혁신적인 웨어러블 시스템으로 관심을 모은 바이오서보 테크놀로지스의 로봇 장갑 ‘아이언핸드’에는 파울하버의 앞선 모터 기술이 적용되고 있다. 세계 최초의 코어리스 모터 제조사로도 유명한 파울하버는 견고하면서도 콤팩트한 DC 마이크로 모터 1741…CXR 시리즈로 아이언핸드를 완성시킨다.
사진. 바이오서보 테크놀로지스
근골격계 질환은 EU와 북미에서 흔히 발생하는 직업병이며 장기적인 결근의 가장 흔한 원인 중 하나이다. 업무 관련 상지 장애로 발생되는 비용은 EU 전역에서 연간 21억 유로 규모이며, 모든 직업병의 45%를 차지한다. 웨어러블 솔루션은 이러한 부상을 줄이기 위한 시도이다.
EU 소속 국가들에게 있어 반복 작업은 가장 큰 노동위험 요소이다. EU 직원의 74%는 전체 작업 시간 중 약 25% 이상 팔이나 손을 반복적으로 사용하는 것으로 나타났다. 독일연방산업안전보건연구소(Bundesanstalt fur Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin)에 따르면 근골격계 장애는 작업 능력 제한, 심각한 장애, 조기 퇴직 및 일시적으로 일할 수 없는 가장 흔한 원인이다. 또한 유럽보건안전청(European Agency for Health and Safety at Work)에서 실시한 설문 조사에 따르면, 설문에 답한 사람들의 45%가 직장에서 고통스럽거나 피로한 자세로 힘들어 하고 있었으며, 25%는 허리 통증으로, 20%는 근육통으로 고통 받고 있다.
직장 내 인체 공학 개선 필요
목과 상지의 업무 관련 장애는 목, 어깨, 팔, 손, 손목 및 손가락에 영향을 미치고 따끔거림, 무감각, 불편함 또는 통증을 유발한다. 진동 도구를 사용하거나 추운 환경에서는 이러한 문제가 악화될 수 있다. 그 결과는 이동성 또는 악력 강도 감소로 나타나는데, 두 가지 모두 작업 중에 부가적인 위험(작업자가 공구를 더 이상 안전하게 잡거나 조작할 수 없는 경우 등)을 초래할 수 있다.
더욱이 인구 통계학적 변화는 사회 전체가 노령화되고 직업 활동을 더 오래 유지한다는 것을 의미한다. 따라서 직장 내 인체 공학의 개선은 건강한 사람과 이미 신체적으로 장애가 있는 사람 모두에게 점점 더 중요해지고 있다. 회사들은 점진적으로 이러한 논쟁거리에 작업대, 책상 또는 조립 라인과 같은 실제 작업 공간을 보다 인체 공학적으로 만드는 방법으로 대응한다.
More Power in the Hand
스웨덴에 소재한 바이오서보 테크놀로지스(BIOSERVO TECHNOLOGIES)의 ‘아이언핸드(Ironhand®)’는 인간의 악력을 강화하는 부드러운 소재의 로봇 장갑이다. 이 로봇 장갑에는 바이오서보 테크놀로지스의 특허기술인 SEM™이 적용됐는데, 이 회사는 SEM™을 기반으로 웨어러블 로봇 설계에 있어 기존의 무겁고 견고한 외골격 구조를 탈피해 완전히 새로운 설계 방식으로 접근한다. 이 아이언핸드 손가락의 쥐는 힘은 파울하버(FAULHABER) 드라이브를 통해 비로소 가능해졌다.
아이언핸드(左)와 여기에 적용된 파울하버 1741… CXR 시리즈(右)
(사진. 바이오서보테크놀로지스 & 스위스아미에트)
아이언핸드는 손과 손가락을 위한 부드럽고 활동적인 외골격 보조기이다. 일반적으로 파지 동작은 아래팔과 손의 근육에 의해 가능한데, 이 근육은 힘줄을 당겨 손가락을 움직인다.
아이언핸드는 이 같은 실제 근육의 움직임과 유사한 방식으로 동작한다. 장갑의 손가락 끝에 있는 압력 감지 센서가 손으로 수행하는 그립 동작을 감지하면 통합된 컴퓨터시스템이 필요한 추가 악력을 계산하고, 작은 서보모터가 손가락의 얇은 케이블을 당긴다. 센서에 가해지는 압력이 높을수록 아이언핸드는 더 많은 전력을 제공한다.
장갑의 설정은 수행되는 작업 유형뿐만 아니라 개인 취향에 따라 조정할 수 있다. 데이터들은 손의 디지털 위험 평가를 가능하게 하고 사용자 일체형의 인더스트리4.0(Industry 4.0) 및 미래공장 개념을 실현할 수 있게 한다. 인체 공학적으로 위험이 높은 악력 집약적 애플리케이션은 실제 작업 중에 데이터를 분석해 식별할 수 있으며, 이를 통해 사용자는 적절한 조치를 취할 수 있다.
파울하버는 세계 최초로 코어리스 모터를 개발한 스위스 기업이다.
Individual and Versatile
장갑은 4가지 크기로 제공되며 왼손잡이 및 오른손잡이 사용자 모두 착용할 수 있다. 배낭처럼 착용하는 배터리 팩은 컴퓨터 장치와 각각의 손가락을 제어하는 모터를 모두 포함하며, 사용자는 센서 감도, 힘, 손가락 대칭 및 고정 상태 등의 다양한 조합을 포함하는 여러 동작들을 미리 설정할 수 있다. 동작을 변경하려면 가슴 부분에 있는 리모컨의 버튼만 누르면 된다.
이러한 동작세팅을 통해 근무 중 발생하는 다양한 상황에 유연하게 대응할 수 있다. 예를 들어, 사람이 아침에 약간의 힘든 작업을 수행한 다음 오후에 근육에 큰 부담을 주는 작업을 수행할 경우, 이 장치를 통해 남성과 여성 사용자 모두 하나의 시스템으로 작업할 수 있다. 수 밀리 초(Millisecond) 이내에 시스템은 최대 80N의 악력을 제공한다.
이 시스템은 장갑, 추락 방지 장치, 헬멧 또는 경고 의류와 같은 개인 보호 장비(PPE)의 착용을 방해하지 않으며, 휴식 시간에는 외부의 도움 없이 탈·부착이 가능하다. 전원 공급 장치의 배터리 용량은 일반적인 작업 시간을 고려해 설계됐다.
아이언핸드를 제어하는 스마트폰 앱 ‘IronConnect™’(사진. 바이오서보 테크놀로지스)
Powerful Drive
이 혁신적인 로봇 장갑을 가능하게 한 것은 파울하버의 드라이브 솔루션이다.
로봇 장갑을 설계할 때 중요한 요소 중 하나는 견고하면서도 콤팩트한 구동 시스템을 구축하는 것이다. 바이오서보 테크놀로지스 또한 같은 부분을 고민해야 했다.
아이언핸드의 개별 핑거를 제어하기 위해 바이오서보 테크놀로지스는 파울하버의 DC 마이크로 모터 1741…CXR 시리즈를 사용한다. 코어리스 모터의 선구자인 파울하버의 CXR 시리즈는 파워, 견고성 및 제어성을 위한 콤팩트 설계가 돋보이는 제품으로, 흑연 정류, 고품질 네오디뮴 자석 및 검증된 파울하버의 로터 권선 기술로 완성된다. 강력한 네오디뮴 자석은 3.6~40mNm 범위의 연속 토크로 모터에 높은 출력 밀도를 제공하며, 인상적인 성능 데이터와 콤팩트한 크기는 다양한 응용 분야에서 최적화된 가격 대 성능 비율을 자랑한다.
