물류 작업 및 탑승형 고속 이동을 위한 휴머노이드 전신동역학 제어 기술 개발
연구 축 : ① 물류 작업 WBC ② 탑승형 고속 이동 WBC (병렬 추진)
참여 인력 : 서민석 연구원, Mouri 박사, 학부연구생
연구책임자
최경환 교수
01연구의 개요
최종 목표
- 물류 작업 및 탑승형 고속 이동 환경에서 휴머노이드가 작업 대상·지면·이동 플랫폼과 동적으로 상호작용할 때 전신 접촉·균형·작업 수행을 통합 제어하는 WBC 기반 Physical AI 원천기술 개발
두 가지 대표 시나리오
- 물류 작업 WBC : 지면의 상자를 인식하고 안정적 전신 자세 전환으로 들어 올린 뒤 AMR 또는 이동식 적재 플랫폼에 올려놓는 정책 개발
- 탑승형 고속 이동 WBC : UGV 위에 선 상태에서 주행 중 관성 외란과 노면 진동을 전신 제어로 흡수하고 상체·머리 자세를 안정적으로 유지하는 정책 개발
02연구 배경 및 문제 정의
기존 휴머노이드 연구의 한계
- 현재 실환경 적용은 대부분 평지 보행·단순 물체 조작·정적 환경 시연에 머물러 있음
- 지면 물체를 들어 이동 플랫폼에 적재하거나 실외 고속 이동체의 외란을 견디며 균형을 유지하는 문제는 미해결 고난도 영역
문제의 난이도
- 상자 픽업-적재는 양팔·허리·무릎·발 접촉·무게중심을 동시에 조절해야 하며, 물체의 질량과 관성에 따라 로봇-물체 결합 동역학이 계속 변화
- 이동 플랫폼 위 기립 안정화는 움직이는 지지면에서 CoM, CoP, 발 접촉력, 상체 자세, 센서 시야를 실시간 통합 안정화해야 함
03핵심 연구 내용
물류 작업을 위한 Whole-Body Manipulation
-
model-based reinforcement
learning을 핵심 기술로
활용하되, online system
identification과 latent
context adaptation으로 물체
하중 파라미터를 추정해
정책에 반영
- 상자 위치·크기·무게·목표 적재 위치를 반영하는 task-conditioned motion primitive 설계
- 쪼그리기 → 양손 파지 → 들어 올리기 → 운반 → 적재로 이어지는 전신 자세 전환 정책 개발
- CoM/ZMP/Capture Point 안정성 제약을 반영한 WBC 또는 MPC 기반 하위 제어기 개발
탑승형 고속 이동을 위한 전신 안정화 제어
-
UGV·AMR·전동 카트 위에서
급가속·급정지·회전·노면
요철로 발생하는 관성 외란에
대응해 넘어지지 않고 상체와
센서 시야를 안정화
- UGV의 속도·가속도·yaw rate·roll/pitch 진동을 외란 입력으로 반영한 결합 동역학 모델 구축
- 다리 관절을 능동형 서스펜션처럼 활용하는 active isolation 및 gaze/head stabilization 정책 개발
04추진 전략 및 분기별 계획
공통 기술 구조
- 두 연구축 모두 외부 접촉으로 유효 동역학이 달라지므로 공통 구조를 '상황 인식 + 동역학 파라미터 추정 + 정책 적응 + 안정성 보장 WBC'로 정의
- VLM/VLA는 저수준 토크 제어가 아닌 상위 상황 이해와 제어 모드 선택에 사용하고, 빠른 안정화는 model-based RL 및 WBC 계층이 담당
| 분기 | 물류 작업 WBC | 탑승형 이동 WBC |
|---|---|---|
| 1분기 | 시뮬레이션 모델 통합, 픽업-적재 태스크 정의 및 초기 motion primitive 설계 | UGV 외란 모델 정의, 안전성 평가 지표 정의 |
| 2분기 | 전신 자세 전환 및 양팔-몸통 협조 제어 개발 | 정지·저속 기립 안정화 정책, domain randomization 강인성 확보 |
| 3분기 | 하중 추정 기반 적응형 작업 정책 개발 | 가감속·회전 외란 대응 active isolation 및 head stabilization |
| 4분기 | 지면 상자 → AMR 적재 데모, 정량 KPI 측정 | 저속 실물 검증 및 단계적 속도 확장 |
05차별성 및 기대효과
기존 연구 대비 차별성
- 하체 균형과 상체 작업을 분리하지 않고 하나의 whole-body control 문제로 통합
- 휴머노이드 신체를 바퀴화하는 대신 기존 UGV·AMR·카트 인프라를 활용하는 탑승형 전신 제어 소프트웨어 원천기술에 초점
기대효과
- 학술 : 움직이는 지지면과 물체 접촉을 포함하는 WBC 문제 정식화 및 Physical AI 제어 벤치마크 제시(논문 1편·특허 1건)
- 산업 : 물류 환경의 지면 상자 처리·AMR 적재 자동화 검증, 실외 대형 물류단지·항만에서의 모듈형 로봇 운용 전략 제시