로봇공학 첫걸음
들어가며
이 책의 목표
누구를 위한 책인가
이 책의 구성
이 책을 읽는 법
실습 환경
1부 로봇을 이해하다
1장 로봇이란 무엇인가
1.1 로봇을 정의해 봅시다
1.2 로봇의 짧은 역사
1.3 로봇의 분류: 로봇 지도를 그려 봅시다
1.4 2026년, 로봇 산업은 어디까지 왔나
1.5 한 페이지 로봇 연표
1.6 로봇에게 쉬운 일, 어려운 일: 모라벡의 역설
1.7 로봇은 얼마나 ‘스스로’ 하는가: 자율성의 층위
1.8 로봇을 둘러싼 질문들: 일자리, 안전, 윤리
1.9 이 책의 여정
2장 로봇의 몸 — 뼈대와 근육
2.1 링크와 관절: 로봇의 뼈대
2.2 액추에이터: 로봇의 근육
2.3 감속기: 로봇 산업의 숨은 주인공
2.4 로봇의 손: 엔드이펙터
2.5 뼈대의 재료와 몸속 배선
2.6 해부 실습: 협동로봇 한 대를 뜯어 보면
2.7 봉투 뒷면 계산: 모터는 얼마나 세야 할까
2.8 스펙표 읽는 법
3장 로봇의 감각 — 센서
3.1 몸의 감각: 엔코더와 IMU
3.2 세상을 보는 눈: 카메라
3.3 빛으로 재는 거리: 라이다
3.4 손끝의 감각: 힘·토크 센서와 촉각 센서
3.5 그 밖의 감각들: GPS, 소리, 그리고 근접
3.6 센서 스펙표 읽는 법
3.7 사례 연구: 로봇청소기와 휴머노이드의 센서 구성 비교
3.8 센서 데이터의 공통 과제: 노이즈, 그리고 융합
2부 로봇을 움직이다
4장 기구학 — 로봇팔은 어떻게 손끝의 위치를 아는가
4.1 실습 준비: 우리의 로봇, 2링크 평면 로봇팔
4.2 순기구학: 각도에서 위치로
4.3 작업 공간: 손이 닿는 곳과 닿지 않는 곳
4.4 역기구학: 위치에서 각도로
4.5 응용: 손끝으로 원 그리기
4.6 위치만으로는 부족하다: 자세 이야기
4.7 점 찍기에서 부드러운 움직임으로: 궤적의 시간 계획
4.8 6축 로봇의 해부학: 구형 손목이라는 발명
4.9 한 걸음 더: 실제 로봇에서는
5장 제어 — 로봇은 어떻게 흔들리지 않고 정확하게 움직이는가
5.1 피드백: 제어의 대원칙
5.2 실습 준비: 가상의 모터 만들기
5.3 P 제어: 오차에 비례해서 밀어라
5.4 I 제어: 쌓인 오차가 밀어붙인다
5.5 D 제어: 미래를 내다보고 브레이크를 밟아라
5.6 튜닝: 게인 잡기의 기술
5.7 디지털 세계의 제어: 제어 주기라는 심장 박동
5.8 사례 연구: 층층이 쌓는 제어 — 드론은 어떻게 나는가
5.9 제어의 짝꿍, 신호 필터링: 한 줄짜리 저역통과 필터
5.10 한 걸음 더: PID 너머
6장 이동로봇 — 바퀴 달린 로봇은 어떻게 길을 찾는가
6.1 차동구동: 두 바퀴의 마법
6.2 오도메트리: 발자국을 세어 위치를 추정하다
6.3 경로계획과 A*: 최단 경로를 찾아서
6.4 격자 지도의 실무 디테일: 로봇은 점이 아니다
6.5 사례 연구: 로봇청소기 내비게이션의 진화
6.6 지역 계획 깊이 보기: 동적 창 접근법
6.7 주행 안전의 산수: 정지 거리와 안전 속도
6.8 계획에서 주행까지: 전체 파이프라인
3부 로봇이 생각하다
7장 로봇의 인지 — 보는 것에서 아는 것으로
7.1 컴퓨터 비전: 픽셀에서 의미로
7.2 불확실성과 싸우는 법: 확률적 추정
7.3 SLAM: 지도가 없으면 만들면서 간다
7.4 3차원 인지: 포인트 클라우드 다루기
7.5 사례 연구: ’컵을 집어라’의 인지 파이프라인
7.6 지도의 진화: 점유 격자에서 시맨틱 지도로
7.7 인지 파이프라인: 전체 그림
8장 AI와 로봇 — 프로그래밍되는 기계에서 배우는 기계로
8.1 강화학습: 시행착오의 과학
8.2 시뮬레이션: 백만 번 넘어져도 괜찮은 세계
8.3 도구 상자 열어 보기: 학습 로봇의 하루
8.4 모방학습: 백문이 불여일견
8.5 보상 설계의 함정: 시키는 대로, 그러나 뜻대로는 아닌
8.6 학습 로봇의 성적표: 성공률을 믿는 법
8.7 세 가지 학습법, 그리고 그다음
9장 로봇 파운데이션 모델 — 말을 알아듣는 로봇의 탄생
9.1 LLM을 로봇의 머리에 얹다
9.2 VLA: 보고, 알아듣고, 움직이는 하나의 모델
9.3 2026년의 지형: 주요 모델과 기업
9.4 데이터 전쟁: 로봇 지능의 원료를 캐는 법
9.5 말을 알아듣는 로봇의 안전 문제
9.6 냉정하게 보기: 되는 것과 안 되는 것
9.7 직접 만져 보기: 오픈소스로 시작하는 로봇 학습
9.8 앞으로 5년의 관전 포인트
9.9 다시, 기본기
4부 한 걸음 더 깊게
10장 동역학과 중력 보상 — 로봇팔, 한 걸음 더
10.1 기구학이 놓치는 것들
10.2 실습 준비: 중력이 있는 1링크 팔
10.3 실험: 같은 게인, 세 가지 운명
10.4 모델이 틀리면: 보상과 피드백의 분업
10.5 마찰: 모델링을 거부하는 골칫거리
10.6 한 걸음 더: 다관절 동역학의 세계
11장 컴퓨터 비전 실습 — 픽셀에서 물체 좌표까지
11.1 이미지는 그냥 배열이다
11.2 컨볼루션: 비전의 원자 연산
11.3 색 분할: ’빨간 것’만 남겨라
11.4 좌표 변환: 인지의 마지막 1미터
11.5 실전으로 가는 다리: 라이브러리, 그리고 조명
11.6 여기서 딥러닝까지: 이어지는 다리
12장 파티클 필터 실습 — 로봇은 어떻게 길을 잃지 않는가
12.1 문제 설정: 복도, 문 세 개, 그리고 눈치
12.2 알고리즘: 가설 부대의 서바이벌
12.3 실험: 무지에서 확신까지 열세 걸음
12.4 납치 실험: 다양성이 회복력이다
12.5 파티클 필터에서 SLAM까지: 반 걸음
12.6 실전의 파티클 필터
13장 신경망 밑바닥 구현 — 학습하는 기계 해부
13.1 문제: 주행 가능한 지형인가
13.2 순전파: 신경망은 그냥 행렬 곱이다
13.3 손실: 얼마나 틀렸는지를 숫자 하나로
13.4 역전파와 경사하강: 책임을 배분하고, 한 걸음 내려간다
13.5 실험 결과: 65개의 숫자가 배운 것
13.6 외운 것과 이해한 것: 과적합 이야기
13.7 여기서 VLA까지: 규모의 사다리
14장 보행의 과학 — 넘어지지 않는 기계
14.1 서 있는 것부터 어렵다: 지지 다각형
14.2 역진자: 보행 연구의 만능 모델
14.3 실험: 세 가지 발 배치 전략
14.4 걸음새: 다리 네 개의 리듬
14.5 발끝의 디테일: 접촉이라는 최전선
14.6 다리의 사촌, 날개: 드론과 균형의 동족 관계
14.7 실제 보행 로봇의 소프트웨어 스택
15장 로봇 소프트웨어 공학 — 데모와 제품 사이
15.1 상태 기계: 로봇의 ’지금 할 일’을 관리하는 법
15.2 아키텍처: 왜 로봇 소프트웨어는 조각조각인가
15.3 기록하고, 재생하고, 재현하라: 로봇 디버깅의 삼신기
15.4 현장 운영: 배포 뒤에 진짜 공학이 시작된다
15.5 시뮬레이션과 실기 사이: 단계적 검증의 사다리
15.6 좋은 로봇 코드의 습관들
5부 조립, 그리고 미래
16장 종합 프로젝트 — 가상 배달 로봇 만들기
16.1 설계: 시스템을 다섯 조각으로 나누다
16.2 지도와 계획: 로봇은 점이 아니었다
16.3 경로 추종: 계획과 제어의 이음새
16.4 감지와 재계획: 계획은 틀리기 위해 존재한다
16.5 이 시스템에 없는 것: 다음 단계의 지도
16.6 이 프로젝트를 포트폴리오로 만드는 법
17장 휴머노이드 시대 — 산업 지형과 커리어 로드맵
17.1 글로벌 지형: 세 개의 전선
17.2 한국의 지형: 대기업의 참전
17.3 산업별 적용 지도: 로봇은 어디서 일하게 되는가
17.4 일자리 지도: 로봇 엔지니어는 무슨 일을 하는가
17.5 커리어 로드맵: 무엇을, 어떤 순서로
17.6 진로 선택의 현실적 질문들
17.7 면접장의 로봇공학: 단골 질문과 답의 뼈대
17.8 창업이라는 선택지: 로봇 스타트업 미니 지도
17.9 해외로 가는 길
17.10 마치며: 지금이 왜 특별한가
부록 A 파이썬 실습 환경 설정
A.1 파이썬 설치
A.2 라이브러리 설치
A.3 코드 실행 방법
A.4 자주 만나는 오류
부록 B 다음 단계: ROS 2로 가는 길
B.1 ROS 2를 왜 배우는가
B.2 시작 방법
B.3 첫 ROS 2 프로젝트 상세 가이드: 시뮬레이션 순찰 로봇
부록 C 더 공부할 거리
부록 D 용어집
부록 E 전체 실습 코드
4장 기구학 — 2링크 로봇팔 (그림 4-1 ~ 4-4)
5장 제어 — PID 시뮬레이션 (그림 5-1 ~ 5-3)
6장 이동로봇 — 차동구동·오도메트리·A* (그림 6-1 ~ 6-3)
7장 인지 — 예측+측정 융합 필터 (그림 7-1)
8장 AI — Q러닝 격자 세계 (그림 8-1)
10장 동역학 — 중력 보상 (그림 10-1, 10-2)
11장 컴퓨터 비전 — 픽셀에서 물체 좌표까지 (그림 11-1, 11-2)
12장 파티클 필터 — 복도 위치추정 (그림 12-1, 12-2)
13장 신경망 밑바닥 구현 (그림 13-1, 13-2)
14장 보행 — 역진자와 걸음새 (그림 14-1, 14-2)
15장 소프트웨어 — 상태 기계 (그림 15-1)
16장 종합 프로젝트 — 가상 배달 로봇 (그림 16-1, 16-2)
부록 F 로봇공학 수학 미니 핸드북
F.1 삼각함수 — 각도를 좌표로 바꾸는 기계
F.2 벡터와 행렬 — 여러 숫자를 한 덩어리로
F.3 미분과 적분 — 변화율과 누적
F.4 확률 — 모르는 정도를 다루는 산수
F.5 지수 함수 — 폭주와 수렴의 수학
F.6 더 공부할 순서
F.7 수치 시뮬레이션의 기초: 컴퓨터로 물리를 흉내 내는 법
F.8 기호와 단위 빠른 참조
부록 G 로봇공학 Q&A 40
개념과 기술
진로와 학습
산업과 사회
실습과 개발
부록 H 연습문제 해설과 힌트
부록 I 프로젝트 아이디어 20
시뮬레이션 프로젝트 (하드웨어 불필요)
AI·학습 프로젝트
하드웨어 프로젝트 (저예산)
종합·공개 프로젝트
팀 프로젝트로 키우기
프로젝트를 끝까지 끌고 가는 요령
부록 J 30일 학습 플랜
1주차 — 환경과 기구학: 손끝을 움직이다
2주차 — 제어: 흔들리지 않게 만들다
3주차 — 이동과 추정: 길을 찾고 위치를 알다
4주차 — 학습과 종합: 두뇌를 달고 조립하다
마지막 이틀 — 다음 30일의 설계
플랜을 지키는 요령
60일 확장판 스케치
부록 K 치트 시트: 공식·규칙·경험칙 한눈에
기구학·동역학
제어
이동·계획
추정·인지
학습
보행
소프트웨어·시스템
이 책의 파이썬 관용구
디버깅 15분 규칙
부록 L 자주 겪는 오류 사전
나가며
판권