TV, 인터넷등에서도 쉽게 볼수 있는 휴머노이드! 친근하고 가까이 다가와 있으면서도 직접 만져보고,

배워보기엔 아직도 어렵게만 느껴졌던 로봇, 그중에서도 가장 인기있는 휴머노이드를 쉽게 다룰수 있는

수많은 휴머노이드 키트가 나와 있다. 그러나  쉽게 구할수는 있지만, 단지 움직이고, 조종하는데 중요한

휴머노이드의 원리나 핵심요소를 놓칠수도 있을 것이다. 그래서 알아두면 도움이 되는 휴머노이드에 대하여 조금씩

 깊이 다가가보자! <편집자 주>

최근에 뿐아니라 여러시대에 아이들과 어른들은 로봇중에서도 특히 휴머노이드에 열광한다.

바퀴를 사용하여 전후 좌우 움직이는 로봇, 자동차공장에서 부품을 조립하는 로봇팔,

포크레인처럼 동작하는 기구형 로봇, 4개 혹은 이상의 다리로 보행하는 다양한 다족동물로봇 등.

여러가지 로봇중에서도 단연 휴머노이드가 가장 인기있고, 멋있어 보이는 이유는 인간과

똑같은 모습을 하고 있는 동질감과 더불어 친구와 같은 느낌을 가장 많이 주고 있어서가 아닌가

생각해본다.

기존에 대다수의 로봇대회가 라인트레이서위주였다가 2008년부터 휴머노이드댄스, 어린학생도 참여

가능한 휴머노이드 격투 대회까지 많은 휴머노이드 대회 종목까지 생겨난것도, 그 인기를 말해준다.

어떤 대회, 혹은 어떤 미션이든 휴머노이드 대회에서는 제일 중요한 것이 움직임이다. 즉 2족 보행 및 동작이 되지 않는 다면

 어떤 것도 할수 없다.

예를 들어 휴머노이드가 넘어져서 일어서지 못한다면, 그것으로 기능을 상실하는 것이다.

그리고 대다수가 대회나 어떤 미션을 완성하기전에 수많은 시간을 소요해야 하는 부분도 보행및 동작일것이다. 전진, 후진, 좌회전, 후회전, 넘어졌을 때 일어나기, 물구나무 등등.

비교적 무게중심의 영향이 적은 바퀴형 로봇, 기구적 로봇에서는 찾기 힘든 문제들이 발생하는 부분도 휴머노이드 동작이다.

그럼 여기서 잠시 생각해볼 부분은 과연 2족 보행을 하게되면 어떤 장점이 있을까 생각해보자.

인간도 원래 다른 영장류처럼 4발로 생활하다, 점차 2발로 설수 있게 발전해 왔다. 그럼으로써 두손의 자유를 통해 다양한 도구 활용을 할수 있게 되어, 어마어마한 문화적 혁명을 개척할 수 있었다.

그리고 높은 시야를 갖게 되어 좀더 높고, 넓은 세계를 볼수 있게 되었으며, 무게중심을 활용한 2족보행으로 좀더 빠르고, 강력할 수 있게 되었다.

이런 장점들을 기본적으로 인지하면서 휴머노이드를 만들거나, 혹은 다룬다면, 좀더 발전된 응용로봇을 만들 수 있지 않을까 한다.

그렇다면, 우리가 어떤 휴머노이드 킷트를 사용하든지 휴머노이드 세계에 발을 들여놓기 위해 어떤 부분부터 어떻게 시작하는것이 좋을까.

첫번째는 위와 같이 2족보행의 배경과 필요성이였으며, 두번째가 휴머노이드의 구조이다.

휴머노이드 보행을 위한 기본 구조와 축구조

보행 기본 구조 로봇에서의 3축 직교좌표

* 3축 직교좌표는 로봇의 움직임을 좌표속에서 표한하는 도구이다.

 X,Y,Z 3차원공간을 향해 직선방향으로 로봇이 움직이거나, X,Y,Z축을 중심축으로 그 축을 회전하는 방향

(Roll, Pitch, Yaw)을 통해 로봇의 관절 움직임을 표현할 수 있는 것이다.

* 그 직교좌표를 바탕으로 휴머노이드 하반부 보행 기본 구조를 표현 한것이다.

따라서 보행 기본구조를 3축 직교좌표에 대입해서 이해하면 로봇이 어떻게 움직이는지 확인할 수있다.

특히 Roll, Yaw, Pitch 라는 조금 생소한(^^;) 단어가 로봇관절에 어떻게 적용되었는지 유의해서 봐야한다. 이 부분에 있어서 손목운동으로 이 모든것을 설명해보도록 하겠다.

* 3차원 직교좌표 설명

사람의 목운동을 비교하면 이해가 쉬울것이다.

고개를 좌우로 갸웃거리는것은 Roll

고개를 상하로 끄덕이는 것은 Pitch

고개를 절레절레 흔드는것은 Yaw

이렇게 이해하면 된다.

                                                                                                                  고개 좌우로 갸우뚱

  고개 상하로 끄덕                                                            고개 절레절레 흔듬 

보행구조 설명

이제 어떻게 로봇이 움직이는지 다양한 동작 예를 통해 알아보았다. 여러분이 직접 관절이 움직이는 장난감, 프라모델등으로 한번 다양한 동작 표현을 해보면, 더욱 더 도움이 될것이다.

각 동작이 움직일때 마다 어떤 관절(Roll, Pitch, Yaw)들이 움직이는지도 확인해보라.

기본자세

다리 앞으로들기

다리 뒤로들기

발목꺽기

다리 벌리기

다리수평으로 굽히기

휴머노이드 관절모터

이제까지 관절이라고 표현한 Roll, Pitch, Yaw 는 각각 모터로 표현이 된다. 즉 3개의 모터로 X,Y,Z축의 방향과 동시에 기본단위의 Roll, Pitch, Yaw를 표현할수 있는 것이다. 그래서 보통 3개의 모터이상의 로봇을 다관절로봇이라고 지칭한다.

휴머노이드 관절모터

모터의 종류는 크게, 바퀴를 구동할 때 주로 쓰이는 DC모터, 원하는 각도를 표현할 수 있는 Servo모터가 있는데, 관절로봇은 Servo 모터를 주로 사용한다. 요즘에는 프로그램 셋팅에 따라서 DC모터, Servo 모터 기능이 모두 있는 복합디지틀 모터가 주로 사용된다. 그리고, 휴머노이드및 관절 로봇을 구동하기 위해서는 무게중심을 지탱할 수 있을 정도로 토크가 커야 한다. 특히, 휴머노이드에 서 가장 많은 힘을 받는 발목 모터쪽은 상당한 토크가 요구된다.

대다수의 국산 휴머노이드 키트들의 모터들이 12kg/cm의 토크를 가지고 있는데, 특별히 DIY 제작을 하지 않는 다면, 그대로 사용해도 좋을 것이다.

* 토 크 

주어진 회전축을 중심으로 회전시키는 능력. 회전축에서 힘의 작용점까지의 거리와 회전축과 작용점을 잇는 직선에 수직인 힘의 성분과의 곱을 이른다. 간단하게 모터에 연결된 물체를 움직일수있는 힘이라고 한다.

휴머노이드 구성요소

서보모터(Motor) 제어기(Controller)

프레임(Flame) 전원배터리(Power)

휴머노이드 로봇 모델

<바이올로이드 키트>

  <글:로보링크 이현종부장>