김완수 연구실의 핵심 축 가운데 하나는 인간과 로봇이 같은 작업공간에서 안전하고 효율적으로 공존할 수 있도록 하는 인간-로봇 협업 기술이다. 특히 단순한 협업 자동화를 넘어서 작업자의 신체 부담, 자세, 반복 동작, 피로 누적과 같은 인간공학적 요소를 정량적으로 분석하고, 이를 바탕으로 로봇의 동작과 작업 환경을 적응적으로 조정하는 연구를 수행한다. 이는 제조, 정밀 공구 작업, 산업 현장과 같이 작업자의 근골격계 부담이 높은 환경에서 생산성과 안전성을 동시에 높이기 위한 접근이다. 연구실은 작업자의 움직임, 힘, 토크, 작업 맥락을 실시간으로 파악하여 협동로봇이 사람의 상태에 맞게 동작하도록 하는 제어 프레임워크를 개발한다. 대표적으로 전동 공구 조작과 같은 정교한 작업에서 로봇이 보조 역할을 수행하며, 작업자의 부담을 줄이면서 작업 품질을 유지하는 방식이 연구되고 있다. 또한 재구성 가능한 협업 작업대, 공유 자율성, 햅틱 인터페이스, 예측 기반 제어를 결합하여 작업자별 맞춤형 협업 환경을 만드는 방향으로 연구가 확장되고 있다. 이 연구는 산업 현장에서 빈번하게 발생하는 근골격계 질환을 예방하고, 숙련 인력의 작업 지속 가능성을 높이며, 중소규모 생산라인에서도 유연한 자동화를 가능하게 한다는 점에서 의미가 크다. 앞으로는 인간의 인지 상태와 신체 상태를 함께 반영하는 멀티모달 협업 시스템, 산업 5.0 지향의 인간 중심 작업 셀, 그리고 다양한 로봇 플랫폼이 연동되는 통합 협업 생태계로 발전할 가능성이 높다.

연구실은 사람의 움직임을 직접 보조하는 외골격 로봇과 착용형 보조장치 개발에도 집중하고 있다. 이 분야의 목표는 보행 지원, 근력 보조, 반복 작업 지원, 재활 및 산업 현장 보조를 통해 사용자의 기능을 향상시키는 것이다. 특히 상지와 하지를 대상으로 한 보조 메커니즘, 경량 구조, 착용 편의성, 안전한 힘 전달 구조를 함께 고려하여 실제 사용 가능한 웨어러블 로봇 시스템을 구현하는 데 초점을 둔다. 구체적으로는 팔꿈치 힘 보상 장치, 하지 외골격 로봇용 리프트 장치, 보행 상태 분석 시스템, 개인화된 보행 제어 솔루션 등이 연구 및 특허·과제로 연결되어 있다. IMU 센서와 인공지능 알고리즘을 활용해 보행 상태와 지형 환경을 분석하고, 사용자별 파라미터를 반영한 맞춤형 제어를 수행하는 점이 특징적이다. 또한 직렬 탄성 구동, 와이어 기반 구동, 순응 메커니즘 등 인체와의 안전한 상호작용을 가능하게 하는 메카트로닉스 설계 역량도 중요한 기반 기술로 작동한다. 이러한 연구는 장애인과 고령자의 이동성 향상, 재활 보조, 산업 작업자의 피로 저감, 무거운 물체 취급 보조 등 다양한 사회적 수요와 연결된다. 향후에는 빅데이터 기반 사용자 모델링, 장시간 착용이 가능한 저전력 시스템, 의료·재활·산업을 아우르는 범용 플랫폼으로 발전할 수 있으며, 인간 중심 로봇 기술의 대표 응용 영역으로서 연구실의 정체성을 강화하고 있다.

김완수 연구실은 전통적인 실내 로봇 응용을 넘어 건설, 임업, 유지보수와 같은 비정형 현장에서 작동하는 지능형 작업 로봇 연구도 수행하고 있다. 이러한 환경은 지면 상태, 작업 대상, 공구 종류, 장애물, 고도 변화 등 불확실성이 크기 때문에 단순 반복 자동화가 아니라 환경 인식과 적응 제어가 가능한 고성능 로봇 시스템이 필요하다. 연구실은 이동식 협동로봇, 양팔 매니퓰레이터, 유압 매니퓰레이터, 고소작업 로봇 등 다양한 플랫폼을 대상으로 현장형 자동화 기술을 개발하고 있다. 주요 연구 내용에는 경량 유압 매니퓰레이터 설계, 힘 제어, 3차원 인식, 다목적 툴 통합, 자율주행 기반 작업 플랫폼, 건설현장 고소작업 로봇 기술 등이 포함된다. 불도저 블레이드 위치 추정과 같은 건설 장비 센서 시스템 연구는 로봇 기술이 중장비 자동화와도 긴밀하게 연결되어 있음을 보여준다. 또한 XR 기반 원격 상호작용과 아바타 플랫폼 연구는 위험하거나 접근이 어려운 환경에서 원격 유지보수와 텔레프레즌스 작업을 가능하게 하는 확장 방향으로 해석할 수 있다. 이 연구는 고위험·고난도 산업 현장에서 작업 효율과 안전성을 높이고, 인력 부족 문제를 완화하며, 반자율 및 자율 작업 시스템의 상용화를 촉진하는 데 기여한다. 앞으로는 모바일 매니퓰레이션, 원격 협업, 디지털 트윈, 현장 센싱과 AI 기반 의사결정을 통합한 형태로 발전하면서 건설·산업·임업 자동화의 실질적 솔루션으로 이어질 가능성이 크다.