ROS

오픈소스

meta OS

meta OS : HW 위에 기존 OS가 있는 상태에서 그 위에 올라가는 OS.

이 기종 device 간의 통신 지원

Communication Infra

1. Message Parsing 기능 : Sensor data protocol 제공
2. Message 기록 및 재생 기능 : 같은 환경에서 반복 실험 가능
3. 다양한 Programming Language 지원 : roscpp, rospy, roslisp, rosjava, ...
4. 분산 매개 변수 system : 다시 빌드하지 않아도 외부에서 parameter를 조절 가능

로봇 관련 다양한 기능

1. 로봇에 대한 표준 Message 정의 : camera, IMU, Lidar 등의 Sensor 표준 Message를 정의하여 모듈화, 협업 유도
2. 로봇 기하학 Library : Robot, Sensor 등의 상대적 좌표를 트리화시키는 tf 제공
3. 로봇 기술 언어 : 로봇의 물리적 특성 설명하는 XML 문서 기술(urdf 형식)
4. 센싱 / 인식 : 센서 드라이버, 센싱/인식 레벨의 Library 제공
5. Navigation : 로봇의 포즈 추정, 지도 내의 자기 위치 추정 제공 (SLAM, Navigation Library)
6. Manipulation : 로봇 암에 사용되는 IK, FK를 포함한 다양한 Manipulation Library 제공

다양한 개발 도구

1. Command-Line Tools : GUI 없이 명령어 만으로 거의 모든 ROS 기능 소화 가능
2. RQT :
   • Node와 그들 사이의 연결정보 표시,
   • 시간이 지남에 따라 변화하는 숫자 plotting,
   • data를 message 형태로 기록하고 재생
3. RViz
   • 강력한 3D 시각화 Tool 제공
   • Sensor data 시각화
4. Gazebo
   • 물리 엔진 탑재, 3차원 Simulator
   • ROS와 매우 높은 호환성

ROS 기본 용어

Node

• Node
  • 최소 단위의 실행 가능한 processor를 가리키는 용어.
    하나의 실행 가능한 Program으로 생각하면 된다.
  • ROS에서는 최소한의 실행단위로 Program으로 나누어 작업하게 된다.
  • 각 node는 message communication으로 data를 주고 받는다.

Package

• Package : 하나 이상의 node, node 실행을 위한 정보 등을 묶어 놓은 것.

Message

• Message
  • Messsage를 통해 Node간의 data를 주고받게 된다.
  • Message는 integer, floating point, boolean과 같은 변수 형태이다.
  • Lidar data의 경우 PointClound2와 같은 규격화된 message type을 주고 받을 수 있다.

Topic, Publisher, Subscriber

• Topic
  • Message의 일종
  • Publisher Node(=Talker)가 하나의 Topic을 Master에 등록한 후,
    Topic에 대한 정보를 Message 형태로 발행한다.
    이 Topic을 수신하기 원하는 Subscriber Node(=Listener)는
    Master에 등록된 Topic의 이름에 해당되는
    Publisher Node의 정보를 받고, 이 정보를 기반으로
    Subscriber-Publisher가 직접 연결하여 Message를 송/수신하게 된다.
    
  • 1:1 뿐만 아니라 broadband로 한 node가 topic을 Publish하면, 공개적으로 ROS 상에 topic이 떠다니게 된다. 따라서 1:N 통신도 가능하다.
    

Service, Service Server, Service Client

• Service
  • 경우에 따라 요청과 응답이 함께 사용되는 동기 방식의 Message 교환 방식도 필요하다.
  • Service는 Topic과 달리 1회성 Message 통신으로 Service의 요청과 응답이 완료되면,
    연결된 두 Node의 접속은 끊긴다.
• Service Server : 요청을 입력으로 받고, 응답을 출력하는 Server 역할.
• Service Client : 요청을 출력으로 하고, 응답을 입력으로 받는 Client 역할.

➡️ Sensor data는 Real Time이 중요한데,
Service는 요청과 응답에서 발생하는 Time Delay가 치명적이기 때문에
Service보다는 Topic 형태의 Message를 사용한다.

실습

• 실습 내용

  • 차량으로 인천대학교 주변을 돌며 GPS, Lidar Sensor를 이용하여 data 수집
  • Ubuntu에 ROS 설치 후, bag file 다루기 (Rviz)
  • matlab의 ros toolbox를 사용하여 bag file을 load하고
    GPS data plotting, Lidar Data plotting ➡️ 차량 이동 경로 확인 (유사 SLAM)

• https://github.com/LeeHyungSeop/3-1_SensorAndActuator/tree/main/07weeth_Lidar
  https://github.com/LeeHyungSeop/3-1_SensorAndActuator/tree/main/HW_02