ROS(Robot Operating System)와 리눅스(Linux) 기초 개념 설명
ROS와 리눅스는 로봇 개발과 자율주행 시스템을 다루는 데 필수적인 요소야. 처음 공부
하는 거라면 기초부터 차근차근 이해하는 게 중요해!
1. ROS(Robot Operating System)란?
ROS는 운영체제가 아니다!
이름이 "Robot Operating System"이라서 운영체제(OS)라고 착각할 수 있지만, 사실 운영
체제가 아니라 로봇 소프트웨어 프레임워크야.
쉽게 말하면, 로봇을 효율적으로 개발할 수 있도록 도와주는 도구와 라이브러리의 모음
이라고 생각하면 돼.
ROS의 주요 기능
•
하드웨어 추상화 → 여러 가지 로봇 하드웨어를 쉽게 제어할 수 있도록 공통된
인터페이스 제공
•
분산 처리 시스템 → 여러 개의 노드(Node)로 이루어진 분산 환경에서 로봇 소프
트웨어 실행
•
재사용 가능한 패키지 제공 → 이미 개발된 패키지(라이브러리)를 가져다가 쉽게
로봇 개발 가능
•
센서 및 모터 제어 → LiDAR, 카메라, 모터 등 다양한 센서와 액추에이터 지원
•
SLAM & 자율주행 → 로봇이 주변 환경을 인식하고, 스스로 길을 찾을 수 있도록
다양한 알고리즘 제공
ROS의 구조
ROS는 Publisher-Subscriber(퍼블리셔-서브스크라이버) 모델을 기반으로 동작해.
즉, 어떤 노드(Node)가 데이터를 보내면(Publisher), 다른 노드가 이를 받아서 처리
(Subscriber)하는 구조야.
주요 개념
1. 노드(Node) → 하나의 독립적인 실행 단위 (ex. 카메라 제어, 모터 제어)
2. 토픽(Topic) → 노드 간 데이터를 주고받는 통로
3. 메시지(Message) → 노드 간 주고받는 데이터의 형태 (ex. 이미지 데이터, 센서값)
4. 서비스(Service) → 요청(Request)과 응답(Response) 형태로 동작하는 통신 방식
5. 액션(Action) → 비동기적으로 명령을 실행하는 방식 (ex. 로봇 팔이 물체를 잡는
동작)
2. 리눅스(Linux)란?
리눅스는 무엇인가?
리눅스는 오픈소스 운영체제(OS) 로, 서버, 개발 환경, 그리고 ROS 같은 로봇 시스템을
실행하는 데 많이 사용돼.
특히 ROS는 우분투(Ubuntu) 리눅스에서 주로 실행되기 때문에, 리눅스를 공부하는 것이
중요해!
리눅스를 왜 배워야 할까?
•
ROS는 리눅스 기반이라서 기본적인 명령어를 알아야 함.
•
서버 및 클라우드 환경에서도 많이 사용됨.
•
오픈소스라서 자유롭게 수정 및 배포 가능.
•
개발자 커뮤니티가 활발하고, 다양한 라이브러리 지원.
리눅스 기본 명령어
리눅스에서는 명령어를 사용해서 파일 관리, 프로그램 실행, 네트워크 설정 등을 할 수
있어.
Linux 필수 명령어
1. 현재 디렉토리 확인
•
pwd : 현재 위치하고 있는 디렉토리를 출력
2. 디렉토리 목록 보기
•
ls : 현재 디렉토리의 파일 목록 출력
•
ls -l : 파일의 상세 정보를 포함하여 출력
•
ls -a : 숨김 파일(.으로 시작하는 파일)까지 모두 출력
•
ls -al : -a와 -l 옵션을 함께 사용
3. 디렉토리 이동
•
cd 디렉토리이름 : 지정한 디렉토리로 이동
•
cd .. : 상위 디렉토리로 이동
•
cd / : 최상위(root) 디렉토리로 이동
•
cd ~ : 사용자의 홈 디렉토리로 이동
4. 파일 및 디렉토리 생성
•
touch 파일이름 : 빈 파일 생성
•
mkdir 디렉토리이름 : 새로운 디렉토리(폴더) 생성
•
mkdir -p 부모디렉토리/하위디렉토리 : 부모 디렉토리가 없을 경우 함께 생성
5. 파일 및 디렉토리 삭제
•
rm 파일이름 : 파일 삭제
•
rm -r 디렉토리이름 : 디렉토리 및 내부 파일 삭제
•
rm -rf 디렉토리이름 : 강제 삭제 (주의 필요!)
6. 파일 내용 확인
•
cat 파일이름 : 파일 내용을 출력
•
less 파일이름 : 파일 내용을 페이지 단위로 출력 (스크롤 가능)
•
more 파일이름 : less와 유사하지만 한 방향(아래)으로만 이동 가능
7. 파일 및 디렉토리 복사
•
cp 원본파일 대상파일 : 파일 복사
•
cp -r 원본디렉토리 대상디렉토리 : 디렉토리 복사
8. 파일 및 디렉토리 이동/이름 변경
•
mv 원본파일 대상파일 : 파일 이동 또는 이름 변경
•
mv 원본디렉토리 대상디렉토리 : 디렉토리 이동 또는 이름 변경
이 명령어들은 리눅스를 사용할 때 기본적으로 알아야 할 필수 명령어들이며, ROS 환경
에서도 자주 활용되므로 꼭 익혀 두세요!
3. ROS와 리눅스를 함께 활용하는 방법
ROS 설치 및 실행
1. 우분투(Ubuntu) 설치 → 보통 ROS는 우분투에서 실행되므로, 우분투를 먼저 설
치해야 해.
2. ROS 설치 → apt 패키지 관리자를 이용해 ROS를 설치.
3. ROS 패키지 실행 → roscore를 실행하여 ROS 마스터 시작.
4. 노드 실행 및 토픽 확인 → rosrun과 rostopic 명령어로 실행.
ROS 명령어 예제
bash
복사편집
# ROS 마스터 실행
roscore
# 새로운 터미널에서 터틀봇 시뮬레이션 실행
rosrun turtlesim turtlesim_node
# 터틀봇을 키보드로 조작하기
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
# 현재 실행 중인 노드 확인
rosnode list
# 현재 사용 중인 토픽 확인
rostopic list
이런 방식으로 ROS와 리눅스를 함께 사용하면서 로봇을 개발하게 돼.
4. 정리 및 다음 학습 방향
ROS는 로봇 소프트웨어 개발을 위한 프레임워크
리눅스는 ROS를 실행하기 위해 꼭 필요한 운영체제
기본적인 리눅스 명령어를 익히고, ROS 구조를 이해하는 것이 중요
좋아! 그럼 ROS 2 설치 및 기본 사용법을 중심으로 자세히 설명해 줄게.
5. ROS 2 설치 및 기본 사용법
이제 본격적으로 ROS 2를 설치하고 실행하는 방법을 알아보자.
ROS 2는 로봇 개발을 위한 최신 버전으로, 기존 ROS 1보다 더 안정적이고 성능이 향상
되었어.
5.1 ROS 2 설치 방법 (Ubuntu 22.04 기준)
ROS 2를 사용하려면 먼저 우분투(Ubuntu) 리눅스가 설치되어 있어야 해.
ROS 2는 보통 Ubuntu 22.04 (Jammy) 버전에서 많이 사용돼.
ROS 2 설치 단계
1⃣ 설치 전 시스템 업데이트
먼저, 패키지를 최신 버전으로 업데이트해야 해.
sudo apt update && sudo apt upgrade -y
2⃣ 설치에 필요한 패키지 설치
ROS 2를 설치하려면 몇 가지 필수 패키지가 필요해.
sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe
3⃣ ROS 2 패키지 저장소 추가
ROS 2를 설치하기 위해 패키지 저장소를 추가해야 해.
sudo apt update && sudo apt install curl -y
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key | sudo aptkey add 4⃣ ROS 2 설치 이제 ROS 2를 설치할 차례야.
가장 많이 사용하는 데스크톱(Desktop) 버전을 설치해 보자.
sudo apt install ros-humble-desktop
(
참고: 2024년 현재 ROS 2의 최신 LTS 버전은 "Humble Hawksbill"이야.)
5⃣ 환경 변수 설정
설치가 완료되면, 터미널에서 ROS 2 명령어를 사용할 수 있도록 환경 변수를 설정해야
해.
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
설치 확인
ROS 2가 정상적으로 설치되었는지 확인하려면 다음 명령어를 실행해 봐.
ros2 --version
이제 ROS 2 설치가 완료되었어!
5.2 ROS 2 기본 실행 방법
이제 ROS 2의 기본 기능을 실행해 보자!
ROS 2에서 가장 먼저 실행해야 하는 것
ROS 1에서는 roscore를 실행해야 했지만,
ROS 2에서는 별도의 마스터 프로세스가 필요하지 않아.
즉, 바로 실행할 수 있어!
노드(Node) 실행하기
ROS 2에서는 노드(Node)가 로봇의 개별적인 기능을 담당해.
거북이 시뮬레이션 실행 (turtlesim)
거북이 로봇을 실행하는 간단한 시뮬레이션이야.
ros2 run turtlesim turtlesim_node
이 명령어를 실행하면 거북이 시뮬레이터 창이 뜰 거야.
노드(Node) 목록 확인
ROS 2에서 실행 중인 노드를 확인하려면 다음 명령어를 사용하면 돼.
ros2 node list
위 명령어를 실행하면 현재 실행 중인 노드의 이름이 출력될 거야.
토픽(Topic) 확인하기
토픽은 노드 간에 데이터를 주고받는 통로야.
1⃣ 현재 사용 중인 토픽 목록 보기
ros2 topic list
이 명령어를 실행하면 현재 사용 중인 토픽 목록이 나타날 거야.
2⃣ 특정 토픽의 메시지 확인 예를 들어, 거북이 시뮬레이터의 위치 정보를 확인하고 싶다
면?
ros2 topic echo /turtle1/pose
이 명령어를 실행하면 거북이의 위치(x, y)와 회전각(yaw) 정보가 계속 업데이트될 거야.
키보드로 거북이 움직이기
이제 거북이를 움직여 보자!
새로운 터미널을 열고 다음 명령어를 입력해.
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key
이제 키보드 화살표(↑ ↓ ← →)를 사용해서 거북이를 움직일 수 있어!
5.3 ROS 2에서 패키지 관리하기
ROS 2에서는 여러 개의 패키지(Package) 를 사용해 로봇을 개발해.
패키지는 코드, 실행 파일, 설정 파일 등이 포함된 단위야.
새로운 패키지 만들기
ros2 pkg create my_robot
위 명령어를 실행하면 my_robot이라는 새로운 패키지가 생성돼.
설치된 패키지 목록 보기
ros2 pkg list
이 명령어를 실행하면 현재 설치된 패키지들의 목록이 나타나.
6. 다음 학습 방향
ROS 2 설치 및 기본 실행 방법을 익혔어!
turtlesim을 실행하고, 노드 및 토픽을 확인하는 방법을 배웠어!
이제 직접 ROS 2 패키지를 만들어보고, 간단한 노드를 작성해보는 것이 목표야.
다음 단계에서는 **"Python 또는 C++을 이용해서 ROS 2 노드를 직접 만드는 법"**을 배
워볼 거야!
좋아! 이제 ROS 2에서 직접 노드를 만들어 실행하는 방법을 배워보자.
우리는 Python을 사용해서 ROS 2 노드를 작성할 거야!
7. ROS 2에서 Python 노드 작성하기
ROS 2에서는 Python 또는 C++ 언어로 노드를 만들 수 있어.
이번에는 Python을 사용해서 직접 노드를 만들어 실행하는 방법을 배워보자.
7.1 새로운 패키지 생성하기
ROS 2에서는 코드를 패키지 단위로 관리해.
그래서 새로운 기능을 만들 때는 새 패키지를 먼저 생성해야 해.
패키지 생성 명령어
먼저, 워크스페이스가 있어야 해. 기본적으로 ros2_ws라는 폴더 안에서 작업한다고 가정
할게.
1⃣ 워크스페이스 폴더로 이동
cd ~/ros2_ws/src
2⃣ 새로운 패키지 생성
ros2 pkg create --build-type ament_python my_robot_pkg
이 명령어를 실행하면 my_robot_pkg라는 새로운 패키지가 만들어질 거야.
생성된 패키지 구조
패키지를 만들면 다음과 같은 폴더가 생성돼:
my_robot_pkg/
│── package.xml
# 패키지 설정 파일
│── setup.py
# 패키지 설치 관련 파일
│── resource/
# 리소스 폴더
│── my_robot_pkg/
# Python 코드가 들어갈 폴더
│── test/
# 테스트 코드 폴더
우리는 my_robot_pkg 폴더 안에 새로운 Python 노드를 만들 거야.
7.2 Python 노드 작성하기
이제 직접 노드를 만들어서 실행해보자!
1⃣ Python 스크립트 만들기
패키지 폴더로 이동해서 Python 파일을 만들어 줘.
cd ~/ros2_ws/src/my_robot_pkg/my_robot_pkg
touch my_first_node.py
2⃣ Python 코드 작성
이제 my_first_node.py 파일을 열어서 아래 코드를 입력해 줘.
import rclpy
# ROS 2 라이브러리
from rclpy.node import Node
# 노드(Node) 클래스 사용
class MyFirstNode(Node): # 노드 클래스 정의
def __init__(self):
super().__init__('my_first_node') # 노드 이름 설정
self.get_logger().info("Hello, ROS 2 World! This is my first node.")
def main(args=None):
rclpy.init(args=args)
# ROS 2 초기화
node = MyFirstNode()
# 노드 객체 생성
rclpy.spin(node)
# 노드 실행 (계속 실행되도록)
node.destroy_node()
# 노드 종료
rclpy.shutdown()
# ROS 2 종료
if __name__ == '__main__':
main()
설명
•
rclpy: ROS 2의 Python 라이브러리.
•
Node: ROS 2의 기본 단위인 노드 클래스.
•
get_logger().info("메시지"): 로그 메시지 출력.
•
rclpy.spin(node): 노드를 계속 실행시키는 역할.
7.3 실행 가능하도록 설정하기
Python 스크립트는 실행 권한을 줘야 실행할 수 있어.
1⃣ 실행 권한 추가
chmod +x my_first_node.py
2⃣ setup.py 수정 setup.py 파일을 열고, 아래처럼 entry_points를 추가해 줘.
entry_points={
'console_scripts': [
'my_first_node = my_robot_pkg.my_first_node:main',
],
},
3⃣ 빌드(Build) 이제 패키지를 빌드해야 실행할 수 있어.
cd ~/ros2_ws
colcon build
빌드가 끝나면, 새로 빌드된 패키지를 사용하기 위해 환경 변수를 설정해 줘야 해.
source install/setup.bash
7.4 노드 실행하기
이제 우리가 만든 첫 번째 ROS 2 노드를 실행해보자!
ros2 run my_robot_pkg my_first_node
출력 결과
[INFO] [my_first_node]: Hello, ROS 2 World! This is my first node.
축하해! 이제 ROS 2에서 Python으로 직접 만든 노드를 실행할 수 있어!
8. 다음 학습 방향
ROS 2에서 새로운 패키지를 만들고 Python으로 노드를 작성했어!
빌드하고 실행하는 방법도 배웠어!
이제 "노드 간 통신(토픽, 서비스, 액션)"을 배워야 해!
다음에는 **노드 간 메시지를 주고받는 방법(토픽, 서비스, 액션)**을 배워볼 거야!
좋아! 이제 **ROS 2에서 노드 간 통신 방법(토픽, 서비스, 액션)**을 배워보자.
이 부분이 중요한 이유는 ROS 2에서 노드들은 독립적으로 실행되지만, 서로 데이터를
주고받으며 협력해야 하기 때문이야.
9. ROS 2 노드 간 통신
ROS 2 에서는 노드 간 데이터를 주고받는 방식으로 세 가지 방법이 있어:
1. 토픽(Topic) → 실시간 데이터 스트리밍 (예: 센서 데이터, 로봇 위치 정보)
2. 서비스(Service) → 요청-응답 방식 (예: 특정 명령 수행 요청)
3. 액션(Action) → 비동기 명령 처리 (예: 로봇 팔이 특정 동작 수행 후 결과 반환)
이제 하나씩 차근차근 살펴볼게!
9.1 토픽(Topic) - 노드 간 메시지 송수신
토픽이란?
토픽(Topic)은 한 노드가 데이터를 발행(Publish)하면, 다른 노드가 구독(Subscribe)하는
방식으로 동작해.
예를 들면:
•
센서 노드 → /sensor_data 토픽에 센서 값을 발행(Publish)
•
제어 노드 → /sensor_data 토픽을 구독(Subscribe)하여 센서 값을 받아 로봇을
제어
토픽 구조
[Publisher 노드] → (토픽) → [Subscriber 노드]
토픽 확인하기
1⃣ 현재 실행 중인 모든 토픽 확인
ros2 topic list
출력 예시:
/parameter_events
/rosout
/turtle1/cmd_vel
/turtle1/pose
2⃣ 특정 토픽의 메시지 확인 (예: 거북이 위치 정보)
ros2 topic echo /turtle1/pose
출력 예시:
x: 5.544445
y: 5.544445
theta: 0.000000
linear_velocity: 0.000000
angular_velocity: 0.000000
이제 우리가 직접 퍼블리셔(Publisher)와 서브스크라이버(Subscriber) 노드를 만들어
보자!
9.2 퍼블리셔(Publisher) 노드 작성하기
퍼블리셔 노드는 특정 데이터를 발행(Publish) 하는 역할을 해.
1⃣ Python 스크립트 생성
cd ~/ros2_ws/src/my_robot_pkg/my_robot_pkg
touch my_publisher.py
2⃣ 퍼블리셔 코드 작성
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String # 문자열 메시지 타입 사용
class MyPublisher(Node):
def __init__(self):
super().__init__('my_publisher') # 노드 이름 설정
self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'my_topic', 10) # 토픽 생성
self.timer = self.create_timer(1.0, self.publish_message) # 1 초마다 실행되는
타이머
self.count = 0
def publish_message(self):
msg = String()
msg.data = f'Hello ROS 2! Count: {self.count}'
self.publisher_.publish(msg) # 메시지 발행
self.get_logger().info(f'Published: {msg.data}')
self.count += 1
def main(args=None):
rclpy.init(args=args)
node = MyPublisher()
rclpy.spin(node)
node.destroy_node()
rclpy.shutdown()
if __name__ == '__main__':
main()
9.3 서브스크라이버(Subscriber) 노드 작성하기
퍼블리셔가 보낸 데이터를 받아서 출력하는 서브스크라이버를 만들어 보자.
1⃣ Python 스크립트 생성
cd ~/ros2_ws/src/my_robot_pkg/my_robot_pkg
touch my_subscriber.py
2⃣ 서브스크라이버 코드 작성
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String # 문자열 메시지 타입 사용
class MySubscriber(Node):
def __init__(self):
super().__init__('my_subscriber') # 노드 이름 설정
self.subscription = self.create_subscription(
String, 'my_topic', self.listener_callback, 10)
self.subscription # 변수를 유지해야 함
def listener_callback(self, msg):
self.get_logger().info(f'Received: {msg.data}') # 메시지 출력
def main(args=None):
rclpy.init(args=args)
node = MySubscriber()
rclpy.spin(node)
node.destroy_node()
rclpy.shutdown()
if __name__ == '__main__':
main()
9.4 실행하기
이제 우리가 만든 퍼블리셔와 서브스크라이버 노드를 실행해 보자!
1⃣ 빌드(Build)
cd ~/ros2_ws
colcon build
source install/setup.bash
2⃣ 퍼블리셔 실행
ros2 run my_robot_pkg my_publisher
3⃣ 새로운 터미널에서 서브스크라이버 실행
ros2 run my_robot_pkg my_subscriber
출력 결과 퍼블리셔 터미널:
[INFO] [my_publisher]: Published: Hello ROS 2! Count: 0
[INFO] [my_publisher]: Published: Hello ROS 2! Count: 1
[INFO] [my_publisher]: Published: Hello ROS 2! Count: 2
서브스크라이버 터미널:
[INFO] [my_subscriber]: Received: Hello ROS 2! Count: 0
[INFO] [my_subscriber]: Received: Hello ROS 2! Count: 1
[INFO] [my_subscriber]: Received: Hello ROS 2! Count: 2
성공적으로 토픽 통신을 구현했어!
10. 다음 학습 방향
토픽을 사용하여 노드 간 데이터를 주고받는 방법을 배웠어!
퍼블리셔(Publisher)와 서브스크라이버(Subscriber)를 직접 만들어 실행했어!
이제 "서비스(Service)와 액션(Action) 활용법"을 배워볼 거야!
다음 단계에서는 서비스(Service)를 사용하여 요청-응답 방식의 통신을 구현하는 방법을
배울 거야.
궁금한 점 있으면 언제든지 질문해 줘!