로봇 디자인 개발에 있어서 뇌파분석 적용에 관한 연구 : 산업용 양팔로봇의 형태적 디자인 선호도 분석을 중심으로 = A Study on the EEG Analysis Applied in the Development of Robot Design : Focus on the Preference Analysis of the Industrial Dual-arm Robot Design Shape

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Enormous amounts of resources and number of personnel are invested to secure national competitiveness in the coming future by using the robot industry as a driving force for national growth. In the past, the robot is primarily used in some special fields requiring professionalism, such as industry, medical, military, universe and agriculture, but the development field of it is gradually extended into the scope of daily life. As the robot is introduced into the life scope of human beings, it is recognized as a communication individual which interacts with human beings, beyond a general product, and therefore the importance of study on the 'robot design' is emphasized. The scenario development and the establishment of characters of the stage of design development show the most prominent difference between robot design and product design process. As the robot is required to not only perform jobs and deliver information but also conduct the 'emotional communication' with human beings, the process different from that of general product design occurs.

In order to understand subjective feelings and measure emotional satisfactions in establishing characters of robot design, the pyschophysical scale method using a questionnaire are frequently used. The pyschophysical scale method which allows subjects to express their subjective favorites as scores, needs careful attention in designing the questionnaire with objectivity, accuracy, validity, reliability and availability. And it is difficult to avoid psychological distortion even if well-designed evaluation mode and questions are used. In order to overcome such a weakness of the pyschophysical scale method, the number of studies using the psycho-shysio-logical measurements should be increased, and especially the electroenceph-alogram (EEG) is one of them. As a scale of favorite, EEG has an advantage in that emotional responses of subjects can be analyzed in real time, and the psychological distortions can be avoided by using objective and direct psycho-shysio-logical measurements, rather than users' subjective evaluations.

In order to effectively overcome many problems of the pyschophysical evaluations, this study examines the interrelation between questionnaire data of robot favorite and EEG data of subjects who perceive form images of robots and explores availability of EEG according to robot design. The industrial dual-arm robot design is applied to study on development cases by verifying the EEG analysis method having the highest correlation with form favorite of the robot design and providing a guideline regarding form favorite analysis method of industrial dual-arm robot design using EEG.

국문 초록 (Abstract)

로봇산업을 국가차원의 성장 원동력으로 삼아 다가오는 미래에 국가경쟁력을 확보하기 위해 막대한 인력과 자원을 투자하고 있다. 과거 로봇의 활용분야는 산업, 의료, 군사, 우주, 농업 등 전문성이 요구 되는 특수 분야에서 주로 활용되었지만 로봇 개발영역은 점진적으로 인간의 일상생활 범위까지 확대되고 있다. 로봇이 인간 생활 범위의 영역으로 들어오면서 로봇은 인간과 일반적인 제품 이상의 상호작용을 하는 커뮤니케이션 개체로 인식 하게 됨에 따라 ‘로봇디자인’에 대한 연구의 중요성이 떠오르고 있다. 로봇 디자인 프로세스와 일반적인 제품 디자인 프로세스의 가장 큰 차이점은 디자인 개발 단계에서의 캐릭터 설정과 시나리오 개발이다. 로봇은 사람과의 사이에서 정보 전달이나 직무 수행만이 아니라 ‘감성’의 커뮤니케이션이 필요하게 됨에 따라 로봇디자인에 프로세스에서는 일반적인 제품디자인 프로세스와는 다른 과정이 존재하게 되는 것이다.

로봇 디자인의 캐릭터 설정에서의 주관적인 느낌을 파악하고 감성적인 만족도를 측정하기 위해 설문지를 이용한 심물리적 스케일(pyschophysical scales) 방법을 주로 사용한다. 피험자에게 주관적인 선호도를 점수로 표현하게 하는 심물리적 평가 방법은 객관성, 정확성, 타당성, 신뢰성, 가용성을 갖는 설문지를 설계하는 과정에서 세심한 주의가 필요하고 잘 고안된 평가 양식과 질문을 이용하더라도 평가과정에서 심리적 왜곡이 일어나는 것을 피하기 어렵다. 이러한 설문지를 이용한 심물리적 스케일 방법의 단점을 극복하기위해 심생리적인(Psycho-physio-logical) 측정방법을 사용하는 연구가 늘어나고 있는데 그 중 하나가 EEG(electroenceph-alogram; 뇌파)이다. EEG는 선호도의 척도로서 사용자의 주관적인 평가보다 객관적이고 직접적인 심생리적 측정 방법을 이용하면 심리적 왜곡을 피할 수 있으며, 실시간으로 피험자의 감성 반응을 분석할 수 있다는 장점이 있다.

본 연구는 심물리적 평가 방법의 여러 가지 문제점들을 효과적으로 극복하고자 로봇의 형태 이미지를 지각하는 피험자의 뇌파 데이터와 로봇 선호도 설문지 데이터 간의 상관관계를 알아보고, 로봇 디자인 프로세스에 따른 뇌파 적용가능성을 모색하였다. 로봇 디자인의 형태적 선호도와 가장 높은 상관관계가 있는 뇌파분석 방법을 확인하고, 뇌파를 이용한 로봇 디자인의 형태적 선호도 분석 방법을 가이드라인화 하여 산업용 양팔로봇 디자인을 개발 사례 연구에 적용하였다.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 Ⅲ
• 그림목차 Ⅴ
• 국문요약 Ⅶ
• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 2
• 1.2 연구의 내용 및 방법 6
• 제 2장 산업용 양팔로봇의 이론적 고찰 8
• 2.1 로봇의 개요 9
• 2.2 산업용 양팔로봇 12
• 2.2.1 산업용 양팔로봇의 개요 12
• 2.2.2 산업용 양팔로봇의 배경 13
• 2.2.3 산업용 양팔로봇의 제품현황 16
• 2.2.4 산업용 양팔로봇의 기술 24
• 제 3장 뇌파의 이론적 고찰 29
• 3.1 뇌의 구조 및 기능 30
• 3.2 뇌파 34
• 3.2.1 뇌파의 개요 34
• 3.2.2 뇌파의 종류 및 특징 37
• 제 4장 뇌파 실험을 통한 로봇 디자인 형태 선호도 연구 39
• 4.1 연구 방법 40
• 4.1.1 실험 대상·환경·측정장비 40
• 4.1.2 실험 시각 자극물 43
• 4.2 연구 설계 45
• 4.2.1 실험 절차 45
• 4.2.2 뇌파 측정 46
• 4.3 연구 분석 47
• 4.3.1 뇌파 분석 과정 47
• 4.3.2 뇌파와 선호도 설문 간의 상관관계 분석 52
• 4.4 연구 결과 72
• 제 5장 산업용 양팔로봇 디자인 개발 사례연구 73
• 5.1 디자인 컨셉 및 방향 74
• 5.1.1 산업용 양팔로봇의 동작분석 74
• 5.1.2 산업용 양팔로봇의 구조와 메커니즘 80
• 5.1.3 산업용 양팔로봇 시나리오 및 애니메이션 83
• 5.2 디자인 전개 87
• 5.2.1 스케치 87
• 5.2.2 뇌파를 이용한 디자인 형태 선호도 분석 91
• 5.2.3 모델링 · 렌더링 94
• 5.2.4 목업 96
• 제 6장 결론 97
• 참고문헌 101
• Abstract 103