휴머노이드 로봇 개발은 올바른 하모닉 드라이브 감속기 제조업체를 선택하는 것에서 시작됩니다.

휴머노이드 로봇 분야의 최신 발전은 단일한 기술적 도약의 결과가 아니라, 더 저렴하고 더 발전된 하드웨어와 소프트웨어의 융합의 결과입니다. AI 시스템, 모션 제어 시스템, 로봇 본체의 발전은 모두 휴머노이드 로봇의 전반적인 진보에서 매우 중요한 역할을 합니다. 주요 기업들은 대규모 배치를 촉진하기 위해 막대한 투자를 하고 있으며, 국가와 산업계도 각기 다른 수준의 지원을 제공하고 있습니다. 하모닉 드라이브 감속기와 같은 로봇 부품 역시 지속적으로 진화하며 기술적 돌파구를 이루고 있습니다.

휴머노이드 로봇 시장 동향

Bank of America Global Research (B of A Global Research)에 따르면, 향후 10년 동안 휴머노이드 로봇 출하량은 강한 성장세를 보일 것입니다. 이러한 성장은 고령화와 노동력 부족으로 인한 최종 수요 증가, 기술(특히 AI 및 모션 제어)과 제품 설계의 개선, Bill of Materials (BOM) 비용 절감, 그리고 최종 응용 분야의 확대에 의해 주도될 것입니다. BofA Global Research는 휴머노이드 로봇이 가정과 서비스 산업에서 대규모로 사용되기 시작함에 따라 장기 수요에 대해 낙관적으로 보고 있습니다.

B of A Global Research는 2025년까지 전 세계 휴머노이드 로봇 출하량이 18,000대에 이를 것으로 전망합니다. 2030-35년까지는 연간 출하량이 1 million대에 도달할 것으로 예상하며(이는 2025년 수준보다 400,000대 증가한 수치이며, 전 세계 누적 판매량은 10 million대에 도달), 이는 2025년부터 2035E까지 연평균성장률(CAGR) 88%에 해당합니다.

휴머노이드 로봇과 산업용 로봇의 차이

산업용 로봇은 일반적으로 모듈형 알고리즘을 기반으로 사전 프로그래밍된 공정과 작업을 실행하며, 특정한 표준화된 시나리오에서 정적인 정확도를 추구합니다. 반면 휴머노이드 로봇은 매우 불확실하고 개방적인 환경에 적응해야 하며, 청각 및 시각 센서의 멀티모달 정보를 통합해 자율적으로 행동을 계획하고 실행해야 합니다. 이는 제조 기술과 AI 기술의 결합을 의미합니다.

휴머노이드 로봇의 기본 구조

일반적인 휴머노이드 로봇 구조는 AI 시스템, 모션 제어 시스템, 로봇 본체의 세 가지 계층으로 나눌 수 있습니다:

인공지능 (AI) 시스템: 휴머노이드 로봇의 "두뇌"로, 주로 AI 칩과 알고리즘으로 구성됩니다. 고수준 정보 처리와 의사결정(작업 분해, 환경 이해, 모델 추론 등) 및 인간과의 상호작용을 담당합니다.

모션 제어 시스템: 휴머노이드 로봇의 "소뇌"로, 주로 컨트롤러와 모션 제어 알고리즘으로 구성됩니다. 주로 동작 협조, 신체 균형, 경로 내비게이션을 담당합니다.

로봇 본체: 환경 데이터 수집과 동작 실행을 위한 핵심 하드웨어를 포함하며, 여기에는 비전 시스템, 감지 시스템, 액추에이터, 덱스터러스 핸드, 에너지 시스템, 구조 재료가 포함됩니다.

휴머노이드 로봇의 제어 시스템은 두 개의 계층으로 구성됩니다:

인공지능 시스템은 AI 칩과 알고리즘의 지원을 받아 고수준 제어(정보 처리, 의사결정)를 담당합니다.

모션 제어 시스템은 컨트롤러와 모션 제어 알고리즘의 지원을 받아 저수준 제어(동작 협조, 신체 균형)를 담당합니다.

칩: 휴머노이드 로봇에 사용되는 칩에는 주로 프로세서 칩, 제어 칩, 버스 관리 칩이 포함됩니다. 프로세서 칩은 로봇 "두뇌"의 핵심을 형성하며, 주로 모델 추론과 연산에 사용됩니다. 현재 지배적인 기술은 CPU (Central Processing Unit) + GPU (Graphics Processing Unit) 아키텍처이며, 이는 또한 가장 성숙한 방식입니다.

제어 알고리즘과 Embodied AI: 제어 알고리즘은 휴머노이드 로봇 제어 시스템의 핵심으로, 로봇이 환경을 인지하고, 방대한 양의 센서 데이터를 처리하며, 실시간으로 의사결정을 내리고, 동작을 실행할 수 있게 합니다. 전통적인 제어 알고리즘은 AI 시스템("두뇌")과 모션 제어 시스템("소뇌") 간의 계층적 설계를 사용합니다.

반면 일부 선도적인 휴머노이드 로봇 기업들은 엔드투엔드 모델을 채택하고 있습니다. 이러한 모델은 입력된 센서 데이터(비전, 언어, 힘 등)로부터 복잡한 중간 처리 단계를 거치지 않고 직접 동작 명령을 생성할 수 있으며, 단일 신경망에 의해 실행됩니다. 계층적 방법과 비교했을 때, 엔드투엔드 모델은 더 강한 일반화 능력, 더 높은 효율성, 더 낮은 특징 공학 요구사항을 제공합니다. 그러나 일반적으로 대량의 학습 데이터가 필요하며, 이는 단기적인 병목이 될 수 있습니다.

로봇 액추에이터 모듈

구동 시스템은 휴머노이드 로봇 모션 제어의 핵심입니다. 여기에는 전기식, 전기유압식, 공압식 액추에이터가 포함되며, 에너지를 물리적 운동으로 변환하여 시스템 구성 요소를 구동하거나 제어합니다. 전기유압식 액추에이터는 가장 높은 출력 토크를 제공하지만, 비용이 더 높고 오일 누출 위험이 있습니다. 공압식 액추에이터는 더 저렴하지만 정밀도와 출력력이 낮습니다. 높은 정밀도, 빠른 응답 속도, 합리적인 비용 덕분에 전기식 액추에이터가 휴머노이드 로봇의 주류 선택이 되었습니다.

전기식 액추에이터의 구성

서보 드라이브

서보 모터: 일반적으로 토크를 출력하기 위한 프레임리스 토크 모터입니다.

전달 시스템: 하모닉/유성 감속기(회전형 액추에이터용)는 토크를 변환하고, 유성 롤러 스크루(직선형 액추에이터용)는 회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다.

감지 시스템: 시스템 데이터를 수집하기 위한 엔코더 및 토크/힘 센서입니다.

기능에 따라 전기식 액추에이터는 회전형 액추에이터(목, 어깨, 손목, 팔꿈치와 같은 회전 관절용) 또는 직선형 액추에이터(팔, 발목, 무릎과 같이 직선 운동이 필요한 관절용)로 분류됩니다.

덱스터러스 핸드

덱스터러스 핸드는 작은 물체를 집거나 깨지기 쉬운 물건을 다루는 것과 같은 복잡하고 섬세한 작업을 수행하기 위한 휴머노이드 로봇의 핵심 엔드 이펙터입니다. 현재 다양한 제조업체의 설계는 6에서 42 자유도(DoF)까지 다양하며, 이는 인간 손의 27 DoF와 비교됩니다. 일반적으로 6-DoF 덱스터러스 핸드 설계는 인간 손 기능의 60-70%를 달성할 수 있습니다.

감속기
감속기는 모터/엔진의 속도를 줄이고 출력 토크를 증가시키기 위해 휴머노이드 로봇, 산업용 로봇, 공작기계에 사용되는 기계 장치입니다. 주요 세 가지 유형은 유성 감속기, 하모닉 드라이브 감속기, RV (Rotary Vector) 감속기입니다. 현재 주류 휴머노이드 로봇 설계에서는 회전형 액추에이터에 하모닉 드라이브 감속기 또는 유성 감속기가 일반적으로 사용됩니다.

유성 롤러 스크루
유성 롤러 스크루는 서보 모터의 회전 토크 출력을 직선 운동으로 변환하기 위해 직선형 액추에이터에 사용되는 고성능 기계 부품입니다. 볼 스크루와 비교하면 더 긴 수명, 더 높은 하중 용량, 더 높은 전달 효율, 더 우수한 강성 등의 장점을 제공합니다. 따라서 휴머노이드 로봇, 항공우주, 대형 공작기계와 같은 산업에서 널리 사용됩니다.

프레임리스 토크 모터
프레임리스 토크 모터는 영구자석 모터의 한 종류입니다. 전통적인 모터와 달리 로터와 스테이터만으로 구성되며, 하우징, 샤프트, 베어링, 피드백 시스템이 없습니다. 이로 인해 기어나 샤프트와 같은 기계식 전달 부품이 필요 없으며, 자기력을 통해 부하를 직접 구동합니다. 이 설계는 컴팩트한 구조에서 높은 토크 밀도와 성능을 구현하며, 로봇 관절, 의료 장비, 항공우주 시스템과 같이 높은 토크와 저속 성능이 요구되는 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다.

감지 시스템
휴머노이드 로봇의 감지 시스템은 환경 데이터를 수집하여 모션 제어 모듈로 전송하고, 이를 통해 로봇의 움직임을 조정합니다. 여기에는 카메라, LiDAR (Light Detection and Ranging), 그리고 다양한 유형의 센서가 포함됩니다. 센서 수는 로봇의 기능에 따라 30개에서 200개 이상까지 다양할 수 있습니다.

비전 시스템

여러 종류의 카메라(스테레오 카메라, Time-of-Flight (ToF) 카메라, 구조광 카메라)와 LiDAR를 사용하여 주변의 시각 정보를 포착함으로써 로봇의 인식, 내비게이션, 모션 제어 능력을 향상시키는 복합적이고 지능적인 시스템입니다.

힘 및 토크 센서

힘 센서는 가해진 힘 또는 압력(주로 직선형 액추에이터용)을 측정하여 이를 전기 신호로 변환하고, 측정, 제어 및 모니터링에 사용합니다. 토크 센서는 가해진 토크 또는 회전력을 측정합니다.

관성 측정 장치 (IMU)

로봇의 가속도, 각속도 및 기타 운동 매개변수를 측정하여 로봇이 자신의 자세와 운동 상태를 감지하고 균형을 유지할 수 있도록 돕습니다. 또한 소비자 전자제품, 자동차, 항공우주 분야에서도 사용됩니다.

촉각 센서

휴머노이드 로봇의 덱스터러스 핸드에 일반적으로 사용되며(보통 로봇당 10개의 센서, 손가락당 1개), 센서와 물체 사이의 힘과 압력을 측정합니다. 이는 인간 손가락의 수용체, 즉 인간 피부의 중요한 부분을 모방한 것입니다.

여기서 하모닉 드라이브 감속기가 핵심 역할을 합니다

휴머노이드 로봇에 대한 폭발적인 수요 속에서 하모닉 드라이브 감속기는 경량 설계와 높은 토크 밀도의 장점으로 우위를 점하고 있으며, 유성 감속기는 중부하 시나리오에서 이를 보완합니다. 현재 두 가지 주요 기술 경로인 플렉시블 휠 파인블랭킹 공정과 리지드 휠 소재 대체가 감속기 소재 기술의 반복적 업그레이드를 이끌고 있습니다. 장기적으로 10 million대의 휴머노이드 로봇 양산은 하모닉 드라이브 감속기 강재 시장에서 ¥19.15 billion 규모를, 파인블랭킹 강재/연성주철 기술 대체에서는 잠재적으로 ¥3.83 billion 규모의 시장을 창출할 것으로 추정됩니다. 정밀 감속기는 로봇의 핵심 부품입니다.

하모닉 드라이브 감속기는 소형화, 경량화, 큰 감속비, 높은 토크 밀도라는 중요한 장점을 제공하여 협소한 공간에서도 효율적인 작동이 가능합니다. 또한 협소한 공간과 중간 방사선 환경과 같은 특정 조건에서도 우수한 성능을 유지합니다. 이러한 특성으로 인해 모바일 로보틱스에서 널리 사용되고 있습니다. 반면 정밀 유성 감속기는 주로 정밀도 요구사항이 더 낮은 부품에 사용되며, 더 높은 강성, 더 긴 수명, 상대적으로 더 낮은 비용을 제공합니다. 따라서 휴머노이드 로봇에서는 하모닉 드라이브 감속기와 정밀 유성 감속기의 조합이 서로 다른 관절의 동력 전달 요구를 효과적으로 충족합니다.

휴머노이드 로봇의 미래

맞춤화 수요 증가

응용 분야가 확대됨에 따라 다양한 부문에서 새로운 요구사항이 등장하고 있습니다. 맞춤화 수요도 증가하고 있습니다. 산업 물류 로봇, 서비스 로봇, 의료 재활 로봇, 교육/연구 로봇, 엔터테인먼트 IP 로봇, 특수 목적 로봇은 모두 각기 다른 설계 요구사항을 가지고 있습니다. 예를 들어, 특수 목적 로봇은 열악한 환경에서 작동해야 하고, 교육용 로봇은 높은 가성비를 요구하며, 서비스 로봇은 상호작용 능력의 향상에 중점을 두고, 물류 로봇은 높은 동작 유연성을 필요로 합니다. HONPINE은 다양한 로봇 제조업체와 개발자를 위한 솔루션 제공에 전념하고 있습니다.

더 엄격한 비용 통제

휴머노이드 로봇 개발은 본질적으로 자본의 경쟁이며, 결국 대규모 투자에 대한 수익을 추구합니다. 자동차 제조사, 모바일 기기 기업, 소프트웨어 기업 등도 이 산업에 합류했습니다. 휴머노이드 로봇 공급업체 간 경쟁은 일상이 될 것입니다.

모듈화와 빠른 설치

로봇 기능이 지속적으로 업그레이드됨에 따라, 새로운 기능을 시장에 신속히 출시하기 위해 로봇을 빠르게 조립할 수 있는 능력은 핵심 경쟁 요소입니다. 많은 고객이 사전 통합된 로봇 관절 모듈을 직접 구매합니다. 일반적인 관절 모듈은 감속기(보통 정밀 하모닉 드라이브 감속기), 드라이브, 절대형 엔코더, 브레이크, 프레임리스 토크 모터, 증분형 엔코더, 그리고 통합 관절 어셈블리로 구성됩니다. 개별 부품을 각각 조달하는 대신 모듈을 구매하면 조달 비용을 절감하고 설치 시간을 단축하며 R&D를 가속화할 수 있습니다.

로봇 부품 공급업체를 선택하는 방법

강력한 R&D 역량을 갖춘 공급업체를 선택하는 것은 효과적인 일대일 기술 협업을 위해 매우 중요합니다. HONPINE은 각 고객에게 전담 기술 지원을 배정하여, 모델 선정과 판매 후 설치 안내부터 하모닉 드라이브 감속기 그리스 씰링 안내와 같은 세부 사항까지 일대일 서비스를 제공합니다. 많은 고객들은 HONPINE이 신뢰할 수 있는 파트너와 같다고 말합니다. 휴머노이드 로봇 개발 전 과정에서 정밀 전달과 관련된 과제가 발생할 때마다, 우리는 언제나 문제 해결을 도울 준비가 되어 있습니다. 이는 개발 일정을 앞당기고 R&D 비용을 절감하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

HONPINE은 하모닉 드라이브 감속기, 유성 감속기, 로봇 관절 모듈, 로봇 회전형 액추에이터, RV 감속기를 포함한 정밀 전달 장비를 전문으로 합니다. 판매, 생산, R&D를 아우르는 통합 기업으로서, 우리는 2018년 이후 200,000개 이상의 기업에 정밀 전달 솔루션을 제공해 왔습니다. 우리는 일대일 가이드를 제공하고 각 프로젝트마다 전담 기술 커뮤니케이션 그룹을 구성합니다. 효율적인 서비스와 높은 가성비의 제품은 많은 고객이 우리를 선택하고 장기적인 파트너십을 유지하는 이유입니다.