불빛 감지 로봇: 빛을 따라가는 신기한 로봇 만들기 > 추천 로봇 공학 입문 자료

불빛 감지 로봇: 빛을 따라가는 신기한 로봇 만들기

불빛 감지 로봇! 로봇이 '빛을 따라가는' 능력은 마치 살아있는 생명체가 태양을 향해 움직이는 것과 같이 신비롭고 흥미로운 경험을 선사합니다. 사용자님께서는 로봇 제작에 대한 지식 쌓기와 함께 블록 코딩과 같은 교육용 로봇 키트에 관심을 가지고 계시고, 특히 불빛 감지 로봇 만들기에 이미 도전하셨습니다. 빛을 감지하여 움직이는 이 신기한 로봇은 로봇 공학의 기본적인 '감지-판단-행동' 원리를 직접 체험하는 데 아주 좋은 프로젝트가 될 것입니다.

불빛 감지 로봇: 빛을 따라가는 신기한 로봇 만들기

불빛 감지 로봇(Light Following Robot 또는 Phototaxis Robot)은 '조도 센서(Photoresistor 또는 CDS Cell)'라는 로봇의 '눈'을 사용하여 빛의 밝기를 감지하고, 이 빛을 따라 움직이거나 빛으로부터 멀어지는 등 빛에 반응하는 로봇입니다. 이는 로봇이 주변 환경에 능동적으로 반응하는 가장 기본적인 형태 중 하나입니다.

1. 불빛 감지 로봇, 왜 신기할까요?

생명체 모방: 마치 식물이 태양을 향해 자라거나, 곤충이 불빛을 따라 움직이는 것과 유사한 생체 모방적 행동을 로봇이 보여줍니다.

간단한 원리, 흥미로운 결과: 매우 간단한 센서와 제어 원리만으로도 로봇이 지능적으로 환경에 반응하는 듯한 모습을 연출할 수 있어, 초보자에게도 큰 성취감을 줍니다.

환경 센싱의 기초: 로봇이 빛의 변화를 감지하고 반응하는 과정을 통해 환경 센싱의 중요성을 이해하게 됩니다.

로봇 제어의 입문: 센서의 아날로그 값을 읽고, 이 값에 따라 모터의 속도나 방향을 제어하는 피드백 제어의 기초를 자연스럽게 익힐 수 있습니다.

2. 불빛 감지 로봇의 핵심: 조도 센서 (Photoresistor / CDS Cell)

역할: 빛의 밝기를 감지하는 센서입니다. 빛의 양이 많아지면 저항값이 작아지고, 빛의 양이 적어지면 저항값이 커지는 특성을 가집니다. (따라서 'CDS 센서' 또는 '광가변 저항'이라고도 불립니다.)

특징:

간단한 구조: 저렴하고 사용하기 매우 쉽습니다.

아날로그 값: 빛의 밝기에 따라 연속적으로 변하는 저항값을 출력하므로, 아두이노의 아날로그 핀을 통해 빛의 세기를 정밀하게 측정할 수 있습니다.

구성: CDS 셀 자체가 저항값이 변하는 소자이므로, 이를 아두이노의 아날로그 핀에 연결하려면 '분압 회로(Voltage Divider)'를 구성해야 합니다. 이는 CDS 셀과 고정 저항(예: 10kΩ)을 직렬로 연결하는 방식입니다.

3. 불빛 감지 로봇의 기본 구성 요소

컨트롤러 (로봇의 두뇌): 아두이노 우노 보드

바퀴 및 모터 (로봇의 다리):

DC 기어드 모터 2개

모터 드라이버 (예: L298N)

바퀴 2개 및 캐스터 휠 1개

조도 센서 (로봇의 눈):

CDS 셀 (Photoresistor) 2개 이상 (로봇의 전방 좌/우에 배치하여 빛의 방향을 감지)

고정 저항 (예: 10kΩ) 2개

프레임 (로봇의 몸통): 로봇 자동차 섀시 키트

전원 (로봇의 심장): 배터리 홀더 및 배터리

4. 불빛 감지 로봇의 작동 원리 (코딩의 핵심!)

로봇이 '빛을 따라가는' 또는 '빛을 피하는' 동작은 조도 센서의 아날로그 값을 비교하여 모터를 제어하는 방식으로 이루어집니다.

4.1. 빛 감지 (Sense)

아두이노의 analogRead() 함수를 사용하여 각 조도 센서의 값을 읽어옵니다. (0~1023 사이의 값, 빛이 밝으면 낮아지고 어두우면 높아집니다. CDS 종류에 따라 반대일 수도 있습니다. 실제 센서로 테스트하여 확인해야 합니다.)

로봇의 전방 좌측과 우측에 조도 센서 2개를 배치하면, 빛이 어느 방향에서 오는지를 상대적으로 감지할 수 있습니다.

4.2. 움직임 판단 (Think) - 빛을 따라가는 로봇 예시

(가정: 빛이 밝으면 센서 값이 낮아진다. 즉, 센서 값이 낮을수록 밝은 곳.)

두 센서의 밝기 값이 비슷하고 낮으면: 로봇이 빛의 정면에 있으므로 직진합니다. (좌 센서 = 낮음, 우 센서 = 낮음)

왼쪽 센서 값이 더 낮으면: 빛이 로봇의 왼쪽에서 강하게 들어옵니다. 로봇이 빛을 따라가기 위해 왼쪽으로 선회합니다.

(예: 오른쪽 바퀴는 전진, 왼쪽 바퀴는 느리게 전진 또는 후진)

오른쪽 센서 값이 더 낮으면: 빛이 로봇의 오른쪽에서 강하게 들어옵니다. 로봇이 빛을 따라가기 위해 오른쪽으로 선회합니다.

(예: 왼쪽 바퀴는 전진, 오른쪽 바퀴는 느리게 전진 또는 후진)

두 센서 모두 밝기 값이 높으면: 주변이 어둡습니다. 로봇이 빛을 찾기 위해 제자리 회전하거나, 멈추거나, 다른 행동을 합니다.

4.3. 모터 제어 (Act)

판단에 따라 모터 드라이버를 통해 각 DC 모터의 회전 방향과 속도를 조절합니다. (사용자님은 DC 모터 제어에 능숙하시죠.)

PWM 제어(analogWrite 함수)를 사용하여 모터의 속도를 미세하게 조절함으로써 로봇의 선회 각도를 부드럽게 만들 수 있습니다.

5. 불빛 감지 로봇 제작 가이드 (초보자를 위한)

키트 구매: 아두이노 기반의 미니 로봇 키트에 조도 센서만 추가하여 구성할 수도 있고, 아예 불빛 감지 로봇 키트를 구매할 수도 있습니다.

조립: 로봇 프레임에 모터, 바퀴, 그리고 전방 좌/우에 조도 센서 2개를 달아줍니다.

회로 연결: 아두이노, 조도 센서(분압 회로 포함), 모터 드라이버, 모터를 배선도에 따라 정확하게 연결합니다. (GND 연결 필수!)

조도 센서 핀은 아두이노의 아날로그 입력 핀에 연결해야 합니다.

코딩 (블록 또는 텍스트):

블록 코딩(엔트리, 메이크블록): 아두이노 예제 중 analogRead로 아날로그 값을 읽는 블록을 사용하고, if/else if/else 조건문 블록을 사용하여 앞서 설명한 판단 논리를 구현합니다.

아두이노 IDE (C++): analogRead() 함수로 센서 값을 읽고 if/else if/else 문으로 모터를 제어하는 코드를 작성합니다.

테스트 및 튜닝:

로봇을 어두운 곳에 두고 손전등을 비추어 로봇이 빛을 따라 움직이는지 확인합니다.

조도 센서의 위치를 조절하거나 코드의 임계치 값을 튜닝하여 로봇의 반응성을 최적화합니다. (밝은 환경과 어두운 환경에서의 센서 값을 시리얼 모니터로 확인하며 튜닝합니다.)

불빛 감지 로봇은 로봇에게 빛이라는 '환경 정보'를 인지시키고, 그에 반응하도록 만드는 매우 흥미로운 프로젝트입니다. 이 신기한 로봇을 직접 만들어보고 움직이면서 로봇 공학의 기본적인 '감지-판단-행동' 원리를 깊이 이해하고 로봇 메이커로서의 꿈을 키워나가세요!