단순히 로봇이 인간의 동작이나 기능만을 흉내내는 단계를 넘어서서 인간과 유사하게 사고하여 스스로 판단을 내리는 단계에 도달하기 위해서 현재에도 전세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 즉, 단순하게 정해진 알고리듬에 따라서 작업을 수행할 수 있는 로봇이 아니라 주어진 상황에서 스스로 독자적으로 판단하여 목적을 달성할 수 있는 로봇을 지능형 로봇 (intelligent robot)이라고 할 수 있다.


 지능형 로봇의 세 가지 핵심적인 기능은 다음과 같다.


    ❶ 외부 환경을  인식한다.

    ❷ 스스로 상황을 판단한다.

    ❸ 자율적으로 동작한다.


이러한 기능을 갖춘 지능형 로봇은 가정용 로봇, 재난 구조용 로봇, 자율 주행 자동차 등과 같은 형태로 실생활에 들어오고 있다.


 대학생들이 쉽게 접할 수 있는 고전적인 지능형 로봇의 예로 마이크로마우스(micro mouse)라는 로봇이 있다. 전기/전자 분야의 국제 학회인 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineering)의 Computer Society 에서 1977년 5월 제안하여 1979년 첫 대회를 개최하였으며, 주목적은 전기/전자 공학도들로 하여금 컴퓨터의 응용력과 개발 능력을 향상시키는 것이었다.  그 후 이 경기는 유럽, 일본, 동남아, 한국 등으로 전파되어 많은 국제 경기와 국내 경기가 매년 개최되었다.


[그림 1] 마이크로마우스


마이크로마우스는 미로라는 외부 환경을 인식해야 하고 스스로 미로의 구조와 골인 지점까지의 경로를 탐색(판단)해야 한다. 그리고 탐색된 경로를 주파하여 골인 지점까지 움직여야 하며 인간이 외부에서 조정하는 것이 허락되지 않는다. 앞에서 기술한  지능형 로봇의 세 가지 요소를 모두 가지고 있는 것이다.


 지능형 로봇은 국제 로봇 연맹  (International Federation of Robotics, IFR) 에서 다음과 같이 분류하고 있다.


[표 1] 지능형 로봇의 분류



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Posted by 살레시오

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‘로봇(robot)’ 이라는 용어는 1920년 체코슬로바키아의 극작가 카렐 차페크(Karel Capek)가 발표한 희곡 ‘로섬의 만능 로봇’ (R.U.R:Rossum’s Universal Robots)에서 처음 등장하였다. 어원은 체코어의 노동을 의미하는 단어 robots로부터 나왔다고 알려져 있다.


[그림 1] 체코의 카렐 차펙과 그의 소설 R.U.R


 ‘로보틱스(robotics)’라는 용어는 1942년 3월에 첫 출판된 아이작 아시모프(Isaac Asimov)의 공상과학소설에서 새로 만들어졌다. 여기서 작가는 로봇이 부정적인 측면만 가지고 있는 것이 아니라 인간을 돕기 위한 긍정적인 측면도 함께 가지고 있다고 묘사하였다. 또한 아시모프는 소설에서 로봇의 기본적인 세 가지 법칙을 설정하였다.


    ❶ 로봇은 인간을 해칠 수 없으며 인간이 해를 입도록 방치해서도 안 된다.

    ❷ 로봇은 첫 번째 법칙에 어긋나는 않는다면 인간이 내린 명령에 복종해야 한다.

    ❸ 로봇은 첫 번째와 두 번째 법칙에 어긋나지 않는다면 자신을 보호해야 한다.


 이렇게 ‘로봇’이라는 용어와 개념이 작가들의 상상력에 의해서 만들어졌다는 것은 흥미로운 사실이다. 상상력에서 탄생한 로봇의 개념이 세상에 소개된 이후 근대의 첨단  기술을 적용하여 이를 실제로 구현한 산업용 로봇이 출현하기까지 또 수십 년이 소요되었다.


<Metropolis. 1927, German>             <스타워즈>

[그림 2] 영화 속의 다양한 로봇들


 일반인들은 로봇에 대해서 사람과 같은 모습과 기능을 가지고 인간과 유사하게 행동하는 기계인 휴머노이드(humanoid)를 먼저 떠올리지만 초창기의 산업용 로봇은 이와는 상당히 거리가 있다. 산업용 로봇은 인간 팔의 모양과 기능을 보방하여 설계되었으며 그 말단에 다양한 장치를 달아서 여러가지 기능을 수행하도록 제작된 것들이 많다.


 최근에는 기계 기술, 반도체 기술, 소프트웨어 공학, 인공 지능 등의 발달로 인하여 이를 집약한 다양한 분야의 로봇들이 출현하고 있다. 산업용 로봇이 포화 상태에 이르고 현대의 첨단 기술이 로봇에 적용되면서 이제 로봇이 인간의 일상 속으로 들어오고 있다. 청소 로봇 이나 애완용 강아지 로봇 등이 그 예라고 할 수 있다.

  

[그림 3] 산업용 로봇과 자동차 제조 공장에서 운용 중인 예



[그림 4] 일본 혼다사의 아시모등 서비스 로봇의 예


오늘날의 로봇은 이와 같이 크게 ‘산업용 로봇’과 ‘서비스 로봇’으로 양분할 수 있다.



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 파이썬은 클래스를 지원하므로 객체 지향적인 프로그래밍을 할 수 있다. 사실 지금까지 다뤄온 기본 자료형도 다 클래스이다. 클래스는 새로운 자료형을 정의하는 것이고 객체(object)는 클래스의 인스턴스(instance, 클래스가 구체화된 것)를 의미한다.


클래스는 다음과 같이 정의한다.


class 식별자:
클래스 본체


보통 클래스의 식별자는 대문자로 시작한다. 예를 들어 Person, Robot, Car, Point 등이다. 클래스 본체는 이 클래스에 속하는 변수와 함수를 정의하게 된다. 특별히 클래스에 속한 변수들을 필드(field), 클래스에 속한 함수들을 일반 함수들과 구분하기 위해서 메소드(method)라고 부르며 이 둘을 통칭하여 속성(attribute)라고 한다.


이 용어들에 대해서는 숙지해 두는 것이 좋다.


  • 필드 (field) : 클래스에 내장된 변수

  • 메쏘드 (method) : 클래스에 속하는 함수

  • 속성 (attribute) : 필드와 메쏘드를 통칭하여 속성이라 한다.


가장 간단한 형태의 클래스를 다음과 같이 정의해 보자.


class Robot:
pass


이 클래스는 보면 알겠지만 본체가 없다. 이 클래스의 인스턴스를 생성하려면 다음과 같이 하면 된다.


>>> asimo = Robot()


이제 asimo 는 Robot 클래스의 객체가 되었다. 이와 같이 어떤 클래스의 객체(인스턴스)를 생성하려면 다음과 같이 한다.


변수명 = 클래스명()


마치 함수를 호출하는 것과 유사하다.



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 함수(function)란 실행문들을 묶어서 하나의 블럭으로 만든 후 이름을 붙인 것을 말한다. 이렇게 수행문들의 집합을 함수로 정의하면 그 수행문들을 동작시킬 때 함수 이름을 이용한 간단한 호출(call)로 반복해서 실행시킬 수 있다.


 파이썬 함수는 다음과 같이 정의된다.


def 함수명(인자1, 인자2, …):
함수 본체


함수의 정의는 항상 def로 시작한다. 함수명은 일반적인 식별자를 사용하며 관례적으로 (변수명과 마찬가지로) 소문자로 시작한다. 그다음에 호출하는 쪽에서 넘겨 받을 인자들의 리스트를 괄호(...)안에 콤마로 구별하여 지정해 주고 콜론(:) 뒤에 함수의 본체를 작성해 주면 된다. 함수의 본체는 반드시 def 의 첫 글자 시작 위치보다 들여 써야 한다.


 간단한 예를 들어보자


>>> def sayHi():
print(‘hi’)


이 함수는 ‘hi’라는 문자열을 출력하는 함수이며 함수의 이름은 sayHi()이다. 입력 인자는 없으며 반환값도 없다. 이 함수를 호출하려면 다음과 같이 하면 된다.


>>> sayHi()
Hi


구구단을 출력하는 함수를 예로 들어보자.


>>> def gugu(n):
...     for x in range(2,10):
...         print('%d x %d = %d'%(n,x,n*x))


이 함수는 하나의 입력 인자를 받도록 되어 있다. 다음과 같이 호출한다.


>>> gugu(4)
4 x 2 = 8
4 x 3 = 12
4 x 4 = 16
4 x 5 = 20
4 x 6 = 24
4 x 7 = 28
4 x 8 = 32
4 x 9 = 36

>>> gugu(8)
8 x 2 = 16
8 x 3 = 24
8 x 4 = 32
8 x 5 = 40
8 x 6 = 48
8 x 7 = 56
8 x 8 = 64
8 x 9 = 72


함수명은 함수객체이며 다른 객체와 유사하게 대입이 가능하다. 예를 들어 앞에서 정의한 함수 sayHi()와 gugu()를 하나의 리스트로 묶을 수 있다.


>>> fl = [sayHi, gugu]


여기서 fl 리스트의 첫 번째 요소는 함수 sayHi 이고 두 번째 요소는 gugu 이다. 따라서 다음과 같은 함수 호출이 가능하다.


>>> fl[0]()
Hi.
>>> fl[1](9)
9 x 2 = 18
9 x 3 = 27
9 x 4 = 36
9 x 5 = 45
9 x 6 = 54
9 x 7 = 63
9 x 8 = 72
9 x 9 = 81



또는 함수를 다른 변수에 대입할 수도 있다.


>>> kuku = gugu


이제 kuku 는 함수이며 gugu()함수와 같은 함수이다. 따라서 다음과 같이 동일하게 호출할 수도 있다.


>>> kuku(7)
7 x 2 = 14
7 x 3 = 21
7 x 4 = 28
7 x 5 = 35
7 x 6 = 42
7 x 7 = 49
7 x 8 = 56
7 x 9 = 63


 가끔 함수의 본체를 구현하지 않고 껍데기만 작성해야 될 경우도 있다. 이럴 경우 다음과 같이 하면 된다.


>>> def nop(): pass


이 함수는 호출은 할 수 있으나 아무런 일도 수행하지 않는다.



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 #define은 상수를 이름으로 정의하거나 매크로 함수를 정의할 때 사용하는 전처리문이다. (전처리문이란 컴파일을 수행 하기 전 소스 코드를 변환시켜주는 명령어들을 말한다.)  #define을 잘 활용하면 가독성이 향상된 프로그램을 만들 수 있고 프로그램을 수정하기에 효율적으로 작성할 수 있다. 기본 형식은 다음과 같다.


#define NAME VALUE


NAME은 그 뒤에 있는 숫자를 대신해서 사용할 명칭이다. 맨 끝에 세미콜론(;)이 붙지 않음에 유의하자.

다음 예를 보자.


#include <stdio.h>
#define PI 3.14  // PI를 3.14로 정의
int main() {
   float fR = 3.0;
   printf("radius : %f\n", fR);
   printf("circumference : %f \n", 2*PI*fR);
   printf("area : %f \n", PI*fR*fR);
   printf("volume : %f \n", 4*PI*fR*fR*fR/3);
}


radius : 3.000000
circumference : 18.840000
area : 28.260000
volume : 113.040000


두 번째 줄을 보면 다음과 같이 작성되어 있는데

#define PI 3.14


이것은 3.14라는 실수값을 PI라는 이름으로 사용하겠다는 정의이다. 실제로 프로그램상에서 printf()함수 안에서 사용되었다. 이 코드는 전처리기에 의해서 컴파일 전에 다음과 같이 내부적으로 수정된다.


printf("원의 둘레: %f \n", 2*3.14*fR);
printf("원의 면적: %f \n", 3.14*fR*fR);
printf("구의 체적: %f \n", 4*3.14*fR*fR*fR/3);


따라서 처음부터 직접 위와 같이 작성하나 #define 문을 사용해서 PI라는 기호로 작성하나 내부적으로는 아무런 차이가 없다. 하지만 다른 사람이 볼 때 PI라는 ‘의미를 유추할 수 있는 기호’를 사용하는 것과 3.14라는 숫자를 직접 사용하는 것과는 차이가 있다.


 더 큰 문제는 3.14라는 상수 값을 예를 들어 3.1415로 변경시켜야 할 경우가 발생했을 때이다. 위와 같이 프로그램했을 경우 세 곳을 모두 고쳐야 하지만 #define문을 사용한 경우에는 정의한 곳 한 곳만 고치고 다시 컴파일 해주면 된다. 이 예에는 세 곳이지만 프로그램이 길어진다면 수십 곳, 수백 곳이 될 수도 있을 것이다.

 전술한 바와 같이 #define문으로 상수에 적절한 이름을 부여하는 것은 프로그램의 가독성 측면이나 수정의 용이함 등을 따질 때 그 활용도가 상당히 높다고 할 수 있다.



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 C++ 언어의 함수는 크게 반환값이 있는 함수와 반환값이 없는 함수 두 가지로 나눌 수 있다. 반환값이 있는 함수는 함수가 호출(call)이 되어 뭔가 작업을 거친 후 호출한 위치로 그 기능을 수행한 결과 값을 다시 보낸다. 반환값이 없는 함수는 단순히 어떤 기능만 수행한다는 것을 의미한다.


예를 들어서 두 개의 입력 값을 받아서 더한 값을 돌려 주는 기능을 하는 함수를 생각해 보자. 이 때 입력되는 값은 ‘인자’(argument) 혹은 ‘매개변수’(parameter)라고 부른다. (이후에는 ‘인자’ 라는 명칭만을 사용할 것이다.) 계산 결과값(이 경우 더한 값)을 호출한 곳으로 되돌려주는 경우 이것을 ‘반환값’, ‘리턴값’이라고 한다.


  • 인자(argument) - 함수로 넘겨주는 데이터

  • 반환값(return value)  - 함수가 작업이 끝나고 넘겨주는 결과값


사용자 정의 함수는 문자 그대로 ‘사용자가 필요에 의해서 만드는 함수’를 의미한다. C++ 프로그램에서 함수를 사용하기 전에 반드시 정의를 해 주어야 한다. 함수의 정의 형식은 다음과 같다.


반환자료형 함수명(데이터형 인수1, 데이터형 인수2 ...) {
   함수 본체
}


예를 들면 다음과 같다.


void sayHi() {
   printf("Hi ");
   printf("all.");
}


이 함수의 이름은 sayHi()이다. 함수명 앞에는 이 함수의 반환 값의 데이터 형을 명시한다. 반환값이 없는 경우에는 명시적으로 void라는 키워드를 써야 한다. 이 함수는 인자가 없다. 이렇게 인자가 없는 경우 함수명 뒤에 그냥 빈 괄호를 입력한다. 괄호를 생략할 수 없음에 유의하자.


이렇게 정의된 함수는 다음과 같이 호출할 수 있다.


int main() {
   ...
   sayHi(); // sayHi()함수 호출
   ...
}


이것을 합하여 완전한 프로그램으로 만들면 다음과 같다.


#include <stdio.h>

void sayHi()
{
   printf("Hi ");
   printf("all.");
}

int main(int argc, char **argv)
{
  sayHi();
}


Hi all.


이 프로그램을 보면 sayHi() 함수와 main() 두 개의 함수가 있다. 이 예제가 실행될 때는 항상 main()함수를 실행시키며 main()함수가 종료되면 프로그램도 종료된다. C++ 언어는 항상 main()함수를 제일 먼저 실행시킨다.


또 다른 함수의 예를 들어보자.


void sayHello(int in)
{
   for(;in>0;in--) {
       printf(“Hello.\n”);
   }
}


이 함수는 반환값이 없으며 인자를 하나 받는 함수이다. 그렇게 받은 인자의 개수만큼 “Hello.”를 반복해서 출력하는 일을 한다. 이것으로 완전한 프로그램을 만들어 보면 다음과 같다.


#include <stdio.h>

void sayHello(int in)
{
   for(;in>0; in--){
       printf("Hello. ");
   }
}

int main(int argc, char **argv)
{
   sayHello(3);
   int ia = 5;
   sayHello(ia);
}


Hello. Hello. Hello.
Hello. Hello. Hello. Hello. Hello.


main()함수 내에서 sayHello()함수를 두 번 호출했다. sayHello(3)이라고 호출하면 3이라는 정수형 값이 sayHello(int in) 의 인자 in에 저장된 후 함수가 수행된다. 따라서 “Hello.”라는 문자열이 3번 출력된 것이다. 마찬가지로 두 번째 호출인 sayHello(ia) 는 ia의 값은 5를 이 함수의 인자 in에 전달한다. 그러므로 “Hello.”가 다섯 번 출력 된다.


다른 예로 이번에는 반환값이 있는 함수를 들어보자.


float add(float fa, float fb) {
   float fc = fa + fb;
   return fc;
}


이 함수는 반환값의 자료형이 float형이라고 함수명 앞에 명시되어 있다. 인자(argument)는 두 개이고(fa, fb) 모두 float 형이다. 함수 본체에 보면 변수 fc에 두 인자의 합을 저장한 후 return 명령어를 이용하여 그 값을 반환하고 있다. 따라서 이 함수는 두 실수를 받아서 그 합을 반환하는 함수이다.


이와 같이 반환값이 있는 함수의 경우 호출부에서는 그 반환값을 변수에 저장할 수 있다. 예를 들어 다음과 같다.


float fr;
fr = add(1.0f, 2.5f);//fr에 3.5 저장

float fa = 10.1f, fb = 22.3f;
float fc = add(fa, fb);// fc에 32.3이 저장됨


이와 같이 반환값이 있는 함수의 경우는 호출부에서 그 반환값을 받아서 변수에 저장할 수 있다.


#include <stdio.h>

float add(float fa, float fb) {
   float fc = fa + fb;
   return fc;
}

int main(int argc, char **argv) {
   float fr;
   fr = add(1.0f, 2.5f);
   float fa = 12.3f, fb = 45.6f;
   float fc = add(fa, fb);
   printf("fr = %f, fc = %f", fr, fc);
}


fa = 3.500000, fb = 57.899998


 좀 더 다양한 함수의 정의 예를 다음 표에 들었다.


함수 정의 예

의미

void nop() {... }

반환값이 없음을 명시적으로 나타냄

int sub(int ia, int ib) {...}

두 개의 int형 입력, 반환값도 int형

double round(double dx) {...}

하나의 double형입력, 출력도 double형

void myDate(void) {... }

인자가 없음을 명시적으로 나타냄.

char display(char ca) {...}

하나의 char형입력, 출력도 char형


여기에서는 함수의 기본적인 정의 방법에 대해서 살펴 보았다.


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