인간 - 조리용 로봇 협업 관점에서 인간 작업자를 위한 협업용 정보 디자인 설계 = Collaborative Information Design for Human Worker from a Human-Cooking Robot Collaboration Perspective

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to introduce an information design focused on alleviating the workload of workers involved in human-robot collaboration. When collaborating with cooking robots in food and beverage establishments, the human worker's responsibilities extend beyond assigned task execution. They are tasked with monitoring various system parameters, such as available resources in the inventory and the maximum wait time of the ordered customer list. Based on this contextual information, which includes aspects like food production rates and potentially halting orders to prevent excessive wait times, workers determine subsequent actions. We've noticed that the need to multitask in these settings requires workers to constantly pay attention to understand the situation fully. To capture this, we identified performance factors that occur when human operators and cooking robots collaborate. By employing hierarchical task analysis, we identified requirements that could minimize workers' multitasking in these settings. Following this, we proposed an information design, the effectiveness of which was validated through in-depth interviews with experienced workers in the food and beverage sector. In the food and beverage domain, there is a distinct requirement for environmental information that reduces the cognitive workload of workers. Such information aids better comprehension of system status, including cooking robots and their ambient context. We proposed an information design encompassing three key functionalities: 1) action guides, 2) status checks, and 3) control functions. Action guides facilitate task instruction and execution, status checks aid the identification of the system’s environmental conditions, and control functions enable prompt responses when abnormal conditions occur. We have developed an information design specifically intended to reduce the multitasking-induced workload in human-robot collaborative environments. This design has the potential to mitigate the collaborative burden between cooking robots and humans, enhancing task efficiency by providing work instructions, performance guidance, and alert information for abnormal conditions.

국문 초록 (Abstract)

이 연구 목적은 인간과 조리용 로봇의 협업에서의 인간 작업자의 인지적, 물리적 작업부하를 경감시킬 수 있는 정보 디스플레이 디자인을 제안하는 데 있다. 식음료업장에서 조리용 로봇과 협업할 때, 인간 작업자는 식음료 제조의 역할과 함께 시스템 및 매장 환경 파악을 위한 모니터링 역할까지 수행하는 것을 현장 관찰을 통해 확인하였다. 인간 작업자의 작업자와 모니터링 역할의 다중 업무는 인간에게 업무 부담을 초래한다. 문제를 포착하기 위해 인간 작업자와 조리용 로봇이 협업할 때 발생하는 수행 요인을 식별하였다. HTA를 통해 협업 환경에서 인간 작업자의 업무 부담을 경감시킬 수 있는 정보 요구사항을 도출하였다. 이를 토대로 정보 디스플레이 디자인을 제안하였고, 식음료업장의 종사자들과 심층 인터뷰를 진행하여 제안한 정보 디자인의 효용을 확인하였다. 인간과 조리용 로봇의 협업 환경에서 인간 작업자의 업무 부담을 낮춰줄 수 있는 정보 디스플레이 설계를 위한 정보 요구사항을 도출하였다: 업무 지시 및 협업 지원하는 ‘Action Guide’, 시스템과 매장의 환경을 파악할 수 있는 ‘Check Status’, 이상 상태 발생 시 대응할 수 있는 ‘Control for abnormal conditions’ 이며 작업자의 업무 편의와 효율을 지원한다. 조리용 로봇과 협업 환경에서 작업자의 업무 부하를 낮출 수 있는 정보 디스플레이 디자인을 제안하였다. 이 디자인은 조리 로봇과의 협업을 위한 인간 작업자의 인지적 작업 부담을 완화하고, 작업자를 위한 업무 가이드, 시스템 및 주변 환경 상태 확인, 이상 상태에 제어 정보 등을 제공하여 작업 효율을 높일 수 있다. 본 연구는 서비스용 로봇과 협업하여 업무를 수행하는 작업자를 위한 정보 디스플레이를 설계하는 데 기초 자료로 활용될 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 2
• 1.2 연구 방법 및 절차 4
• 제2장 이론적 배경 8
• 2.1 인간과 로봇 상호작용 8
• 2.1.1 인간의 역할 8
• 2.1.2 조리용 로봇의 상태 10
• 2.2 인간과 조리용 로봇 협업 현안에 대한 검토 12
• 2.2.1 인간 - 지능형 시스템 협업 12
• 2.2.2 자동화 수준 14
• 2.3 인간 수행 요인 현안에 대한 검토 16
• 2.3.1 Situation awareness 16
• 2.3.2 Mental workload 18
• 2.3.3 Human-in-the-loop 19
• 제3장 서비스용 로봇 협업 사례 분석 22
• 3.1 조리용 로봇 사례 분석 22
• 3.2 조리용 로봇 태스크 분석 25
• 3.3 인간 작업자와 조리용 로봇 상호작용 간 역할 정의 및 주의 요인 분류 27
• 3.4 인간 작업자와 조리용 로봇의 상태 분류 30
• 3.5 조리용 로봇 협업 환경 분석 37
• 3.5.1 커피 매장의 협업 환경 조사 37
• 3.5.2 조리용 로봇 협업 환경 도출 40
• 제 4장 계층적 작업 분석(Hierarchical Task Analysis, HTA) 45
• 4.1 HTA를 통한 문제점 및 수행 저하 요인 도출 48
• 4.1.1 주문 확인, 만들기 48
• 4.1.2 호출하기, 전달하기, 정리하기 48
• 4.2 SHERPA를 통한 오류 식별 및 요구사항 도출 53
• 4.3 서비스 블루프린트 구성 64
• 제 5장 정보 디자인 제안 67
• 5.1 인간 작업자의 업무 부담 경감을 위한 협업용 정보 디자인 제안 67
• 5.1.1 업무 가이드 70
• 5.1.2 상태 확인 70
• 5.1.3 이상 상태에 대한 제어 72
• 5.2 정보 디자인 효용 검증 74
• 5.2.1 업무 가이드 76
• 5.2.2 상태 확인 77
• 5.2.3 이상 상태에 대한 제어 78
• 제 6장 결론 83
• 6.1 결론 및 제언 83