다중 모드 이족 로봇 모비우스 정리: 걷기 기기 등반 구르기 전환과 힘 제어 방식

핵심 메시지

• 모비우스는 걷기, 기어가기, 등반, 구르기를 모두 수행하는 이족 로봇으로, 두 팔에는 6자유도 관절과 집게형 그리퍼가 달려 있다.
• 상위 계획기가 경로와 지형, 로봇 상태와 이동 모드를 한꺼번에 놓고 최적화해 어느 구간에서 어떤 방식으로 움직일지 스스로 정한다.
• 손목의 힘·토크 센서와 자동 튜닝 제어로 사람이 밀거나 당겨도 흔들리지 않고 안정적으로 붙잡는다.
• 보행 정책은 시뮬레이터에서 도메인 랜덤화를 적용해 학습한 뒤 실제 로봇으로 옮겼다.
• 그리퍼 하나만으로 로봇 전체 무게를 지탱할 수 있어 연속 턱걸이 동작이 가능하다.

쉽게 이해하기

미쓰비시전기 연구소와 취리히 공대 연구진이 로보틱스 학회에 발표한 모비우스는 하나의 몸체로 여러 이동 방식을 오가는 이족 로봇이다. 사람처럼 두 다리로 걷다가 상황이 나빠지면 네 발로 기고, 손잡이가 있으면 팔로 매달려 오르고, 내려올 때는 굴러 내려온다. 네 개의 사지를 갖췄고 두 팔은 각각 6자유도 관절과 두 손가락 그리퍼로 구성된다.

이동 방식이 여러 개면 어떤 상황에서 무엇을 쓸지 정하는 문제가 생긴다. 연구팀은 1차 모드를 이족과 사족으로 나누고 그 아래에 보행, 턱걸이, 등반, 기기, 구르기를 두는 계층 구조를 만든 뒤, 상위 계획기가 혼합 정수 이차 제약 계획 문제로 이를 풀도록 했다. 경로와 지형, 로봇의 상태, 그리고 어떤 모드를 쓸지를 따로 정하지 않고 한 번에 함께 최적화한다는 점이 특징이다.

물건을 붙잡고 몸을 지탱하는 동작에서는 힘 제어가 관건이다. 모비우스는 자동으로 게인을 조정하는 어드미턴스 제어기를 쓰고, 여기에 힘과 움직임의 제약을 실시간으로 지키게 하는 보조 장치를 덧붙였다. 영상에서는 이 장치를 끄면 사람이 밀 때 제어가 불안정해지지만, 켜면 밀고 당기는 외력에도 부드럽게 버티며 원래 자세로 돌아오는 스프링 같은 거동을 보여준다.

보행은 강화학습으로 익혔다. 물리 시뮬레이터에서 모델 없이 학습하되 조건을 무작위로 흔들어 주는 방식으로, 시뮬레이션과 현실의 간극을 줄였다. 통제된 실험실 밖 실제 환경에서 찍은 영상에는 앞으로 넘어져도 그대로 사족 모드로 전환해 이어서 움직이는 장면이 담겼다. 넘어짐을 실패가 아니라 모드 전환의 계기로 다루는 셈이다.

등반 시연에서는 카메라로 미끄럼틀 손잡이를 찾아 그리퍼 위치를 맞추는 시각 서보 제어를 사용했다. 물체 검출 모델로 손잡이를 추적해 시작 자세를 잡은 뒤 올라가고, 정상에서는 굴러 내려온다. 연구팀은 그리퍼 하나의 파지력만으로도 로봇 전체 무게를 지탱할 수 있다고 밝혔고, 실제로 연속 턱걸이를 반복하는 장면을 함께 보여줬다.

주요 인사이트

• 다리를 잘 만드는 것보다 언제 다른 방식으로 갈아탈지 결정하는 문제가 더 어렵다. 모드 선택을 경로 계획과 분리하지 않고 하나의 최적화 문제로 묶은 설계가 이 로봇의 핵심이다.
• 넘어짐에 대한 관점이 다르다. 균형을 지키는 데 모든 것을 걸기보다, 넘어지면 사족 자세로 바꿔 이어가는 쪽이 실제 환경에서는 더 실용적일 수 있다.
• 외력을 견디는 능력은 제어기의 튜닝에 크게 좌우된다. 게인을 사람이 미리 맞춰 두는 대신 상황에 따라 자동으로 조정하고 제약을 강제하는 구조가 안정성 차이를 만들었다.
• 팔이 조작 도구이자 이동 수단이 된다. 매달려 오르는 동작을 지원하려면 그리퍼의 파지력이 로봇 전체 무게를 감당해야 한다는 설계 요구가 따라온다.

자주 묻는 질문

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