최근 굴삭기 무인 조종 시스템‘아바탄’을 중장비 시장에 선보이며 기술혁신을 선도하고 있는 ㈜한화가 지난 6일 한양대학교 안산캠퍼스 BMR연구센터에서 ‘아바탄’ 시연회를 개최했다.

유저 및 고객들의 관심 속에 치러진 이날 시연회는 개발참여 연구진의 아바탄 제품 설명회를 시작으로 질의응답, 현장시연 순으로 진행됐다.

먼저 제품 설명회에서는  ㈜한화 항공사업부  연구개발5팀  박소영 주임연구원이  나서 ‘아바탄’ 시스템의  주요 부품 라인업인  원격조종장치, 레버조작장치, 페달 조작장치 등에 대한 소개와 더불어 무인조종시스템의 편의성 및 안정성과 관련된 기대효과를 중점적으로 브리핑했다.

박 연구원은 “대규모 건설, 토목 현장에서는 수많은 재해요인이 도사리고 있어 운전자의 인명, 재산상의 심각한 피해를 유발할 수 있다. 하지만 굴삭기 원격 조종이 가능한 ‘아바탄’ 을 현장에 적용하면 건물 철거, 재난지역 공사 시 전복, 협착, 추락의 가능성이 있는 위험작업 현장에서 운전자를 안전하게 보호하면서 작업 능률 향상까지 도모할 수 있다”고 설명했다.

기존의 무인조종시스템은 사람과 비슷한 사이즈의 휴머노이드 로봇을 탑승시키거나, 굴삭기 시트를 제거한 후 로봇을 장착해 원격으로 조종하는 방식이었다.

하지만 이 같은 방식은 사용자가 현장에서 장탈착 하기가 복잡해 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 휴대성이 결여돼 실용적이지 못하다는 단점을 가지고 있다.

반면‘아바탄’은 여성도 쉽게 조작할 수 있는 컴펙트한 사이즈로 휴대가 간편하면서 굴삭기 조종간 탈부착이 보다 용이하도록 심플한 디자인으로 설계돼 기존 제품의 단점을 획기적으로 극복했다.

이에 대해 박 연구원은“굴삭기 내부에 탑재되는 레버 조작 장치와 페달 조작 장치의 사이즈가 작다는 것은 탈·부착과 조작방법을 용이하게 해 20~30분내 탈부착이 가능하다. 이에 따라 설치에 따른 불필요한‘루즈타임’을 최소화할 수 있다”면서“뿐만 아니라 제품이 장착된 상태에서도 동일한 조작공간을 제공해 운전자의 탑승을 가능하게 해 위험하면서 정밀 작업을 요하는 현장에서 유·무인 굴삭작업이 가능하다”고 말했다.

그는 이어“현재‘아바탄’이 탄생하기까지 수많은 시행착오가 있었지만 어떻게 하면 운전자 입장에서 제품을 더욱 편리하게 운용할 수 있을까 라는 물음을 되새기며 수많은 테스트 과정을 거쳐 기술 및 성능, 내구성을 끌어올릴 수 있었다”며“이를 계기로 향후 더 많은 작업환경에 적용 가능한 다양한 라인의 아바탄 제품군을 선보여 적용영역을 넓혀갈 계획”이라고 포부를 내비쳤다.

작업 시야 확대 꾀해 안전과 작업능률 향상 동시 실현

제품 브리핑 후 이어진 질의응답 시간에는 많은 질의가 오갔다. 특히 탑승조정간에 비해 크기가 작은 원격조종장치가 과연 효율적으로 작동되는지에 대한 질문이 많았다.

즉, 실제 수십년 간 탑승 조종간에 익숙해 있는 운전자들이 컴팩트한 사이즈의 원격 조종장치에 잘 적응할 수 있을지에 대한 의문인 것.

이에 대해 연구팀 한 관계자는 “개발 초기 운전자의 적응도 및 숙련도를 높이기 위해 실제 굴삭기 레버의 크기와 동일한 사이즈로 구상해 현장 테스트를 진행한 결과, 공간적 제한이 없는 외부 작업 현장에서 이동이 용이하지 않다는 한계를 체험할 수 있었다” 면서 “이는 사용 운전자의 안전은 보장할 수 있는 반면, 운전자의 이동에 불편을 초래해 작업능률을 현저히 떨어 뜨릴 수 있다는 치명적인 단점을 안고 있다.

이 같은 단점을 극복하기 위해 아이디어회의를 거듭한 결과, 무인헬리켐(드론) 조종시 사용되는 소형 조이스틱과 같이 이동시 휴대가 용이하 고 간편한 설치가 가능하도록 사이즈를 소형화하기로 결정했다” 고 설명했다.

이어“물론 소형화된 원격조종장치에 운전자들이 적응할 수 있는가에 대해서는 내부적으로도 의문이 있었지만 실제 수 십년 경력의 베테랑 운전자들을 대상으로 테스트를 거친 결과, 숙련 및 적응 소요기간은 일주일을 넘기지 않았을 뿐만 아니라 외부조종시 작업 시야가 넓어져 신속하면서 정확한 작업을 진행할 수 있었다는 긍정적인 피드백을 얻었다.

원격조종장치 레버가 실제 레버와 비례하게 굴삭기를 조종할 수 있도록 정교하고 정밀하게 설계했다” 고 답했다.

실제 이어진 시연회에서 원격조종장치에 숙련된 운전자가 원격조종장치를 목에 걸고 편안하게 굴삭작업을 진행하는 것을 직접 확인할 수 있었다.

시연을 마친 운전자는 “처음 아바탄을 설치해서 조작했을 때도 실제 굴삭기 내부 조종간을 소형화 했다는 차이만 있을 뿐 조이스틱 운용에 있어서 불편함을 느낄 수 없었다” 면서 “특히 시야가 확보돼 안정감이 생겨 작업능률이 향상된다는 것을 피부로 체감 할 수 있고, 탑승조종시 강한 진동과 충격으로 인해 쉽게 느낄 수 있는 피로감이 없어서 운전자들이 좋아할 것 같다”고 소감을 전했다.

가격경쟁력 갖춘 세계 유일 소형·경량 굴삭기 무인조종시스템

‘아바탄’ 은 무엇보다 소형·경량화 된 세계최초의 굴삭기 무인조종 시스템이란 점이 가장 큰 메리트다.

기술선진국인 일본, 유럽에서 조차도 ‘아바탄’ 과 같은 소형화 경량화 된 굴삭기 무인조종시스템이 상용화 되지 않았다.

이와 유사한 무인조종시스템이 글로벌 브랜드를 중심으로 시장에 보급·상용화 됐지만 기존 유압식 굴삭중장비의 별도 개조·변형 없이 작업자가 간단하게 탈부착 할 수 있는 소형·경량화 제품은 ‘아바탄’ 이 유일하다.

㈜한화는 이 시스템의 사업화가 가시화되면서 판매단가 검토를 완료했고, 맥시멈 가격을 1천700만원 선으로 고려하고 있다. 기존의 무인조종시스템이 수억 원 대를 호가한다는 점을 미뤄본다면 파격적인 가격이 아닐 수 없다.

아울러 ㈜한화는 가격경쟁력 뿐만 아니라 최상의 품질경쟁력을 위해 품질관리에도 전사적인 내실을 기한다는 방침이다.

㈜한화 항공사업부 항공우주연구소 연구개발5팀 박소영  주임연구원은 “최종 제품만 품질관리를 위해 살펴보는 것이 아니라 전 공정에서 각각의 공정마 다 품질관리를 위한 내부 표준화를 진행하고 있다” 면서 “무엇보다 제품의 퀄리 티가 최우선시 되고 있기 때문” 이라고 설명했다.

이어“이를 계기로 작업장의 모든 위험요소로부터 산업재해를 예방할 수 있도록 다양한 제품 라인업을 구축해 굴삭기와 조종 메카니즘이 유사한 건설용 중장비로 범위를 넓혀나갈 것” 이라고 계획을 밝혔다.

굴삭기 무인조종시스템으로 중장비 시장에 획기적인 혁신을 가져다 줄 ‘아바탄’ 이 글로벌 시장에서도 국내기술의 우수성을 전파하는 선봉장이 되기를 기대해 본다.

Q.시연회 브리핑을 통해 강조한 부분은?

건설용 중장비 산업재해 중 버킷 굴삭기 사고 사망비율이 높은 비율을 차지하고 있다는 점은 굴삭 작업환경이 매우 위험하고 열악하다는 현실을 보여줍니다.

이러한 배경과 필요성을 바탕으로 제품을 개발에 착수하게 됐으며, 본 제품이 기존 굴삭 기 무인조종시스템과 차별화된 강점이 무엇인지를 사례를 들어 이해하기 쉽도록 비교해 설명하는데 초점을 맞췄습니다.

Q.개발과정에서 가장 큰 난제와 극복과정이 궁금하다.

아바탄은 2011년부터 3년간 주관기관인 ㈜한화와 6개 참여기관(한양대학교, 전자부품 연구원, 플렉스시스템 등)이 산업통상자원부에서 시행한 산업기술혁신사업의 과제를 통해 개발에 착수했는데, 각 기관들이 담당했던 개발 분야는 모두 다르지만 시스템 측면에서 봤 을 때 기술적으로 연계되어 있었고, 무엇보다 소통이  중요했습니다.

하지만 기관수가 많은데다 각 기관들의 위치가 물리적으로 흩어져 있었기 때문에 협업 해야 할 일들을 일정에 맞게 원활하게 처리하기가  어려웠습니다.

그래서 7개 기관이 실무자 협의를 정기적으로 실시하여 계획대비 현재 상태를 점검하고 추후 일정을 조율하였으며, 조치되어야 할 사항들은 즉각 처리될 수 있도록 관리했습니다.

모두 업무가 바쁘지만 함께 설정한 공동의 목표를 꼭 해내야겠다는 마음이 통했던 덕에 성공적으로 목표를 달성할 수 있었다고 생각합니다.

Q.장치 간 원활한 통신과 구동이 가능했던 비결과 통신 리스크에 대한 솔루션은?

본 제품은 운전자가 원격조종장치 조이스틱으로 조종하는 정도에 정확하게 비례하게 레버/페달조작장치를 제어합니다. 굴삭기 운전이 숙련된 사람이라면 본 제품의 조종감을 적응해 자유자재로 굴삭기 작업을 정확하게 할 수 있습니다.

특히 무선통신을 이중으로 설계해 사용 중인 통신채널에 이상이 발생할 경우 다른 채널로 전환되어 운전자가 정상적으로 작동시키는데 문제가 되지 않도록 이원화 했습니다. 또한 두 채널에 모두 문제가 발생할 경우에는 비정상 상태로 간주돼 즉시 모든 동작을 정지시키고 굴삭기의 레버와 페달이 중립으로 위치하도록 설계했습니다.

Q.사이즈를 소형화 하게 된 동기는 무엇이며, 추가적인 인터페이스 구성계획은 무엇인지?

본래 개발 초기에는 원격조종장치가 현재 디자인보다 훨씬 컸습니다. 조이스틱의 크기가 실제 굴삭기 레버의 크기와 유사하였고, 스위치와 조이스틱의 간의 간격이 넓었습니다. 물론 그럴 경우 운전자가 조종감을 적응시키는 시간은 적게 소요된다는 장점이 있습니다.

하지만 실질적으로 운전자가 원격조종을 할 때에는 작업 시야가 확보되며 안전이 보장되는 지역으로 위치를 이동해가며 운전하기 때문에 원격조종장치를 목에 걸고 작업하는 것이 편리하며, 무게 과중으로 인한 피로도를 감소시키기 위해 소형 경량화 설계를 적용하게 되었습니다.

2014년 3월 싱가포르 시연회 당시 실제 굴삭기 운전자가 현재 사이즈의 원격조종장치를 운전해본 결과 일주일 정도 사용하면 손에 익숙해지며 탑승 조종과 동일 수준의 작업효율이 나왔습니다.

현재 출시예정 모델은 굴삭기 레버, 페달 조작이 가능한 기본모델 이지만 브레이커 등의 추가 기능을 원하는 고객 요청이 많아 가능토록 적용할 계획입니다.

Q.노후화 된 굴삭기에 설치 시 장치의 가동여부는 무리가 없는지

‘아바탄’ 은 사람을 대신해 굴삭기 레버와 페달을 조작하는 것이 주 기능으로, 출력이 좋은 모터를 채택하여 사용하였기 때문에 아무리 노후화된 장비라고 할지라도 운전자가 조작할 수 있는 수준의 굴삭기 레버와 페달이라면 제품은 무리 없이 가동됩니다.

또한 굴삭기 노후화로 인해 캐빈 내부의 환경이 분진과 빗물에 영향을 받더라도 조작장치 내부로 침투하지 않도록 환경적 보호등급을 만족하도록 설계해 외부 환경에 대한 내구력을 갖추도록 했습니다.