로봇은 어떻게 움직이는가 연습문제 정답
시행일·최종 수정일: 2026년 9월 1일
정답을 보기 전에
먼저 각 문제에 자신의 말로 답해본 뒤 해설과 비교해 보세요. 표현이 달라도 핵심 개념과 계산 과정이 맞으면 정답으로 볼 수 있습니다.
1. 직선 운동의 F = ma에 대응하는 회전 운동 식을 쓰고 각 기호를 설명해 보세요.
정답과 해설
τ = Iα입니다. τ는 Torque, I는 관성모멘트, α는 각가속도입니다.
2. 같은 질량이라도 회전축에서 멀어질수록 움직이기 어려워지는 이유를 설명해 보세요.
정답과 해설
질량이 회전축에서 멀어질수록 관성모멘트가 커지기 때문입니다. 단순한 점 질량에서는 I = mr²이므로 거리가 두 배면 관성모멘트는 네 배가 됩니다.
3. 질량 40 kg인 Robot을 평지에서 0.4 m/s²로 가속할 때 가속에만 필요한 힘을 계산하세요.
정답과 해설
16 N입니다. F = ma = 40 × 0.4로 계산합니다. 실제 요구 힘에는 경사와 구름저항 등을 더해야 합니다.
4. 3번의 Robot이 반지름 0.08 m인 두 Wheel로 구동될 때 Wheel 하나당 이상적인 Torque를 계산하세요.
정답과 해설
전체 Torque는 16 × 0.08 = 1.28 N·m이고 두 Wheel이 균등하게 부담하면 하나당 0.64 N·m입니다. 손실과 Wheel 관성은 생략한 값입니다.
5. Motor 선정에서 정격 Torque와 Peak Torque를 모두 확인해야 하는 이유는 무엇인가요?
정답과 해설
정격 Torque는 연속 운전과 열 한계를, Peak Torque는 출발·가속·경사에서 짧게 필요한 최대 출력을 판단하는 기준이기 때문입니다.
6. Kinematics와 Dynamics의 차이를 차동 구동 Robot의 예로 설명해 보세요.
정답과 해설
Kinematics는 원하는 Robot 속도를 좌우 Wheel 속도로 변환합니다. Dynamics는 그 속도 변화에 필요한 Motor Torque, 전류와 가속 응답을 계산합니다.
7. r=0.05 m, ω_L=6 rad/s, ω_R=10 rad/s, L=0.4 m일 때 v와 ω를 계산하세요.
정답과 해설
v_L=0.3 m/s, v_R=0.5 m/s이므로 v=0.4 m/s, ω=(0.5-0.3)/0.4=0.5 rad/s입니다.
8. v=0.5 m/s, ω=0.4 rad/s, L=0.4 m, r=0.05 m일 때 좌우 Wheel 각속도를 계산하세요.
정답과 해설
v_L=0.42 m/s, v_R=0.58 m/s이므로 ω_L=8.4 rad/s, ω_R=11.6 rad/s입니다.
9. 좌우 Wheel 속도를 각각 따로 제한하지 않고 같은 비율로 축소하는 이유는 무엇인가요?
정답과 해설
두 Wheel 속도의 비율을 유지해야 원래 명령의 회전 반경, 즉 경로 곡률을 최대한 유지할 수 있기 때문입니다.
10. Encoder Tick에서 Wheel 이동 거리를 계산하려면 어떤 정보가 필요한가요?
정답과 해설
Tick 증가량, 한 바퀴당 Tick 수, Wheel 유효 반지름이 필요합니다. Encoder가 Motor 축에 있다면 Gear Ratio와 제조사의 Pulse·Edge 정의도 필요합니다.
11. Midpoint 적분이 단순 Euler 적분보다 곡선 주행에서 유리한 이유를 설명해 보세요.
정답과 해설
한 주기 시작 또는 끝의 방향만 쓰지 않고 주기 중간 방향으로 이동량을 투영하여 실제 원호에 더 가깝게 근사하기 때문입니다.
12. Odometry의 계통 오차와 무작위 오차를 각각 두 가지씩 들어 보세요.
정답과 해설
계통 오차에는 잘못된 Wheel 반지름과 Track Width가 있습니다. 무작위 오차에는 순간 Wheel Slip과 Encoder 측정 Noise가 있습니다.
13. 방향 오차가 이동할수록 큰 위치 오차가 되는 이유를 설명해 보세요.
정답과 해설
잘못된 방향으로 매 이동량을 계속 투영하므로 측면 위치 오차가 이동 거리에 비례해 커집니다. 1° 오차로 10 m 이동하면 약 0.175 m의 측면 오차가 생깁니다.
14. map → odom → base_link에서 map → odom과 odom → base_link의 역할을 비교하세요.
정답과 해설
odom → base_link는 연속적이고 부드러운 단기 상대 이동을 제공하지만 Drift합니다. map → odom은 지도 기반 위치 추정으로 그 장기 Drift를 보정합니다.
15. /cmd_vel 통신이 끊겼을 때 Driver가 갖추어야 할 안전 동작을 설명해 보세요.
정답과 해설
마지막 유효 명령의 시간을 감시하고 Timeout이 지나면 이전 명령을 폐기해 제한된 감속으로 정지해야 합니다. Fault와 Emergency Stop 상태도 별도로 처리해야 합니다.
학습 마무리
틀린 문제는 강의의 관련 장을 다시 읽고, 용어뿐 아니라 각 개념이 실제 로봇에서 어떤 역할을 하는지 설명해 보세요.