삼성 4족 로봇 기술: 액추에이터의 중요성과 원리
삼성전자가 드디어 4족 보행 로봇 시장에 본격적으로 진출합니다. 최근 주주총회에서 삼성전자는 자회사인 레인보우로보틱스를 통해 개발한 4족 보행 로봇 'RBQ-10'을 시연하고 연내 출시를 예고했습니다. 구조는 단순해 보이지만 활용도가 매우 높은 4족 로봇의 핵심에는 '액추에이터(Actuator)' 기술이 있습니다. 이 글에서는 삼성의 4족 로봇 기술과 그 중심에 있는 액추에이터의 중요성과 원리에 대해 알아보겠습니다.
삼성 레인보우로보틱스의 4족 로봇 RBQ 시리즈
삼성전자는 로봇 자회사인 레인보우로보틱스를 통해 경비 및 보안 업무를 위한 4족 로봇 사업화에 본격적으로 나섰습니다. 한국을 비롯한 세계 각국이 노동력 부족 문제를 겪고 있는 가운데, 삼성은 먼저 경비 로봇을 주력 사업으로 삼고 성능 고도화 기술 개발을 진행 중입니다.
RBQ 시리즈는 레인보우로보틱스에서 자체 개발한 4족 보행 로봇으로, 다양한 지형에서 안정적인 보행이 가능하고 경사나 밀기 등에서도 스스로 균형을 잡아 넘어지지 않는 보행 제어 알고리즘을 갖추고 있습니다. 기본적으로 무선 리모콘으로 원격 제어가 가능하며, 제어의 편의성도 지속적으로 개선되고 있습니다.
RBQ 시리즈의 발전 과정
RBQ 시리즈는 2019년부터 개발이 시작되어 RBQ-3, RBQ-5, RBQ-10으로 발전해왔습니다. 초기 모델은 연구용으로 시작하여 점차 실험 및 산업용 테스트용으로 발전했으며, 현재의 RBQ-10은 상용화를 위한 버전입니다. 크기와 성능에 따라 RBQ-3와 RBQ-10으로 나뉘는데, 주요 차이점은 다음과 같습니다:
| 구분 | RBQ-3 | RBQ-10 |
|---|---|---|
| 길이 | 550mm | 945mm |
| 페이로드(적재 가능 무게) | 3kg | 10kg |
| 이동 속도 | 시간당 7.2km | 시간당 4km |
| 사용 시간 | 2시간 | 1.5시간 |
RBQ-10은 크기가 크고 더 무거운 물체를 실을 수 있지만, 그만큼 이동 속도가 느리고 배터리 사용 시간이 짧습니다. 이는 로봇의 크기와 페이로드에 따른 물리적 제약으로, 향후 배터리 기술 발전을 통해 개선될 것으로 예상됩니다.
4족 보행 로봇의 핵심 - 액추에이터 기술
4족 보행 로봇의 핵심 기술은 크게 네 가지로 분류할 수 있습니다. 구동부(액추에이터), 기계 설계, 전기 파트, 보행 알고리즘이 그것인데, 그 중에서도 액추에이터는 로봇의 성능을 좌우하는 가장 중요한 요소입니다.
액추에이터는 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환하는 장치로, 4족 로봇에서는 다리를 움직이는 핵심 부품입니다. 고토크 모터 설계 및 제작, 권선, 호빙(기어) 머신을 이용한 감속기 제작 등 복잡한 기술이 필요합니다.
오준호 레인보우로보틱스 단장은 "로봇 산업에서 향후 생존하기 위해서는 무조건 액추에이터를 만들 줄 알아야 한다"고 강조했습니다. 과거에는 다양한 모터와 액추에이터를 구매해서 사용했지만, 이제는 모터, 감속기, 드라이브, 커뮤니케이션을 모두 내재화할 수 있는 기업만이 경쟁력을 가질 수 있다는 것입니다.
"모터, 감속기, 드라이브, 커뮤니케이션을 전부 다 기술을 내재화할 수 있는 곳만이 살아남을 수 있다. 그렇게 하지 않으면 최소화, 최적화시킬 수 없다."
이러한 중요성을 인식한 테슬라도 2023년 1월 '액추에이터팀' 영상을 공개하며 로봇 설계 모델러, 액추에이터 설계자 등 각종 기술자 채용에 나섰습니다. 테슬라는 전기차 모터 기술 등 자동차에 들어가는 액추에이터 기술을 로봇 액추에이터 기술로 연결시키는 전략을 취하고 있습니다.
액추에이터의 구조와 작동 원리
4족 보행 로봇의 액추에이터 구조는 생각보다 복잡합니다. 겉으로 보기에는 단순한 다리 구조지만, 실제로는 여러 개의 액추에이터가 유기적으로 결합되어 있습니다.
다리 구조와 액추에이터 배치
4족 로봇의 다리 구조를 살펴보면, 각 다리에는 크게 세 부분의 액추에이터가 있습니다:
- 엉덩이(Hip) 부분: 몸체와 다리를 연결하는 부분으로, 외전(Abduction)과 내전(Adduction) 움직임을 담당
- 대퇴(Thigh) 부분: 엉덩이와 무릎을 연결하는 부분
- 무릎(Knee) 부분: 하단 다리 움직임을 제어하는 부분으로, 주로 벨트 방식으로 구현
이 세 부분의 액추에이터가 3축(X, Y, Z)으로 유기적으로 움직이며 다양한 지형에서 안정적인 보행을 가능하게 합니다. 특히 비평탄 지형이나 경사면에서 균형을 잡고 움직이기 위해서는 이 세 액추에이터의 정밀한 제어가 필수적입니다.
액추에이터의 내부 구성
액추에이터 내부는 다음과 같은 주요 부품으로 구성됩니다:
- 토크 센서: 액추에이터가 발생시키는 회전력을 측정
- 감속기: 모터의 회전 속도를 낮추고 토크를 높이는 장치(하모닉 드라이브 등)
- 브레이크: 정지 상태를 유지하기 위한 장치
- 위치 센서: 액추에이터의 정확한 위치를 측정
- 컨트롤러: 액추에이터의 움직임을 제어하는 장치
- 파워 시스템: 전력을 공급하는 장치
이러한 부품들이 원통형 또는 블록 형태로 통합되어 로봇의 관절 부분에 장착됩니다. 부품의 수와 정밀도에 따라 액추에이터의 가격과 성능이 결정되며, 이는 곧 4족 로봇 전체의 가격과 성능을 좌우합니다.
최적화된 액추에이터 설계의 중요성
로봇 설계 시 허용 질량, 출력 토크, 사용 용도에 따라 액추에이터 사양이 결정됩니다. 여기에는 모터 크기, 기어비, 공간 설계 등 다양한 요소가 고려되어야 합니다.
특히 유성기어(Planetary Gear)와 같은 감속 시스템은 액추에이터의 성능을 결정짓는 중요한 요소입니다. 유성기어는 중앙에 태양 기어가 있고 위성 기어가 감싸면서 회전하는 구조로, 효율적인 토크 전달이 가능합니다.
액추에이터 기술은 아직 완전히 정립된 것이 아니라 계속 발전하고 있으며, 향후 더 효율적이고 경량화된 액추에이터가 개발될 것으로 예상됩니다.
4족 로봇의 산업 응용 분야
삼성의 4족 로봇은 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 레인보우로보틱스는 우선 경비 및 보안 분야를 주력으로 삼고 있습니다.
경비 및 보안 분야
RBQ 시리즈는 PTZ(Pan-Tilt-Zoom) 카메라를 장착하여 24시간 보안 순찰이 가능합니다. 광학 및 디지털 줌 기능을 갖춘 고성능 카메라로 화재 감시, 무인 경비 등에 활용될 예정입니다. 향후에는 휴먼 인터페이스 기능, 원격통신, 화면 송출, 음성 대화 기능도 탑재될 것으로 보입니다.
군사 및 국방 분야
레인보우로보틱스는 4족 로봇의 군사용 응용도 고려하고 있습니다. 감시, 정찰, 위험 요인 탐지 등 경비와 유사한 임무를 수행할 수 있으며, 특히 한국과 같이 군사적 수요가 높은 국가에서 활용도가 높을 것으로 예상됩니다.
이미 세계 각국에서는 4족 로봇의 군사적 활용이 진행 중입니다. 터키의 'SARBAT', 중국의 군용 4족 로봇 등이 개발되어 실전 배치되고 있습니다.
산업 현장에서의 활용
4족 로봇은 이제 단순한 기술 시연용 장난감이 아닌 실용적인 산업 도구로 자리잡고 있습니다. 제조, 석유, 가스, 광업, 보안 등 다양한 산업 현장에서 활용되고 있으며, 특히 위험한 환경에서 인간을 대신해 검사나 모니터링 임무를 수행합니다.
자율 기능을 탑재한 4족 로봇은 정보 수집, 일상적 검사 등을 수행하며, 인간은 안전한 곳에서 이를 감독하는 역할을 맡게 됩니다. 이를 통해 작업 효율성과 안전성을 동시에 높일 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Q: 삼성 4족 로봇 RBQ-10의 출시 시기와 가격은 어떻게 되나요?
A: 삼성전자는 주주총회에서 연내 출시를 예고했습니다. 정확한 출시 시기와 가격은 아직 공개되지 않았으나, 상업용 모델이므로 일반 소비자용보다는 높은 가격대가 예상됩니다.
Q: 4족 로봇의 배터리 문제는 어떻게 해결될 예정인가요?
A: 현재 RBQ 시리즈는 1.5~2시간의 사용 시간을 가지고 있어 24시간 경비와 같은 업무에는 배터리 교체나 여러 대의 로봇이 필요합니다. 향후 배터리 기술 발전이나 자동 충전 시스템 도입을 통해 이 문제를 해결할 것으로 예상됩니다.
Q: 삼성의 4족 로봇 기술은 세계적으로 어느 정도 수준인가요?
A: 현재 보스턴 다이내믹스가 4족 로봇 분야의 선두주자이지만, 레인보우로보틱스는 액추에이터 자체 개발 능력을 바탕으로 빠르게 기술력을 높이고 있습니다. 삼성의 자본력과 제조 기술을 바탕으로 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖출 것으로 예상됩니다.
결론
삼성전자가 레인보우로보틱스를 통해 개발 중인 4족 보행 로봇 RBQ 시리즈는 액추에이터 기술을 중심으로 한 첨단 로봇 기술의 집약체입니다. 특히 액추에이터는 로봇의 성능과 가격을 결정짓는 핵심 요소로, 자체 개발 능력을 갖춘 기업만이 로봇 시장에서 경쟁력을 가질 수 있습니다.
4족 로봇은 단순한 구조로 다양한 환경에서 안정적인 이동이 가능하다는 장점이 있어, 경비, 보안, 군사, 산업 현장 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상됩니다. 삼성전자의 RBQ 시리즈가 연내 출시되면 한국 로봇 산업의 새로운 전환점이 될 것으로 기대됩니다.
이 글은 엔지니어 TV의 유튜브 콘텐츠를 바탕으로 작성되었습니다. 로봇 기술에 관심 있는 분들께 도움이 되었기를 바랍니다.