인간과 로봇의 상호작용 핵심, 구동기 기술

“부드러운 베이스오일, 강력한 텅스텐, 둘 다 가질 수는 없는 거야?”

몇 년 전, 유명 배우들의 이중인격 연기 대결을 컨셉으로 진행된 엔진오일 광고의 내용이다.

광고와 비슷하게, “로봇이 부드러운 힘과 강력한 힘을 동시에 갖도록 하는 것이 로봇 개발·연구자들의 목표이자 이루고 싶은 꿈”이라는 말이 나왔다.

‘2023 자율생산 월드 콩그레스(Autonomous Manufacturing World Congress,이하 AMWC)’에서 ‘스마트 인간로봇 상호작용을 위한 구동기 기술 및 응용’이라는 주제로 강연을 펼친 대구경북과학기술원 오세훈 교수의 주장이다.

오세훈 교수는 “이 강연은 앞으로의 꿈이자 밝은 청사진이라고 생각해달라”라고 서문을 열며 “새로운 로봇 시스템에 필요한 제어는 상호작용력 제어”라고 말했다.

그는 기존의 로봇은 단순한 운반 등 ‘힘’ 자체가 필요한 상황을 목표로 했다면, 앞으로는 미장같이 정밀한 힘의 조절이 필요한 작업에도 로봇의 영역이 확장될 것이라고 밝혔다. 부드러운 움직임으로 사람과 협동해 안전하게 작업할 수 있는, 정확한 힘을 내야 한다는 설명이었다.

인간과 로봇의 상호작용의 종류는 크게 4가지가 있다. 첫 번째 경우는 몸을 움직여 신경계를 회복하는 재활 훈련 같은 상황에서 간호사를 대신해 로봇이 투입되는 것이다. 두 번째는 파워증강이다. 사람이 작업 등의 큰 힘을 써야 하는 상황에서 로봇이 힘을 더해준다. 세 번째는 운동력을 측정을 목적으로 움직임을 정확히 따라갈 수 있어야 하고, 네 번째는 운동효과 향상을 위해 적절한 저항력을 주는 것이다.

이런 상호작용은 다시 2가지로 나뉘는데 사람의 힘이 주가 되는 경우에는 로봇이 부드럽게 움직여야 하고, 로봇의 힘이 주가 되는 경우에는 딱딱하게 움직여야 한다.

오세훈 교수는 이론적으로는 쉬운 개념이지만 구현하기 어려운 것이 구동기의 기본적인 한계 때문이라고 말했다. 구동기의 요소 중 감속기의 문제인데, 감속기는 입력과 출력에 대한 토크 전달 효율이 다르다. 모터 측에서는 힘을 주었을 때는 가동하기 쉽지만, 모터 바깥 측에서는 가동하기 어려운, 역구동성의 문제다. 이 한계를 극복하는 것이 현재 상호작용력 제어의 가장 큰 문제다.

그는 “로봇공학자들은 이런 문제를 해결하기 위해 힘 센서, 탄성체, 힘 관측기를 이용한 제어를 통해 연구를 이어가고 있다.”라며 각 제어법을 활용해 진행 중인 연구 사례들을 소개하기도 했다.

한편, 자율생산과 관련된 최신 트렌드를 주제로 열린 AMWC는 삼성동 코엑스 그랜드볼룸에서 21일까지 진행된다.