로봇 길들이기

자동화 생산 라인에서 산업용 로봇의 사용은 점점 증가하는 것으로 보인다. 그러나 지금까지는 로봇 근방에서의 작업 안전을 보장하기 위해 로봇을 셀에 분리하여 사용해 왔다. B&R은 TUV 인증을 받은 펑션 블록을 사용하여 사람과 로봇이 가까이서 작업할 수 있는 수준으로 로봇의 Safety를 향상시켰다.

산업용 로봇은 현대적인 생산 라인에서 점점 더 많은 책임을 지닌다. 가장 널리 사용되는 유형은 6개의 전기 축 움직임을 가진 관절 팔 로봇이다. B&R은 산업용 로봇을 안전문과 울타리의 굴레에서 해방시켜 사람과 가까이서 일할 수 있도록 안전하게 만들기로 결정했다.
산업용 로봇과 로보틱 시스템이 작업자와 함께 일하는 작업 환경으로의 통합에 필요한 safety 요구사항은 ISO 10218, Parts 1과 2에 정의되어 있다. 이 표준들은 신체에 허용되는 최대 압박을 명시하고 있고, 로봇과 함께 일하는 사람이 심각한 위험에 노출되지 않도록 하는 상한을 정의하고 있다. 일반적인 가이드라인에 따르면 150N의 safe limited force, 최대 250mm/s의 safe reduced speed, 그리고 자동 정지 기능으로 어떤 충돌도 해를 미치지 않을 것이라는 것을 보장한다.

40년 동안, 로봇은 사람에게 너무 어렵고 위험하거나 혹은 너무 단조로운 작업들을 대신하여 우리의 삶을 더 쉽게 만들어 왔다. 지금까지 로봇은 대부분 셀 안에 국한되어 있었지만, SafeROBOTICS는 사람과 로봇이 나란히 일할 수 있도록 해 주었다.

TUV 인증을 받은 TCP에서의 Safety
산업용 로봇이 작업을 수행하기 위해 사용된 툴과 그립퍼를 따라 움직이는 트레버스 길은 다 관절 기계의 매우 복잡한 축 움직임 패턴의 산물이다. 속도에 대한 safe 모니터링은 각각의 축뿐만 아니라, 툴 센터 포인트를 포함한 전체 로보틱 시스템을 대상으로 해야 한다.
로봇 Safety를 확장하는 B&R의 목표를 위한 첫 번째 단계는 2011년 제작한 TCP에서의 SLS(Safely Limited Speed at the Tool Center Point)였다. 이 SafeROBOTICS 라이브러리는 B&R의 Safe 프로그래밍 환경인 SafeDESIGNER에서 사용하기 위한 TUV 인증을 받은 파라미터와 펑션 블록들을 포함하고 있다.
이 펑션 블록들은 SafeLOGIC 컨트롤러에서 동작하는 safety 컨트롤 어플리케이션을 프로그램할 때 사용된다. safety 어플리케이션은 개별 축들의 상태, 위치, 속력에 대한 데이터를 읽고, 툴 센터 포인트에서의 실제 속력을 계산하기 위해 값들을 변환하여 지정된 safe 값들과 비교한다.

SafeMC-Safe Motion Control
B&R의 safe 모션 컨트롤 기능인 SafeMC를 갖춘 드라이브에서 safety 와 연관된 데이터를 읽고 Safety 펑션을 실행하는 것은 모두 드라이브에서 직접 수행된다. 데이터는 필드버스에 독립적인 safety 지향 전송 프로토콜인 openSAFETY를 통해 안전하게 전달된다. SafeMC는 B&R의 모든 ACOPOSmulti 서보 드라이브에 통합된 표준 요소이다. 이 드라이브는 7ms의 에러 검출과 응답 시간을 자랑하며, 이는 릴레이 safety 회로의 대략 10분의 1에 해당하는 시간이다. 이로써 정지거리는 1/100배로 감소된다.

TUV 인증을 받은 펑션 블록은 툴 센터 포인트의 모니터링을 제공한다.

TUV 인증을 받은 펑션 블록은 툴 센터 포인트의 모니터링을 제공한다.

B&R의 고효율 솔루션
SafeROBITICS 솔루션의 첫 번째 버전에서 모니터링을 담당하는 소프트웨어 모듈은 일반적으로 사용되는 종류의 로봇에 구성할 수 있는 운동학 모델 파라미터 블록을 이용했다. 그 결과, safety 어플리케이션은 로봇의 각 유형에 대해 개별적으로 인증을 받아야만 하는 상당한 단점을 지니고 있었다. 고객이 갖는 비용과 불편함을 줄이기 위해 B&R은 운동학 모델 파라미터의 표준화된 블록을 기반으로 훨씬 더 효율적인 솔루션을 개발했다. 이 방법은 분명한 장점을 지니고 있다. 표준화된 파라미터 블록은 포함된 특정 값에 관계없이 최대 11개의 관절과 프리즘 축까지 모든 운동학적 체인에 적용시킬 수 있다.

더 많은 자유, 더 많은 편의
각각의 Safety 어플리케이션들에 단지 한 번의 인증이면 된다는 사실은 B&R 솔루션이 제공하는 장점 중 하나에 불과하다. 로봇이 선형 포털 축 또는 회전 테이블 상에 장착되어 있는 경우, 변환 파라미터 또한 혼합 구성의 모델링을 허용한다. 파라미터는 다중 축이 기계적으로 연결되어 있는 구조 또한 처리할 수 있다. 이런 경우에, 예를 들어, 회전 축 4는 축 5의 방향을 변경한다.
SafeROBOTICS의 고급 기능 중 하나는 추가적인 자유도를 갖는 복잡한 시스템을 관리하기 위해 설계된 새로운 펑션 블록이다. 이 펑션 블록은 저장 파라미터의 타당성을 확인한다. 이 모든 것들로, 특히 사용자가 로봇 제조사가 제공하는 표준 로봇 타입을 위해 장착된 파라미터 블록의 이점을 누릴 때 TCP에서의 SLS는 사용하기 쉬운 safety 펑션 블록이 된다.

최적의 사용자 지원
사용자는 로봇 컨트롤러가 운동학적 체인의 제조사의 것인지, 혹은 전체 컨트롤 시스템에 통합된 것인지, 어떤 유형의 제어가 가장 적합한지에 관계없이 자유롭게 선택할 수 있다. 이것은 개방형, 그리고 버스에 독립적인 Safety 프로토콜인 openSAFETY 덕분에 가능한 일이다. 필요한 모든 것은 safety 중심 위치 데이터와 Safe 리액션을 처리하는 드라이브의 능력이다. SafeMC 기능을 가진 ACOPOSmulti와 같은 드라이브는 통합된 safety 펑션과 향상된 반응 능력을 가지고 있기 때문에 이런 작업들에 매우 적합하다. SafeROBOTICS의 사용자는 경로 곡선과 속도를 계산하는 방법을 알 필요가 없다. 이는 모두 통합된 변환 기능에 의해 처리된다. 이런 최적의 지원으로 사용자는 그들의 핵심 활동에 집중할 수 있다.
40여 년 전 전기 기계적으로 구동하는 6축 다관절 로봇의 발명 이래로 사람과 기계가 이렇게 쉽게 안전하게 함께 작업할 수 있었던 적은 없다.

“KET사는 공동 목표와 상호 신뢰를 바탕으로 장기적인 공급업체 관계를 맺고 있습니다. 최종 사용자의 기대를 넘어서는 공동의 비전으로, 우리는 우리의 기술 파트너인 B&R과 10년 이상 일해오고 있습니다.”

- Pramod Kokate
   Kabra의 R&D 매니저