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웨어러블 로봇 / 작업자 근력 강화 ‘웨어러블 로봇’ 개발 활발
     
ㆍ게재년/월 2022/08
작업자 근력 강화 ‘웨어러블 로봇’ 개발 활발
작업자 피로도 감소 및 부상 방지·작업효율 향상


물류현장에서 일하는 작업자의 업무 강도를 낮추고 물류작업의 효율성과 안전성을 제고할 수 있는 첨단 보조기구 ‘웨어러블 로봇’이 주목받고 있다.
비대면 소비가 확산되면서 이커머스 시장이 급성장함에 따라 물류센터에서 처리해야 하는 물량이 급증하고, 소비자 만족을 위한 배송 속도도 빨라지면서 안전사고 역시 비례해 늘어나고 있다. 이에 따라 작업자 안전을 위한 웨어러블 로봇의 중요성이 부각되고 있다.
웨어러블 로봇은 고중량 업무를 반복하는 작업자의 신체적 부담을 경감시키는 대표적인 첨단 보조기구로, 고중량 물품을 들어 올리거나 운반할때 허리와 척추를 보호하는 슈트가 대표적이다.
웨어러블 로봇은 작업자가 고중량 업무를 반복 수행하는 과정에서 전기·배터리·스프링·압축공기 등을 이용해 신체적 부담을 경감하고 작업 효율성과 안전성을 제고한다. 물류에서 웨어러블 로봇은 주로 물품을 들어 올리는 용도로 사용되나, 최근에는 업무 생산성을 더욱 높이기 위해 웨어러블 기술이 접목된 IT 기기를 손목·팔·머리 등 신체에 장착하는 추세이다.
시장조사 기관 BIS리서치에 따르면, 글로벌 웨어러블 로봇시장은 지난 2020년 4억 9,000만달러 규모에서 오는 2031년 88억달러로 연평균 32.7%의 고성장을 이어갈 것으로 전망했다.

‘고비용·고중량’ 활성화 걸림돌
교통연구원 물류기술개발지원센터는 글로벌 물류기술 동향 보고서를 통해 웨어러블 로봇은 4차산업기술 발달에 힘입어 향후 물류현장내 작업 능률 향상 및 안전 확보의 핵심 수단으로 기능할 것으로 예상했다. 실제로 생체신호를 측정·전달하는 ‘인간-로봇 인터페이스’, 사용자 의도를 파악·제어하는 ‘인간-로봇협업 제어’ 기술과 함께, 빅데이터와 AI 등의 발달로 웨어러블 로봇 편의성과 정확도가 대폭 개선되고 있다.
미국 아마존은 작업 생산성을 높여 공간 부족 문제를 해결함과 동시에 작업자가 과중한 업무나 높은 위험 부담에서 탈피할 수 있도록 일반 조끼 모양의 ‘로보틱 테크 베스트(Robotic Tech Vest)’를 제작했다. 독일 페스토는 물체를 부드럽게 다루는 ‘바이오닉 소프트핸드(Bionic Soft Hand)’를 개발하고, 이를 사용하는 ‘바이오닉 워크플레이스’를 설립해 창고부족 문제를 해결하는 동시에 급증하는 온라인 주문에 대처하고 있다.
최근에는 웨어러블 로봇을 물류자동화에 활용하기 위한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 창고내 단순 이송작업의 경우 AGV와 AMR을 통한 자동화가 가능하지만, 피킹·품질관리·적재 등 고도의 집중력을 요구하는 복합적인 작업은 자동화가 어렵기 때문이다. 이에 따라 인간의 지능과 인지 역량이 필요한 물류작업에 대해 웨어러블 로봇을 물류자동화에 활용하기 위한 연구를 진행중이다.
그러나 높은 비용 부담은 풀어야 할 과제이다. 따라서 기업은 웨어러블 로봇을 단순히 특정 작업을 위해서라기보다 다른 자동화기기 및 운영체계 등 시스템적으로 융합해 기능을 극대화하는 것이 중요하다. 
보고서는 웨어러블 로봇 제조업체와 시스템 개발(SI) 업체가 협력해, 로봇 하드웨어·시스템 기술 고도화 및 표준화와 함께 WMS와 WCS를 연계하고 작업 운영상황을 모니터링·지시하는 ‘로봇관제시스템(RMS)’을 구축할 필요가 있다고 밝혔다. 
또한 웨어러블 로봇은 중량이 나가는 편이므로, 작업자가 무게를 견뎌야 하는 부담보다 업무 부하가 경감되는 혜택이 더 커야 도입이 순조롭게 이뤄질 수 있다.

CJ대한통운 ‘웨어러블 슈트’ 상용화 눈앞
국내에서는 CJ대한통운이 웨어러블 로봇 스타트업 엔젤로보틱스와 함께 근력보조 ‘웨어러블 슈트’를 공동으로 개발하고 있다고 밝혔다. 첫 프로토타입 제작 이후 지속적인 현장 테스트를 통해 2차례 개량된 버전을 제작했으며, 조만간 물류현장에 투입해 상용화할 계획이다.
CJ대한통운은 지난해 9월부터 엔젤로보틱스와 함께 물류현장에서 일하는 작업자의 피로도 감소와 부상 방지, 작업효율 향상을 위한 맞춤형 웨어러블 슈트를 개발해 실사용자를 대상으로 현장 테스트를 진행해 왔다.
이번에 공동 개발한 웨어러블 슈트는 작업자의 특정 행동에 힘을 보태 적은 힘만 주고도 높은 효과를 달성할 수 있도록 도와주는 보조장치 역할을 한다. 현장 테스트 결과에 따르면 허리와 허벅지 등 작업자의 주요 근육 사용량은 23% 이상 감소하는 것으로 분석됐으며, 산소 소모율도 기존 대비 15% 이상 줄어 피로감 완화 효과도 높았다.
실제 웨어러블 슈트를 착용한 작업자는 “웨어러블 슈트가 허리와 엉덩이 부분을 확실히 지지하면서, 박스를 들어 올리는 작업 과정에서 자연스럽게 힘을 받는 것이 느껴진다”고 밝혔다.
이번 웨어러블 슈트의 가장 큰 특징은 별도의 전력 공급이 필요하지 않다는 점이다. 특수 제작된 스프링이 외골격 형태로 장착돼 작동되기 때문에 작업 도중 배터리 충전을 위해 작업을 중단해야 하는 불편이 없다.
또한 현장 테스트 과정에서의 피드백을 지속적으로 반영해 다양한 기능을 추가하거나 개선해왔다. 첫 프로토타입의 무게는 4.4㎏로 작업자가 불편함을 느낄 수 있는 수준이었지만, 지속적인 경량화를 통해 2.4㎏까지 무게를 줄이는데 성공했다. 허리를 자유롭게 굽히거나 비틀 수 있도록 동작 가능 범위를 넓히고, 박스를 들어 올릴 때 팔의 근력을 지원하는 케이블 모듈은 필요 작업시 장착하거나 뗄 수 있도록 옵션화했다.
허리 스트랩을 간단하게 조작하면 작업자의 신체에 맞도록 전체 사이즈 조절도 가능하게 개선됐고, 조작하는 스트랩 수를 줄여 누구나 쉽고 빠르게 착용하고 벗을 수 있도록 했다. 옷감 부분도 탈부착이 가능하도록 만들어 세탁 등의 관리 편의성을 높였다.
CJ대한통운 김경훈 TES물류기술연구소장은 “기존에 여러 종류의 웨어러블 로봇과 슈트가 개발돼 있기는 하지만, 물류현장에서 작업자가 쉽게 입고, 편하게 일할 수 있는 맞춤형 슈트는 없었다”며, “자동화가 쉽지 않아 사람이 직접 해야 하는 작업의 경우 개별 동작의 강도를 낮추고, 안전성은 높이는 방향에서 혁신기술의 현장 적용을 확대해 나갈 방침”이라고 말했다. 

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