휴머노이드 로봇 사양서 읽는 법: 자유도·가반하중·구동 시간을 작업 조건으로 바꾸는 계산

휴머노이드 제조사가 공개하는 사양서는 몇 줄짜리 표인 경우가 많지만, 그 값이 무엇을 기준으로 잰 것인지는 주석에 숨어 있습니다. 같은 “자유도 43”, “가반하중 3kg"이라도 세는 범위와 자세가 다르면 작업 설계에 쓸 수 없는 숫자가 됩니다. 이 글은 Unitree G1, Boston Dynamics Atlas, Agility Digit 5의 공식 사양 페이지를 예로 들어 항목별로 무엇을 확인해야 하는지, 그리고 사양 값을 내 작업 조건으로 바꾸는 간단한 계산 세 가지를 정리합니다.

세 플랫폼의 설계 방향과 AI 스택 비교는 휴머노이드 플랫폼 비교에서 다뤘으므로, 여기서는 사양서를 읽고 계산하는 방법 자체에 집중합니다.

공식 사양 페이지에 실제로 적힌 값

먼저 각 제조사가 무엇을 공개하고 무엇을 공개하지 않는지 한 표에 놓아 봅니다. 빈칸은 검증일 기준 해당 페이지에 적혀 있지 않은 항목입니다.

출처: Unitree G1, Boston Dynamics Atlas, Agility Digit 5. Digit 5 페이지는 사양이 내부 시험 기반의 예비 추정치이며 제품이 개발 중이라고 밝힙니다. Figure 03은 공식 발표에서 Figure 02 대비 무게 9% 감소, 발에 내장한 2kW 무선 충전 같은 값을 공개했지만 키·자유도·가반하중 같은 절대값은 적혀 있지 않아 표에서 뺐습니다.

표에서 바로 보이는 것은 네 회사 모두 보행 속도를 공식 사양 페이지에 적지 않았다는 점입니다. 이동 거리가 긴 작업이라면 이 값은 견적 단계에서 따로 물어야 합니다.

계산 1: 자유도는 세는 범위를 맞춰서 더한다

자유도(DoF)는 로봇이 독립적으로 움직일 수 있는 관절 축의 수입니다. 비교할 때 가장 흔한 문제는 옵션 구성을 포함했는지가 모델마다 다르다는 점입니다. Unitree G1 사양을 예로 들면 기본 모델은 다리 6×2, 허리 1, 팔 5×2로 23자유도입니다. EDU의 최대 43자유도는 여기에 옵션을 더한 값입니다.

즉 43 가운데 18은 선택 옵션인 허리 추가 축, 3지 힘 제어 손, 손목 축에서 나옵니다. 다른 로봇과 비교할 때는 다음 순서로 맞추면 됩니다.

1. 다리, 허리, 팔, 손목, 손가락, 머리로 구간을 나눕니다.
2. 각 모델의 값을 구간별로 채우고, 공개되지 않은 구간은 비워 둡니다.
3. 내 작업에 필요한 구간만 더해 비교합니다. 손가락을 쓰지 않는 운반 작업이라면 손 자유도는 비교에서 빼도 됩니다.

Atlas의 56자유도는 구간별 내역이 페이지에 없으므로, 같은 기준으로 맞추려면 제조사에 내역을 요청해야 합니다.

계산 2: 가반하중은 자세에 따라 줄어든다

사양서의 가반하중은 대개 한 자세, 한 조건에서의 값입니다. Unitree G1 사양은 팔 하중이 팔을 뻗은 자세에 따라 크게 달라진다고 주석을 달고, Atlas는 순간 50kg과 지속 30kg을 따로 공개합니다. 지속 하중은 순간 하중의 $30/50 = 0.6$배이므로, 물건을 계속 들고 걷거나 반복해서 옮기는 작업에는 지속 값을 써야 합니다.

자세에 따른 차이는 어깨 관절이 버텨야 하는 토크로 어림할 수 있습니다. 물체 질량을 $m$, 어깨에서 물체까지의 수평 거리를 $r$이라 하면 물체만으로 생기는 어깨 토크는 다음과 같습니다.

예를 들어 3kg 물체를 몸 가까이($r = 0.2\,\text{m}$) 들 때는 약 5.9N·m지만, 팔을 뻗어 $r = 0.5\,\text{m}$에서 들면 약 14.7N·m로 2.5배가 됩니다. 이 예시의 거리는 설명을 위한 가정이며, 실제로는 팔 자체의 무게도 토크에 더해집니다. 그래서 선반 안쪽까지 팔을 뻗는 작업이라면 “최대 가반하중"보다 작업 자세에서 들 수 있는 무게를 제조사에 물어보는 것이 정확합니다. 관절 토크를 만드는 감속기와 액추에이터의 차이는 감속기 3종 비교에서 다뤘습니다.

계산 3: 구동 시간을 교대 가동률로 바꾼다

구동 시간만으로는 하루에 몇 시간 일할 수 있는지 알 수 없습니다. 충전이나 배터리 교체에 드는 시간을 함께 알아야 가동률을 구할 수 있습니다. 구동 시간을 $t_{run}$, 충전 시간을 $t_{charge}$라 하면 가동률은 다음과 같습니다.

Digit 5는 구동 대 충전 비율을 10:1로 공개했으므로 $A = 10/11 \approx 0.91$입니다. 24시간에 곱하면 약 21.8시간인데, 같은 페이지가 밝힌 작업 시간은 하루 20시간이므로 이동·대기 같은 나머지 시간이 따로 있다고 읽을 수 있습니다. 한 작업 위치를 24시간 비우지 않으려면 $1/A \approx 1.1$대, 즉 실제로는 2대가 번갈아 들어가야 합니다.

반면 Unitree G1은 구동 약 2시간과 빠른 분리형 배터리만 공개했고, Atlas는 4시간과 자율 교체만 공개했습니다. 두 모델 모두 교체에 걸리는 시간이 없으므로 가동률을 계산하려면 그 값을 따로 받아야 합니다. 배터리 용량도 마찬가지입니다. G1의 9,000mAh는 전압이 함께 있어야 에너지(Wh = Ah × V)로 바꿀 수 있고, 페이지에는 전압이 적혀 있지 않습니다.

사양서 주석에서 꼭 옮겨 적을 것

사양 값을 표로 옮길 때 주석을 빼면 나중에 비교가 틀어집니다. 검증일 기준 각 페이지에 있던 주요 주석은 다음과 같습니다.

• Unitree G1: 최대 토크는 가장 큰 관절 모터 기준이며, 파라미터는 시나리오와 구성에 따라 달라질 수 있고 일부 기능은 개발·시험 중이라고 적혀 있습니다(Unitree G1).
• Digit 5: 제품이 개발 중이며 사양은 내부 시험 기반의 예비 추정치이고, 일부 안전 기능은 아직 개발 중이라고 적혀 있습니다(Agility Digit 5).
• Figure 03: 카메라 프레임레이트·지연·시야각 개선은 모두 이전 세대 대비 상대값입니다(Figure 03 발표).

견적 요청 전에 정리할 질의 목록

사양서에 없던 값은 그대로 견적 질의서로 옮기면 됩니다. 위 세 가지 계산에 필요한데 공개되지 않은 항목을 모으면 다음과 같습니다.

이렇게 비어 있는 항목을 먼저 확인하면, 데모 영상을 보고 판단할 때보다 파일럿 범위를 훨씬 좁게 정할 수 있습니다. 보행 방식이 이동 속도와 안정성에 미치는 영향은 휴머노이드 보행 제어에서 이어서 볼 수 있습니다.