ROS2 설치해보기 (Ubuntu)

ROS2란?

• Robot Operating System의 약자로, 응용 프로그램 개발을 위한 운영체제와 유사한 플랫폼이다.
  • 원래 로보틱스를 연구할 목적으로 설계되었으나, 산업 및 상업용 로보틱스 분야에서 사용하고 있다.
  • 다른 운영체제나 이기종 디바이스간의 통신에서 데이터를 주고 받을 수 있는 장점이 있다.

• ROS 버전에서 ROS2 버전이 개발되었으며, ROS2가 새로운 로보틱스 분야의 표준이 되고 있다.
  • ROS에서 마지막으로 배포된 Noetic는 2025년에 지원이 완료된다.
  • ROS와 ROS2의 차이점은 많이 있지만, 대표적으로 ROS2부터는 리눅스 이외의 윈도우와 맥에서 지원이 되고, Python3을 지원하고 있다는 점이다.

• 메타 운영체제 중의 하나로, 전통적인 운영체제라고는 할 수 없다.
  • 메타 운영체제는 응용 프로그램을 개발하기 위해 스케줄링 및 로드, 감시, 에러 처리 등을 실행하는 시스템이다.

 

 

동작 원리

• ROS2는 기본적으로 노드 기반으로 메세지를 교환하여 통신을 한다. 즉 보통 최소한의 실행 단위로 프로그램을 나누어 작업하게 된다.

• 주요 개념
  • 노드(Node)
    • 최소 단위의 실행 가능한 프로세스
  • 토픽(Topic)
    • 비동기식 단방향 메시지 송수신 방식
    • Publisher와 Subscriber 간의 통신
    • 센서 데이터, 로봇 상태, 로봇 좌표, 로봇 속도 명령 등 사용
  • 서비스(Service)
    • 동기식 양방향 메시지 송수신 방식
    • Service Client와 Service Server 간의 통신
      • 특정 요청을 하는 클라이언트단과 요청받은 일을 수행한 후에 결과값을 전달하는 서버 단과의 통신
    • LED 제어, 모터 토크 On/Off, IK/FK 계산, 이동 경로 계산 등 사용
  • 액션(Action)
    • 비동기식, 동기식 양방향 메시지 송수신 방식
    • Action Client ↔ Action Server 간의 통신
      1. Goal Service : 액션 목표(Goal)를 지정
      2. Feedback Topic : 중간 결괏값인 액션 피드백(Feedback) 전송
      3. Result Serivce : 최종 결괏값을 담은 액션 결과(Result)를 전송
    • 목적지로 이동, 물건 파지, 복합 태스크 등
  • 파라미터(Parameters) : 전역적 변수

 

 

설치 방법

• ROS2부터는 윈도우, 맥 등의 OS를 지원하고 있으나, 아직은 우분투에 설치하는 것을 권장한다.
  • Raspberry PI OS, Ubuntu Mate 등에서 ROS2 설치에 실패했다.
  • 윈도우는 WSL2를 통해 우분투를 설치하여, 그 위에 ROS2를 쉽게 설치할 수 있다.

• ROS2 공식 홈페이지에서 안내하는 방법으로 설치할 수 있다.
  • https://docs.ros.org/en/foxy/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html를 참고하면 된다.
  • OMOROBOT에서도 ROS2를 설치하는 방법을 정리해놓았다.
  • locale에서 LC_ALL 설정이 즉시 적용되지 않는 경우가 발생한다.
    • update-locale로 LC_ALL 및 LANG을 설정한 이후에, 재부팅 후 locale을 확인한다.
    • .bashrc 에 export LC_ALL=en_US.UTF-8 을 추가한 후, locale을 확인한다.

• ROS2를 정상적으로 설치한 후에서, 환경변수에 필요한 명령어를 추가하는 것이 좋다.
  • ros 배포판의 setup.bash나 별도로 설치한 패키지의 install/setup.bash 파일을 등록해 놓는다.
  • 환경변수에 등록을 하지 않으면, ros 관련 명령어를 실행할 때마다 source /opt/ros/foxy/setup.bash 등의 명령어를 매번 입력해야 하는 번거로움이 생긴다.

 

 

기본 명령어

• 설치 이후 최초에 한번 rosdep을 초기화하여야 한다.

  sudo rosdep init
  rosdep update

• 패키지 설치는 다음의 명령어와 유사하게 작업하면 된다.

  mkdir -p ~/ros2_ws/src
  cd ~/ros2_ws/src
  git clone https://github.com/ros/ros_tutorials.git -b foxy-devel
  cd ..
  rosdep install -i --from-path src
  colcon build
  colcon build --symlink-install # 심볼릭 파일 형태로 저장
  . ~/ros2_ws/install/local_setup.bash

• run 명령어는 다음과 같이 실행하면 된다.
  • 특정 패키지의 특정 노드(단일 프로그램) 실행

  # ros2 run {package_name} {node_name}
  ros2 run demo_nodes_cpp talker
  ros2 run demo_nodes_py listener
  
  ros2 run turtlesim turtlesim_node
  ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• launch명령어는 다음과 같이 실행하면 된다.
  • 특정 패키지의 특정 런치 파일(사용자 지정 프로그램) 실행
  • 사용자가 실행하고자 하는 프로그램의 각종 설정을 기술하고 기술된 설정에 맞추어 프로그램을 실행하도록 도와준다

  ros2 launch turtlesim multisim.launch.py

• 노드, 토픽, 서비스, 액션 등은 다음의 명령어로 확인할 수 있다.

  ros2 node list
  ros2 topic list
  ros2 service list
  ros2 action list

기본 패키지

rqt

• ROS + Qt의 합성어로 그래픽 인터페이스 개발을 위한 Qt 기반 프레임워크 제공

• 토픽, 서비스, 액션 등을 시각적으로 확인할 수 있는 플러그인이다.

• rqt_graph : 노드와 그들 사이의 연결 정보 표시

• rqt_plot : 속도, 전압 등 시간이 지남에 따라 변화하는 데이터를 플로팅

 

RVIZ2

• ROS에서 제공하는 3차원 시각화 도구로, 각종 개체를 올려서 시각화해볼 수 있다.

• 레이저, 카메라 등의 센서 데이터를 시각화하여 표현할 수 있다.

• 로봇 외형과 계획된 동작을 표현할 수 있다.

 

Gazebo

• 원격 로봇을 실행할 수 있는 3차원 시뮬레이터

• 물리 엔진을 탑재하여 로봇, 센서, 환경 모델 등을 지원한다.

• Gazebo 홈페이지에서 안내해주는 방법을 따르면 설치할 수 있다.

• ROS2 홈페이지에 Gazebo를 실행해보는 튜토리얼이 있다.