2023.09.08 현대자동차그룹
[미래 모빌리티 구현을 위한 현대차그룹 특허 시리즈] 드론 배송의 미래를 준비하는 새로운 적재 기술
PBV가 수화물을 나르고, 배송 드론이 물건을 전달하는 시대가 도래할 것입니다. 그때에 PBV는 어떤 구조가 되어야 할까요?
곧 다가올 ‘목적 기반 모빌리티(PBV, Purpose Built Vehicle)’의 시대에 우리는 PBV를 어떻게 사용할까요? PBV는 사용 목적에 초점을 맞춘 이동 및 운송 수단을 뜻합니다. 간결한 구조로 최대한 넓은 공간을 확보하고, 공간을 목적에 따라 활용하는 자동차죠. 그래서 PBV의 활용안에는 한계가 없습니다. 목적의 수만큼 다양하게 변형할 수 있기 때문입니다.
그래서 PBV는 물류 배송의 기대주로도 손꼽히고 있습니다. 간결한 구조와 넓은 공간은 짐을 싣기에 적합하며, 배송을 돕는 여러 장치를 달 수도 있어서죠. 대표적인 사례가 ‘드론’입니다. 드론은 하늘을 날아 빠르게 짐을 전달할 수 있어 고층 빌딩이나 외진 곳의 배송에 유리합니다. 현재 미국의 아마존, 독일의 DHL 등이 드론 배송 연구를 진행하고 있으며, 자동차 제조사들 또한 드론 업체와 제휴해 관련 연구를 지속하고 있습니다.
현대자동차그룹 역시 드론을 활용한 다양한 이동 수단을 연구하고 있습니다. 미래에 대비해 모빌리티의 다양한 가능성을 탐구하는 것이죠. 드론과 자동차의 조합도 충분히 가능합니다. 현대차그룹 바디선행개발팀에서 개발한 ‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 드론 배송 시대에 PBV를 활용하는 새로운 방법을 제시하고 있습니다.
현대차그룹의 ‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 물류 배송의 마지막 단계를 맡은 배송기사의 사용성에 초점을 맞춰 개발됐습니다. 사용자의 건강과 편의성을 고려한 설계가 특징이죠. 가령 2열과 3열 적재 공간에는 수화물을 쉽게 넣고 뺄 수 있게 전동 팔레트를 장착했습니다. 기존에는 배송기사가 안쪽의 수화물을 꺼내기 위해 허리를 숙여 적재 공간에 들어갔지만, 해당 기술을 적용하면 안쪽의 바닥(팔레트)이 스스로 문 앞까지 이동합니다. 덕분에 적재 공간에 들어가지 않아도 쉽게 짐을 뺄 수 있으며 이는 사용자의 근골격계 질환을 예방하는 데 도움을 줍니다. 이에 대해 현대차그룹 바디선행개발팀은 다음과 같이 설명합니다.
“현재 배송 차량의 수납 공간은 높이의 한계가 있어 사용자가 짐을 꺼내거나 싣고자 들어가면 고개나 허리를 숙일 수밖에 없습니다. 이로 인한 근골격계 질환이 많은 것에 착안해, 수납 공간에 들어가 작업할 일이 없게 한다는 계획을 세운 것이죠. 그리고 향후 물류 시스템이 고도화되면 상차장에서 수화물을 자동으로 싣게 될 것입니다. 그렇다면 이를 내리는 시스템은 자동차가 제공해야 한다고 봅니다. 그런데 사용자 대부분이 자영업자인 상황에서 로봇 팔이 물건을 꺼내주는 시스템을 달면 비용 측면에서 부담이 너무 커질 겁니다. 따라서 간단한 구조로 문까지 적재 물건을 움직여 쉽게 꺼낼 수 있는 시스템을 개발했습니다.”
‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 미래에 등장할 PBV의 구조 또한 고려하고 있습니다. 2열 수납 공간은 슬라이딩 도어에, 3열 수납 공간은 테일게이트에 맞춰 설계한 것이죠. 그래서 팔레트의 이동 방향이 다릅니다. 2열의 팔레트는 좌측에 있다가 우측으로, 3열의 팔레트는 안쪽에 있다가 바깥쪽으로 움직이죠. 짐을 실을 때는 팔레트를 문에 가깝게 붙였다가 밀어내고, 짐을 꺼낼 때는 다시 팔레트를 문에 가깝게 붙이면 됩니다.
전동식 팔레트의 구동 원리는 다음과 같습니다. 3개의 홈에 롤러를 맞물려 튼튼하게 팔레트를 잡아주는 가이드 레일에 팔레트를 연결하고, 구동용 전기모터에는 피니언 기어를 달아 랙 기어의 톱니에 맞춰 움직이도록 한 것이죠. 더 단순한 벨트 구동 방식 대신 랙&피니언 구동 방식을 택한 이유는 내구성에 있습니다. 하루에 최소 10회 이상 사용해도 10년 이상 쓸 수 있게 단순하면서도 신뢰성이 높은 방식을 선택한 것입니다.
‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 2열과 3열을 수납 공간으로 사용하고 1열의 보조석 공간으로 수화물을 올려 보내 드론과 연결하는 사용법을 제시하고 있습니다. 드론 배송의 시대가 온다면 수화물과 드론의 도킹 방법도 중요해질 것입니다. 바닥에 수화물을 늘어놓고 드론이 가져가게 할 수도 있겠지만, 젖은 바닥에서는 쓸 수 없는 데다 착륙 중인 드론이 배송기사나 다른 장애물과 부딪칠 가능성도 있습니다.
따라서 바디선행개발팀은 수화물을 지붕 위에 올리는 방안을 택했습니다. 2열에서 수화물을 꺼내 1열에 자리한 드론 도킹 시스템의 리프트 위에 두면, 리프트가 수화물을 지붕 위로 밀어 올려 드론이 집어가도록 한 것이죠. 이를 위해서는 드론이 착지할 공간을 만들고, 드론이 수화물을 잡을 수 있게 위치를 조정해야 합니다. 그래서 드론 도킹 스테이션은 드론의 크기에 따라 착지 지점을 펼칠 수 있으며 안착한 드론의 위치도 회전 조정할 수 있습니다. 다음은 바디선행개발팀의 설명입니다.
“드론이 내릴 수 있는 면적을 넓히면 착지가 쉬워진다고 판단해 착지용 플레이트를 펼칠 수 있게 설계했습니다. 드론이 안착하면 위치를 조정하고 수화물이 올라옵니다. 드론 도킹 스테이션이 위치를 조정하는 이유는 역할 분담 때문입니다. 드론이 정밀하게 위치를 정렬하려면 자체 고성능 센서가 필요할 것입니다. 자세를 정밀하게 조정하는 데도 시간이 필요하겠죠. 따라서 드론이 어느 정도 위치를 잡고 안착하면 자동차가 이를 보완하는 것이 더 좋은 방법이라고 판단했습니다.”
드론 도킹 스테이션의 구조는 다음과 같습니다. 구동 모터 위에 베이스 플레이트, 링 기어, 마그네틱 모듈, 볼 스크류 구동 모듈, 드론 안착 플레이트가 달립니다. 마그네틱 모듈은 하나의 모터로 드론 안착 플레이트를 펼치거나 회전하게 하는 역할을 합니다. 구동 모터 회전 시 링타입 기어도 회전합니다. 이때 마그네틱 모듈이 아래로 고정되면 회전력이 볼 스크류 구동 모듈로 이어져 안착 플레이트가 열리고 닫힙니다. 반대로 위로 고정되면 회전력이 랙&피니언 기어로 전달되어 안착 플레이트가 회전합니다. 이와 같은 움직임은 도킹 스테이션의 컨트롤러로 정밀하게 제어됩니다.
‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 그 우수성과 혁신성을 인정받아 차량 부문, 드론 도킹 부문의 특허 또한 획득했습니다. 실내의 팔레트 이동 시스템은 내구성이 검증된다면 지금도 충분히 적용할 수 있을 만큼 간결하고 쓰기 쉬운 구조를 자랑하죠. 게다가 드론 도킹 시스템은 다양한 크기의 배송 드론이 활약하는 시대가 도래해도 충분히 대응할 수 있습니다.
“드론 도킹 스테이션의 기술적 장점은 안착 플레이트의 확장, 위치 조정을 위한 회전이라는 두 가지 기능을 단 하나의 모터로 구성한 구조에 있습니다. 드론의 크기에 따라 안착 플레이트의 사이즈를 조절할 수 있기에 다양한 크기의 배송 드론에도 대응할 수 있을 것으로 예상합니다.” 바디선행개발팀의 설명입니다.
‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 우리에게 어떤 가치를 제공할 수 있을까요? 여러 장점 중 가장 중요한 건 역시 사용자의 편리함입니다. 시간이 지나 물류센터에서 배송지까지 완전히 드론으로 배송할 수 있기 전까지는 PBV와 드론을 연계한 배송 시스템이 널리 쓰일 가능성이 높습니다. PBV에 짐을 실어 목표 지점에 도착하면 배송기사와 드론이 역할을 분담해 물건을 전달하는 방식도 충분히 가능하죠.
특히, ‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’을 활용하면 격오지 배송도 한층 쉬워질 것입니다. 도서산간지역의 경우 마을을 벗어나면 집들이 서로 떨어져 있는 경우가 많습니다. 지금은 배송기사가 모든 집을 전부 들려야 하지만, ‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’을 활용한다면 배송기사는 집들이 모인 거주 거점까지 직접 배송하고, 멀리 떨어진 곳에는 드론을 보내면 됩니다. 드론 배송은 지역에 따라 달라지는 물류배송의 어려움을 극복할 수 있습니다. 우리나라 또한 이에 주목하고 있습니다. 드론 배송의 실증 시험이 주로 도서산간지역에서 이뤄지는 이유죠.
미래에도 사람은 배송 시스템에서 중요한 역할을 맡을 것입니다. 따라서 사용자를 배려하는 기술의 가치 또한 빼놓을 수 없는 중요한 부분이 될 것입니다. ‘드론-PBV 도킹 및 적재 기술’은 현대차그룹이 미래를 대비하는 자세를 보여주는 부분 중 하나입니다. 다양한 가능성을 고려하는 동시에 사용자의 편의성, 건강까지 고려하는 것은 현대차그룹의 비전인 ‘인류를 위한 진보’와도 맞닿아 있습니다.
