Robotics : ROS

로봇 운영체제 ROS

• ROS?
  • 오픈 소스 기반
    • BSD 레벨(ROS1), 커머셜 제품도 문제가 안됨
  • 모든 로봇에 사용할 수 있는 운영체제
  • meta-operating system
    • 일종의 framework, tool, middleware라 봐야함
    • 기존의 운영체제를 사용하는 형태
  • 협업을 위해 만들어진 컨셉
  • 이기종 디바이스 간 통신이 기본임
    • ROS1은 약하나 ROS2는 잘 됨
    • 복수 대의 로봇 활용이 가능
  • 기업체에서 우분투 커스터마이징 후 재배포 시 canonical을 지워야 함
    • 리눅스 민트/데비안를 추천
• ROS 구성
  • client layer
    • 다양한 프로그램을 지원 (c++, python이 메인, 최근은 nodejs가 떠오름)
    • matlab, labview 역시 지원됨
  • robotics application
    • navigation, slam 등을 지원
  • robotics application framework
    • navigation, slam 등에 대한 component
  • communication layer
    • ROS1은 TCP가 기본
    • 통신 기반에 대한 것이 모여있음
  • Hardware Interface Layer
    • 모터, 레이저, IMU 등의 센서에 대한 인터페이스
  • Software Development Tools
    • 패키지 관리, 시각화 관리 등의 툴을 제공
  • Simulation
    • 3차원 시뮬레이터 gazebo 지원
• ROS 특징
  1. 통신 기능
     • 노드 : 하나의 프로그램
     • 노드 간 통신 제공
     • 메시지 기록 & 재생 가능
       • 받는 메시지를 전부 레코딩 및 재현 가능
  2. 로봇 관련 다양한 기능
     • 표준 메시지 정의
     • 로봇 기하학 라이브러리 : 로봇 joint 같은 것
  3. 다양한 개발 도구

ROS의 중요 컨셉

• 용어
  • Node
    • 최소 단위의 실행 가능한 프로세스
    • 기능을 별개로 작성하고 실행 시 같이 실행시킴
      • 메시지로 이벤트가 실행될 것이기 때문에 실행 순서는 상관없음
      • 자동적으로 순차가 되어감
  • Package
    • 노드들을 묶어 놓은 것
  • Message
    • 노드 간 데이터 주고 받는 방식
    • 타임스탬프가 찍힘
      • 어느 시간, 어느 노드로부터 찍혔는지 나옴
    • 메시지의 크기는 크게 만들 수 있음
  • Topic
    • 메세지를 주고 받음
    • 단방향이 특징
    • 연속성을 가짐 (멈추기 전까지 데이터를 계속 보냄) ex. 센서 데이터
    • 1:N, N:1, N:N 통신 가능
  • Service
    • client ; 서비스를 요청
    • sever : 요청 받은 것을 처리
    • Topic과 다르게 양방향 (A->B->A)
    • 요청을 처리 후에는 접속이 끊김
  • Action
    • server : 중간 중간에 피드백을 전달, 마지막일 때 결과 전달
      • 복잡한 task 일 때 많이 쓰임
    • 엄밀히 말하면 topic(???)
  • roscore
    • ros master
    • 파라미터 서버
    • 로그 기록기
    • 어디서 실행시키는 것이 중요, 이 코어만 죽이면 모든 로봇 구동이 죽음
    • 한 네트워크 당 master 1개
    • 보안에 취약
      • 컨트롤 부분을 빼앗길 수도 있음
      • ROS2에서 해당 부분이 고쳐짐
  • Name

    • 고유의 식별자

      ROS + 임베디드 시스템

      Rosserial

• 중계자 역할을 하는 패키지
• 아두이노, 라즈베리파이에 메시지를 serial로 변환해 보냄
• server, client로 구성
• 제약사항
  • 메모리 사이즈가 매우 작아 publisher, subscriber 개수 정해야함 (약 5개)
  • 32비트로 변환해 연산해야 함

OpenCR

• ROS를 사용하기 위해 만들어진 보드
• 부족한 메모리 문제를 해결
• 터틀봇이 이 보드를 사용하여 구동됨