234 8 Guide 자동화와 로봇 1 전기 전자의 이해 -...

전기 회로의 기본 요소와 옴

의 법칙을 이해하고, 전력과

전력량의 의미에 대하여 알

게 한다.

8차시

G u i d e

수업 참고 자료

자동화의 역사

기계화(mechanization)라는 용어가 인간 노동을 단순히 기계로 대체하는 것

을 말하는 데 반해 자동화(automation)는 일반적으로 스스로 조절하는 장치로

서 기계를 통합한 것을 뜻한다.

자동화된 도구 및 제어 기술은 17세기 말부터 발달하기 시작하여 1784년

제임스 와트가 증기 기관의 회전수를 제어하기 위해 고안한 원심력 조속기를

공업 분야에 응용한 최초의 자동 제어 장치라 할 수 있다.

자동 제어가 산업에 적용되기 시작한 후 1920년대에 온도, 압력, 유량, 액면,

pH 등을 조건에 따라 적정하게 유지할 수 있는 공정 제어 기술이 도입되면서

생산 관련 자동화 기술이 일반 산업 현장에 널리 적용되기 시작하였다. 특히,

제2차 세계 대전 중 서보 제어 기술이 배, 항공기 등의 자동 조정 장치에 적용

되고, 전쟁이 끝난 이후에는 무기 개발을 통해 얻은 여러 가지 제어 기술이 일

반 산업 현장에 광범위하게 보급되었다.

이후, 각종 전기·전자 부품과 반도체가 개발되고, 정보 처리에 컴퓨터가 도

입됨으로써 대용량의 정보를 신속·정확하게 처리할 수 있게 되었다. 오늘날

각종 소자의 개발과 정보 처리 기술의 비약적인 발전은 자동화 기술을 더욱 발

전시켜, 지금까지의 부분적인 자동화에서 벗어나 시스템 전체를 통합하여 제

어할 수 있게 되었고, 무인 자동화 공장을 탄생시키기에 이르렀다.

전기의 역사

전기를 처음 알게 된 것은 기원전 600년경 그리스의 철학자인 탈레스

(Thales)에 의해서였다. 그는 양털에 문지른 호박이 가벼운 종이나 털 등을 끌

어당기는 현상을 발견하고, 이를 마찰 전기라 하였다. 전기를 electricity라고 하

는 것은 그리스 어인 일렉트론(electron)에서 온 것으로, 호박을 뜻하는 말이다.

1752년에 프랭클린은 구름 속으로 연을 날려 뇌운 속에 양(+)과 음(-)의 전기

가 있음을 확인하였으며, 이 정전기를 레이던병에 담는 일에 성공하여 피뢰침

을 발명하였다. 옴은 전류의 세기는 전압과 저항에 의하여 결정된다는 것을 발

견하였다. 그는 물과 열 및 전기를 서로 유사한 현상이라 생각하였으며, 전기

에서의 전위차는 열 흐름에서의 온도 차, 흐르는 물의 낙차에 해당한다고 생각

하였다.

전기의 발생과 이용

다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것을 발전이라 하고, 전기 에

너지를 발생시키는 곳을 발전소라 한다. 발전소에서 생산된 전기는 송전과 배

전 과정을 거쳐 공급된다. 이러한 전기는 빛, 열, 동력 등 다른 형태의 에너지

로 다시 변환되어 다양하게 이용된다. 전기는 이용 과정에서 소음, 배기가스

등의 공해를 발생하지 않으며, 전기 기구는 조작이 간단하고 조정하기가 쉬워

오늘날 널리 이용되고 있다.

각론234 Ⅳ제조 기술과 자동화 235 각론234

160 Ⅳ. 제조 기술과 자동화 161 2. 자동화와 로봇

우리 생활을 편리하게 해 주는 전기는 다양한 전기·전자 제품과 기기 등에 사

용되고 있다. 전기의 기초적인 개념과 전자 부품의 특성을 이해하고, 생활 속의 자

동화 기술에 대하여 살펴보자.

전기·전자의 이해자동화와 로봇2전기와 전기 회로

� 전기 회로의 구성

우리가 일상생활에서 사용하는 텔레비전, 컴퓨터, 헤어드라이어, 로봇 청소

기, 컴퓨터 등의 다양한 전기·전자 기기는 전기 회로로 구성되어 있다. 전기·전

자 기기는 전기를 빛, 열, 동력, 전자파 등으로 변환하여 필요한 일을 한다.

전기 회로는 전원, 부하, 도선, 스위치 등으로 구성된다. 그림Ⅳ-22와 같이

스위치를 닫으면 도선을 따라 전기가 흘러 전구에 불이 켜진다. 이때 전기를 공

급해 주는 장치를 전원이라고 하고, 전구와 같이 전류를 공급받아 에너지를 소비

하면서 어떤 일을 하는 물체 또는 장치를 부하라고 한다. 스위치는 전기 기구 등

에 흐르는 전류를 통하게 하거나 차단하는 역할을 한다. 이러한 전기 회로를 기호

를 사용하여 간략히 나타낸 것을 전기 회로도라고 한다.

어떻게? 우리 생활에 편리함을 제공하는 자동화 기기들은 어떻게 작동할까?

1학/

습/

목/

표

전기·전자의 기본 개념을 이해하고, 자동 제어 및 자동화 기술을 설명할 수 있다.

기계를 구성하는 기계요소의 기능을 알고, 동력 전달 장치의 원리를 설명할 수 있다.

생활 속 로봇의 활용 사례를 알고, 제조 기술과 관련된 직업을 말할 수 있다.

친구들과 영화를 보러 가기 위해 지하철역에 들어서자 멈춰 있던 에스컬레이터가 저절로 작동했다.

무인 승차권 발매기를 통해 표를 사서 개찰구에 승차권을 찍으니 개찰구가 열렸고, 지하철이 도착하자

스크린 도어가 자동으로 열렸다. 지하철 내의 스피커에서는 도착하는 역마다 안내 방송이 흘러나왔다.

영화관에 도착하여 스마트폰으로 예매한 관람권을 무인 발권기를 통해 발급받았다. 전기는 기원전 600년경 그리스의

탈레스(Thales)가 양털에 문지른 호

박이 가벼운 종이나 털 등을 끌어당

기는 현상을 발견하고, 이를 마찰 전

기라 이름 붙인 것에서 유래하였다.

▲ 그림Ⅳ-22 전기 회로의 실체도와 전기 회로도

전기의 특성

• 다른 에너지에 비해 사용하기 편리

하다.

• 빛, 열, 동력, 전자파 등 다양한 형

태로 바꿀 수 있다.

• 수송이 편리하고, 빠르게 전달할

수 있다.

• 오염 물질을 발생시키지 않는다.

부하(꼬마전구)

스위치

도선

전원

전기 회로의 실체도

부하

스위치

전원

전기 회로도

[기술2]4-2자동화와 로봇(160-183)_심사본 수정.indd 160-161 2012-07-24 오후 2:12:04

161160

현대 사회는 과학, 기술 문명

의 발달로 가전제품, 자동차,

항공기 등을 비롯한 여러 가지

기계 등이 사용되고 있다. 특

히, 기계와 전기·전자 기술의

발전으로 지능형 로봇, 자동화

기계 등이 출현하여 가정생활

과 산업 현장은 더욱 편리하게

변화되고 있다.

지도 GUIDE

우리 주변의 자동화 기기들

의 작동 원리를 생각하도록 지

도한다.

전자파 전기자기파를 줄여서

전자파라고 부르며 이것은 전

기 및 자기의 흐름에서 발생하

는 일종의 전자기 에너지를 말

한다.

도선 전원과 부하를 연결해서

전기가 흐를 수 있도록 하는

통로로 저항이 작은 구리나 알

루미늄이 사용된다.

스위치 전기 회로의 개폐뿐만

아니라 입력 신호의 선택 등 다

양한 용도로 사용된다. 손으로

동작시키는 간단한 것에서부터

전자력 등에 의하여 작동되는

방식이 있다. 스위치의 종류로

는 누름 스위치, 텀블러 스위치,

마이크로 스위치 등이 있다.

전기를 이용하여 작동되는 전기·전자 제품은 우리가 매일 사용하고 있으며

없어서는 안될 필수 불가결한 것이 되었다. 이러한 전기·전자 기술은 텔레비전

에서부터 산업용 로봇에 이르기까지 우리 생활의 발달에 많은 영향을 끼쳤다.

현관 등, 로봇 청소기, 전

기세탁기, 자동 세차기, 현

금 입출금기, 3D 프린터, 로

봇 용접기 등의 자동화 기기

는 에너지를 공급받아 작동

된다. 이러한 기기들은 전기,

전자, 기계 등의 복합적인 기

술로 여러 가지 센서의 작동

과 프로그램 등이 상호 유기

적인 관계로 작동되어 인간

이 하기 힘든 일이나 어려운

일을 대신해 주어 편리하게

이용되고 있다.


직류와 교류

전류를 송신하는 입장에서 가장 중요한 점은 가능한 한 손실을 없애는 것이

다. 전류를 파이프 안에 흐르는 물이라고 생각하면, 물이 많이 흐를수록 그 흐

름을 막는 저항이 강해져 물의 흐름은 더뎌진다. 물의 양을 줄이고 압력을 높

인다면 물은 더욱 효율적으로 흐를 수 있다. 전류에도 이러한 원리가 적용된

다. 직류는 기술적으로 전압을 변화시키기가 힘들어 낮은 전압 상태에서 많은

전류를 보낼 수밖에 없었다. 이에 비해 교류는 변압기를 이용해 전압을 조절할

수 있다. 코일에 유도 전류를 발생시켜 변화된 전압을 얻을 수 있다. 따라서 변

압기를 이용해 전압을 높여 송전함으로써 적은 전류로도 충분한 전력을 보낼

수 있다. 또한, 적은 전류를 보내므로 굵은 전선이 필요하지 않아 직류에 비해

경제적이다.

전압을 높이면 전류의 세기는 반비례로 줄어들고 전류가 적을수록 그 제곱

에 비례해 송전에 의한 전력 손실이 줄어든다. 따라서 전압을 두 배로 높이면

전류는 반이 되고 전력 손실은 로 떨어진다.

따라서 우리나라의 송전 전압은 154[kV], 345[kV], 765[kV]가 사용되고 있

다. 배전은 수용가에 안정적이고 효율적으로 전기를 공급하는 것이 목적이므

로 일반적으로 선로가 짧고 전압이 낮으며 부하가 널리 분산되어 있어 선로의

손실 계산이나 선로의 구성들이 복잡하다.

전기 요금 계산

전기 요금은 기본요금과 전력량 요금으로 구성되며, 전력 산업 기반 기금과

부가 가치세가 포함되어 청구 금액이 결정된다. 기본요금 및 전력량 요금 단가

는 전기 공급 방식(고압, 저압), 계약 종별(주택용, 일반용, 산업용, 교육용, 농사

용 등)에 따라 다르다.

한국전력공사 사이버 지점에서는 해당 계약 종별 전기 요금표를 볼 수 있

고, 사용량에 따른 전기 요금을 자동 계산할 수 있다.

※ 주택용 전력 전기 요금 계산의 (225kW 사용 시)

① 기본요금: 200kWh 초과로 1,490원

② 전력량 요금: 21,945원

•처음 100kWh × 57.30원 = 5,730원

•다음 100kWh × 118.40원 = 11,840원

•나머지 25kWh × 175.00원 = 4,375원

③ 요금 합계(기본요금+전력량 요금): 1,490원 + 21,945원 = 23,435원

④ 전력 산업 기반 기금(요금 합계 × 0.037): 23,435원 × 0.037 = 860원

(원 미만 절사)

⑤ 부가 가치세(요금 합계 × 0.1): 23,435원 × 0.1 = 2,344원(원 미만 4사 5입)

⑥ 청구 금액: 23,435원 + 860원 + 2,344원 = 26,630원(10원 미만 절사)

Ⅳ제조 기술과 자동화 237 각론236

41


� 전기의 종류

우리가 생활 속에서 편리하게 이용하는 전기는 일반적으로 직류와 교류로 구

분할 수 있다.

직류(DC)는 건전지, 직류 발전기 등에 쓰이며, 같이 시간이 경과하여도 전류

의 세기와 방향이 일정하다. 교류(AC)는 가정이나 공장에 공급되는 전기의 형태

로, 시간이 경과함에 따라 전류의 세기와 방향이 주기적으로 변한다.

그림Ⅳ-23은 직류와 교류의 파형을 비교하여 나타낸 것이다.

� 전류와 전압, 저항과의 관계

물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르며, 높이의 차가 클수록 물의 흐름이 빨라

진다. 그림Ⅳ-24와 같이 전기의 흐름도 물의 흐름과 비교할 수 있는데, 이 전기

의 흐름을 전류라고 한다. 전류는 전기적인 높이의 차가 있어야 일정한 방향으로

흐를 수 있는데, 이러한 전기적인 높이의 차를 전압 또는 전위차라고 한다.

또한, 전기 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 저항이라고 한다. 예를

들어, 전기다리미에 전원

을 공급하면 전류가 흘러

바닥쇠가 뜨거워지는데,

이것은 발열체인 니크롬선

에 저항이 작용하여 전기

에너지가 열로 변환되었기

때문이다.

전기 회로의 저항값이 R[Ω]인 저항에 전압이 V[V]인 전원을 연결하였을 때

회로에 흐르는 전류 I [A]를 측정하면 전류, 전압, 저항 사이에는 다음과 같은 관

계식이 성립한다.

즉, 회로에 흐르는 전류는 전압의 크기에 비례하고, 저항의 크기에 반비례하

는데, 이를 옴의 법칙이라고 한다.

� 전력과 전력량

전동기에 전기가 공급되면 기계 장치가 일을 하게 되는데, 이와 같이 전기가

할 수 있는 일의 능력을 전력이라 한다. 전력의 기호는 P, 단위는 W(와트)를 사

용한다.

전력 P는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

전력량은 전기가 어떤 시간 동안에 한 일의 양으로, 주로 전기·전자 제품의

소비 전력량을 나타낼 때 사용하며, 기호는 W, 단위는 Wh(와트시)를 사용한다.

전력량 W는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

P = V × I = I2 × R = V2

―R

W = P × t

I [A]=V [V]R[Ω]

▲ 그림Ⅳ-24 물의 흐름과 전류, 전압의 비교

물의 높이는 전압, 물의 흐름은 전류로 비교할 수 있다.

우리나라 발전소에서 만들어지는

전기는 주파수가 60Hz인 교류이다.

우리 집에서 한 달(30일) 동안 사용하는 가전제품의 총 소비 전력량을 계산해 보자. 그리고 가전제품을 효율적으로 사용하는 방

법을 이야기해 보자.

가전제품 소비 전력(W) 수량(개) 하루 사용 시간(h) 소비 전력량

형광등 40 3 4 40W×3개×4h×30일 = 14,440Wh

생각 키움터 | 가전제품의 전기 사용량 계산해 보기

물은 수위가

높은 쪽에서

낮은 쪽으로

흐른다.

전위가 높다.

전류의 방향

수로

물통 B

- 전자

전위가 낮다.수위차

(전위차)

물통 A

단위 표기

구분 단위 읽기

전류(I ) A 암페어

전압(V ) V 볼트

저항(R ) Ω 옴

전력(P ) W 와트

전력량(W) Wh 와트시

▲ 그림Ⅳ-23 직류와 교류의 파형

전류

시간0

전류

시간0

직류의 파형

전류

시간0

전류

시간0

교류의 파형

직류와 교류의 예

• 직류: 건전지, 축전지, 리튬 이온

전지, 직류 발전기

• 교류: 발전소


163162

교류 전원이 직류 전원 대신

실생활에 쓰이는 이유

① 구조가 간단한 교류 발전기

로 쉽게 전기를 발생할 수

있다.

② 변압기로 전압을 쉽게 높일

수 있어 장거리 송전이 가

능하다.

③ 교류를 직류로 변환하기가

쉽다.

전위차 전압은 전기 흐름의

시작점인 전지의 양극에서 최

댓값을 가지며, 전기 통로를

지남에 따라 점점 감소하다가

전지의 음극에서 최솟값이 된

다. 통로의 임의의 점에서의

전압의 값을 그 점에서의 전위

(electric potential)라 하며, 임

의의 두 점 간의 전위의 차를

전위차라 한다.

전류 전기 회로에서 실제 전

자의 흐름은 음극에서 양극으

로 진행된다. 그러나 전류의

흐름은 전자의 운동과 달리 양

극에서 나와 음극으로 흘러들

어 가는 양전하의 흐름으로 정

의된다.

(+), (-)가 구분되는 직류와 달

리 교류는 (+), (-)가 주기적으

로 바뀌어 콘센트를 반대로 껴

도 사용이 가능하다.

직류 전원 DC(Direct Current) 교류 전원 AC(Alternating Current)

옴 옴의 법칙에서 쓰이는 단

위인 옴(기호: Ω)은 임피던스

의 SI 단위(직류의 경우에는 전

기 저항)로 옴의 법칙을 발견

한 독일의 물리학자 옴(Ohm,

G. S., 1789 ~ 1854)의 이름을

따서 만들었다.

Wh(와트시) 실제 생활에서

는 Wh의 1,000배를 나타내는

kWh(킬로와트시)를 많이 사

용한다.

지도 GUIDE

가정에서 사용하는 대표적

인 가전제품의 소비 전력량의

계산을 통해 사용량에 따라 전

기 요금이 계산됨을 알 수 있

도록 한다. 또한, 가전제품을

효율적으로 사용할 수 있도록

지도한다.

리튬 이온 전지 리튬 산화물

로 (+)극을 만들고, 탄소 화합

물로 (-)극을 만드는데, (+)극

의 리튬 이온이 중간의 전해액

을 지나 (-)극 쪽으로 이동하

면서 전기를 발생시킨다. 휴대

전화, 노트북, 디지털카메라 등

에 많이 사용되고 있다.

텔레비전 200 1 3 200 × 1 × 3 × 30일 = 18,000Wh

컴퓨터 400 1 2 400 × 1 × 2 × 30일 = 24,000Wh

냉장고 250 1 24 250 × 1 × 24 × 30일 = 180,000Wh

저항기, 콘덴서, 트랜지스터,

다이오드의 특성을 이해하고,

그 활용 용도를 알게 한다.

9차시

G u i d e



트랜지스터의 기능과 원리

1948년 벨 전화 연구소의 W. 쇼클리, J. 바딘 등에 의해 발명되었으며, 일종

의 전자 스위치(무접점 스위치)의 역할을 하는 반도체 소자이다. 반도체 소자

로 게르마늄이나 실리콘을 사용하며 증폭, 발진, 변조 등의 작용과 고속 스위

칭 소자로도 이용된다. 트랜지스터(TR)는 이미터(E)·베이스(B)·컬렉터(C)의

세 단자를 가지며, 세 단자의 기능은 다음과 같다. 이미터(E)는 순방향 전류를

공급해 주고, 베이스(B)는 E에서 C로 흐르는 전류를 조절하는 역할을 한다. 또

한, 컬렉터(C)는 이미터에서 공급한 전류를 받아들이는 역할을 한다.

pnp형 트랜지스터의 이미터와 베이스 사이에는 순방향 전압을, 베이스와

컬렉터 사이에는 역방향 전압을 공급한다고 했을 때, 전지의 (+)와 이미터의

정공 사이에 척력이 작용하여 정공이 이미터에서 베이스 쪽으로 이동하고, 컬

렉터와 베이스 사이에 역방향으로 더 높은 전압을 공급하면 베이스의 두께가

매우 얇아 대부분의 정공은 컬렉터 쪽의 높은 (-) 전압에 이끌려서 컬렉터 쪽

으로 이동하게 된다. 따라서 순방향 전압을 조절하면 컬렉터 쪽으로 끌려가는

정공을 제어할 수 있고, 베이스 전류를 증가시키면 컬렉터 전류가 증가한다.

즉, 작은 신호로 큰 신호를 제어할 수 있다. 반면에 npn형 트랜지스터는 이미

터의 전자가 컬렉터 쪽으로 이동하여 전류가 흐른다.

반도체

반도체는 도체와 부도체의 중간 정도의 성질을 가진 것으로, 전자 제품의

핵심적인 기능을 한다. 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)의 단결정과 같이 불순물

이 섞이지 않은 순수한 반도체를 진성 반도체라고 한다. 진성 반도체에 인(P),

비소(As), 안티몬(Sb) 등을 섞어 주면 (-) 극성을 띠는 n형 반도체, 인듐(In), 알

루미늄(Al), 붕소(B) 등을 넣어 주면 (+) 극성을 띠는 p형 반도체가 된다.

일반적으로 말하는 반도체는 다이오드나 트랜지스터 등의 개별 소자를 모

아 특별한 성능을 가지도록 한 부품들이다. 반도체는 어떤 전자 제품에도 쓸

수 있는 표준형 반도체와 전자 제품의 특수한 기능에 맞추어 만들어진 주문형

반도체로 나눌 수 있다. 또 다른 분류 방식은 정보 저장 기능 유무에 따라 D램,

S램, 플래시 등과 같은 메모리 반도체와 CPU 등과 같은 비메모리 반도체로 나

눌 수 있다.

발광 다이오드(LED)의 특징

① 점등 또는 소등 속도가 빠르며, 다양한 색상의 발광이 가능하다.

② 전력 소모가 적고 수명이 길다.

③ 내충격성이 좋으며 초소형 제작이 가능하다.

④ 수은, 방전 가스 등의 유해 물질의 배출이 없는 친환경적인 조명이다.


전기·전자 부품의 이해

우리가 사용하고 있는 전자 제품은 다양한 전기·전자 부품들로 구성되어 있

다. 이러한 부품들이 고유의 기능을 제대로 수행할 때 전자 제품이 정상적으로

작동할 수 있다.

� 저항기

저항기는 전류의 흐름을 방해하여 전류의 세기를 조

절하고, 회로를 보호하는 역할을 하는 전자 부품으로,

오디오 음량, 전동기 속도, 전열기 온도 등의 조절에 사

용된다.

저항기에는 일정한 저항값을 갖는 고정 저항기와 저

항값을 변화시킬 수 있는 가변 저항기가 있다.

� 콘덴서

콘덴서는 아주 적은 양의 전기를 저장할 수 있는

기능을 가진 전자 부품으로, 축전기라고도 한다. 콘

덴서에는 용량을 변화시킬 수 없는 고정 콘덴서와

일정한 범위 내에서 용량을 변화시킬 수 있는 가변

콘덴서가 있다.

콘덴서는 라디오 등의 전자 기기에서 전압을 일정

하게 유지하고, 특정 주파수의 전파를 선택하는 역

할을 한다.

▲ 그림Ⅳ-25 저항기의 종류

� 트랜지스터

트랜지스터는 p형 반도체와 n형 반도체를 3개의 층

으로 접합한 형태로, 접합 순서에 따라 pnp형과 npn형

이 있다.

트랜지스터는 낮은 전기 신호를 크게 증폭하고, 디지

털 신호를 제어하는 스위치의 역할을 한다.

▲ 그림Ⅳ-27 트랜지스터의 종류

▲ 그림Ⅳ-26 콘덴서의 종류

A K

A KA K

회전판

고정판

길다(+)

짧다(-)

회전판

고정판

길다(+)

짧다(-)

회전판

고정판

길다(+)

짧다(-)모양

기호

전해 콘덴서 세라믹 콘덴서

고정 콘덴서가변 콘덴서

� 다이오드

다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 전자

부품으로 다양한 종류가 있는데, 전류를 한쪽 방향으로

만 흐르게 하는 정류용 다이오드와 전류가 흐르면 빛을

내는 발광 다이오드(LED) 가 많이 사용된다.

정류용 다이오드는 컴퓨터의 파워서플라이, 휴대 전

화 충전기 등에서 교류를 직류로 바꾸는 데 이용되며,

발광 다이오드는 전기 소비량이 적어 신호등, 전광판

등에 많이 사용되고 있다.

모양

기호

정류용 다이오드 발광 다이오드

▲ 그림Ⅳ-28 다이오드의 종류

저항기의 색띠와 저항값

첫 번째와 두 번째의 색띠는 각각 첫 번째와 두 번째의 숫자를 나타내며, 세 번째 색띠는 숫자에 곱해지는 승수를 표시한

다. 네 번째 색띠는 허용 오차를 나타낸다.

색상 색띠 숫자 승수

검정 0 100

갈색 1 101

빨강 2 102

주황 3 103

노랑 4 104

초록 5 105

파랑 6 106

보라 7 107

회색 8 108

흰색 9 109

※허용 오차: 금색 ±5%, 은색 ±10%, 무색 ±20%

더

알고가기

첫째 숫자 둘째 숫자 승수 허용 오차

전자 회로는 스위치나 센서 등과

같은 다양한 입력 신호에 따라 저항,

콘덴서, 집적 회로 등의 부품이 작동

하여 정보와 신호를 만들어 출력하는

과정을 거친다.

자동으로 위험을 감지하는 선풍기

를 제작해 보자.

문제 해결 활동 182쪽

모양

기호

고정 저항기 가변 저항기

모양

기호

pnp형 npn형

◀ 그림Ⅳ-29 여러 가지 전자 부품저항 콘덴서 트랜지스터 다이오드

저항값

= × Ω±허용 오차%

= 10×102Ω±5%

= 1,000Ω±5%

= 1kΩ±5%

첫째 숫자 둘째 숫자 승수이미터 컬렉터

베이스

E C

E C

B

B

N PP이미터 컬렉터

베이스

E C

E C

B

B

P NN

이미터 컬렉터

베이스

E C

E C

B

B

P NN

이미터 컬렉터

베이스

E C

E C

B

B

N PP


164 165

발광 다이오드(LED) Light

Emitting Diode의 약자로 위아

래에 전극을 붙인 전도 물질

에 전류가 통과하면 전자와 정

공이라고 불리는 (+) 전하 입

자가 이 전극 중앙에서 결합해

빛의 광자를 발산하는 구조로

되어 있다. 이 물질의 특성에

따라 빛의 색깔이 달라진다.저항 도체의 저항은 도체의

종류나 굵기, 길이 등에 따라

다른데, 일반적으로 길이에 비

례하고 단면적에 반비례한다.

세라믹 콘덴서 극성이 없

고 일반적으로 둥근 원형

의 형태

트랜지스터 트랜지스터의 전

극은 가운데의 베이스(B: base)

와 전자나 정공을 방출하는 이

미터(E: emitter), 방출된 전자

나 정공을 모으는 컬렉터(C:

collector)로 구성되어 있다.

가변 콘덴서(바리콘) 용량을

변화시킬 수 있는 콘덴서로 라

디오의 동조 회로에 사용

전해 콘덴서 (+), (-)의 극성이

있는 고정 콘덴서로, 유전체로

얇은 산화막을 사용하고, 전극

은 알루미늄으로 만든다. 전해

콘덴서는 유전체를 매우 얇게

할 수 있어 체적에 비해 큰 용

량을 얻을 수 있다.

자동 제어의 개념을 이해하고,

자동화 시스템을 통하여 얻어

지는 효과를 알게 한다.

12차시

G u i d e

센서, 변압기, 집적 회로의

특성을 이해하고, 자동 위험

감지 선풍기의 작동 원리를

알게 한다.

10-11차시

G u i d e



센서

센서는 일반적으로 측정 대상물로부터 해당 정보를 감지 또는 측정하여 그

측정량을 전기적인 신호로 변환하는 장치로 정의된다. 센서는 대상물로부터

검출한 신호를 센서에서 적당한 형태의 신호로 변환하고 신호 전송로를 경유

하여 제어기에 전달하며, 예정된 작업 순서나 내용에 따라 처리되어 출력단을

구동하게 된다.

센서는 대체로 구성별, 검출 신호별, 재료별 등으로 분류되며, 대상물의 접

촉 여부에 따라 접촉형, 비접촉형으로 분류된다. 또한, 대상물로부터 정보를

획득하는 방법에 따라 능동형 센서와 수동형 센서로 분류되기도 한다.

① 능동형 센서: 광전도 셀(CdS) 및 서미스터(thermistor)는 빛 혹은 온도에

의해 전기 저항값이 변하는 센서로, 출력 전력은 저항 측정을 위한 회로

전원으로부터 공급된 전력의 일부분이다. 이처럼 검출 대상으로부터 검

출된 신호 빛 또는 열에 의해 전원에서 출력으로 에너지 흐름이 제어되

는 센서가 능동형 센서이다.

② 수동형 센서: 태양 전지나 열전대에서 출력 신호 전력은 센서가 흡수한

빛 혹은 열에너지의 일부로서, 외부로부터 별도의 전원 공급이 필요하지

않고 입력 신호 에너지의 일부가 변환되어 출력되는 센서이다.

새로운 화성 탐사 로봇, 큐리오시티

미 항공 우주국은 2011년 11월 26일 플로리다 주 케이프커내버럴 공군 기지

에서 큐리오시티를 실은 아틀라스 V 로켓을 발사하였다. 바퀴 6개와 2.1m의

대형 로봇팔을 장착한 큐리오시티는 화성에 도착하여 압축 공기식 드릴, 암석

채취용 레이저 등이 장착된 최첨단 기기를 자동 제어 기술로 활용하며 화성의

생물 존재 여부를 연구한다.

큐리오시티는 가로 2.7m, 세로 3m, 높이 2.1m에 1t에 가까운 무게로 기동

성이 뛰어나며 화성의 토양과 암석을 채취할 10개 기기를 장착해 ‘화성 과학

실험실’이라고도 불린다.

로봇 청소기의 작동

로봇 청소기는 일반 청소기와 달리 사람이 청소기를 작동시키지 않고, 배터

리 동력과 각종 센서를 이용하여 스스로 청소를 한다. 벽이나 가구 등의 장애

물을 감지하는 방식은 직접 부딪쳐 보고 장애물을 감지하는 접촉 방식과 광학

센서나 초음파 센서를 이용하여 부딪치지 않고도 장애를 감지하는 방식으로

구분할 수 있다. 또, 바닥 감지 센서, 바퀴 빠짐 감지 센서 등 다양한 센서를 통

해 입력되는 정보들을 중앙 정보 처리 장치를 통해 종합 정리하고 판단하여 스

스로 이동할 수 있도록 설계되어 있다. 또한, PC와 스마트폰으로 모니터링 카

메라를 통해 실시간 원격 조정을 하여 동일한 작업을 할 수 있다.


자동 제어와 자동화 시스템

인간은 오래전부터 자동화를 위한 자동 제어 기술 개발에 노력해 왔다. 그 결

과 다양한 분야에서 자동 제어를 활용한 자동화 시스템이 적용되고 있다.

� 자동 제어 기술

자동 제어란, 사람이 원하는 일을 컴퓨터와 기계 등을 이용하여 자동으로 수행

하는 것을 말한다. 자동 제어는 일상생활에서 신호등, 엘리베이터, 자동 세차기

등에 적용되어 편리성과 효율성을 높이고 있다. 특히, 제조 공장에서는 기계 장

치와 자동 제어가 결합되어 제품 생산뿐만 아니라 이송·저장·제품 관리에 이르

는 모든 과정에서 자동화가 이루어지고 있다.

또한, 자동 제어가 적용된 로봇은 방사능 누출이 우려되는 위험 지역이나 사

람의 접근이 불가능한 장소에서 사람을 대신하여 효과적으로 임무를 수행하고

있으며, 활용 분야를 넓히기 위해 지속적으로 연구·개발하고 있다.

� 센서

센서는 빛, 온도, 압력, 소리 등의 외부 환경을 감지하여

전기 신호로 바꾸어 정보를 전달하고 제어하는 역할을 하는

전자 부품으로, 카메라, 디지털 체온계, 엘리베이터, 자동

차 후방 감지기 등에 폭넓게 이용되고 있다. 특히, 광센서에

는 황화카드뮴 셀(CdS), 적외선 센서, 이미지 센서 등이 있

는데, 황화카드뮴 셀은 빛의 세기를 저항값으로 변환하는

전자 부품으로, 빛이 강해지면 저항값이 감소하고, 빛이 약

해지면 저항값이 증가하는 특성이 있어 가로등의 자동 점멸

기 등에 사용된다.

� 변압기

변압기는 철심에 코일을 감은 전자 부품으로, 코일의 감

은 수를 변화시킴에 따라 교류 전압의 크기를 높이거나 낮

추어 준다. 변압기는 컴퓨터, 텔레비전 등 전자 제품의 전

원 공급 장치에 이용된다.

▲ 그림Ⅳ-30 여러 가지 센서

▲ 그림Ⅳ-31 변압기

자동문의 자동 제어 원리

자동문이 스스로 작동할 수 있는 것은 적외선 센서가 있기 때문인

데, 이것은 빛의 양이 변화하는 것을 민감하게 감지해 낸다. 문 앞에 서 있는 사

람에 의해 빛이 차단되면 적외선 센서가 이를 감지하게 된다. 이렇게 적외선 센

서에 의해 감지된 신호를 동력부로 전달하여 자동문을 여닫는다. 동력부는 어떤

힘에 의해 움직이느냐에 따라 전동식, 공압식, 유압식으로 구분된다.

정보통생생

▶ 그림Ⅳ-35 자동문의 구조

벨트 풀리

모터

벨트콘트롤러

적외선 빔

적외선 센서

집적 회로

집적 회로는 저항기, 콘덴서, 다이오드 등 여러 가지 전자 부품으로 구성된 전기 회로를 작은 칩에 넣어 만든 것이다. 제조

공정 기술의 발달함에 따라 크기가 작아지고 있으며, 적은 전력 소모와 뛰어난 성능으로 대부분의 전기·전자 기기의 핵심

부품으로 사용되고 있다. 최근에는 초고밀도 집적 회로의 사용으로 전자 제품이 날로 소형화·저전력화·고성능화되고 있다.

더

알고가기

▲ 그림Ⅳ-32 전자 부품의 발달

진공관 트랜지스터 집적 회로 고밀도 집적 회로 초고밀도 집적 회로

▲ 그림Ⅳ-33 자동 세차기

제어 장치, 각종 센서 등을 통하여 차량 상태, 자동차의

돌출 유무 등을 종합적으로 고려하여 세차 브러시의 강약

을 최적의 상태로 조절하여 세차한다.

▲ 그림Ⅳ-34 행성 탐사 로봇

카메라와 현미경, 적외선 분석 장치, 로봇 팔 등으로 구성

되어 있으며, 자동 제어 기술로 원격 조종을 받아 행성 탐

사 임무를 수행한다.

자동 제어의 종류

• 열린회로 제어: 전기 회로에서 도

선 일부가 끊겼거나 완전히 연결되

지 못한 회로로, 출력이 제어 과정

에 영향을 끼치지 않는다. 전

기밥솥, 세탁기, 신호등, 엘리베이

터 등

• 닫힌회로 제어: 전기 회로에서, 전

류가 계속 흐르고 있는 회로로, 출

력이 제어 과정에 영향을 끼친다.

냉장고, 에어컨, 보일러 등

압력 센서 황화카드뮴 셀

초음파 센서


166 167

적외선 센서 적외선 센서는

발광부와 수광부로 나누어진

다. 발광부에서 나온 적외선이

물체에 반사되어 수광부에 얼

마나 많은 양이 들어오느냐에

따라서 수광부에 들어오는 전

압의 양이 변화하게 된다.

압력 센서 압력에 따른 변형

을 전기적인 변화로 변환해서

측정하는 센서로 정확도가 높

고 응답 속도가 빠르다. 물체

에 압력이 가해지면 결정 격자

사이의 변형이 발생되고 이 격

자의 변형으로 인하여 고유 저

항의 변화가 생긴다. 자동차,

의료, 공업용 계측기 등에 사

용되고 있다.

초음파 센서 인간의 귀로 들

을 수 없는 고주파대 음으로

물체의 위치나 거리를 감지하

는 센서이다. 두께 2∼3μm의

진동막에 전압을 가하면 초음

파가 발생하고 물체에 부딪혀

반사되어 되돌아오는 초음파

를 다시 이 진동자에 의하여

감지한다.

황화카드뮴 셀 카드뮴과 황과의 화합물인 황화카드뮴(CdS)을 사용한

광도전 소자이다. 황화카드뮴 분말과 약간의 불순물을 자기 또는 유

리 기판 위에 도포한 다음, 이것을 500~700℃로 가열하고 소결하여

제조한다. 사진의 노출계, 어두워지면 자동적으로 점등하는 자동 점멸

기, 텔레비전의 자동 휘도 조정 장치, 선박이나 공장의 염연 검출 장

치, 각종 계측기 등에 쓰인다.

방사능 불안정한 원소의 원자

핵이 스스로 붕괴하면서 내부

로부터 방사선을 방출하는데,

이 방사선의 세기를 방사능이

라 한다.

유압식 높은 압력을 가한 기

름을 매개로 동작을 전달하여

기계를 작동하거나 제어하는

방식

공압식 콤프레셔라는 공기 압

축 기계에 의해 공기를 압축시

켜 그 압축된 공기로 일을 하

는 방식으로, 설비가 간단함.

기계의 개념을 이해하고, 결

합용·축용 기계요소의 역할

에 대하여 알게 한다.

13차시

G u i d e


생산 자동화 시스템

생산 자동화 시스템이란, 전자·기계 기술을 활용하여 제품을 생산하는 공

정을 시스템화하여 높은 생산성과 유연성을 추구하는 것이다. 생산 자동화 시

스템의 범위는 넓은 의미로 공장 자동화, 사무 자동화 및 경영, 정보 관리의 자

동화를 모두 포함하고 있고, 좁은 의미로는 수치 제어 공작 기계, 산업용 로봇,

자동 조립기 등을 이용하여 소재나 부품의 저장, 가공, 검사 등과 같은 생산 공

정을 자동화시킨 공장 자동화를 의미한다. 생산 자동화 시스템은 생산 형태에

따라 고정 자동화 시스템, 프로그램 자동화 시스템, 그리고 유연 자동화 시스

템으로 분류된다.

① 고정 자동화 시스템: 가공이나 조립 작업의 순서가 장비 구성에 의하여 고

정되어 있는 자동화 시스템으로 높은 생산성을 갖는다. 대량 생산에 적합하

나, 생산 제품의 변화에 대한 설비의 유연성이 떨어지는 단점이 있다.

② 프로그램 자동화 시스템: 생산 제품의 변화에 따른 생산 설비의 유연성을

증대시키기 위하여 작업 과정을 프로그램에 의하여 변경시킬 수 있도록 구

성한다.

③ 유연 자동화 시스템: 프로그램 자동화 시스템을 확장하면 생산 제품의 변경

에 따른 시간의 낭비 없이 다양한 제품을 생산할 수 있는데, 이것이 유연 자

동화 시스템이다. 즉, 생산 제품의 변경에 따른 프로그램의 입력 시간과 장

치의 재배치 및 공구의 교환을 위한 시간이 별도로 필요하지 않다.

기계의 발달

우리 생활 주변에는 다양한 기계들을 사용한다. 농업에서는 작물을 수확하

거나 기르기 위한 기계를 이용하고, 통신에서는 인쇄기를 이용하여 신문이나

책을 만들며, 전신기를 이용하여 라디오나 텔레비전의 신호를 보낸다.

① 기계의 구성: 고도로 발달된 기계일수록 그 기계는 사람의 힘으로 할 수 없

는 일까지도 해낸다. 기계에서 에너지를 작업에 필요한 동력으로 바꾸어 주

는 동력 기구, 동력 기구에서 얻어진 에너지를 일하는 곳으로 전하는 전달

기구, 그 기계의 작업 목적에 따라 움직이는 작업 기구 등으로 나뉜다.

자동차

동력 기구 전달 기구 작업 기구

엔진 클러치, 변속기 등 바퀴

② 달라진 기계의 의미: 20세기 후반부터 전자계산기를 비롯한 전자 공업 발

전에 따라 기계에 대한 의미도 변했다. 에너지를 얻은 톱니바퀴나 벨트, 크

랭크가 회전하는 작용 외에 그 장치 안에서 신호를 주고받거나 증폭시키는

등 복잡한 것이 추가된 기계가 점점 발명되었다. 현대의 기계는 여러 가지

부품의 조합으로 되어 있고 컴퓨터를 이용한 기계 제어 기술이 향상되어 주

어진 에너지나 신호를 통해 인간에게 필요한 일을 수행한다.



� 자동화 시스템 기술

자동화 시스템이란, 생산, 사무 등을 수행하거나 공정의

진행을 자동화시켜 생활의 편리함과 작업 능률을 향상시키

는 것을 말한다. 자동화 시스템이 제조 공장에 구축되면서

제품의 품질 향상, 생산 속도의 향상, 원가의 절감, 노동 환

경 개선 등의 많은 효과를 얻고 있다.

자동화 시스템은 센서, 제어 신호 처리 장치, 소프트웨어

기술, 네트워크 기술, 액추에이터 등으로 구성되어 있으며

이들은 서로 연관되어 상호 보완적으로 작용하고 있다. 특히,

컴퓨터와 통신 기술의 발달에 따라 자동화 시스템은 우리 생활 곳곳에 널리 적용

되고 있다.

최근 국내 철도에도 무인 운전 자동화 시스템이 도입되어 이용되고 있다. 기

관사 없이 출발과 정지는 물론 승강장의 스크린 도어, 차량 출입문 작동, 냉난방

등이 자동 제어되고, 모든 운행 정보를 종합 관제 센터와 실시간으로 송수신하여

열차 간 안전거리를 확보함으로써 더욱 안전성을 높이고 있다.

새로 나온 용어

액추에이터 전기, 유압, 압축 공기

등을 사용하는 원동기의 총칭으로,

에너지를 이용하여 기계적인 일을

하는 기기

생활 속의 자동화 요소를 찾아 필요

성과 편리성을 알아보자.

창의 체험 활동 183쪽

기계의 이해

인간은 더욱 편리하고 능률적이며, 신속하게 일을 처리하기 위해 다양한 도구

와 기계를 만들어 사용하고 있다. 자동차는 그림Ⅳ-39와 같이 엔진으로부터 공

급받은 동력을 여러 가지 부품을 통해 바퀴로 전달하여 움직이게 된다.

이와 같이 기계란, 여러 가지 부품으로 구성되고, 외부로부터 에너지를 공급

받아 일정한 운동을 통해 유용한 일을 할 수 있는 것을 의미한다. 최근 기계 기술

이 전기·전자 기술과 융합하여 자동차, 건설, 로봇, 우주 항공 등의 분야에 활용

되고 있다. 또한, 이러한 기계는 지속적으로 개량되고 발전하여 가사 노동 시간

단축과 여가 시간의 증대, 생산성의 향상 등의 많은 변화를 가져오고 있다.

▲ 그림Ⅳ-38 기계의 구성

전동차 전방부

국내 최초 무인 운전 자동화 시스템이 도입된 신분당선

종합 관제 센터

▲ 그림Ⅳ-36 공장 자동화 시스템

부품을 고정하고 하중을

지지하는 부분

동력을 전달받아 일을 하는 부분

동력을 발생하는 부분

동력을 제어하는 부분

동력을 전달하는 부분

▶ 그림Ⅳ-37 무인 운전 자동화 시스템

기계는 많은 부품이 결합되어 있으며, 이 부품들이 상호 작용하여 작동하도록

구성되어 있다. 기계를 구성하는 부품에는 무엇이 있는지 알아보고, 동력 전달 장

치의 원리를 살펴보자.

기계 운동의 원리2

도구

일을 하기 위해 만들어진 것으로,

외부의 힘에 의해 움직이지만 부품의

상호 운동은 없다. 망치, 톱, 대

패 등


169168

사무 자동화 사무실 작업의

전반적인 생산성을 향상시키

기 위해 사무실 내에서 취급하

는 문서 정보, 화상 정보, 음성

정보 등 각종 정보의 수집, 축

적, 처리 및 전송 과정을 자동

화함으로써 이들 정보를 효과

적으로 활용할 수 있는 정보

시스템을 구축하는 것이다.

자동화 기계나 장치가 스스

로 처리하도록 하는 자동화에

는 공장 자동화(FA; Factory

Automation), 사무 자동화(OA;

Office Automation), 가정 자동

화(HA; Home Automation) 등

이 있다.

기계의 종류

• 동력 기계: 수력, 풍력, 증기,

전기 등의 에너지를 기계적

에너지로 바꾸어 주는 기계

수차, 풍차, 증기 기관, 전

동기, 가솔린 기관, 디젤 기

관 등

• 작업 기계: 동력 기계로부터

에너지를 받아 일하는 기계

공작 기계, 가전제품, 건

설 기계, 수송 기계 등

문명이 발달할수록 인간은 욕구를 충족하고, 육체적인 한계를 극복하기 위

하여 다양한 기계와 장치를 발명하여 효율적으로 사용하였다. 특정한 과제를

수행하기 위하여 개발된 기계의 기계요소와 작동 원리를 아는 것은 중요하다.


리벳과 용접 이음

리벳 이음은 결합하려는 겹친 강판에 미리 구멍을 뚫고 리벳을 끼워 머리를

만들어 결합시키는 이음으로, 압력 용기, 기계 부품, 철골 구조물, 교량, 선박

등에 널리 사용되고 있다. 리벳 이음은 용접 이음과는 달리 응력에 의한 변형

이 생기지 않고 구조물을 현지에서 조립하기 쉬운 장점이 있다. 또한, 경합금

과 같이 용접이 곤란한 항공기의 동체 조립에 사용할 수 있다. 리벳의 종류는

리벳의 머리 모양에 따라 둥근 머리 리벳, 접시 머리 리벳, 납작 머리 리벳, 둥

근 접시 머리 리벳 등이 있으며, 리벳 이음의 종류에는 겹치기 이음, 맞대기 이

음이 있다.

용접 이음은 전기 용접, 가스 용접 등으로 접합하여 완전히 일체가 되게 하

는 영구 이음으로, 보일러, 선체, 연료 탱크 등의 이음에 이용된다. 용접 이음은

용접에 사용되고 있는 기본 이음 형식에 따라 맞대기 이음, 모서리 이음, 플러

그 이음, 겹치기 이음 등이 있다.

키의 특징

키는 기어, 벨트 풀리, 핸들 등을 축에 고정시켜 회전을 전달함과 동시에 축

방향으로 이동할 때에 사용된다. 키의 재료로는 강 또는 합금강이 쓰인다. 키

는 그 모양에 따라 묻힘 키, 안장 키, 평 키 등이 있으며, 키 대신에 축을 특수

한 모양으로 가공하여 사용하는 스플라인축 등이 있다.

축의 분류

① 작용 하중에 의한 분류

㉠ 차축: 주로 휨 작용을 받는 축으로, 철도 차량과 같이 그 자체가 회전하

는 회전축과 자동차의 바퀴 축과 같이 바퀴는 회전하지만 축은 회전하지

않는 정지 축이 있다.

㉡ 전동축: 회전에 의해 동력을 전달하는 축으로, 주로 비틀림과 휨 작용을

동시에 받는다. 전동축은 주축, 선축, 중간축으로 구성된다.

㉢ 스핀들: 주로 비틀림 작용을 받으며 직접 일을 하는 회전축으로, 치수가

정밀하고 변형량이 적으며, 길이가 짧아 공작 기계의 주축으로 사용한다.

② 외부 형태에 의한 분류

㉠ 직선 축: 직선 축은 길이 방향으로 일직선 형태의 축이며, 일반적인 동력

전달용으로 사용한다.

㉡ 크랭크축: 크랭크축은 왕복 기관 등에서 직선 운동과 회전 운동을 상호

변환시키는 축으로, 자동차 엔진에서 볼 수 있다.

㉢ 유연 축: 자유롭게 휠 수 있도록 강선을 2중, 3중으로 감은 나사 모양의

축이며, 공간상의 제한으로 일직선 형태의 축을 사용할 수 없을 때 이용

한다.



기계요소

기계는 여러 가지 부품이 조합되어 필요한 일을

할 수 있도록 구성되어 있다. 기계를 구성하는 부

품 중에서 기본적이고 공통적인 것을 기계요소라

고 한다.

▼ 표Ⅳ-2 기계요소의 구분

구분 종류

결합용 기계요소 나사, 볼트, 핀, 키, 리벳 등

축용 기계요소 축, 축이음, 베어링 등

동력 전달용 기계요소 마찰차, 체인, 기어, 벨트와 벨트 풀리, 링크 등

기타 기계요소 브레이크, 스프링 등

171 2. 자동화와 로봇170 Ⅳ. 제조 기술과 자동화

축용 기계요소는 동력을 전달하거나 하중을 지지하는 데 쓰이는 기계요소이다.

축

축은 회전체의 중심 막대를 말한다. 축의 종류에는 자

전거의 앞바퀴와 같이 축은 고정되어 있고 바퀴만 회전

하는 차축, 자전거의 뒷바퀴나 발전기의 축과 같이 축과

바퀴가 고정되어 함께 돌아가는 전동축, 내연 기관에서

피스톤의 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸어 주는 크랭

크축 등이 있다.

베어링

베어링은 회전하는 축을 지지하는 기계요소로서, 마

찰 저항을 작게 하여 축이 원활하게 회전할 수 있도록 한

다. 베어링은 축과 접촉면이 좁고 마찰에 의한 동력 손실

이 적어 고속으로 회전하는 구름 베어링과 축과 접촉 면

적이 넓어 마찰이 크기 때문에 저속 회전과 큰 힘을 받는

축에 사용하는 미끄럼 베어링으로 나눌 수 있다.

구름 베어링

미끄럼 베어링

빗변

밑변

원둘레

피치

나사선

나사산

골

피치

분할 핀테이퍼 핀평행 핀

분할 핀테이퍼 핀평행 핀

키 홈

축

기어키

결합용 기계요소는 부품과 부품을 결합하는 데 쓰이는 기계요소이다.

� 결합용 기계요소

나사

나사는 기계 부품을 결합하거나 힘과 운동을 전달하는

데 쓰이며, 기계 부품을 결합할 때에는 볼트와 너트를 함

께 사용한다. 나사의 크기는 바깥지름으로 나타내는데,

이를 호칭 치수라고 한다.

나사는 나사산의 모양에 따라 삼각나사, 사각나사, 사

다리꼴나사, 둥근나사 등이 있으며, 죄는 방향에 따라 오

른나사와 왼나사로 구분할 수 있다.

핀과 키

핀은 큰 힘이 걸리지 않는 부품을 고정하거나 풀림을

방지하는 데 주로 사용하는 기계요소이다. 핀의 종류에

는 굵기가 일정한 평행 핀, 끝이 점점 가늘어지는 테이퍼

핀, 너트의 풀림 방지를 위해서 사용하는 분할 핀 등이

있다.

키는 회전체를 고정하는 것으로 축이 돌 때에 회전체

가 미끄럼 없이 돌아가도록 하는 기계요소이다.

삼각나사 - 볼트와 너트

평행 핀

분할 핀

테이퍼 핀

키

사다리꼴나사 - 선반의 리드 스크루

사각나사 - 바이스

둥근나사 - 전구와 소켓같은 종류의 나사는 서로 바꾸어 사용할 수 있도록 나사산의 모양,

지름, 피치 등이 규격화되어 있다.

▶ 그림Ⅳ-42 자전거의 기계요소

축(축용 기계요소)

체인과 스프로킷

(동력 전달용 기계요소)

핀(결합용 기계요소)

브레이크

크랭크축

� 축용 기계요소

볼 롤러

▲ 그림Ⅳ-40 나사의 종류와 활용

▲ 그림Ⅳ-39 나사의 구조

▲ 그림Ⅳ-41 핀의 종류와 키

▲ 그림Ⅳ-43 축의 종류 ▲ 그림Ⅳ-44 베어링의 종류

전동축


171170

나사 직각 삼각형의 종이로

원기둥 막대를 감으면 직각 삼

각형의 빗변이 하나의 곡선을

만드는데, 이를 나사선이라고

한다. 나사선을 따라 특정한

홈을 만든 것을 나사라고 하

며, 볼록하게 나온 부분을 나

사산, 오목하게 들어간 부분을

나사의 골이라고 한다. 이 빗

변과 수평면과 이루는 경사각

이 작을수록 경사면을 작은 힘

으로 올라갈 수 있는 원리를

이용하여 작은 힘으로 나사를

전진시킨다.

피치 나사산과 다음 나사산까

지의 거리

자전거의 왼쪽 페달에 사용

축 축에는 작용하는 힘에 따

라 자전거의 앞바퀴와 같이 축

은 고정되어 있고 바퀴만 회전

하는 차축과 철도 차량과 같이

축과 바퀴가 고정되어 함께 돌

아가는 전동축이 있다. 또한,

운동 원리에 따라 자전거의 앞

바퀴와 뒷바퀴에 일직선으로

곧은 직선 축인 허브 축과 자

전거 페달의 왕복 운동을 회전

운동으로 바꾸는 크랭크축이

있다.

크랭크 크랭크는 회전 운동과

축에 적용된 힘을 이용한 장치

이다. 예를 들면 자전거나 재봉

틀에서 발의 상하 운동을 체인

스프로킷이나 벨트 풀리의 회

전 운동으로 바꿀 때 사용된다.

동력 전달용 기계요소의 종

류와 특징을 이해하고, 스프

링과 브레이크의 역할에 대

하여 알게 한다.

14차시

G u i d e



기어 전동

기어는 구름 접촉을 하는 원통의 둘레에 서로 맞물려 돌아갈 수 있는 이를

만들어 놓은 기계요소로서, 한 쌍의 기어 이가 서로 맞물려 돌아가며 동력을

전달한다.

① 기어 전동의 특징

㉠ 물리는 기어의 잇수를 바꿈에 따라 회전수를 바꿀 수 있다.

㉡ 두 축이 평행하지 않아도 회전을 확실하게 전달할 수 있다.

㉢ 내구성이 높아서 벨트 전동이나 마찰차 전동보다 우수하다.

㉣ 기어 전동은 정확한 속도비를 필요로 하는 전동 장치, 변속 장치 등에 널

리 쓰인다.

② 기어의 종류: 기어는 회전 운동을 전달하는 두 축 사이의 위치와 회전 방향,

이의 모양, 속도비 등에 따라 여러 종류가 있다.

㉠ 두 축이 평행한 기어

• 평 기어: 기어의 잇줄이 축의 중심선에 나란한 기어이다. 시계, 내연 기

관 등에 사용한다.

• 헬리컬 기어: 기어의 잇줄이 축의 중심선에 경사진 기어로, 이의 물림

이 원활하고 진동과 소음이 작다. 시계, 공작 기계, 내연 기관 등에 사

용한다.

• 래크와 피니언: 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸거나, 그 반대로 바꾸

는 기어로, 사진기의 삼각대, 공작 기계의 이송 장치 등에 사용한다.

㉡ 두 축이 교차된 기어

• 베벨 기어: 기어의 이가 원뿔면에 방사상으로 곧게 된 것으로, 회전 방

향을 직각으로 바꾸는 기어이다. 핸드 드릴, 자동차의 구동 장치 등에

사용한다.

㉢ 두 축이 평행하지도 교차하지도 않는 기어

• 웜과 웜 기어: 지름이 작은 나사 모양의 웜과 평 기어 모양의 웜 기어로

되어 있다. 큰 감속비를 얻을 수 있는 기어로, 조정 렌치, 각종 기계 등

에 사용한다.

• 스크루 기어: 헬리컬 기어의 축을 엇갈리게 한 것으로, 나사선에 따라

이를 만들어 놓은 기어이다. 큰 감속비를 필요로 하는 곳에 사용한다.

링크 장치의 종류

링크 장치는 링크를 조합하는 방법, 구속을 주는 방법 등에 따라서 많은 종

류의 운동을 할 수 있어, 기계의 각 부분에 대한 동력의 전달, 운동의 전달 등

에 널리 사용되고 있다.

링크의 수에 따라 3절 링크, 4절 링크, 5절 링크 등이 있으며, 기계 장치에는

주로 4절 링크가 이용된다. 3절 링크는 어느 하나를 고정하면 전체가 고정되어

운동할 수 없는 고정 링크로 건물 지붕이나 철교의 트러스 구조에 이용된다. 4

절 링크는 어느 하나를 고정하면 링크 장치가 일정한 운동을 하는 구속 링크이

다. 5절 링크는 어느 하나를 고정하여도 운동은 할 수 있으나, 일정한 운동이

되지 않는 불구속 링크이다.


동력 전달용 기계요소는 회전 운동의 방향과 속도, 운동을 변환시키는 데 사용된다.

마찰차

마찰차는 두 개의 마찰차를 직접 접촉시켜 그 사이에

생기는 마찰력을 이용하여 동력을 전달하는 장치이다.

축이 회전하는 중에도 마찰차를 이동시키며 속도에 변화

를 줄 수 있으나, 미끄럼이 있어 확실한 회전 운동의 전

달이나 큰 동력을 전달하는 데에는 적합하지 않다.

체인과 스프로킷

체인은 스프로킷에 걸어서 동력을 전달하는 장치로서, 두 축 사이의 거리가 비교적 멀어서

기어를 사용할 수 없고, 확실한 전동이 필요한 곳에 주로 사용된다. 체인은 미끄럼이 없고 큰

동력을 전달할 수 있으나, 소음과 진동을 일으키기 쉬워 고속 회전이나 정숙 운전이 필요한 곳

에는 적합하지 않다. 체인의 종류에는 자전거 등에 흔히 사용되는 롤러 체인과 소음이 적은 사

일런트 체인 등이 있다.

링크 장치

링크 장치는 가늘고 긴 막대 모양의 부품을 몇 개의

핀으로 연결하여 동력을 전달하는 기계요소로서, 주동

절의 일정한 운동에 따라 종동절은 회전 운동이나 왕복

운동과 같은 일정하고 제한된 운동을 하게 된다.

링크 장치는 여러 가지 운동을 할 수 있어 자전거, 선

풍기의 좌우 회전, 자동차 와이퍼 등 각종 기계의 동력

이나 운동을 전달하는 데 널리 쓰인다.

롤러 체인

스프로킷

고정

연결봉

주동절

종동절

회전 운동

왕복 운동

롤러 체인 사일런트 체인

평 마찰차 V 홈 마찰차

원추 마찰차

마찰력을 크게 하기 위

하여 마찰차 표면에 고

무, 가죽, 섬유 등을 붙

여 사용하기도 한다.

스프링

스프링은 물체의 탄성을 이

용하여 외부의 충격이나 진동

을 줄여 주거나 에너지를 저

장하는 데 사용되는 기계요소

이다.

브레이크

브레이크는 마찰력을 이용

하여 운동하고 있는 기계의

속도를 조절하거나 정지시키

는 기계요소이다.

� 기타 기계요소

� 동력 전달용 기계요소

▲ 그림Ⅳ-45 마찰차의 종류

벨트벨트 풀리

V 홈

평 벨트 V 벨트평 벨트

벨트벨트 풀리

V 홈

평 벨트 V 벨트V 벨트

벨트와 벨트 풀리

벨트는 두 개의 벨트 풀리에 벨트를 걸어 생기는 마찰

력으로 동력을 전달하는 장치로서, 미끄럼이 발생하기

때문에 큰 동력의 전달과 정확한 회전비가 필요하지 않

고, 두 축 사이의 거리가 먼 곳의 동력 전달에 주로 사용

된다.

▶ 그림Ⅳ-47 벨트의 종류

캠

캠은 둥근 모양이나 홈을 가지는 판, 원통 또는 공 모양의 기계요소로서, 축의 회전 운동을

직선 운동이나 요동 운동 등으로 바꾸어 전달하는 장치이다. 캠의 종류에는 접촉 부분이 평면

운동을 하는 평면 캠과 입체적인 운동을 하는 입체 캠이 있다. 평면 캠에는 판 캠이 있고, 입체

캠에는 원통 캠, 구면 캠 등이 있다.

구면 캠원통 캠판 캠 원통 캠 구면 캠원통 캠판 캠 구면 캠판 캠 구면 캠원통 캠판 캠

▲ 그림Ⅳ-50 캠의 종류

▲ 그림Ⅳ-48 체인의 종류

▲ 그림Ⅳ-49 링크 장치의 원리

기어

기어는 마찰차의 접촉면에 이를 만들어 서로 맞물려

돌아가면서 동력을 전달하는 기계요소로서, 기어의 잇수

에 따라 회전 속도를 변화시킬 수 있다. 기어는 두 축 사

이의 거리가 비교적 짧은 경우에 사용하며, 정확한 속도

비를 얻을 수 있어 전동 장치, 변속 장치 등에 쓰인다. 기

어는 회전 운동을 하는 두 축의 위치와 회전 방향, 속도

비 등에 따라 여러 종류로 구분할 수 있다.

웜

웜 기어

웜과 웜 기어베벨 기어평 기어

평 기어

웜

웜 기어

웜과 웜 기어베벨 기어평 기어 웜과 웜 기어

웜

웜 기어

웜과 웜 기어베벨 기어평 기어베벨 기어

▲ 그림Ⅳ-46 기어의 종류

래크와 피니언

래크

피니언

[기술2]4-2자동화와 로봇(160-183)_전시본.indd 172-173 2012-08-14 오후 5:16:07

172 173

벨트와 벨트 풀리 주로 자동

차의 엔진, 세탁기, 재봉틀, 드

릴링 머신 등 여러 가지 기계

에 사용된다.

벨트 풀리 벨트를 걸어서 동

력이나 운동을 전달하는 바퀴

브레이크 자전거의 앞바퀴나

기차 바퀴에 사용하는 블록 브

레이크와 자전거 뒷바퀴에 주

로 사용하는 띠 브레이크, 오

토바이 앞바퀴나 자동차 바퀴

에 사용하는 디스크 브레이크

(원판 브레이크) 등이 있다.

스프링의 종류

① 코일 스프링

㉠ 충격 완화: 자전거의 안

장, 의자, 침대, 철도 차

량 등

㉡ 힘 축적: 용수철저울 등

㉢ 에너지 축적: 볼펜, 자전

거의 받침대

② 판스프링: 충격 완화 및 차

체 받침

③ 태엽 스프링: 시계나 장난

감(에너지 축적)

사일런트 체인 2개의 폴(pawl)

이 달린 링크를 핀으로 연결한

것으로 폴에 밀착하여 조용하

게 회전하여 무음 체인이라고

도 불린다.

속도비 동력 전달용 기계요소

는 주동부와 종동부의 회전수,

잇수 사이에 비례 또는 반비례

의 일정한 관계식이 성립하여

회전 속도를 조절할 수 있다.

속도비(회전비)

종동부의 회전수주동부의 회전수

=

주동부의 잇수종동부의 잇수

=

기계 운동의 종류를 이해하

고, 기계의 동력 전달 과정의

원리를 알게 한다.

15차시

G u i d e



복합적인 기계 운동

① 운동의 종류를 변환: 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 것에는 로프와

벨트 풀리, 래크와 피니언, 체인과 스프로킷 등이 있다. 회전 운동을 직선

운동으로 변환시키는 것에는 바퀴와 축, 벨트와 벨트 풀리, 나사 등이 있다.

② 운동의 방향을 변환: 운동의 방향을 변환시키는 것에는 시계 방향을 반시계

방향으로 변환시키는 것, 오른쪽 방향에서 왼쪽 방향으로 변환시키는 것,

수평 방향을 수직 방향으로 변환시키는 것 등이 있다. 방향을 변환시키는

것에는 평 기어, 벨트와 벨트 풀리, 베벨 기어 등이 있다.

③ 운동의 속도와 힘의 크기를 변환: 운동의 속도를 줄이고 힘을 증가시키거나

힘을 감소시키고 속도를 증가시키는 것으로 나눌 수 있다. 속도와 힘의 크

기를 변환시키는 것에는 축과 바퀴, 베벨 기어, 웜과 웜 기어, 체인과 스프

로킷 등이 있다.

전기톱의 원리

전동기의 힘을 이용하여 목재를 자르고 켜는 톱으로 직소, 띠톱, 스카시 톱,

둥근톱 등 직선 형태의 톱날을 상하 또는 좌우로 왕복 운동시키거나, 둥근 형

태의 톱날을 회전 운동시키거나, 띠 모양의 톱날을 벨트처럼 회전시키면서 한

쪽 방향으로 직진하는 힘으로 톱질을 하는 등 다양한 종류가 있다.

생활 속 기계의 동력 전달 과정

① 자전거: 자전거는 사람의 힘 즉, 페달로 전달된 동력이 크랭크와 크랭크축

을 거쳐 큰 스프로킷으로 전달된다. 이 힘은 다시 체인으로 연결된 뒷바퀴

의 작은 스프로킷으로 전달되어 뒷바퀴까지 전달된 동력은 자전거를 앞으

로 나아갈 수 있도록 한다.

㉠ 동력 전달: 페달→크랭크→큰 스프로킷→체인→작은 스프로킷→뒷바

퀴 전진

㉡ 제동 과정: 손→브레이크 레버→브레이크 와이어→앞·뒷 브레이크→

속도 감속 또는 멈춤

② 엘리베이터: 엘리베이터는 기본적으로 도르래, 로프, 카, 평형추 그리고 3

만여 개의 부품으로 구성되어 있다. 엘리베이터는 용도에 따라 승객용, 화

물용 등으로 사용되고, 구동 방식에 따라 로프식, 유압식 등으로 나눌 수 있

다. 엘리베이터가 운행하는 길의 가장 위에는 고정 도르래가 있으며, 두꺼

운 로프가 연결되어 있다. 로프의 한쪽 끝에는 사람 또는 화물을 실을 수 있

는 카가 연결되어 있으며, 다른 쪽 끝에는 카 무게의 1.5배 정도인 평형추가

연결되어 전동기의 부하를 줄여 주는 역할을 한다. 제어반의 마이크로컴퓨

터는 엘리베이터의 속도, 운행, 문의 개폐 및 기타 필요한 전반적인 것을 모

두 제어한다.


기계의 동력 전달 과정

기계는 에너지를 공급받으면 여러 가지 동력 전달 과정을 거쳐 사용 목적에 맞

게 규칙적으로 운동을 하게 된다.

� 기계 운동의 종류

대부분의 기계는 한 가지 형태의 기본 운동을 하거나, 여러 가지 운동이 복합

적으로 작용하여 작동하게 된다. 기계의 기본 운동은 움직임에 따라 직선 운동,

회전 운동, 왕복 운동 등으로 나눌 수 있다.

직선 운동은 물체를 한쪽 방향으로 움직이게 하는 운동 형태이고, 회전 운동은

회전축을 중심으로 원을 그리며 도는 운동을 말하며, 기어, 벨트 풀리, 크랭크

등의 기계요소를 사용한다. 왕복 운동은 특정한 움직임을 주기적으로 반복하는

운동 형태이다.

▲ 그림Ⅳ-51 기계의 여러 가지 운동 형태

회전 운동

동력원인 모터의 움직임에 따라 선풍기의 날

개는 회전 운동을 하여 바람을 일으킴.

왕복 운동

모터의 회전력을 기계적인 운동의 변환을 통

해 와이퍼 날이 좌우로 왕복 운동을 함.

직선 운동

고정 도르래에 연결된 로프의 한쪽 끝에는 승

강기가 있어 모터의 움직임에 따라 상하 직선

운동을 함.

우리 생활 주변의 다양한 기계를 관찰하고, 그 기계에 사용된 기계요소와 기계 운동의 종류를 알아보자.

기계명 동력원 기계요소 운동 종류 작동 원리

연필깎이

생각 키움터 | 생활 속 기계의 관찰

� 동력 전달 과정의 원리

우리 생활 주변의 회전목마, 에스컬레이터, 안전 유도 로봇은 축, 기어, 링크

등 다양한 기계요소의 동력 전달 과정을 통하여 운동의 속도, 힘의 크기 등을 변

환시켜 규칙적으로 움직이며 유용한 일을 한다.

① 회전목마

놀이공원의 회전목마는 오르락내리락하면서 빙글빙글 도는 놀이 기구로, 일

반적으로 모터에 연결된 작은 벨트 풀리의 동력을 회전목마 바닥 판의 큰 벨

트 풀리가 벨트를 통해 전달받아 모터보다 회전 속도는 느리지만 큰 힘의 동

력을 얻어 회전목마를 회전시킨다. 또한, 천장 아래의

축에 연결된 크랭크의 회전에 따라 목마가 일정한

높이로 상하 운동을 하게 된다.

② 에스컬레이터

에스컬레이터는 사람을 이동시킬 수 있는 효율적인 기계로, 전기 모터가 상부

에 있는 기어 스프로킷에 동력을 전달하고, 상하의 기어 스프로킷에 마치 벨트

전동처럼 계단이 연결되어 회전한다. 계단마다 달려 있는 두 개의 롤러가 각자의

궤도 위를 움직이며 계단이 접혀졌다가 펼쳐

지면서 일을 수행한다.

회전목마 아랫부분 동력부

회전목마 윗부분의 크랭크

▲ 그림Ⅳ-52 회전목마의 작동 원리

▲ 그림Ⅳ-53 에스컬레이터의 작동 원리

벨트

체인 체인 스프로킷

모터

모터


174 175

운동의 종류를 변환시키는 것,

운동의 방향을 변환시키는 것,

운동의 속도와 힘의 크기를 변

환시키는 것 등을 말한다.

기계 운동의

• 직선 운동: 드릴링 머신, 선반

의 왕복대, 카메라의 삼각대,

크레인 등

• 회전 운동: 풍력 발전 장치,

굴삭기 추진체 등

• 왕복 운동: 승강기, 내연 기관

의 피스톤 등

궤도 무게를 지탱하고, 움직

임을 유도하는 부분

에스컬레이터 에스컬레이터

는 주 구동 부분인 스텝 부분

과 핸드 레일을 동시에 구동하

여야 하기 때문에 구동 장치들

은 서로 연동되어야 한다.

① 구동기: 에스컬레이터의 구

동 장치는 체인과 체인 스

프로킷을 사용한다. 감속기

는 웜 기어가 주로 사용되

었지만, 최근에는 가공 기

술의 발달로 헬리컬 기어를

많이 이용한다.

② 핸드 레일: 핸드 레일은 승

객이 에스컬레이터 이용 시

몸을 지탱하기 위하여 손으

로 잡는 부분이므로 스텝과

연동되어서 같은 속도로 움

직인다.

지도 GUIDE

생활 속에서 사용하는 기계

의 기계요소와 기계 운동을 관

찰하면서 기계의 작동 원리를

생각해 볼 수 있도록 한다.

손의 힘

모터

모터

선풍기

전기 드릴

크랭크, 스크루형 톱날

축, 기어, 링크, 날개

베벨 기어, 날

회전 운동 스크루형 톱날을 회전

회전 운동, 왕복 운동

회전 운동

전기가 공급되어 모터가 작동되어 날개를 회전

전기가 공급되어 모터가 작동되어 날을 회전

로봇과 우리 생활의 변화를

이해하고, 다양한 로봇의 활

용 분야를 알게 한다.

16차시

G u i d e



전동기(motor)

전동기는 회전력을 발생시키는 기계로, 흔히 모터라고 부르며, 전기적 에너

지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치이다. 모터에는 여러 종류가 있지만 로봇 제

작에는 직류 감속 모터, 직류 서보모터, 스테핑 모터 등을 많이 사용한다.

① 직류(DC) 감속 모터: 직류 전원에 동작하는 모터로 가해 주는 전압에 따라

서 속도가 달라지는 특징이 있다. 높은 회전수와 비교적 큰 출력을 얻을 수

있는 장점이 있지만 모터의 수명이 짧고, 속도를 일정하게 유지하고 정확히

이동하는 일을 시키기 위해선 복잡한 부가 장비가 필요한 단점이 있다.

② 직류(DC) 서보모터: 원하는 각도로 쉽게 움직일 수 있기 때문에 보행 로봇

의 관절에 많이 사용된다. RC 자동차, RC 비행기 등의 무선 모형 제품 방향

조정에 사용된다. 크기에 비해 큰 토크와 주변 회로가 간단하다는 장점을

가지고 있지만 전류를 많이 소모하는 단점을 가지고 있다.

③ 스테핑 모터: 입력되는 펄스의 수에 비례하여 모터가 회전하기 때문에 일정

한 각도만큼 순차적으로 움직일 수 있다. 제어기가 간단하다는 장점을 가지

고 있지만, 고속 운전 시 탈조되기 쉽고 토크가 DC 모터에 비해 효율이 떨

어진다는 단점을 가지고 있다.

로봇의 어원

‘Robot’이라는 말은 1921년 체코슬로바키아의 극작가 카렐 차페크의 희곡 R.

U. R.(Rossum’s Universal Robots)에서 처음 사용되었다. 로봇의 어원은 체코

어의 강제 노동을 의미하는 단어 ‘robota’에서 나왔다고 알려지고 있다. 차페크

는 R. U. R.에서 모든 작업 능력에서 인간과 동등하거나 그 이상이면서 인간적

‘감정’이나 ‘혼’을 가지고 있지 않은 로봇이라고 불리는 인조인간을 등장시키고

있다. 최근에는 로봇의 개념이 확대되어 거의 모든 자동화된 기계에 적용되고

있을 뿐만 아니라, 점차 인간과 직접적으로 교감하는 방향으로 바뀌고 있다.

로봇과 센서로봇의 감각은 센서의 기능이라 할 수 있다. 센서는 측정 대상에 직접적 또

는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량을 다른 물리량으로 변환하는 소자로

힘, 압력, 온도, 속도, 유량 등을 다른 물리량으로 변환하는 역할을 한다. 물리

량은 일반적으로 전기량(전압, 전류)인 경우가 많다.

로봇에게는 로봇 자체의 동작을 제어하기 위해 필요한 센서와 그 로봇이 놓

인 환경의 인식 또는 작업 대상물을 인식하기 위한 센서가 필요하다. 그 센서

로는 힘 센서, 팔의 각도 측정 센서 등이 있고, 환경을 인식하기 위한 센서에는

초음파 센서, 터치 센서, 시각 센서 등이 있다.


③ 안전 유도 로봇

도로 작업이나 공사장에서 볼 수 있는 안전 유도 로봇은 회전 운동과 링크 장

치의 원리에 의해 작동된다. 모터의 움직임으로 주동절은 회전 운동을 하고, 주

동절의 회전 운동은 주동절과 종동절 사이의 링크를 통하여 종동절에 전달되어

상하 왕복 운동을 하게 된다. 이와 같은 운동 변환을 통해 로봇이 경광봉을 흔들

어서 작업자를 보호하고, 위험 요소를 미리 알리는 역할을 하게 된다.

로봇 제어용 모터의 종류

모터는 세탁기, 로봇 청소기 등과 같은 전자 제품에서부터 산업용 로봇에 이르기까지 다양하게 쓰이고 있다. 로봇 제어용

모터에는 다음과 같은 것들이 있다.

직류 감속 모터 직류 서보모터 스테핑 모터

주로 주행 로봇이나 모형 차량용 바퀴의 회

전 및 다른 장치의 회전 구동에 이용된다.

빠른 응답과 넓은 범위의 속도를 제어할 수

있어 로봇 관절의 움직임이나 모형 차량의

주행 방향 조절에 사용된다.

일정한 각도를 움직이는 모터로, 주로 정밀

한 제어를 목적으로 하는 움직임이 필요한

곳에 사용된다.

더

알고가기

종동절

왕복 운동

고정축

링크

주동절

회전 운동

로봇과 함께하는 우리 생활

로봇은 기계 장치에 전기·전자 제어 장치 및 전동기 등을 결합하여 인간이 하

는 일을 대신할 수 있도록 만들어진 보다 발전된 자동화 기계이다. 이러한 로봇

은 기술의 발달과 함께 여러 가지 형태로 연구·개발되어 각 분야에서 폭넓게 활

용되고 있다.

산업 분야에서 단순한 작업을 수행하는 용도로 사용되던 로봇이 메카트로닉스

기술의 발달로 사람의 감각 기관을 기초로 한 지능형 로봇으로 진화하였고, 집안

이나 일상생활에서 복잡한 작업을 수행할 수 있는 수준으로 발전하였다. 특히,

청소·요리를 도와주는 가사 로봇, 학습을 도와주는 교육용 로봇, 환자 치료와

수술에 쓰이는 의료 로봇 등이 많이 사용되고 있다.

▲ 그림Ⅳ-55 인간과 보행 로봇의 비교

새로 나온 용어

메카트로닉스 기술 기계와 전기·전

자 공학을 복합적으로 적용하는 기술

▲ 그림Ⅳ-54 안전 유도 로봇의 원리

한국산업규격(KS)에서는 로봇의

일반적인 분류로 제조용 로봇과 서비

스용 로봇으로 나누고 있다.

다양한 기술의 융합으로 로봇 기술이 빠르게 발전하고 있다. 우리 생활 속에서

로봇이 어떻게 활용되고 있는지 알아보자.

생활 속 로봇의 활용3 자동차 와이퍼는 스위치나 센서

를 통해 모터의 회전 속도가 제어되

고, 링크 장치를 통해 제한된 일정한

일을 한다.

마이크로컴퓨터뇌

마이크로폰귀

카메라눈

스피커입

서보모터근육

프레임뼈

소리 감지

거리 인식

소리 출력

관절 구동

몸체 구성

상황 판단 및 반응 지시


176 177

링크 링크 장치는 링크를 조

합하는 방법과 구속을 주는 방

법 등에 따라 여러 가지 운동

을 할 수 있다.

① 쌍지레 기구: 주동절을 왕

복 운동시키면 연결봉이

회전 운동을 하여 종동절

은 일정한 범위를 왕복 운

동한다.

② 쌍크랭크 기구: 주동절을

회전 운동시키면 종동절도

일정한 반지름을 가지는 회

전 운동을 한다.

③ 평행 크랭크 기구: 주동절

과 종동절 길이가 같으므

로, 주동절을 왕복 운동시

키면 종동절도 주동절과 같

은 범위를 왕복 운동한다.

인간과 보행 로봇의 비교

제어 장치는 상황 판단 및 반

응을 지시하는 것으로, 사람의

경우 후천적 학습을 통하여 알

게 되지만 로봇의 경우는 프

로그램을 통하여 통제한다. 제

어 장치는 센서와 액추에이터

에 연결되는데 이를 인터페이

스(interface)라고 한다. 이것은

사람의 신경과 같은 역할을 담

당하며, 제어 장치와 센서 및

액추에이터 사이의 신호 처리

나 구동 회로 등을 포함한다.

제어 장치와 입출력 장치의 연

결을 의미하는 입출력 인터페

이스뿐만 아니라 제어 장치 간

의 연결을 의미하는 네트워크

인터페이스 등이 있다.

지능형 로봇 사람처럼 시각,

청각 등 감각을 통해 외부 정

보를 입력받아 스스로 판단해

적절한 행동을 하는 인간과 유

사한 기계 인간(휴머노이드)을

의미한다.

로봇 로봇을 사용하는 경우에

는 로봇의 작업이 그 사용 목

적에 따라 프로그래밍에 의해

지시된다.

현대 기술의 산물인 로봇은 사람과 상당히 가까운 존재가 되어 우리의 꿈을

실현시켜 주고 있다. 로봇을 통하여 21세기 사회의 새로운 산업을 창출하고, 우

리 생활을 뒷받침하며 앞으로 어떠한 방향으로 발전해 갈 것인지 종합적으로

생각해 본다.


로봇 공학의 3원칙

미국의 작가 아이작 아시모프가 로봇에 관한 소설들 속에서 제안한 로봇의

작동 원리이다.

① 로봇은 인간에 해를 가하거나, 혹은 행동을 하지 않음으로써 인간에게 해가

가도록 해서는 안 된다.

② 로봇은 인간이 내리는 명령들에 복종해야만 하며, 단 이러한 명령들이 첫

번째 법칙에 위배될 때에는 예외로 한다.

③ 로봇은 자신의 존재를 보호해야만 하며, 단 그러한 보호가 첫 번째와 두 번

째 법칙에 위배될 때에는 예외로 한다.

여기에 “로봇은 인류에게 해를 가하거나, 행동을 하지 않음으로써 인류에게

해가 가도록 해서는 안 된다.”라는 법칙이 추가되었다.

로봇의 구성 요소

로봇의 구성 요소는 구조물, 운동 발생 장치, 상태의 측정 장치로 구분할

수 있다. 구조물에는 부품을 연결하는 나사, 볼트, 너트 등과 같은 체결용, 기

어, 벨트, 체인, 캠, 볼나사, 링크 등과 같은 동력 전달용 등이 있으며, 운동 발

생 장치는 AC 모터, DC 모터, 스테핑 모터 등과 같은 회전 운동과 공압 실린

더, 유압 실린더, 리니어 모터 등과 같은 직선 운동을 발생시키는 액추에이터

(actuator)로 구성된다.

네트워크 기반 로봇

로봇의 종류에는 제조용, 서비스용, 특수 목적용 로봇 이외에도 로봇과 정보

기술이 결합된 네트워크 기반 로봇이 있다. 네트워크 기반 로봇은 로봇과 네트

워크가 결합되어 네트워크를 통하여 언제, 어디서나 서비스 제공이 가능한 유

비쿼터스 로봇을 의미한다. 종류에는 정보 콘텐츠 로봇, 공공 도우미, 임베디

드 로봇, 소프트웨어 로봇 등이 있다.

네트워크 기반 로봇은 정보 기술에 로봇이 합쳐진 로봇으로 자유로운 형태

와 광범위한 이동성을 갖추고 인간 친화적인 휴먼 인터페이스를 갖고 있는 인

간 중심 로봇이다. 또한, 네트워크 기반 로봇의 개념은 인터페이스 개방을 통

하여 어떠한 로봇 시스템도 통합함으로 로봇 산업의 거대화를 촉진시킬 것이

며, 홈 네트워크 등과의 연계를 통한 IT 기반 지능형 서비스 로봇으로 발전할

것이다.

한국의 휴머노이드 로봇, 휴보

한국의 대표적 휴머노이드는 휴보(HUBO)로, 2004년 12월 한국과학기술원

오준호 교수팀에 의하여 개발되어 계속 발전하고 있다. 휴보는 키 120cm, 무

게 55kg으로, 시속 1.25km(1분에 65걸음)로 보행할 수 있다. 외부의 소리와

사물을 인지할 수 있어 장애물을 피해 걸어 다니고, 가위바위보를 할 수 있을

정도로 다섯 손가락을 독립적으로 움직이며, 가벼운 춤까지 출 정도로 부드러

운 동작을 구현한다.



로봇의 활용

기계, 신소재, 정보 통신 등의 급속한 발전으로 제

조용·서비스용·특수 목적용 로봇 등이 개발되어 다

양한 분야에서 활용되고 있다.

� 제조용 로봇

산업 분야에서 생산의 자동화에 이용되는 로봇으

로, 용접 로봇, 조립 로봇 등이 있다. 제조용 로봇은

제품을 대량 생산하기 위해 자동 생산 체제가 갖추어

진 공장에서 많이 사용되고 있다.

� 서비스용 로봇

일상생활에서 사람을 도와 여러 가지 일을 대신해

주는 로봇으로, 청소 로봇, 완구 로봇, 교육 로봇, 안

내 로봇, 노인 및 장애 복지 로봇 등이 있다.

⇡

산업용 로봇 팔

군사용 견마 로봇 ⇢

⇡

화재 진압 로봇

수중 무인 잠수정

⇣

⇡ 민원 도우미 로봇

⇡ 음식점 서비스 로봇

▲ 그림Ⅳ-56 여러 가지 로봇의 활용

⇡ 애완견 로봇

� 특수 목적용 로봇

화재, 해저, 우주 등의 위험하고, 접근하기 어려운

극한 환경에서 작업하는 로봇으로, 화재 진압 로봇,

인명 구조 로봇, 해저 탐사 로봇, 기상 관측 로봇, 군

사용 로봇 등이 있다.

� 미래의 로봇

미래에는 산업, 교육, 서비스 등의 분야에서 로봇

이 더욱 보편화되고, 의료용 나노 로봇과 바이오 로

봇 등의 새로운 분야로 영역을 더욱 확장시켜 나갈

것이다.

최근 우리나라에서는 로봇 기술을 차세대 성장 동

력으로 인식하여 휴먼 로봇의 개발에 많은 노력을 기

울이고 있다.

미래에는 기술의 융합으로 더 발전된 지능형 로봇

을 실현하여 우리 생활을 보다 편리하게 해 줄 것이

다. 하지만 로봇이 전쟁의 무기로 사용되거나 인간을

다치게 해서는 안될 것이다. 이러한 윤리적인 문제에

바르게 대처할 수 있다면 인간과 로봇이 공존하는 사

회가 될 것이다.

⇣ 나노 로봇

휴먼 로봇의 종류

• 휴머노이드: 인간의 신체와 유사한

형태를 지닌 로봇으로, 인간의 행

동을 가장 잘 모방할 수 있는 인간

형 지능 로봇

• 안드로이드: 우수한 전자두뇌와 인

공 피부까지 갖추어 외관상 인간과

비슷한 인간형 지능 로봇

안드로이드 로봇 ⇢

⇡

제조 로봇

⇡ 가정용 청소 로봇 ⇡ 교육용 로봇

제조용 로봇

서비스용 로봇

미래의 로봇

특수 목적용 로봇


178 179

제조용 로봇 제조용 로봇은

제품의 생산 과정에서 지루해

지기 쉬운 반복적인 일, 위험

한 작업 환경에서 다치기 쉬운

일 등을 로봇이 함으로써 인간

의 부주의로 생기기 쉬운 실

수를 방지하고, 인간의 노동을

보완하여 능률을 향상시킨다.

일반적으로 ‘자동 제어되고, 재

프로그램이 가능하며, 고정형

혹은 이동형으로 산업 자동화

에 적용되며, 3축 이상으로 구

성되고 프로그램이 가능한 다

목적 기계’로 규정하고 있다.

서비스용 로봇 서비스용 로봇

의 종류에는 청소 및 경비, 여

가 지원(오락, 애완, 헬스 케

어, 게임 등), 노인 및 재활 지

원(간병, 장애인 보조, 재활 훈

련 등), 교육용(연구용, 가정 교

사), 가사 지원(심부름, 조리,

제초 등) 로봇 등이 있다. 가족

구조의 핵가족화와 고령화 현

상 등으로 서비스용 로봇의 필

요성이 더욱 증대되고 있다.

특수 목적용 로봇 다수를 위

한 서비스 제공 및 전문화된

작업을 수행하는 로봇을 의미

한다. 종류는 재난 극복(소방,

인명 구조), 군사용, 사회 안전

용, 활선 작업용, 건설 작업용

(건축, 고소, 관로), 원전용, 해

양 수산용, 의료용, 농림업, 축

산, 광업용, 우주 및 극한 작

업용 로봇 등이 있다. 예를 들

면 재난 작업 로봇은 사람 대

신 원전 사고 지역에 투입되어

방사능 수치를 측정하고, 위

험 물질을 제거하는 등의 역할

을 수행하고, 우주 탐사 로봇

은 지구와 환경이 다른 우주에

서 광물 채취, 우주선 수리 등

에 이용되고 있다.

휴머노이드 human + ~oid의

합성어로서, 머리·몸통·팔·

다리 등 인간의 신체와 유사한

형태를 지닌 로봇을 말한다.

진로 지도 자료

제조 기술 관련 직업 전망

제조 기술은 다른 산업과 연관성이 많고, 국가 성장과 고용 창출의 파급 효

과가 크다. 최근 일상생활에서 사용하는 제품에 깊이 파고들어 있는 제조업을

통하여 높은 수준의 기술과 혁신, 디자인 등이 적용되어 기존의 고정 관념을

깬 신제품이 만들어지고 있다.

단순 조립, 가공보다는 고부가가치 산업의 방향으로 변화되고 있다. 값싼 노

동력을 바탕으로 경공업에 주력하던 예전과 달리 산업 구조에 맞추어 기계, 전

기·전자, 화학, 섬유 등의 생산 증가는 더욱 커질 것으로 전망된다.

전기·전자 산업에서 일자리가 증가할 것으로 예상되는 직업은 전기·전자

공학 기술자, 전기·전자 부품 및 제조 장치 조작원, 컴퓨터·사무 기기 설치 및

수리원 등이다. 기계 관련 산업의 경우에는 기계 공학 기술자, 기계 장비 기술

자, 항공기 정비사, 금형 기술자, 자동 조립 라인 및 산업용 로봇 조작원, 비파

괴 검사원 등의 직업의 수요가 늘어날 전망이다.

따라서, 제조업 분야의 직업을 갖기 위해서는 제품의 기술력을 향상시킬 수

있는 필요한 전문 지식과 자격을 습득하는 것이 중요하다.

다가오는 로봇 시대의 전망

우리 사회의 발전 동력이 될 로봇 산업은 과학 기술의 결정체라고 할 만큼

수학, 컴퓨터 공학, 전산학, 전기, 전자, 기계, 바이오 등 다양의 학문과 신기술

이 융합된 대표적인 분야이다. 로봇의 형상을 만들어내기 위해서는 로봇의 소

재나 금형의 기술, 그리고 로봇의 목적에 맞게 꾸밀 수 있는 디자인 기술이 요

구된다. 삶의 질 향상, 고령화 시대의 도래 등으로 인해 기존 산업 현장에서는

물론 환경·실버·의료·국방·교육 등 우리 생활의 전 분야에 걸쳐 로봇에 대

한 직업의 수요가 급격히 증가할 것으로 예측된다.

로봇 감성 인지 전문가와 로봇 인식 기술 연구원

로봇 감성 인지 전문가는 인간과 로봇의 감성적 인터페이싱에 대해 연구하

여 로봇이 가장 효율적으로 인간의 의도에 따라 작동할 수 있도록 하는 업무를

수행한다. 로봇 인식 기술 연구원은 로봇에게 외부 환경에 대한 정보를 주어

대응해야 할 물체나 위치에 대한 인식 능력을 가질 수 있도록 하는 일을 한다.

이러한 로봇과 관련된 직업을 갖기 위해서는 기계와 메카트로닉스, 전기·전자

공학, 심리학, 생체 역학, 디지털 이미지 처리 및 영상 데이터를 데이터베이스

화할 수 있는 응용 소프트웨어 기술의 능력이 필요하다.


지도 GUIDE

제조 기술과 관련된 다양한

직업 세계를 안내하고, 기술과

사회의 변화에 따른 직업을 전

망하여 자신의 꿈이 실현될 수

있도록 지도한다.

직업

181 2. 자동화와 로봇

21세기는 지식 정보화 사회의 도래와 더불어 우리의 상상을 넘어설 만큼 빠르게 변화하고 있으며, 직업의 세계 또한 매우 다양해지고 있

다. 반도체, 휴대 전화, 자동차, 조선, 석유 화학, 철강 등 우리나라의 수출 주력 제품들은 우수한 제조 기술을 기반으로 한 뛰어난 품질로 세

계 시장에서 우위를 차지하고 있다. 산업 전반의 경쟁력을 결정하며 차세대 성장 동력 산업의 기반이 되는 제조 기술과 관련된 직업의 세계

를 살펴보고, 자신의 진로를 새롭게 발견하여 그 분야에서 최대의 능력을 발휘할 수 있도록 준비하자.

직업의 세계

로봇 엔지니어

•로봇의 설계 및 제작, 새로운 주변 장치 개발

•로봇의 능력을 확장시키기 위한 연구

• 생산 라인에 설치된 구형 로봇을 대신해 새롭게 투입될 신

형 로봇을 설계하고 제작

•기계·전기·전자 공학, 로봇 등과 관련한 지식

•새로운 로봇 개발에 대한 필요와 요구 인식

•기술적 문제 해결 능력

금속 공학 기술자

• 금속 재료 연구·개발

• 특정 목적에 사용되는 합금 재료 연구·개발, 금속 제조 업체에 종사

하여 특정 금속 재료나 금속 제품을 생산하는 작업 담당

• 주조, 용접, 표면 처리, 제련 등의 작업에 필요한 장비나 도구를 다루

거나 연구 및 개발을 수행

•금속 재료의 제조, 가공, 사용 개발에 필요한 지식

•금속의 특성 및 성질을 이용한 금속의 효과적인 추출 방법 활용 능력

기계 공학 기술자

• 엔진, 기계류 및 기계 시스템, 열 시스템, 각종 장비 등을 설

계·개발

• 장비를 직접 취급하거나 연구 및 개발

• 설계 도면을 그리거나 읽기도 하고, CAD 시스템을 사용하

여 제도하기도 함.

•기계 장치 시스템에 대한 이해

•논리적이고 분석적인 자세

•프로그램을 이용한 기계 장비 설계 능력

산업 공학 기술자

• 시스템적인 사고와 최적화의 관점에서 문제를 분석하고 해

결책을 모색

• 예를 들어, 제조 업체의 생산성 향상 업무를 담당한다면 생

산성에 영향을 미치는 다양한 요소를 고려하고 분석하여

최적의 생산성을 가져올 수 있는 방안을 제안함.

•사건에 대한 확률을 계산하고 수식화할 수 있는 능력

•관련 프로그램을 이용한 효율적인 값 도출 능력

비파괴 검사원

• 건물, 압력 용기, 기계, 구조물 등 시험 대상물을 파괴하거나 손상시키지

않고 이들의 성질, 상태, 내부 구조 및 결함 등을 알아보기 위한 검사 시행

• 검사를 통해 제품의 신뢰성을 향상시키고 검사 결과를 분석·검토하여 제

조 조건을 수정·보완함.

• 제조 기술을 개선하고, 제조 공정에서 불량품을 조기에 발견·조처

•재료의 특성과 성질을 파악하여 그에 알맞은 조사 방법을 이용하는 판단력

•한 번의 실수가 큰 사고와 손실을 일으킬 수 있으므로 신중함이 필요

3

세라믹 기술자

• 세라믹 원료 개발에서 제작, 응용에 이르기

까지 전 과정을 연구

• 여러 분야에서 다양하고 새로운 세라믹 재

료들을 개발·개선

•세라믹 재료 이용 과정에서 발생하는 문제

를 연구하고 해결 방안을 조언함.

•금속 재료의 물리적·화학적 속성 이해

•새로운 소재를 만들어 내는 창의적인 자세

• 재료의 미세 구조를 분석한 소재 공정 파악

능력

하는일

하는일

하는일

하는일

하는일 하는일

필 능요한 력

필 능요한 력

필 능요한 력

필 능요한 력

필 능요한 력

필 능요한 력



180 181

비파괴 검사원 제품이나 구조

물 등의 내부에 결함이 있을

경우, 파괴해서 조사하면 그 유

무를 확인할 수 있으나 이러한

파괴 검사는 낭비가 많아 모든

제품을 조사하는 데는 적합하

지 않다.

평가기준문해평가기준창체


평가 POINT

• 자동화의 의미와 필요성을

이해하고 체험 활동을 수행

하였는가?

• 자동화가 필요한 제품이나

기기를 잘 찾았는가?

창체 평가 POINT

• 자동 위험 감지 선풍기의 원리

를 이해하고 실행하였는가?

• 완성된 자동 위험 감지 선풍

기의 작동이 잘되는가?

문해

평가 항목 평가 점수

•자동화의 개념을 잘 파악하고 있다. 20

18

16

14

12

•자동화 기기의 예를 다양하게 제시하였다.

•자동화 기기의 특징을 잘 제시하였다.

•자동화의 필요성과 활용될 수 있는 분야를 제시하였다.

•모둠별로 이야기하며 자동화에 대해 자신의 생각을 구체적으로 표현하였다.

평가 항목 평가 점수

•적외선 센서의 원리를 이해하였다. 20

18

16

14

12

•회로도에 맞게 전자 부품이 바르게 배치되었다.

•극성에 주의해야 하는 전자 부품을 알고 있다.

•자동 위험 감지 선풍기의 작동이 올바르다.

•작업 안전 규칙을 지키고, 주어진 시간 내에 완성하였다.

183 2. 자동화와 로봇

창의체험 활동 본문 168쪽본문 165쪽

문제

해결 활동 자동 위험 감지 선풍기 제작 자동화 요소 찾기


1 문제 확인하기 선풍기 날개에 손가락을 넣어 다치는 사고가 종종 발생한다. 스위치를 켜면 모터가 작동하여 선풍기 날

개가 회전하고, 물체를 가까이했을 때 이를 감지한 적외선 센서가 모터를 제어하여 날개가 멈추는 자동 위험 감지 선풍

기를 만들어 문제를 해결해 보자.

● 준비물

번호 부품명 규격 수량 번호 부품명 규격 수량 번호 부품명 규격 수량

1 스위치 누름형 1개 4 날개 셋 1개 7 전선 0.5mm 1M

2 저항

100Ω

1kΩ

10Ω

2개

2개

1개

5 트랜지스터TRC1815

TRC3205

1개

1개8 모터 DC 모터 1개

3 적외선 센서발광부 S5312

수광부 ST5811

1개

1개6 전자 블록 플라스틱 10개 9

건전지 홀더,

건전지

1.5V

1.5V

3개

3개

● 제작도

회로도

2 해결 방안 탐색과 선정

① 적외선 센서의 발광부와 수광부의 원리를 조사해 보자.

② 전자 블록의 구조를 알고, 회로도 읽는 법을 익힌다.

③ 회로도에 따라 전자 부품을 꽂고, 연결선을 간단하고 효율적으로 배치하는 방안을 선정한다.

3 실행 계획 수립 회로도를 보고 선정된 방법에 따라 전자 부품을 바르게 연결하여 위험 감지 선풍기 제작 계획을 세운다.

4 실행

제작 계획에 따라 전자 블록 배치 ⇒ 전자 부품 꽂기 ⇒ 연결선 꽂기 ⇒ 작동 확인 및 점검 ⇒ 평가

5 평가하기

① 전자 부품이 회로도에 맞게 조립되었는지 확인하고, 건전지 홀더에 건전지가 올바르게 끼워졌는지 점검한다.

② 전원 스위치를 켜면 모터가 작동하고, 적외선 센서에 물체를 가까이하면 모터가 멈추는지 확인한다.

+

-4.5V

10Ω

1kΩ

1kΩ

TRC1815

수광부ST5811

TRC3205

100Ω

M

SW발광부S5312

100Ω

실체도

활동 주제 생활 속의 자동화 요소 체험 및 개선점 찾기

일시 및 장소 201◯년 ◯월 ◯일 ~ ◯월 ◯일, 학교, 집, 대중교통, 박물관, 쇼핑몰, 놀이공원 등

준비물 필기도구, 카메라

함께한 사람 가족 또는 친구

동기 및 목적 자동화 기기를 체험하며, 자동화의 필요성과 편리함을 깨닫는다.

사전 학습

•자동화란? • 자동화 제품과 기기들은?

계획 및 체험 순서

① 목적지를 선정한다.

② 출발지에서 목적지까지 이동 수단 및 경로를 선택한다.

③ 이러한 과정에서 자동화 요소를 찾아본다.

체험 내용

•자동화 기기는 어떤 것들이 있는가?

•자동화 기기는 어떤 편리성을 제공하는가?

•자동화가 필요한 제품이나 기기들은 무엇인가?

첨부 자료 자동화 요소를 사진으로 찍어 붙인다.

우리의 생활은 자동화 기기의 사용으로 점점 더 편리해지고 있다. 생활 속의 자동화 요소를 찾아보고, 자동화 요소의 필요

성과 편리성을 알아보자.


182 183

자동문, 에어컨(히터), 자동차, 버스 및 지하철 자동 요금 시스템,

운송 안내 시스템 등

사람이 원하는 일을 다른 힘을 빌리지 아니하고

컴퓨터와 기계 등을 이용하여 스스로 움직이거나

수행하게 하는 것

전기밥솥, 전기세탁기, 자동문, 엘리베이터, 자동

세차기, 현금 자동 입출금기 등

우리들이 하기 전에 자동으로 일을 수행하므로 편리하다.

사람들이 귀찮고 하기 힘든 일, 설거지, 세차, 음식물

쓰레기 처리, 장보기, 환전해서 계산하기 등

적외선 센서의 발광부와 수광

부 태양으로부터 오는 빛은

눈에 보이는 가시광선과 눈에

보이지 않는 적외선, 자외선

등이 있다. 이 중에서 적외선

은 눈에 보이지 않으며, 인체

에 해롭지 않기 때문에 센서를

통해 사물의 유무 감지, 사물

의 거리 측정 등에 이용된다.

적외선 센서는 적외선 빛을 발

생하는 발광 센서와 적외선 빛

을 감지하는 수광 센서가 각기

한 조로 사용된다. 또한, 적외

선 센서는 빛의 성질을 가지고

있어, 빛의 흡수와 반사 성질

을 이용하여 물체의 유무를 감

지한다.

1 전기 회로의 기본적인 구성을 바르게 나타낸 것은?

① 전력, 저항, 전압, 스위치

② 전력, 전압, 부하, 스위치

③ 전원, 부하, 도선, 스위치

④ 전압, 부하, 도선, 전력량

⑤ 교류, 부하, 전력, 전력량

2 옴의 법칙을 바르게 나타낸 것은?

① I = ② I = R × V ③ V =

④ V = R × I ⑤ R =

3 100[V]의 교류 전압이 가해진 전기 회로에 100[Ω]의 부

하가 연결되어 있을 때 전력[W]을 구하여라.

4 그림과 같은 고정 저항의 저항값을 바르게 읽은 것은?

① 7.2[kΩ]±5% ② 72[kΩ]±5%

③ 7.2[MΩ]±5% ④ 72[MΩ]±5%

⑤ 723[Ω]±5%

5 다음과 같은 전자 부품에 대한 설명으로 적절한 것은?

① 전자 스위치 작용을 한다.

② 교류를 직류로 바꾸는 정류 작용을 한다.

③ 전하를 축적하고, 전압을 일정하게 해준다.

④ 전압의 크기를 조절하고, 신호를 증폭하는 역할을

한다.

⑤ p형 반도체와 n형 반도체를 3개의 층으로 접합한

형태이다.

6 다음과 같은 특징을 지닌 전자 부품은?

① 변압기 ② 콘덴서 ③ 진공관

④ 계전기 ⑤ 집적 회로

7 다음 빈칸에 알맞은 말을 쓰시오.

8 자동화 시스템의 주요 구성 요소가 아닌 것은?

① 센서 ② 액추에이터

③ 네트워크 기술 ④ 결합용 기계요소

⑤ 제어 신호 처리 장치

9 기계를 구성하는 요소와 거리가 먼 것은?

① 유용한 일을 하는 부분

② 동력을 받아들이는 부분

③ 동력을 전달하거나 전환하는 부분

④ 소리를 발생하거나 차단하는 부분

⑤ 부품을 고정하고 하중을 지지하는 부분

10 결합용 기계요소를 바르게 짝지은 것은?

① 나사, 볼트, 밸브, 스프링 등

② 나사, 볼트, 핀, 키, 리벳 등

③ 마찰차. 체인, 기어, 링크 등

④ 축, 축이음, 베어링, 브레이크 등

⑤ 마찰차. 기어, 벨트와 벨트 풀리 등

Ⅳ제조 기술과 자동화 _ 2. 자동화와 로봇 259

11 다음 그림과 같은 기계요소에 대한 설명으로 옳지 않은

것은?

① 회전력으로 동력을 전달한다.

② 축을 지지하는 기계요소이다.

③ 축과 접촉 면적이 적은 볼베어

링이다.

④ 동력 손실이 적어 고속 회전에

적합하다.

⑤ 마찰 저항을 작게 하여 축이 원활하게 회전할 수 있

도록 한다.

12 다음과 같은 특징을 지닌 기어 전동 장치는?

① 평 기어 ② 베벨 기어

③ 헬리컬 기어 ④ 웜과 웜 기어

⑤ 래크와 피니언

13 기어와 체인에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 체인의 경우 진동의 발생이 적어 고속 회전에 적합

하다.

② 기어와 체인 모두 정확한 속도비로 동력을 전달할

수 있다.

③ 기어와 체인 모두 축간 거리가 비교적 가까운 곳에

사용한다.

④ 체인 전동은 체인과 벨트 풀리를 이용하여 큰 동력

을 효율적으로 전달할 수 있다.

⑤ 기어의 경우 큰 동력을 전달할 수 있지만 체인의 경

우 큰 동력을 전달하기에는 부적합하다.

14 물체의 탄성을 이용하여 외부의 충격 또는 진동을 줄여

주거나 에너지를 저장하는 데 사용되는 기계요소는?

① 리벳 ② 베어링

③ 프레임 ④ 스프링

⑤ 브레이크

15 다음이 설명하는 기계 운동의 종류는?

① 왕복 운동 ② 직선 운동 ③ 링크 운동

④ 회전 운동 ⑤ 간헐 운동

16 가정용 로봇에 대한 설명으로 바르지 않은 것은?

① 털 빠짐 걱정이 없고, 즐거움을 주는 강아지 로봇

② 업무의 질과 작업의 숙련도를 향상시켜 제품을 생

산하는 산업용 로봇

③ 심리 상태를 안정시켜 주고, 인간과 상호 작용을 할

수 있는 심리 치료용 로봇

④ 먼지를 빨아들이고, 닦기를 할 수 있으며 자동 충전

과 예약 청소를 하는 청소로봇

⑤ 다양한 생활 정보와 오락, 가정에서의 교육 서비스

등을 제공하는 네트워크 기반의 로봇

17 기계와 전기·전자 기술의 발전 방향으로 바르지 않은

것은?

① 경량화, 고속화, 정밀화 등으로 발전될 것이다.

② 인간의 복지와 관련된 분야로 응용과 개발이 이루

어 질 것이다.

③ 모든 산업에 적용되고 새로운 분야로 영역을 더욱

확장시킬 것이다.

④ 가정 관련 산업에서만 적용되어 우리 생활이 더욱

편리해 질 것이다.

⑤ 가정, 사무실, 공장 등의 자동화 기술에서부터 의료

분야에 이르기까지 확대될 것이다.

1 ③ 2 ④ 3 100[W] 4 ② 5 ② 6 ① 7 자동

제어 8 ④ 9 ④ 10 ② 11 ① 12 ① 13 ②

14 ④ 15 ② 16 ② 17 ④

정답

각론258

평가 문제

R―I

R―V

I―V

•철심에 코일을 감아서 만든다.

• 코일의 감은 횟수를 따라 전압의 크기를 변화시

킬 수 있다.

•전자 제품의 전원 공급 장치에 많이 쓰인다.

•두 축이 서로 평행한 곳에 이용

•시계, 선반, 내연 기관 등에 사용

•기계 운동의 가장 기본 운동의 한 종류이다.

• 방해하거나 제어하는 힘이 없다면 한쪽 방향으

로 계속 진행한다.

• 드릴링 머신의 드릴 날의 상하 움직임과 토스터

의 레버의 움직임이 이에 속한다.

사람이 원하는 일을 컴퓨터와 기계 등을 이용하

여 자동으로 수행하는 것을 ( )(이)라 한다.

234 8 Guide 자동화와 로봇 1 전기 전자의 이해 -...

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