Robotics Application_2

로봇을 움직이는 「maxon drives」

로봇이 컴퓨터에 탑재되고, 무너진 건물에서 부상자를 구조하며, 장애인들의 사회복귀를 돕는다. 이 뿐만이 아니다. 환자를 수술하고, 멀리 떨어진 우주에서 다른 세계를 발견하는 것도 로봇이 하고 있는 일이다. 이런 로봇의 개발에 맥슨모터(maxon motor)의 드라이브 시스템(drive system)이 활용되고 있다. 본 지면에서는 맥슨모터의 드라이브 시스템이 로봇에서 어떻게 사용되며, 정확히 무엇을 작동시키는지 살펴보고자 한다.

   연재순서
# 1. 화성 탐사 로봇
# 2. 수술용 로봇
# 3. 로봇 슈트
# 4. 로봇 팔
# 5. 구조용 로봇
# 6. 수중용 로봇

 

 

#3 로봇 슈트는 어떻게 사람들을 도울까?

 

Cyberdyne의 HAL-5
모터로 구동되는 최초의 외골격은 일본에서 발명되었고, 가까운 시일에 다른 해외시장에서도 만나게 될 것이다. 만화책에서만 보던 모험장면과 영화 아이언맨에 등장하는 영웅의 이야기가 현실에 보다 더 가깝게 다가오게 되는 것이다.
일본 Cyberdyne사는 무게 23kg의 ‘HAL-5’라는 인공 동력을 공급하는 외골격을 만들어냈다. 여기에는 여러 장치들과 소형 컴퓨터를 측정하는 다양한 센서와 맥슨의 전기모터가 장착되어 있다. HAL은 신체적 장애가 있거나 무거운 짐을 옮기는 착용자의 힘을 덜어주기 위해 고안되었다.

로봇 슈트에 숨겨진 ‘맥슨 DC 모터’
로봇 슈트는 갑옷과 비슷하게 몸에 착용된다. 흰 플라스틱 부목 아래에 숨겨진 맥슨 DC 모터와 센서는 팔과 다리에 고정되며 갑옷의 형태로 가슴을 끌어당겨 준다. 3시간가량 지속되는 배터리는 벨트에 부착되어 있다.
바이오-사이버네틱 제어기(The bio-cybernetic control of machine)는 피부에 부착되어 살아있는 신경신호를 활용하는 센서에 이용된다. 부착된 컴퓨터는 신호들을 평가하고 슈트의 착용자가 움직이길 원하는지, 또는 움직이지 않고 서있기를 원하는지 여부를 인식한다. 예를 들어 착용자가 앞으로 한발 내딛기를 원할 시, 계산기는 신호에 부합하는 관절의 각도 지연변경명령을 내린다.
맥슨 BLDC 모터는 눈 깜짝할 사이 자극에 반응하는데, 이는 몸의 신경과 근육 시스템이 뇌로부터 신호에 반응하는 것만큼이나 빠르게 반응하는 것이다.

 

치료에도 활용되는 로봇 슈트

로봇 슈트는 이동에 불편함을 느끼는 사람들뿐만 아니라, 급속하게 증가하는 노령화 인구에도 중요하게 활용될 것이다.
미래의 신체 슈트와는 대조적으로, 중요한 움직임을 다시 배우는 사람들을 돕는 치료 로봇이 이미 유럽에서 사용되고 있다. 예를 들어, 호코마의 로코맷(The Lokomat from Hokoma)은 맥슨 모터로 구동되는 치료 시스템이다. 이것은 트레드밀(treadmill) 운동으로 신경계 질환을 앓고 있는 신체장애 환자들 또는 부상자들을 보조하고, 그들의 다리 재활을 돕는다. 이는 치료전문가의 신체적 활동과 함께 더욱 강하고 오랜 훈련 세션을 가능케 하고, 보다 나은 치료 결과를 가져다준다.

 

#4 인공 로봇 팔에 어떻게 동력이 공급될까?

 

인공 로봇 팔로 향상된 삶의 질
‘스스로 다시 한 번 음료수를 마실 수 있다면, 스스로 다시 한 번 음식을 먹을 수 있다면, 혹은 스스로 다시 한 번 문을 열 수 있다면…’
손이 절단된 사람들에게 이러한 일들은 단지 환상에 지나지 않았다. 하지만 최신형 인공보철 팔 덕분에 신체적 결함을 가진 사람들이 다시 한 번 스스로 간단한 일상생활을 하는 것이 가능하게 되었다.
비엔나의 학술연구에 따르면, 마음대로 제어가 가능한 인공보철 팔이 개발되었다고 한다. 이 지능 인공보철물은 원래 팔의 움직임을 담당했었던 어떠한 신경계에도 적용될 수 있다.
착용자에게 일곱 개의 고성능 관절을 공급해주면, 더욱 많은 활동이 가능해진다. 이때 관절은 동시에 움직일 수 있다.
환자는 직관적으로 움직임을 제어할 수 있고, 인공 로봇 팔은 그것을 바로 실행한다.

 

손과 손가락의 움직임을 가능하게 하는 ‘맥슨 드라이브’

신경을 이동시키기 위해서는 움직임이 필요하다. 이러한 선택적 신경 이동은 팔 제어를 담당했던 신호들로 인공보철물을 제어하는 것을 가능케 한다. 제어신호를 전달하는 전극은 인공보철물의 축에 통합되고 인공 보철물 내의 전자분석과정에서 신호들이 해석되고 원하는 움직임을 인식하게 된다.
맥슨 드라이브는 Otto Bock사의 최신 제품에서 손과 손가락을 정확히 움직이도록 하며 현재 다양한 맥슨 EC-powermax가 적용되고 있다. EC-powermax는 두 손가락 끝마디 관절과 손가락 관절부, 그리고 엄지손가락 아래 관절부를 움직인다.
적은 에너지 소비와 BLDC 모터의 가벼운 무게는 인공보철물 착용자에게 모든 움직임을 가능케 한다는 점에 있어서 중요한 역할을 하고 있다.
 맥슨모터코리아 www.maxonmotor.co.kr