휴머노이드 로봇 (가칭: DYROS-GRAY)의 개발 과정

1) 개요
 휴머노이드 로봇이란, 인간의 형태를 모습으로 한 로봇을 의미한다. 따라서, 휴머노이드 로봇은 인간의 특징인 '직립보행(2족 보행)'을 할 수 있기 때문에, 양 팔을 자유롭게 쓸 수 있다는 장점이 있다.


이러한 점을 동기로 삼아, 작년 미국 국방과학연구소 DARPA에서는 후쿠시마 원자력 발전소 사고와 같은 재난 재해 구역에서 사용가능한 로봇을 개발하고자 DARPA 로보틱 챌린지라는 세계 재난 구조 로봇 대회를 개최하였다.


차세대융합기술연구원 디지털휴먼 연구센터의 서울대학교 융합과학기술대학원의 로봇연구팀 (TEAM SNU, Prof. 박재흥, 곽노준)은 '똘망(THORMANG)'이라는 로봇을 사용하여 한국을 대표하여 참가하여, 우수한 성적을 거두었다.
(이전 포스트: http://aictnews.blogspot.kr/2015/05/team-snu-darpa-robotics-challenge-drc.html)

[그림 1] 똘망과 TEAM SNU (DARPA 로보틱 챌린지에서)

TEAM SNU는 여기에서 더욱 발전하여, 휴머노이드 로봇 똘망의 성능을 높이고자 대대적인 업그레이드 작업을 진행중에 있다. 휴머노이드의 이름 또한 DYROS-GRAY로 바꿀 정도로, 많은 변경이 일어났다.


본 글에서는 기존의 휴머노이드 로봇 똘망을 살펴보고, 업그레이드를 진행중인 DYROS-GRAY의 바뀐 모습을 먼저 살펴보는 기회를 갖고자 한다.


2) 기존 휴머노이드 로봇 똘망
똘망은 2014년 세계적으로 유명한 국산 로봇기업 로보티즈(ROBOTIS)에서 개발한 키 1.4m, 몸무게 60kg인 휴머노이드 로봇이다. 각 팔에 7개의 관절이 있고, 각 다리에 6개의 관절이 있는 휴머노이드 로봇 똘망의 특징은 모터-모듈로 이루어진 로봇이라는 점이다.

[그림 2] 똘망의 특징

여기서 모듈이라 함은, 모터와 엔코더등이 '다이나믹셀(DYNAMIXEL)'이라는 하나의 제품(모듈)으로 제작되어 있음을 뜻한다. 따라서, 배선이나 구조가 다른 휴머노이드에 비해 간단하기 때문에, 휴머노이드의 제작과 조립이 간편하고, 로봇의 한 관절이 고장 났을 시, 수리작업이 쉽다는 장점이 있다. 


이러한 점은 상당히 중요한데, 휴머노이드 로봇은 앞서 언급하였듯 2족 보행을 하므로, 외부에서 밀거나 뭔가를 밟거나 할 경우 아주 쉽게 넘어질 수 있으며, 만약 넘어진다면 로봇이 고장날 것이라는 점은 불보듯 뻔하기 때문이다. 예를 들어, 다음의 지난 DARPA 로보틱 챌린지에서 로봇들이 넘어지는 영상을 보자. 위의 넘어진 로봇들 중 다시 일어나서 경기를 재게한 로봇이 한 팀도 없다는 점은 로봇의 빠른 수리 능력이 얼마나 중요한 지를 가늠할 수 있다.

[동영상 1] Robot Falling (at DRC Finals 2016) 

따라서, 우리는 이러한 장점을 그대로 계승한 채로, 똘망에 TEAM SNU만의 색을 입히고자 대대적인 업그레이드 작업을 진행하였다. 구체적인 내용은 다음 절에 서술한다.

3) DYROS-GRAY, 똘망으로부터 탄생하다.

[그림 2] DYROS-GRAY와 똘망

새 휴머노이드, DYROS-GRAY는 미적인 면과 기능적인 면 모두를 고려하여 외형을 설계하고 있다. 특히 기존 똘망보다 다리를 길게 만들어 더 높은 곳에도 올라 갈 수 있도록 하였다.

단순히 외형 말고도 하드웨어적인 측면에서 많은 것 들이 똘망과 다른데 똘망에는 산업용 컴퓨터(i5)가 2대 들어갔던 것에 비해 DYROS-GRAY는 성능이 좋고 고장 나더라도 수급하기 쉬운 일반 미니 피씨(i7)를 1대만 사용한다.


또 늘어난 컴퓨터 소모 전력을 감당하기 위해 더 높은 사양의 전압컨버터를 장착해서 똘망보다 안전적인 전력공급을 하도록 했다. 또한 작은 칩셋으로 이루어진 마이크로 컨트롤러(MCU)를 통해서 발바닥의 힘센서 데이터를 획득했던 것과 달리 별도의 정밀한 데이터 수집 카드(DAQ카드)를 장착해 더 깨끗하고 정확한 발바닥 힘 정보를 획득할 수 있다. 또 모터와 컴퓨터간의 통신을 PCI인터페이스를 이용하도록 하였다.

[동영상 2] 하체 조립영상 (4시간을 1분으로 압축)

현재 진행상황으로는, [동영상 2]와 같이 하체를 조립하여, 하체를 이용한 보행 성능 테스트를 진행하였다. 앞 서 언급하였듯이, 양 다리의 길이가 증가하였기 때문에 보행 성능이 우수해졌음을 확인할 수 있었다.


[동영상 3]은 개조된 DYROS-GRAY를  9월 11일 예술의 전당에서 개체된 '가곡의 밤' 행사에서 선보인 영상이다. 황수경 아나운서와 대화를 하면서 간단한 경례를 선보였고, 휴머노이드를 쉽게 접할 수 없는 청중들의 반응이 매우 뜨거웠다.

[동영상 3] DYROS-GRAY의 예술의 전당 시연

4) 향후 연구 내용
이 후, 하체 개조를 마친 DYROS-GRAY는, 이번 주 내로 상체 개조에 들어간다. 상체 개조에 들어간 뒤, 여러 가지 동작 테스트를 거쳐, 동작 성능이 이전보다 얼마나 나아졌는지에 대해 조사할 예정이다. 이러한 내용을 바탕으로 근시일 내에 다양한 학술대회에 DYROS-GRAY를 선보일 계획이다.




- 글쓴이 소개
글쓴이: 김상현 연구원 (융기원 디지털휴먼연구센터)
메일: ggory15@snu.ac.kr
관심분야: 로봇 핸드 제어, 로봇 상체 제어