로봇 시스템 위험성평가 가이드
협동로봇 도입 시 자주 발생하는 오해를 바로잡고, 로봇 특화 위험성평가의 필요성과 방법을 안내합니다.
핵심 표준: ISO 12100 · ISO 10218-1/2 · ISO 13849-1 · ISO/TS 15066 (KOROS 1162-1) · ISO/PAS 5672
1. 대표적인 협동로봇 오해 3가지
로봇 시스템 도입 현장에서 안전 사고와 법적 리스크의 상당수는 기술적 결함이 아닌 잘못된 전제에서 비롯됩니다. 위험성평가를 시작하기 전에, 대표적인 협동로봇 오해 3가지를 바로잡아야 합니다.
"사내 안전팀에서 ISO 12100 기준으로 위험성평가를 이미 했습니다. 추가로 뭘 더 해야 하나요?"
ISO 12100은 모든 기계류에 공통 적용되는 위험성평가의 일반적인 요구사항을 정리한 것입니다.
로봇 시스템에는 이에 더해 ISO 10218-2(로봇 시스템 통합·설치)라는 로봇 특화 표준이 별도로 적용됩니다.
여기에, 협동로봇(협동 응용)이 포함된다면 ISO/TS 15066까지 충족해야 합니다.
ISO 12100 표준만으로는 안전거리 계산, 협동 모드별 안전성 검증, 기능 안전 수준(PL d/e) 등, 로봇 시스템 고유의 구체적인 위험성 감소 대책을 다룰 수 없기 때문입니다.
"협동로봇은 그 자체로 사람 옆에서 써도 되는 로봇 아닌가요? 협동로봇이니까 당연히 안전한 것으로 알고 있는데요."
'협동로봇'은 국제 표준이 인정하는 별도 기계 분류가 아닙니다. 현장에서 실제 위험 수준을 결정하는 것은 로봇 브랜드나 모델명이 아니라, 로봇 팔 끝에 장착된 엔드이펙터의 형상, 작업물의 무게·경도, 로봇의 속도, 모션 경로입니다.
협동로봇을 사용하더라도, 이 모든 요소를 고려한 위험성평가·검증·문서 증빙은 반드시 수행해야 합니다.
"로봇 수명이 다해서 (혹은 고장으로 인해서) 동일한 브랜드·모델의 로봇으로 교체했습니다. 동일 제품인데 위험성평가를 다시 해야 하나요?"
동일 모델로 교체하였더라도, 제어기 펌웨어 버전, 안전 기능 파라미터 설정값, 엔드이펙터를 재장착하며 발생하는 정밀도 변화, 케이블 배선 상태, I/O 인터페이스 연결 상태 등이 달라질 수 있습니다.
이는 기존 위험성평가의 조건 변경에 해당하므로, 변경 범위에 대한 재평가와 검증 문서 갱신이 필요합니다.
협동로봇 = 안전이라는 등식은 성립하지 않습니다.
아래 다섯 가지 요소 중 하나라도 잘못 설계·검증되면 협동로봇이어도 심각한 위험이 발생할 수 있습니다.
날카롭거나 뾰족한 형상은 동일 힘으로도 접촉 면적이 좁아 압력으로 인한 위험성이 높습니다.
무겁거나 딱딱한 작업물은 충돌 시 전달되는 힘을 크게 증가시킵니다.
충돌 힘은 속도에 비례합니다. 협동로봇도 속도를 빠르게 사용하면, 표준에 명시된 힘 허용치를 초과할 수 있습니다.
HGC·SSM·PFL 등 로봇에 적용한 협동 모드에 따라 안전 요구사항과 검증 방법이 달라집니다.
로봇과 작업자의 작업 영역이 공유되는 구간은 반드시 별도 안전성 검증이 필요합니다.
결론: 협동로봇의 안전은 제품 스펙이 자동으로 보장하지 않습니다. 위의 다섯 가지 요소를 종합적으로 평가한 위험성평가 → 설계 조치 → 검증 → 문서화의 체계적인 과정이 반드시 뒷받침되어야 합니다.
2. 협동 응용(Collaborative Application)이란?
로봇 시장에서는 펜스나 센서 없이 사용할 수 있는 산업용 로봇을 '협동로봇'이라는 용어로 부릅니다. 그러나, 현행 법령과 국제 표준 어디에도 '협동로봇'이라는 별도의 기계 분류 체계는 존재하지 않습니다.
정확히는, 협동 응용에 적합한 안전 기능을 갖춘 '산업용 로봇'으로 정의하고 있으며, 결국 산업용 로봇과 동일한 방호 및 안전 조치가 적용되어야 함을 뜻합니다.
※ 표준 개정 동향 (KS B ISO 10218-2:2026)
개정 예정인 국제 표준에서는 기술적 혼란을 방지하기 위해 '협동로봇(Collaborative Robot)'이라는 단어를 사용하지 않을 것을 명시합니다. 로봇 자체의 분류가 아닌, 로봇이 운용되는 '작업 환경과 시스템(Collaborative Application)'의 안전성에 초점이 맞춰지는 방향입니다.
따라서, 협동 응용 환경에서 로봇을 운용하려면, 다음 두 가지 관점을 모두 충족해야 합니다.
1. 로봇 관점
(KS B ISO 10218-1, Robot → Worker)
"로봇 자체가 협동 응용에 적합한 제품인가?"
- 로봇이 스스로 위험을 감지하고 제어하기 위한 안전 기능을 내장하고, 설정해야 합니다.
- 예시: 충돌 감지 기능, 연성 축 및 공간 제한(Soft Limit) 설정을 통해 로봇의 동작 범위를 물리적으로 제한
2. 시스템 관점
(KS B ISO 10218-2, Worker → Robot System)
"시스템 자체가 협동 응용에 적합하도록 방호조치를 취했는가?"
- 작업자가 로봇에 접근할 때 발생할 수 있는 위험을 시스템적으로 차단 또는 완화해야 합니다.
- 예시 1: 레이저 스캐너, 펜스 등을 설치하여 작업자 접근 경로를 통제하고, 충돌 시 위험한 신체 부위(머리, 목 등)와의 충돌 가능성을 원천 차단
- 예시 2: 방호장치의 안전거리가 짧아 작업자의 신체 일부가 로봇에 접근할 수 있는 경우, 충돌안전분석(PFL) 검증 진행
결론적으로, 로봇 자체의 안전 기능(로봇 관점)과 시스템 단위의 방호조치(시스템 관점)가 함께 갖춰져야 협동 응용 요구사항을 충족할 수 있습니다.
이 두 가지를 먼저 검토한 뒤, 작업 특성상 작업자가 로봇 근처에 접근할 수밖에 없는 구간에 한해 방호조치가 필요해집니다.
3. 산업용 로봇 안전 법령 기준
협동로봇 운용에 앞서, 국내 법령이 산업용 로봇 시스템에 요구하는 안전 조치와 예외 조건을 먼저 확인해야 합니다.
3.1. 펜스 설치 원칙 (산업안전보건기준에 관한 규칙 제223조)
산업안전보건기준에 관한 규칙 제223조에 따라, 산업용 로봇을 설치할 때는 높이 1.8m 이상의 울타리(펜스) 설치가 원칙입니다. 컨베이어 시스템 등으로 인해 펜스 설치가 불가능한 일부 구간에는 레이저 스캐너, 라이트 커튼 등 감응형 방호장치를 설치해야 합니다.
⚠ 펜스 없이 운용하는 경우
물리적 펜스 없이 산업용 로봇을 운용하는 것은 법령 위반에 해당할 수 있습니다. 단, 아래 조건을 충족하는 경우에 한해 예외가 인정됩니다.
3.2. 펜스 설치 예외 조건
해당 로봇의 안전기준이 KS 및 국제 기준(ISO 10218-1, ISO 10218-2)에 부합한다고 인정되는 경우에 한해, 물리적 펜스 또는 방호장치 설치의 예외가 인정됩니다. 실무적으로는 협동로봇 설치 작업장에 대한 안전인증 등을 통해 이를 입증해야 합니다.
제223조 단서 요약: 고용노동부장관이 해당 로봇의 안전기준이 한국산업표준 또는 국제적으로 통용되는 안전기준에 부합한다고 인정하는 경우, 펜스 또는 방호장치 설치 의무가 면제됩니다.
3.3. 산업용 로봇 안전검사 (산업안전보건법 제93조)
법적 예외 인정 여부와 무관하게, 해당 로봇 시스템은 산업안전보건법 제93조에 따른 산업용 로봇 안전검사를 통과해야 합니다.
또한, 안전검사 고시 제25조 제2항에 따라 고시에 규정되지 않은 사항은 KS B ISO 10218-1 및 KS B ISO 10218-2 표준을 따르도록 규정하고 있습니다.
결론적으로, 산업용 로봇의 협동 응용 시에는 펜스·센서·PFL 등 각 공정 환경에 적합한 방호조치가 법령 및 표준에서 명확히 요구됩니다. 이를 위해 충족해야 하는 로봇 관점(KS B ISO 10218-1)과 시스템 관점(KS B ISO 10218-2)의 구체적인 요건은 2절 '협동 응용이란?'을 참고하세요.
4. 로봇 시스템 위험성평가의 표준 체계
로봇 시스템의 위험성평가는 한 가지 표준만으로 완성되지 않습니다. ISO 12100을 기반으로, ISO 10218-2라는 로봇 특화 요구사항이 추가되고, 협동 응용으로 로봇을 사용한다면 ISO/TS 15066까지 적용됩니다. 각 표준이 무엇을 다루는지 이해하는 것이 올바른 위험성평가의 출발점입니다.
- 모든 기계류에 적용되는 공통 위험성평가 프레임워크
- 기계류 한계 결정→ 위험성 추정 → 평가 → 저감의 반복 과정
- 3단계 순서의 방호조치: 본질적 안전 설계 → 방호장치 → 정보 제공
- 레이아웃, 방호장치, 안전 공간 요구사항
- 방호장치의 감지(안전)거리 계산법 (ISO 13855 참조)
- 안전 기능의 성능 수준 (PL d, Category 3 이상)
- 협동 응용 방식 및 안전 검증 의무 명시
- 협동 응용 각각의 적용 조건
- 신체 부위별 허용 힘·압력 기준 (PFL용)
- 작업자-로봇 간 최소 분리 거리 (SSM용)
⚠ 위험성평가, 어떤 표준을 기준으로 하고 계신가요?
규모가 있는 기업의 안전팀에서도, ISO 12100만을 기준으로 위험성평가를 진행하는 경우가 많으며, 이러한 평가는 불완전한 위험성평가로 간주될 수 있습니다.
로봇 시스템의 경우 ISO 10218-2가 추가로 적용되어야 하며, 이 표준에서는 안전거리 계산, 기능 안전 수준(PL d/e, Cat 3/4), 협동 응용의 조건 등 ISO 12100이 다루지 않는 로봇 고유의 요구사항을 명시하고 있습니다.
ISO/TS 15066 — 협동 응용의 3가지 방식
협동 응용은 여러 방식으로 구현할 수 있습니다. ISO/TS 15066에서는 작업 환경에 따라 선택할 수 있는 3가지 협동 응용 방식을 정의하고, 각각에 대한 안전 요구사항을 별도로 규정합니다.
작업자가 로봇 암을 직접 손으로 유도하는 방식으로, 별도의 핸드가이딩 장치(Hand-Guiding Device)가 요구됩니다.
작업자와 로봇 간 거리를 실시간 감지하여 접근 시 속도를 동적으로 제한합니다. 작업자 부재 시 최고 속도 유지가 가능합니다.
충돌 시 발생하는 힘·압력이 신체 부위별 허용치를 넘지 않는지, 속도·질량·형상을 바탕으로 충돌 안전성을 검증합니다.
※ 여러 협동 모드 조합 가능
실제 현장에서는 단일 모드만 사용하는 경우보다 SSM + PFL을 조합하여 작업자 접근 시 PFL 속도로 자동 전환하는 방식이 많이 활용됩니다. 모드 조합 시에는 각 모드의 안전 요구사항을 모두 충족해야 합니다.
5. PFL 검증을 위한 요구 조건
PFL(Power and Force Limiting)은 협동 응용을 구현하는 방법 중 하나입니다. 작업자와 로봇이 같은 공간에서 접촉 가능한 환경일 때, 충돌 시 발생하는 힘과 압력이 표준에서 정한 신체 부위별 허용치를 넘지 않는지 확인하여 안전을 보장합니다.
PFL 검증을 진행하기 위해서는 먼저 두 가지 조건을 확인해야 합니다.
5.1. 로봇 및 제어기의 안전 기능 확인
- 제조사를 통해 해당 로봇이 협동 응용에 적합한 안전 기능을 가진 제품인지 확인해야 합니다.
- 확인 방법: ISO 10218-1 인증서 및 ISO 13849-1 인증서 구비 여부 확인
- ISO 13849-1의 경우, 협동 관련 안전 기능(SRP/CS)이 요구 성능인 PL d, Category 3을 만족하는지 확인합니다.
5.2. 충돌 안전성 검증 방법 선택 (ISO/TS 15066)
ISO/TS 15066 (국내는 KOROS 1162-1)에는 신체 부위별 충돌 힘/압력 허용치가 명시되어 있습니다. 이 허용치를 넘지 않음을 증명하는 방법은 크게 두 가지입니다.
방법 A. 물리적 충돌 시험
실제 현장에 고가의 충돌 시험 장비를 배치해 직접 측정하는 방식입니다. 원칙적으로 가장 직접적인 방법이지만, 현실적으로 매우 어렵고 비효율적입니다.
- 충돌 시험 장비(ISO/PAS 5672 기반) 구매 또는 대여 비용이 매우 고가입니다.
- 장비를 운영·분석할 전문 인력(Man-hour) 비용이 별도로 발생합니다.
- 로봇 모션·엔드이펙터·레이아웃이 변경될 때마다 재측정이 필요합니다.
방법 B. 3D 시뮬레이션 기반 계산 (권장)
현장의 로봇·엔드이펙터 3D 모델과 실제 로봇 모션를 추출하여 소프트웨어 상에서 충돌 안전성을 검증하는 방식입니다.
- 물리적 장비가 필요없고 장치를 설치하지 않아도 되므로, 비용과 시간 측면에서 압도적으로 유리합니다.
- 로봇 설치 전 설계 단계에서도 미리 안전 속도를 도출할 수 있습니다.
- 로봇 모션·엔드이펙터·레이아웃를 변경해도 즉시 재분석이 가능합니다.
6. PFL 분석 절차 및 실무 대응
PFL 분석의 목적은 현재 로봇 시스템 상태에서 추가 물리적 방호장치 없이도 충돌 안전성 기준을 만족하는지 판단하는 것입니다.
분석 절차는 ① 충돌 신체 부위 선정 → ② 충돌 힘/압력 계산 → ③ 결과에 따른 조치의 순서로 진행됩니다.
6.1. 충돌 신체 부위 선정
단일 표준에서 신체 부위 선정 기준을 구체적으로 명시하지는 않습니다. 따라서 정상 작업 및 합리적으로 예측 가능한 오용(Reasonably Foreseeable Misuse)을 모두 고려하여 선정해야 합니다.
- 정상 작업 기준: 컨베이어 위에서 손을 올려놓고 작업한다면, 로봇 동작 높이에 따라 어깨·팔·손 등이 충돌 대상이 될 수 있습니다.
- 합리적 오용 고려 1: 같은 작업 중 고개를 숙이는 동작이 있다면 '머리' 충돌 가능성도 평가해야 합니다.
- 합리적 오용 고려 2: 로봇 자동운전 중 근처에서 청소·유지보수를 하는 경우, 어깨·가슴·다리 등과의 충돌 가능성도 포함합니다.
⚠ 주의: 신체 부위별 허용치 차이 및 머리 충돌 금지
ISO/TS 15066 표준의 신체 부위별 허용치 표에서, 일반적으로 가슴 ≥ 다리 > 상완(윗팔) > 전완(아랫팔) > 손 순으로 허용치가 낮아(더 엄격하게) 관리됩니다. 손만 충돌할 수 있는 환경이 가장 PASS 가능성이 높습니다.
허용치는 충돌 형태와 충돌이 예상되는 작업자의 신체 부위에 따라 달라지나, 머리·목 부위와의 동적 충돌은 어떠한 경우에도 표준 상 허용되지 않습니다.
6.2. PFL 분석 결과에 따른 조치
분석 결과(신체 부위별 충돌 힘·압력 허용치 만족 여부)에 따라 다음과 같이 후속 조치를 취합니다.
| 분석 결과 | 실무 조치 방안 |
|---|---|
| PASS (합격) |
현재 상태의 분석 결과를 '보고서' 형태로 작성하여 증거 자료로 첨부·보관합니다. * 이후 엔드이펙터·속도·레이아웃 등 조건 변경 시, 변경 내용을 반영한 재분석 및 보고서 갱신이 필요합니다. |
| FAIL (불합격) |
충돌 위험도 자체를 낮추기 위한 조치를 수행합니다. 1. 타겟 부위 변경: 충돌 대상을 허용치가 더 높은 부위(예: 가슴 → 상완, 상완 → 전완/손)로 유도 2. 방호물 추가: 부분 펜스(1m 높이), 고정식 장애물(책상·받침대) 등으로 이격 거리 확보 3. 초과 원인(압력 또는 힘)에 따른 맞춤형 조치 수행 (아래 참고) |
초과 원인이 '압력' (뾰족한 형상)일 때
충돌이 예상되는 로봇·엔드이펙터의 표면 압력 수치를 낮추기 위해, 날카로운 모서리를 둥글게 가공(라운딩)하거나 부드러운 커버(Padding)를 부착합니다.
초과 원인이 '힘' (로봇 속도/질량)일 때
로봇의 운동에너지 자체를 줄이기 위해 구동 속도를 안전한 수준으로 감속합니다. 전체 구간이 아닌, 위험 구간에서만 속도를 제한하는 방식으로 생산성 손실을 최소화합니다.
6.3. 단순 조치가 어려운 경우의 대안 (SSM + PFL 결합)
로봇의 모션·속도를 무작정 희생시킬 수 없는 경우, 안전 센서 기반 속도 감시(SSM)와 PFL 모드를 결합하여 생산성과 안전성을 동시에 확보할 수 있습니다.
대안 1: 물리적 접근 차단 (머리 충돌 방지)
로봇 모션을 머리 아래로 조정하기 어려운 경우, 작업자가 머리 충돌 영역에 도달하기 전에 라이트커튼·안전매트·레이저 스캐너 등으로 로봇을 정지시키거나, 고정식 가드로 접근 경로를 원천 차단합니다.
대안 2: 동적 속도 제어 (SSM + PFL, 생산성 유지)
로봇을 PFL 속도로만 운영하기 어렵다면 (예: Cycle Time을 반드시 준수해야 하는 상황), 작업자 부재 시에는 최대 속도로 동작하다가, 센서가 작업자 접근을 감지하면 사전에 검증된 안전한 'PFL 속도'로 전환합니다. 생산성과 안전성을 동시에 확보하는 가장 실용적인 방법입니다.
7. SafetyDesigner로 완성하는 위험성평가
SafetyDesigner(SFD)는 ISO 10218-2 및 ISO/TS 15066에 근거한 로봇 특화 위험성평가를 하나의 소프트웨어로 수행할 수 있도록 설계된 전문 도구입니다.
ISO 12100 기반의 일반 위험성평가에 더해, 로봇 시스템 고유의 방호조치 검토 → PFL 협동 모드 안전 검증 → 검증 결과에 따른 조치 → 표준 기반 보고서 생성까지, 규정 준수에 필요한 전 과정을 연결합니다.
ISO 10218-2 위험성평가 지원
로봇 시스템 레이아웃, 방호장치 구성, 안전거리, 기능 안전 수준(PL d/e) 등 ISO 10218-2가 요구하는 항목을 체계적으로 평가할 수 있습니다. ISO 12100만으로 놓치기 쉬운 로봇 특화 요건을 빠짐없이 커버합니다.
구간별 최고 안전 속도 도출
경험치에 의존한 무조건적인 감속이 아닌, 표준에 명시된 힘/압력 허용치를 만족하는 범위 내의 최고 안전 속도를 가이드하므로, 생산성(속도)과 안전성(충돌 허용 여부 검증)을 동시에 확보합니다.
설계 및 공정 변경 사항 대응
엔드이펙터 변경, 로봇 교체, 레이아웃 조정 등의 변경 이벤트 발생 시, 버튼 몇 번으로 즉각 재분석을 수행하고 검증 결과와 보고서를 갱신할 수 있으므로, 재평가 부담을 획기적으로 줄입니다.
원스톱 보고서 자동 출력
ISO 10218-2 기반 위험성평가 보고서와 ISO/TS 15066 기반 PFL 분석 보고서를 버튼 클릭 한 번으로 자동 생성하므로, 인증에 필요한 증빙 자료를 빠르게 작성할 수 있습니다.
SafetyDesigner 하나로 가능한 것: ISO 10218-2 위험성평가 · 협동 응용 가능 여부 확인 · 최고 안전 속도 역산 · 위험성 상시/수시평가 · 표준 기반 보고서 자동 생성
FAQ: 자주 묻는 질문
현장에서 가장 많이 나오는 질문들을 정리했습니다.
위험성평가를 자체적으로 진행하는 것 자체는 매우 바람직합니다. 다만, 어떤 표준을 기준으로 진행하고 있는지를 반드시 확인해야 합니다.
일반적으로, ISO 12100 (기계류에 대한 위험성평가 일반 원칙) 표준만 적용하여 위험성을 평가하는 경우가 많습니다. 모든 기계류에 공통 적용되는 위험성평가의 기본 틀이지만, 로봇 시스템에는 ISO 10218-2라는 로봇 특화 표준이 추가로 적용됩니다.
ISO 10218-2에서는 아래와 같은 로봇 고유의 요구사항을 별도로 규정합니다.
- 로봇 시스템 레이아웃 및 방호장치 구성 기준
- 안전거리 계산 방법 (ISO 13855 참조)
- 협동 응용의 조건과 적용 가능한 안전 조치 명시
- 기능 안전 수준 요구 (SRP/CS, PL d/e, Category 3/4)
협동 응용이 포함된다면 ISO/TS 15066까지 충족해야 합니다. SafetyDesigner를 활용하면 ISO 12100 + ISO 10218-2 + ISO/TS 15066 전체를 연동하여 누락 없이 위험성평가를 수행할 수 있습니다.
'협동로봇'이라는 명칭은 마케팅 용어에 가깝습니다. 현행 국제 표준(ISO 10218-2)에는 '협동로봇'이라는 별도 기계 분류가 존재하지 않으며, 개정 예정인 표준에서는 이 용어를 공식적으로 사용하지 않을 것을 명시하고 있습니다.
실제 현장에서 위험 수준을 결정하는 것은 로봇 브랜드나 모델이 아니라, 다음과 같은 조합입니다.
- 그리퍼 형상: 날카롭거나 뾰족한 그리퍼는 낮은 힘으로도 높은 압력을 만들어 허용치를 초과할 수 있습니다.
- 작업물 무게·경도: 무겁거나 단단한 작업물은 충돌 시 에너지 전달을 크게 증폭시킵니다.
- TCP 속도: 협동로봇도 고속으로 동작하면 허용 힘·압력을 초과할 수 있습니다.
- 운용 모드: 어떤 협동 모드(SSM, PFL 등)를 적용하느냐에 따라 요구 조건이 달라집니다.
- 모션 경로: 로봇 궤적이 작업자 신체와 교차하는 구간이 있으면 별도 검증이 필요합니다.
결론: 협동로봇이어도 이 요소들의 조합에 따라 위험할 수 있습니다. 안전은 '협동로봇을 선택했다'는 사실로 보장되는 것이 아니라, 위험성평가 → 설계 조치 → 검증(PFL/SSM 등) → 문서 증빙의 과정을 통해 입증해야 합니다.
본 자료는 산업안전보건법령 및 관련 표준(ISO 10218, ISO/TS 15066, ISO 12100 등)을 바탕으로 작성된 참고용 가이드입니다.
실제 로봇 시스템 구성 시 세부적인 안전 사양 및 증빙 방식은 관련 규정을 충분히 확인하시고, 인증 및 검사 관련 요구 사항은 해당 기관과 반드시 사전에 협의하시기 바랍니다.