병원용 자율반송로봇 개발

병원 내에서 사람이 운반하는 물건들(약, X선 필름, 의용재료 등)을 로봇운반으로 대체하는 무인반송시스템이 경영합리화 차원에서 개발되고 있고, 이미 일부병원에서는 내부반송업무의 기계화를 실현 중에 있다. 천장·벽면 내에 설치한 궤도나 파이프를 사용하여 물건을 반송하거나 통로표면에 자기테이프를 부착 또는 매몰시켜 이동하는 무인반송차 등이 그 예이다.
그러나 이러한 방법은 경로시공·변경에 따른 코스트 문제가 있다. 우수한 공장자동화기술을 축적해 온 일본 Matsushita전공은 Shiga 의과대학부속병원과 공동으로 2000년부터 병원 내의 업무효율화를 위한 반송로봇 ‘HOSPI’ 개발에 착수하여 완료하였다. 이 자료는 동 반송로봇에 대한 기술개발 내용을 요약 정리한 것이다. ㅣ편집자 주ㅣ

1. 병원용 자율반송로봇시스템

가. 개요

병원직원이 로봇에 목적지를 지시하면, 로봇이 미리 기억된 지도정보에 따라 주행경로를 결정하여 목적지를 향하는 시스템이다.
이 로봇은 도중에 사람이나 다른 물건과 만났을 때 회피 또는 일단정지가 가능하고, 이동 중에는 항상 통신실에 위치와 운행상황을 무선 통신할 수 있으며, 통신실은 각 목적지에 설치한 PC에 정보를 전달하여 직원이 항상 로봇상황의 파악이 가능토록 한다. 또한 반송물 운반을 위해 PC를 이용하여 로봇을 호출한다.

나. 자율반송로봇 ‘HOSPI’

·로봇의 주요 기술명세
- 크기 : 1,305×600×725(mm)
- 중량 : 약 120kg
- 주행속도 : 최대 1.0m/s
- 단층 넘기능력 : 5mm
- 운반중량 : 20kg
- 전원 : 연축전지 12V×2개 직렬
- 가동시간 7시간 이상
(50% 주행, 50% 대기)

·터치패널 디스플레이와 스피커
‘HOSPI’에 사용된 디스플레이는 지시를 직접 받기 위한 표시장치로서, 정지 중에는 수납고를 향하고 비밀번호를 입력하면 수납고 조작이 가능하다.
주행 중에 디스플레이는 진행방향을 향하고, 디스플레이 하부에 설치한 스피커로부터 음성을 통해 안전주위환기, 친밀감을 전달할 수 있다.

·구동바퀴
본체 중앙에 2대의 바퀴가 달려 있고, 각 바퀴의 회전차로 이에 따라 전진, 후퇴, 회전한다.

·센서
안전을 위해 많은 센서가 달려 있는데, 소개하면 다음과 같다.
- 레이저레이더센서 : 바닥 면으로부터 약 100mm의 수평면을 주사(Scan)면으로 하여 로봇진행방향 ±90°를 0.5°마다 거리측정(최대 8m)
- 수발진 병용 초음파센서 : 검지영역 위각도 30°의 원추형, 거리 200~1,200mm
- 범퍼센서 : 본체 하부의 모든 주위를 검지할 수 있도록 설치, 검지되면 로봇은 정지
- 적외선센서 : 본체 아래에 설치, 위험한 凹부위에서 정지

·제어시스템
휴먼 인터페이스용 및 모션컨트롤용으로 2대의 컴퓨터를 가지고 있다.

다. 반송시스템

로봇은 무선으로 통신실에 현재의 위치와 상태정보를 보내고, 통신실과 각 목적지에 설치한 PC는 정보를공유하는데, 다음은 이 시스템의 이점이다.
- 로봇주행상태(위치, 주변장애물 포함)를 알 수 있음
- 로봇자신이 보낸 반송물이 정확히 반송되었는지 여부를 알 수 있음
- 반송이 필요하면 로봇의 위치파악과 호출가능
- 여러 대의 로봇을 운행할 경우, 통신실을 통해 교통정리 가능

2. 기술의 특징

가. 안전과 효율성 조화

복잡한 병원 내에서 로봇이동의 최대문제는 안정성확보이다. 한편, 안전성에 유의하면 로봇동작이 지연되어 로봇업무의 비효율성문제가 제기된다.
안전성대책 외에도 로봇도입 병원에서는 도입할 때와 반송경로를 변경할 때 시공이 필요 없는 저 코스트일 것, 넓은 지역에 반송가능토록 오르내림이 가능할 것 등의 과제들이 있는데, HOSPI는 이를 극복하고 있다.

나. 장애물 센싱

안전 확보를 위해 사람, 집기, 이동침대 등 병원 내에 있는 물체들과의 충돌회피, 장애물회피를 위한 센서들(레이저레이더 센서, 초음파센서 등)을 장착하고 있다.
레이저레이더 센서는 스캔면에 있는 물체의 위치를 검지하고, 초음파센서는 스캔면보다 윗부분에 있는 물체를 정확히 검지한다.

다. 속도제어

충돌회피를 위해서는 장애물과의 거리에 따라 로봇속도를 조절할 필요가 있다. 이를 위해 개발팀은 종래 과제인 고속이동의 어려움, 사람이 안심할 수 있는 속도조절 곤란성문제를 해결하였다.
충돌회피를 고려한 물체검지영역을 타원형으로 하였고, 이를 통해 정면에 있는 사람에 대해 떨어진 위치에서 감속할 수 있으며 효율과 안전을 만족시키는 동작을 실현한다.

라. 대피지시

로봇이 사람의 통행을 가능한 한 방해하지 않는 시스템을 개발하였다. 예를 들면 통로에서 이동침대가 로봇을 추월하는 경우에는 로봇에 달린 스위치를 눌러 미리 설정한 일단정지 기능을 가동시키고 벽 부근에 정지 위치하도록 하고 있다.
스위치는 로봇의 옆면, 앞면, 뒷면에 있고, 앞면의 스위치를 누르면 후방으로, 뒷면의 스위치를 누르면 전방으로 이동하여 일단 정지한다.

마. 위치인식

로봇에는 컴퓨터로 검출한 차량의 회전량과 자이로센서로 검출한 로봇회전량으로부터 로봇이동거리와 방향을 연산하여 자기위치를 추정하고 있다. 그 수단으로 레이저레이더 데이터를 처리하여 검출한 벽라인과 미리 지도정보로 등록한 벽 라인을 서로 조합하여 자기위치를 인식하는 방법을 이용하고 있다.
벽은 통로를 주행하여 반송하는 경우에 검출하기 쉬운 대상이지만, 설치해 놓은 집기와 벽이 동시에 검출될 우려가 있다. 이 경우, 검출결과가 벽라인과 같은 취급에 따른 위치인식의 어긋남이나 위치불명 상태가 되지 않도록 하는 로버스트(Robust)성을 부여하여 실용화시켰다.
즉, 표지가 없어도 위치인식이 가능하고, 무궤도 자율이동으로 시공이 필요 없는 이동통로에서 로봇이동도 가능하다.

3. 결언

일본 Matsushita전공과 Shiga 의과대학 부속병원이 공동으로 병원의 업무효율화를 위해 사람이 직접 운반하던 일상반송업무를 대행하는 로봇 ‘HOSPI’ 개발에 대한 기술내용과 특징을 정리하였다.
해당병원에서는 시험운용과 개선활동을 반복하여 로봇완성도를 높여왔고 실용성을 실증했고, 안전성확보와 사람에 대한 불안감해소를 위한 주행속도를 조정하였다. 즉, 사람이 가까이 있는 경우에는 0.3~0.4m/s 정도가 적정한 것으로 결론을 내렸다.

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