산업용 로봇 안전관리 지침 제정시 고려해야 할 위험 요인에 관한 연구

1. 2021. 12. 2 (木)
산업용 로봇 안전관리 지침 제정시
고려해야 할 위험 요인
서울과학기술대학교 일반대학원
안전공학과 박사과정
이강돈

2. Dept. of Safety Eng.
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1. 연구 배경 (Research Background)
2. 선행 연구 및 연구 방법 (Material & Method)
3. 연구 결과 (Result)
4. 제언 (Suggestion)

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☐ 로봇이란?

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☐ 스마트팩토리, Non-contact 트렌드에 따른
산업용 로봇 활용성 증대
Q: 로봇 사고 방지를 위해 산안법 안전규칙 3개 조항 외 기업에서는 어떤 안전기준?
→ 자체 기준이 있다면 충분한가? 없다는 어떤 내용으로 만들어야 하는가?
☐ 산업용 로봇에 의한 작업자 사고는
매년 30 ~ 40건씩 지속 발생. Why?
연구 배경 및 의문점
* 교시, 운전중 위험방지, 수리작업시 조치

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☐ 산업용 로봇 활용성 증대 (마켓앤마켓, 2019)
- 산업용 로봇 시장 규모는 ‘19년 487억달러(54조원)에서 ‘24년 756억달러(83조원)까지 성장 전망
- 1만명당 산업용 로봇 대수도 유럽 114대, 미국 99대, 한국 91대 등으로 로봇시장 성장 잠재력 충분
☐ 로봇 사고 또한 매년 증가 (‘11 ~ ‘15년, KOSHA, 16~20년 재해 경향도 동일)
☐ RQ: 기업에서 로봇 안전관리 지침 제정시 어떤 위험요인들을 고려해야 하는가?
* Research Question

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☐ 로봇에 의한 작업자 사고 분석 (유형, 작업, 부위)
- ‘09 ~ ‘19년에 제조, 건설, 서비스 사업장에서 산업용 로봇에 의해 발생한 산업재해 현황을 분석하여
재해발생 형태 및 작업, 상해 부위 등 로봇재해관련 실태를 파악함 (총 369건)
・ 재해 형태: 로봇 팔과 고정 물체 사이에 끼임, 로봇의 운동 부분에 작업자가 부딪힘,
로봇 유지보수 작업 중 작업자가 떨어짐, 로봇의 일부 또는 공구가 날아와 맞음 등
・ 발생 작업: 로봇 정지 없이 이물질 제거 작업 중, 로봇의 이상 유무 확인 중 또는 긴급조치 중,
로봇의 유지보수 작업 및 Trouble Shooting 중, 초기 설치 또는 시운전 작업 중 등
・ 상해 부위: 손 및 손가락, 머리와 얼굴, 목/어깨/가슴 부위, 복부와 등, 다리, 팔 등

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☐ 사고발생 건수 및 유형

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☐ 사고발생 작업 및 부위

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☐ 연구 방법
- 계획 수립: 지침 개발 대상, 전제조건 확인, 전문가 그룹 구성 및 역할 배정
※ 전문가 총 6명 (박사, 기술사, 국제심의위원 등), 각자 경험 및 지식 기반
- 자료 분석: 배정된 각 분야에 대한 국내외 자료 분석 및 분야별 의견서 작성
※ 로봇안전 국제표준, 국내외 안전 법규, 국내 기술기준 가이드 등
- 합의 도출: 의견조정 작업, 합의 도출, 중재, 반복 수행 (외부 전문가 자문)
※ 작성 본에 대한 개인별, 전체 리뷰 및 합의 도출 토론, 전문가 세미나 등
- 기록 제정: 합의 결과 정리, 최종 지침 제정
1) 전문가 합의법 (Delphi Method)

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☐ 연구 방법
- 실제 로봇 사용 작업장에서 작업자들의 작업 방법, 행동 등을 관찰
• 로봇 작업환경이 다른 사업장에 대해 현장 확인 (산업용로봇, 협동로봇, 자체제작로봇)
• 현장의 작업전 점검, 안전장치 설치 등 조치 이행 여부 등
- 로봇 자체 개발, 설치 및 운영하는 작업자 대상 인터뷰 (안전관련 이슈 등)
• 로봇 자체 제작시 관련부서 및 안전조치 관련 프로세스 확인
• 안전확보가 필요한 현장 작업에 대한 의견 청취 등
2) 현장 행동 관찰 및 인터뷰

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☐ 연구 방법
〈 현장 안전조치 미흡사항 서베이 결과 〉
- 공통: 로봇 주변에 작업자를 인식하여 로봇의 동작을 정지시키는 '존재감지장치' 기준이 없거나
존재감지장치가 필수사항이 아닌 선택사항으로 관리
- A사: 협동로봇을 사용 중이나 이에 대한 기준이 없음, 보호영역내 유지보수, 검사 등 내부작업시
사전 전원 차단조치 기준이 없음 (비상정지 상태로 작업)
- B사: 사업장에서 자체 제작하는 전용 로봇에 대해서는 별도의 기준이 없음, 다수로봇 작동시
동시동작 제어, 가동범위 제한 등 세부 기준이 없음
- C사: 수동모드에서 로봇의 가동속도를 제한하는 기준과 제어회로와 안전회로를 구분하여
전용 안전 신호를 구축하는 기준이 없음

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☐ 로봇 안전관리 지침을 적용 단계에 따라 설계, 설치, 사용시 기준으로 구분
1. 설계 단계 (Design)
- 공통 적용 사항, 설계 절차별 반영 사항
- 분야별 설계 기준 (로봇, 로봇셀, 협동 로봇 및 이동식 로봇)
2. 설치 단계 (Install & Integrate)
- 설치 전 검증 및 설치시 확인 사항
- 설치 기준 (로봇셀 방호장치, 협동로봇 및 이동식 로봇 방호장치)
2. 사용 단계 (Operate & Maintenance)
- 가동 전 점검 및 설치시 확인 사항
- 사용 기준 (사용시 준수 사항, 유지보수시 안전기준)

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☐ 설계 단계 (Design)
- 로봇 도입시 안전 공통사항 및 절차별 반영 사항
• 발주, 운영 부서의 안전 반영 사항
• 설계 후 안전 부서의 로봇시설 확인 사항 등
- 로봇 종류별 설계시 안전 확인사항
• 산업용 로봇 및 관련 로봇시스템
• 협동로봇 및 이동식 로봇 시스템 등
〈 설계 요구사항 및 보호 수단, ISO 10218-1〉

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☐ 설치 단계 (Install & Integrate)
- 설치 전 안전관련 검토 및 확인 사항
• 설치 전 법적 검사 및 신고관련 서류 검증
• 사용 부품 인증 여부, 위험성 평가 및 개선조치 등
- 설치시 안전 준수사항
• 보호구, 관리감독, 전기설비 접지 등 확인 사항
• 로봇, 주변기기, 방호장치 설치 기준 등

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☐ 사용 단계 (Operate & Maintenance)
- 로봇 가동 전 안전관련 검토 및 확인 사항
• 가동 전 점검시 확인 사항
• 로봇작업관련 특별안전보건교육 내용 등
- 사용 및 유지보수시 안전 준수사항
• 작업 전 점검사항, 로봇작업 입력시 준수사항
• 유지보수시 작업 절차, 관리감독, 잠금장치 등

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☐ 안전 부품 종류 및 국제표준
구분 안전 부품 국제표준 주요 내용
입력 기기
비상정지장지
ISO 13850
IEC 60947-5-1
색상, 모양 및 설계 요구사항
안전도어스위치
ISO 14119
IEC 60947-5-1
안전가드설계 기준 및 선정 방법
안전 매트
ISO 13856-1
ISO 13849-1
압력 감지식 안전장치 설계
라이트 커튼
IEC 61496-1/2
ISO 13855,
ISO 13849-1
광전자식(감응형) 안전장치 설계 및
설지 시 안전거리
안전 스캐너
IEC 61496-1/3
ISO 13855
ISO 13849-1
레이저 스캐닝 방식으로 영역 감지
레이더, 라이다 센서
ISO 13849-1
IEC 62061
레이더, 라이다 방식으로 영역 감지
제어 기기
안전 컨트롤러
안전 PLC
IEC 61508
ISO 13849-1
회로설계 및 기능 안전
출력 기기 안전 계전기
IEC 61810-3
EN 50205
강제 가이드 접점 기구에 대한 설계 지침
* ISO 10218-2 에서 요구하는 PLd 등급 이상의 안전 부품을 사용해야 함

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☐ 위험성 평가 분야별 확인 항목 (ISO 12100 + EU 위험성 평가 가이드)
분야 확인 항목 분야 확인 항목
작업설비
정보
-회전부위,가동부품에의한끼임,말림등위험
-재료또는부품에의한떨어짐,넘어짐,부딪힘위험
-산업기계류및운반기계류의불시작동위험
-마찰,압력용기등에의한화재·폭발위험
-기계사이또는밀폐공간등에갇힐위험등
유해위험물질
노출
-인제유해물질의흡입및접족위험(에어로졸,파티클)
-가연성,폭발성등유해화학물질사용위험
-산소결핍및질식위험
-부식성,반응성물질보관및사용위험등
작업환경및
작업장배치
-날카로운모서리,돌출부위등외부표면의위험상태
-고소에서떨어짐,바닥미끄러짐맞넘어짐등위험
-무리한동작및움직임이포함된업무
-고정부사이에서작업등제한된공간
-작업방법의적정성및작업숙련도
-밀폐공간출입및작업방법등
물리적인자에
노출
-전자기방사선위험(열,엑스레이등)
-레이저에노출위험
-소음,초음파,진동,고∙저온,고∙저압인자에노출위험
-압축공기,스팀등유제에노출위험등
전기사용
-전기기기및기구설치시위험
-전기설비,전기제어,절연
-휴대용전동공구사용시위험
-전기에너지에의한화재·폭발위험
-가공전선에의한위험등
생물학적
인자에
노출
-직접조작및의도치않은노출에의한감염위험
-미생물에의도치않은노출에의한감염위험
-알레르기성물질보관및사용등
* 로봇의 설지·사용·폐기 중 발생 가능한 모든 유형의 위험 요인에 대해 아래 분야별 확인 항목을 포함하여 위험성 평가를 시행해야 함

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☐ 위험성 평가 분야별 확인 항목 (ISO 12100 + EU 위험성 평가 가이드)
분야 확인 항목 분야 확인 항목
환경적요인및
안전문화
(분위기)
-조도,온도,습도,환기에대한부적당한제어
-구성원간안전소통및작업장분위기
-구성원의다양성을받아들이는안전문화등
조직구성및
구성원관계
-연속,교대,야간근무등작업조건이변경요인
-조직,계획,감시,제어등관리시스템및프로세스효율성
-안전장치등설비및장비유지보수시기준
-사고와비상상황을다루는적정한준비맞합의
-위험행동시지원이가능한조직문화,상하관계등
작업장과
인간공학
-안전시스템및스태프의지식과역량에의존성
-행동규범또는표준에적합성
-변경조건에맞는지시및소통이적정성
-적정한보호구지급맞작용
-안전한작업을위한동기부여부족
-작업장소,디자인등인간공학적위험요인등
심리적
위험요인
-작업자상태(성격,성향,기질등)
-작업및업무강도(집중도,단조로움등)
-작업장크기등규모(밀폐공간,1인작업등)
-작업에대한역할과책임의모호함또는중복(충돌)
-작업과과제에영향을미지는의사결정에기여도
-요구및요정은많으나,통제맞제어가능여부등
기타위험요인
-법규위반등동료작업자에의한위험요인 -기상상황에따른혹독한작업(한랭,혹서,혹한등)
-소프트웨어무결성잊사이버보안위험 -가변적인작업장소등
* 로봇의 설지·사용·폐기 중 발생 가능한 모든 유형의 위험 요인에 대해 아래 분야별 확인 항목을 포함하여 위험성 평가를 시행해야 함

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☐ 산업용 로봇의 안전관리 강화를 위해 기업의 고려해야 할 사항 (위험요인)
1) 사고 사례 분석, 작업 특성에 따른 주요 위험요인 분석 (Basic Analysis)
2) 전문가 그룹 구성 (Delphi Method), 현장 작업관찰 및 인터뷰 (On-spot Study)
3) 로봇 도입관련 전 단계별 준수사항에 대해 가이드 작성 (Guide)
4) 현업 적용, 역량강화 교육, 부서별 자체 점검 및 본사 확인 점검 (Audit)

20. Dept. of Safety Eng.
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☐ ISO 13849 : 기계설비 전반의 설계 원칙, 안전장치 및 검증에 대한 규격
☐ IEC 62061 : 전기 및 전자 장치를 사용한 안전시스템에 대한 표준
☐ ISO 10218-1 : 산업용 로봇 본체에 대한 안전 규격
☐ ISO 10218-2 : 산업용 로봇시스템 (본체 및 주변부)에 대한 안전 규격
☐ ISO/TS 15066 : 협동 로봇에 대한 안전 규격
☐ 산업안전보건법, 안전보건규칙, 안전인증 및 안전검사 고시 등
☐ KOSHA GUIDE (산업용 로봇의 사용 등에 관한 안전 기술지침),
☐ KS 규격 (KS B 10218-1/2, KS B ISO/TS 15066)
☐ 로봇 시스템 안전 대응 교육자료 (한국로봇산업협회, 2019)
☐ 스마트 공장 안전보건 기준 연구 (안전보건공단, 2018) 등