ROS2 이론 정리

ROS2 이론 정리: 구조와 핵심 개념

1. ROS2는 분산형 로봇 소프트웨어 시스템의 표준

2. DDS 기반 통신 구조와 모듈화된 구성 요소를 통해 확장성과 실시간성을 제공

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❓ ROS란?

ROS(Robot Operating System)는
로봇 애플리케이션을 쉽게 개발할 수 있도록 지원하는 오픈소스 미들웨어 프레임워크

• '운영체제(OS)'라는 이름이 붙어 있지만 실제로는 분산형 메시지 기반 미들웨어
• 센서, 제어기, 알고리즘 등을 모듈화하고 Node 간 통신을 자동화하는 데 초점

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🌱 ROS1 vs ROS2

항목	ROS1	ROS2
통신 방식	TCP/UDP 기반 (ROSMaster 필요)	DDS 기반 (분산 시스템)
실시간성	낮음	RTOS/실시간 대응
보안/확장성	한계 있음	QoS, 보안, 멀티플랫폼 강화
플랫폼	리눅스 중심	리눅스, 윈도우, macOS, RTOS
지원 종료	2025년 ROS1 Noetic EOL 예정	장기 유지 중 (LTS 중심)

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🧩 ROS2의 핵심 구성 요소

1. Node

• 로직 단위 실행 유닛 (ex. 센서 노드, 제어 노드)
• 하나의 실행 파일 내에 여러 Node 포함 가능

2. Topic

• Publisher → 데이터를 발행
• Subscriber → 데이터를 수신
• 비동기, 단방향 메시지 통신

3. Service

• 요청(Request)과 응답(Response) 구조
• 동기 통신 방식

4. Action

• 장기 작업 처리용 인터페이스
• 진행률(feedback), 결과(result), 취소(cancel) 지원

5. Parameter

• 런타임 중 노드 동작 설정값을 변경 가능
• ros2 param 명령으로 조회/변경 가능

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🔧 개발 도구/환경

도구	설명
colcon	빌드 및 패키지 관리 도구 (colcon build)
ros2 CLI	ros2 run, ros2 topic, ros2 service 등 명령어
launch 파일	여러 노드 실행을 한 번에 설정
rviz2	시각화 도구
rqt	GUI 기반 디버깅 도구
tf2	로봇 프레임(좌표계) 전파 관리

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📦 패키지 구조 예시

my_robot_package/
├── package.xml       # 패키지 메타 정보
├── CMakeLists.txt    # 빌드 설정
├── src/              # 노드 코드 (C++/Python)
├── launch/           # 실행 설정 파일
└── msg/ / srv/       # 사용자 정의 메시지/서비스

 

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🔄 ROS2 메시지 구조 예시

Python 예제 (Publisher)

import rclpy
from std_msgs.msg import String

def main():
    rclpy.init()
    node = rclpy.create_node("talker")
    pub = node.create_publisher(String, "chatter", 10)
    msg = String()
    msg.data = "Hello ROS2!"
    pub.publish(msg)
    rclpy.shutdown()

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💡 ROS2의 장점

• 분산 시스템: 중앙 노드 없이 동작 (ROSMaster 없음)
• QoS 지원: 통신 신뢰성 조절 가능
• 실시간성 대응: RTOS, embedded 환경 대응
• 보안 (SROS2): DDS 기반 암호화 및 인증 지원
• 멀티 언어 지원: C++, Python, Rust 등

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⚠️ 학습/실전 시 유의점

• colcon과 ament_cmake 빌드 시스템에 익숙해져야 함
• 노드, 토픽, 메시지 간 이름 충돌을 방지하기 위해 네임스페이스 관리 필요
• TF2, QoS, Lifecycle 같은 고급 개념은 별도 학습 필요

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📝 결론

• ROS2는 현대적인 로봇 소프트웨어 개발을 위한 표준 플랫폼
• Node-Topic-Service-Action-Launch 구조를 이해하면 대부분의 프로젝트에 적용 가능
• ROS1보다 강력하지만, 설정과 구조가 조금 더 엄격해 학습 곡선은 다소 있음