로보사피엔스 시대에 따른 협동로봇 디자인 개발에 관한 연구 : 관절구조 형상을 지닌 산업용 로봇을 중심으로

국문 초록 (Abstract)

4차 산업혁명 시대에 이르러 최첨단 기술들이 로봇 기술과 융합하여 새로운 패러다임을 구축하는 추세를 보이며 발전하는 경향을 보인다. 자동화 공정에서 주로 활용되던 산업용 로봇에 최첨단 기술들을 접목하여 개발된 협동로봇은 사람과의 협업에 초점을 두고 있다. 사람과의 협업에 중점을 둔 협동로봇은 최근 들어 우리의 일상생활 속에서도 다양한 모습으로 찾아볼 수 있다. 최근에는 치킨집에서 치킨을 튀기거나 커피를 내리는 등 협동로봇은 우리의 곁에서 눈에 띄게 영역을 확장해 나가고 있다.

기술 융합으로 인해 로봇은 기존 산업용 로봇에서 벗어나 사람과 협업을 중점으로 사용되는 협동로봇에 대한 연구와 발전이 이뤄지고 있지만, 아직 기존 산업용 로봇의 틀에서 벗어나지 못하고 있는 것이 사실이고 사람과 로봇이 공존하는 공간에서의 필요 요소에 관한 연구가 부족한 것이 현실이다.

이에 본 연구는 사람과 로봇이 협업하는 일상 공간에서 공존하는 데 필요로 되는 디자인적 요소들을 조사 및 파악하고 이를 토대로 사람과의 협업에 최적화된 협동로봇을 개발하고자 한다. 구체적인 연구 방법은 다음과 같다.

첫째, 문헌조사를 통해 기존 로봇의 분야와 협동로봇의 근원인 산업용 로봇의 분류별 특성을 조사하였고, 협동로봇의 개념 및 이해를 위한 조사와 협동로봇의 성장성에 대해 알아보았다.

둘째, 현재 협동로봇의 현황을 알아보기 위해 문헌을 참고하여 협동로봇의 시장 및 기술 동향과 상용화 현황을 조사하였다.

셋째, 국내·외 협동로봇 개발 사례에 대해 알아보고 협동로봇의 디자인 경향을 바탕으로 디자인 요소 및 개발 시 필요한 협동로봇의 기능적 요소에 대해 분석하고 디자인 개발 방향성을 제시하였다.

넷째, 제시된 방향성을 기반으로 도출되는 키워드 및 이미지를 통해 디자인 컨셉을 도출하고, 도출된 컨셉에 맞는 협동로봇 디자인을 Rough하게 표현하여 시각화하였다.

다섯째, 시각화한 협동로봇 디자인이 도출된 컨셉 및 방향성에 적합한지 검증하기 위해 설문조사를 통해 진행하였다.

여섯째, 설문을 통해 검증된 협동로봇 디자인 시안에 대해 앞서 분석한 협동로봇의 기능적 요소를 전문가 조언을 토대로 적용하여 디자인 고도화를 진행하였고 이를 토대로 최종 디자인을 도출하고 Mock-up 및 시제품 제작을 진행하였다.

마지막으로 최종 디자인 제안을 통해 얻을 수 있는 기대효과와 본 연구를 진행하면서 부족했던 부분에 대해 알아보고 연구의 한계점을 파악하였다.

본 연구는 사람과 로봇이 협업하는데 필요한 디자인적 요소들을 분석하여 협동로봇에 접목해 로보사피엔스 시대에 걸맞은 협동로봇을 개발하고 이에 따라 자동화 공정에서뿐만 아니라 주변 일상생활 공간에서도 하루빨리 로봇과 사람이 함께 협업하여 생활하는 시대가 오기를 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the fourth industrial revolution has come, high tech technology tends to develop by constructing a new paradigm through the combination with robot technology. Cooperative robots that were first made by adapting high-tech technology into industrial robots used in automatic processing focuses on cooperating with humans. Such cooperative robots can now be seen easily in our daily lives in various forms. For example, robots that cook fried chicken or make coffee expanding their boundaries can easily be sighted near us.

Today, research and development of cooperative robots focusing on efficient collaboration with men is in progress thanks to technology fusion. However, such progress are still limited in the area of industrial robots. Moreover, not enough research is done about necessary features required in space where men and robots co-exist.

Therefore, this research aims to investigate design features needed in the space where men and robots coexist and aims to develop an optimized cooperative robot for cooperation with people based on the investigation. Specifications of the research method are as follows :

First, research about field of existing robot technology, characteristics of different robot categories used in industrial purposes, which is the origin of cooperative robots, was conducted. In addition, inquiry to understand the concept of cooperative robots and the potential-growth of them was carried out.

Second, we investigated the market, technology trend, and current state of commercialization of cooperative robots in order to find out the present condition of them.

Third, we searched intra- and international cases of cooperative robot development. In addition, we analyzed design factors and functional factors required in the development based on the trends of cooperative robots and proposed the orientation of the design development.

Fourth, through the key words and images drawn from the previously made direction, we created a design concept and a roughly visualized cooperative robot fit to the concept.

Fifth, we conducted a survey to verify whether the visualized robot appropriately matches the developed concept and direction.


Sixth, applying formerly analyzed functional factors of cooperative robots to the draft of cooperative robot verified through survey, we processed design advancement. Based on this, we produced the final design and manufactured the Mock-up and a prototype.

Finally, we measured the anticipated effect that can be earned through the final design and checked the limitations and the insufficiency of the research.

This research intends to develop a collaborative robot adequate to the Robo-Sapiens era by applying analyzed design features needed in collaboration of man and robots into collaborative robots. Moreover, we look forward to the advent of the future where man and robots cooperate and live together not merely in automatized factories but in daily lives.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목차 ⅳ
• 표 목차 ⅶ
• 그림목차 ⅸ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구의 배경과 목적 1
• 1.2 연구방법 및 범위 5
• 제 2 장 협동로봇의 이해 7
• 2.1 로봇의 이해 7
• 2.2 로봇의 분야 및 분류별 특성 10
• 2.2.1 로봇의 분야 10
• 2.2.2 산업용 로봇의 분류별 특성 14
• 2.3 협동로봇의 개념 및 이해 19
• 2.3.1 협동로봇의 개요 19
• 2.3.2 협동로봇의 구조 및 기능 22
• 2.3.3 협동로봇의 특징 및 성장성 26
• 제 3 장 협동로봇의 동향 및 분석 28
• 3.1 협동로봇 현황 28
• 3.1.1 협동로봇의 시장 동향 28
• 3.1.2 협동로봇의 기술 동향 30
• 3.1.3 협동로봇 상용화 현황 34
• 3.2 협동로봇의 디자인 분석 39
• 3.2.1 협동로봇의 국내·외 디자인 사례 분석 39
• 3.2.2 협동로봇의 디자인 경향 분석 54
• 3.2.3 협동로봇의 디자인 경향별 요소 분석 62
• 3.2.4 협동로봇의 기능적 요소 분석 74
• 제 4 장 협동로봇 디자인 개발 86
• 4.1 협동로봇 디자인 방향성 및 컨셉 도출 86
• 4.1.1 협동로봇 디자인 방향성 및 컨셉 도출 과정 86
• 4.1.2 연구결과 종합 및 디자인적 요소 도출 (전문가 인터뷰) 89
• 4.1.3 요소별 디자인 관점의 이미지 도출 (설문조사) 100
• 4.1.4 협동로봇 디자인 방향성 및 컨셉 도출 117
• 4.2 협동로봇 디자인 구체화 120
• 4.2.1 협동로봇 디자인 구체화 과정 120
• 4.2.2 아이디어 시각화 (Rough Modeling) 123
• 4.2.3 아이디어 평가 및 검증 (설문조사) 127
• 4.2.4 협동로봇 기능적 요소 검토 및 디자인 고도화 (3D Modeling) 135
• 4.3 최종 디자인 144
• 4.3.1 최종 디자인 144
• 4.3.2 프로토타입 제작 (Mock-up) 155
• 4.3.3 시제품 제작 및 결과물 시연 156
• 제 5 장 결론 158
• 5.1 결론 및 기대효과 158
• 5.2 연구의 한계 및 향후 과제 164
• 참고문헌 165
• 부록 168
• Abstract 174