계단 오르고 일어서는 '로봇 휠체어'…하지 장애인 삶의 질 높인다

계단을 오르내리는 모습/사진=기계연

하지 장애인이 계단을 오르내리고, 일어서서 이동하며 생활할 수 있도록 돕는 '로봇 휠체어'가 나왔다.

한국기계연구원(이하 기계연)은 계단을 오르내리는 '계단 등반 모듈', 일어서서 이동하고 탑승한 상태에서는 눕고 기울이는 등 다양한 자세를 취할 수 있는 '스탠딩 모듈' 등을 구현하는 로봇 휠체어를 개발했다고 5일 밝혔다.

기존에도 계단을 오르는 휠체어와 일어서서 이동할 수 있는 휠체어가 각각 있었다. 이번 로봇 휠체어는 두 모듈을 한 대의 휠체어에 통합한 것이 특징이다.

기계연 AI(인공지능) 로봇연구본부 박찬훈 본부장은 "계단을 오르고, 서서 이동하고, 다양한 자세로 변환하는 기능을 한 대의 로봇 휠체어로 모두 구현할 수 있다"면서 "하지 장애인이 공간적 제약 없이 일상생활을 자유롭게 누리는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다.

일어선 자세/사진=기계연

연구팀에 따르면 'ㄹ'자 형상 크롤러(전차, 트랙터, 휠체어 등에 사용되는 무한궤도. 휠체어의 바퀴에 해당)를 특수 설계한 뒤 휠체어 하부에 장착해 계단을 오르내리는 장치인 '계단 등반 모듈'을 개발했다.

또 연구팀은 평행 사변형 구조의 독특한 기구 구조와 자중보상기술(로봇 자체 무게에 의해 발생할 필요 토크를 최소화하는 기술)을 적용해 휠체어에 탑승한 상태에서 일어서고, 눕고, 앉은 채로 앞뒤로 기울이고, 좌석 높이 조절까지 5가지 자세 변환이 가능한 장치인 '스탠딩 모듈'을 개발했다. 자중보상기술을 통해 필요 토크를 최대 80%까지 저감해 작고 가벼운 스탠딩 모듈을 구현할 수 있었다.

로봇 휠체어는 계단 등반 안전성도 향상시켰다. 이는 계단을 오르내리는 동안 'ㄹ'자 형상 크롤러가 계단 모서리와 디딤판을 동시에 지지하기 때문이다.

자세를 변환하는 스탠딩 모듈이 휠체어와 일체형이 아닌, 독립 모듈 구조로 돼 있어 다양한 휠체어에 큰 설계변경 없이 쉽게 결합이 가능하다는 것 또한 큰 장점이다.

누운 자세/사진=기계연

연구진은 크롤러를 이용한 계단 등반 기술을 넘어 원형의 휠만으로 계단을 오를 수 있는 '변형 휠' 원천기술도 개발했다. 이는 평지에서는 일반 휠처럼 원형을 유지하며 이동하지만 장애물을 만나면 휠의 강성이 낮아지면서 장애물의 형상과 일치하도록 형상이 변형돼 장애물을 밟으면서 지나갈 수 있다.

박찬훈 본부장은 "기존의 휠체어 기술은 단순한 이동 수단 제공에만 목적이 있었다면, 이번 로봇 휠체어 기술은 하지 장애인이 기존 장애인을 고려하지 않고 설치된 시설 및 인프라까지 모두 활용할 수 있도록 도와드리는 목적으로 개발된 기술"이라며 "향후 개발된 기술을 신속히 확산해 장애인 삶의 질 향상에 기여할 뿐만 아니라 인류를 위한 따뜻한 로봇 기술 개발에 더욱 정진하겠다"고 말했다.


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