AEGLOSLAB 로봇공학 전서(全書)

제0부 개관·역사·연구 준비

0.4 역사 I: 자동기계와 사이버네틱스에서 Unimate까지

0.4.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

이 장은 로봇공학 역사 아홉 계통(0.4~0.12) 가운데 첫째로, 고대의 자동기계에서 1961년 최초의 산업 로봇 설치와 1960년대 중반까지를 다룬다. 0.3에서 정리한 ISO 8373:2021의 정의(로봇·로봇 장치·산업 로봇)를 기준으로 삼아, 역사 속 기계가 그 요건을 언제 처음 충족하는지를 묻는다. 산업 로봇의 확산(0.5)·이동 로봇(0.6)·보행 로봇(0.7)·학습 기반 로봇(0.8)·안전과 윤리(0.9)·의료(0.10)·한국(0.11)·필드와 국방(0.12)은 각 장이 맡는다.

배우는 것:

  • 세 계통의 구분 — 피드백 제어·생물 모사, 프로그램 내장 기구, 원격조작의 세 기술 계통과 각 대표 사례.
  • 어휘의 기원 — robot(1920년대 희곡)과 robotics(1940년대 단편)의 출처와 사료 상태.
  • 사이버네틱스와 초기 자율 기계 — 위너(Wiener)·애슈비(Ashby)·월터(Walter)·섀넌(Shannon)의 기계.
  • Devol 특허(US 2,988,237)의 제어 구성 — 교시(티칭, teach)·재생(playback)·부호 일치 검출·감속 예고.
  • Unimate(1961)와 Versatran(1962) — 최초 산업 로봇 판정의 근거와 한계.
  • 풀이 예제 — 일치 검출 방식 점대점 재생의 감속 예고 거리와 정지 오차를 코드로 모의한다.

선수 지식: 0.3.3.2(산업 로봇 정의의 여섯 요건), 0.1.3(감지-판단-행동 순환), 피드백의 기초 개념.

특히 중요한 독자: 연구자(역사 서술의 1차 출처 수준을 확인하려는 독자), 정책·법무 독자(산업 로봇 정의와 낱말 robot의 연원), 엔지니어(교시·재생·서보·원격조작 구조의 기원).

기준 시점과 출처 방침. 이 장의 서술은 2026년 11월 기준이다. 이 장이 원문을 직접 읽은 1차 자료는 특허 3건(US 2,988,237·US 2,632,574·US 2,820,187, Google Patents 전문과 청구항), 희곡 『R.U.R.』 영역본(Selver·Playfair, 1923), Holland(2003)의 월터 거북 연구 논문이다. 나머지는 2차 출처(백과·박물관 소개·언론·체코 외교부 홍보 자료)이며, 당사자의 사후 서술은 회고로 구분한다. 연도가 2차 출처 사이에서 갈리는 곳은 병기하고 (확인 필요)로 표시한다. 회고와 2차 출처의 원문(엥겔버거의 저술, 체코어 원문, 옥스퍼드 영어사전 항목)은 확인하지 못했다. 무기·국방 로봇의 운용은 이 장의 범위가 아니다(0.12).

0.4.2 역사 서술의 틀 — 세 계통과 산업 로봇

산업 로봇은 몇 가지 요소 기술이 한 기계에 결합된 결과로 서술된다. 이 장은 요소 기술을 세 계통으로 나눈다. 이 분류는 이 책의 서술 틀이며 인물 사이의 계승 관계를 뜻하지 않는다. 직접적인 인용·계승이 1차 출처로 확인되는 경우는 해당 절에서 따로 밝힌다.

계통핵심 아이디어이 장의 대표 사례이어지는 장
가. 피드백 제어·생물 모사측정값과 목표값의 차이로 구동량을 정한다. 생체의 합목적 행동을 기계로 모사한다조속기(1788), 사이버네틱스(1943~1948), 월터의 전자 거북(1949)5.9(서보), 12.14(고전 제어), 0.6, 0.8
나. 프로그램 내장 기구동작의 순서를 물리 매체(캠·핀·천공 카드·테이프·드럼)에 저장하고 재생한다자케드로 인형(1768~74), 자카르 직기(1804), 수치제어(1952), Devol 특허(1954)15.13, 15.14
다. 원격조작사람이 조종하는 마스터의 운동을 슬레이브가 재현한다Goertz 마스터-슬레이브 매니퓰레이터(1948~54)23.17, 23.18, 0.12
가. 피드백 제어 ·생물 모사 나. 프로그램 내장 기구 다. 원격조작 (마스터-슬레이브) ~1800 1788 와트 원심 조속기 1768~74 자케드로 캠 구동 인형 — 1800~ 1940 1868 맥스웰 조속기 해석 1804 자카르 천공 카드 직기 — 1940~ 1954 1949 월터의 전자 거북 1952 MIT 수치제어 밀링 시연 1948~54 Goertz 마스터-슬레이브 1954~ 1966 이동·자율 로봇 0.6 · 0.8 산업 로봇 1954~1966 Devol 출원 · Unimate · Versatran
세 계통의 연표. 각 칸은 이 장이 다루는 대표 사례이고 빈 칸은 다룬 사례가 없는 칸이다. 계통 구분은 이 책의 서술 틀이며 계통 간 직접 계승을 뜻하지 않는다.

0.3.3.2의 산업 로봇 여섯 요건은 세 계통에서 나뉘어 온다. 매니퓰레이터 기구는 계통 다에서, 재프로그램 가능성은 계통 나에서 온다. 자동 제어, 곧 사람의 조종 없이 제어기가 동작을 생성하는 성질은 계통 가의 피드백 위치 제어와 계통 나의 저장된 프로그램이 결합할 때 충족된다. 산업 로봇을 수치제어와 원격 매니퓰레이터 기술의 결합으로 설명하는 서술이 자주 인용되지만, 당사자 회고에 근거한 것으로 알려져 있을 뿐 원문은 확인하지 못했다 (확인 필요).

계통 가는 두 갈래로 이어진다. 서보 위치 제어는 산업 로봇의 제어 구성 안으로 들어가고(0.4.8), 생물 모사 기계는 이동·자율 로봇(0.6)과 행동 기반 로봇(0.8)의 계보가 된다. 그림의 마지막 행은 이동·자율 로봇으로 이어지는 갈래와 산업 로봇으로 이어지는 갈래를 구분한 것이며, 서보 위치 제어가 산업 로봇에 들어간 경로는 그림에 나타내지 않았다.

0.4.3 자동기계 — 프로그램이 기구에 내장된 시기(고대~19세기 초)

자동기계(automaton)는 사람의 조작 없이 정해진 동작을 수행하는 기구다. 이 계통의 공통점은 프로그램이 부품의 형상에 고정되어 있다는 것이다.

사례시기프로그램 매체감지·피드백출처 성격과 유의점
알자자리(al-Jazari)의 자동 장치1206핀 드럼·캠(해석)없음필사본 삽화 문헌 『기발한 기계 장치의 지식에 관한 책』(2차 서술). 자동 악단이 재프로그램 가능했다는 해석은 연구자 한 명의 주장이다
카라쿠리 인형(일본)17~19세기스프링·캠·레버쟁반 위 잔의 유무가 기동·정지를 지령차를 나르는 인형의 구조(2차 서술)
보캉송(Vaucanson)의 플루트 연주자·오리1730년대 말(문헌에 따라 1738·1739)캠없음오리의 소화 기능은 시연용 장치로 밝혀졌다(0.4.10)
자케드로(Jaquet-Droz)의 필기·제도·연주 인형1768~1774캠. 필기 인형은 문자 휠로 최대 40자를 설정한다없음뇌샤텔(Neuchâtel) 박물관 소장·현존(2차 서술)
자카르(Jacquard) 직기1804천공 카드없음직물 무늬 제어. 재프로그램 가능한 제어 매체의 선례로 인용된다(2차)

세 가지 특징이 이 계통을 규정한다. 첫째, 프로그램이 캠·핀·카드의 형상에 있으므로 동작을 바꾸려면 부품을 교체해야 한다. 0.3.3.2는 산업 로봇의 재프로그램 가능 요건(하드웨어 변경 없이 동작을 바꿀 수 있는가)의 미충족 예로 "캠으로 동작이 고정된 장치"를 들었고, 이 계통이 그에 해당한다. 둘째, 개루프이며 환경을 감지하지 않는다(카라쿠리 인형의 잔 감지는 단순한 기동·정지 스위치에 해당한다). 셋째, 목적이 오락·시계·직조였고 물품 취급이 아니었다.

Devol 특허(0.4.8.1)의 배경 절은 이 한계를 1954년 시점에서 명시한다. 명세서는 물품 취급의 기계 제어가 오래전부터 캠 제어와 수동 제어 두 종류뿐이었다고 기술하고, 캠 제어는 대량의 특정 작업에서만 경제성이 있으며 수동 제어는 유연하지만 인력 비용이 든다고 지적한다(1차, 원문 확인). 곧 Devol 장치의 설계 동기가 캠 제어의 한계에 대한 인식이었음을 특허 본문이 보여 준다.

보캉송의 오리는 시연의 외관과 내부 기능이 일치하지 않은 사례다. 로베르우댕(Robert-Houdin)이 1844년에 장치를 검사하여, 배설물이 소화의 산물이 아니라 미리 준비한 가공 알갱이임을 밝혔다는 서술이 있다(2차). 이 책의 정직성 원칙("시연은 성능이 아니다", BK-03)이 18세기에도 적용되는 사례로 인용할 수 있다.

0.4.4 어휘의 기원 — robot과 robotics

낱말기원확인 상태
robot체코어 robota(강제 노동·부역)에서 유래. 카렐 차페크(Karel Čapek)의 희곡 『R.U.R.(Rossum's Universal Robots)』낱말의 제안자는 카렐의 형 요세프 차페크(Josef Čapek)이며, 카렐이 1933년 12월 24일 『Lidové noviny』 기사에서 밝혔다(2차 인용). 처음에는 라틴어 labor에서 딴 laboři를 구상했다(2차)
초연1921-01-02 흐라데츠크랄로베(Hradec Králové) 지역 극장, 1921-01-25 프라하 국민극장체코 외교부 홍보 자료(2차). 문헌에 따라 국민극장 공연을 초연으로 적는다 (확인 필요)
robotics아시모프(Isaac Asimov)의 단편 「Liar!」(『Astounding Science Fiction』 1941년 5월호)옥스퍼드 영어사전(OED)이 최초 인쇄 용례로 인용한다는 2차 보도. OED 원문은 확인하지 못했다 (확인 필요). 아시모프가 나중에 「Runaround」(1942)를 최초 용례로 회고했다는 서술도 있다(2차)
산업 로봇의 명칭Devol 특허는 낱말 robot을 사용하지 않고 "Universal automation, or Unimation"을 제시한다1차, 특허 전문의 본문 검색으로 확인(분류 코드와 인용 특허 제목을 제외한 본문에 robot이 없다)

희곡 『R.U.R.』의 영역본(Selver·Playfair, 1923)에서 확인되는 설정은 다음과 같다. Rossum's Universal Robots 회사는 원형질과 같이 거동하나 화학 조성이 다른 물질을 합성하고, 이를 가공하여 인공 노동자를 대량 생산한다. 극중 경영자 Domin은 노동 기계가 피아노를 치거나 행복을 느껴서는 안 되며 인공 노동자의 제조는 가솔린 엔진의 제조와 같다고 말하고, 로봇은 기계적으로는 인간보다 완전하나 영혼이 없다고 말한다. 곧 낱말의 원형은 제조된 노동력이며, 값싼 노동의 대량 공급과 그 반란이 극의 줄거리다.

이 어원은 0.3의 정의와 두 가지 점에서 만난다. 첫째, ISO 8373:2021의 로봇(3.1)은 "프로그램된 구동 기구"로 정의되어 노동자의 형상이나 생물성을 요건으로 하지 않는다. 둘째, 낱말에 담긴 노동의 함의는 산업 로봇의 도입 동기(노동력의 대체와 보완)와 이어진다(0.2). 로봇 3원칙을 비롯한 아시모프의 윤리 논의는 0.9가 다룬다.

0.4.5 피드백 제어와 사이버네틱스(1788~1960)

피드백 제어의 초기 사례는 증기기관의 속도 조절이다. 와트(James Watt)가 1788년경 증기기관에 적용한 원심 조속기는 속도 측정값으로 증기 밸브 개도를 조절한다(2차, 통설). 맥스웰(J. C. Maxwell)은 1868년 논문 「On Governors」(『Proceedings of the Royal Society of London』 16권)에서 조속기를 선형 모형으로 해석하여 안정 조건을 논했고, 이 논문은 피드백 안정성 해석의 시초로 인용된다. 이후의 전개는 12.14가 다룬다.

사이버네틱스(cybernetics)는 표준국어대사전에서 "생물 및 기계를 포함하는 계에서의 제어와 통신 문제를 종합적으로 연구하는 학문"으로 정의된다. Rosenblueth·위너(Norbert Wiener)·Bigelow의 1943년 논문 「Behavior, Purpose and Teleology」(『Philosophy of Science』 10권)가 되먹임 기계의 합목적 행동을 논했고, 위너의 『Cybernetics』(Wiley, New York, 1948)가 학문 분야의 명칭을 확립했다. 메이시 회의(Macy Conferences)는 1946~1953년에 10회 개최되었다(2차).

이 분야에서 제작된 기계 가운데 로봇 역사에서 자주 인용되는 것은 다음과 같다.

기계시기·제작자감지제어 소자보고된 행동출처 성격
호메오스탯(Homeostat)1948, 애슈비(W. Ross Ashby). 일지 2436쪽(1948-03-20)의 색인 표제가 "Homeostat works", 최초 발표 1948-12자석의 편각전기기계식. 공군 폭탄 제어 장치 4기를 개조교란 후 안정 상태를 재탐색하는 적응애슈비 일지 문서고의 쪽 색인(원문 확인, 쪽 이미지는 읽지 못함). 백과의 "1948-03-16 완성"은 일지 2435쪽 인용이나 색인 표제와 맞지 않아 (확인 필요)
전자 거북(Machina speculatrix)1949 월터(W. Grey Walter), 2기. 1951년 초 6기 제작광전지 1개, 껍질 변위 접촉 스위치진공관 2개, 구동 모터와 조향 모터광원 탐색·접근Holland(2003)가 문서고 자료로 확인
Theseus1950경 섀넌(Claude Shannon). 영상 1952미로 벽 정보 (확인 필요)전화 계전기미로를 탐색하고 학습한 경로를 재주행2차(MIT Technology Review 등)
존스홉킨스 Beast1960~61경초음파 변환기 2개, 광전지트랜지스터 아날로그 회로복도 주행, 배터리 저하 시 콘센트 탐색·충전2차 (확인 필요)

월터의 거북은 조향 구조와 함께 한 방향으로 회전하는 광전지로 빛을 탐색한다(Holland, 2003의 구조 설명). 월터는 1950년 『Scientific American』 5월호 「An Imitation of Life」와 1953년 저서 『The Living Brain』으로 이를 발표했다(Holland 인용). Holland는 이 기계를 행동 기반 설계와 창발의 최초 사례로 평가한다. 이 평가는 Holland의 해석이며 0.8에서 행동 기반 로봇의 계보로 다룬다.

이 기계들의 기술적 특징은 세 가지다. 첫째, 감지에서 구동까지 폐루프를 진공관·계전기·트랜지스터 아날로그 회로 같은 전자·전기기계 소자로 구현했다(0.1.3의 감지-판단-행동 순환을 구현한 초기 사례). 둘째, 범용 디지털 컴퓨터나 저장 프로그램 방식의 제어기가 없다. 셋째, 과업이 산업 물품 취급과 무관하다. 그러므로 이 갈래는 산업 로봇이 아닌 이동·자율 로봇(0.6)으로 이어진다.

0.4.6 원격조작 — 핵 시설의 마스터-슬레이브(1948~1954)

방사성 물질을 차폐벽 너머에서 취급하려는 요구가 마스터-슬레이브 매니퓰레이터 개발의 동기였다. 시카고 근교 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 레이먼드 괴르츠(Raymond C. Goertz)가 초기 개발을 주도했다(2차). 괴르츠의 특허(0.4.6 표)는 방사성 물질 취급을 목적으로 명시한다.

항목내용출처 성격
설계·보고1948년 설계(2차). 원격제어공학부 보고서 AECD-2635가 1949-03-07 날짜로 등재(국가 문서 목록 기록)2차·목록
특허US 2,632,574 「Remote-control manipulator」, 출원 1949-12-16, 등록 1953-03-241차, 원문 확인
구성(특허 실시예)조작자가 관의 한쪽 끝 손잡이를 쥐면 관 속의 케이블·기어 링크가 반대쪽 집게를 움직인다. 차폐벽 관통형·수직 축형·평행 팔형 세 실시예1차
목적방사선 노출을 줄이면서 조작자의 손·손목·팔 운동을 가능한 한 그대로 재현1차
E1(1954)두 팔이 기계 링크 없이 전기로 연결된 최초의 전기 연결 원격 매니퓰레이터. 마스터와 슬레이브의 자세 차이가 모터에 서로 반대 방향의 힘을 가한다2차(arXiv 서베이 『Tactile Robotics: Past and Future』)

이 계통의 의의는 네 가지로 정리된다. 첫째, 사람이 제어 루프 안에 있는 원격조작은 자동 제어 요건을 충족하지 않으며, ISO 8373:2021에서 원격조작 원격 매니퓰레이터가 로봇 장치(3.5)의 예시로 열거된다(0.3.3). 둘째, 마스터와 슬레이브의 자세 차이를 힘으로 되돌리는 양방향 제어는 힘 반영(force reflection)의 기원으로, 안정성 문제와 함께 23.17이 다룬다. 셋째, 팔과 집게의 다자유도 기구 설계 경험이 축적되었다. 넷째, 원격조작은 이후 우주·수중·재난 현장으로 확장된다(0.12).

0.4.7 수치제어와 컴퓨터 구동 조작(1949~1962)

사건시기내용출처 성격
Parsons–Stulen 특허출원 1952-05-05, 등록 1958-01-14(US 2,820,187, Parsons Corporation)천공 카드·테이프에 축별 목표 위치·이동 방향·순서를 기록한다. 카드 판독기와 구동 모터, 리드 스크루의 정류자로 이동량을 계수하는 카운터, 지령값과 일치하면 축을 정지시키는 비교기, 목표 부근의 감속이 청구항에 나타난다1차. 청구항 23개를 OCR 전문으로 읽었다(번호 판독 오류 일부). 청구항 1은 부품마다 이동 거리와 이동 순서를 기록하고, 앞선 순서의 부품이 모두 새 위치에 이른 뒤에만 다음 부품의 이동을 허용한다. 청구항 2는 제1 새 위치까지 정해진 속도로 이동한 뒤 구동 에너지를 낮춰 감속 접근한다
MIT 서보기구 연구소의 3축 수치제어 밀링 시연1952미 공군 지원. 시연 기계의 종류는 문헌마다 다르다(전용 밀링 머신 또는 개조한 모방 밀링 머신)2차 (확인 필요)
APT(Automatically Programmed Tool)1950년대MIT 연구소의 로스(Douglas T. Ross) 팀이 개발한 수치제어용 프로그래밍 언어2차
Ernst의 MH-11961~1962컴퓨터(TX-0)가 구동하는 기계 손과 촉각 센서. 상자와 블록을 탐색해 블록을 상자에 넣는 프로그램을 실행. MIT 학위논문(지도: 섀넌)2차(논문 목록 기록). 날짜는 1961-12(컴퓨터역사박물관)와 1962(MIT DSpace)로 갈린다

수치제어는 계통 나의 핵심 전환이다. 동작의 저장 매체가 기구의 형상에서 수치 부호로 바뀌어, 하드웨어를 바꾸지 않고 프로그램을 교체할 수 있게 되었다. Parsons–Stulen 특허의 청구항에는 저장된 목표 부호와 측정된 이동량의 일치 검출, 목표 부근의 감속이 이미 나타난다. 같은 구조가 출원 기준 약 2년 7개월 뒤의 Devol 특허(0.4.8.1)에 나타난다.

Google Patents에 올라 있는 Devol 특허의 인용 특허 목록(18건)에는 Parsons 특허와 Goertz 특허가 없다. 목록에는 공작기계 위치결정 장치(Kearney & Trecker, Giddings & Lewis), 디지털 서보(North American Aviation), 변위의 기록·재생(Neergaard), 원격 취급 장치(Hubbell) 등이 포함된다. 인용 목록은 심사관이 인용한 선행 기술이며 발명자의 실제 참조 범위를 밝히는 자료가 아니다. 따라서 Devol이 수치제어를 직접 참조했는지는 확인되지 않는다 (확인 필요).

Ernst의 MH-1은 컴퓨터가 촉각 센서 입력으로 매니퓰레이터의 동작 순서를 결정한 초기 사례다. 산업 환경이 아닌 연구실에서 구동되었으므로 산업 로봇이 아니며, 센서 기반 조작 연구의 계보(0.6~0.8)에 속한다.

0.4.8 Devol 특허와 Unimate(1954~1966)

0.4.8.1 특허의 구성 — 교시와 재생

조지 데볼 주니어(George C. Devol Jr., 코네티컷주 그리니치)의 US 2,988,237 「Programmed article transfer」는 1954-12-10에 출원(Ser. No. 474,574)되어 1961-06-13에 등록되었다. 출원에서 등록까지 약 6년 6개월이 걸렸고 양수인은 없다(개인 명의). 아래 내용은 Google Patents의 특허 전문(OCR, 약 17만 자)을 내려받아 본문 검색과 청구항 28개 읽기로 확인한 것이다.

목적과 명칭. 명세서는 "versatile program control means"를 갖춘 물품 이송 장치를 일반 목적으로 제시하고, 이 목적을 특징짓는 말로 "Universal automation, or Unimation"을 든다. 이 장치가 공장과 창고에서 작업자를 돕는 것을 사무 기계가 사무를 돕는 것에 비유한다. 낱말 robot은 본문에 나타나지 않는다.

구성 요소. 그림 2에 구성을 나타내었다.

프로그램 드럼 슬롯별 좌표 부호 + 기능 트랙 위치 부호기 노치 스트립 판독 현재 좌표 부호 일치 검출기 부호 비교 유압 액추에이터 이송 헤드 (팔·승강·집게) 목표 부호 일치 → 다음 슬롯 현재 부호 구동 지령 (근접 시 감속) 기계적 직결 교시 시 기록
Devol 특허(US 2,988,237)의 제어 구성. 실선은 재생 모드, 점선은 교시 모드이다. 프로그램 드럼의 목표 부호와 위치 부호기의 현재 부호가 일치할 때까지 액추에이터를 구동하고, 일치하면 드럼이 다음 슬롯으로 진행한다. 특허 명세서의 구성을 단순화하여 나타냈다.
요소명세서의 서술(요지)후속 장
프로그램 드럼자기 드럼이 기본 실시예다. 한 단계가 하나의 슬롯이며, 동작마다 부호 트랙을 두고 집게·속도·방향·감속 예고를 위한 기능 트랙을 별도로 둔다. 대체 매체로 금속 띠가 서술되고, 전자계산기의 고속 드럼·정보 선택 기법으로 대체할 수 있다고 언급한다15.14
위치 부호기가장자리에 고유한 부호 노치를 낸 강자성(철) 스트립을 적층하고, 각 코드 위치에서 센서가 판독한다. 센서 헤드는 이송 헤드와 직접 연결되어 하나로 움직이며, 고속 이송과 정밀 위치결정에서 기어 연결의 유격과 지연을 피한다6.2
일치 검출드럼의 프로그램 부호와 부호기의 위치 부호가 일치할 때까지 이송 헤드가 해당 방향으로 이동한다. 프로그램 컨트롤러는 일치 시 이송 헤드를 정지시키거나 다음 위치로 진행하도록 지령할 수 있다. 모든 축이 일치하면 다음 기능이 허용되고 드럼이 다음 슬롯으로 진행한다5.9
감속 예고기일치 검출 즉시 정지하려면 이송 속도를 극히 낮게 해야 하므로, 고속으로 이송하다가 위치 검출기 안의 속도 제어 소자(anticipator)로 정지 지점 부근에서 저속으로 접근하도록 한다. 부호의 수치를 비교하여 같은 결과를 얻는 방식도 서술한다. 청구항 2와 4는 일치 검출기가 완전 일치에 접근하는 정도에 따라, 곧 일치를 감지하는 검출기의 수가 늘어날수록 속도를 단계적으로 낮추는 구성을 청구한다5.9
액추에이터유압 액추에이터가 주 구동이다. 비례 유압 밸브 등 연속 가변 제어도 고려한다고 언급한다5.19
교시(티칭)이송 헤드를 손으로 필요한 위치열로 옮기면, 각 지점에서 부호기의 좌표 부호가 해당 슬롯의 트랙에 기록되고 집게 등의 기능 지령은 기능 트랙에 같은 슬롯으로 기록된다. 드럼을 한 슬롯씩 보내며 이를 반복한다15.14

이 구성에서 프로그램은 점의 열이다. 각 슬롯이 축별 목표 부호를 담고 있고, 슬롯 사이의 경로는 지정하지 않는다. 이를 점대점(point-to-point, PTP) 제어라 한다. 명세서는 이송 헤드가 축마다 부호 일치까지 이동하고 모든 축이 일치해야 다음 기능이 허용된다고 서술하므로, 슬롯 사이에서 이송 헤드가 그리는 경로는 프로그램되지 않는다(0.4.8.3에서 계산한다).

0.3의 요건과의 대응. 특허가 서술하는 장치는 재생 모드에서 사람의 조종 없이 동작하고(자동 제어), 드럼을 다시 기록하여 동작을 바꾸며(재프로그램 가능), 범용 이송을 목적으로 하고(다목적), 공장과 창고를 대상으로 한다(산업 환경)고 해석된다. 세 축 이상의 요건은 실시예(팔의 신축·승강 등)의 해석에 달려 있다. 1961년에 설치된 Unimate가 5자유도의 유압 다관절 팔이라는 서술(2차)과 특허의 단순한 직선 축 실시예 사이에는 차이가 있으므로, 이 장은 특허를 설계의 선행으로, Unimate를 제품 구현으로 구분한다.

0.4.8.2 Unimate와 Versatran — 제품화 단계

항목내용출처 성격
만남과 회사1956년 코네티컷주 웨스트포트의 모임에서 엥겔버거(Joseph F. Engelberger)와 데볼이 만났다는 서술. 회사 설립 연도는 1956·1961·1962로 문헌마다 다르다. Kawasaki의 자사 연혁은 1961년 설립·1962년 시험 제작으로 적는다. 1957년 Condec이 개발 자금을 지원했다는 서술이 있다회고에 근거한 2차 (확인 필요)
첫 판매·설치1960년 판매, 1961년 GM 이너 피셔 가이드(Inland Fisher Guide) 공장(뉴저지주 이윙 타운십)에 설치. 주조기에서 고온의 다이캐스팅 부품을 꺼내 적재하는 작업. 미국 의회 기술평가국(OTA, 1984)은 1961년 자동차 산업에 첫 상용 로봇이 설치되었고 이후 약 10년간 판매가 미미해 Unimation의 판매가 1970년까지 200대였으며 Versatran도 소수를 판매했다고 적는다(0.5)설치 연도와 판매 규모는 OTA 원문 확인. 장소·작업은 2차(기네스 기록·지역 보도·백과)이며 일부 문헌은 장소를 트렌턴(Trenton)으로 적는다
사양유압 구동, 5자유도, 드럼 메모리, 약 4,000 lb(약 1.8 t)2차. 양산기의 세부는 (확인 필요)
방송 시연1966년 『The Tonight Show』에 엥겔버거와 함께 출연하여 골프 퍼팅, 맥주 따르기, 악단 지휘를 시연박물관 소장 사진 설명(Henry Ford)·백과. 시연이 판매 촉진을 겸했고 1960년대 초 구매자는 적었다는 박물관 설명
VersatranAMF 서모툴(Thermatool)이 1958년 개발을 시작. 1962년 모델 102(연속 경로)와 모델 212(점대점) 발표. 원통 좌표형. 점대점 프로그램은 패치보드와 포텐쇼미터에, 연속 경로 프로그램은 자기 테이프에 기록2차. 일부 문헌은 1963년으로 적는다 (확인 필요)
해외 도입1967년 일본 최초의 산업 로봇이 Versatran으로 도쿄기계무역을 통해 수입되었다는 서술2차 (확인 필요)

Unimate는 점대점 방식이고 Versatran은 점대점과 연속 경로 두 모델을 병행했다. 두 기종의 이후 전개(일본·유럽 도입, 유압에서 전기 구동으로의 전환)는 0.5가 다룬다. 한국의 도입은 0.11이 다룬다.

0.4.8.3 풀이 예제 — 일치 검출 방식 재생의 모의

문제: 특허의 일치 검출과 감속 예고 개념을 단순화한 단일 축 모형에서, 감속 예고 거리를 어떻게 정해야 정지 오차가 부호기 분해능 이하로 유지되는가. 감속 예고 거리가 길수록 저속 구간이 늘어 이동 시간이 길어지므로 정지 오차와 이동 시간은 상충 관계에 있다.

특허는 이 문제를 직접 서술한다. 일치 검출 즉시 정지하려면 이송 속도를 극히 낮게 해야 하므로, 고속으로 이송하다가 감속 예고기로 정지 지점 부근에서 저속 접근하도록 한다는 것이다(0.4.8.1).

결론을 먼저 적는다. 예고 거리가 고속에서의 제동 거리보다 짧으면 정지 오차는 "제동 거리 − 예고 거리"만큼 커진다. 예고 거리가 저속 도달에 필요한 거리 이상이면 오차는 저속에서의 제동 거리로 수렴하여 분해능보다 작아진다. 이 모형은 특허 개념의 설명용 단순화이며 Unimate의 거동을 재현하지 않는다. 특히 특허는 일치 시 정지 외에 다음 위치로 진행하는 지령도 서술하나, 이 모형은 일치 시 정지만 다룬다.

가정:

항목값비고
부호기8비트(0~255코드), 행정 1 m코드 1개 = 3.9 mm(가정)
고속 $V_F$128 코드/s (0.5 m/s)가정
저속 $V_S$12.8 코드/s (0.05 m/s)가정
가감속 한계 $A$800 코드/s² (3.1 m/s²)가정
시간 간격0.5 ms모의
일치 검출부호기 코드 = 프로그램 코드이면 정지 지령, 이후 $A$로 감속연속 검출 가정

모형의 코드(파이썬 표준 라이브러리만 사용):

V_F, V_S = 128.0, 12.8   # 고속·저속 [코드/s]
A, DT = 800.0, 0.0005    # 가감속 [코드/s²], 간격 [s]

def move(target, ant):
    """0에서 target(코드)까지 한 축 이동.
    부호기 코드 == 프로그램 코드이면 정지 지령.
    ant: 감속 예고 거리 [코드]. 남은 거리가
    ant보다 작으면 저속으로 접근한다.
    반환: (일치 시각, 일치 시 속도, 정지 위치,
           [(시각, 속도)])"""
    pos = v = t = 0.0
    t_coin = v_coin = None
    trace = []
    while t < 20:
        if t_coin is None and int(pos) == target:
            t_coin, v_coin = t, v     # 일치 검출
        if t_coin is not None:
            cmd = 0.0                 # 정지 지령
        elif target - pos > ant:
            cmd = V_F
        else:
            cmd = V_S
        v += max(-A * DT, min(A * DT, cmd - v))
        pos += v * DT
        t += DT
        trace.append((t, v))
        if t_coin is not None and v < 1e-9:
            break
    return t_coin, v_coin, pos, trace

해석식은 두 가지다. 고속에서의 제동 거리 $d_F = V_F^2/(2A)$는 이 모형에서 10.24 코드(40 mm)다. 이는 0.1.4.1의 제동 거리와 같은 형태의 식이다. 저속에 도달하는 데 필요한 최소 예고 거리는 $d_{min} = (V_F^2 - V_S^2)/(2A) = 10.14$ 코드(39.6 mm)다. 예고 거리 $d_a < d_{min}$이면 저속에 도달하기 전에 목표에 도달하며 정지 오차는 $e \approx d_F - d_a$로 예측된다.

감속 예고 거리 [코드]일치 시각 [s]일치 시 속도 [코드/s]정지 오차 [코드]정지 오차 [mm]
41.33100.06.2724.5
81.3560.02.248.7
111.4612.80.100.4
161.8112.80.100.4
322.9312.80.100.4
645.1812.80.100.4

모의와 해석식의 비교: 예고 거리 4코드에서 해석 6.24 · 모의 6.27, 8코드에서 해석 2.24 · 모의 2.24로 일치한다. 11코드 이상에서는 일치 시 속도가 저속($V_S$)이고 정지 오차는 $V_S^2/(2A) = 0.10$ 코드(0.4 mm)다.

계산 결과에서 세 가지를 확인할 수 있다. 첫째, 예고 거리 4코드(16 mm)는 정지 오차 24.5 mm를 만든다. 이는 모형에서 부호기 분해능(3.9 mm)의 약 6배다. 둘째, 예고 거리가 $d_{min}$ 이상이면 오차는 더 줄지 않고 이동 시간만 늘어난다. 11코드에서 1.46 s이던 시간이 64코드에서는 5.18 s가 된다. 셋째, 일치 후 감속 거리(0.4 mm)보다 부호기의 양자화 불확정(1코드, 3.9 mm)이 크므로 위치 정밀도는 부호기 비트 수가 결정한다. ±0.5 mm 분해능이 필요하면 $\lceil \log_2(1000/0.5) \rceil = 11$ 비트(코드당 0.49 mm)가 필요하다.

0 1 2 3 0 50 100 시간 [s] 축 속도 [코드/s] 검은 점: 부호 일치(정지 지령) 시점 예고 거리 4코드 — 과주행 예고 거리 11코드 예고 거리 32코드
감속 예고 거리에 따른 축 속도 이력(풀이 예제의 모의 결과). 예고 거리가 4코드이면 고속(100 코드/s)에서 일치하여 6.3코드의 과주행이 생기고, 11코드 이상이면 저속(12.8 코드/s)에서 일치한다. 예고 거리가 길수록 저속 구간이 늘어 도달 시간이 길어진다. 가정값은 본문의 표에 있다.

이어서 세 축이 한 슬롯을 함께 이동하는 경우를 계산한다. 이동량이 160·60·100 코드이고 예고 거리가 11코드일 때의 결과는 다음과 같다.

축이동량 [코드]일치 시각 [s]0.5 s 시점 진행률
축 11601.460.34
축 2600.670.89
축 31000.980.54

슬롯의 소요 시간은 가장 늦게 일치하는 축(축 1, 1.46 s)이 정한다. 0.5 s 시점의 진행률이 0.34·0.89·0.54로 서로 다르므로 세 축을 동시에 구동하면 이송 헤드는 직선이 아닌 경로를 그린다. 점대점 방식은 슬롯의 지점과 순서를 보장하며 슬롯 사이의 경로는 보장하지 않는다. 직선 경로가 필요하면 축 사이의 속도를 연동하는 연속 경로 제어가 필요하고, Versatran의 모델 102가 이에 해당하는 초기 사례다(2차).

한계: 지령 속도의 순간 전환, 일정한 가감속 한계, 연속 일치 검출은 이상화다. 특허의 감속 예고는 일치하는 검출기 수의 증가에 따른 단계적 속도 감소로 청구되며(청구항 4), 이 모형은 남은 거리의 임계로 단순화했다. 실제 유압 축은 밸브 특성과 부하에 따라 가감속이 달라지고, 일치 검출은 접점의 응답 시간에 영향을 받는다. 가정한 수치를 Unimate의 제원으로 인용해서는 안 된다.

0.4.9 쟁점 — 최초의 산업 로봇 판정

"최초의 산업 로봇"은 판정 기준에 따라 답이 달라진다. 현재의 정의(ISO 8373:2021 3.6)를 과거에 소급 적용하는 것이므로, 아래 판정은 이 책의 해석이다.

후보충족하는 요건충족하지 못하거나 해석이 갈리는 요건분류
Goertz 매니퓰레이터(1948~54)매니퓰레이터자동 제어, 재프로그램 가능로봇 장치(원격조작 매니퓰레이터, 3.5)
Parsons–MIT 수치제어 밀링(1952)자동 제어, 재프로그램 가능매니퓰레이터(공작기계)수치제어 공작기계
월터의 거북(1949)자동 제어(아날로그)재프로그램 가능, 매니퓰레이터, 산업 환경자율 이동 기계
Ernst의 MH-1(1961~62)자동 제어, 재프로그램 가능, 매니퓰레이터산업 환경, 다목적연구용 컴퓨터 구동 매니퓰레이터
Devol 특허의 장치(1954 출원)자동 제어, 재프로그램 가능, 매니퓰레이터, 산업 환경세 축 이상(실시예 해석), 다목적(목적 서술에 의존)산업 로봇의 설계 선행
Unimate(1961)여섯 요건 모두(5자유도는 2차 서술)설치 일자·사양이 2차 출처에 의존산업 로봇의 첫 현장 설치(다수 2차)
Versatran(1958 개발 시작, 1962 발표)여섯 요건 모두(축 수 (확인 필요))연도가 문헌마다 다르다병행 후보

판정 입장은 세 가지다.

  • ① 설계 우선. 재프로그램 가능한 범용 이송 장치의 설계를 처음 문서화한 것을 기준으로 한다. Devol 특허(1954-12-10 출원)가 이에 해당하며 1차 문서로 날짜가 확인된다. 단점은 특허의 실시예가 단순한 구조이고 제작·가동이 문서로 확인되지 않는다는 점이다.
  • ② 현장 설치 우선. 산업 현장에서 생산에 투입된 최초 사례를 기준으로 한다. 기네스 기록과 박물관 설명은 1961년 Unimate를 최초의 산업 생산 로봇으로 적는다. 단점은 설치 일자·장소가 2차 출처에 의존하고 장소 표기가 문헌마다 다르다는 점이다.
  • ③ 상업 제품 계열 우선. 판매된 제품군의 시작을 기준으로 한다. Unimate와 Versatran이 1960년대 초에 병행했고 연도가 문헌마다 다르므로 단일 최초를 정하기 어렵다.

견해: 이 책은 "최초"를 단정하지 않고 설계의 우선(Devol 특허 1954, 1차 확인)과 현장 설치의 우선(Unimate 1961, 다수의 2차 출처)을 구분하여 서술한다. 근거는 두 가지다. 1차 문서로 날짜를 확인할 수 있는 것은 특허뿐이고, 설치 일자와 사양은 2차 출처와 회고에 의존한다. 또한 Versatran의 연도가 문헌 간에 상충하여 단일 최초 판정은 근거가 부족하다.

0.4.10 사료의 한계와 유의점

이 장의 서술에서 사료상의 문제가 확인된 항목을 정리한다. 날짜와 사실이 회고와 2차 출처의 반복 인용에 의존한 경우가 포함된다.

검토한 서술확인한 결과근거
카렐 차페크가 낱말 robot을 만들었다제안자는 요세프이며 카렐이 1933년 기사에서 밝혔다는 서술이 있다(2차 인용). 체코어 원문은 확인하지 못했다체코 외교부 자료·학술 논문 (확인 필요)
아시모프가 robotics를 처음 사용했다OED가 「Liar!」(1941)를 인용한다는 2차 보도. 아시모프 본인이 「Runaround」(1942)로 회고했다는 서술도 있다OED 원문 미확인
Devol의 특허에는 선행 인용이 없다일부 2차 요약의 서술이지만 Google Patents 목록에는 인용 특허가 18건 있다(0.4.7). 이는 심사관 인용이며 발명자의 참조 범위를 밝히지 않는다특허 원문 확인
Devol의 특허가 낱말 robot을 도입했다본문에 robot이 없다. 명세서가 제시한 낱말은 Unimation이다특허 원문 본문 검색
Unimation은 1956년에 설립되었다1956년은 만남의 해로 서술되며 설립 연도는 1956·1961(Kawasaki 연혁)·1962로 갈린다2차 문헌 간 상충
첫 Unimate는 트렌턴에 설치되었다이윙 타운십의 이너 피셔 가이드 공장이라는 서술이 다수이며 트렌턴으로 적은 문헌도 있다2차 문헌 간 상충
Tonight Show 시연이 판매 성공으로 이어졌다시연이 판매 촉진을 겸했다는 설명과 초기 구매자가 적었다는 설명만 확인된다. 방송 연도는 1966이며 초청 시점을 1963으로 적은 문헌이 있다박물관 설명·2차
보캉송의 오리가 음식을 소화했다소화 기능은 시연용이며 로베르우댕이 1844년에 확인했다는 서술이 있다2차
월터의 거북은 1949년에 제작되었다문헌마다 1948~49년(백과)과 1951년(IEEE Spectrum)으로 갈린다. Holland(2003)는 문서고 자료(1949년 12월의 시연 기록, 1951년 초 6기 제작)로 첫 2기를 1949년으로 본다Holland(2003)
Ernst의 MH-1은 1961년의 연구다학위논문 날짜가 1961-12와 1962로 갈린다목록 기록

출처의 성격은 네 가지로 구분하여 읽는다. 1차(특허·희곡 원문·문서고 자료로 쓴 학술 논문)는 날짜와 구성을 확인할 수 있으나 해석에는 별도의 판단이 필요하다. 회고(당사자 서술)는 맥락을 주지만 시점과 비중이 윤색될 수 있다. 2차(백과·박물관·언론)는 서로 인용하는 경우가 있어 오류가 전파될 수 있다. 이 장은 2차 출처 사이의 불일치를 위 표처럼 병기했다. 출처를 탐색하고 대조하는 방법은 0.16이 다룬다.

0.4.11 관련 규격·프로토콜과 후속 장

이 장의 시기(~1966)에 해당하는 로봇 전용 규격은 확인하지 못했다. ISO 8373 초판은 1994년으로 알려져 있다 (확인 필요). 이 장의 개념은 현행 규격의 정의와 다음과 같이 연결된다.

문서·개념이 장과의 관계상세
ISO 8373:2021 3.1 로봇"프로그램된 구동 기구"의 프로그램 요건은 계통 나에서 온다0.3.3
ISO 8373:2021 3.5 로봇 장치원격조작 원격 매니퓰레이터(계통 다)가 예시로 열거된다0.3.3
ISO 8373:2021 3.6 산업 로봇여섯 요건이 세 계통의 결합으로 충족된다0.3.3.2
산업 로봇 안전 표준1960년대 이후의 안전 문제와 표준화0.9, 27.10

이 장에서 다룬 개념이 현재 어느 장에서 다뤄지는지를 정리한다.

개념이 시기의 기원현재의 위치
교시·재생특허의 수동 이송 기록과 드럼 재생15.14(프로그래밍 방식), 8.27(컨트롤러·티치 펜던트)
점대점·연속 경로Versatran의 두 모델(2차)15.14
일치 검출·감속Parsons–Stulen·Devol 특허5.9(서보 시스템), 6.2(엔코더)
유압 구동Unimate의 유압 구동5.19
원통 좌표 등 형상 분류Versatran의 원통 좌표형2.2(매니퓰레이터 형상)
마스터-슬레이브와 힘 반영Goertz 매니퓰레이터23.17, 23.18
고전 제어조속기·맥스웰12.14, 12.3
행동 기반 구조월터의 거북15.1, 0.8
윤리와 3원칙아시모프의 단편0.9, 40.1

0.4.12 체크포인트·연구 질문

체크포인트:

  1. 세 계통(피드백 제어·생물 모사, 프로그램 내장 기구, 원격조작)과 각 대표 사례를 제시하고, 산업 로봇의 여섯 요건이 세 계통에서 어떻게 나뉘어 오는지 설명할 수 있는가.
  2. 캠으로 동작이 고정된 자동기계가 재프로그램 가능 요건을 충족하지 못하는 이유를 설명할 수 있는가.
  3. Devol 특허의 교시·재생 절차와 일치 검출·감속 예고의 역할을 설명하고, 점대점 제어에서 슬롯 사이의 경로가 지정되지 않는 이유를 제시할 수 있는가.
  4. 감속 예고 거리와 정지 오차의 관계($e \approx V_F^2/(2A) - d_a$)를 유도하고, 위치 정밀도를 결정하는 요소를 말할 수 있는가.
  5. 낱말 robot과 robotics의 출처 서술에서 1차 확인된 것과 2차 서술인 것을 구분할 수 있는가.
  6. "최초의 산업 로봇" 판정이 정의와 기준에 달려 있는 이유를 세 입장으로 설명할 수 있는가.

연구 질문(47.12에 수록한다):

  • Devol 특허의 청구항 전체와 Unimate 양산기의 제어 구성(드럼 용량·축 수·서보 방식)은 어느 1차 문서로 확인되는가.
  • Unimation의 설립 연도와 Condec의 자금 지원 시점은 법인 등기·사내 문서에서 어떻게 확정되는가.
  • 사이버네틱스 기계(월터·애슈비·섀넌)와 산업 로봇의 개발 사이에 직접적인 인용·교류가 있었는가.
  • Parsons–Stulen 특허와 MIT 수치제어 시연이 초기 산업 로봇의 위치 제어 구조에 미친 영향은 어디까지 문서로 입증되는가.

1차 출처(이 장).

  • US 2,988,237, G. C. Devol Jr., Programmed article transfer, 출원 1954-12-10, 등록 1961-06-13. https://patents.google.com/patent/US2988237A/en
  • US 2,632,574, R. C. Goertz, Remote-control manipulator, 출원 1949-12-16, 등록 1953-03-24. https://patents.google.com/patent/US2632574A/en
  • US 2,820,187, J. T. Parsons·F. L. Stulen, Motor controlled apparatus for positioning machine tool, 출원 1952-05-05, 등록 1958-01-14. https://patents.google.com/patent/US2820187A/en
  • K. Čapek, R.U.R. (Rossum's Universal Robots), English version by P. Selver and N. Playfair, 1923(Project Gutenberg #59112).
  • O. Holland, "The first biologically inspired robots," Robotica 21(4), 351–363, 2003. DOI 10.1017/S0263574703004971.
  • W. G. Walter, "An Imitation of Life," Scientific American, 1950년 5월호, 42–45쪽(Holland의 참고문헌에서 확인, 원문 미확인).
  • N. Wiener, Cybernetics (Wiley, New York, 1948)(Holland의 참고문헌에서 확인, 원문 미확인).
  • A. Rosenblueth·N. Wiener·J. Bigelow, "Behavior, Purpose and Teleology," Philosophy of Science 10, 1943(서지 확인 필요).
  • J. C. Maxwell, "On Governors," Proceedings of the Royal Society of London 16, 1868(서지 확인 필요).
  • W. R. Ashby, "Design for a Brain," Electronic Engineering 20, 1948-12(2차 문헌의 인용, 쪽수 확인 필요).
  • H. A. Ernst, MH-1, a computer-operated mechanical hand, MIT 학위논문(Sc.D.), 1961~1962(MIT DSpace·컴퓨터역사박물관 기록).

2차 출처(이 장에서 날짜·사실의 단서로 사용, 원문 대조 전). 기네스 세계 기록 「First industrial production robot」, 위키피디아의 Unimation·Unimate·Joseph Engelberger·Jaquet-Droz automata·Digesting Duck·Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices·Karakuri puppet·Homeostat 항목, The Henry Ford 소장품 「Unimate Industrial Robot on The Tonight Show with Johnny Carson, 1966」 설명, 체코 외교부 홍보 자료 「Robot — the most famous Czech word」, MIT Technology Review 「Mighty Mouse」(2018), cyberneticzoo.com의 Versatran 항목, arXiv 2512.01106 『Tactile Robotics: Past and Future』. 위 서술은 백과·소장품 설명·홍보 자료이므로 1차 문서로 대조하기 전까지 단정하지 않는다.


다음 장: 0.5 역사 II: 산업 로봇의 확산 — 자동차·전자 산업과 일본·유럽의 성장. 이 장이 끝난 지점(1960년대 중반의 Unimate·Versatran)에서 이어 1970~1980년대 자동차 산업의 도입, 일본의 급속한 보급, 유럽 제조사의 성장과 전기 구동 로봇의 등장을 다룬다.