이 글의 목적은 산업용 로봇 셀에 설치하는 안전펜스의 규격을 국제표준 기반으로 체계화하여 설계·시공·검증 단계에서 바로 활용할 수 있도록 하는 것이다.
1. 적용 범위와 핵심 표준 체계
로봇 셀 안전펜스는 기계안전의 ‘방호’에 해당하며, 로봇 안전요구사항과 방호설계·인터록·거리 산정 표준을 결합하여 규격화해야 한다.
- 로봇 시스템 일반 요구사항: ISO 10218-1 및 로봇 통합·설치 요구사항: ISO 10218-2를 참조한다.
- 방호 커버·펜스의 설계·구조·강도: ISO 14120을 따른다.
- 가드 인터록 선택·설계·무력화 방지: ISO 14119를 따른다.
- 손·신체의 접근을 고려한 안전거리 값: ISO 13857을 따른다.
- 정지시간 기반 보호장치 위치결정(광전자식 포함): ISO 13855의 공식을 사용한다.
2. 설계 입력값 정리
2.1 위험원·작동모드
- 로봇 동작범위, 툴링, 그리퍼, 워크 이동경로, 비정상 동작시 최대 에너지 상태를 정의한다.
- 자동운전, 티칭, 유지보수, 청소 등 모든 모드의 인원 접근 시나리오를 도출한다.
2.2 제어계 성능수준
- 인터록·게이트 스위치·게이트락은 안전관련부품으로서 ISO 13849-1 또는 IEC 62061에 부합하는 성능수준(PL 또는 SIL)을 충족해야 한다.
- 일반적인 로봇 셀 게이트 인터록은 최소 PL d 또는 이에 준하는 SIL 2 수준을 목표로 설계한다(프로세스 위험도에 따라 상향 가능하다).
3. 안전펜스 기본 규격
3.1 패널·기둥·앵커
- 패널 재질은 금속 메시 또는 판재로 하며, ISO 14120의 강도·돌출부·날카로운 모서리 제한을 만족해야 한다.
- 기둥 간격은 패널 강성·충격하중·전도 안전율을 고려하여 1,000~1,500 mm 범위에서 구조해석 또는 실험 근거로 결정한다.
- 앵커는 바닥 구조체 강도에 맞춰 전단·인발 하중에 대해 안전율을 확보한다.
주의 : 로봇 툴 또는 워크가 펜스에 충돌하는 시나리오는 설계 단계에서 배제하지 말고, 충돌에 견디는 기계적 강도를 ISO 14120의 요구수준으로 검증해야 한다.
ISO 14120은 고정가드·가동가드의 설계일반, 표면·날카로움·개구부·내환경성·강도 등을 규정한다.
3.2 최소 높이와 개구 제한
- 펜스 높이는 상부 넘어침과 측면 우회 도달을 방지할 수 있도록 결정하며, 통상 1,400~2,200 mm 범위에서 위험평가 결과를 반영한다.
- 메시 개구부는 손가락·손·팔의 통과와 발판화 가능성까지 고려하여 ISO 13857의 표를 적용한다.
| 개구부 치수 a(mm) | 주요 위험 접근부위 | 권고 최소 거리 s(mm) | 비고 |
|---|---|---|---|
| ≤ 12 | 손가락 | 도달 가능성 낮음 | 가까운 배치 가능 |
| 12 < a ≤ 20 | 손가락 | ≥ 120 | 표준 표값 적용 |
| 20 < a ≤ 40 | 손 | ≥ 200 | 표준 표값 적용 |
| 40 < a ≤ 120 | 팔 | ≥ 850 | 상부 넘김·우회 고려 |
위 표는 ISO 13857의 상지 접근 표를 설계 개념으로 정리한 예시이다. 실제 값은 표준 원문 표1~표6을 적용하여 확정해야 한다.
3.3 근접부 간극
- 펜스 하단과 바닥 간 틈새는 발 또는 하퇴부 끼임·접근 위험을 배제하도록 제한한다.
- 바닥 틈새가 필요한 경우 ISO 13857 하지 접근 표를 적용하여 값과 보강판·토우보드 등을 병행한다.
4. 게이트·출입구 규격
4.1 출입구 유형
- 단일 스윙 도어, 더블 도어, 슬라이딩 도어, 롤링 도어를 사용한다.
- 유입 경로가 주요 위험원에 직선으로 이어지는 경우, 추가로 광전자식 접근감시 또는 메카니컬 스토퍼를 배치한다.
4.2 인터록 요구사항
- 가동가드에는 ISO 14119에 따른 인터록 장치를 설치한다.
- 상당 위험에서 도어 개방 시 즉시 위험이 제거되지 않는다면 가드락(파워락)을 적용한다.
- 무력화 방지를 위해 코딩형 센서, 보호 플레이트, 은폐형 액추에이터, 하드웨어 직렬화 최소화 등 조치를 적용한다.
4.3 제어시스템 통합
- 인터록 안전출력은 안전릴레이 또는 안전 PLC로 이중화 회로로 취급하여 성능수준 목표를 달성한다.
- 재시동 방지, 자동 재폐쇄 후 안전조건 확인, 수동 리셋 로직을 구현한다.
5. 안전거리 산정(정지시간 기반)
광전자식 라이트커튼, 스캐너, 압력매트 등 감지형 보호장치와 위험원 사이의 최소 이격거리는 접근속도와 시스템 정지시간으로 계산한다.
5.1 기본 공식
기본식(ISO 13855) S = K × T + C (개정판에서는 보정항을 포함하여 S = K × T + DDS + Z 형태로 기술함) - S: 보호장치와 위험점 사이 최소거리(mm), 하한 100 mm - K: 신체 접근속도(mm/s), 통상 1,600 또는 2,000 - T: 전체 정지시간(s) = 센서 반응 + 논리처리 + 구동부 감속/정지 - C 또는 DDS: 개구/해결사양에 따른 추가 거리 - Z: 설치 공차·검증 여유(해석 모델에 따른 보수값) 개정 동향에서는 S = K×T + DDS + Z 형태로 서술되며, 최소 하한 S ≥ 100 mm 규정을 유지한다.
5.2 접근속도 K 선택
| 적용 상황 | K(mm/s) | 설명 |
|---|---|---|
| 상지 중심의 짧은 거리(≤ 500 mm) | 2,000 | 팔/상지 접근속도 가정이다. |
| 전신 접근 또는 거리 > 500 mm | 1,600 | 보행 기반 접근속도 가정이다. |
5.3 라이트커튼 해상도 보정
예시(라이트커튼) S = K × T + C, C = 8 × (d − 14) - d: 해상도(mm) = 빔 간격 또는 최소 검출물체 직경 - d = 30 mm일 때 C = 8 × (30 − 14) = 128 mm 라이트커튼의 빔 해상도에 따라 추가거리 C를 가산한다.
5.4 도어 인터록의 거리 산정
인터록 도어는 열림 즉시 진입이 가능한 구조이므로 ‘도어 개방~정지 완료’ 시간의 합을 사용해 S를 산정한다. 이때 ISO 13857의 개구부 관통거리 보정(C 또는 Z)을 함께 고려하여 도달 가능성을 배제한다.
5.5 계산 예시
조건 - 보호방식: 전면 라이트커튼, 해상도 d = 30 mm - 측정된 전체 정지시간 T = 0.320 s - 접근속도 K = 1,600 mm/s (전신 접근 가정)
계산
C = 8 × (d − 14) = 8 × 16 = 128 mm
S = K × T + C = 1,600 × 0.320 + 128 = 640 + 128 = 768 mm
판정
최소 설치 이격 S ≥ 768 mm로 설치한다.
해당 계산 로직은 ISO 13855의 공식을 적용한 현장형 예시이다.
6. 우회·넘침 방지 설계
6.1 상부 넘침 방지
- 펜스 상단으로 팔이 넘어가는 경우를 방지하기 위해 높이를 증대하거나 상단 덮개를 추가한다.
- ISO 13857의 ‘상부 넘어 도달’ 표에서 850 mm 이상의 수평 이격이 필요한 상황을 확인한다.
6.2 측면 우회 방지
- 코너·배선덕트·설비 간 틈새를 통해 손·팔이 들어갈 수 없도록 막음판을 설치한다.
- 장비 뒤편 통로가 있는 경우, 펜스와 장비 사이 후면 이격을 ISO 13857 표를 기준으로 검증한다.
7. 유지보수 모드와 협동로봇 예외조건
- 티칭·디버그 모드에서는 단계별 접근허용 절차와 속도·힘 제한을 적용하여 잔여위험을 관리한다.
- 협동로봇이라도 공구·워크·공정 특성상 충돌 에너지가 커질 수 있으므로, 방호화가 필요하면 일반 로봇과 동일하게 ISO 14120·14119·13857·13855를 적용한다.
8. 전기·제어·표시
- 비상정지 스테이션은 출입구 부근과 작업자 접근위치에서 즉시 접근 가능하도록 설치한다.
- 도어 개방 상태, 락 상태, 라이트커튼 차단 상태 등을 HMI와 펜스 외부 표시등으로 명확히 표시한다.
- 전원 차단·에너지 격리는 LOTO 절차와 연동한다.
9. 시공 디테일 체크리스트
| 항목 | 요구사항 | 검증 방법 |
|---|---|---|
| 펜스 높이 | 넘침·우회 도달 불가 | 실측 및 모의 도달 평가 |
| 메시 개구 | ISO 13857 표에 적합 | 캘리퍼 실측·표 대조 |
| 하단 틈새 | 하지 접근 불가 | 게이지 블록 확인 |
| 게이트 인터록 | ISO 14119, PL d 이상 | 부품 인증서·회로 검토 |
| 라이트커튼 거리 | ISO 13855 산정값 이상 | 정지시간 측정·계산서 |
| 앵커·기둥 강도 | 충격·인발 안전율 확보 | 설계서·토크 기록 |
| 예비도달 경로 | 코너·틈새 차단 | 현장 순시·체크리스트 |
10. 검증 및 문서화
- 정지시간 T 측정 보고서와 S 산정 계산서를 보관한다.
- 인터록 안전기능 검증서(PL/SIL 계산 또는 인증서)를 보관한다.
- 펜스·게이트·개구부 실측 기록과 사진을 보관한다.
- 변경관리 시 거리·개구·제어 로직을 재평가한다.
11. 자주 묻는 설계 질의와 해설
11.1 펜스 높이를 1,400 mm로 정하면 충분한가
일률적 정답은 없다. 상부 넘어 도달 가능성, 내부 장비 높이, 외부 발판화 요소 여부에 따라 1,800~2,200 mm가 필요할 수 있다. ISO 13857의 상부·측면 도달 표를 근거로 결정한다.
11.2 메시 개구부가 30 mm이면 어느 정도 이격이 필요한가
손가락 관통 가능성이 높아진다. 상지 접근을 고려하면 200 mm 이상의 보수적 이격이 요구될 수 있으며, 정확한 값은 ISO 13857 표로 확정한다.
11.3 라이트커튼을 펜스 대체로 쓰면 되는가
가능하나 비산물·툴 파편·로봇 부품 탈락 위험이 있으면 물리적 펜스가 필요하다. ISO 14120의 투사체 방호 성능을 만족해야 한다.
11.4 도어 인터록은 왜 가드락이 필요한가
문 개방 후에도 로봇 관성·유압/공압 압력으로 위험이 잔존할 수 있다. 정지완료까지 문이 열리지 않도록 락 기능이 필요하다.
11.5 계산식의 K 값은 왜 1,600 또는 2,000을 쓰는가
접근형태가 전신 이동인지 상지 이동인지에 따라 접근속도 가정값이 다르기 때문이다. ISO 13855는 이러한 접근속도를 전제로 최소 이격을 정의한다.
12. 표준별 적용 체크 맵
| 표준 | 적용 파트 | 주요 요구사항 | 산출물 |
|---|---|---|---|
| ISO 10218-2 | 로봇 셀 통합 | 셀 레이아웃·출입 통제·안전기능 | 레이아웃도·I/O 매트릭스 |
| ISO 14120 | 펜스·가드 | 강도·모서리·개구·표면 | 사양서·재질 증빙 |
| ISO 14119 | 인터록 | 무력화 방지·코딩·락 | 회로도·PL/SIL 문서 |
| ISO 13857 | 개구·도달 | 상/하지 도달 최소거리 | 실측 기록·표 대조 |
| ISO 13855 | 보호장치 위치 | 정지시간 기반 S 산정 | 정지시간 보고서·계산서 |
13. 설치·검수 절차 샘플
- 위험성평가 수행 후 펜스 범위·높이·개구 사양 결정한다.
- 게이트 위치·폭·피난방향·E-Stop 위치를 배치한다.
- 라이트커튼·스캐너가 있는 경우 S 값을 계산하고 표시한다.
- 패널·기둥·앵커 사양과 시공치를 기록한다.
- 인터록 회로 PL/SIL 검증 및 기능시험을 수행한다.
- 정지시간 측정 후 재계산·라벨링을 진행한다.
- 체크리스트·사진·도면·계산서를 패키징하여 인수인계한다.
14. 사례 기반 설계 팁
- 코너 기둥은 충돌 취약지점이다. 코너 가새를 추가한다.
- 메시 판넬 위 배선 트레이는 발판화가 될 수 있다. 간섭 방지 플레이트를 설치한다.
- 게이트 문틀 하단 가로보는 지면 턱을 만든다. 운반구 통과가 필요하면 경첩 보호커버와 스토퍼를 강화한다.
- 피난 방향은 외측으로 열린다. 비상시 페일세이프로 개방 가능해야 한다.
주의 : 펜스 내 로봇의 동적 동작반경과 페이로드 변화는 정지거리와 충돌에너지에 직접 영향을 준다. 설비 변경·툴 교체·속도 상향 시 안전거리 재평가와 인터록 성능 재검토를 즉시 수행해야 한다.
FAQ
펜스 상단에 투명판을 추가하면 개구 규정이 완화되는가
상단 덮개는 상부 넘어침 위험을 줄이지만, 측면 우회·하단 틈새·개구부 관통 규정은 별도로 적용한다. 각 항목을 독립적으로 만족해야 한다.
라이트커튼을 바닥에서 어느 높이에 배치해야 하는가
수직 배치 시 최하단 빔은 통상 300 mm 높이를 기준으로 하며, 위험점 높이·해상도·S 값에 따라 조정한다.
게이트가 여러 개이면 인터록도 문마다 필요한가
필요하다. 모든 접근점은 동등 수준의 안전기능으로 보호되어야 한다. 직렬 연결 시 진입 위치 식별이 필요한 공정은 개별 채널화 또는 구역화가 권장된다.
표준의 최신 개정 여부는 어떻게 확인하나
ISO 10218-2, 14120, 14119, 13857, 13855의 최신 개정본을 확인하여 적용한다. 예를 들어 ISO 13855는 2024년판에서 S = K×T + DDS + Z 서술을 포함한다.