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Nikkei X-TECH_2022.3.2

소니 로봇 개발의 최전tjs
소니그룹의 다족(多足) 이동로봇 3세대 총출동
다리 수, 4개에서 6개로 늘어

원격조종 로봇과 로봇핸드 등 다양한 로봇의 연구개발 성과를 공개하기 시작한 소니그룹이 다족 이동로봇에서도 새로운 움직임을 보이고 있다. 소니그룹이 개발하고 있는 ‘타키온(Tachyon)’ 시리즈는 2015년에 설계 구상이 시작된 이동로봇이다. 4족 로봇이던 1세대에서 진화해 2021년 발표된 3세대는 다리가 무려 6개로 늘었다. 기자는 개발 거점을 방문해 4족 로봇과 6족 로봇의 시연을 직접 보면서 담당자에게 기술 포인트를 질문해보았다.

소니그룹의 오피스 빌딩 지하에 있는 이동로봇의 개발 거점을 방문하자, 3대의 다족 로봇들이 기자를 맞이해 주었다. 소니그룹이 연구개발을 추진해온 이동로봇 ‘Tachyon(타키온)’의 제1세대(Tachyon1), 제2세대(Tachyon2), 제3세대(Tachyon3) 등 3대이다.

“현재는 각각 1대씩밖에 존재하지 않는 귀중한 로봇들이다”(Tachyon 프로젝트 리더인 소니그룹의 R&D센터 Tokyo Laboratory 24의 가와나미(川浪) 총괄과장).

Tachyon1은 2015년 10월에 연구개발이 시작된 4족 로봇으로, 2018년 3월까지 개발이 계속되었다. 4족을 이용한 기본 이동기술과 자세안정화 제어기술 등의 개발로 탄생한 로봇이다.

Tachyon2는 Tachyon1의 뒤를 이어 2017년 2월부터 2020년 2월까지 연구개발이 추진, 2021년 9월에 국제학회 ‘IROS2021’에서 발표된 4족 로봇이다. Tachyon1의 기술을 그대로 계승하면서 다리 장치가 새롭게 개발되었다. 강도가 높은 메카니즘 구성으로 고부하 및 내충격성에 대응한 것도 특징이다.

그리고 가장 최근에 개발된 Tachyon3는 지금까지의 4개에서 6개로 다리 개수가 늘어난 것이 특징이다. Tachyon2까지의 기술을 계승하면서, 새로운 다리 장치와 6족을 이용한 이동기술이 도입된 로봇이다. 2020년 10월부터 연구개발이 시작되어 2021년 12월, 건설현장에서의 실증실험 개시와 함께 외부에 그 개요가 발표되었다.

● 소니그룹, 6족으로 바퀴 주행과 30cm의 단차 넘기를 양립한 로봇 개발

소니그룹은 이 3개의 로봇 가운데 Tachyon2와 Tachyon3가 실제로 움직이는 시연을 보여 주었다. 이번 전편에서는 동영상과 함께 로봇의 동작 모습을 소개한다.

-- 높은 가반(可般)중량이 장점인 Tachyon 시리즈 --
이번 Tachyon 시리즈는 가반중량이 20kg이다. 미국 Boston Dynamics의 4족 로봇 스팟(Spot)의 가반중량은 14kg로, Tachyon 시리즈가 더 무거운 짐을 옮길 수 있다.

먼저 시연을 보여준 것은 Tachyon2였다. 가와나미 총괄과장은 “10kg의 추를 탑재한 상태에서도 안정적인 이동이 가능하다”라고 설명하면서 10kg의 볼을 Tachyon2의 등에 실었다. Tachyon2가 움직이자 그 등 위의 볼은 흔들리긴 했지만 구르지 않았고, Tachyon2도 균형을 유지한 채 보행했다.

Tachyon 시리즈는 이와 같은 고부하에서의 안정적인 이동뿐만 아니라, 최대 수요전력이 높기 때문에 순간적으로 큰 출력이 필요한 구동도 가능한 것이 특징이라고 한다. “예를 들어 부하를 가한 상태에서의 점프다. 자체 무게가 49kg인 Tachyon1의 경우, 30kg의 적재물을 실은 상태로 점프할 수 있으며, 이론상으로는 최대 41.4kg을 실은 상태에서도 점프가 가능하다”(가와나미 총괄과장).

-- 외부 충격에 대한 저항량을 바꿀 수 있어, ‘사람에 대한 안전성 중시’ --
Tachyon2에는 사람과 함께 협동하는 것을 의식해 사람이나 물체를 손상시키지 않도록 안전성을 중시한 자세 제어 기술이 채택되었다고 한다. 실제로 직접 제자리 걸음을 하고 있는 Tachyon2를 밀어내자 Tachyon2가 매우 가벼운 느낌으로 다른 곳으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다.

4족 로봇은 사람 및 물체와의 돌발 충돌이나, 접촉으로 인해 외부로부터 힘이 가해졌을 때 일반적으로 로봇이 넘어지지 않도록 자동적으로 다리를 움직여 균형을 잡고 버티는 움직임을 보인다. 예를 들어 스팟의 경우, 사람이 걷어찰 정도의 외부 충격에도 넘어지지 않고 균형을 잡고 버티는 것으로 유명하다.

물론 Tachyon2도 이러한 자세 제어에는 대응하고 있다. Tachyon2의 실험에서는 로봇의 측면에 300N의 외부 충격을 가해도 다리의 착지점을 바꿔 균형을 유지했다.

제어 팀의 기노시타(木下) 리더는 “(외부 충격에 대한) ‘경도(硬度)’를 컨트롤할 수 있기 때문에 약한 힘을 느껴도 민첩하게 피할 수 있다”라고 말한다. “현재는 안전성을 중시한 설정을 하고 있다. 물론, 설정을 바꾸면 미는 힘이 가해져도 움직이지 않고 버티는 움직임으로 간단히 전환된다”(기노시타 리더).

-- 단차를 위험 없이 오르는 6족 로봇 --
이어서 Tachyon3의 단차 오르내림 시연이 진행되었다. 취재 시점에서는 Tachyon3에 주위의 환경을 인식하는 기능이 탑재되어 있지 않았기 때문에 Tachyon3와 단차의 위치 관계를 미리 결정한 상태에서 진행되었다.

단차를 올라갈 때에는 앞쪽에 있는 3개 중 먼저 가운데 다리를 굽혀 단차에 올렸다. 그 다음 몸 전체를 전방으로 이동해 나머지 2개의 다리도 단차에 올렸다. 그리고 뒤쪽 다리 중 바깥쪽에 있는 두 다리를 먼저 굽혀 단차에 올리고, 마지막으로 가운데 다리를 굽혀 올려놓았다.

-- 약 2배로 늘어나는 긴 다리의 Tachyon3 --
Tachyon3을 6족으로 만든 이유 중 하나는 계단과의 간섭을 피하기 위함이다. 4족 로봇은 다리 장치로 발 뒤꿈치나 무릎에 닿는 관절 부분이 튀어나와 있기 때문에 단차 등에 걸린다. 이것을 피하려면 충분한 간격을 둘 필요가 있어 로봇이 앞뒤로 길어졌지만, 그럼에도 불구하고 계단과의 간섭을 없애는 것은 어려웠다.

이를 해결하기 위해 Tachyon3에서는 수직으로 움직이는 다리 장치로 변경되었다. 계단의 승강과 선회 및 주행 제어를 고려해 전후 3개씩 총 6족을 구비, 로봇 자체의 크기도 비교적 콤팩트하게 만들어졌다.

다리 장치는 약 40cm의 늘어나고 줄어드는 폭을 가지고 있어, 로봇 높이의 약 2배 길이까지 다리를 뻗을 수 있다. “각 다리가 신축해 울퉁불퉁한 지면에서도 요철에 맞춰 안정된 주행이 가능하다”(가와나미 총괄과장)라고 한다.

-- 접지 부분을 바퀴로 바꿔 주행을 효율화 --
접지 부분에 바퀴를 채택한 것은 로봇의 이동을 효율화하기 위해서이다. Tachyon2나 스팟과 같은 4족 로봇은 울퉁불퉁한 지면의 주파성은 높지만, 평평한 지면을 이동할 때에도 다리를 상하로 보행해야 하기 때문에 평면에서는 바퀴를 가진 이동로봇에 비해 효율이 낮다.

이를 해결하기 위해 Tachyon3에서는 평지에서는 바퀴로 주행하고, 단차 등은 다리의 신축성을 사용해 오르내리도록 함으로써 보다 효율적인 주행을 실현시켰다.

바퀴는 모두 같은 것이 아니고, 전후 3개 중 중앙의 1개는 모두 싱글 옴니휠을 채택했다. 이 옴니휠은 주로 선회할 때 사용된다.

선회 시에는 총 6개의 다리 중 전방의 좌우 2개와 후방의 가운데 1개를 이용한다. 전방의 옴니휠 위치를 선회 중심으로 하고 후방의 옴니휠을 좌우로 움직여서 로봇의 방향을 변경한다.

-- 목표는 극한적 상황에서의 활용, 6족 로봇으로 실용화 --
가와나미 총괄과장은 Tachyon의 연구개발 프로젝트에 대해 “미래에는 사람의 이동이 어려운 극한적 상황의 공간에서도 활동할 수 있는, 이동기술의 ‘최고봉’을 목표로 하고 있다”라고 말한다. 이 목표를 위해 실용 단계로 진입한 것이 6족 로봇인 Tachyon3이다.

6족으로 만들어 실용에 가까워졌지만, “이 직동(直動)식 다리 장치는 전례가 없기 때문에, 설계 단계 때부터 매우 힘들었다”라고 제조팀의 리더를 맡는 소니그룹 R&D센터 Tokyo Laboratory 24의 가미카와(神川) 씨는 말한다. 후편에서는 기술적인 구조와 과제에 대해 소개하겠다.

 -- 끝 --

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