협동로봇

안전하고 직접적인 인간-로봇 상호작용 활용하기

협동로봇(cobot)은 종래의 안전 펜스 없이, 직접적인 상호작용을 통해 인간이 함께 작업할 수 있는 로봇입니다. 인간과 협동로봇이 직접적으로 상호작용을 하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

  • 복잡한 작업을 안전하게 실행
  • 고품질 생산
  • 직관적이고도 사용자 친화적인 협동로봇의 교육 및 프로그래밍

협동로봇 또는 '지능형 보조 기기'라는 개념은 1990년대 중반에 자동차 업계의 연구 프로젝트와 기업들로부터 유래된 개념으로, 직접적인 인터페이스를 통해 인간의 통제하에 협동로봇이 무거운 물체를 옮기는 힘을 제공하는 것을 의미합니다. 이러한 시스템을 통해 협동로봇이 가진 보조 능력을 안전하게 이용할 수 있었습니다. 세월이 흐르면서 협동로봇은 다음과 같은 작업을 수행하도록 발전해왔습니다.

산업용 로봇의 트렌드

산업용 로봇의 트렌드

MATLAB®Simulink®를 통해 모델 기반 설계를 사용하면 협동로봇 시스템을 개발할 수 있습니다.

협동로봇을 사용하는 이유

종래의 산업 자동화에서는 로봇이 인간 작업자에게 신체적 해를 입히지 않고 안정적으로 기능하기 위해 로봇이 물리적으로 인간과 접촉하지 않도록 분리시켜야 했습니다. 그러한 시스템에서 로봇은 인간이 전혀 없는 구역이나 케이지 안에서 작동합니다.

유연한 자동화

로봇을 케이지 안에 가두면 로봇의 능력이 제약을 받습니다. 현재 시장은 리드 타임 단축과 대량 고객화를 요구하고 있습니다. 이러한 요구로 인해 작업자를 위험에 처하지 않게 하는 인간-로봇 협동을 통한 유연한 다목적 제조 시스템에 대한 관심이 증폭되었습니다. 유연하고 협동적인 자동화에서 협동로봇은 힘과 정밀성, 데이터 분석 능력으로 인간의 능력을 증강하고 향상시켜, 협동로봇 최종 사용자에게 가치를 창출합니다. 협동로봇 개발의 목적은 다음과 같습니다.

  • 공존 - 인간 작고유한업자와의 작업 공간 공유를 통한 공정의 최적화
  • 협동 - 인간이 참여하는 다양한 작업을 위한 유연한 자동화

안전 시스템

안전 펜스는 로봇의 더 넓은 보급에 있어 기술적인 장애물이 됩니다. 협동로봇은 태생적 안전 설계로 안전 요구사항(ISO 10218-1 표준)을 충족하여 작업 공간에서 협동로봇과 물체 간의 안전한 상호작용을 가능하게 합니다. 협동로봇은 잠재적 충돌에 노출된 관성을 줄이고, 원치 않는 충격 에너지를 흡수하기 위해 관절 토크 센서 등의 적격 부품을 사용합니다. 뿐만 아니라 협동로봇 개발자는 다양한 외부 센서(카메라, 레이저, 심도 센서 등)를 사용하고, 획득한 데이터를 융합하여 인간-로봇의 근접도와 제스처를 안정적으로 인식하게 합니다.

자율성을 위한 고급 알고리즘

다품종 소량 생산 환경에서 협동로봇이 가진 엄청난 제조 잠재력을 활용하기 위해서는 고급 알고리즘이 필요합니다. 협동로봇은 명시적인 지시가 없는 낯선 상황에서도 작업을 수행할 수 있어야 합니다. 협동로봇의 모션 플래너 알고리즘은 익숙한 환경에서 협동로봇이 목표 위치에 도달하도록 하고, 충돌 회피 알고리즘은 협동로봇이 이동하는 중에 센서가 제공한 국지적인 지식을 기반으로 하여 동적 환경에서 로봇이 반응성 있게 동작하도록 합니다.

MATLAB 및 Simulink를 사용하여 로봇 매니퓰레이터 및 AMR(자율 이동 로봇)용 협동로봇 응용 사례를 개발하면 다음과 같은 작업을 할 수 있습니다.

  • 물리학 기반 다중 영역 모델링 툴을 사용해 협동로봇 시스템 설계 및 검증
  • 카메라, 라이다, IMU 등의 센서 모델을 사용해 협동로봇이 환경을 감지하는 방법 프로토타이핑
  • 협동로봇에 대한 모션 계획 및 제어기 설계, 반복 및 최적화
  • 협동로봇 응용 사례에 대한 시스템 로직을 모델링 및 자율 알고리즘 평가
  • 협동로봇 제어기 및 온보드 컴퓨터에 배포할 생산 코드를 자동으로 생성
  • 설계 요구사항 검증, 모델 커버리지에 대한 테스트 케이스 생성, 개발 공정 전반에 걸친 설계 품질 개선
  • IEC 61508, ISO 26262, DO-178 등의 산업표준 인증에 필요한 보고서 및 아티팩트 생성


참조: MATLAB and Simulink for robotics, MATLAB and Simulink for robot manipulators, Robotics System Toolbox™, Navigation Toolbox, ROS Toolbox, Lidar Toolbox, Simscape Multibody, Robot programming, MATLAB 및 Simulink를 사용한 로봇공학, MATLAB 및 Simulink를 사용한 로봇 매니퓰레이터, Robotics System Toolbox™, Navigation Toolbox, ROS Toolbox, Lidar Toolbox, Simscape Multibody, 로봇 프로그래밍