산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2023.9 (p21-23)

파나소닉, 에어컨 실외기 해체 로봇 개발
가전 재활용 현장에서 사람의 작업을 대체

파나소닉 홀딩스(파나소닉HD)는 사용이 끝난 에어컨 실외기의 해체 작업을 자동화하는 로봇 시스템을 개발해, 파나소닉HD가 출자하는 파나소닉 에코 테크놀로지 간토(PETEC 간토, 이바라키현)의 가전 리사이클 공장에 도입했다.

폐가전을 해체하고 유가물과 폐기물로 분리하는 작업에는 많은 인력이 소요되고 있다. 인력 부족이 심각한 재활용 현장에 자동화 기술을 도입해, 앞으로의 폐기 대수 증가에 대비하려는 의도다.

개발한 시스템에서는 실외기 외장을 떼어내는 작업을 2대의 로봇팔로 자동화했다. 1대의 로봇이 나사의 위치를 사진을 통해 인식해 분리하고, 다른 1대의 로봇이 상판과 정면, 측면의 커버를 떼어낸다.

기존에 PETEC 간토에서는 6명의 작업자가 일련의 해체 작업을 진행했었다. 이 중 일부 기종에서, 1명이 담당하고 있던 외장 분리 작업을 로봇 시스템으로 대체했다. 컴프레서 등 내부 부품을 분리하는 작업은 계속 사람이 한다.

가정용 에어컨은 가전재활용법에 따라 제조사의 수거와 재활용이 의무화돼 있다. PETEC 간토에서는 가전재활용법에서 정해진 4개 품목 가전(에어컨, TV, 냉장고/냉동고, 세탁기/의류건조기)의 모든 재활용을 취급하고 있다. 파나소닉 HD는 그 중에서도 에어컨 회수율이 향후 더욱 높아질 것으로 보고 해체 자동화에 주력하고 있다.

에어컨은 다른 가전과 비교해 자원 가치가 비교적 높아 불용품 수거업체 등에 매각된 뒤 정규 가전재활용 루트로 회수되기 어렵다는 과제가 지적되고 있다. 다른 가전제품 회수율이 70~90%로 높은 반면에 에어컨은 40% 이하다. 이 대책으로서 환경성이나 경제산업성 등이 에어컨 회수율 향상을 위한 대응을 추진하고 있어, 재상품화를 위한 처리 대수가 향후 증가할 전망이다.

-- 다양한 모양과 오염에도 대응 --
재활용 공장은 규격품을 취급하는 제조 공장과 달리 취급하는 제품(워크)의 모양과 상태가 다르기 때문에 얼마나 정확하게 제품의 모양 등을 인식해 다룰 수 있도록 하느냐가 자동화의 포인트가 된다.

PETEC 간토에서는, 파나소닉 이외에도 다이킨공업이나 도시바 등 18사의 제품을 취급하고 있어 업체나 품번, 제조년도 등에 따라서도 모양은 다양하다. 실외기의 경우는 여기에 더해 실외에서 사용하기 때문에 나사가 더러워지거나 변색되거나 녹스는 등 개체마다 상태가 다르다.

그래서 이번에 파나소닉 HD는 이 공장에서 취급하는 에어컨 제품 전체의 60%를 차지하는, 커버가 4면에 있는 타입의 실외기를 조준해 로봇 시스템을 개발했다. 우선은 이 타입의 50%에 해당하는 파나소닉과 구 내셔널 제품의 약 3,000 종류에 대해서 로봇 시스템으로 취급할 수 있도록 했다.

게다가 개체마다 차이가 큰 나사에 대해서는 AI(인공지능)를 활용해 인식할 수 있도록 하는 등 자동화에 주력했다. 구체적으로는 녹슬거나 더러워져 있는 다양한 모양의 나사를 미리 학습시켜 심층학습/이미지처리로 나사를 인식할 수 있도록 했다.

RGB-D 카메라로 촬영한 이미지를 통해 나사를 추출하고, 그 후에 나사의 십자 홈을 추정한다. 나사를 제거하는 로봇은 해당 정보에 따라 암 끝의 전용 드라이버를 십자 홈에 끼워 나사를 분리한다.

이러한 AI 활용을 통해 나사를 인식하는 정확도를 99.5%까지 높였다. 다만 나사 이외의 것을 잘못 인식했을 경우에 대비해 제품 정보를 저장한 데이터베이스도 활용하고 있다. 데이터베이스에는 미리 모델 번호와 나사 개수, 위치 등의 정보를 등록해 두었다.

이를 참조함으로써 잘못 감지하는 것을 방지한다. 게다가 데이터베이스에 없는 제품을 새롭게 분해했을 때, 나사의 개수나 위치 등의 정보를 자동으로 데이터베이스에 추가하는 시스템도 구축했다. 앞으로 타사 제품에 대해서도 대응 기종을 늘려 나갈 계획이다.

-- 인식용 카메라를 일체화해 택타임(Tact Time) 단축 --
외장 커버를 제거하는 작업은 해체 공정 전단계에서 하기 때문에 정확성뿐만 아니라 속도도 요구된다. 이에 택타임을 줄일 수 있도록 실외기 전체 위치나 나사 위치 등은 로봇 후방에 설치한 카메라 1대만으로 처리하도록 해 인식 처리를 효율화했다.

“처음에는 로봇 핸드부에도 인식용 카메라를 달았지만, 하나하나의 동작이 늦어졌기 때문에 전체를 고화질로 촬영해 정밀도를 높이는 방법으로 변경했다”(파나소닉 HD 매뉴팩처링 이노베이션 본부).

로봇의 동작에 대해서도 택타임을 줄일 수 있도록 고안하고 있다. 예를 들면, 커버를 떼어내는 작업에서는 커버를 앞뒤로 흔들어 재빠르게 분리할 수 있도록 했다.

통상 제조공정에서는 사람이 커버를 쉽게 부착할 수 있도록 커버끼리 홈에 끼워 넣는 방식을 채택하는데, 이것이 해체할 때 떼어내는 작업을 어렵게 만들고 있다. 사람이 해체할 때는 커버를 앞뒤로 흔들어 재빨리 분리하는데, 이 동작을 로봇에도 구현했다.

그래도 사람의 외장 해체 작업은 30~40초 정도면 끝나지만 지금의 로봇 시스템으로는 3분 정도 걸린다. 로봇의 경우에는 물체를 인식하고 그 정보를 바탕으로 팔을 움직여 워크인 실외기의 방향을 바꾸는 등 일련의 처리를 순차적으로 해내기 때문에 전체 작업 시간은 사람보다 느려진다. 향후에는 로봇을 여러 대 활용하는 등 처리 능력 향상도 검토한다.

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