KITECH

- 생기원과 ㈜에프알티, 모듈형 작업맞춤 웨어러블 로봇 개발 및 세계 최초 상용화

- 근로자가 무리한 힘을 쓰지 않도록 근력 보조, 피로도 낮춰주고 근골격계 질환 예방

□ 산업재해 통계에 따르면, 작업장에서 발생하는 근골격계 질환자는 2011년 약 5천명에서 2019년 2배가량 증가해 약 1만 명에 이르는 것으로 나타났다.

ㅇ 허리디스크처럼 주로 목, 어깨, 허리, 팔다리 관절에서 통증이 발생하는 근골격계 질환은 무거운 물체를 들거나 부자연스러운 자세로 반복 작업을 수행해야 하는 육체 근로자에게 빈번하게 발생한다.

ㅇ 하지만 스스로 진행 경과를 체감하기 어려우며 대부분 심각해진 다음에야 병원을 찾고 산재로 인정되는 경우가 많다. 이 경우 질환자는 생활고나 실직을 겪기 쉬우며, 기업도 상당한 경제적 손실과 사회적 책임을 부담하게 된다.

□ 한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이낙규)과 로봇스타트업 ‘㈜에프알티(대표 장재호)’가 근로자의 근골격계 질환을 예방하기 위해 작업에 필요한 근력을 현장작업 맞춤형으로 지원해주는 웨어러블로봇 ‘스텝업(Step-Up)’을 개발했다.

ㅇ 이 로봇은 현장작업 분석을 토대로 근로자가 쉽게 착용할 수 있는 외골격 구조로 되어 있으며, 탑재된 고출력 구동기가 허리, 다리 등 특정 부위에 힘이 가해질 때마다 근력을 보조해 신체가 받는 하중을 분산시켜준다.

ㅇ 또한 발쪽에 설치된 의도인식 센서가 착용자의 보행 의도를 정확하게 판단하고, ‘버추얼 토크*’ 제어방식이 적용돼 있어 사람과 기계 간의 움직임 차이도 최소화해준다.

* 착용자와 로봇 간의 서로 상반되는 토크의 합이 0이 되도록 해 로봇이 사람의 움직임을 잘 따라오도록 제어해주는 기술

ㅇ 로봇을 착용한 근로자는 중량물을 다룰 때 무리한 힘을 쓰지 않게 되며, 반복 작업 시 느끼는 육체적 피로감도 덜어준다. 이로 인해 장기간 착용할 경우, 근골격계 질환이 발병하거나 더 악화되는 것을 방지할 수 있다.

□ 생기원 로봇응용연구부문 출신이자 현재 ㈜에프알티 대표인 장재호* 박사는 2010년 소방·국방용 웨어러블로봇 ‘하이퍼’를 개발한 경험을 기반으로, 지난 5년간 건설·물류·제조 근로자를 위한 산업용 로봇 ‘스텝업’ 개발에 주력했다.

* 생기원에서 2008~2021년간 재직 후 겸직·휴직기간 종료로 올해 3월 의원퇴직

ㅇ 그런데 산업현장은 작업 환경이나 종류, 수행방식에 따라 로봇에 요구되는 제원과 기능이 제각기 상이하다. 이 때문에 매번 많은 비용과 시간이 소요되는 커스터마이징(Customizing) 과정이 반드시 필요해 상용화에 큰 걸림돌이 되어왔다.

ㅇ 장재호 박사는 외골격 형태, 구동방식, 부품 등을 ‘모듈화’ 함으로써 수요자맞춤형 로봇을 저렴하고 신속하게 제작해낼 수 있는 방안을 찾았다.

ㅇ 예를 들어 작업에 필요한 힘의 크기에 따라 유압, 전기모터, 스프링의 3가지 구동방식 중 중량물 작업에는 큰 힘을 낼 수 있는 ‘유압식’을, 허리나 무릎 등을 자주 쓰는 가벼운 작업에는 ‘전기모터’나 ‘스프링’을 적용한다.

ㅇ 이 같은 모듈화 방식을 통해 커스터마이징에 필요한 기간과 비용을 기존 1년간 10억 원에서 현재 3개월간 2천만 원 수준으로 대폭 절감해 시장경쟁력을 확보했다.

□ 지난해 9월부터는 제품개발을 끝마치고 본격적으로 판매를 시작해 현재 한국타이어, 산림청, 요양원 등에 로봇 15대가 납품되어 시범운영 중에 있다.

ㅇ 납품된 로봇은 사양에 따라 1대당 500~700만 원 정도로 비교적 저렴하다.

ㅇ 또한 근력지원뿐만 아니라 온·습도와 같은 작업환경 데이터 및 근로자의 작업량 측정, 원격 모니터링 등 IoT 기능까지 추가 가능한 모델이다.

□ 특히 한국타이어의 경우, 현재 타이어정비소 ‘티스테이션’에서 20㎏ 내외의 무거운 타이어를 옮기거나 교체하는 작업에 주로 활용하고 있다.

ㅇ 또한 로봇 도입의 효과를 정량적으로 검증하기 위해 KAIST와 함께 근전도, 산소포화도 검사 등의 임상시험도 병행하고 있다.

ㅇ 검증이 완료되면 올해 7월부터 대전, 금산 공장의 품질검사, 비드(bead)* 공정 및 연구소 주행실에 추가 도입하고, 향후에는 미국, 헝가리, 중국, 인도네시아 등의 자사 글로벌 공장에도 단계적으로 확산 적용한다는 계획이다.

* 강철 와이어에 고무를 코팅한 다음 타이어 규격에 따라 와이어를 감는 공정

□ 장재호 박사는 “모듈형 작업맞춤 웨어러블로봇이 상용화되어 산업현장에 배치된 것은 세계 최초 사례로, 요즘 산업계의 화두인 ESG 경영*에 매우 부합하는 로봇”이라며, “실용화 기술개발의 산실이었던 생기원과의 지속적인 협업을 기반으로, 앞으로는 세부 제원은 다소 낮추더라도 더욱 저렴한 맞춤형 로봇을 널리 보급해 건강하고 안전한 근로환경 마련에 힘쓸 것”이라고 말했다.