한국기계연구원(이하 기계연)이 단순 동작명령으로도 정밀한 손끝집기가 가능하고 물체형상 적응형 파지를 할 수 있는 초경량 로봇의수가 개발됐다.
특히 단일 구동기로 엄지의 2자유도 움직임을 각각 개별 제어할 수 있는 혁신 부족구동 메커니즘을 구현, 세계 최고 수준의 사용자 편의성과 경량성을 달성했다.
기존 로봇의수의 4절 링크는 파지 궤적이 고정돼 다양한 형상의 물체를 안정적으로 잡기 어려웠다. 또 와이어 방식은 물체형상 적응에는 효과적이나 각 관절의 순차적 구동 특성으로 인해 손끝집기 동작이나 자연스러운 파지동작 구현에 한계가 있었다.
기계연 대구융합기술연구센터 의료로봇연구실 신민기 박사팀은 링키지-와이어 복합구동 방식과 부족구동 메커니즘을 적용, 절단장애인이 단순 명령만으로 다양한 물체를 안정적이고 효율적으로 파지할 수 있는 초경량형 로봇의수를 개발하고 사용자 대상 시험평가를 완료했다.
이번에 개발한 링키지-와이어 복합구동 메커니즘은 4절 링크의 자연스러운 파지 궤적과 강한 손끝집기, 와이어 방식의 물체형상 적응형 파지를 동시에 구현할 수 있어 자연스럽고 정밀하면서도 고효율, 고안정성 파지가 가능하다.
특히 제네바 메커니즘의 간헐적 구동 특성과 비접속 회전구간을 활용해 하나의 구동기로 엄지손가락 내전·외전 및 굴곡·신전 움직임을 개별적으로 제어할 수 있는 부족구동 기반 엄지 메커니즘을 개발했다.
간헐적 구동은 회전이 연속적으로 이루어지지 않고, 일정 구간마다 단계적으로 움직이는 특성이, 비접속 회전은 제네바 메커니즘에서 구동기는 회전하지만 제네바 휠은 회전하지 않는 작동구간이 존재한다.
때문에 기존 엄지 구동제품은 수동형 관절이나 2개의 구동기를 사용해 사용성이 제한적이고 무게도 증가하는 문제가 있다.
반면 이번에 개발한 기술은 단일 구동기로 독립적 2자유도 제어가 가능해 경량성과 사용성을 동시에 충족했다.
실제 이 기술을 시연한 결과 정밀한 동작제어가 어려운 절단 장애인들이 단순한 동작명령으로 다양한 물체를 안정적으로 파지할 수 있었고, 부족구동 메커니즘으로 가벼워져 사용자 부담을 크게 줄였다.
아울러 형상 적응형 파지 기능은 에너지 소비를 줄여 배터리 사용시간을 연장시키는 장점도 있다.
연구팀은 이 기술의 핵심 메커니즘에 대해 특허출원을 완료하고, 기술이전 및 제품화 절차를 진행 중이다.
신 박사는 “이번에 개발된 로봇의수는 사람이 물체를 잡을 때 무의식적으로 세세한 손동작을 수행하는 것처럼 로봇의수를 자신의 신체처럼 자연스럽게 사용할 수 있다”며 “현재 해외에 의존하는 전동의수 시장에서 경쟁력 확보와 더불어 향후 휴머노이드 로봇에 적용하면 연산량을 줄여 효율성과 응답속도, 범용성 측면에서 우수한 성능이 기대된다”고 말했다.
