센서 종류
📌 개요
- 같은 "거리"를 재는 데도 초음파·적외선·LiDAR·카메라가 있고 — 각각 강점·약점·가격이 다름
- 센서 종류의 지도를 그려 두면 "이 작업엔 이 센서"의 선정 감각이 생김
- 출제 포인트: 분류 축 3종(내계/외계·접촉/비접촉·능동/수동), 용도별 센서 매칭, 거리 센서 4종의 비교
📖 핵심 개념
센서 분류의 세 가지 축 (시험 단골)
- 내계(Proprioceptive) / 외계(Exteroceptive): 자기 상태(엔코더·IMU·전류) vs 외부 환경(카메라·LiDAR·초음파) — 상세는 로봇 구성요소
- 접촉(Contact) / 비접촉(Non-contact): 닿아야 아는 센서(범퍼·촉각·힘) vs 떨어져 아는 센서(카메라·LiDAR)
- 능동(Active) / 수동(Passive): 에너지를 쏘고 반사를 받는 센서(초음파·LiDAR·적외선·레이더·구조광) vs 환경의 에너지만 받는 센서(일반 카메라·마이크·지자기) — 능동은 조명 무관하지만 상호 간섭·전력 소모, 수동은 환경 조건(조명)에 의존
위치·각도·속도 센서
- 엔코더: 관절각·바퀴 회전의 표준 (→ 로봇센서 작동 원리)
- 포텐셔미터: 저항 분압으로 각도 — 저가·절대값, 마모·정밀도 한계
- 리졸버(Resolver): 전자기 유도식 절대 각도 — 고온·진동에 강해 열악 환경 서보에
- 홀 센서: BLDC 모터의 회전자 위치 검출 (→ 액추에이터 구동원리)
관성·자세 센서
- IMU: 가속도계 + 자이로(+ 지자기) 통합 — 자세·각속도의 핵심 (6축/9축)
- 항법용 조합: 엔코더 오도메트리 + IMU + GPS/GNSS(실외) (→ 이동로봇 위치인식)
거리·형상 센서 비교 (시험 단골)
| 센서 | 원리 | 범위·특성 | 약점 | 상대 가격 |
|---|---|---|---|---|
| 초음파 | 음파 ToF | 수 cm~수 m, 넓은 빔 | 흡음면·경사면, 온도 영향, 느림 | 저 |
| 적외선(IR) | 삼각측량 | 수 cm~1 m대, 스폿 | 직사광, 표면 반사율 | 저 |
| LiDAR | 레이저 ToF | 수십 m, 정밀 점군 | 유리·검은 표면, 비·안개 | 고 |
| 레이더 | 전파 반사 | 장거리, 악천후 강함 | 분해능 낮음 | 중~고 |
| 깊이 카메라 | 스테레오·구조광·ToF | 근~중거리 조밀 깊이 | 조명(스테레오)·야외(구조광) | 중 |
각 센서의 환경 취약점 상세는 센서 및 구동장치의 성능환경 분석 참조 — 서로 다른 원리의 센서를 융합해 약점을 상쇄하는 것이 정석이다 (→ 로봇센싱 알고리즘 설계).
비전·촉각·근접·환경 센서
- 비전: 모노 카메라(색·형태 인식), 스테레오·깊이 카메라(3D), 열화상(온도 분포 — 야간·화재), 이벤트 카메라는 참고
- 힘/토크·촉각: 6축 힘/토크 센서(손목 — 조립·연마 힘 제어), 촉각 어레이(그리퍼 접촉 분포), 범퍼(최후의 충돌 감지)
- 근접 센서(Proximity): 유도형(금속만, 견고 — 공장 표준), 정전용량형(비금속도), 광전식(빛 차단·반사) — 접촉 전에 존재만 검출
- 환경 센서: 온습도, 가스, 조도, 마이크(음원 방향 → 마이크 어레이)
- GPS/GNSS: 실외 절대 위치 — 실내·터널 불가, RTK로 cm급 (→ 로봇 작업환경 분석)
센서 선정의 기준
- 측정 대상과 범위: 무엇을, 어디부터 어디까지
- 성능: 분해능·정확도·응답 속도·시야각 (→ 지표 정의)
- 환경 적합성: 조명·기후·간섭원에서 동작하는가 — 원리가 결정한다
- 인터페이스·연산 부하: 출력 형태와 데이터양 — LiDAR·카메라는 처리 성능 요구 (→ 로봇센서 인터페이스)
- 크기·전력·가격: 탑재 제약과 예산 — 흔히 성능과 상충
선정의 실전 감각: 단일 만능 센서는 없다 — 요구를 나눠 복수 센서에 배분하고(장거리 감지=LiDAR, 최후 안전=범퍼), 안전 기능에는 원리가 다른 센서의 중복을 둔다.
📊 다이어그램 · 수식
센서 분류 지도
flowchart TD
S["로봇 센서"] --> IN["내계
엔코더·IMU·전류"] & EX["외계"]
EX --> D["거리·형상
초음파·IR·LiDAR·레이더·깊이카메라"]
EX --> V["비전
모노·스테레오·열화상"]
EX --> F["접촉
힘/토크·촉각·범퍼"]
EX --> PR["근접
유도형·정전용량형·광전"]
EX --> EN["환경·항법
온습도·마이크·GPS"]능동 vs 수동
flowchart LR
A["능동(Active)
에너지를 쏘고 반사 수신
초음파·LiDAR·IR·레이더·구조광"] -- "조명 무관 / 간섭·전력" --- P["수동(Passive)
환경 에너지만 수신
카메라·마이크·지자기"]🎯 핵심 요약 · 암기 포인트
✏️ 예상문제
1. 다음 중 수동(passive) 센서로만 묶인 것은?
① LiDAR, 초음파 ② 일반 카메라, 마이크 ③ 레이더, 구조광 카메라 ④ 적외선 거리 센서, 초음파
정답 및 해설
정답: ② 수동 센서는 스스로 에너지를 쏘지 않고 환경의 빛·소리를 받기만 한다. LiDAR·초음파·레이더·구조광·IR 거리 센서는 모두 에너지를 방사하는 능동 센서다.
2. 고온·진동이 심한 환경의 서보 모터 절대 각도 검출에 전통적으로 쓰이는 전자기 유도식 센서는?
① 포텐셔미터 ② 리졸버 ③ 광학식 증분 엔코더 ④ 초음파 센서
정답 및 해설
정답: ② 리졸버는 권선의 전자기 유도로 각도를 재는 구조라 반도체·광학 부품 기반 센서보다 열악 환경에 강하다. 포텐셔미터는 마모, 광학 엔코더는 오염·온도에 상대적으로 취약하다.
3. 거리 센서와 특성의 연결로 옳지 않은 것은?
① 초음파 — 흡음 소재와 온도 변화에 영향을 받는다 ② LiDAR — 정밀 점군을 얻지만 유리·검은 표면에 취약하다 ③ 레이더 — 비·안개에 강하지만 분해능이 낮다 ④ 적외선 삼각측량 — 악천후에 가장 강한 장거리 센서다
정답 및 해설
정답: ④ IR 삼각측량은 근거리(1 m대)용이며 직사광·표면 반사율에 민감하다. 악천후에 강한 장거리 센서는 레이더다 — 거리 센서 4종의 특성 비교가 단골 출제 유형이다.
4. 공장에서 금속 부품의 접근만 검출하면 되는 견고한 근접 센서로 가장 적합한 것은?
① 유도형 근접 센서 ② 정전용량형 근접 센서 ③ 스테레오 카메라 ④ 마이크 어레이
정답 및 해설
정답: ① 유도형은 금속이 만드는 와전류 변화를 검출해 금속만 반응하며 오염·진동에 강해 공장 표준이다. 비금속(플라스틱·액체)도 검출해야 하면 정전용량형을 쓴다.
5. 센서 선정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 측정 범위·분해능 등 성능 요구에서 출발한다 ② 환경 조건(조명·기후·간섭)에서의 동작 가능성은 센서의 원리가 결정한다 ③ LiDAR·카메라는 데이터양이 많아 처리 성능도 함께 검토한다 ④ 성능이 가장 좋은 단일 센서 하나로 모든 요구를 해결하는 것이 원칙이다
정답 및 해설
정답: ④ 모든 조건에서 만능인 센서는 없다 — 요구를 복수 센서에 배분하고, 특히 안전 기능은 원리가 다른 센서를 중복 구성해 단일 원리의 약점(유리를 못 보는 LiDAR 등)을 상쇄한다.
🔗 관련 노트
- 로봇센서 작동 원리 — 각 센서의 물리 원리
- 로봇 구성요소 — 내계/외계 분류
- 센서 및 구동장치의 성능환경 분석 — 성능 지표·환경 취약점
- 로봇센서 인터페이스 — 센서 출력의 연결
- 인지지능 알고리즘 설계 — 센서 데이터의 인지 활용
- _MOC 지능소프트웨어