로봇 분야에서는 인공지능(AI)이 아무리 똑똑한 판단을 내려도, 결국 실제 환경 내 마지막 접점은 모터(Motor)·감속기(Reducer)·제어기(Controller)로 구성된 ‘관절(Axis)’이다. ▲로봇 팔을 들어 올리는 힘 ▲손목의 미세한 감각 ▲사람과 부딪혔을 때의 안전한 반응성 등 휴머노이드 로봇(Humanoid Robot)의 물리적 역량은 이 구동 장치에서 결정된다.

 

특히 산업 현장에 투입될 휴머노이드는 부위별로 요구되는 관절의 조건이 각기 다르다. 정밀반복, 외부 충격을 흡수하는 역구동성, 하중을 버티는 고토크 등이 한 몸에 융합돼야 하기 때문이다.

 

삼현이 선보인 휴머노이드 전용 구동부(Actuator) 브랜드 ‘액슬론(AXLON)’은 이 가혹한 조건을 만족시키기 위해 탄생한 맞춤형 라인업이다. 삼현은 이달 8일 구동 제어 및 액추에이터 기술 업체로의 체질 전환을 공표했다. 휴머노이드 로봇이 산업용 장비로 진화하려면 관절 아키텍처의 다변화가 필수적이라는 메시지를 전했다.

 

 

박기원 삼현 대표이사는 “정해진 위치를 오차 없이 반복 가공하는 작업, 외부 충격을 흡수하며 복귀하는 가동력, 돌발 저항 속에서도 토크를 유지하는 조건, 하체처럼 직선 방향의 무거운 하중을 견디는 구조 등이 독립적으로 기능해야 한다”며 휴머노이드 로봇의 필수 구동 조건에 대해 설명했다.

 

 

결과적으로 로봇 한 대의 몸체 안에 고정밀·고토크·고내구성·역구동성·저소음·양산성이 유기적으로 맞물려야 하는 구조를 강조한 셈.

 

삼현이 꺼내든 액슬론은 이 복합적인 요구 사양을 하나의 독자적인 브랜드 아래 통합한 솔루션으로 정의됐다. 회사는 오랜 기간 전동화 자동차 부품 시장에서 검증받은 모터·감속기·제어기 일체형 기술을 로봇 관절로 고스란히 이식한 결과물이라고 발표했다. 완제품 로봇의 외형보다, 로봇의 실질적인 거동을 책임지는 핵심 구동 모듈을 부각한 자리다.

 

“단 하나의 완벽한 신체는 없다” 기능에 따라 세포 쪼갠 설계도

 

액슬론은 단일 액추에이터가 아니다. 휴머노이드 로봇 한 대의 몸 안에서 서로 다른 관절 조건을 세분화한 제품군이다. 회사 측은 이날 액슬론-I(AXLON-I), 액슬론-O(AXLON-O), 액슬론-L(AXLON-L)로 이어지는 12종 라인업을 공개했다. 이들 제품은 회전 관절, 역구동성 관절, 준직접구동(QDD) 기반 토크 제어, 직선 구동 등을 각각 다른 구조로 분리했다.

 

구체적으로 ▲역구동성에 초점을 맞춘 유성감속기(Planetary Gear) 기반 5종 ▲고정밀 위치 제어에 특화된 하모닉 감속기(Strain Wave Gear) 기반 5종 ▲빠른 토크 응답을 구현하는 QDD 타입 1종, 고하중 직선 운동을 담당하는 리니어(Linear) 타입 1종 등 총 12종으로 세분화됐다.

 

문인석 삼현 연구기획실장은 이 구분을 감속기 차이로 설명했다. 같은 액추에이터처럼 보여도 내부에 어떤 감속기가 들어가느냐에 따라 관절의 성격이 달라진다는 뜻이다.

 

그는 “모터 사이즈는 비슷해 보여도 감속기가 다르다”며 “한쪽은 유성기어가 들어가고, 다른 쪽은 하모닉 감속기가 들어간다. 관절에 들어갔을 때 맡는 역할이 달라지는 구조”라고 말했다.

 

이 가운데 액슬론-I는 휴머노이드 주요 회전 관절에 탑재되는 제품군이다. 이 안에서 ‘IH’와 ‘IP’로 타입이 갈린다. IH는 하모닉 감속기 기반이다. 감속비가 크고 위치 정밀도가 높은 구조다. 정해진 좌표로 반복 구동하거나, 오차 없이 목표 지점에 도달해야 하는 특화된 구동을 구현한다.

 

 

문 실장은 IH에 대해 고정밀한 관절을 위한 타입으로 규정했다. 그는 “하모닉 감속기가 도입된 이 타입은 정확한 위치로 이동하는 작업에 맞다”며 “감속비가 큰 만큼 외부에서 밀었을 때 쉽게 밀리는 제품은 아니다”라고 설명했다.

 

이렇게 힘으로 잘 밀리지 않는 특성은 고정밀 위치 제어에서는 장점으로 작동한다. 산업 현장에서의 휴머노이드는 모든 관절이 외력에 부드럽게 밀려서는 안 된다. 공정 장비처럼 특정 지점에 정확히 도달하고, 그 위치를 유지해야 하는 영역에는 이러한 기능이 필수적이다.

 

반면 유성감속기 제품군 IP 타입은 역구동성이 특징이다. 외부 힘을 받았을 때 강하게 버티기보다 밀리고, 다시 복귀하는 특성이 강하다. 작업자와 같은 공간에서 움직이는 휴머노이드에는 이런 관절이 필요하다. 팔이 물체와 닿거나 손목이 예상하지 못한 힘을 받는 순간, 관절은 부러지지 않고 힘을 받아들여야 안전이 확보되기 때문이다.

 

 

이 같은 IP 타입을 설명하는 문 실장은 “사람과 접촉하거나 유연하게 반응해야 현장 안전이 확보된다”고 언급했다. 이렇게 IH·IP 두 제품은 사용자 요구 및 적용 조건에 따라 가치가 다르게 매겨진다.

 

이 밖에 QDD 영역을 맡은 액슬론-O는 감속비를 낮추고 모터의 직접성을 살려 토크 응답을 빠르게 가져가는 구조다. 외부 충격을 받는 상황에서도 관절이 무리하게 버티다 파손되지 않고, 동시에 토크를 정밀하게 제어해야 하는 상황을 겨냥한다.

 

문인석 실장은 “QDD는 팔을 밀었을 때 뒤로 밀렸다가 다시 돌아오는 기능이 더 강한 제품”이라며 “역구동성과 정밀 토크 제어가 필요한 구간에서에 맞춘 타입으로 보면 된다”고 내세웠다. 그러면서 로봇 관절은 힘만 세서는 부족하다는 의견을 전하며 “외력을 받아들이는 감각과 다시 제어 위치로 돌아오는 응답성이 함께 요구된다”고 덧붙여 전했다.

 

이어 액슬론-L은 회전이 아닌 직선 구동을 맡는다. 여기에는 높은 하중을 감당해야 하는 로봇 하체나 산업용 실린더에 들어가는 고정밀 직선 구동 부품이 적용됐다. 액슬론-L은 이 부품을 기반으로 한 리니어 액추에이터다.

 

 

문인석 실장에 따르면, 무릎이나 종아리 구조에서는 회전축만으로 힘을 전달하기 어려운 구간이 생긴다. 서고 앉는 동작, 하중을 받은 상태에서 길이를 보정하는 동작에는 이 같은 직선형 구동축이 필요하다는 설명이다.

 

문 실장은 이러한 메커니즘에 대한 이해를 돕기 위해 “종아리 같은 부위에서 나왔다 들어가며 길이를 보정하는 액추에이터로 보면 된다”고 말했다. 하체 관절은 상체보다 하중 부담이 크며, 특히 보행·착지·기립 동작에서 직선 방향 힘과 위치 정밀도를 동시에 요구한다는 그의 부연이다.

 

나아가 삼현은 이러한 완성 액추에이터 외에 구성 부품에도 독자 브랜드명을 붙였다. 모터 계열은 라이브모션(LIVEMOTION), 드라이브·제어기 계열은 드라이븐온(DRIVON), 감속기 계열은 트리온(TRION)으로 구분했다. 액슬론은 이 부품들을 관절 단위로 통합한 상위 브랜드다.

 

끝으로 문 실장은 “액추에이터를 직접 채택하는 제조사뿐만 아니라 모터·감속기·제어기 등 단일 단위가 필요한 사용자에도 대응 가능하도록 제품을 다각도로 배치했다”고 강조했다.

 

뇌 시각화 기술과 골격의 조화, 오차 범위 ‘제로’로

 

 

앞선 액슬론의 차이는 이날 상반신 휴머노이드 플랫폼 시연에서 시각화됐다. 액슬론이 실제 관절 구조 안에서 어떻게 움직이는지 확인하기 위한 검증 플랫폼이다.

 

이 과정에서 세종대학교와의 협업 배경이 공개됐다. 삼현이 액추에이터 하드웨어를 내놨다면, 세종대학교는 이를 실제 상반신 로봇 구조와 모션 검증 환경 안에서 구현하는 협업에 동참했다. 팔·목이 달린 실제 구조물에 액추에이터를 넣어 통신·구동부터 좌우 관절 연동까지 확인하는 방식이다.

 

권대호 삼현 로봇제어개발팀 책임매니저는 이 시연체를 액슬론 검증용 구조로 설명했다. 그는 “액슬론 액추에이터를 만든 뒤 실제 검증을 어떻게 할지 고민했다”며 “상반신을 구현해 통신·모션을 맞춰보자는 취지에서 시작된 프로젝트”라고 설명했다. 이어 “각 관절이 독립적으로 움직이는 동작과 좌우 관절이 함께 평행하게 움직이는 동작을 나눠 모션별로 구현했다”고 덧붙였다.

 

권 책임에 따르면 실제 이 로봇은 총 15자유도(DoF)의 구조를 갖췄다. 양팔 각각 7DoF, 목 1DoF가 들어갔다. 특히 목에는 50파이(Ø)급 액추에이터가 적용됐고, 팔꿈치까지는 80Ø급 제품이 적용됐다. 일부 관절에는 70Ø급 제품이 배치됐다.

 

여기에 IP 타입이 적용됐다. 목적은 특정 좌표를 오차 없이 반복하는 공정 데모가 아니다. 팔·목 관절이 실제 상반신 구조 안에서 연속 회전하고, 여러 축이 동시에 연결될 때 모션이 자연스럽게 이어지는지를 확인하는 것이다.

 

이에 대해 책임은 IP 타입 적용 이유를 회전 조건으로 설명하며 이해를 거들었다. 그는 “IP 제품을 넣은 이유는 다같이 돌아가야 하는 구조, 즉 360° 회전이 필요한 조건 때문”이라며 “다만 사용자가 어떤 특성을 요구하느냐에 따라 적용 제품은 달라진다”고 풀이했다. 회전 자유도와 역구동성 검증에 맞춰 IP가 선택됐다는 의미다.

 

이어지는 우현수 세종대학교 교수의 설명은 이 시연 플랫폼이 모션 검증 환경과 함께 구성됐다는 점이 강조됐다. 해당 로봇은 설계 데이터를 기반으로 만든 디지털 트윈(Digital Twin) 기반 가상 환경에서 모션을 검증한다. 실제 로봇을 움직이기 전 설계 파일을 불러와 모션을 생성하고, 충돌 여부와 계획 궤적을 확인한 뒤 실제 상반신 로봇이 이를 따라가는 방식이다.

 

▲ 해당 로봇은 가상 환경에서 다양한 검증을 거친다. 왼쪽 영상의 오른쪽 붉은색 화면은 라이다(LiDAR) 기반 환경 식별 장면. 오른쪽 사진 속 우연수 교수(좌)와 권대호 책임매니저(우)는 휴머노이드 플랫폼 구현 과정에서 다양한 협력을 이어가고 있다. (촬영·편집 : 헬로티 최재규 기자)

 

이와 관련해 우현수 교수는 “실제로 충돌이 없는지, 계획한 대로 움직이는지를 확인한 다음 그 모션을 실제 로봇에 적용하는 방법론을 채택했다”고 말했다.

 

권대호 책임에 의하면, 이 과정에서 고하중·고정밀·고밀도 등 조건을 확인하기 위해 어깨 관절을 크게 설계했다. 보기 좋은 데모가 아니라, 큰 관절 하중과 복수 축 동작을 액슬론이 견낼 수 있는지 확인하는 목적이다. 삼현·세종대학교 협업은 이 검증을 위한 로봇 구현과 모션 환경을 채운 장치다.

 

무조건적인 강함을 내려놓은 이유...충격의 반작용을 통제하다

 

이날 현장에서는 휴머노이드 관절이 사람과 맞닿을 때의 반응성을 드러내는 시연도 이어졌다. 관절이 외부 힘을 받았을 때 유연하게 상호작용하도록 만드는 이 임피던스(Impedance) 제어 과정은 두 가지 구동 상태가 배치됐다. 손으로 밀면 부드럽게 움직였다가 원위치로 돌아오는 ‘일반 임피던스 제어’와 일정 각도까지 움직이다가 더 이상 넘어가지 않는 ‘버추얼 월(Virtual Wall)’ 모드다.

 

이러한 구동은 액추에이터 내부의 제어기·드라이브가 외력에 따른 위치·속도 변화를 계산하고, 모터 토크를 조절해 관절이 부드럽게 밀렸다가 복귀하도록 만든다.

 

 

손민호 삼현 책임매니저는 일반 위치 제어와 임피던스 제어의 차이를 먼저 짚었다. 위치 제어는 정해진 위치에 정확히 도달하고 그 자리를 유지하는 방식이다. 모터·감속기를 거친 액추에이터가 큰 토크를 내는 만큼 외부 힘이 들어와도 강하게 버틴다. 반면 휴머노이드가 사람과 같은 공간에서 움직이려면 이 방식만으로는 부족하다. 사람과 부딪혔을 때 관절이 고정되면 충격이 그대로 사람에게 전달되기 때문이다.

 

손민호 매니저는 “기존 위치 제어는 정확한 위치로 이동하고 그 자리를 유지하는 데 초점이 있다”며 “하지만 휴머노이드 로봇은 사람과 접촉하는 상황이 많기 때문에 너무 강하게 버티거나 반발력이 크면 위험할 수 있다”고 설명했다.

 

이때 임피던스 제어는 관절을 절대 움직이지 않는 강체처럼 다루지 않고, 외부 힘에 따라 위치·속도 변화에 유연하게 대응하도록 제어한다. 손으로 관절을 밀자 장치가 용수철처럼 밀렸다가 다시 돌아오는 식이다. 실제 스프링이 들어간 구조가 아니라 모터 제어가 스프링과 감쇠 특성을 흉내 내는 방식이다.

 

▲ 기자가 직접 느낀 임피던스 제어 기능은 안전성·유연성이 특징이다. (촬영·편집 : 헬로티 최재규 기자)

 

“외부 힘이 들어왔을 때 위치·속도·가속도 등을 함께 제어해 유연하게 반응하도록 만드는 모드”라고 손 매니저가 규정했다. 그러면서 “사람과의 상호작용이 필요한 작업 환경에서는 외력에 대한 반작용도 부드러워야 하기 때문”이라고 부연 설명했다.

 

연이어 버추얼 월 모드는 그 안에 경계값을 넣은 응용 제어다. 일정 구간까지는 일반 임피던스 제어처럼 관절이 부드럽게 움직인다. 이내 특정 각도에 도달하면 더 이상 밀리지 않았다. 기계적 스토퍼가 설치된 구조는 아니고, 제어기에서 특정 범위를 위험 구간으로 설정한다. 이후 그 지점부터 강성을 높여 가상의 벽처럼 막는 메커니즘이다.

 

손민호 책임매니저에 따르면, 같은 임피던스 제어라도 특정 영역에서 강성 값을 크게 키우면 가상의 벽이 있는 것처럼 더 이상 움직이지 않게 만들 수 있다. 위험 지역이 있다면 그 범위를 지정해 제어로 막을 수도 있다.

 

▲ 버추얼 월은 임피던스 제어 기능과 달리 사용자 설정에 따라 정해진 구간까지만 가동을 지원한다. 힘을 주면 넘어가기는 하지만 목적에 맞게 활용하려면 추가적인 힘은 줄 필요가 없다. (촬영·편집 : 헬로티 최재규 기자)

 

두 기능의 차이는 휴머노이드 관절의 안전 조건을 제시했다. 일반 임피던스 제어는 접촉 충격을 낮추고, 버추얼 월은 관절이 위험 영역으로 넘어가는 것을 막는다. 이 과정에서 삼현의 제어기는 위치 제어, 속도 제어, 토크 제어, 임피던스 제어를 지원한다. 상위 제어에서 목적에 맞는 모드를 선택하면 해당 방식으로 동작하는 방향성이다.

 

바퀴에서 다리로 옮겨온 공식...생각(AI)을 동작(Actuator)으로 현실화하는 법

 

삼현이 액슬론을 앞세워 내세운 경쟁력은 양산성이다. 휴머노이드 액추에이터 시장에는 높은 토크를 내는 시제품보다, 대량 생산과 품질 검증을 통과하는 관절 부품이 필요하다는 시각에서다. 로봇 한 대에 수십 개 관절이 들어가는 구조에서는 공급 안정성, 수율, 내구 검증, 반복 생산 품질이 모두 경쟁력이 되기 때문이다.

 

박기원 대표는 이를 자동차 부품 시장에서 그동안 축적한 자사 경험과 연결했다. 그는 “자동차 사업을 하지 않았다면 액슬론을 만들 수 없었을 것”이라며 “30년 이상 축적한 자동차용 액추에이터 기술과 양산 경험이 그대로 녹아 있는 제품이 액슬론”이라고 역설했다.

 

이 배경에서 박 대표는 다른 관점에서의 자사 강점을 언급했다. 모터·감속기·제어기 세 부품을 하나의 관절 모듈 안에 통합하고, 발열·소음·진동·내구성·품질 관리까지 양산 조건으로 맞추는 데 있다는 설명이다. 자동차 전동화 부품에서 요구받아 온 설계·생산·검증 기준이 휴머노이드 관절 액추에이터로 옮겨졌다는 것.

 

마지막으로 박 대표는 액슬론을 두고 “AI가 생각하고 판단한 것을 실제로 작동하게 하는 축이라는 의미를 담았다”고 전했다. 휴머노이드의 두뇌가 AI라면, 액슬론은 그 판단을 물리적 움직임으로 바꾸는 관절이라는 뜻이다.

 

헬로티 최재규 기자 |