기계연, 초경량·고정밀 로봇손 개발...적은 구동기로 자유도 높여

단순한 동작 명령으로 정밀한 손끝 집기와 물체 형상에 맞춘 적응형 파지가 가능한 초경량 로봇의수가 개발됐다. 단일 구동기로 엄지의 2자유도 움직임을 각각 개별 제어한다.

한국기계연구원은 신민기 선임연구원 연구팀이 링키지-와이어 복합 구동 방식과 부족구동 메커니즘을 적용한 초경량형 로봇의수를 개발하고 사용자 대상 시험평가를 완료했다고 30일 밝혔다.

부족구동은 로봇의 자유도보다 적은 숫자의 구동기를 이용해 구동하는 방식을 뜻한다.

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

링키지-와이어 복합구동 메커니즘은 두 방식의 장점을 통합했다. 4절 링크 방식의 자연스러운 파지 궤적·강한 손끝 집기 특성과 와이어 방식의 물체 형상 적응형 파지를 가능하게 했다. 자연스럽고 정밀하면서도 고효율·고안정성의 파지 동작을 구현했다.

제네바 메커니즘의 간헐적 구동 특성과 비접속 회전 구간을 활용해 하나의 구동기로 엄지손가락의 내전·외전 및 굴곡·신전 움직임을 개별적으로 제어할 수 있는 부족구동 기반 엄지 메커니즘도 개발했다.

간헐적 구동은 회전이 연속적으로 이루어지지 않고, 일정 구간마다 단계적으로 움직이는 구동방식이다. 비접속 회전 구간은 제네바 메커니즘에서 구동기는 회전하지만 제네바 휠은 회전하지 않는 작동 구간을 말한다.

신민기 기계연 대구융합기술연구센터 의료로봇연구실 선임연구원(오른쪽)과 안보현 선임기술원(왼쪽) (사진=한국기계연구원)

엄지의 경우, 상용 제품들은 수동형 관절이나 2개의 구동기를 사용하여 사용성이 제한되거나 무게가 증가하는 문제가 있었다. 기계연의 기술은 단일 구동기로도 독립적 2자유도 제어가 가능해 경량성과 사용성을 동시에 충족했다.

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

기계연은 해당 기술들의 핵심 메커니즘에 대한 특허 출원을 완료했고, 기술이전 및 제품화 절차를 진행 중이다.