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중소기업 기술로드맵 조회결과

로드맵 분류표 보기    
노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 웨어러블 로봇은 인간의 신체로부터 생체신호를 측정하여 구동부를 제어하며, 이로써 착용자의 신체능력을 향상시키고자 하는 장치를 의미
  • 범위 : 노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇은 인체에 부착된 기구부를 구동하여 착용자의 근력을 보조하며 특히 사용하지 않는 근육의 퇴화를 방지하고 정상기능을 할수 있도록 하는 재활분야 의료용 로봇으로 주로 사용되며, 고령화로 인한 사회적 요구의 증대와 장애를 가진 사용자들을 위한 기술적 보완 분야로 정의될 수 있음
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점의 범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇 기반 기술 구동기 기술
  • 모터 및 감속기 기술
  • 유압/공압 등의 큰 힘을 내기 위한 구동 기술
  • 높은 착용성을 위한 차세대 소프트 구동기
운동학 정보 측정 기술
  • 위치, 자세, 속도, 가속도 등의 측정 기술
  • 힘 정보 측정 기술(구동력, 접촉력 등)
동작의도 파악 기술
  • 뇌파(EEG), 근전도(EMG) 등의 생체신호 기반 동작의도 파악
  • 조이스틱, 스마트폰 등을 통한 수동입력 방식
임베디드 제어 기술
  • 실시간 제어 알고리즘과 이를 위한 RTOS 구현 기술
  • 장치 드라이버 및 전원관리 등의 추가 요소기술
족저압 측정
  • 지면반력 측정 위한 압력 측정 기술
로봇 데이터 관리
  • 관절각도 및 각속도, 관절토크, 족저압, 배터리 잔량 등
착용자 데이터 관리 생체 데이터
  • 맥박, 호흡량, 산소포화도, 근전도 등
신체 데이터
  • 착용자 나이, 성별, 신장, 몸무게 등 (그외 심리적 데이터 포함 가능)

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마공급망 관점세부기술
노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇 실버산업
  • 기존의 보행보조기는 평지에서 밀고 나갈수 있을 정도의 상황에서만 제한적으로 이용이 가능했으나, 근력보조 웨어러블 로봇은 계단이나 경사 등에서 정상보행이 가능하도록 개발되어야 함
  • 기존의 보행보조기를 사용할수 없을정도로 근력이 약화된 노인을 위한 경우에, 웨어러블 로봇은 미세한 생체신호 명령만으로도 근력보조되는 구동기를 이용하여 보행뿐만 아니라 앉고 서는 등의 일상생활이 가능하도록 개발되어야 함
  • 허리나 무릎 관절 등이 약해진 상황에서는 근력보조를 하면서도 동시에 부상이 없도록 안전성을 가지는 설계가 요구됨
헬스케어
  • 일상생활에서 가벼운 운동과 자세 교정 등의 역할이 기대되며, 웨어러블 로봇에 부착된 각종 센서를 이용한 건강상태 모니터링, 자세나 보행의 교정 등의 부가기능 확장 가능성이 기대됨
  • 노인 및 장애인을 위한 의료용 웨어러블 로봇 기술은 넓은 범주에서 헬스케어에 포함될수 있지만, 근력보조 등의 세부기술 요소는 이와 차별화되는 부분이 많이 존재함
하지 부분마비 재활치료
  • 하지 부분마비 환자의 재활치료를 위한 웨어러블 로봇 개발에서는 상체 기울어짐을 통한 보행의도 분석 등의 기술 연구가 필요함
하지 완전마비 보행보조
  • 척수 손상 등으로 인한 하지 완전마비 환자의 보행보조를 위한 웨어러블 로봇 개발에서는 사용자가 로봇의 구동을 느낄수 있도록 해주는 햅틱기술이나 다양한 일상환경에서의 보행보조를 위한 정밀 구동제어 기술 등이 요구됨
3. 시장현황 및 전망분석
(1) 세계시장

ABI 리서치(미국 뉴욕)에 따르면 웨어러블 로봇 시장은 2016년 8,940만 달러에서 2021년 4억 7,390억 달러로 연평균 39.6%의 성장을 할 것으로 분석

(단위: 백만달러, %)

스포츠 시뮬레이터 로봇 분야의 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 89.44 124.8 174.2 243.2 339.5 473.9 39.6

* 출처 : ABI Research, 2015

(2) 국내시장

‘16년 말 기준으로 로봇산업 총 생산액은 4조 4,903억 원으로, 전년도 생산액 3조 9,576억 원 대비 13.5% 증가

(단위: 억원, %)

국내 로봇시장 현황
구 분 (증감)생  산매  출수  출수  입
201420152016비중201420152016비중201420152016비중201420152016비중
제 조 23,061 24,293 26,688 (9.9) 59.4 24,671 25,831 27,009 (4.6) 58.8 6,694 6,751 6,916 (2.4) 72.9 2,834 4,391 3,990 (△9.1) 64.2
서비스 4,624 5,885 7,107 (20.8) 15.8 5,020 6,277 7,464 (18.9) 16.2 1,098 1,046 1,540 (47.2) 16.2 363 445 781 (75.5) 12.6
  전 문 1,377 2,629 3,733 (42.0) 8.3 1,615 2,830 4,055 (43.3) 8.8 154 320 734 (129.4) 7.7 182 213 690 (223.9) 11.1
개 인 3,247 3,256 3,374 (3.6) 7.5 3,45 3,447 3,409 (△1.1) 7.4 944 726 806 (11.0) 8.5 181 232 91 (△60.8) 1.5
부 품 6,135 9,397 11,108 (18.2) 24.7 7,983 10,060 11,499 (14.3) 25.0 312 362 1,027 (183.7) 10.8 1,780 1,558 1,442 (△7.4) 23.2
합 계 33,820 39,575 44,903 (13.5) 100 37,674 42,168 45,972 (9.0) 100 8,104 8,159 9,483 (16.2) 100 4,977 6,394 6,213 (△2.8) 100

* 출처 : 2017 로봇산업실태조사 보고서(한국로봇산업협회, 2017년)

4.기술분석
(1)기술환경분석

국내외 근력보조 웨어러블 로봇 분석

  • 정상인의 근력증강을 위한 웨어러블 로봇이 개발됨에 따라, 그 간의 원천기술을 이용하여 재활치료, 근력보조 목적의 노인 및 장애인용 웨어러블 로봇이 개발됨. 따라서 노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇의 연구기관은 기존에 근력증강 웨어러블 로봇 연구를 선행하였음

경제사회적 파급효과

  • 현재 전 세계적으로 보조기를 필요로 하는 인원은 약 1억3000만 명 정도로 추정됨
  • 이로 인한 웨어러블 로봇 시장은 2014년 이후 연평균 69%씩 성장할 것으로 전문가들은 예측하고 있음. 보행보조와 간병, 재활치료용 보조 로봇의 수요는 계속해서 증가할 것임
  • 한정된 자원으로 인해 현재 치료를 받지 못하고 있는 잠재환자들이, 웨어러블 로봇을 통하여 일상생활에서 재활치료를 받고 원격으로 진료를 받을 수 있게 되면 현재 그 크기를 가늠하기 어려울 정도의 큰 잠재시장이 생성될 것임
  • 전 세계적으로 수요가 확대되고 있는 웨어러블 로봇이나, 관련 기술의 연구는 특정국가에 집중되어있는 현실임
  • 현재 상용화 되어 있는 로봇도 고가의 로봇들이어서 시장이 제대로 형성되지 않은 상태임
    - 일반인들이 구매하여 일상생활에서 효과를 볼 수 있는 저가의 로봇을 개발하여 세계 시장에 대량으로 공급 가능
  • ▪ 또한 웨어러블 로봇을 위하여 개발된 핵심요소기술들은 그 외 지능형 서비스로봇에도 응용가능, 우리나라가 로봇강국으로 입국하기 위한 원초기술이 될 것임

지능형로봇 개발 및 보급 촉진법에 따라 로봇제품 보급 확산을 통한 국내외 시장창출을 목적으로 시장창출형 로봇보급 사업이 운영 중임

  • 산업부와 로봇 수요처인 각 관계부처 협력을 통해 운영하고 한국로봇산업진흥원에서 평가 및 관리 총괄
  • 기본방향은 신제품 개발 이후 시장창출 단계 중간 단계를 지원하여 로봇기업의 사업화 적용실적 확보와 제품의 우수성 입증기회 제공을 하고 있음
  • ‘11년부터 ‘16년까지 111개 과제 1,091억 원 예산을 투입하여 2,756억 원 매출 성과
  • 의료재활, 로봇부품, 농업용, 수중로봇, 국방용, 교육용 등의 공공수요 발굴형과 공모 방식 발굴형 사업으로 다양한 분야에 투입하고 있음

사회안전 분야 웨어러블 로봇으로 ‘15년 4대를 투입함

  • 대형재난 현장에서 인명구조 및 화재진압 소방관의 근력지원용으로 경북소방학교 등에 투입
  • 지원사업비 6억원 예산투입으로 36억원 매출 성과, 2022년까지 966억원 매출 달성을 전망
  • 비용 대비 편익의 비율도 약 2.14로 추정
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 노인과 장애인을 위한 근력보조 웨어러블 로봇 분야의 핵심요소기술 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
사용자 의도파악 기술 사용자 의도파악을 위한 근전도/비전/족압/가속도 등의 센서융합 기술 센서융합 기술 기반의 사용자 의도 파악
상체 기울어짐을 통한 보행의도 추정 기술 센서융합 기술 기반의 사용자 의도 파악
무저항 구동제어 기술 무저항 정밀 토크 보조력 생성 기술 정밀 힘 보조력 제공을 위한 무저항 구동제어
무저항 구동기 설계 및 제작 기술 정밀 힘 보조력 제공을 위한 무저항 구동제어
고정밀 구동장치 설계기술 경량/소형화된 고정밀 구동장치 설계 기술 경량/소형화된 일체형 고정밀 구동모듈 제공
전원, 센서, 구동기 등이 일체화된 구동모듈 양산 기술 경량/소형화된 일체형 고정밀 구동모듈 제공