사람을 부축하는 로봇은 어떻게 힘을 조절할까｜시니어 케어 로보틱스의 안전 설계

부모님의 보행이 불편해지면 가족은 자연스럽게 팔을 잡거나 허리를 받치게 됩니다. 하지만 상대방이 어느 방향으로 몸을 움직일지, 다리에 얼마나 힘이 남아 있는지를 정확히 알지 못하면 함께 균형을 잃을 수도 있습니다.

로봇이 사람을 부축할 때도 같은 문제가 발생합니다. 정해진 위치로 정확하게 움직이는 것만으로는 부족합니다. 사용자가 갑자기 멈추거나 몸을 기울이면 로봇도 즉시 힘과 속도를 조절해야 합니다.

공장에서 사용하는 로봇은 일반적으로 사람과 작업 공간을 분리할 수 있지만, 돌봄 로봇은 사람을 만지고 가까이에서 움직여야 합니다. 시니어 케어 로보틱스가 다른 로봇 기술보다 안전제어와 사람의 반응을 중요하게 다루는 이유입니다.

사람을 부축하는 로봇이 어려운 이유

고령자의 움직임은 항상 일정하지 않습니다. 같은 사람도 피로도와 통증, 혈압, 복용한 약에 따라 그날의 보행 상태가 달라질 수 있습니다.

로봇은 다음과 같은 예상 밖의 상황에 대응해야 합니다.

• 사용자가 갑자기 다리에 힘을 잃는 경우
• 손잡이를 놓거나 반대 방향으로 몸을 움직이는 경우
• 옷이나 손가락이 기구 사이에 끼는 경우
• 문턱이나 카펫에 바퀴가 걸리는 경우
• 센서 또는 전원에 문제가 생기는 경우
• 사용자가 로봇의 움직임을 이해하지 못하고 당황하는 경우

따라서 돌봄 로봇의 안전은 단순한 충돌 방지를 넘어섭니다. 사용자의 힘과 의도를 감지하고, 위험이 생기기 전에 속도를 낮추며, 문제가 발생하면 안전하게 멈출 수 있어야 합니다.

안전을 만드는 첫 단계: 사람의 움직임 감지

로봇이 힘을 조절하려면 먼저 사람과 주변 환경에서 발생하는 변화를 감지해야 합니다.

힘과 압력을 확인하는 센서

손잡이나 로봇 관절에 장착된 힘·토크 센서는 사용자가 로봇을 어느 방향으로 밀거나 당기는지 측정합니다.

이승 보조 로봇에서는 신체를 받치는 부분에 압력이 한쪽으로 지나치게 집중되지 않는지 확인하는 데 활용할 수 있습니다. 웨어러블 로봇에서는 사용자의 관절 움직임과 로봇의 보조력이 어긋나지 않는지 살피는 역할을 합니다.

장애물과 거리를 확인하는 센서

카메라, 라이다, 초음파와 거리 센서는 사람이나 가구, 문턱과 같은 주변 물체를 인식하는 데 사용됩니다.

그러나 센서가 있다고 해서 모든 장애물을 완벽하게 발견하는 것은 아닙니다. 반사되는 표면이나 어두운 환경, 바닥에 놓인 작은 물건은 인식이 어려울 수 있어 여러 종류의 센서를 함께 사용하는 경우가 많습니다.

관절의 위치와 속도 확인

로봇 관절에 설치된 엔코더는 관절이 어느 위치에 있고 얼마나 빠르게 움직이는지 측정합니다. 명령한 움직임과 실제 움직임이 다르면 저항이나 충돌이 발생했을 가능성을 판단할 수 있습니다.

밀어붙이지 않고 물러서는 힘 조절

일반적인 기계는 정해진 위치에 도달하는 것을 중요하게 생각합니다. 하지만 사람과 접촉하는 로봇이 목표 위치만 고집하면 사용자의 몸에 과도한 힘을 가할 수 있습니다.

이를 줄이기 위해 사용되는 대표적인 방식이 임피던스 제어와 어드미턴스 제어입니다.

임피던스 제어: 로봇을 부드러운 스프링처럼

임피던스 제어는 로봇이 외부 힘에 얼마나 단단하거나 부드럽게 반응할지를 조절합니다.

사용자가 로봇을 밀었을 때 완강하게 버티는 대신, 스프링처럼 조금 물러나도록 만드는 방식입니다. 로봇 관절의 위치만 맞추는 것이 아니라 힘과 움직임 사이의 관계를 조절한다는 점이 핵심입니다.

어드미턴스 제어: 사용자의 힘을 움직임으로 변환

어드미턴스 제어는 센서가 측정한 힘을 바탕으로 로봇의 이동 방향과 속도를 결정합니다.

사용자가 보행 보조 로봇의 손잡이를 앞으로 가볍게 밀면 로봇이 그 힘을 이동 의도로 해석해 움직이는 방식입니다. 힘이 줄거나 반대 방향으로 작용하면 속도를 낮추거나 멈출 수 있습니다.

두 방식 가운데 하나가 항상 더 안전한 것은 아닙니다. 로봇의 구조와 모터, 사용 목적과 이용자의 상태에 맞춰 제어 방법을 설계하고 검증해야 합니다.

위험할 때는 어떻게 멈출까

부드럽게 움직이는 기능만으로 안전이 완성되지는 않습니다. 센서가 잘못된 정보를 보내거나 예상보다 큰 힘이 발생했을 때를 대비한 별도의 보호장치가 필요합니다.

속도와 힘의 제한

사람 가까이에서 움직일 때는 로봇의 최대 속도와 힘을 제한해야 합니다. 사용자의 몸과 가까워지거나 접촉이 감지되면 평소보다 느리게 움직이도록 설정할 수 있습니다.

비상 정지와 수동 해제

이상 움직임이 발생했을 때 사용자나 보호자가 바로 누를 수 있는 비상 정지 버튼이 있어야 합니다.

전원이 꺼졌을 때도 사용자가 장비에 갇히지 않도록 손으로 잠금장치를 풀거나 안전한 자세로 내릴 수 있는 수동 해제 방법을 사용해야 합니다.

한 가지 센서에만 의존하지 않는 설계

안전에 중요한 기능을 센서 하나에만 맡기면 해당 센서가 고장 났을 때 위험해질 수 있습니다. 여러 센서의 결과를 비교하거나, 이상 신호가 발생하면 작동을 제한하는 방식이 필요합니다.

HRI는 로봇의 표정만을 의미하지 않는다

HRI는 Human-Robot Interaction, 즉 사람과 로봇의 상호작용을 다루는 분야입니다.

돌봄 로봇에서는 사람이 로봇의 다음 행동을 쉽게 예상할 수 있도록 만드는 것이 특히 중요합니다. 고령자가 로봇의 움직임을 이해하지 못하면 기술적으로 안전하더라도 불안하거나 위협적으로 느낄 수 있습니다.

다음 행동을 미리 알려주기

로봇이 갑자기 움직이지 않고 음성이나 불빛으로 다음 행동을 먼저 알려주는 것이 좋습니다.

“이제 천천히 일어나도록 도와드리겠습니다.”

이런 짧은 안내가 있으면 사용자는 몸과 마음을 준비할 수 있습니다.

사용자가 언제든 중단할 수 있게 하기

작동 중에도 “멈춰”, “천천히”와 같은 간단한 음성이나 버튼으로 동작을 조절할 수 있어야 합니다. 음성인식이 잘되지 않을 상황을 고려해 물리적인 버튼도 함께 제공하는 편이 안전합니다.

인지와 감각의 변화를 고려하기

청력이 약한 사용자를 위해 음성과 화면 안내를 함께 제공하고, 시력이 좋지 않은 사람도 알아볼 수 있도록 글씨와 버튼을 크게 만들어야 합니다.

인지 기능이 저하된 사용자에게는 복잡한 메뉴보다 한 번에 한 가지 행동만 안내하는 방식이 적절합니다.

ISO 13482에서 확인하는 개인 돌봄 로봇

개인 돌봄 로봇의 대표적인 안전 기준으로 ISO 13482가 있습니다. 이 표준은 개인의 삶을 지원하는 로봇을 다음과 같이 구분합니다.

• 물건과 서비스를 제공하는 이동형 로봇
• 사용자의 신체 능력을 보조하는 로봇
• 사람을 목적지까지 운송하는 로봇

표준에서는 안전한 설계와 보호 조치, 사용정보뿐 아니라 사람과 로봇의 신체 접촉에서 발생할 수 있는 위험을 다룹니다.

다만 제품 설명에 ISO 13482 고려라고 적혀 있는 것과 공인된 시험·인증을 거쳤다는 것은 같은 의미가 아닙니다. 어떤 기관에서 어떤 범위의 시험을 받았는지 확인해야 합니다.

또한 ISO 13482는 의료기기로 분류되는 로봇에 그대로 적용되는 기준은 아닙니다. 재활이나 치료 목적으로 사용하는 제품은 해당 국가의 의료기기 규정과 허가 여부도 별도로 확인해야 합니다.

출처: ISO 13482:2014 – Personal Care Robot Safety

부모님이 사용할 로봇이라면 확인할 것

로봇의 기능보다 고장이나 돌발 상황에서 어떻게 대응하는지를 먼저 확인하는 편이 좋습니다.

• 비상 정지 버튼이 손에 잘 닿는가
• 사용자가 “멈춰”라고 하면 즉시 정지하는가
• 속도와 보조력을 사용자별로 조절할 수 있는가
• 정전이나 배터리 방전 시 안전하게 내릴 수 있는가
• 손가락·옷·피부가 끼일 수 있는 부분은 없는가
• 좁은 복도와 문턱에서도 안정적으로 움직이는가
• 처음 사용할 때 전문가의 평가와 교육을 제공하는가
• 사고와 고장 발생 시 연락할 국내 지원체계가 있는가
• 의료기기라면 국내 허가 여부를 확인할 수 있는가

가능하다면 전시장에서 잠깐 작동해 보는 것보다, 실제 사용 공간과 비슷한 환경에서 충분히 체험하는 것이 좋습니다.

로봇이 안전하다는 말보다 중요한 것

사람과 접촉하는 로봇에 절대적인 안전을 보장하기는 어렵습니다. 센서와 제어 기술이 발전해도 사용자의 건강 상태와 집의 구조, 보호자의 교육 수준에 따라 위험은 달라질 수 있습니다.

따라서 “AI가 알아서 안전하게 제어한다”는 광고 문구만 믿기보다 다음 내용을 구체적으로 확인해야 합니다.

• 어떤 위험 상황을 감지할 수 있는지
• 감지하지 못하는 상황은 무엇인지
• 최대 힘과 속도는 어느 정도인지
• 사용 전 평가와 교육은 누가 담당하는지
• 정기점검과 소프트웨어 업데이트는 어떻게 제공되는지

IDiA Insight

부모님을 부축할 때 우리는 상대방의 표정과 몸의 긴장, 발의 움직임을 살피면서 자연스럽게 힘을 조절합니다.

돌봄 로봇이 배워야 하는 것도 단순히 강한 힘을 내는 방법이 아닙니다. 언제 힘을 보태고, 언제 기다리며, 언제 즉시 물러나야 하는지를 판단하는 능력입니다.

좋은 돌봄 로봇의 기준은 얼마나 무거운 사람을 들어 올릴 수 있느냐보다, 사용자의 작은 움직임과 불편함에 얼마나 안전하고 예측 가능하게 반응하느냐에 있습니다.

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참고자료

• ISO 13482:2014 – Safety Requirements for Personal Care Robots
• ISO/TR 23482-1:2020 – Safety-related Test Methods
• NIST – International Standards Efforts Towards Safe Human-Robot Interaction
• Human–Robot Interaction: Variable Admittance Control and Safety

✍️ IDiA 편집팀 드림

부모님의, 그리고 우리의 더 나은 내일을 위해 세계 각국의 에이지테크 사례와 자료(WHO·OECD 등)를 찾아 쉽게 풀어 전해드립니다.

📌 Disclaimer (안내 사항)

본 콘텐츠는 기술 정보 제공을 목적으로 하며 의료적 진단이나 제품의 안전성을 보증하지 않습니다. 신체와 직접 접촉하는 돌봄·재활 로봇은 사용자의 건강 상태를 평가한 뒤 관련 전문가의 안내에 따라 사용하시기 바랍니다.