쇼핑서비스지원 로봇 개발을 위한 HRI(Human Robot Interface) 디자인 개발

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쇼핑서비스지원 로봇 개발을 위한 HRI(Human Robot Interface) 디자인 개발 - 한국산업기술대학교(장영주), 2006

분야 디자인일반 등록일2005.11.30 작성자 관리자2(dbnews) 조회수2819

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쇼핑서비스지원 로봇 개발을 위한 HRI(Human Robot Interface) 디자인 개발
한국산업기술대학교(장영주), 2006


주관기관 : 한국산업기술대학교
총괄책임자 : 장영주
연구진 : 허성철, 홍서수 주대원
총사업기간 : 2004-12-01 ~ 2005-11-30

연구목표
로봇산업은 기술혁신을 활성화하고 새로운 발상에 의해 이루어지는 신 성장 동력산업으로 유망하다. 특히, 개인용 로봇 시장은 21세기 중반 자동차 산업규모로 급성장 할 것으로 예상된다.정보통신 혁명에 따른 인간과 친숙한 인터페이스 요구 증가와21세기실버사회에 대응하기 위한 노약자 생활지원,여가증가에 따른 오락,스포츠, 애완 등로봇수요가 급증할 전망이다. 로봇디자인은 로봇이라는 첨단기술의 결정체와 인간을 연결하는 인터페이스 역할을 한다. 디자인은 사용자에게 기술의 내용을 알기 쉽게 전달하고 편의성을 높이는데 커다란역할을 한다. 실용화 로봇기술의 성숙기에 접어들고 있는 현재 로봇에 대한 커다란 시장이 형성될 시점에서는 더욱 로봇디자인이 중요하게 될것이다. 로봇이 인간과 같은 환경에서 살아가기 위해서는 인간의 생활공간의 일부로써 인간에게 친근감을 주며 인간의생활 속에서 인간과 어울리며 인간을 도와줄 수 있는 형태로 디자인 되어야 한다. 또한 인간과 공존하기 위해 요구되는 인간 친화적인 인터페이스 디자인 기술과 기존의 로봇개념과는 다른 상호작용(interaction)을 고려한 로봇디자인이 개발되어져야 한다. 로봇산업은 과거의 인간대신 반복적인 일을 수행하던 산업적인 측면보다는 인간의 생활 안에서 인간 생활에서 공존하면서 인간기능을 향상시킬 수 있는 역할이 증대되고 있다. 이에 따라 기존의 로봇개념과는 다르게 인간과의 상호작용(interaction)을 고려한 로봇디자인이 개발되어져야 하기 때문에 로봇디자인에 대한 앞으로의 전망은 무궁무진하며,앞으로 수없이 많은 새로운 디자인 기회를 창출할 것이다. 로봇개발에 있어서 로봇디자인의 활약에 증대되는 이 시점에서 본 연구를 통해서 로봇디자인 산업의 활성화를 위한 마인드를 조성할 뿐만 아니라 지능형 로봇 인터페이스 디자인 산업의 Initiative 확보 및 전기/기계/재료/디자인 등 다양한 산업군의 활성화 및새로운 디자인 분야 창출을 통한 경쟁력을 제고 하는 데 있다. 본 연구는 개인용 Human Robot Interface(HRI) 디자인 기반구축으로 디자인 개발 시 활용 가이드를 제공할 것이다. 그리고 개인용 로봇 관련 중소기업의 상호 연계 및 협력체계 구축으로 로봇산업 전략적 비전 활용 극대화할 뿐만 아니라, 로봇 디자인과 관련한 공통 기술 개발을 통한 다양한 상품 기획을 촉진하는데 일조할 것이다. 이에 본 연구에서는 HRI 디자인에 대한 개념을 정립하고, 관련 HRI 디자인 요소를 도출하고 이에 대한 검증 및 사례연구를 통하여 디자인 측면에서의 HRI을 해석하고자 한다. 특히, 사용자 중심(User-Centered)의 쇼핑 서비스 지원 로봇 개발을 위한 HRI 디자인시스템 구축 및 적용 모형 개발을 통한 조화로운 인간-로봇 공생관계에 대한 사용자와 로봇,환경에 대한 체계적인 분석으로HRI 디자인 구현을 위한 디지털 시뮬레이터를 개발하는 데 있다.

연구내용 및 범위
본 연구는 지능형 서비스 로봇의 개발에 있어 인간에게 필요로 하며 현재의 많은 활동중 가장 상품성이 높은 로봇 개발경향에 맞추어 인간의 환경을 지원할 수 있는 로봇 기술과 실제 개발 가능성이 있는 로봇으로 쇼핑환경에 대응하는 서비스 지원 로봇을 개발하였다. 특히,현재의 로봇 기술 발전과 제품으로서의 가치 등을 고려할 때,상품화 가능성이높다고 판단되는 대형 할인매장에서 쇼핑서비스를 지원하며 사용자와 원활한 커뮤니케이션(Communication)을 통해 사용자의 소비행동을 지원 할 수 있는 쇼핑서비스지원 로봇에 관한 것이며 국내외 대형 할인매장이라는 장소적 한계를 설정했다. 본 연구는 HRI 디자인에 대한 관계를 정립하고, 사례 연구 형식으로 쇼핑서비스지원 로봇에 적용하였다. 쇼핑지원 로봇의 디자인 개발에 있어서 지원로봇이 사용되어지는 장소, 대상, 필요기능 등에 적합한 쇼핑지원 로봇을 개발하는데 있어 로봇디자인의 디자인요소에 관하여 기능의 상관관계에 따른 필요기능을 도출하였다. 또한 앞에서 정의된HRI디자인 요소에 대한 설계를 전개하고 쇼핑서비스지원 로봇 디자인을 개발하였다. HRI 디자인에 대한 유효성 검증을 위해서 모션캡쳐, 애니메이션, 뇌파, 사운드 등의 실험을 통해서 검증하였다. 그리고 디지털 시뮬레이션을 통해서 인간과 로봇과의 구체적인 인터랙션을 알아보았다. 본 연구에서는 이러한 쇼핑서비스지원 로봇의 디자인 개발에 있어 쇼핑 시 로봇의 필요기능과 사용자를 고려한 로봇디자인 연구 방법을 제안하며, 서비스 지원로봇 디자인 개발에 적용되어질 기능에 따른 디자인요소 도출에 관한 디자인 기초 자료로 활용 가능한기준을 제시하고자 하였다. 연구의 주요 내용은 쇼핑 지원 로봇의 행동 구조화 및 세부 모션 디자인 아이디어의 데이터베이스화를 위한 도구를 개발하는 것이다. 이러한 목적을 효과적으로 달성하기 위해서 본 연구에서는 크게 문헌적인 고찰과 실험연구를 연구 방법으로 사용하였다. 먼저 다양한 문헌을 수집하여 연구의 필요성 및 연구 목적을 정립하였는데 이는 주로 1장에서 다루어졌다. 다음으로 연구하고자 하는 주제를 문헌 연구를 통해 생활 지원 로봇을 정의하고 분류하였으며, 이를 토대로 쇼핑지원 로봇의 정의와 특성에 대해 고찰하였다. 다음으로 쇼핑지원 로봇이 갖는 행동의 중요성 및 필요성에 대해 탐구하고, 로봇개발에 있어 초기 단계에서 갖는 행동의 구조화에 대한 방법론을 문헌 연구를 통해 정리한다. 이를 바탕으로 쇼핑 지원 로봇의 행동 구조화 방법과 행동 구조에서 갖는 세부반응 모션 디자인의 시뮬레이션 방법론을 구축한다. 이상의 문헌 연구를 바탕으로 쇼핑지원 로봇의 행동 구조화 방법과 행동 구조에서 갖는 세부 반응 모션 디자인의 시뮬레이션 방법론을 구축한다. 이상의 문헌 연구를 바탕으로 쇼핑 지원 로봇의 행동 구조화와 세부 반응 모션 디자인 아이디어를 총체적으로 통합 할 수 있는 도구를 개발하고 실제로 로봇 행동 구조화와 세부 반응 모션 디자인 아이디어들을 적용해 볼 수 있는 사례연구를 진행한 후 그 프로세스를 검증한다. 마지막으로 사례연구를 통해 발견된 주요발견점을 다루고 전반적인 결론을 내림으로써 연구를 종결하였다.

목차
1. 서론
1.1 연구 배경 및 필요성 1.2 연구 목적 1.3 연구 내용 및 범위
2. 로봇의 개념 및 특성
2.1 로봇의 개념
2.2 로봇의 역사
2.2.1 로봇의 여명기-1960년대
2.2.2 로봇의 발전기-1970-80년대
2.2.3 로봇의 신 전개기-1990년대이후
2.3 로봇의 특성
2.3.1 매니퓨레이터(Manipulator)와 핸드(Hand)
2.3.2 모빌리티(Mobility)
2.3.3 비전시스템(Vision System)
2.3.4 시스템 인테그레이션(System Integration)
2.3.5 네트워크로서의 개체
2.3.6 인터페이스로서의 의인화
2.4 로봇의 분류
2.4.1 로봇의 용도별 분류
2.4.1.1 산업용 로봇
2.4.1.2 서비스용 로봇
2.4.1.3 복지 분야에서의 로봇
2.4.2 제어 방법에 의한 로봇의 분류
2.5 로봇 시장 동향
2.5.1 서비스 로봇 시장
2.5.2 전문 서비스 로봇 시장
2.5.3 가정용 로봇 동향
2.5.4 주요국 시장 동향
3. 로봇 디자인
3.1 로봇 디자인의 개요
3.1.1 로봇 디자인의 개념
3.1.2 산업디자인 새 영역으로서의 로봇디자인
3.1.3 움직임과 존재의 디자인
3.1.4 도구로서의 로봇 아이덴티티
3.1.5 디자인으로서의 공학과 로봇학
3.2 로봇 디자인 분야
3.2.1 로봇의 외관 디자인
3.2.2 로봇의 감성 디자인
3.2.3 로봇의 개성 디자인
3.2.4 로봇의 모션 디자인
3.3 로봇 디자인 주요 구성 요소
3.3.1 로봇용 센서
3.3.2 로봇에 사용되는 이동 기구
3.3.3 로봇 디자인 Factor
3.4 기존 로봇 디자인 사례(PaPeRo)
3.4.1 2001년 개발 사례
3.4.2 2003년 개발 사례
3.4.3 종합
4. Human Robot Interface 개요
4.1 인터페이스 개념
4.1.1 인터페이스의 정의와 생성배경
4.1.2 인터페이스의 분류와 구성요소
4.2 HRI 디자인 개념 4.2.1 액티브 휴먼 인터페이스 4.2.2 인터페이스의 2중 접면성 4.2.3 인터페이스의 3가지 개념 모델
4.2.4 공유 경험에 기초하는 휴먼 로봇 인터랙션 4.3 HRI 디자인 현황 4.3.1 HRI 디자인 기술 동향 4.3.2 HRI 디자인 주요 과제 4.3.3 통합적 접근: HRI 디자인 구현을 위한 핵심 기술 4.4 HRI 디자인 구성 요소 4.4.1 제스처(Gesture) 4.4.1.1 로봇 모션과 지능 4.4.1.2 로봇의 태스크와 스킬 4.4.1.3 운동 지능의 구성론 4.4.2 표정 (Expression) 4.4.2.1 기계적 얼굴 4.4.2.2 얼굴 시스템 4.4.2.3 6개 기본 표정 4.4.2.4 기본 표정의 메시지 4.4.3 사운드(Sound)
5. HRI 적용을 위한 사례연구 (쇼핑 지원 로봇을 중심으로)
5.1 사용자 선호 설문 조사
5.2 쇼핑 행태 분석에 의한 로봇 기능 도출
5.2.1 쇼핑 행태 분석
5.2.2 쇼핑 지원 로봇 필요 기능 도출
5.3 HRI 요소 도출
5.4 HRI 요소 기초 설계
5.4.1 감정표현 대표 선정
5.4.2 제스처
5.4.3 표정 5.5 쇼핑 지원 로봇 디자인 전개 5.6 HRI 디자인 요소 검증 5.6.1 모션 캡쳐에 의한 검증 5.6.2 애니메이션에 의한 검증 5.6.3 뇌파에 의한 검증
6. 디지털 시뮬레이션
6.1 보조적 HRI 요소들로서의 사운드
6.1.1 실험용 음의 선택
6.1.2 감성 반응 추출
6.1.3 실험결과
6.2 시뮬레이션 시나리오 제작
6.3 시뮬레이터 제작

7. 결론

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