로봇 구조에 따른 분류

• 같은 "로봇"이라도 관절 배열, 바퀴/다리 여부에 따라 작업 영역·기구학·경로계획·제어 소프트웨어가 완전히 달라짐
• 구조 분류 = SW 요구사항 분석의 기본 어휘
• 핵심 출제 포인트 = 좌표형 머니퓰레이터 분류와 작업영역 형태 매칭, SCARA·수직 다관절의 특징, 이동로봇 구동 방식(차동·Ackermann·전방향)과 홀로노믹 여부

머니퓰레이터의 좌표형 분류 (시험 최다 빈출)

앞쪽 3개 관절(팔)의 구성 — 회전(R)·직동(P) 조합 — 에 따라 분류하며, 각 구조는 고유한 작업영역(Work Envelope — 엔드이펙터가 도달 가능한 공간의 형상) 을 가진다.

SCARA = Selective Compliance Assembly Robot Arm — "선택적 컴플라이언스", 즉 수평으로는 부드럽고(부품 끼워 맞춤에 유리) 수직으로는 단단하다는 뜻이 이름에 들어 있다.

자유도 관점

• 공간 작업의 기본은 6자유도(위치 3 + 자세 3) — 6축 수직 다관절이 산업 표준인 이유
• 여자유도(Redundant, 7축 이상): 같은 엔드이펙터 포즈를 무한히 많은 팔 자세로 만들 수 있어 장애물 회피·특이점 회피에 유리 (→ 머니퓰레이터 충돌회피)

이동로봇의 구조 분류

바퀴형(Wheeled) — 평지에서 효율 최고, 가장 보편:

• 차동 구동(Differential Drive): 좌우 바퀴 독립 구동 + 보조 캐스터. 좌우 속도 차로 조향, 제자리 회전 가능. 구조·제어 간단 — 청소로봇·실내 서비스 로봇의 표준
• 조향 구동(Ackermann, 자동차형): 앞바퀴 조향 + 뒷바퀴 구동. 고속 안정적이지만 제자리 회전 불가, 최소 회전 반경 존재 — 자율주행차
• 전방향(Omnidirectional): 옴니 휠·메카넘 휠로 어느 방향으로든 즉시 이동(횡이동 가능). 좁은 공간 물류에 유리, 바닥 상태에 민감
• 스키드 조향(Skid Steering): 탱크처럼 좌우 묶음 바퀴의 속도 차로 미끄러지며 회전 — 험지·야외

궤도형(Tracked): 캐터필러 — 접지압이 낮아 험지·연약 지반에 강함, 회전 시 미끄럼으로 오도메트리 부정확

다리형(Legged): 2족(휴머노이드)·4족·6족 — 계단·험지 등 불연속 지형 극복 가능, 대신 자유도가 많아 제어·균형이 어렵고 에너지 효율이 낮다

기타: 비행(드론), 수중, 뱀형 등

홀로노믹 vs 논홀로노믹 (SW에 미치는 영향)

• 홀로노믹(Holonomic): 평면 자유도(x, y, θ)를 모두 독립적으로 즉시 제어 가능 — 전방향 구동
• 논홀로노믹(Non-holonomic): 움직임에 방향 제약이 있음 — 차동 구동·Ackermann은 옆으로 갈 수 없다

논홀로노믹 로봇의 경로계획은 회전 반경·방향 제약을 고려해야 하므로 더 어렵다 (→ 이동로봇 전역 경로계획, 이동로봇 지역 경로계획).

구조가 소프트웨어를 결정한다

머니퓰레이터 분류 지도

flowchart TD
    M["머니퓰레이터"] --> S1["직렬(Serial)"] & S2["병렬(Parallel)
델타·스튜어트"]
    S1 --> C1["직교좌표 PPP
직육면체"]
    S1 --> C2["원통좌표 RPP
원통형"]
    S1 --> C3["극좌표 RRP
구형"]
    S1 --> C4["SCARA
수평 다관절"]
    S1 --> C5["수직 다관절 RRR
최대 작업영역"]

이동로봇 구동 방식과 특성

flowchart TD
    W["바퀴형"] --> D1["차동 구동
제자리 회전 O · 논홀로노믹"]
    W --> D2["Ackermann
최소 회전 반경 · 논홀로노믹"]
    W --> D3["전방향(메카넘)
횡이동 O · 홀로노믹"]
    G["지상 이동로봇"] --> W & T["궤도형
험지"] & L["다리형
계단·불연속 지형"]

Ackermann(자동차형) 조향의 제약은?::제자리 회전 불가, 최소 회전 반경 존재 홀로노믹 구동의 의미와 대표 예는?::평면 자유도(x·y·θ)를 모두 독립 제어(횡이동 가능) — 메카넘·옴니 휠 다리형 로봇의 장단점은?::계단·험지 등 불연속 지형 극복 가능 / 제어·균형이 어렵고 에너지 효율 낮음

1. 로봇 구조와 작업영역 형태의 연결로 옳지 않은 것은?

① 직교좌표 로봇 — 직육면체 ② 원통좌표 로봇 — 원통형 ③ 극좌표 로봇 — 구형 ④ 수직 다관절 로봇 — 직육면체

2. 수평 방향으로는 유연하고 수직 방향으로는 강성이 높아, 부품을 위에서 아래로 삽입하는 조립 작업에 최적화된 로봇은?

① 직교좌표 로봇 ② SCARA ③ 극좌표 로봇 ④ 스튜어트 플랫폼

3. 차동 구동(differential drive) 이동로봇에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 제자리 회전이 불가능하다 ② 옆 방향(횡)으로 즉시 이동할 수 있다 ③ 좌우 바퀴의 속도 차이로 조향하며 논홀로노믹 제약을 가진다 ④ 최소 회전 반경이 존재해 좁은 공간에 부적합하다

4. 병렬(parallel) 구조 로봇의 특징으로 옳지 않은 것은?

① 여러 링크가 하중을 나눠 강성이 높다 ② 고속·고가속 동작에 유리하다 ③ 직렬 구조보다 작업영역이 넓다 ④ 델타 로봇, 스튜어트 플랫폼이 대표 예다

5. 로봇 구조가 소프트웨어에 미치는 영향으로 가장 적절하지 않은 것은?

① 6축 다관절은 역기구학 해석과 특이점 처리가 필요하다 ② 논홀로노믹 이동로봇은 경로계획에서 방향·회전 반경 제약을 고려해야 한다 ③ 직교좌표 로봇은 기구학 변환이 단순하다 ④ 어떤 구조를 선택해도 경로계획·제어 SW는 동일하다

• 로봇 구성요소 — 구조를 이루는 부품들
• 로봇 기구학 해석 · 로봇 역기구학 해석 — 구조별 기구학
• 이동로봇 전역 경로계획 — 논홀로노믹 제약과 경로계획
• 머니퓰레이터 충돌회피 — 여자유도의 활용
• 로봇 작업환경 분석 — 환경에 맞는 구조 선택
• _MOC 로봇소프트웨어구조설계