리력이라면상해도발생시키지않을것이라는가정하에통증임계치를안전기준으로사용 05
Industry Policy Technology 융합연구정책센터 Weekly TIP 표 1. 협동로봇의국제안전기술규격에명시된임계치 Body Region Skull and forehead Specific Body Area Quasi-Static Contact Maximum Allowable Pressure ps[n/cm] Maximum Allowable Force [N] Transient Contact Maximum Allowable Pressure Multiplier P T 1 Mddel of forehead 15 N/A 130 temple 11 N/A Maximum Allowable Force Multipiler F T Face 3 Masticatory muscle 110 65 N/A N/A Neck Back and shoulders Chest 4 Neck muscle 138 145 5 Seventh neck muscle 05 6 Shoulder joint 155 10 7 Fifth lumbar vertebra 13 8 Sternum 116 140 9 Pectoral muscle 166 Abdomen 10 Abdominal muscle 143 110 Pelvis 11 Pelvic bone 09 180 Upper arms and elbow joints 1 Deltoid muscle 19 150 13 Humerus 16 N/A Lower arms and wrist joints Hands and fingers Thighs and Knees Lower legs 14 Radial bone 19 15 Forearm muscle 181 160 16 Arm nerve 179 17 Forefinger pad D 98 18 Forefinger pad ND 73 19 Forefinger end joint D 75 0 Forefinger end joint ND 19 1 Thenar eminence 03 135 Palm D 56 3 Palm ND 60 4 Back of the hand D 197 5 Back of the hand ND 193 6 thigh muscle 46 0 7 Kneecap 3 8 Middle of shin 0 15 9 Calf muscle 1 출처한국로봇산업진흥원 (016) ( 관련기술및기본기능 ) 사물인터넷, 빅데이터, 센서 / 인지, 액츄에이터기술분야의세부기술간융합을통해 1Pick & Place Machine Tending 3 조립 (Assembly) 4 적재 (Palletizing) 5 포장 (Packaging) 6Mold Handling 7Dispensing 8Polishing 9Inspection 과같은 기본적인기능을안전하게구현 06
018 April vol.117 협동로봇산업동향 그림 6. 협동로봇관련기술및기본기능 내장컴퓨터초연결성상호운영 데이터수집데이터분석 / 모델링 환경인지알고리즘다종 / 저가 / 소형센서 제어알고리즘인간접촉한계 1. pick & place. Machine Tending. 조립 (Assembly) 4. 적재 (Palletizing) 5. 포장 (Packaging) 6. Mold Handing 7. Dispensing 8. Polishing 9. Inspection 07 출처 MakretsandMarkets(017)
Industry Policy Technology 융합연구정책센터 Weekly TIP 협동로봇의혁신성 03 ( 인간과로봇의공간공유 ) 안전펜스가없어도되기때문에, 사람이작업하는곳어디든설치가가능해기존산업용로봇과달리설치공간의제약이사라진데다설치공간의절감효과가발생함 - 협동로봇의환경인지기술의급속한발달에따른안전사고우려가없어짐에따라가능해짐 - 제조업분야에서의토지및부동산에대한자산비율감소를통한경영개선도유도가능할것으로 기대됨 ( 中비용 - 中생산성 - 中융통성 ) 일반노동자나자동화로봇을통해서는얻기어려운분야에서의산업효율성증대에있어최적화를가져올수있음 그림 7. 일반로봇, 노동자, 협동로봇간의특성비교 < 일반로봇 > < 협동로봇 > < 노동자 > 高비용 中비용 低비용? ( 실제로는고비용 ) 高생산성中생산성低생산성 低융통성中융통성高융통성 출처로봇신문 (017.04),ABB, 경향신문 (01.09) ( 용이한수용성 ) 기존공정시스템에큰변화를주지않고설치와운용이가능하여기존노동자들로하여금수용에대한반감을최소화시킬수있음 - HMI(Human-Machine Interface) 기술의급속한발전에따라작업자들의기술적응이용이해짐 ( 노동시장유지 ) 기존노동자들의업무를대체하는것이아닌도와주는역할을수행하게됨으로써노동환경의질을높일뿐, 일자리감소는없을것으로예상됨 - 인간이산업현장에서가지고있던노하우를그대로활용하게됨으로써일반적인자동화로는 구현하기어려운공정상의축적된노하우소실없음 08
018 April vol.117 협동로봇산업동향 협동로봇도입사례 04 글로벌제조기업들을중심으로다양한공정에협동로봇을적용하여공정효율성을높이고있음 표. 글로벌제 기업의협동로봇적용분야 구분회사내용 자동차 의장공정인문짝 Bonding 작업협동로봇적용중 UR10 을도입하여안전펜스없이작업자와협업 향후품질검사용공정에도확대적용 가공 / 조립 LED Lighting( 가로등 ) 조립공정에협동로봇적용중 RR 社 Saywer 도입하여기존공정변경없이설치운영중 계절별생산물량변동이큰 Plant 대상으로도입확대 화장품 향수샘플제품포장 (Boxing) 공정에협동로봇적용중 UR5 를도입하여컨베이어 Pick & Place 작업에활용중 Job Change 가많은다품종소량생산공정에확대적용 협동로봇얼라이언스 05 협동로봇의중요성이커짐에따라국내협동로봇 부품기업, SI 기업, 연구기관 대학, 수요처, 관련기관등 4 개기업 기관이모여얼라이언스를구축함 - 향후협동로봇적용업종발굴및로봇플랫폼개발, 관련부품국산화 저가화, 국제표준공동 대응, 보급 확산활성화등을위해공동협력추진 - ( 시범보급및표준공정 ) 시장창출형로봇보급사업 을통해올해 50 대를시범보급하고표준 공정개발을추진하며, 스마트공장구축기업, 뿌리기업, U 턴기업등을중심으로 019 년부터 0 년까지,000 대를보급할계획 - ( 표준대응및제도정비 ) 협동로봇시스템이설치되는작업현장의안전검사기준마련을위한 안전점검가이드라인제정후, 현산업안전보건기준에관한규칙제 3 조에따라협동로봇안전 관련국제요구사항 (ISO TS 15066) 에부합함을인증하기위한단체표준 (KOROS) 개발추진 09
Industry Policy Technology 융합연구정책센터 Weekly TIP 시사점 06 산업경쟁력을향상시킴과동시에기계와인간의공존을추구할수있는혁신융합기술이라는점에서협동로봇은향후지속적으로그활용가능성이증대될것으로예측됨 앞으로다가올저출산고령화사회및이미고령화사회에접어든산업고도화선진국에서의임금상승및인력부족, 그로인한낮은노동생산성을극복할수있는대안으로부상할것임 로봇자동화비율이높지않고, 노동인력이풍부한중국시장에서협동로봇의활용가능성또한기대됨 - 생산성향상요구와생산모델다변화에따라노동력이풍부한중국에서조차도협동로봇의수요가 증가할것으로예측됨 급격한성장이예측되는혁신융합기술분야인만큼관련원천기술확보를위한얼라이언스구축등의노력이더욱더필요할것으로생각됨 10
018 April vol.117 협동로봇산업동향 참고자료 > 1. IFR(International Federation of Robotics) World robotics 017,. ISO1018 3. 경향신문 (01.09). 현대차밤샘근무폐지 4. 로봇신문 (017.04), 미국자동차업계, 작년산업용로봇도입역대최대치, 5. 로봇이슈 & 트렌드, 한국로봇산업협회, 017년제호 6. 필츠코리아, 협동로봇도입에필요한위험성평가와안전시스템을위한솔루션 7. Universal Robotics, 한화테크윈제품카달로그 8. 로봇신문사 (017.07.04.), 05년산업용로봇시장, 작년대비 3배성장 http://www.irobotnews.com/news/articleview.html?idxno=11074( 최종접속 :018.04.13.) 9. 로봇표준 vol.1, 한국로봇산업진흥원, 016.08 10. ABB s YuMi ushers in new era of collaborative robotics, ABB 11. Collaborate Robots Play Nice on the Plant Floor, Engineering 360(015) 1. Pilz addresses Safety for collaborative robots, Roboticsupdates(016) 13. Meet Cobots-The Collaborative Robot, IndianWeb(017) 14. Global Collarborative Robot Market 017-01, Technavio 15. Collaborative Robots Market by Payload Capacity, Industry, Applications, and Geography-Global forecast to 03, MakretsandMarkets(017) 16. Collaborative Robots working in Manufacturing, Manufacturing.com(016.0.5.) 11