로봇 개발자를 위한 Python 기초 교육 #1

1. Python이 로봇 개발에 많이 쓰이는 이유

로봇 개발은 보통 다음 요소들이 섞여 있습니다.

센서 입력 → 데이터 처리 → 판단 → 제어 명령 출력

 

예를 들어 자율주행 로봇이라면:

라이다 / 카메라 / IMU / GPS
        ↓
센서 데이터 처리
        ↓
위치 추정 / 장애물 판단 / 경로 계획
        ↓
모터 제어 / 조향 제어

 

Python은 이 과정에서 특히 다음 작업에 좋습니다.

                             분야                                                                 Python 활용

ROS 2 노드 작성	토픽 발행, 구독, 서비스, 액션
센서 데이터 처리	거리값, 좌표값, 이미지, 로그 처리
AI / 딥러닝	TensorFlow, PyTorch, OpenCV
시뮬레이션	Gazebo, Isaac Sim, Webots 연동
데이터 분석	NumPy, Pandas, Matplotlib
자동화	테스트 스크립트, 로그 저장, 장비 제어

 

즉, Python은 로봇에서 두뇌와 도구 역할을 많이 합니다.

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2. Python 기본 구조 이해하기

Python 코드는 위에서 아래로 실행됩니다.

 

print("로봇 시스템 시작")
print("센서 초기화")
print("모터 준비 완료")

 

실행 결과:

로봇 시스템 시작
센서 초기화
모터 준비 완료

 

 

Python은 C언어처럼 세미콜론 ;을 거의 사용하지 않습니다.
대신 들여쓰기가 매우 중요합니다.

 

if True:
    print("이 문장은 if 안에 있습니다.")

 

 

아래 코드는 잘못된 코드입니다.

 

if True:
print("들여쓰기가 없어서 에러 발생")

 

 

Python에서는 들여 쓰기가 문법입니다.
로봇 제어 코드에서 조건문, 반복문, 함수, 클래스가 많기 때문에 들여쓰기 습관은 처음부터 잡아야 합니다.

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3. 변수: 센서값과 상태를 저장하는 공간

변수는 값을 저장하는 이름입니다.

 

speed = 1.5
battery = 87
robot_name = "delivery_bot"
is_armed = False

 

각 변수는 이런 의미를 가질 수 있습니다.

                                       변수                                                                          의미

speed	로봇 속도
battery	배터리 잔량
robot_name	로봇 이름
is_armed	모터 활성화 여부

 

예제:

 

battery = 25

print("현재 배터리:", battery, "%")

 

 

결과:

현재 배터리: 25 %

 

 

로봇 개발에서는 변수 이름을 대충 짓지 않는 것이 중요합니다.

나쁜 예:

 

a = 3.5
b = 80
c = True

 

 

좋은 예:

 

distance_m = 3.5
battery_percent = 80
motor_enabled = True

 

 

현장에서는 3개월 뒤에 자기 코드도 남의 코드처럼 보입니다.
변수명은 길어도 명확한 게 낫습니다.

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4. 자료형: Python 데이터의 종류

Python에서 자주 쓰는 기본 자료형은 다음과 같습니다.

          자료형                                      예시                                                         설명

int	10	정수
float	3.14	실수
str	"robot"	문자열
bool	True, False	참/거짓
list	[1, 2, 3]	여러 값 저장
dict	{"x": 1, "y": 2}	이름과 값을 쌍으로 저장

 

예제:

 

wheel_count = 4
velocity = 0.75
robot_type = "mobile_robot"
obstacle_detected = True

print(type(wheel_count))
print(type(velocity))
print(type(robot_type))
print(type(obstacle_detected))

 

 

출력:

<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'str'>
<class 'bool'>

 

 

로봇 개발에서는 보통 다음처럼 씁니다.

 

x = 1.2
y = 3.4
theta = 0.78

position = {
    "x": x,
    "y": y,
    "theta": theta
}

print(position)

 

결과:

{'x': 1.2, 'y': 3.4, 'theta': 0.78}

 

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5. 리스트: 센서값 여러 개 저장하기

리스트는 여러 데이터를 순서대로 저장할 때 사용합니다.

 

lidar_ranges = [1.2, 1.5, 0.8, 2.3, 3.1]

 

 

라이다 거리값이라고 생각하면 됩니다.

 

print(lidar_ranges[0])
print(lidar_ranges[2])

 

 

출력:

1.2
0.8

 

 

Python의 리스트 인덱스는 0부터 시작합니다.

리스트: [1.2, 1.5, 0.8, 2.3, 3.1]
인덱스:   0    1    2    3    4

 

 

센서값 중 최솟값 찾기:

 

lidar_ranges = [1.2, 1.5, 0.8, 2.3, 3.1]

min_distance = min(lidar_ranges)

print("가장 가까운 장애물 거리:", min_distance, "m")

 

 

출력:

가장 가까운 장애물 거리: 0.8 m

 

 

이런 식으로 라이다 값에서 가장 가까운 장애물을 판단할 수 있습니다.

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6. 딕셔너리: 로봇 상태를 묶어서 관리하기

딕셔너리는 이름표가 붙은 데이터 묶음입니다.

 

robot_status = {
    "battery": 85,
    "mode": "AUTO",
    "speed": 1.2,
    "armed": True
}

 

 

값 꺼내기:

 

print(robot_status["battery"])
print(robot_status["mode"])

 

 

출력:

85
AUTO

 

 

값 수정하기:

 

robot_status["battery"] = 70
robot_status["mode"] = "MANUAL"

print(robot_status)

 

 

로봇 상태 관리에는 딕셔너리가 자주 쓰입니다.

 

drone_state = {
    "altitude": 12.5,
    "gps_fix": True,
    "flight_mode": "OFFBOARD",
    "gripper_open": False
}

 

 

이런 구조는 드론, 모바일 로봇, 매니퓰레이터 상태 관리에 모두 응용할 수 있습니다.

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7. 조건문: 로봇의 판단 만들기

 

조건문은 로봇이 상황에 따라 다르게 행동하게 만듭니다.

 

battery = 18

if battery < 20:
    print("배터리 부족: 복귀 필요")
else:
    print("작업 계속 진행")

 

 

출력:

배터리 부족: 복귀 필요

 

 

장애물 회피 예제:

 

front_distance = 0.4

if front_distance < 0.5:
    print("장애물 감지: 정지")
else:
    print("전진")

 

 

조금 더 복잡한 예제:

 

battery = 45
front_distance = 0.3
gps_ok = True

if battery < 20:
    print("배터리 부족: 복귀")
elif front_distance < 0.5:
    print("장애물 가까움: 정지")
elif not gps_ok:
    print("GPS 이상: 수동 모드 전환")
else:
    print("자율주행 계속")

 

 

로봇 제어에서는 조건문의 순서가 중요합니다.

보통 위험도가 높은 조건을 먼저 검사합니다.

1. 비상 정지
2. 배터리 부족
3. 센서 이상
4. 장애물 감지
5. 정상 주행

 

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8. 반복문: 센서값을 계속 확인하기

로봇은 한 번 판단하고 끝나지 않습니다.
계속 센서값을 읽고, 계속 판단하고, 계속 명령을 보냅니다.

Python에서는 while과 for 반복문을 많이 씁니다.

while 반복문

 

count = 0

while count < 5:
    print("센서 읽기:", count)
    count += 1

 

 

출력:

센서 읽기: 0
센서 읽기: 1
센서 읽기: 2
센서 읽기: 3
센서 읽기: 4

 

 

로봇 제어 느낌으로 쓰면:

 

robot_running = True
loop_count = 0

while robot_running:
    print("센서 확인")
    print("제어 명령 계산")
    print("모터 명령 출력")

    loop_count += 1

    if loop_count >= 3:
        robot_running = False

 

for 반복문

리스트 안의 센서값을 하나씩 확인할 때 좋습니다.

 

distances = [1.2, 0.9, 0.4, 2.0]

for distance in distances:
    if distance < 0.5:
        print("위험 거리:", distance)
    else:
        print("안전 거리:", distance)

 

출력:

안전 거리: 1.2
안전 거리: 0.9
위험 거리: 0.4
안전 거리: 2.0

 

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9. 함수: 반복되는 코드를 정리하기

함수는 특정 기능을 이름으로 묶은 것입니다.

 

def say_hello():
    print("로봇 준비 완료")

say_hello()

 

 

출력:

로봇 준비 완료

 

 

 

센서값 판단 함수:

 

def check_obstacle(distance):
    if distance < 0.5:
        print("장애물 감지")
    else:
        print("전방 안전")

check_obstacle(0.3)
check_obstacle(1.2)

 

 

출력:

장애물 감지
전방 안전

 

 

 

값을 반환하는 함수:

 

def is_obstacle_close(distance):
    if distance < 0.5:
        return True
    else:
        return False

result = is_obstacle_close(0.3)

print(result)

 

 

출력:

True

 

 

 

더 실전적으로 쓰면:

 

def calculate_motor_speed(target_speed, obstacle_distance):
    if obstacle_distance < 0.5:
        return 0.0
    elif obstacle_distance < 1.0:
        return target_speed * 0.5
    else:
        return target_speed

speed = calculate_motor_speed(1.2, 0.8)

print("출력 속도:", speed)

 

 

결과:

출력 속도: 0.6

 

 

이 함수는 다음 의미입니다.

장애물이 0.5m보다 가까우면 정지
장애물이 1.0m보다 가까우면 감속
그 외에는 정상 속도

 

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10. 클래스: 로봇을 객체로 표현하기

클래스는 변수와 함수를 하나로 묶는 구조입니다.
처음에는 어렵게 느껴지지만, 로봇 개발에서는 매우 중요합니다.

 

로봇은 여러 상태와 기능을 가집니다.

상태:
- 배터리
- 속도
- 위치
- 모드

기능:
- 전진
- 정지
- 회전
- 배터리 확인

 

 

이걸 클래스로 표현할 수 있습니다.

 

class Robot:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.battery = 100
        self.speed = 0.0

    def move_forward(self, speed):
        self.speed = speed
        print(self.name, "전진:", self.speed, "m/s")

    def stop(self):
        self.speed = 0.0
        print(self.name, "정지")

    def check_battery(self):
        print("배터리:", self.battery, "%")

 

 

사용 예:

 

robot = Robot("delivery_bot")

robot.check_battery()
robot.move_forward(1.2)
robot.stop()

 

 

출력:

배터리: 100 %
delivery_bot 전진: 1.2 m/s
delivery_bot 정지

 

self는 “이 객체 자기 자신”을 의미합니다.

 

self.battery
self.speed
self.name

 

 

이 값들은 각각의 로봇 객체가 따로 가집니다.

 

robot1 = Robot("robot_1")
robot2 = Robot("robot_2")

robot1.move_forward(1.0)
robot2.move_forward(2.0)

 

클래스는 ROS 2 노드 작성할 때도 거의 기본 구조로 쓰입니다.

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11. 예외 처리: 에러가 나도 시스템이 죽지 않게 하기

로봇 시스템에서 에러는 반드시 발생합니다.

 

예를 들어:

센서 연결 끊김
파일 없음
통신 실패
잘못된 데이터 입력
0으로 나누기

 

 

그냥 두면 프로그램이 멈춥니다.

 

value = 10 / 0

 

이 코드는 에러가 납니다.

 

안전하게 처리하려면:

 

try:
    value = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("0으로 나눌 수 없습니다.")

 

 

센서 읽기 예제:

 

def read_sensor():
    raise TimeoutError("센서 응답 없음")

try:
    distance = read_sensor()
    print("거리:", distance)
except TimeoutError:
    print("센서 통신 실패: 기본값 사용")
    distance = 999.0

 

로봇 개발에서는 예외 처리를 대충 하면 안 됩니다.

 

특히 모터, 배터리, 통신, 파일 저장 부분은 반드시 방어 코드를 넣는 게 좋습니다.

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12. 파일 입출력: 로그 저장하기

로봇 개발에서 로그는 매우 중요합니다.
현장에서 문제가 생기면 로그 없이는 원인 분석이 어렵습니다.

 

파일 쓰기:

 

with open("robot_log.txt", "w") as file:
    file.write("로봇 시작\n")
    file.write("센서 초기화 완료\n")

 

 

파일 읽기:

 

with open("robot_log.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

 

 

센서 로그 저장 예제:

 

distance = 1.25
battery = 87

with open("sensor_log.txt", "a") as file:
    file.write(f"distance={distance}, battery={battery}\n")

 

 

"a"는 append, 즉 기존 파일 뒤에 추가한다는 뜻입니다.

 

실전에서는 CSV 형식을 많이 씁니다.

 

import csv

with open("robot_data.csv", "w", newline="") as file:
    writer = csv.writer(file)
    writer.writerow(["time", "x", "y", "battery"])
    writer.writerow([0.0, 1.2, 3.4, 90])
    writer.writerow([0.1, 1.3, 3.5, 89])

 

 

실습결과 파일 :

python_lecture1.ipynb

0.02MB