로봇의 구조 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. 로봇을 구성하는 여섯 서브시스템과 각각의 역할을 설명하시오.
정답과 해설
전원은 에너지를 저장·변환·분배하고, 구동은 에너지를 힘과 운동으로 바꾸며, 감지는 내부 상태와 외부 환경을 측정합니다. 연산은 상태 추정·판단·계획·제어를 계산하고, 통신은 데이터와 명령을 전달하며, 기구는 하중을 지지하고 힘과 움직임을 전달합니다.
2. Motor가 급가속할 때 USB Camera가 사라지는 과정을 서브시스템 사이의 영향으로 설명하시오.
정답과 해설
모터 급가속으로 큰 기동 전류가 흐르면 배터리와 배선에서 순간 전압 강하가 발생할 수 있습니다. DC-DC 출력이 허용 범위 아래로 떨어지면 USB Hub나 SBC가 재설정되고, 그 결과 Camera 연결과 ROS 2 Node가 종료될 수 있습니다. 겉으로는 감지·소프트웨어 오류지만 시작 원인은 전원 계통입니다.
3. Motor Driver와 Gearbox는 각각 어떤 역할을 하는가?
정답과 해설
Motor Driver는 제어 명령을 모터에 필요한 전압과 전류로 바꿉니다. Gearbox는 모터의 빠른 회전 속도를 낮추고 출력 토크를 높여 관절이나 바퀴에 전달합니다.
4. 감속비가 50:1일 때 이상적인 출력 속도와 Torque는 입력에 비해 어떻게 변하는가?
정답과 해설
손실이 없는 이상적인 경우 출력 속도는 입력 속도의 1/50, 출력 토크는 입력 토크의 50배가 됩니다. 실제 토크는 감속기 효율과 마찰 때문에 이보다 작습니다.
5. Position, Velocity, Current·Torque Control의 차이를 설명하시오.
정답과 해설
Position Control은 목표 위치·각도, Velocity Control은 목표 속도·각속도, Current·Torque Control은 목표 전류 또는 회전력을 제어합니다. 궤적 추종에는 위치, 이동 바퀴에는 속도, 접촉 힘 조절에는 토크 제어가 주로 사용됩니다.
6. 중첩 제어에서 안쪽 Current Loop가 바깥쪽 Position Loop보다 빨라야 하는 이유는 무엇인가?
정답과 해설
바깥 위치 고리가 안쪽 고리에 목표 속도와 전류를 맡기므로 안쪽 고리가 먼저 빠르고 안정적으로 반응해야 합니다. 안쪽 고리가 느리면 바깥 고리가 아직 반영되지 않은 상태를 보고 다시 명령해 진동과 불안정이 생길 수 있습니다.
7. Proprioceptive Sensor와 Exteroceptive Sensor의 예를 각각 두 가지씩 드시오.
정답과 해설
내부 상태를 측정하는 Proprioceptive Sensor에는 Encoder와 Motor Current Sensor, 외부 환경을 측정하는 Exteroceptive Sensor에는 LiDAR와 Camera를 예로 들 수 있습니다.
8. SBC와 MCU가 역할을 나누는 이유를 실행 시각과 연산량의 관점에서 설명하시오.
정답과 해설
SBC는 높은 연산력과 큰 메모리로 영상 인식, SLAM, 계획과 ROS 2를 실행하기 좋지만 범용 운영체제 때문에 실행 시각이 변할 수 있습니다. MCU는 연산 자원은 작지만 PWM, Encoder와 빠른 모터 제어처럼 짧고 예측 가능한 반응이 필요한 작업에 적합합니다.
9. MCU를 사용한다는 사실만으로 Hard Real-time이 보장되지 않는 이유는 무엇인가?
정답과 해설
Interrupt 우선순위, 최악 실행 시간, RTOS 설정, 메모리 접근과 통신 지연까지 포함해 모든 Deadline을 만족하는지 분석하고 측정해야 하기 때문입니다. MCU라는 부품 종류만으로 최악 시간 조건을 보장할 수 없습니다.
10. CAN과 Ethernet을 로봇 내부 통신에 사용할 때 고려할 차이점을 설명하시오.
정답과 해설
CAN은 비교적 낮은 대역폭이지만 다중 장치 연결, 오류 검출과 차량·모터 제어에 유리합니다. Ethernet은 높은 대역폭으로 Camera, LiDAR와 SBC 연결에 적합하지만 스위치 구성, 트래픽 혼잡, 지연과 실시간 요구를 별도로 검토해야 합니다.
11. Frame 진동과 Gearbox Backlash가 Sensor와 제어 결과에 어떤 영향을 줄 수 있는가?
정답과 해설
Frame 진동은 IMU와 Camera 측정에 잡음과 흔들림을 만들 수 있습니다. Gearbox Backlash는 방향 전환 때 출력이 늦게 따라오게 하여 위치 오차, 목표 주변의 진동과 제어 성능 저하를 일으킬 수 있습니다.
12. Software가 발행하는 Battery 전압 Topic에서 짧은 전압 강하가 보이지 않을 수 있는 이유는 무엇인가?
정답과 해설
Topic 발행 주기보다 전압 강하 시간이 짧거나, ADC 측정·평균 필터·통신 큐에서 순간 변화가 사라질 수 있기 때문입니다. 빠른 오실로스코프나 적절한 샘플링 장비로 실제 전원 Rail을 직접 측정해야 할 수 있습니다.
13. 일반 정지 명령과 비상정지의 차이를 설명하시오.
정답과 해설
일반 정지는 정상 동작하는 소프트웨어와 통신을 이용합니다. 비상정지는 소프트웨어·통신 고장도 고려하여 독립적인 안전 회로와 안전 장치로 위험한 구동 에너지를 안전한 방식으로 제어합니다. 구체적인 정지 방식은 위험 분석과 적용 안전 표준에 따라 결정해야 합니다.
14. 통신이 끊겼을 때 MCU의 Command Timeout이 필요한 이유는 무엇인가?
정답과 해설
마지막 속도나 토크 명령을 계속 실행하면 연결이 끊긴 뒤에도 로봇이 움직일 수 있기 때문입니다. 일정 시간 새 명령이 없으면 MCU가 명령을 0으로 만들고 감속 또는 안전 정지 상태로 전환해야 합니다.
15. 고장 진단에서 모든 Log에 Timestamp가 필요한 이유는 무엇인가?
정답과 해설
전원 강하, 통신 오류, 센서 손실과 제어 이상이 발생한 정확한 순서를 맞춰 원인과 결과를 구분하기 위해서입니다. 장치들의 시계도 동기화되어야 서로 다른 로그를 신뢰성 있게 비교할 수 있습니다.
학습 마무리
틀린 문제는 강의의 관련 장을 다시 읽고, 용어뿐 아니라 각 개념이 실제 로봇에서 어떤 역할을 하는지 설명해 보세요.