작품 내용요약

2018년 기준 우리나라에서 도서관 대출 횟수는 약 2.5억 회인데, 대출 한번 당 적어도 한 번은 책을 원래 위치로 다시 꽂아 넣는 작업을 수행해야 한다. 해당 작업은 사서의 인력만으로는 부족하기에 흔히 지역 도서관에서 봉사 자리를 구할 수 있는 현상을 살펴볼 수 있다. 도서관에서 책을 정리하는 단순 노동에 소모되는 인력과 시간을 절약하기 위해, 단순화된 모형 도서관 내에서 작업을 수행할 수 있는 자동 책 수레 로봇을 개발했다. 도서관에서 흔히 쓰이는 RFID로 책을 인식해 책의 주소를 계산하고, 책의 꽂아야 하는 책장 앞까지 자동으로 운전해서 책을 꽂고 다시 시작점으로 돌아오는 로봇을 개발했다. 책 수레가 이동할 때의 경로 이탈을 방지하기 위해 라인트레이싱을 이용했다. 도서관이라는 장소의 특성에 맞게 격자로 설치된 라인을 따라 움직이는 데 특화된 형태로 로봇의 차체를 개발했다. 책을 꽂을 때에는 모터의 회전운동을 책을 밀어 넣는 수직운동으로 바꾸기 위해 웜기어와 래크 기어를 사용했다. 개발된 로봇은 다음 여섯 과정을 통해 과제를 수행한다. ‘책 인식’, ‘알맞은 책장 앞 격자점으로 이동’, ‘책장 앞을 지나다 책을 꽂을 위치에 정지’, ‘지게 높이 조절’, ‘책 꽂기’, ‘원 위치로 돌아오기’가 그것이다. 자동 책 수레를 이용하면 사서의 단순 노동 시간이 줄어들고, 책 정리 외 업무를 더 효율적으로 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 작업을 수행하는 단일 로봇을 개발함으로써 책 꽂는 작업을 수행하기 위해 도서관 전체의 설비를 바꿀 필요가 없어지기에 경제적 효율을 얻을 수 있다. 비록 본 프로젝트에서 개발한 로봇이 도서관에서 실제 사용할 수 있는 시제품은 아니나 이제껏 같은 과제를 수행할 수 있는 로봇이 개발되지 않았다는 점에서 개발 과정이 좋은 선례로 남을 것이다.

과제의 목적, 개발동기 및 필요성

2018년 기준 연간 전국 도서관 내 책 대출 수는 2.5억 회에 달한다. 도서관 내에서만 책을 이용하는 경우도 빈번하기에, 뽑은 책을 다시 제자리에 꽂아야 하는 횟수는 연간 2.5억 회보다 훨씬 많을 것이다. 실제로 도서관 내에서 책을 올바른 위치에 두는 일에 필요한 인력을 줄이고자 로봇을 도입하려는 시도는 몇 차례 있어왔다. 예시로 싱가포르의 국책 연구기관은 책장 속 책에 붙어 있는 RFID 태그를 인식해 잘못된 위치에 꽂혀있는 책을 사서에게 알리는‘오로스(AuRoss)’로봇을 개발했다. 우리 팀은 이와 기능적인 측면에서 차별화를 두어 지게에 책을 올려 놓으면 RFID 태그를 인식하여, 도서관 내를 움직이며 자동으로 책을 올바른 위치에 꽂아 넣는 ‘자동 책 수레 로봇’을 개발하고자 하였다.

과제의 해결방안 및 수행과정

보통의 도서관, 그리고 본 프로젝트의 작업수행환경인 도서관 모형은 앞뒤로 책을 꽂을 수 있는 직육면체 형태의 책장이 격자로 줄지어 있는 구조다. 때문에 프로젝트를 위해 격자구조를 움직이는 데 특화된 로봇이 필요했다. 따라서 두 개의 옆 바퀴, 하나의 앞바퀴와 하나의 뒷바퀴가 있는 로봇을 만들었다. 몸체 중앙에 위치한 두 옆 바퀴 각각에 서로 다른 모터로 동력을 주어 제자리 회전을 용이하게 만들어 로봇이 격자점에 멈춰 쉽게 직각으로 방향을 바꿀 수 있다.

과제의 내용

본 수레는 책을 꽂는 단순 노동을 로봇을 통해 자동화하고자 시도한 좋은 선례가 될 것이다. AuRoss가 대체한 시스템 중 기존에 도서관 전체 책장에 다수의 RFID 센서를 부착하는 방법이 있었는데, 이는 비용 측면에서 AuRoss를 사용하는 것 보다 훨씬 비효율적이었다. 본 프로젝트에서 만든 자동 책 수레 로봇 또한 기존 설계된 도서관에 라인을 설치하고 수레를 투입하는 비용만 들 뿐이고, 책장에 컨베이어 벨트를 설치하는 등 도서관의 전체적인 설비를 바꿀 필요가 없어 경제적 측면에서 효율적이다.

기대효과 및 활용 방안

도서관에서 책을 직접 정리하는 단순 노동을 줄일 수 있고, 도서관이 문을 닫은 후에도 자동으로 책을 정리할 수 있으므로 도서관 사용 가능 시간에는 책 정리 외 업무에 인력의 비중을 늘릴 수 있다. 본 프로젝트에서 만든 자동 책 수레 로봇은 기존 설계된 도서관에 라인을 설치하고 수레를 투입하는 비용만 들 뿐이고, 도서관의 전체적인 설비를 바꿀 필요가 없어 경제적 측면에서 효율적이다. 현재 개발된 로봇은 단순화된 도서관 모형에서만 과제를 수행할 수 있다. 연간 도서 대출 횟수라는 수치 이외에도, 지방의 도서관에는 항상 책을 꽂을 인력이 부족하여 도서관 봉사 자리를 흔하게 구할 수 있다. 때문에 프레임 크기와 모터의 정밀성 등 부품적 측면에서의 개선과 AuRoss와 같이 다양한 크기의 책을 인식할 수 있도록 소프트웨어 측면에서의 개선이 이루어지면 충분한 시장성이 있다고 판단된다. 더하여 과학상자로 개발된 현재 로봇의 프레임을 3D프린터 또는 레이저커팅기로 제작한 프레임으로 교체한다면 사업화가능한 시제품이 될 수 있다.