돌려차기하는 '로봇 태권브이' 50년 만에 부활

유압로봇시스템 전문기업 케이엔알시스템은 태권도의 고장 무주군에 조성될 '무주 태권브이랜드'에 들어설 12m 크기의 동작형 로봇 태권브이를 자체기술로 제작 완료했다고 17일 밝혔다.

로봇 태권브이는 키 12m, 몸무게 2만kg에 달한다. 상체와 하체는 각각 4.8m, 7.2m 크기로 제작됐다. 주먹은 1m, 발은 폭 1.9m에 길이 2.7m에 달한다. 돌려차기를 할 때 발끝이 지상 13m 높이에 도달한다.

로봇 태권브이는 총 34개의 독립관절로 태권도 품새를 구현한다. 태극 1장부터 8장까지 229개 동작 가운데 일부 품새를 뽑아 '무주 태권 품새'를 새로 만들었다.

무주 태권 품새는 대한태권도협회 부회장인 전익기 경희대학교 태권도학과 고황명예교수의 주도로 준비자세, 앞차기, 옆차기, 돌려차기, 지르기, 막기 등 13개의 구분동작과 5개의 연속동작으로 구성됐다.

로봇 태권브이가 시연할 동작 가운데 가장 고난이도 기술은 옆차기와 돌려차기다. 이 중 돌려차기는 실제 태권도 선수가 완벽한 자세로 해내기에는 난이도가 높은 동작으로 꼽힌다. 로봇에게는 특히 까다로운 과제였다.

첫 난관은 균형 유지였다. 12m 로봇이 한쪽 다리를 머리 높이 이상으로 들어올리면서 몸통을 회전하면 고정된 다른 한쪽 다리에 가해지는 하중이 강해 전복될 위험이 있었다. 또 회전과 발차기를 동시에 수행하면 관절과 프레임에 하중이 쏠린다.

이를 해결하기 위해 고강성 프레임 설계와 유압시스템 기반의 강력한 구동장치를 도입해야 했다. 이 결과 돌려차기 발끝이 지상 13m에 이르는 위치까지 안정적으로 도달할 수 있었다.

로봇을 구성하는 총 34개 대형관절은 고출력 유압 액추에이터와 서보밸브를 통해 제어된다. 이는 전기모터로는 구현하기 어려운 고강도 파워와 안정성을 제공해, 발차기나 몸통회전 등 고부하 동작을 가능하게 했다.

로봇 태권브이의 동작은 단순한 관절의 움직임을 넘어서서 태권도 품새 재현에 초점을 맞췄다. 이를 위해 동작데이터를 분석해 로봇 관절 각도로 변환하는 'AI 동작 맞춤화 기술'을 적용해 각 품새 준비자세부터 마무리까지 일련의 과정을 구현했다.

태권도 시범단 품새동작을 3차원 모션캡처 장비로 촬영해 서울과학기술대학교와 공동개발한 'AI 알고리즘'을 통해 로봇 태권브이에 최적화했다. 향후 새로운 품새 동작을 손쉽게 추가할 수 있는 확장성도 확보했다.

또한 실제 로봇과 똑같은 가상로봇을 컴퓨터에 구현하는 '디지털 트윈' 기술을 활용했다. 가상환경에서 모든 품새동작의 충돌여부, 구조적 하중 등을 사전 시뮬레이션을 통해 안전성을 미리 검증했다.

로봇에는 3만개 부품이 활용됐다. 유압 액추에이터와 서보밸브 등 전체부품의 약 70% 이상을 케이엔알시스템이 직접 설계 및 제작했다. 80% 이상 부품을 국산화했다.

또한 무주지역이 산악지형이라는 특성상 돌풍과 계절풍에 노출될 수 있어 지진 및 강풍에 의한 하중을 견딜 수 있도록 내진·내풍 설계를 적용했다. 규모 6.5 이상 지진과 최대순간풍속 초속 30m 이상에서도 안정성을 유지하도록 했다.

이 프로젝트는 무주군 의뢰로 총 4년의 제작기간과 약 78억원의 사업비가 투입됐다. 2021년 7월 설계를 시작해 로봇 제작 및 시스템 통합, 로봇 구동 시연을 마쳤다. 조만간 다시 분해해 무주군으로 운송한 후, 내년 초 조립 및 시운전을 거친다.

관련기사