단순한 제어로 고효율·고안정성 파지 기능을 구현하는 로봇의수 기술 개발

- 기계연, 로봇의수 기능성 향상 및 경량화 원천기술로 기술 경쟁력 확보 -

- 로봇의수 파지 안정성 및 에너지 효율성 향상 -

□ 단순한 동작 명령으로 정밀한 손끝 집기와 물체 형상에 맞춘 적응형 파지가 가능한 초경량 로봇의수가 개발됐다. 특히 단일 구동기로 엄지의 2자유도 움직임을 각각 개별 제어할 수 있는 혁신적 메커니즘을 구현하여 세계 최고 수준의 사용자 편의성과 경량성을 달성했다. 해외 제품에 의존하고 있는 전동 의수 시장에서 국내 기술 기반 제품의 경쟁력 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다. 

□ 국가과학기술연구회(이사장 김영식) 산하 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 대구융합기술연구센터 의료로봇연구실 신민기 선임연구원 연구팀은 링키지-와이어 복합 구동 방식과 부족구동 메커니즘*을 적용하여, 절단장애인이 단순한 명령만으로도 다양한 물체를 안정적이고 효율적으로 파지할 수 있는 초경량형 로봇의수를 개발하고 실제 사용자 대상 시험평가를 완료했다. 

  * 부족구동: 로봇의 자유도보다 적은 숫자의 구동기를 이용하여 구동하는 방식 

□ 기존 로봇의수의 4절 링크 방식은 고정된 파지 궤적으로 인해 다양한 형상의 물체를 안정적으로 파지하기 어려웠다. 와이어 방식은 물체 형상 적응에는 효과적이나 각 관절의 순차적 구동 특성으로 인해 손끝 집기 동작이나 자연스러운 파지동작 구현에 한계가 있었다.

□ 기계연의 링키지-와이어 복합구동 메커니즘은 두 방식의 장점들을 통합해 4절 링크 방식의 자연스러운 파지 궤적 및 강한 손끝 집기 특성과 와이어 방식의 물체 형상 적응형 파지를 가능하게 해 자연스럽고 정밀하면서도 고효율, 고안정성의 파지 동작을 구현했다. 

□ 또한 제네바 메커니즘의 간헐적 구동** 특성과 비접속 회전 구간***을 활용해 하나의 구동기로 엄지손가락의 내전·외전 및 굴곡·신전 움직임을 개별적으로 제어할 수 있는 부족구동 기반 엄지 메커니즘도 개발했다. 엄지의 경우, 상용 제품들은 수동형 관절이나 2개의 구동기를 사용하여 사용성이 제한되거나 무게가 증가하는 문제가 있었으나 이 기술은 단일 구동기로도 독립적 2자유도 제어가 가능해 경량성과 사용성을 동시에 충족했다.

  ** 간헐적 구동: 회전이 연속적으로 이루어지지 않고, 일정 구간마다 단계적으로 움직이는 구동방식  

  *** 비접속 회전 구간: 제네바 메커니즘에서 구동기는 회전하지만 제네바 휠은 회전하지 않는 작동 구간

□ 이 기술은 정밀한 동작제어가 어려운 절단 장애인들이 단순한 동작 명령만으로 다양한 물체를 안정적으로 파지할 수 있게 해주며, 부족구동 메커니즘을 통한 경량화로 사용자의 부담을 크게 줄여준다. 또한 형상 적응형 파지 기능은 효율적 파지를 통해 에너지 소비를 줄여 배터리 사용시간을 연장시키는 이점도 있다.

□ 현재 본 기술들의 핵심 메커니즘에 대한 특허 출원을 완료하였고, 기술이전 및 제품화 절차를 진행 중이다.

□ 기계연 신민기 선임연구원은 “이번에 개발된 로봇의수는 사람들이 물체를 잡을 때 무의식적으로 세세한 손동작을 수행하는 것과 같이 로봇의수를 보다 자연스럽게 자신의 신체처럼 사용할 것으로 기대한다”며, “휴머노이드 로봇에 적용 시에도 필요 연산량을 줄여 효율성과 응답속도, 범용성 측면에서도 우수한 성능을 발휘할 것으로 예상한다”고 밝혔다. 

□ 한편, 본 연구는 기계연 기본사업(상하지 운동기능 복원을 위한 인간증진의료 기술 개발) 및 적립금사업(촉감 정보 피드백이 가능한 경량 다자유도 로봇의수 개발)의 지원을 받아 수행되었다. 

기계연은 단순한 제어로 고효율·고안정성 파지 기능을 구현하는 로봇의수 기술을 개발했다
(오른쪽이 기계연 대구융합기술연구센터 의료로봇연구실 신민기 선임연구원, 왼쪽이 안보현 선임기술원).

기계연 신민기 선임연구원 연구팀이 개발한 로봇의수(왼쪽) 및 절단장애인이 장착하여 실증시험을 진행하고 있는 모습(오른쪽)