생기원, 사람 관절처럼 움직이는 양팔 로봇팔 달린 ‘재난대응 특수목적기계’ 개발

[보안뉴스 박미영 기자] 최근 유엔(UN)이 발표한 ‘2000~2019년 세계 재해 보고서’에 따르면 기후변화가 점차 심각해지면서 지난 20년간 태풍·홍수 등의 대형 재난 발생건수가 이보다 앞선 20년 기간(1980~1999년)보다 1.7배가량 늘어난 것으로 나타났다.


[사진=생기원]

이처럼 대형 재난이 세계적으로 급증하고 있는 반면, 피해 현장에서는 각종 잔해들을 안전하고 손쉽게 치울 수 있는 전문 장비가 아직까지 개발되지 않아 인명 구조나 초기 복구 작업에 많은 어려움을 겪고 있다.

기존 재난 현장에 주로 투입되고 있는 굴삭기의 경우, 조작 난이도가 높고 땅파기 용도에 최적화돼 있어 소방관과 같은 비숙련자가 잔해를 부수거나 옮기는 등의 여러 긴급 작업들을 빠르게 수행하는 데 한계가 있다.

한국생산기술연구원(이하 생기원)이 한양대, 한국전자기술연구원, 한국기계산업진흥회 등과 함께 로봇 술과 건설기계 기술을 융합해 재난 현장에서 소방관들의 안전을 보호하면서 어렵고 복잡한 구조 작업을 신속하게 수행할 수 있는 ‘재난대응 특수목적기계’를 공동 개발했다.

개발된 장비는 4개의 무한궤도 하부모듈 위에 사람의 양 팔 역할을 하는 6m 길이의 작업기 1쌍이 달려 있는 형태로 구성돼 있다. 장비에 탑승한 소방관은 웨어러블 장치를 이용해 작업기를 마치 내 팔처럼 자유롭게 움직일 수 있어 숙련되지 않아도 직관적으로 조종 가능하다.

이를 활용하면 최대 200㎏에 달하는 대형 장애물을 옮기거나 22㎜ 두께의 철근을 절단하고 시멘트 덩어리를 부시고 샌드위치 패널을 뚫는 등의 다양한 작업들을 손쉽게 수행할 수 있어, 매몰되거나 갇혀 있는 인명을 굴삭기보다 빠른 시간 내 구조할 수 있다.

개발을 주도한 생기원 로봇응용연구부문 조정산 박사 연구팀은 핵심 원천기술로서 유압으로 작동하는 양팔 로봇 설계·제작·제어 기술을 꼽는다.

유압 액추에이터(Actuator)는 일반 로봇팔에 사용되는 전기 모터 구동방식보다 훨씬 더 강력한 힘을 낼 수 있어 중량물을 드는데 적합하다. 여기에 사람 팔에 상응하는 수준의 14자유도를 구현해 기존 장비에 비해 작업성을 크게 향상시켰다.

또한 재난 현장에서 다양한 작업이 가능하도록 왼손은 다양한 물체를 파지할 수 있는 파워 그리퍼(Gripper)로, 오른손은 절단·파쇄·벌리기 등 정교한 작업이 가능하도록 각각 개발했으며 사람처럼 양팔을 이용해 드럼통과 같이 부피가 큰 물체를 조작할 수도 있다.

아울러 운전자의 의도대로 내 팔 움직이듯이 조종할 수 있는 웨어러블 조종장치 ‘kHandler’와 ‘마리오네뜨 알고리즘’은 비숙련자도 쉽게 조작 가능하도록 도와준다.

연구팀은 2020년 12월 한국로봇융합연구원 재난안전센터(포항)에서 20종 이상의 재난대응 시나리오에 대한 현장 테스트를 진행해 시제품 성능 검증을 마친 상태다. 이후 소방서와 협력해 재난 현장에 실전 배치될 수 있도록 유압시스템 및 제어기술을 보다 고도화한다는 계획이다.

향후에는 무인화나 자동화가 필요한 건설·산업 현장, 대단위 재배가 이뤄지는 농업 현장, 지뢰·포탄 등을 제거하는 국방 현장 등 다양한 분야에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

조정산 박사는 “생기원 대표기술 ‘키-테크(Key-Tech)’ 성과 중 하나로, 다족형 견마로봇 ‘진풍’을 통해 확보된 국내 최고의 유압로봇 기술을 기반으로 큰 힘을 내면서도 사람 팔과 가장 근접한 형태의 로봇 관절 움직임을 구현해 냈다”며, “사람이 하기 힘든 위험한 작업을 사람처럼 수행할 수 있는 대체 장비 개발이 궁극적 목표”라고 말했다.

‘키-테크(Key-Tech)’는 국가 R&D 혁신을 주도하고 소·부·장 독립을 뒷받침할 수 있는 생기원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정 개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술들로 구성된다.

한편 이번 성과는 2015년부터 약 5년간 산업통상자원부가 지원하는 산업핵심기술개발사업의 수행 결과로, 수산중공업·건설기계부품연구원·울산대가 참여기관으로 함께 연구를 진행했다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]

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