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위험한 재난현장, 로봇팔로 신속하고 안전하게 인명 구조한다.

- 생기원, 사람 관절처럼 움직이는 양팔 로봇팔 달린「재난대응 특수목적기계」개발

- 강한 힘을 내는 유압 작동방식, 200㎏ 장애물 들거나 22㎜ 철근 절단도 손쉽게

□ 최근 유엔(UN)이 발표한 ‘2000~2019년 세계 재해 보고서*’에 따르면, 기후변화가 점차 심각해지면서 지난 20년간 태풍, 홍수 등의 대형재난 발생건수가 이보다 앞선 20년 기간(1980~1999년)보다 1.7배가량 늘어난 것으로 나타났다.

* 최근 20년간 7,348건의 재해로 인해 123만 명이 사망하고 3,400여조원의 재산피해 발생

ㅇ 이처럼 대형재난이 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.

ㅇ 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, 원장 이낙규)이 한양대학교, 한국전자기술연구원, 한국기계산업진흥회 등과 함께 로봇기술과 건설기계 기술을 융합하여 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.

ㅇ 장비에 탑승한 소방관은 웨어러블 장치를 이용해 작업기를 마치 내 팔처럼 자유롭게 움직일 수 있어 숙련되지 않아도 직관적으로 조종 가능하다.

ㅇ 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 갇혀있는 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.

ㅇ 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.

ㅇ 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.

ㅇ 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.

ㅇ 이후 소방서와 협력해 재난현장에 실전 배치될 수 있도록 유압시스템 및 제어기술을 보다 고도화한다는 계획이다.

ㅇ 향후에는 무인화나 자동화가 필요한 건설·산업현장, 대단위 재배가 이뤄지는 농업현장, 지뢰·포탄 등을 제거하는 국방현장 등 다양한 분야에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

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

* ‘키-테크(Key-Tech)*’ 국가 R&D혁신을 주도하고 소·부·장 독립을 뒷받침할 수 있는 생기원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술들로 구성

ㅇ 한편 이번 성과는 2015년부터 약 5년간 산업통상자원부가 지원하는 산업핵심기술개발사업의 수행 결과로, ㈜수산중공업, 건설기계부품연구원, 울산대학교가 참여기관으로 함께 연구를 진행했다.