산업용 로봇
정의
매니퓰레이터 및 기억장치(가변 시퀀스 제어장치 및 고정 시퀀스 제어장치를 포함)를 가지고 기억장치 정보에 의해 매니퓰레이터의 굴신, 신축, 상·하 이동, 좌·우 이동, 또는 선회동작과 이러한 동작의 복합동작을 자동적으로 행할 수 있는 기계를 말한다.
관련법령
- 산업안전보건법 제89조(자율안전확인의 신고)
- 산업안전보건법 제93조(안전검사)
- 산업안전보건기준에 관한 규칙 제222조(교시 등)
- 산업안전보건기준에 관한 규칙제223조(운전 중 위험 방지)
- 산업안전보건기준에 관한 규칙제224조(수리 등 작업 시의 조치 등)
- 산업안전보건법 시행규칙 [별표 5] 특별교육 대상 작업별 교육
- 특별안전보건교육 - 36. 로봇작업
- 로봇의 기본원리·구조 및 작업방법에 관한 사항
- 이상 발생 시 응급조치에 관한 사항
- 안전시설 및 안전기준에 관한 사항
- 조작방법 및 작업순서에 관한 사항
- 특별안전보건교육 - 36. 로봇작업
용어의 정의
- 매니퓰레이터 (Manipulator)
- 인간의 팔과 유사한 기능을 가지고, 다음 중 몇 개의 작업을 실시 할 수 있는 것을 말한다.
- 선단부에 맞는 메커니컬 핸드(Mechanical Hand, 인간 의 손에 해당하는 부분), 흡착 장치 등에 의해 물체를 파지하고 공간으로 이동시키는 작업
- 선단부에 설치된 도장용 스프레이 건, 용접 토치 등의 공구 에 의한 도장, 용접 등의 작업
- 로봇 작동기 (Robot Actuator)
- 전기, 유압 및 공압 에너지를 이용하여 로봇이 유효한 동작을 할 수 있도록 하는 장치를 말한다.
- 작동제어 (actuating control)
- 로봇이 정해진 동작을 수행할 수 있도록 조작하는데 필요한 장치를 말한다.
- 펜던트 (pendant) 및 교시 펜던트 (teaching pendant)
- 제어 시스템에 연결되어 로봇에 프로그램을 교시 또는 로봇을 동작시킬 수 있는 휴대용 장치
- 교시 (teach, teach programming, task programming)
- 산업용 로봇의 매니퓰레이터 동작의 순서, 위치 또는 속도 설정, 변경 또는 확인을 말한다.
- 로봇 말단장치를 손으로 끌어서 하는 것
- 기계적인 시뮬레이터를 손으로 끌어서 하는 것
- 교시 펜던트를 사용하여 로봇을 원하는 위치로 움직여서 하는 것
- 교시 프로그램 (teaching program)
- 로봇의 작업수행에 필요한 프로그램을 말한다.
- 가동 범위
- 최대 영역 : 제조자에 의해서 정의되는 로봇의 가동 부분에 의해 도달 가능한 영역에 말단장치와 작업물에 의해 도달 가능한 영역을 합한 영역
- 제한 영역 : 최대 영역의 일부로, 넘어서는 안되는 한계를 설정한 제한장치에 의해서 제한된 영역
- 운전 영역 : 제한 영역의 일부로, 작업 프로그램에 의해 지시된 모든 동작을 실행하면서 실제로 도달할 수 있는 영역
- 작업 영역 : 손목 기준점이 도달 가능한 영역에 손목 각 관절의 가동 범위를 합한 영역
- 보호 영역 : 주변 안전보호 장치에 의하여 정의된 영역
종류
국제로봇협회(IFR; International Federation of Robotics)에서는 고정, 또는 움직이는 것으로서 산업자동화 분야에 사용되며 자동으로 제어되고, 재프로그램이 가능하며, 다목적인 3축 또는 그 이상의 축을 가진 자동조정장치를 로봇으로 정의하고 있다. 산업용 로봇을 형태별로도 구분하고 있는데 우선 제어축 수에 따라 3축제어 로봇, 4축제어 로봇, 5축제어 로봇 등으로 분류되며, 제어형태에 따라서는 시퀀스 컨트롤 로봇, 상각궤도 조작 로봇, 적응제어 로봇, 원격조정 로봇 등으로 구분하고 있다. 또, 기계적 구조에 의해서는 직각좌표로봇, 스카라 로봇, 수직다관절 로봇, 구형/원통형 로봇으로 구분하고 있다.
- 직교좌표형 로봇
- 산업용로봇 중에 가장 간단한 구조를 갖는 직교좌표로봇(간단히 직교 로봇이라고 함)은 로봇의 구조적 동작 특성이 직각좌표계(Cartesian Coordinate System)를 이루기 때문에 XY 로봇이라고도 불린다. 직교로봇은 각 축들이 직선(Prismatic) 운동만하기 때문에 로봇의 작업 영역은 구성하는 자유도의 수에 따라 직선, 직사각형, 직육면체가 되는데 인간에게 가장 익숙한 좌표계가 바로 90°씩 분할된 직각좌표계이기 때문에 일반 로봇 이용자들이 쉽게 티칭하여 사용하고 있으며, 또한 산업현장에서 널리 이용되고 있는 로봇들 중에 하나이다.
- 산업용로봇 중에 가장 간단한 구조를 갖는 직교좌표로봇(간단히 직교 로봇이라고 함)은 로봇의 구조적 동작 특성이 직각좌표계(Cartesian Coordinate System)를 이루기 때문에 XY 로봇이라고도 불린다. 직교로봇은 각 축들이 직선(Prismatic) 운동만하기 때문에 로봇의 작업 영역은 구성하는 자유도의 수에 따라 직선, 직사각형, 직육면체가 되는데 인간에게 가장 익숙한 좌표계가 바로 90°씩 분할된 직각좌표계이기 때문에 일반 로봇 이용자들이 쉽게 티칭하여 사용하고 있으며, 또한 산업현장에서 널리 이용되고 있는 로봇들 중에 하나이다.
- 원통좌표형 로봇
- 원통좌표 로봇은 원통의 길이와 반경방향으로 움직이는 두 개의 직선 축과 원의 둘레방향으로 움직이는 하나의 회전축으로 구성된다. 원통형의 동작영역이 만들어지며, 이 타입은 직선 축과 회전축을 혼용하기 때문에 직교좌표 로봇과 뒤에 나오는 수직관절형 로봇의 중간 정도의 특성을 가진다고 보면 된다. 우선 작업영역에 대해 설치공간이 직교좌표형에 비해 작고, 베이스부의 회전운동은 팔의 길이에 의해 증폭되므로 직교좌표형에 비해 빠르다고 할 수 있다. 최근 들어 FPD 반송용 로봇에 활용되고 있으며, 반도체 및 FPD 공정 중 청정 환경 및 진공환경 분야에 적용되고 있다.
- 원통좌표 로봇은 원통의 길이와 반경방향으로 움직이는 두 개의 직선 축과 원의 둘레방향으로 움직이는 하나의 회전축으로 구성된다. 원통형의 동작영역이 만들어지며, 이 타입은 직선 축과 회전축을 혼용하기 때문에 직교좌표 로봇과 뒤에 나오는 수직관절형 로봇의 중간 정도의 특성을 가진다고 보면 된다. 우선 작업영역에 대해 설치공간이 직교좌표형에 비해 작고, 베이스부의 회전운동은 팔의 길이에 의해 증폭되므로 직교좌표형에 비해 빠르다고 할 수 있다. 최근 들어 FPD 반송용 로봇에 활용되고 있으며, 반도체 및 FPD 공정 중 청정 환경 및 진공환경 분야에 적용되고 있다.
- 극좌표형 로봇
- 원통좌표 로봇처럼 극좌표 로봇은 직선 축과 회전축을 혼용하고 있다. 여기서는 회전축이 두 개로 속이 빈 구형의 작업영역을 갖는다. 이 타입은 최초의 산업용로봇인 유니메이트가 채용하였는데 두 개의 조인트를 혼용하지만 회전축을 더 많이 사용하므로 운동특성이 직교좌표 로봇보다 수직다관절 로봇에 보다 가깝다.
- 원통좌표 로봇처럼 극좌표 로봇은 직선 축과 회전축을 혼용하고 있다. 여기서는 회전축이 두 개로 속이 빈 구형의 작업영역을 갖는다. 이 타입은 최초의 산업용로봇인 유니메이트가 채용하였는데 두 개의 조인트를 혼용하지만 회전축을 더 많이 사용하므로 운동특성이 직교좌표 로봇보다 수직다관절 로봇에 보다 가깝다.
- 수평다관절(스카라) 로봇
- 마이크로프로세서(Microprocessor)와 전동모터의 발달에 의해 1970년대 말경에 새로이 현재에 많이 사용되고 있는 다관절을 가진 로봇이 많이 등장했다. 그 와중에 1979년에 일본의 야마니시대학에서 전자조립에 가장 적당한 로봇으로 스카라(SCARA) 로봇을 개발 발표하였다. 관절은 전동모터의 고속회전을 감속하여 큰 토크로 전환하는 회전축을 일반적으로 의미 하는데 이 관절의 특징을 가장 잘 활용하는 로봇이 스카라 로봇이다. 이러한 스카라 로봇을 수평다관절 로봇이라고도 하는데 이는 관절에 의한 운동이 수평면 즉 XY평면을 만들기 때문이다. 현재 수평다관절 로봇은 가반하중 2∼30kg의 소형 조립, 핸들링용 스카라 로봇과 가반하중 30∼120kg의 중, 대형의 팔레타이징(Palletizing) 로봇으로 나눌 수 있다.
- 마이크로프로세서(Microprocessor)와 전동모터의 발달에 의해 1970년대 말경에 새로이 현재에 많이 사용되고 있는 다관절을 가진 로봇이 많이 등장했다. 그 와중에 1979년에 일본의 야마니시대학에서 전자조립에 가장 적당한 로봇으로 스카라(SCARA) 로봇을 개발 발표하였다. 관절은 전동모터의 고속회전을 감속하여 큰 토크로 전환하는 회전축을 일반적으로 의미 하는데 이 관절의 특징을 가장 잘 활용하는 로봇이 스카라 로봇이다. 이러한 스카라 로봇을 수평다관절 로봇이라고도 하는데 이는 관절에 의한 운동이 수평면 즉 XY평면을 만들기 때문이다. 현재 수평다관절 로봇은 가반하중 2∼30kg의 소형 조립, 핸들링용 스카라 로봇과 가반하중 30∼120kg의 중, 대형의 팔레타이징(Palletizing) 로봇으로 나눌 수 있다.
- 수직다관절 로봇
- 수직다관절 로봇은 모두 회전축으로만 구성되어 있어 비교적 빠른 속도를 갖는다. 그 동작영역은 극좌표 로봇과 비슷한 구형이다. 용접, 도장 등에 가장 많이 사용되는 수직다관절로봇은 3자유도를 갖는 오리엔테이팅부와 함께 전체 6자유도로 구성된 것이 대부분인데 이는 물체(Rigid Body)가 공간상에서 최대 6개의 자유도를 갖기 때문이다. 따라서 어떤 위치나 방향으로의 자세가 가능하다. 회전축으로만 구성되어 있어 제어와 사용이 어렵지만 설치 면적과 몸체의 부피가 작고 속도가 빠르며 점점 수요가 증가하는 추세이다. 직교좌표 로봇과는 거의 정반대의 특성을 갖는다고 볼 수 있다.
- 수직다관절 로봇은 모두 회전축으로만 구성되어 있어 비교적 빠른 속도를 갖는다. 그 동작영역은 극좌표 로봇과 비슷한 구형이다. 용접, 도장 등에 가장 많이 사용되는 수직다관절로봇은 3자유도를 갖는 오리엔테이팅부와 함께 전체 6자유도로 구성된 것이 대부분인데 이는 물체(Rigid Body)가 공간상에서 최대 6개의 자유도를 갖기 때문이다. 따라서 어떤 위치나 방향으로의 자세가 가능하다. 회전축으로만 구성되어 있어 제어와 사용이 어렵지만 설치 면적과 몸체의 부피가 작고 속도가 빠르며 점점 수요가 증가하는 추세이다. 직교좌표 로봇과는 거의 정반대의 특성을 갖는다고 볼 수 있다.
안전장치
- 격리형 방호조치(방책)
- 제한영역은 보호영역 내에 위치하고, 보호영역은 방책에 의해 설정되어야 한다.
- 방책은 견고하게 설치하고 도구를 사용해서만 제거할 수 있는 구조여야 한다.
- 방책에 개구부가 있을 경우 작업자의 위험점 접근방지조치가 되어 있어야 한다.
- 방책은 높이가 1,800mm 이상이어야 한다.(KS B ISO 13857에 따를 경우, 1,400mm 이상)
- 가동식 방책(출입문)에는 연동장치가 설치되어야 한다.
- 비상정지장치
- 비상정지장치는 각 제어반 및 그 밖에 비상정지장치가 필요한 곳에 설치하되, 접근이 용이하게 배치되어 정상적으로 작동되야 한다.
- 비상정지장치는 작동된 이후 수동 복귀시킬 때까지 자동으로 복귀되지 않아야 한다.
- 감응식 방호장치(센서)
- 산업용 로봇의 위험구역 안으로 작업자가 접근할 경우 이를 감지하여 로봇이 정지하도록 방호장치를 설치해야 한다.
- 광전자식 방호장치: 투광기와 수광기로 구성되고 단일 또는 여러 줄기의 광선 또는 이들의 조합에 의해 감응 시 로봇을 정지하는 장치
- 전자 감응식 방호장치: 사람이나 물체의 접근을 탐지하는 원리로 사람이나 원하지 않는 물체가 탐지되는 경우 동작이 개시되지 않도록 하는 장치
- 압력 감응식 안전매트: 매트 위에 서 있는 사람의 체중에 의한 압력을 감지하여 위험한 동작을 정지시킬 수 있도록 하는 장치
출처. 안전보건공단