왜 하모닉 로봇 관절 액추에이터와 유성 로봇 관절 액추에이터는 각각 휴머노이드 로봇의 상지와 하지에 이상적인 선택일까요?

휴머노이드 로봇용로봇 관절 액추에이터의 선택은 본질적으로 기능 요구사항, 성능 절충, 비용 제어를 정밀하게 매칭하는 과정입니다. 오늘날의 주류 솔루션 중에서,하모닉 관절 액추에이터는 일반적으로 상지에 우선 적용되고, 유성 관절 액추에이터는 하지에 선호됩니다. 이러한 조합은 우연이 아니라, 상체와 하체의 서로 다른 운동 특성에서 도출된 최적의 솔루션입니다. Unitree와 UBTECH 같은 기업들이 취하는 차별화된 접근 방식 또한 제품 포지셔닝과 관련된 구체적인 고려사항에서 비롯됩니다.

상지 관절: 정밀성과 기민성이 핵심 요구사항

상지 관절의 주요 요구는기민성과 높은 정밀도이며, 이는 하모닉 액추에이터가 특히 잘 충족할 수 있는 부분입니다. 하모닉 액추에이터는 웨이브 제너레이터를 사용해 플렉스스플라인의 탄성 변형을 구동하여 맞물림 전달을 실현하며, 1 arcminute 미만의 초고위치 정밀도를 가능하게 합니다. 거의 0에 가까운 백래시는 로봇이 작은 물체를 집거나 정밀 조립 작업을 수행하는 것과 같은 섬세한 작업을 가능하게 합니다.

또한 하모닉 액추에이터는 매우 콤팩트하고 경량화된 구조를 갖추고 있습니다. 동일한 감속비에서 그 부피는 유성 모듈보다 현저히 작아 상지 질량을 효과적으로 줄이고 로봇 전체의 무게중심 분포를 최적화합니다.

데이터에 따르면 하모닉 액추에이터는 뛰어난 토크 밀도를 제공하며, 무게가 0.84 kg에 불과한 상태에서 57.8 N·m/kg를 달성하여 높은 정밀도 운동이 요구되는 어깨, 팔꿈치, 손목과 같은 공간 제약이 있는 상지 관절에 이상적입니다. 그러나 그 한계 또한 분명합니다: 플렉스스플라인의 탄성 변형으로 인해 충격 저항성이 상대적으로 낮아, 갑작스러운 중하중에는 적합하지 않습니다.

하지 관절: 안정성과 하중 지지가 우선

하지 관절은 안정적인 하중 지지를 담당하므로, 유성 액추에이터가 더 균형 잡힌 선택입니다. 유성 액추에이터는 선기어와 유성기어 간의 강성 맞물림에 의존하며, 95–97%에 달하는 전달 효율을 달성합니다. 그 충격 저항성은 하모닉 모듈을 훨씬 능가하여, 이족 보행 중 발생하는 지면 반력과 로봇 자체의 무게를 쉽게 견딜 수 있습니다.

특히 단일 단계 유성 감속 솔루션만으로도 수백 킬로그램의 하중을 지탱할 수 있어, 보행과 페이로드 운반 요구를 충분히 충족할 수 있습니다.

마찬가지로 중요한 점은 유성 액추에이터가 뛰어난 비용 효율성을 제공한다는 것입니다. 단일 단계 유닛의 비용은 일반적으로 수백 RMB에 불과하며, 하모닉 액추에이터보다 현저히 낮습니다. 성숙한 국내 공급망을 바탕으로 유성 액추에이터는 대규모 양산에 매우 적합합니다. 또한 하지 관절은 일반적으로 더 많은 설치 공간을 가지며 극단적인 콤팩트함을 요구하지 않기 때문에, 동일한 감속비에서 상대적으로 더 큰 유성 액추에이터 크기를 자연스럽게 수용할 수 있습니다.

예외: 제품 포지셔닝이 이끄는 차별화된 경로

그러나 주목할 만한 예외도 있습니다. Unitree와 UBTECH가 채택한 차별화 전략은 주로 각기 다른 제품 포지셔닝에 의해 결정됩니다.

Unitree는 소형 경량 로봇에 집중합니다. 이 회사의 G1 로봇은 자체 개발한 유성 액추에이터를 사용하며, 콤팩트한 폼팩터 안에서 최대 140 N·m의 순간 토크를 제공하여 달리기와 점프 같은 고동적 시나리오에 적합합니다. 이러한 접근 방식은 더 강한 충격 저항성과 비용 이점을 얻는 대신 일부 위치 정밀도를 희생합니다.

반면, UBTECH의 Walker S1은 모든 관절에 하모닉 액추에이터를 적용하여 산업 등급의 고정밀 응용 분야를 목표로 합니다. 피크 토크가 250 N·m에 달하는 가운데, 하모닉 드라이브 고유의 충격 저항성 한계를 보완하기 위해 구조 보강을 적용하여, 작업 정밀도에 대한 요구가 극도로 높은 시나리오에서도 배치를 가능하게 합니다.

두 가지 접근 방식 모두 이들 기업이 핵심 응용 시나리오를 바탕으로, 범용 구성을 의도적으로 포기하고 고도로 맞춤화된 액추에이터 솔루션을 선택했음을 보여줍니다.