두 발로 걷는 로봇은 어떻게 넘어지지 않고 균형을 잡나요?

Question

보스턴다이나믹스 로봇처럼 두 발로 걷는 로봇이 있는데, 사람도 균형잡기 어려운 이족보행을 로봇이 어떻게 실시간으로 제어하며 안정적으로 걸을 수 있는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 감병주 전문가입니다.

두 발로 걷는 로봇은 완벽하게 중심을 고정한 채 걷는 것이 아니라 넘어지려는 움직임을 계속 감지하면서 그때그때 자세를 고치는 방식으로 움직입니다. 사람이 휘청할 때 무의식적으로 몸에 힘을 주는 것과 꽤 비슷하죠.

로봇에는 자이로, 가속도 센서와 관절 센서 등이 있어서 몸이 어느 방향으로 얼마나 기울었는지 계속 확인합니다. 이 정보를 제어 컴퓨터가 받아 현재 무게중심이 안전한 범위에 있는지 실시간으로 계산하게 됩니다. 만약 몸이 오른쪽으로 기울기 시작하면 발목이나 무릎, 골반의 모터를 움직여 반대 방향으로 힘을 만들어냅니다. 그래도 균형을 되찾기 어렵다면 한쪽 발을 내딛거나 상체와 팔까지 움직이는데 사람이 넘어질 때 반사적으로 자세를 잡는 모습과 비슷하다고 보면 됩니다.

한마디로 사람의 평형감각은 센서가, 뇌는 제어 컴퓨터가, 근육은 모터가 대신하는 셈이죠. 로봇은 이 과정을 매우 빠르게 반복하기 때문에 두 발로 걷거나 뛰면서도 상당히 안정적으로 균형을 유지할 수 있는 거랍니다.

Answer 2

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

두 발로 걷는 로봇이 넘어지지 않고 균형을 잡는 원리는 크게 세가지로 나눌 수 있습니다. 첫째, 센서를 통한 주변 환경과 몸 상태 인식입니다. 로봇에는 자이로 센서와 가속도계가 있어 자신의 움직임과 자세를 실시간으로 감지합니다. 둘째, 이를 기반으로 한 빠른 제어 시스템입니다. 로봇은 센서 정보로 넘어질 위험을 탐지하면 발의 위치, 무게 중심 조절, 관절 각도 등을 빠르게 조정해 균형을 잡습니다. 셋째, 동적 균형 유지 기술입니다. 사람이 걷는 것처럼 로봇도 중심을 끊임없이 이동시키며 앞으로 나아가는 동적 안정성을 확보합니다. 보스턴 다이나믹스 같은 로봇은 이 모든 과정을 초당 수백번 계산하고 제어해, 미끄러운 바닥이나 장애물이 있어도 넘어지지 않고 자연스럽게 걷습니다. 복잡한 물리 계산과 빠른 반응 덕분에 두발로 서도 안정적인 보행이 가능한 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.

우리 사람과 같이 빙판길에서 넘어지지 않으려고 무의식 적으로 균형을 잡는 원리입니다.

이와 같은 원리에는 실시간으로 센서를 통해 무게 중심을 매우 빠르게 계산하여 제어하는 원리라고 볼 수 있습니다.

로봇은 초당 수천 번 이상 센서를 통해 정보를 받고 무게 중심의 보정값을 계산하여 관절 모터를 조율하여 균형을 잡는다고 볼 수 있겠습니다.

Answer 4

이족보행 로봇의 핵심은 넘어지기 전에 몸의 움직임을 아주 빠르게 감지하고 관절을 계속 수정하는데 있다고 보입니다.

로봇의 자이로, 가속도 센서와 관절 센서와 발바닥 힘 센서 같은 각족 센서들이 몸의 기울기와 무게중심과 지면 상태를 실시간으로 측정하는데, 제어기는 이 정보를 바탕으로 발목과 무릎과 허리 같은 것들을 움직여서 무게 중심과 지지하는 점을 안정적인 위치에 유지하게 됩니다.

몸이 앞으로 기운다면 발을 아픙로 내딛거나 발못과 골반을 움직여 넘어지려는 움직임을 빠르게 상쇄하는 식이죠. 여기에 로봇의 보행 패턴을 미리 계산하는 제어 알고리즘과 강화학습 등을 결합한다면 울퉁불퉁한 지면에서도 보행을 조절할 수 있습니다.