우리는 현재 산업과 사회 전반에 걸쳐 거대한 변화가 일어나는 생성형 디지털 시대에 살고 있다. 과거 증기기관으로 시작된 1차 산업혁명, 전기의 힘으로 대량 생산을 가능하게 한 2차 산업혁명, 컴퓨터와 자동화를 이끈 3차 산업혁명을 지나, 이제는 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷, 로봇기술이 융합되는 4차 산업혁명이 우리 삶과 산업의 모든 영역을 재편하고 있다. 이러한 변화의 중심에는 피지컬 AI와 지능화된 로봇 기술 등이 자리하고 있다. 특히 빠르게 고도화되는 스마트 팩토리(Smart Factory) 환경에서는 자율적으로 이동하고 작업을 수행하는 로봇들이 필수 요소로 자리 잡고 있다. 이들은 단순한 반복 작업을 넘어 주변 환경을 인식하고 스스로 판단하여 생산성과 유연성을 극대화하는 데 기여하고 있다.

스마트 팩토리에서 사용되는 대표적인 자율주행 로봇은 AGV(Automated Guided Vehicle)와 AMR(Autonomous Mobile Robot)이다. 이 로봇들은 실내 공간에서 물류를 자동으로 운반하거나 조립 라인 간 부품을 이송하고, 때로는 작업자와 협업하며 생산을 지원 하기도 한다. 기존의 고정된 라인 기반 자동화 시스템과는 달리, AGV와 AMR은 실시간으로 경로를 계획하고 장애물을 회피할 수 있어 생산 설비의 유연한 전환과 공정 최적화를 가능하게 한다. 이러한 기술들은 글로벌 제조 기업은 물론 병원, 물류센터, 연구소 등 다양한 분야로 확산되고 있으며, 앞으로 더 많은 현장에 적용될 것이다.

이러한 실내 자율주행 로봇을 구현하고 제어하기 위해 필요한 핵심 기술 중 하나가 바로 ROS2(Robot Operating System 2) 활용 능력이다. ROS2는 오픈소스 기반의 로봇 운영체제로, 복잡한 하드웨어와 소프트웨어를 유기적으로 연결해 주는 통합 프레임워크 역할을 한다. 센서 데이터 처리, SLAM(동시 위치 추정 및 지도 작성), 경로 계획, 모터 제어, 네트워크 통신 등 다양한 기능을 지원하며, 실제 산업용 로봇에서도 널리 사용되고 있다.

이 책은 이러한 첨단 기술을 학생 여러분이 쉽게 이해하고 실습할 수 있도록 구성한 입문서이다. 프로그래밍이나 로봇공학에 대한 깊은 사전 지식이 없어도 단계별 예제를 따라 하면서 자연스럽게 로봇 제어의 핵심 개념을 익힐 수 있도록 설계되었다. 책에 수록된 실습은 시뮬레이션부터 시작하여 실제 하드웨어 제어까지 확장 가능하며, ROS2의 기본 구조부터 자율주행의 핵심 알고리즘까지 체계적으로 학습할 수 있도록 내용을 담았다.

ROS2는 단순한 로봇 제어 도구를 넘어, 실제 산업에서 사용되는 기술과 매우 밀접한 실무형 플랫폼이다. 대학 시절에 이러한 기술을 직접 다뤄보고 경험해 보는 것은 취업 경쟁력은 물론 문제 해결 능력과 창의적 사고 역량을 키우는 데도 큰 도움이 될 것이다. 따라서 이책은 로보틱스, 메카트로닉스, 전기·전자, 컴퓨터공학 등을 전공하며 실무형 기술 역량을 키우고 싶은 학생, 자율주행·인공지능·스마트 팩토리 분야로 진로를 고민하거나, 캡스톤 디자인·졸업 프로젝트를 준비 중인 학생, 미래 산업 트렌드를 기술적으로 이해하고 싶은 학생, 실습 중심의 학습을 선호하는 학습자들에게 적합한 교재이다.

여러분은 산업의 경계가 무너지고, 새로운 융합이 일어나는 시대를 살아가고 있다. 이 책을 통해 융합형 자율주행 로봇의 핵심 개념과 실제 구현 기술을 익히며, 단순한 지식 전달을 넘어 미래를 준비하는 기술적 통찰을 얻을 수 있기를 바란다. 그리고 여러분의 호기심과 도전이 혁신적인 흐름 속에서 하나의 변화를 만들어 내는 출발점이 되기를 진심으로 기대한다. 또한 이 책으로 공부하는 모든 독자들이 자율주행 로봇에 대한 새로운 지식을 익히고 창

의력을 길러, 앞으로 대한민국의 로봇 산업 발전에 기여할 수 있기를 바란다.

제 1 부 로봇(Robot)과 로보틱스(Robotics)

제1장 로봇(Robot)의 개요 8

1-1 로봇의 정의 8

1-2 로봇의 기본 구성 요소 10

1-3 로보틱스(Robotics)의 개념 16

 

제2장 로봇의 역사와 윤리의식 18

2-1 자율주행 로봇의 역사 18

2-2 로봇의 윤리의식 22

 

제3장 자율주행 기술 개론 27

3-1 자율주행 시스템 개요 27

3-2 자율주행 핵심 기술 요소 44

3-3 자율주행 핵심 센서(카메라, 레이다, 라이다, GNSS) 63

 

제 2 부 초기 개발 환경 구성

제1장 Linux의 이해와 필수 명령어 사용 방법 80

1 - 1 리눅스(Linux) 이해하기 80

1 - 2 리눅스(Linux–buntu 22.04) 사용을 위한 필수 명령어 84

 

제2장 개발 도구 설치하기(Terminal, VS Code 등) 88

2 - 1 Ubuntu 22.04 환경에서 Terminator, htop 설치하기 88

2 - 2 Ubuntu 22.04 환경에서 Visual Studio Code 및 Extension 91

 

제3장 ROS2 설치 및 환경 구성/Workspace 생성 94

3-1 ROS2 Humble 설치 방법(모든 명령어는 한 줄씩 실행 요청) 94

3-2 Workspace 생성하기(모든 명령어는 한 줄씩 실행 요청) 95

 

제4장 OpenCV 설치 97

4-1 OpenCV 설치 방법(모든 명령어는 한 줄씩 실행 요청) 97

 

제5장 Linux 원격 접속(ssh) 100

5-1 원격 접속(Remote Access) 100

5-2 OpenSSH 설치 100

 

제 3 부 AGV 구동을 위한 하드웨어/소프트웨어 입문

제1장 하드웨어 입문 110

1-1 AGV 전체 시스템의 구성과 사양 110

1-2 AGV 장착 센서 및 컨트롤러 117

1-3 AGV 구동 방식 121

 

제2장 소프트웨어 입문 131

2-1 로봇 운영 체제(ROS2 : Robot Operating System) 131

2-2 OpenCV 기반 영상 처리 기법 168

 

제 4 부 AGV 구동 및 제어 실습

제1장 키보드를 이용한 AGV 구동(SSH 방식) 198

1-1 AGV 구동 원리 이해 198

1-2 키보드를 이용한 전진/후진 프로그래밍 및 실습 205

1-3 키보드를 이용한 좌/우 조향 프로그래밍 및 실습 208

1-4 키보드 제어를 통한 피벗 프로그래밍 및 실습 211

 

제2장 카메라 센서 기반 원격 주행 실습 215

2-1 원격 주행 시스템 개요 215

2-2 OpenCV 기반 카메라 영상 출력 및 예제 실습 228

3-3 웹 기반 사용자 인터페이스 구현 실습(서버/클라이언트) 237

3-4 카메라 센서를 활용한 원격 주행 실습 과제 247

 

제3장 IR 센서 기반 라인 추종 실습 260

1-1 Line Following 기술 개요 및 프로그래밍 방법 260

3-2 IR 센서 기반 Line Following 기초 실습 278

3-3 Line Following 프로그램 구현 및 실습 284

 

제4장 RF - Tag 정보 기반 AGV의 웹 관제 실습 299

4-1 AGV용 RF - Tag 및 웹 관제 소개 299

4-2 RF - Tag의 데이터 쓰기 실습 306

4-3 RF - Tag 데이터 기반 AGV의 웹 관제 실습 311

 

제 5 부 AMR 구동 및 제어 실습

제1장 SLAM 실습 318

1-1 ROS2를 활용한 SLAM 기초 및 설치 318

1-2 SLAM 및 AMR을 활용한 맵 생성 및 저장 실습 323

 

제2장 AMR의 자율주행 실습 330

2-1 경로 계획 330

2-2 SLAM Remote를 이용한 자율주행 구동 실습 335

저자: 박상배·우훈제·윤석훈 공저