커스텀 ROS 노드 개발 및 사용하기

커스텀 ROS 노드 개발 및 사용하기

개요

로봇 운영 시스템(ROS, Robot Operating System)은 로봇 애플리케이션 개발을 위한 오픈 소스 프레임워크로, 다양한 기능을 모듈화하여 로봇 소프트웨어를 유연하게 설계할 수 있게 해줍니다. ROS는 노드(Node), 주제(Topic), 서비스(Service), 액션(Action) 등 다양한 개념을 통해 기능을 제공합니다. 이 문서에서는 ROS의 기본 개념을 소개하고, 커스텀 노드를 개발하고 사용하는 방법을 상세히 설명하겠습니다.

ROS 노드란 무엇인가?

ROS에서 노드는 소프트웨어의 실행 단위를 의미합니다. 각 노드는 특정 작업을 수행하며, ROS 네트워크에서 서로 통신하고 데이터를 주고받을 수 있습니다. 노드는 일반적으로 특정 센서 데이터를 처리하거나, 로봇의 동작을 제어하는 등의 역할을 맡습니다.

커스텀 ROS 노드 개발하기

1. ROS 개발 환경 설정하기

커스텀 ROS 노드를 개발하기 위해서는 ROS 개발 환경을 설정해야 합니다. 일반적으로 ROS는 Ubuntu 리눅스에서 가장 잘 지원됩니다. 아래는 ROS 환경을 설정하는 기본적인 단계입니다.

1. ROS 설치하기:
   ROS의 최신 버전은 ROS 2입니다. 하지만 많은 사용자들이 여전히 ROS 1을 사용하고 있습니다. 사용하고자 하는 ROS 버전에 맞는 설치 가이드를 참고하여 ROS를 설치합니다.

예를 들어, ROS 2 Foxy의 설치는 다음과 같이 진행할 수 있습니다:

sudo apt update
sudo apt install curl gnupg lsb-release
curl -sSL http://repo.ros2.org/repos.key | sudo apt-key add -
sudo sh -c 'echo "deb [arch=amd64] https://repo.ros2.org/ubuntu/main $(lsb_release -cs) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros2-latest.list'
sudo apt update
sudo apt install ros-foxy-desktop

2. ROS 워크스페이스 설정하기:
   ROS 프로젝트를 관리하기 위해 워크스페이스를 설정합니다. 기본적인 ROS 2 워크스페이스 설정 방법은 다음과 같습니다:

   mkdir -p ~/ros2_ws/src
   cd ~/ros2_ws
   colcon build
   source install/setup.bash

3. 필수 패키지 설치하기:
   노드를 개발할 때는 ros-foxy-rclcpp, ros-foxy-std-msgs 등과 같은 ROS 패키지가 필요할 수 있습니다. 이러한 패키지를 설치하려면 다음과 같은 명령어를 사용할 수 있습니다:

   sudo apt install ros-foxy-rclcpp ros-foxy-std-msgs

2. 커스텀 노드 생성하기

이제 ROS 환경이 설정되었으니, 커스텀 노드를 개발하는 과정을 설명하겠습니다.

2.1. 패키지 생성하기

ROS 노드는 패키지 내에서 개발됩니다. 패키지를 생성하려면, ros2 pkg create 명령어를 사용합니다. 예를 들어, my_custom_node라는 이름의 패키지를 생성하려면 다음과 같이 실행합니다:

cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create my_custom_node --build-type ament_cmake

이 명령어는 CMake를 사용하는 패키지를 생성합니다. ROS 2에서는 ament_cmake와 ament_python 두 가지 빌드 시스템을 지원합니다.

2.2. 노드 코드 작성하기

패키지가 생성되면, 노드 코드를 작성할 수 있습니다. C++로 작성된 예제를 보겠습니다. src 디렉토리에 my_custom_node.cpp 파일을 생성합니다.

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
MinimalPublisher() : Node("minimal_publisher")
{
publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
timer_ = this->create_wall_timer(
std::chrono::seconds(1),
[this]() -> void {
auto message = std_msgs::msg::String();
message.data = "Hello, ROS 2!";
RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
publisher_->publish(message);
});
}

private:
rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
rclcpp::shutdown();
return 0;
}

위의 코드는 MinimalPublisher라는 클래스를 정의하며, 1초마다 "Hello, ROS 2!"라는 메시지를 "topic"이라는 이름의 토픽에 게시하는 간단한 퍼블리셔 노드입니다.

2.3. CMakeLists.txt 수정하기

패키지를 빌드하려면 CMakeLists.txt 파일을 수정하여 노드를 컴파일하도록 설정합니다. CMakeLists.txt 파일을 열어 다음 내용을 추가합니다:

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(my_custom_node)

# 이 부분은 C++ 표준을 설정하는 것입니다
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

include_directories(
include
)

add_executable(my_custom_node src/my_custom_node.cpp)
ament_target_dependencies(my_custom_node rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
my_custom_node
DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

ament_package()

이 파일은 my_custom_node.cpp 파일을 컴파일하여 실행 파일을 생성하고, 필요한 의존성을 설정합니다.

2.4. 패키지 빌드 및 실행하기

패키지를 빌드하려면 colcon build 명령어를 사용합니다. 빌드가 완료되면, source 명령어를 사용하여 새로운 빌드 환경을 로드합니다.

cd ~/ros2_ws
colcon build
source install/setup.bash

이제 노드를 실행할 수 있습니다:

ros2 run my_custom_node my_custom_node

커스텀 노드 사용하기

커스텀 노드를 사용하기 위해서는 노드가 정상적으로 실행되고 있는지 확인해야 합니다. 여러 가지 도구를 사용하여 노드의 상태를 확인하고, 노드가 올바르게 작동하는지 검토할 수 있습니다.

1. ros2 topic 명령어 사용하기

토픽에 게시되는 메시지를 모니터링하기 위해 ros2 topic echo 명령어를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 위의 예제에서 사용하는 "topic" 토픽의 메시지를 확인하려면 다음과 같이 실행합니다:

ros2 topic echo /topic

이 명령어는 토픽에 게시된 메시지를 콘솔에 출력합니다.

2. ros2 node 명령어 사용하기

노드의 상태를 확인하려면 ros2 node list 명령어를 사용합니다. 이를 통해 현재 실행 중인 모든 노드를 나열할 수 있습니다.

ros2 node list

또한, ros2 node info <node_name> 명령어를 사용하여 특정 노드의 상세 정보를 확인할 수 있습니다.

3. 로그 확인하기

ROS는 노드의 로그를 파일로 저장하며, 이를 통해 노드의 동작을 추적하고 디버깅할 수 있습니다. 로그 파일은 ~/.ros/log/latest_build 디렉토리에서 찾을 수 있습니다.

4. 디버깅 및 문제 해결

커스텀 노드를 개발하는 과정에서 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 흔히 발생하는 문제와 그 해결 방법은 다음과 같습니다:

• 의존성 문제: 패키지가 필요한 모든 의존성을 설치했는지 확인합니다. ament_target_dependencies에 필요한 패키지를 추가하는 것을 잊지 마세요.
• 컴파일 오류: C++ 표준이나 헤더 파일 경로 문제로 인한 오류가 발생할 수 있습니다. CMakeLists.txt 파일을 꼼꼼히 검토하고, 모든 필요한 헤더 파일이 포함되었는지 확인하세요.
• 토픽 이름 오류: 퍼블리셔와 서브스크라이버가 동일한 토픽 이름을 사용하는지 확인합니다. ROS에서는 토픽 이름이 대소문자를 구분하므로, 정확히 일치해야 합니다.

결론

커스텀 ROS 노드를 개발하는 과정은 처음에는 다소 복잡할 수 있지만, 기본적인 단계와 예제를 통해 쉽게 이해할 수 있습니다. ROS의 다양한 기능과 도구를 활용하여 강력한 로봇 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. 이 문서에서 설명한 내용을