하드웨어: 공유 외골격
SEED-UMI의 하드웨어는 사람과 로봇 양쪽에서 접촉면을 향하는 외골격의 형상과 인코더 좌표계를 동일하게 유지하면서, 각 신체 구조에 맞춰 커프와 장착부를 조정한다. 이를 통해 인코더 측정값은 서로 다른 신체 구조를 아우르는 공통 측정값이 된다. 같은 명령을 내렸을 때 발생하는 차이는 명령을 관절 움직임으로 변환하는 잔여 매핑을 학습시키는 데 활용된다.
외골격 메커니즘 설계
이 외골격은 단 하나의 완전 구동형 정밀 손을 목표 플랫폼으로 삼아 공동 설계되었다. 여러 플랫폼으로의 전이는 고려하지 않으므로 링크 길이, 관절축, 가동 범위 제한을 고정하고 로봇의 운동학적 트리를 직접 재현할 수 있다. 그 결과 장치 양쪽에서 관절이 일대일로 대응하고, 사람이 착용한 경우와 로봇에 장착한 경우의 접촉 형상이 동일해지는 두 가지 강점을 얻는다.
외골격에는 목표 손의 각 능동 자유도마다 하나의 회전 관절이 배정된다. 링크 길이는 로봇 손가락 마디의 길이에 맞추고 관절축의 방향도 동일하게 설정한다. 기계적 스토퍼는 로봇의 가동 범위를 그대로 반영하므로, 조작자가 도달할 수 있는 자세와 로봇이 도달할 수 있는 자세가 정확히 일치한다. 외골격은 다섯 손가락에 걸쳐 독립적으로 측정되는 관절 20개를 구현한다.
센서 통합
모든 센서는 외골격 프레임에 장착되어 장치를 누가 착용하든 모든 신호가 동일한 물리 좌표계에서 기록된다. 센서 배치는 다음 두 가지 목표를 중심으로 설계되었다.
- 이후 정책 학습에 필요한 행동 및 관측 채널을 포착한다.
- 사람 측과 로봇 측 사이에서 해당 채널의 분포 변화를 최소화한다.
실험 구성
플랫폼은 RealMan RX75 로봇 팔과 손가락마다 4개의 구동 자유도, 총 20개의 자유도를 갖는 Wuji 정밀 손으로 구성된다. 사람과 로봇은 동일한 외골격을 착용하거나 장착하며, 서로 다른 신체 구조에서도 외부 접촉 형상과 카메라 배치를 유지한다.
등 쪽에 장착된 Intel RealSense T265는 6자유도 손목 자세를 제공하고, 배 쪽의 어안 카메라는 넓은 시야각으로 정책 관측값을 수집한다. 손목 궤적에는 T265와 툴 중심점 사이의 고정 정렬만 적용하며, 궤적 보정은 하지 않는다.
한계
SEED-UMI는 정밀 조작 시연 데이터 수집의 효율을 높이지만, 여전히 몇 가지 한계가 있다. 현재 시스템은 다양한 정밀 손에 완전히 자동으로 대응하지 못한다. 손마다 링크 배치, 관절 제한, 구동 범위가 다르기 때문에 외골격 형상, 보정 동작, 쌍별 회귀 학습 목표를 설계할 때 여전히 별도의 엔지니어링이 필요하다.
또한 데이터 수집 과정에서 조작자가 외골격을 착용해야 하므로 착용성, 착용에 걸리는 시간, 작업 편의성이 장시간 조작과 섬세한 조작의 성능에 영향을 준다. 향후 연구에서는 손 구조가 달라져도 외골격 설계와 매핑을 자동화하고, 착용 경험을 개선하며, 접촉을 더욱 정확하게 추정할 수 있도록 촉각 센싱을 도입할 예정이다.
자주 묻는 질문
SEED-UMI는 무엇을 위해 설계되었나요? SEED-UMI는 사람과 로봇이 하나의 외골격을 공유하도록 하여 일대일 정밀 조작 시연을 지원한다.
외골격은 몇 개의 관절을 측정하나요? 다섯 손가락에 걸쳐 독립적으로 측정되는 관절 20개를 측정한다.
사람 측과 로봇 측 외골격은 왜 기계적으로 동일하게 설계되었나요? 접촉 형상, 인코더 좌표계, 관절 대응 관계, 카메라 배치를 동일하게 맞추면 서로 다른 신체 구조 사이의 분포 변화를 최소화할 수 있기 때문이다.
현재 시스템의 주요 한계는 무엇인가요? 서로 다른 정밀 손에 적용하려면 외골격 형상, 보정, 회귀 학습 목표를 별도로 설계해야 하며, 장시간 조작과 섬세한 조작에서는 착용성이 성능에 영향을 준다.