1. 요구 사항 파악 및 작업 분석하기 - 1-1. 요구 사항 파악

1. 요구 사항 파악 및 작업 분석하기

1-1. 요구 사항 파악 : 요구 사항 파악하기 

1-2. 작업 및 운용 환경 분석

: 작업 분석하기

: 운용 환경 및 제약 조건 검토하기

2. 최신 기술 및 규정 검토하기

3. 개발 사양 결정하기

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1-1. 요구 사항 파악

학습 목표

• 로봇 수요자의 요구 분석에 활용할 요구 대상 및 요구 분석 영역과 항목을 결정할 수 있다.

• 수집된 요구 사항을 문서 또는 기타 방법으로 정리할 수 있다.

• 로봇 시장의 현황과 개발 동향을 분석할 수 있다.

• 수집된 요구 사항을 분석하여 선별할 수 있다.

 

필요 지식

 

① 로봇 시스템 구성

1. 로봇의 정의 및 분류

국제표준화기구(ISO: international standardization organization)에 의하면 산업용 로봇 (industrial robot)은 “자동적으로 제어되고 재프로그램할 수 있으며, 3개 이상의 축을 갖는 다목적 머니퓰레이터(manipulator)”로 정의하고 있다. 산업용 로봇의 가장 큰 특징은 재프로그램할 수 있다는 점이다. 즉, 산업용 로봇은 프로그램된 순서대로 작업을 수행하는 것은 기존의 기계들과 같지만, 다른 일을 하기 위하여 프로그램을 바꿀 수 있다는 차이점이 있다.
반면 서비스 로봇은 국제로봇연맹(IFR: international federation of robotics)에 의하면 제조 작업을 제외한 분야에서, 인간이나 장비에 유용한 서비스를 제공하면서 반자동 또는 완전 자동으로 작동하는 로봇으로 정의하고 있다. 서비스 로봇의 가장 큰 특징은 자율성이다. 즉, 서비스 로봇은 프로그램된 순서대로 움직이는 것이 아니라 사람이나 동물이 그렇듯 상황에 반응해서 스스로 움직일 수 있는 것이다. 

IFR은 <표 1-1>과 같이 로봇을 산업용 로봇과 비산업용 로봇으로 분류하고 있다.

<표 1-1> 로봇의 분류&nbsp;출처: 로봇통합기술청사진(2008). 차세대로봇전략기술지원단.

2. 산업용 로봇의 분류

산업용 로봇을 적용 산업 분야별, 적용 용도별로 분류하면 다음과 같다.

(1) 산업 분야별 분류
(가) 자동차 산업용 로봇

- 스폿 용접용 로봇: 자동차 차체의 박판 용접에 주로 사용된다.
- 아크 용접용 로봇: 자동차 차체의 이음새나 자동차 부품 용접에 사용된다.
- 도장용 로봇: 자동차 차체 혹은 자동차 부품의 도장에 주로 사용된다.
- 조립용 로봇: 자동차 엔진, 감속기 등의 자동차용 주요 부품의 조립에 사용된다.
- 핸들링용 로봇: 자동차용 주조물, 단조 부품, 가공 부품, 프레스 부품 등의 핸들링에 사용된다.
- 이적재용 로봇: 자동차 부품의 이적재에 사용된다.
- 부품 가공용 로봇: 자동차용 부품의 연산, 디버링 등의 가공에 사용된다.
- 검사용 로봇: 자동차 엔진 또는 자동차용 부품의 검사에 사용된다.
- 최종 조립용 로봇: 자동차용 좌석, 밧데리, 연료 탱크, 타이어, 유리창 등의 자동차 최종 조립 라인의 조립에 사용된다.

(나) 조선 산업용 로봇

- 아크 용접용 로봇: 선체의 블록 혹은 파이프 등의 선체 부품의 용접에 사용된다.
- 도장용 로봇: 선체 외판 혹은 블록 등의 선체 부품의 도장에 사용된다.

- 부품 가공용 로봇: 선체 부품의 연삭, 외판 부재의 열가공 등에 사용된다.
- 검사용 로봇: 배관 내부 검사, 수중 구조물 검사 등에 사용된다.

(다) 전기 및 전자 산업용 로봇

- 조립용 로봇: PCB 장착용 혹은 전기·전자 산업의 제품 및 부품 조립에 사용된다.
- 핸들링용 로봇: 전기·전자 산업의 제품 및 부품의 핸들링에 사용된다.
- 아크 용접용 로봇: 변전기, TV 프레임 등의 전기·전자 제품의 용접에 사용된다.
- 도장용 로봇: 휴대폰, TV 등의 전기·전자 산업의 제품 및 부품 도장에 사용된다.
- 이적재용 로봇: 전기·전자 산업의 제품 및 부품 이적재에 사용된다.
- 검사용 로봇: 휴대폰, PC 등의 전기·전자 산업의 제품 및 부품 검사에 사용된다.

(라) 반도체, 디스플레이 산업용 로봇

- 핸들링용 로봇: 웨이퍼 및 LCD 둥의 부품 및 제품 핸들링에 사용된다.
- 이적재용 로봇: 웨이퍼 및 LCD 등의 부품 및 제품 이적재에 사용된다.
- 이동형 로봇: 공정 간의 다른 장비로의 웨이퍼 이송에 사용된다.

 

(2) 용도별 분류

(가) 조립용 로봇
산업체에서 가장 널리 사용되는 분야의 로봇으로서, 기계 부품이나 PCB와 전자 부품을 단순 조립하는 로봇부터 양팔을 사용하여 정밀 조립하는 로봇까지 다양하다.
(나) 핸들링용 로봇
주조물, 단조 부품, 가공 부품, 프레스 부품 등의 기계 부품과 완제품의 핸들링에 사용된다. 전자 부품과 완제품의 핸들링용에 널리 사용되며, 웨이퍼 및 LCD용은 클린룸 내에서 사용되므로, 로봇 내의 분진 등의 오염물질이 외부로 배출되지 않는 밀폐된 구조이다. 식품용의 핸들링용에도 널리 사용되고 있으며 방수, 방진 등의 구조를 가진다.
(다) 용접용 로봇
기계 부품용 철판재나 선체 블록 등의 용접을 위한 아크 용접용이나, 자동차 차체의 박판 용접을 위한 스폿 용접용이 대부분이다. 사용 공간이 협소하고 복잡한 동작이 가능해야 하므로 수직관절형 로봇이 주로 사용되고 있으며, 대형 구조물 용접
에는 캔트리에 용접용 로봇을 장착한다.

(라) 도장용 로봇
가전 제품, 자동차, 선박 등의 부품이나 완제품의 외관 도장 용도로 사용되며, 도료가 로봇 내부로 침투하지 못하도록 밀폐되어 있고 모터 과열 등을 통한 불꽃과 도료와의 폭발 방지를 위해 방폭 구조로 되어 있다. 도료의 원활한 분사를 위한 특수

한 손목을 장착한 수직관절형 로봇이 사용된다.

(마) 가공용 로봇
주로 가스, 플라즈마, 레이저, 워터 젯을 이용한 철판 절단용이나 기계 부품의 디버링용이며, 최근에는 모형 제작용으로도 사용되고 있다. 가공시의 반력을 고려해야하므로 강건한 구조의 수직관절형 로봇이나 직각좌표형 로봇이 사용된다.
(바) 검사용 로봇
기계 및 전자 부품이나 완제품의 검사용이며, 대상물을 인식하기 위해 시각 인식장치를 부착하여 사용하며 최근에 품질 강화를 위해 수요가 증가하고 있다. 용도에따라 직각좌표형이나 수직관절형 로봇을 선택하여 사용한다.

 

2. 로봇 시스템의 구성
로봇 시스템은 로봇을 포함하여 기계, 장치 등의 조합을 통해 필요한 기능을 실현한 집합체로서의 용어로서, [그림 1-1]과 같이 로봇 기구부(robot mechanism), 로봇 하드웨어(robot hardware), 로봇 소프트웨어(robot software)로 구성되어 있다.

[그림 1-1] 로봇 시스템의 구성

로봇 기구부는 팔(arm)과 조인트(joint)로 구성되는 로봇 기구, 엔드이펙트(end-effector), 로봇 기구 주변 장치 등으로 구성되어 있으며, 로봇 하드웨어는 액츄에이터, 센서, 모션 제어기, 전원부, 마이크로컨트롤러 등으로 구성되어 있다. 로봇 소프트웨어는 로봇의 분류에 따라 매우 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데, 미들웨어, 액츄에이터 제어 소프트웨어, 센서 인터페이스, 모션 제어 소프트웨어, UX UI, 지능 소프트웨어, 콘텐츠 소프트웨어등으로 구성되어 있다.

 

② 요구 사항

1. 요구 사항의 정의
요구 사항(requirement)이란 시스템 개발 분야에서 고객이나 사용자의 목적을 수행하기 위하여 기획서 상에 명시된 시스템이 반드시 수행하여야 할 조건이나 능력을 말한다. 따라서 요구 사항이란 것은 제품 또는 시스템 설계의 기반이자 시스템 구현의 품질을 판단하는 기준이 되며, 평가 시 테스트 케이스를 생성하는 기반이라 할 수 있다. 여기서 품질이란 고객의 기대에 적합한가의 여부를 말한다.

2. 요구 사항 분석
요구 사항 분석(requirements analysis)은 시스템 개발 분야에서 고객이나 사용자의 상충할수도 있는 다양한 요구 사항을 고려하여 새로운 제품이나 변경된 제품에 부합하는 요구사항과 제한 사항을 결정하는 것을 말한다. 일반적으로, 요구 사항 분석은 다음의 세 가지 유형의 행위를 포함한다.

(1) 요구 사항의 수집
요구 사항이 무엇인지를 결정하기 위해, 개발자가 고객 및 사용자와 대화하는 작업으로 요구 사항 수집이라고도 불린다.
(2) 요구 사항의 분석
언급된 요구 사항이 불명확하거나 불완전하거나 모호하거나 모순되는지를 결정하고 해결하는 것을 가리킨다.
(3) 요구 사항의 기록
요구 사항은 자연 언어 문서, 유스 케이스, 사용자 스토리 또는 공정 명세서와 같은 다양한 형식으로 문서화되어야 한다.

 

3. 요구 사항의 종류
요구 사항의 종류에는 기능적 요구 사항과 비기능적 요구 사항이 있으며 다음과 같다.
(1) 고객 요구 사항
시스템의 목적, 주어진 환경과 제한 조건, 변경의 유효성과 적합성의 관점에서 시스템의 기대 사항을 정의하는, 사실 및 가정을 서술한 것이다.
(2) 기능적(functional) 요구 사항
기능 요구 사항은 반드시 구현되어야 할 필수적인 작업과 동작 등을 정의함으로써 어떤 기능이 구현되어야 하는지를 설명한다.
(3) 비기능적(non-functional) 요구 사항

비기능 요구 사항은 특정 기능보다는 전체 시스템의 동작을 평가하는 척도를 정의
한다.
(4) 성능적 요구 사항
어떤 기능이 동작해야 하는 한계를 정의한다. 이는 보통 자료의 양이나 질, 동작의 적시성과 민첩성 등의 척도로 기술된다.

 

③ 요구 사항 추출

요구 사항 수집은 고객이나 사용자가 무엇을 원하는지 결정을 내리는 작업이며 여러 가지 기법이 동원된다. 요구를 추출하기 위해서는 다음 세 가지 단계의 작업이 필요하다.

1. 시스템에 대한 정보 출처 파악
요구 사항을 추출하기 위해서는 정보를 모으는 일부터 시작해야 한다. 다양한 형태의 정보원이 존재하며, 어떤 정보원으로부터 정보를 파악할 것인지를 결정해야 한다. 이러한 정보원에는 정부나 전문 기관의 법령이나 표준, 정부나 정부 산하 기관에서 발표되는 각종 정책이나 통계, 특허청에 등록된 특허, 전문기관 등에서 출판되는 동향 분석 보고서나 

시장 분석 보고서, 학술 기관 등에서 출판되는 논문과 세미나 자료, 전문가들의 의견이 들어있는 인터넷 정보, 책과 같은 각종 출판물, 신문이나 방송의 각종 보도 자료 등이 있다.

2. 요구 사항에 대한 정보 수집
요구 사항에 대한 정보를 모으는 방법에는 여러 가지가 있다. 고객이나 사용자의 발표를 직접 듣거나 인터뷰를 하는 방법, 문헌이나 인터넷 등을 직접 조사하는 방법, 설문지를 이용해 관련자나 전문가들의 의견을 취합하는 방법, 엔지니어들 간의 브레인스토밍 회의를 통해 요구 사항을 이끌어 내는 방법, 사용 사례를 찾아서 작성해 보는 방법 등이 있다.

 

3. 요구 사항과 제한 사항의 정의
시스템의 요구란 주로 시스템이 수행하여야 하는 기능적 요구 사항과 비기능적 요구 사항, 성능적 요구 사항을 찾아내는 것이다. 이러한 요구들은 개발될 시스템의 기능이나 성능을 구체적으로 나타내게 된다.

 

수행 내용 / 요구 사항 수집, 분석 및 추출하기

 

재료·자료
Ÿ 로봇 시장 동향 분석 자료
Ÿ 로봇 기술 분석 자료
Ÿ 로봇 관련 특허 분석 자료

기기(장비 ･공구)
Ÿ 컴퓨터, 프린터, 인터넷
Ÿ 사무용 프로그램, 통계 프로그램

안전 ･유의 사항
Ÿ 고객의 요구 사항을 수집할 때는 학습자의 주관이 개입되지 않도록 조심하여야 한다.
Ÿ 요구 사항을 수집할 때 학습자들 간에 용어에 대한 오해가 생기지 않도록 로봇 시스템에서 사용되는 용어의 정의에 대해 정확하게 공유하여야 한다.
Ÿ 학습자는 요구 사항을 수집할 때 수집 방법별로 시간을 적절하게 배분하여야 한다.

 

수행 순서

① 로봇 시스템에 대한 요구 사항을 수집한다.

1. 로봇 시스템 시장의 흐름과 기술 동향에 대해 조사한다.
현재 시장에서 어떠한 로봇 시스템들이 판매되고 있는지, 판매되고 있는 로봇 시스템의 기능적, 비기능적, 성능적 요구 사항은 어떠한 지를 파악하기 위하여, 인터넷, 카탈로그 등을 통하여 현재 판매되고 있는 자사 및 경쟁사의 로봇 시스템의 사양에 대해 조사해본다.

<표 1-2>는 인터넷을 통하여 확인한 00사의 다관절로봇에 대한 사양이다. 아래 표에서 중요한 기능적, 비기능적, 성능적 요구 사항은, 자유도(degree of reedom)는 6자유도, 가반하중(payload)은 6kg, 주축의 선회 반경(max. motion range, swivel)은 ±172°, 반복정밀도 (repeatability)는 ±0.04mm 등이다.

<표 1-2> 00사의 다관절로봇의 사양&nbsp;출처: 00사(2016. 8. 18.). 로봇제품소개. http://www.robostar.co.kr에서 2016. 9. 30. 검색.

<표 1-3>은 00사의 스카라로봇(SCARA robot)에 대한 사양이다. 아래 표에서 중요한 기능적, 비기능적, 성능적 요구 사항은, 가반 하중(payload)은 정격 1kg, 최대 3kg, A, B축 합성 선회반경(motion range)은 ±130°, A, B축 합성 반복정밀도(repeatability)는 ±0.03mm 등이다.

<표 1-3> 00사의 SCARA 로봇의 사양&nbsp;출처: 00사(2016. 8. 18.). 로봇제품소개. http://www.robostar.co.kr에서 2016. 9. 30. 검색.

 

2. 로봇 시스템을 적용하기 위한 대상 시스템의 특성에 대하여 조사한다.
로봇 시스템의 경우 <표 1-1>과 같은 적용 분야에 따라 요구 사항이 다양하다. 예로 전자부품 조립용 로봇의 경우 산업 현장에 설치할 수 있어야 하며, 취급하는 대상물의 중량이 작고, 작업 속도가 매우 빨라야 하기 때문에 고정형, 적은 가반 하중, 빠른 속도 등과 같은 요구 사항이 필요하다. 반면, 화재 현장에서 구난을 위한 로봇의 경우 장애물이 많은 환경에서 이동할 수 있어야 하므로, 이동형, 장애물 탐지 및 회피 등과 같은 지능에 대한 요구 사항이 필요하다.

<표 1-4>는 대상 시스템의 특성에 따른 요구 사항의 예를 나타내고 있다.

<표 1-4> 대상 시스템의 특성에 따른 로봇의 주요 요구 사항

산업용으로 많이 사용되는 pick and place 로봇의 경우 가반 하중이나 작업물 인식률, 파지(pick)시 대상 종류 등이 중요한 요구 사항이 될 것이며, 재난 구조 로봇의 경우 무게 이송 능력, 경사 등판 능력 등이 중요한 요구 사항이 될 것이다.

 

3. 다양한 수집 방법을 이용하여 요구 사항을 수집한다.
(1) 대상 시스템이 정해지고 나면, 다양한 요구 사항 수집 방법을 이용하여 요구 사항을 수집한다. 이러한 수집 방법에는 다음과 같은 것들이 있다.
- 인터넷을 통한 조사(naver, google 등 이용)
- 논문 조사(www.koreascience.or.kr, scholar.google.co.kr 등과 같은 인터넷 이용)
- 해당 분야에 적용된 해외 선진사의 제품 관련 자료 조사

(2) 가능한 경우, 해당 분야의 전문가들에게 설문조사를 하거나, 전문가와의 인터뷰를 통해서 해당 분야에 대한 특성을 파악한다.
(3) 다양한 항목들이 수집되고 나면, 개발자들 간에 브레인스토밍 회의를 통하여 어떠
한 항목들을 요구 사항으로 선택할 건지를 결정한다.

 

② 수집된 요구 사항을 문서 또는 기타 방법으로 정리한다.

요구 사항을 수집하고 나면, 다음과 같은 방법으로 정리한다. <표 1-5>는 산업용 pick and place 로봇을 위한 요구 사항에 대한 예를 보여주고 있으며, <표 1-6>은 재난 구조용 모바일 로봇을 위한 요구 사항에 대한 예를 보여주고 있다.

<표 1-5> pick and place 로봇을 위한 요구 사항 정리 표의 예

<표 1-6> 재난 구조용 모바일 로봇을 위한 요구 사항 정리 표의 예

 

③ 수집된 요구 사항을 분석하여 선별한 후, 로봇 시스템의 개발 목표를 확정한다.

요구 사항에 대한 정리 표를 완성하고 나면, 요구 사항들 중에서 로봇 시스템의 사양에 포함되어야 하는 내용들을 분석하여 선별한다. pick and place 로봇에서 <표 1-5>의 요구 사항들 중 1번은 가반 하중에 관련된 요구이므로 요구 사항으로 선정되어야 하며, 3번은 속도에 관련된 요구이므로 요구 사항으로 선정되어야 한다. 이 외에도 6번은 로봇의 선회 반경과 바디의 길이의 최대값에 관한 정보이므로 요구 사항으로 고려되는 게 좋다. 이상과 같이 선별된 요구 사항을 정리하면 <표 1-7>과 같다.
재난 구조용 모바일 로봇에서 <표 1-6>의 요구 사항들 중 2번은 무게 이송 능력에 관련된 요구이므로 요구 사항으로 선정되어야 하며, 4번은 경사 등판 능력에 관련된 요구이므로 요구 사항으로 선정되어야 한다. 반면 3번의 경우 재난 구조 로봇이 일반적으로 가져야 하는 로봇 기구부의 구조(캐터필더식 또는 험지 이동형 모바일 로봇 타입)이므로 필수 요구 사항으로 선정하지 않아도 된다. 다만 로봇이 실내 물류 이송용 모바일 로봇인지, 아니면 재난 구조용 모바일 로봇인지에 따라 로봇 기구부의 구조가 달라져야 하기 때문에 로봇 기구부 설계 단계에서는 고려되어야 할 사항이다. 이상과 같이 선별된 요구 사항을
정리하면 <표 1-8>과 같다.

<표 1-7> pick and place 로봇을 위한 요구 사항 선정 결과

 

<표 1-8> 재난 구조용 모바일 로봇을 위한 요구 사항 선정 결과

<표 1-7> 및 <표 1-8>과 같이 요구 사항이 선별되고 나면, 선별된 요구 사항들을 중심으로 로봇 시스템의 핵심 개발 목표를 설정하여야 하다. 위의 표를 이용하여 pick and place 의 로봇의 핵심 개발 목표를 설정하면 <표 1-9>와 같으며, 재난 구조용 모바일 로봇의 핵심 개발 목표를 설정하면 <표 1-10>과 같다.

<표 1-9> pick and place 로봇의 개발 목표

<표 1-10> 재난 구조용 모바일 로봇의 개발 목표

수행 tip
• 기존 로봇 시스템의 사양을 파악할 때는 제조사 홈페이지에서 제공하는 전자 카탈로그 등을 이용하면된다.
• 요구 사항은 선진사의 로봇 시스템 사양에 있는 항목들을 우선 검토하는 것이 좋다.