산업용 로봇안전의 새로운 룰 ISO/FDIS 10218-1, 2 어떻게 바뀌었나

▶ 작업공간의 제한
공간 전체가 로봇 작업 공간이 될 수는 없기 때문에 특별한 작업이 수행될 때에는 작업공간을 제한할 필요가 있다. 기본 주축을 위한 지침들은 적합한 기계적 정지 기능을 위한 방법들을 제공해야한다. 적합한 기계적 장치 또는 비기계적으로 제한된 장치들을 위한 두 세개의 규정이 제공되는데, 비기계적 제한 장치에는 콘택트 프리 센서를 들 수 있다. 또 다른 타입의 예는 라이트 커튼과 레이저 스캐너 장치를 들 수 있다.

한편 작업 장소를 제한 할 수도 있다. 이는 로봇이 작업하는 장소를 제한적으로 허용하는 것이다. 만약에 로봇이 이 제한된 구역을 넘어 움직일 시에는 안전 정지 기능을 통해 멈춰져야 한다. 이 특수한 공간은 다른 방법으로도 쓰일 수 있다. 가령 반대로 로봇이 제한 구역으로 들어가지 못하게 하는 방법을 들 수 있겠다. 만약 로봇 이 공간으로 들어간다면 안전 정지 기능이 작동되어야 한다.
제한된 축에 대한 ISO/FDIS 10218-1의 몇몇 지침은 다음과 같다.

5.12 축의 제한
5.12.1 일반

로봇의 제한영역을 설치하기 위해 로봇 주변에 제한 장비를 적용 설치하는 방법이다. 로봇의 주축(가장 큰 움직임이 있는 축) 동작을 제한하기 위해 기계적으로 멈출 수 있는 수단이 제공되어야 한다. 제조자는 5.12.2나 5.12.3, 둘 모두 라는 옵션 중 하나를 따라야 한다.

5.12.2 전기기계식 축 제한 장비

2~3번째 축(2~3번째로 큰 움직임을 보이는 축)을 조정하기 위한 기계적인 또는 비기계적 제한장비를 설치한다.
또한 기계적으로 정지할 수 있는 안전수준을 달성하기 위해 로봇의 설계, 조립, 인스톨 과정에 있어 동작범위를 제한할 수도 있다

5.12.3 소프트와 공간제한의 안전 등급

소프트 제한은 자동모드 또는 다른 안전 운전 속도 이상의 속도를 내는 모드의 사용 중에 로봇의 모션을 소프트웨어로 제한하는 것을 뜻한다. 축의 제한은 로봇의 제한적 공간을 정의하는 데에도 사용된다. 공간 제한은 차단된 지역으로 어떤 기하학적 형상을 정의하는데도 사용된다. 이렇게 정의된 공간에서 로봇의 움직임을 제한하거나 로봇이 정의된 공간 안에 들어가는 것을 막는다.
시스템은 5.4 항목의 가변성 있는 소프트 제한을 따르며, 안전 등급을 어길 시 정지되는 보호 장치를 작동시킨다.

▶ 티칭 펜던트에서의 지침

5.8.3 인애이블 장치

계속 중앙 포지션으로 잡고 있거나 로봇이 움직이도록 할 때, 혹은 로봇에 의해 어떤 다른 위험이 제어될 때, 펜던트 및 컨트롤 장비는 IEC 60204-1:2005, 10.9에 부합하는 3위식 인애이블 장치를 갖춰야 한다.
또한 인애이블 장치는 아래와 같은 작동 상의 특징을 구현해야 한다.

a) 펜던트 컨트롤과 조작자로부터 독립되어 움직이는 또 다른 기능 또는 장비들은 이들과 물리적으로 분리된(예 : 그립 타입) 완전한 인애이블 장치이다.
b) 5.4에 따라 장비가 멈출 수 있는 위험(예 : 움직임)에 따라 잡거나 놓는다.
c) 1개 이상의 (선택할 수 있거나 바른 수동조작이 가능한)의 스위치가 사용될 때 스위치를 완전히 내리면 다른 스위치의 컨트롤 명령을 무시하고 정지할 수 있는 보호기능을 갖는다.

d) 1개 이상의 기능장비가 가동 중(1명 이상이 안전방호영역에서 사용 중)일 때 그 영역에 있을 때만 각 장비가 동시에 작동한다.
e) 인애이블 장치를 떨어뜨렸을 때 작동하지 않도록 한다.
f) 가능하다는 출력신호가 있더라도 안전공급이 취소된 상태라면 정지 상태를 내보이며, 이 역시 5.4에 따른다.

주의1. 기능장비의 디자인과 인스톨은 언제든 발생할 수 있는 인체공학적 문제를 생각해야 한다.
주의2. 기능장비의 추가정보는 부록C에서 확인할 수 있다.

현재 사용되고 있는 EN 775/ISO 10218 규격과 비교할 때 새로운 표준안은 펜던트에 있어 3위식 인애이블 장치를 강제적으로 요구한다. 또한 한 펜던트 상의 2개의 인애이블 장치를 갖춰야 하는 것도 새로운 지침이라 할 수 있다.

EN775/ISO10218의 요건은 다음과 같다.
 
EN 775/ISO 10218:1992의 내용 중

6.4.6 인애이블 장치
인애이블 장치가 로봇 시스템의 일부분으로 제공될 때, 장치는 로봇 모션이나 다른 기능이 한 위치에서만 가능하도록 디자인 되어야 한다. 다른 위치에서는 위험한 모션 또는 기능들이 안전하게 정지되어야한다. 저절로 실행되는 작업은 위험한 모션이나 기능을 시작해서는 안된다.
 감속된 로봇의 속도보다 더 빠르게 움직일 때 기능장비는 인애이블 장치가 로봇 모션에 있어 안전 운전 속도보다 더 빠른 속도를 요할 때에는 충분히 안전한 상태에서 안전 정지서킷에 연결해야 한다.

인애이블 장치는 아래 중 하나의 상태에 해당된다면 설계에 의해 작동하지 않을 것이다.
- 안전 방호 영역에 아무도 없는 경우
- 로봇의 동작이 안전 운전 속도 이하의 경우
인애이블 장비는 펜던트의 일부이거나 별도의 장치일 수도 있다.

인애이블 장치의 3개 포지션에 대한 더 자세한 기능 특성은 ISO/FDIS10218-1의 부기 C에서 찾을 수 있다. 위의그림은 그 기능의 특성을 나타내고 있다.

▶ 협업로봇
ISO FDIS 10218-1에서 내린 협력적인 조작의 정의는 다음과 같다.

● 어떤 목적을 갖고 설계된 로봇이 정의된 작업 공간 안에서 인간과 직접 협력하며 동작하는 상태 결정된 명확한 조건은 협업로봇을 위해 공식화되어야 한다. 대부분의 로봇과 인간은 안전하게 분리된 작업공간에서 일하지만, 이 경우 로봇과 인간은 매우 가까운 위치에서 일하고 있기 때문에 협업하기 위해서는 몇 가지 조건을 필요로 한다.
● 자동조작에는 협업 시스템이 허용되지 않는다.
● 핸드 가이딩(Hand Guiding)이 제공된다면 긴급정지 기능과 인애이블 장치가 갖춰져야 한다.
● 로봇은 조작자로부터 ISO13855가 준하는 일정거리를 유지해야 하며, 이 거리가 유지되지 않을시 보호를 위한 정지시스템이 작동해야 한다.
● 로봇은 250mm/s를 넘지 않는 속도로 동작하며, 그 위치는 모니터링 되어야 한다.
● 로봇은 플랜지 또는 TCP(위험평가에 의해 정해진 것) 상 최대동력 80W 또는 최대 정적력 150N 중 하나에 맞도록 설계하여야 한다. 로봇 설계는 이 값을 넘을 수 없도록 해야 한다.

▶ 정지시간과 거리 계산
제조용 로봇의 인테그레이터가 안전장치를 충분한 거리에 위치시키기 위해서는 멈춰야할 거리의 시간과 수치를 알아야할 필요가 있다. ISO/FDIS10218-1는 이와 관련한 데이터를 확실하게 제공하기 때문에 모든 장비메이커 표준화에 대한 측정 기준이 된다. 이 정보는 안전 방호 장치의 적용 시 안전거리를 계산하는데 필요하다. 이 정보를 바탕으로 측정값은 실제 주행상태를 예측할 수 있도록 정확하게 만들어야 한다.

다음은 측정값의 예시 그림이다.
측정에 따른 몇 가지 조건은 다음과 같다.
● 정지거리는 정지신호 후 이동한 총 거리로써 측정되어야 한다.

● 거리는 되도록 직선이나 직각 형태로 한다.
● 최소한 정지의 범위는 IEC 60204-1:200에 따르는 카테고리 0의 기준을 따른다. 만약 로봇이 정지 카테고리 1을 사용할 수 있다면 추가 데이터를 통해 수정한다.
● 속도, 페이로드, 동작범위(확대) 값은 33, 66, 100%로 측정한다.

▶ ISO 10218-2
ISO 10218에 관한 부분은 아직 개발 중이며, 계속 발전하고 변화하고 있음을 확인할 수 있다. 다음은 현재 논의되고 있는 몇몇 내용들이다.

▶ 위험평가
중요 위험 리스트는 부록에 모아져있다. 물론 기재된 내용 외에도 위험요소는 존재할 수 있지만 로봇 시스템에서 꼭 위험 요소가 될 수 있는 부분을 기재했다. 리스크 평가는 각 로봇시스템에 어떤 위험과 관련되어 있는지 가르쳐줄 것이다.
로봇의 리스크 평가 방법은 부록에 제시되어 있으며, 정보와 함께 어떻게 리스크 평가가 수행되는지에 대한 예가 제시될 것이다. 사용된 각 요소들은 EN954-1/ISO13849로부터 엄격하게 체크된다. 이 타입의 위험평가 방법에는 몇 가지가 있는데, ISO 14121에 답할 수 있는 어떤 방법이든 사용될 수 있다.

▶ 소재 핸들링
많은 자동화설비에 적용되는 로봇시스템 중에는 몇 가지 소재 핸들링 타입이 있다. 이는 셀 주변에 가드를 통한 접근 필요성을 요한다. 이는 소재의 크기 그리고 셀과 다른 팩터(Factor) 안팎으로 이송되는 지점의 바닥에서부터의 높이에 따라 솔루션은 많이 다를 수 있다. 주로 사용되는 솔루션 중에 하나는 라이트 빔(Light Beam)을 사용하여 입구를 보호하는 것이다. 조작자의 접촉에 의해 라이트 빔이 작동하게 되면 셀 내의 로봇과 다른 기계들은 보호 정지 기능이 가동된다. 반면 소재가 셀 안쪽으로 이송될 때에는 센서로 인해 라이트 빔은 소리를 내지 않는다. 묵음기능을 제공하는 안전 관련 파트의 카테고리는 안전기능에서 필요한 안전수준을 감소시키지 않아 선택하게 된다.

▶ 안전 장치 및 가드와 이동 파트 및 위험 간의 최소 거리
언급된 규격은 다음과 같다.
● ISO 13852, 기계안전 - 손과 발 위의 위험지역에서 보호하는 안전거리
● ISO 13853, 기계안전 - 손과 발아래의 위험지역에서 보호하는 안전거리
● ISO 13854, 기계안전 - 사람의 몸이 기계에 끼이지 않을 정도의 최소의 틈