팔을 들어올린 채 쉴 수도 있다...현대자동차·기아, 무동력 착용 로봇 ‘엑스블 숄더’ 공개

[OSEN=강희수 기자] 가벼운 조끼 하나를 더 걸친 기분이다. 그런데, 팔의 움직임이 예사롭지 않다.

미션은 천장을 보고 전동공구로 너트를 돌리는 작업이다. 양 팔을 들어올린 채 공구를 지탱하려니 내 팔이 내 것이 아니다. 잠시 힘을 빼 본다. 어럽쇼! 힘 빠진 팔이 아래로 툭 떨어지지 않는다. 팔을 들어올린 채 휴식을 취할 수도 있겠다 싶었다.

현대자동차·기아의 무동력 착용 로봇 ‘엑스블 숄더’가 보여준 마술이었다.

현대자동차·기아는 27일, 경기 고양시 ‘현대 모터스튜디오 고양’에서 ‘웨어러블 로봇 테크데이(Wearable Robot Tech Day)’를 열고 착용 로봇 ‘엑스블 숄더(X-ble Shoulder)’를 공개했다. 그리고 이 로봇을 어떻게 팔 지 사업화 계획도 발표했다.

현대차·기아의 착용 로봇 브랜드 엑스블(X-ble)은 무한한 잠재력을 의미하는 ‘X’와 무엇이든 현실화할 수 있다는 의미인 ‘able’을 합쳐 만든 이름이다. 그 엑스블에 '솔더'를 붙였다. 즉, 한계가 뚜렷한 인간의 어깨 근력을 보조해 주는 장치다. 인간을 슈퍼맨으로 만드는 정도는 아니지만, 노동자의 피로도를 줄여주는 구실을 하는 데는 충분히 효과가 있다.

엑스블 제품군 가운데 처음으로 공식 판매를 시작하는 엑스블 숄더는 현대차·기아 로보틱스랩의 자체 기술로 개발한 산업용 착용 로봇이다. 산업 현장에서 팔을 위로 올려 작업하는 ‘윗보기 작업’에 활용하면 사용자의 상완(어깨, 팔꿈치) 근력을 보조해 근골격계 부담을 크게 줄여준다.

현대차·기아는 자동차 산업뿐만 아니라 건설 조선 항공 농업 등 다양한 산업에서 활용 가능할 것으로 기대하고 있으며, 국내 출시 후 해외지역까지 판매 영역을 점차 확대할 계획이다. 나아가 무거운 짐을 들 때 허리를 보조해주는 산업용 착용 로봇 ‘엑스블 웨이스트(X-ble Waist)’, 보행 약자의 재활을 위한 의료용 착용 로봇 ‘엑스블 멕스(X-ble MEX)’ 개발에도 힘을 쏟고 있다.

현대차·기아 로보틱스랩장 현동진 상무는 “엑스블 숄더는 현장 근로자들의 피드백과 로보틱스랩의 기술을 융합하여 개발한 착용 로봇”이라며 “더 많은 사람들이 착용 로봇의 가치를 누릴 수 있도록 제품군 개발과 보급에 모든 역량을 집중할 계획이며, 인류에 보다 나은 삶을 제공하기 위한 기술 진보에 앞장서겠다”고 밝혔다.

엑스블 숄더, 전력 없이도 어깨 관절 부하 최대 60% 경감

현대차·기아 로보틱스랩은 2018년 산업용 착용 로봇 연구에 착수해 2022년부터 시제품을 활용해 현대차·기아 국내외 생산 공장에 시범 적용하며 성능을 지속 향상시켜 왔다. 이 과정에서 300여명에 달하는 현장 작업자들로부터 다양한 요구사항을 청취해 왔으며, 이를 적극 반영해 엑스블 숄더를 완성했다.

엑스블 숄더는 외부 에너지의 지원이 없다. 두 개의 스프링이 에너지를 축적했다가 필요한 상황에서 풀어낸다. 이른 바 무동력 토크 생성 구조다. 별도로 충전할 필요가 없다. 첨단 소재를 사용해 가벼울 뿐만 아니라 유지 관리도 편리하다.

엑스블 숄더는 전동 시스템을 대신해 ‘근력 보상 모듈’로 보조력을 생성한다. 이 모듈은 크랭크 축과 인장 스프링 그리고 그 사이를 연결하는 ‘멀티링크’로 구성된다. 근력 보상 모듈이 작동하면 모듈 내부의 인장 스프링에서 방출된 탄성에너지가 멀티링크를 거쳐 크랭크 축에 ‘회전력(토크)’ 형태로 전달되는데, 이렇게 생성된 회전력은 사용자의 상완 근력을 보조하는 역할을 한다.

이러한 메커니즘을 통해 엑스블 숄더 사용자는 어깨 관절 부하와 전측방 삼각근 활성도를 각각 최대 60%와 30% 경감할 수 있다고 한다. 멀티링크 구조 덕분에 각 링크의 길이와 결합 위치를 조정할 수 있어 작업 환경별 최적의 보조력을 생성할 수 있다는 장점도 있다. 현대차·기아는 해당 멀티링크 기술에 대한 특허를 다수 보유하고 있다.

엑스블 숄더는 사용자의 안전과 사용성을 최우선으로 고려해 제작됐다. 고성능 차량에 쓰이는 ‘탄소 복합 소재’와 ‘내마모성 소재’가 적용돼 알루미늄 소재 대비 3.3배의 강성을 확보하면서도 중량은 40% 경감했다. 팔 받침 등 사용자 몸에 직접 닿는 부분은 차량의 크래시 패드에 쓰이는 ‘내충격성 소재’를 활용해 산업 현장에서 발생할 수 있는 돌발 충격에도 인체 손상을 최소화하도록 설계됐다.

제품 총 무게는 약 1.9kg(본체 1.4kg, 착용부(조끼) 0.5kg)이며 착용자의 신체 조건에 따라 사이즈를 선택할 수 있다. 본체의 길이도 406mm부터 446mm까지 직접 조정할 수 있다.

제품을 착용하더라도 다른 동작을 하는데 불편함이 없다는 점도 장점이다. 어깨 관절을 굽히고 펴는 각도를 0°~180°까지로 구현해 제품을 착용한 상태에서도 양 팔을 자유롭게 움직일 수 있으며, 팔을 내리거나 앉아서 휴식을 취할 때도 착용자의 움직임을 방해하지 않는다.

엑스블 숄더 라인업은 ‘기본형’과 ‘조절형’ 두 가지가 있다. 기본형은 자세가 고정되지 않고 계속 변하는 작업에서 범용으로 사용할 수 있고 사용자에게 최대 2.9kgf의 보조력을 제공한다. 조절형은 동일 자세를 반복하는 작업에 활용하기 적합하다. 작업 자세에 맞게 최대 토크를 얻을 수 있는 각도(75°~120°)를 사용자가 직접 조정할 수 있으며 최대 3.7kgf의 보조력을 제공한다.

모듈화 된 본체와 착용부(조끼)는 탈착이 가능해 손쉽게 관리할 수 있고 다양한 작업 환경에 맞게 제품을 최적화할 수 있다. 예를 들어 주로 한 쪽 팔로 작업하는 경우에는 본체 한 쪽을 분리해 편측만 사용할 수 있다. 또 착용부(조끼)만 분리 후 세탁이 가능해 청결 관리 및 보관이 용이하다.

엑스블 숄더는 산업현장에서 무수히 반복되는 동작에도 견딜 수 있는 강건한 내구성을 갖추고 있다. 로보틱스랩은 자동차 내구성 평가 기준을 접목, 3개월 단위로 60만회 이상의 가속 내구시험을 진행하고 있다. 시험 중 매 횟수마다 토크 변화를 실시간으로 측정해 품질 변화 양상을 점검하고 있으며 출시 이후에도 고품질을 유지할 수 있도록 지속 관리할 방침이다.

현대차·기아 로보틱스랩 관절로보틱스팀 윤주영 팀장은 “엑스블 숄더의 성능과 품질을 지속 향상시키고 더 나아가 사용자를 편리하게 해 주는 다양한 착용 로봇 제품 개발에 앞장서겠다”고 말했다.

엑스블 숄더는 현대차·기아의 생산 부문에 우선 공급된다.

이후 2025년부터 현대차그룹 27개 계열사는 물론 건설 조선 항공 농업 등 다양한 분야의 타기업까지 판매처를 확대한다. 2026년에는 국내 판매 경험을 바탕으로 유럽, 북미 등 해외 시장 진출을 목표로 하고 있다.

구매 희망 기업은 28일부터 현대차·기아 로보틱스랩 홈페이지를 통해 문의 및 상담이 가능하며, 현대차·기아는 내년 상반기 중 순차적으로 제품을 출고할 계획이다.

로보틱스랩은 구매 희망 기업에게 ‘엑스블 숄더 통합 컨설팅’을 제공해 해당 기업이 엑스블 숄더 도입 여부에 대해 데이터에 기반한 의사결정을 내릴 수 있도록 지원한다. 하드웨어 제품을 판매하는 것에 그치지 않고 각기 다른 산업 현장 상황에 최적화된 맞춤형 솔루션을 제공한다. 모션센서를 활용, 작업자의 실제 동작을 측정하고 인체모델 동역학 분석을 통해 작업중 근육과 관절의 부하를 수치화해 제시하는 동시에 해당 공정에서 엑스블 숄더 적용시 부하 경감 정도를 나타내는 평가지표 등을 제공한다.

현대차·기아 로보틱스랩 로보틱스사업1팀 김영훈 팀장은 “향후 산업용 웨어러블 로봇 제품군을 보다 확대하고 AI기술을 접목시킨 다양한 산업 안전 솔루션을 선보여 웨어러블 로봇 시장을 선도하겠다”고 밝혔다. /100c@osen.co.kr