[논문]사물인터넷 기반 소셜로봇 시스템의 분석 및 설계

조병호

doi:10.7236/jiibc.2019.19.1.179

사물인터넷 기반 소셜로봇 시스템의 분석 및 설계
Analysis and Design of Social-Robot System based on IoT 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.1, 2019년, pp.179 - 185

초록
AI-Helper

소셜로봇의 핵심기술은 음성인식 및 대화엔진인데 이를 개발하는데 많은 비용이 들고 음성인식률 및 대화엔진의 성능의 부족으로 인한 로봇과의 대화기능 구현이 어려웠다. IoT 기반의 클라우드 인공지능 기술의 발전과 여러 기업이 이들 오픈 API 제공으로 로봇과 인간과의 대화 기능 구현이 가능하게 됐다. 본 논문에서는 기존의 지능형 소셜로봇 기술동향을 조사하고 효율적인 IoT 기반 소셜로봇 시스템 구조를 설계한다. 또한 객체지향방법을 이용한 사용자 요구사항 분석, 플로우 차트 및 화면 설계를 보여줌으로 효과적인 소셜로봇 소프트웨어 분석 및 설계 방법을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A core technology of social robot is voice recognition and dialogue engine technology, but too much money is needed for development and an implementation of robot's conversation function is difficult resulting from insufficiency of performance. Dialogue function's implementation between human and robot can be possible due to advance of cloud AI technology and several company's supply of their open API. In this paper, current intelligent social robot technology trend is investigated and effective social robot system architecture is designed. Also an effective analysis and design method of social robot system will be presented by showing user requirement analysis using object-oriented method, flowchart and screen design.

주제어

표/그림 (6)

그림 그림 1. 소셜로봇 시스템 구조 Fig. 1. an Architecture of Social Robot System.
그림 그림 2. 유스케이스 다이아그램 Fig. 2. Use Case Diagram
그림 그림 3. 객체지향 클래스 다이아그램 Fig. 3. Object-Oriented Class Diagram
그림 그림 4. 음성인식 및 대화엔진 처리 알고리즘 설계 Fig. 4. Design of Voice Recognition and Dialog Engine Processing Algorithm
그림 그림 5. 대화엔진의 구조 설계 Fig. 5. Architecture Design of Dialog Engine
그림 그림 6. 스마트폰 앱 화면 설계 Fig. 6. Design of Screen for Smartphone App.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 소셜로봇 시스템의 설계 단계에서는 음성인식 및 대화엔진을 이용한 소셜로봇의 대화 기능 구현을 위한 알고리즘 설계로 플로우차트를 사용한 방법을 제시하였다. 그리고 그 중에서 가장 핵심 기능인 대화엔진의 구조를 설계하고 어떻게 이를 이용하여 대화기능을 구현할지에 대하여 기술하였다. 마지막으로는 분석단계에서 얻은 다이아그램을 활용하여 스마트폰 앱에서의 동영상 감시, 보이스 채팅, 교육콘텐츠 재생 등의 기능 구현을 위한 화면 설계 예시를 보여주고자 하였다.
그리고 그 중에서 가장 핵심 기능인 대화엔진의 구조를 설계하고 어떻게 이를 이용하여 대화기능을 구현할지에 대하여 기술하였다. 마지막으로는 분석단계에서 얻은 다이아그램을 활용하여 스마트폰 앱에서의 동영상 감시, 보이스 채팅, 교육콘텐츠 재생 등의 기능 구현을 위한 화면 설계 예시를 보여주고자 하였다.
본 논문에서는 이미 개방되어 사용되고 있는 음성인식/음성합성 API 기술과 챗봇 대화엔진 API 기능을 활용해서 저렴한 비용으로 집안에 있는 어린이나 노인에게 유용성이 많은 소셜로봇을 설계하는 방법을 제시하고자 하였다. 이와 같은 IoT 기반 인공지능 기술을 이용한 소셜로봇 제작에 필요한 요구사항을 조사하고 이를 객체지향 분석방법인 UML(Unified Manipulation Language)에 의한 유스케이스 다이아그램과 객체지향 클래스 다이아그램 예로 분석 방법을 제시하였다.
본 논문에서는 이와 같은 소셜로봇 시스템 개발을 위해 소셜로봇의 하드웨어 구조와 IoT에 기반한 전체 소셜시스템 구조와 기능 등을 제시하고 이를 개발하는데 필요한 소프트웨어 제작을 위한 세부적인 분석 및 설계를 위해 객체지향 분석 방법을 이용하여 사용자 요구사항분석 및 화면 설계를 보여줌으로 효과적인 IoT 기반 소셜로봇 시스템의 분석 및 설계 방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

객체지향 분석을 위하여 스마트폰, 서버 및 소셜로봇을 객체로 설정하고 속성(attribute)과 메소드(method)로 구성된 클래스 다이아그램(Diagram)을 그리면 그림3과 같다.
이와 같은 IoT 기반 인공지능 기술을 이용한 소셜로봇 제작에 필요한 요구사항을 조사하고 이를 객체지향 분석방법인 UML(Unified Manipulation Language)에 의한 유스케이스 다이아그램과 객체지향 클래스 다이아그램 예로 분석 방법을 제시하였다. 또한 소셜로봇 시스템의 설계 단계에서는 음성인식 및 대화엔진을 이용한 소셜로봇의 대화 기능 구현을 위한 알고리즘 설계로 플로우차트를 사용한 방법을 제시하였다. 그리고 그 중에서 가장 핵심 기능인 대화엔진의 구조를 설계하고 어떻게 이를 이용하여 대화기능을 구현할지에 대하여 기술하였다.
지능형 소셜로봇 기술의 가장 핵심은 지능형 대화엔진인데 일반적인 대화엔진은 단순패턴 매칭만을 고려하여 제작된 것으로 발화자의 목적 및 의도를 고려하지 않아 대화 흐름이 부자연스럽다. 본 논문에서는 음성인식에서 인지된 텍스트 문장이 자연어분석에 의해 토큰과 자질을 추출하여 자질간 가중치를 이용한 기계학습으로 대화엔진의 학습을 통해 더욱 유사한 답변을 찾는 대화엔진을 설계하도록 한다^[2].
둘째, 그 밖의 기능으로 로봇에 달린 카메라를 이용해서 가정에 있는 어린이나 노인의 안전유무를 살펴볼 수 있는 화상감시 서비스나 소셜로봇과의 보이스 채팅 서비스를 제공하는 것으로 스마트폰에서 동영상이나 보이스채팅 요청 신호를 보낸다. 셋째, 인터넷을 통해 서버가 요청신호를 받어서 로봇에서의 감시 동영상 데이터를 스마트폰으로 전달하여 부모가 보도록 하거나 사용자와의 채팅이 소셜로봇을 매체로 보호자와 이루어지도록 한다.
본 논문에서는 이미 개방되어 사용되고 있는 음성인식/음성합성 API 기술과 챗봇 대화엔진 API 기능을 활용해서 저렴한 비용으로 집안에 있는 어린이나 노인에게 유용성이 많은 소셜로봇을 설계하는 방법을 제시하고자 하였다. 이와 같은 IoT 기반 인공지능 기술을 이용한 소셜로봇 제작에 필요한 요구사항을 조사하고 이를 객체지향 분석방법인 UML(Unified Manipulation Language)에 의한 유스케이스 다이아그램과 객체지향 클래스 다이아그램 예로 분석 방법을 제시하였다. 또한 소셜로봇 시스템의 설계 단계에서는 음성인식 및 대화엔진을 이용한 소셜로봇의 대화 기능 구현을 위한 알고리즘 설계로 플로우차트를 사용한 방법을 제시하였다.
지금까지의 지능형 로봇은 기술력이 우수한 제품이지만 실용성 측면에서는 고가이고 아직 고객들이 원하는 수준에는 못미치는 경우가 많으나 본 논문에서의 소셜로봇은 저가이면서 인간 개인 서비스 로봇으로 실제 시장에서 성공 가능성이 많은 제품으로 제작이 가능하도록 하드웨어 설계를 아두이노와 같은 오픈하드웨어에 가깝게 설계하고 인터넷을 통해 음성인식 및 대화엔진기능이 클라우드 서버를 통해 제공되도록 소프트웨어 기능 구현에 치중하여 전체 시스템을 분석하고 설계한다.
소셜로봇이 자연스러운 대화를 할 수 있도록 하기 위해서는 음성인식 엔진에서 해석된 음성인식 파일의 텍스트 변환 후에 적합한 대화의 응답을 위한 문장을 찾아야 한다. 통상적으로 모든 질문에 대한 응답을 얻기 어렵고 도메인 중심의 페이스북 챗봇엔진을 사용하여 자연어분석을 통해 얻게 되는 문장에서 가장 유사한 답변을 얻기 위해서 문장에서 의도(intent)가 되는 자질(feature)을 추출하고 자질간의 가중치를 이용한 기계학습으로 대화엔진 DB의 계속적인 확장으로 정확도를 높힌 답변을 얻을 수 있도록 한다.

성능/효과

다음으로는 인터넷을 통해 응답이 음성신호로 로봇에게 전달되어지고, 소셜로봇이 응답하는 말을 스피커를 통해 대답을 하게 된다. 둘째, 그 밖의 기능으로 로봇에 달린 카메라를 이용해서 가정에 있는 어린이나 노인의 안전유무를 살펴볼 수 있는 화상감시 서비스나 소셜로봇과의 보이스 채팅 서비스를 제공하는 것으로 스마트폰에서 동영상이나 보이스채팅 요청 신호를 보낸다. 셋째, 인터넷을 통해 서버가 요청신호를 받어서 로봇에서의 감시 동영상 데이터를 스마트폰으로 전달하여 부모가 보도록 하거나 사용자와의 채팅이 소셜로봇을 매체로 보호자와 이루어지도록 한다.

후속연구

이와 같은 본 논문에서 제시한 사물인터넷 기반 소셜로봇 시스템 분석/설계방법은 실제 소셜로봇 소프트웨어 개발에 있어 매우 유용하고 주요 분석/설계 프로세스를 세우는 기준이 될 수 있으리라 본다. 또한 본 연구에서 제안한 소셜로봇 시스템 분석/설계 방법이 향후 소셜로봇 시스템을 제작하고자 하는 실무자들에게 어떻게 그 소프트웨어를 설계할지에 대한 주요 가이드라인으로 자리매김 할 수 있기를 기대한다.
이와 같은 본 논문에서 제시한 사물인터넷 기반 소셜로봇 시스템 분석/설계방법은 실제 소셜로봇 소프트웨어 개발에 있어 매우 유용하고 주요 분석/설계 프로세스를 세우는 기준이 될 수 있으리라 본다. 또한 본 연구에서 제안한 소셜로봇 시스템 분석/설계 방법이 향후 소셜로봇 시스템을 제작하고자 하는 실무자들에게 어떻게 그 소프트웨어를 설계할지에 대한 주요 가이드라인으로 자리매김 할 수 있기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소셜로봇 이란?	소셜로봇은 단순히 사람이 하기 힘든 육체적인 일을 대신하는 기존 로봇과 달리 사람과 대화를 하고 교감하는 감성 중심의 로봇을 말한다. 사람이 고립감을 느끼지 않도록 도와주는 역할을 한다.
	소셜로봇의 음성인식 및 대화엔진 개발이 어려웠던 이유는?	소셜로봇의 핵심기술은 음성인식 및 대화엔진인데 이를 개발하는데 많은 비용이 들고 음성인식률 및 대화엔진의 성능의 부족으로 인한 로봇과의 대화기능 구현이 어려웠다. IoT 기반의 클라우드 인공지능 기술의 발전과 여러 기업이 이들 오픈 API 제공으로 로봇과 인간과의 대화 기능 구현이 가능하게 됐다.
	지능형 소셜로봇의 기술 세가지를 위해 필요한 기술은?	지각은 주의환경을 감지하여 처리부에 알려주는 기술이며, 이러한 지각을 이용하여 행동을 결정하는 것이고, 행동은 결정된 행동을 이용하여 일련의 정해진 행동을 하는 기술이다. 이러한 세 가지 기술을 위해서는 센서, 프로세서 그리고 구동기(actuator) 기술을 필요로 하는데, 이러한 요소기술의 구현이 지능형 로봇의 핵심이다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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