[더테크=전수연 기자] 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(이하 기계연)이 하지 장애인의 이동을 위한 멀티 모듈형 로봇을 공개했다.

기계연은 하지 장애인의 계단 이동을 돕는 ‘계단 등반 모듈’과 일어서서 이동하는 등 여러 자세를 취할 수 있는 ‘스탠딩 모듈’을 통합한 로봇 휠체어 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

기계연은 기존에도 계단을 오르거나 휠체어와 일어서서 이동할 수 있는 휠체어가 각각 존재했으나 두 모듈을 통합해 한 대의 휠체어로 개발된 것은 이번이 최초라고 설명했다.

기계연 관계자는 더테크에 “보통 휠체어는 평지만 다닌다. 로봇 휠체어는 계단 등반 모듈이 하부에 있어 크롤러를 하강시키면 계단을 오를 수 있다”며 “해당 크롤러 모양 특허도 가지고 있는다 ㄹ자 모양으로 땅을 수직으로 짚어준다”고 말했다.

연구팀은 평행 사변형 구조의 독특한 기구구조와 자중보상기술(로봇 자체 무게에 의해 발생할 필요 토크를 최소화하는 기술)을 적용해 휠체어에 탑승한 상태에서 △일어서기 △눕기 △앉은 채로 앞뒤로 기울이기 △좌석 높이 조절 등 자세 변환이 가능한 스탠딩 모듈을 개발했다.

기계연 관계자는 스탠딩 모듈에 대해 “5가지 형태의 자세를 변경하며 여러 자세로 생활할 수 있도록 돕는다”며 “기존에는 각각의 휠체어를 통합하기에 부피가 굉장히 컸다. 하지만 이번 로봇 휠체어는 간결하게 결합돼 여러 상황에서 활용될 것”이라고 전했다. 또 연구팀은 자중보상기술을 통해 필요 토크를 최대 80%까지 저감해 작고 가벼운 스탠딩 모듈을 구현할 수 있었다.

로봇 휠체어는 특수 형상으로 계단을 처음 오르는 시점과 마지막 계단을 통과하는 시점을 센싱해 계단을 오르기 위한 초기자세를 구현하는 등 복잡한 매커니즘 없이 크롤러의 하강과 상승 구동만으로 계단을 오를 수 있다.

사용자는 휠체어에 탑승한 상태에서 다양한 자세로 변환할 수 있어 압력 집중을 해소하고 욕창 방지와 혈액순환 등에 도움을 받을 수 있다. 스탠딩 모듈은 휠체어와 일체형이 아닌 독립 모듈 구조로 휠체어에 큰 설계변경 없이 쉽게 결합이 가능하다.

연구진은 크롤러를 이용한 계단 등반 기술을 넘어 원형의 휠만으로 계단을 오를 수 있는 특수 설계 변형 휠의 원천기술도 개발했다. 변형 휠은 변형 방향에 따라 블록의 거리가 달라지는 특수한 체인 블록이 휠 표면에 구성됐는데, 이는 물방울의 표면장력을 모사한 새로운 강성 조절 매커니즘이 적용된 것이다.

변형 휠은 평지에서는 일반 휠처럼 원형을 유지하며 이동하지만 장애물을 만나면 휠의 강성이 낮아지면서 장애물의 형상과 일치하도록 형상이 변형돼 장애물을 밟으며 지나갈 수 있다. 이 기술은 추후 로봇 휠체어 개발을 위해 적용될 예정이다.