산업용 로봇 기초

용도에 맞는 구조가 따로 있습니다

로봇은 관절의 구성 방식에 따라 나뉘고, 각각 잘하는 일이 달라요. 비싼 로봇이 항상 좋은 게 아니라 작업에 맞는 구조를 골라야 합니다.

주요 4가지

선정 기준

가반하중(Payload)

로봇이 들 수 있는 무게예요. 그리퍼(핸드) 무게를 포함해야 합니다.

제품 3kg + 그리퍼 4kg = 7kg
→ 가반하중 10kg 급 선정 (여유 30%)

가반하중을 초과하면 정밀도가 떨어지고 감속기 수명이 급감해요.

작업반경(Reach)

로봇 중심에서 손끝까지 닿는 거리. 최대 반경 부근에서는 정밀도와 강성이 떨어지므로, 실제 작업점은 반경의 70~80% 안쪽에 두는 게 좋습니다.

반복정밀도(Repeatability)

같은 점으로 다시 갔을 때의 오차예요. 보통 ±0.02 ~ ±0.1mm.

> 정밀도(Accuracy)와 다릅니다. 반복정밀도는 "같은 곳으로 다시 가는 능력", 정밀도는 "지시한 좌표로 정확히 가는 능력"이에요. 로봇은 반복정밀도가 높고 절대정밀도는 상대적으로 낮습니다. 그래서 티칭(직접 위치를 가르치는 방식) 이 널리 쓰여요.

협동로봇(Cobot)

사람과 같은 공간에서 일하도록 만든 로봇이에요.

> "협동로봇이니까 안전 펜스가 필요 없다"는 잘못된 이해입니다. 로봇 자체가 아니라 작업(그리퍼·공구·대상물 포함) 전체를 위험성평가해야 해요. 날카로운 제품을 잡고 있으면 여전히 위험합니다.

부울경 제조업에서의 활용

인력난이 심한 공정부터 도입되고 있어요.

도입 시 흔한 실패

• 주변 장치를 과소평가 — 로봇값보다 그리퍼·지그·안전설비·공사비가 더 들 수 있어요
• 제품 편차를 고려 안 함 — 소재가 매번 조금씩 다르면 로봇이 못 잡습니다. 비전이나 지그가 필요
• 운영 인력 미확보 — 티칭·유지보수 담당자가 없으면 고장 시 라인이 멈춰요
• 다품종 소량인데 품종 교체 시간(셋업) 을 계산 안 함

> 정부·지자체의 로봇 보급사업, 뿌리기업 자동화 지원이 있습니다. 지원사업 정보는 [today.biz360.kr](https://today.biz360.kr) 에서 확인하세요.

로봇은 사람을 인식하지 못합니다

일반 산업용 로봇은 프로그램된 대로만 움직여요. 앞에 사람이 있어도 그대로 동작합니다. 그래서 물리적 격리가 기본입니다.

로봇 사고의 대부분은 정상 운전 중이 아니라 티칭·정비·이물 제거 중에 발생해요.

방호 수단

안전거리 계산

라이트커튼은 정지하는 데 걸리는 시간을 고려해 거리를 둬야 해요.

S = K × T + C

S : 최소 안전거리(mm)
K : 접근속도 (손 = 2,000mm/s)
T : 전체 정지시간(s) = 감지 + 제어 + 로봇 정지
C : 침입 보정값 (광선 간격에 따름)

예) T = 0.3초, C = 128mm
    S = 2,000 × 0.3 + 128 = 728mm

정지시간이 길수록 더 멀리 설치해야 합니다. 로봇이 무겁고 빠를수록 거리가 늘어나요.

정지 카테고리 (IEC 60204-1)

비상정지는 Cat.0 또는 Cat.1이어야 합니다. 로봇은 관성이 크므로 Cat.1(제어 감속 후 차단)이 안전한 경우가 많아요.

티칭 작업 — 가장 위험한 순간

펜스 안에 사람이 들어가는 유일한 상황이에요. 반드시 지켜야 할 것들:

• 티치펜던트의 인에이블 스위치(3-position) — 살짝 쥐면 동작, 놓거나 꽉 쥐면 정지. 놀라서 움켜쥐어도 멈추게 설계돼 있어요
• 수동 모드에서 속도 제한 — 국제 기준상 250mm/s 이하
• 단독 작업 금지 — 밖에 감시자를 두고, 감시자는 비상정지에 손을 올려둡니다
• 진입 전 다른 사람이 자동운전을 걸 수 없도록 열쇠·LOTO

협동로봇의 4가지 안전 방식 (ISO/TS 15066)

ISO/TS 15066은 신체 부위별 허용 압력·힘 한계값을 제시해요. 얼굴·목은 매우 낮고, 손·팔은 상대적으로 높습니다.

협동로봇도 위험성평가가 필수

로봇 본체가 안전해도 작업 전체가 안전한 건 아니에요.

• 그리퍼가 날카로운가?
• 잡고 있는 제품이 뜨겁거나 날카로운가?
• 끼임 지점(핀치 포인트) 이 생기는가? — 로봇과 벽 사이, 로봇과 컨베이어 사이
• 낙하 위험 (진공 그리퍼 정전 시)

법적 요구

• 산업용 로봇은 산업안전보건기준에 관한 규칙상 방호조치 대상
• 로봇 작업 구역 출입 통제, 방책 설치
• 작업 지침서 작성 및 교육
• 수리·점검 시 운전 정지 및 표시

현장 체크리스트

• 펜스·도어 인터록 정상 작동
• 비상정지 버튼 위치와 작동 확인
• 라이트커튼 정렬·오염 상태
• 티치펜던트 인에이블 스위치 정상
• 수동 모드 속도 제한 설정
• 로봇 동작범위 바닥 표시(황색 라인)
• 티칭 시 감시자 배치 규정 숙지

두 가지 방식

다품종 소량이거나 경로가 복잡하면 OLP가 유리하고, 단순 반복이면 티칭이 빠릅니다.

좌표계 이해가 핵심입니다

로봇 프로그래밍에서 가장 많이 헷갈리는 부분이에요.

TCP 설정이 정확해야 합니다

TCP(Tool Center Point)는 공구의 실제 끝점이에요. 이게 틀리면 회전할 때 위치가 어긋납니다.

• 4점법·6점법으로 설정 (한 점을 여러 자세로 찍어 계산)
• 그리퍼를 바꾸면 반드시 재설정

User 좌표계의 유용함

지그를 옮겨도 User 좌표계만 다시 잡으면 프로그램 전체가 그대로 동작해요. 이걸 안 쓰면 모든 점을 다시 티칭해야 합니다.

보간(Interpolation) 방식

두 점 사이를 어떻게 갈지 정합니다.

> MOVJ는 경로가 휘어집니다. 좁은 곳에서 쓰면 예상치 못한 곳에 부딪혀요. 간섭 우려가 있으면 MOVL을 쓰세요.

특이점(Singularity)

로봇의 특정 자세에서 축이 정렬되어 자유도를 잃는 지점이에요. 여기서 직선보간을 하면 축이 급회전하거나 알람이 납니다.

• 손목 특이점: 4축과 6축이 일직선
• 어깨·팔꿈치 특이점

경로를 조금 우회하거나 관절보간으로 통과시켜 회피합니다.

프로그램 구조화

MAIN
 ├─ 초기화 (원점 복귀, 신호 초기화)
 ├─ 반복 루프
 │   ├─ CALL 픽업()
 │   ├─ CALL 이송()
 │   └─ CALL 배출()
 └─ 종료 처리

에러 처리 루틴 (별도)

• 반복되는 동작은 서브루틴/매크로로
• 위치 데이터는 변수로 관리 — 하드코딩하면 수정이 지옥이에요
• 품종별 데이터를 레지스터/배열로 두면 품종 교체가 쉬워집니다

안전한 시운전 순서

1. 저속(10~25%) 으로 단독 스텝 실행
2. 간섭 확인하며 전체 경로 1회
3. 속도 단계적 상향 (50% → 75% → 100%)
4. 연속 운전 시험
5. 이상 정지 후 복귀 시나리오 확인 ← 가장 많이 빠뜨림

> 정전이나 비상정지 후 복귀를 미리 정해두지 않으면, 실제 상황에서 로봇이 어중간한 자세로 멈춰 재기동을 못 합니다.

백업

• 프로그램 + 좌표 데이터 + 파라미터를 함께 백업
• 그리퍼 교체·TCP 변경 시마다 갱신
• 배터리 방전 주의 — 일부 로봇은 인코더 백업 배터리가 방전되면 원점을 잃습니다. 교체 주기(보통 1~2년) 관리

로봇에 눈을 달아주는 것

지그로 위치를 고정하면 비전이 없어도 되지만, 품종이 자주 바뀌거나 소재 위치가 일정하지 않으면 비전이 필요해요.

주요 용도

2D vs 3D

평면에 한 겹으로 놓인 부품이면 2D로 충분해요. 겹쳐 쌓여 있으면 3D가 필요합니다.

조명이 절반입니다

비전 프로젝트 실패의 가장 흔한 원인이 조명이에요. 알고리즘보다 조명이 중요합니다.

• 외란광 차단이 필수 — 커튼·커버로 주변 조명 변화를 막습니다. 낮과 밤에 결과가 달라지면 이게 원인이에요
• LED는 경년 열화로 밝기가 떨어집니다. 정기 점검 필요

캘리브레이션 — 카메라 좌표 → 로봇 좌표

비전이 "여기 있다"고 알려줘도, 로봇 좌표로 변환해야 움직일 수 있어요.

• Hand-Eye Calibration — 카메라와 로봇의 관계를 계산
• 카메라 위치: 고정형(Eye-to-Hand) vs 로봇 장착형(Eye-in-Hand)
• 캘리브레이션 판(체커보드)으로 다점 측정
• 카메라나 렌즈를 건드리면 반드시 재실시

검사 판정 기준 설정

가장 어려운 부분이에요.

• 양품 샘플과 불량 샘플을 충분히 확보해서 임계값 결정
• 과검(양품을 불량으로) 과 미검(불량을 양품으로) 의 균형

- 미검은 고객 클레임 → 안전 쪽으로 설정 - 과검이 너무 많으면 현장이 검사기를 꺼버립니다

• 판정 결과와 이미지를 저장해 추후 분석

> "검사기를 껐다" 는 상황이 실제로 자주 생겨요. 과검이 많으면 생산이 안 되니까요. 그래서 초기 튜닝에 충분한 시간을 들여야 합니다.

AI 비전은 언제 쓰나

규칙으로 정의하기 어려운 검사에 유용해요.

AI를 쓰더라도 불량 샘플 확보가 관건이에요. 불량이 드물면 학습이 안 됩니다.

도입 실패를 줄이는 순서

1. 목표를 명확히 — "검사 자동화"가 아니라 "스크래치 0.3mm 이상 검출률 99%"
2. 샘플로 PoC(개념검증) 먼저 — 조명·렌즈 테스트
3. 현장 환경 반영 (진동, 분진, 온도, 외란광)
4. 판정 기준 튜닝 기간 확보
5. 운영 인력 교육 — 기준 조정을 현장이 할 수 있어야 지속됩니다