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중소기업 기술로드맵 조회결과

로드맵 분류표 보기    
착용형 근력증강 웨어러블 로봇
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

착용형 근력증강 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 : 착용형 근력증강 웨어러블 로봇은 인체에 부착된 기구부를 구동하여 착용자의 근력을 보조하며, 다양한 응용분야 중에서도 특히 제조/안전/국방 등 분야에서의 용도는 큰 시장성을 가지는 것으로 전망되어 전 세계적으로 개발 경쟁이 진행 중
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
착용형 근력증강 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
기술개발 테마공급망 관점세부기술
착용형 근력증강 웨어러블 로봇 국방
  • 주로 무거운 무기나 짐을 운송하거나 장시간 보행하기 위한 기술이 요구되며, 강인한 환경에서 사용될수 있도록 높은 강도와 안전성을 갖는 설계가 필요함
안전
  • 소방, 원전 등의 재난상황에 적용될수 있는 웨어러블 로봇  기술이 요구되며, 사회안전 전반에 걸쳐 도출되는 요구에 맞춤형 기술 개발이 필요함
근로
  • 작업자 지원을 위한 웨어러블 로봇 기술은 큰 수요가  있으며  주로  큰 힘을 내거나 반복작업 등을 도와주는 기술과  근로자가  작업중  부상을  입지 않도록 하는 안전성 관련 기술로 구분 가능함
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
엔터테인먼트
  • AR이나 VR 등의 기술을 웨어러블 로봇에 접목하여 엔터테인먼트 시장 진출을 위한 요소기술 개발이  요구됨.  현재 시각정보  수준만으로 가상체험 제품 개발이 이뤄지고 있으며, 3~6축 구동하는 의자에 앉아서 가속을 느끼도록 하는 제품으로 진전되고 있음.
  • 웨어러블 로봇은 보다 높은 몰입감을 느낄수 있도록 하는 정밀 힘 제어 기술을 이용하여 차세대 엔터테인먼트 제품의 큰 포텐셜을 가짐
3. 시장현황 및 전망분석
가. 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

[웨어러블 로봇 분야의 세계 시장규모 및 전망]

(단위: 백만달러, %)

제품 시장현황 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 89.4 124.8 174.2 243.2 339.5 473.9 39.6

* 웨어러블 로봇 분야의 세계 시장규모 및 전망

나. 국내시장

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

[국내 로봇시장 현황]

(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
가. 착용형 근력증강 웨어러블 로봇 특허 상 주요 기술

주요기술

  • 착용형 근력증강 웨어러블 로봇은 크게 강성설계기술과 인체동작해석기술, DB구축기술로 분류될 수 있고, 강성설계기술은 구동모듈 설계 기술과 강성 제어 알고리즘 기술로, 인체동작해석기술은 신체부착 센서의 고정밀 측정 기술, 3차원 모션캡쳐 기술, 최적 보조력 시뮬레이션 기술, DB구축기술은 인체 근골격계 데이터를 DB화 하는 기술로 분류됨
외골격형과 슈트형 근력증강 시스템 비교
분류요소기술설명
  강성설계기술 구동모듈 설계 기술 탄성체 기반의 가변강성 구동모듈 설계 기술
강성 제어 알고리즘 기술 수동/부분수동/능동 구동방식의 강성 제어 알고리즘 기술
    인체동작해석 신체부착 센서의 측정 기술 작업자 의도 파악을 위한 신체부착 센서의 고정밀 측정 기술
3차원 모션캡쳐 기술 운동역학 데이터 추출을 위한 3차원 모션캡쳐 기술
최적 보조력 시뮬레이션 기술 착용자와 로봇의 상호작용이 반영된 최적 보조력 시뮬레이션 기술
DB구축기술 인체 근골격계 DB 구축 기술 인체의 근골격계 데이터를 객관화/표준화하기 위한  DB  구축 기술

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

나. 중소기업 특허전략 수립 방향 및 시사점

착용형 근력증강 웨어러블 로봇 분야의 공백기술 분야는 운동역학 데이터 추출을 위한 3차원 모션캡쳐 기술이고 중소기업의 시장진입 상대적으로 수월한 분야는 인체 근골격계 DB 구축 기술 및 신체부착 센서의 측정 기술로 나타남

  • 착용형 근력증강 웨어러블 로봇 분야는 자동차 회사를 중심으로 연구개발이 진행되고 있고, 그 외에도 인공지능 및 센싱 기술 등 다양한 분야가 융합되는 기술로 현재는 대기업, 대학, 출연연, 중소기업 모두가 연구개발을 진행하고 있는 기술 분야임
  • 단일 기술로 개발이 되기 어려운 기술이기 때문에 강성설계 기술은 자동차 회사를 중심으로 이루어지고 있으며, 중소기업은 신체부착 센싱 및 최적 보조력 시뮬레이션 기술에 집중하는 것이 향후 대기업과의 협력을 위해 유리할 것으로 판단됨
  • 또한 보행이 불편한 노약자 등을 위한 생활보조용 로봇이나 장애인의 장애부위를 보조할 수 있는 착용형 로봇이 필요하기 때문에 특성화된 기능 가지는 로봇을 위해 병원이나 재활의학과 등과의 긴밀한 협업이 필요함
  • 향후 중소기업은 상대적으로 경쟁이 치열하지 않은 인체 근골격계 DB 구축 기술 및 신체부착 센서의 측정 기술을 공공연구기관의 기술을 이전받거나 공동은 연구개발하여 제품화하는 특허전략을 수립하는 것이 바람직할 것으로 사료됨
  • 특히 구동모듈 설계 기술은 서강대학교, 전남대학교, 한양대학교가 보유한 기술을 바탕으로 인체동작해석 기술을 개발하여 공동으로 연구개발을 추진하는 것을 우선적으로 고려해 볼 수 있을 것으로 판단됨
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 착용형 근력증강 웨어러블 로봇 분야 핵심요소기술 ]

착용형 근력증강 웨어러블 로봇 분야 핵심요소기술
분류핵심요소기술개요
      강성 설계기술   탄성체 기반의 가변강성 구동모듈 설계 기술   자세 및 중량지지 보조를 위한 강성제어 기술 개발
  수동/부분수동/능동 구동방식의 강성 제어 알고리즘 기술   자세 및 중량지지 보조를 위한 강성제어 기술 개발
        인체동작 해석   작업자 의도 파악을 위한 신체부착 센서의 고정밀 측정 기술   다양한 사용자와 작업 환경에서의 로봇 보조력 최적화 기술 개발
  운동역학 데이터 추출을 위한 3차원 모션캡쳐 기술   다양한 사용자와 작업 환경에서의 로봇 보조력 최적화 기술 개발
  착용자와 로봇의 상호작용이 반영된 최적 보조력 시뮬레이션 기술   다양한 사용자와 작업 환경에서의 로봇 보조력 최적화 기술 개발
  DB구축 기술   인체의 근골격계 데이터를 객관화/표준화하기 위한 DB 구축 기술   DB 기반의 인체 데이터 모델링 자동화 기술 개발