목적

이 책의 주된 목적은 URDF(Unified Robot Description Format)를 사용하여 로봇 시뮬레이션을 효율적으로 설계하고 구현하는 방법을 학습하는 데 있다. 많은 로봇 개발자들은 물리적 로봇을 제작하기 전에 가상 환경에서 설계한 모델을 테스트하고 시뮬레이션한다. 이때, URDF는 로봇의 구조, 물리적 특성, 시각적 요소, 센서와의 상호작용 등을 정의하는 표준적인 형식으로 사용된다.

이 책에서는 URDF뿐만 아니라 SDF(Software Description Format)와 xacro(XML Macros)를 사용하여 복잡한 로봇 모델을 더욱 쉽게 정의하고 시뮬레이션할 수 있는 방법도 다룬다. 따라서 독자들은 기본적인 로봇 구조부터 센서 통합, 물리 엔진 설정, 자율 주행 로봇 시뮬레이션까지 다양한 수준에서의 시뮬레이션을 구현할 수 있을 것이다.

또한, 이 책은 ROS(Robot Operating System)와 Gazebo 시뮬레이터를 통해 로봇 모델을 테스트하고 개선하는 데 중점을 둔다. URDF와 Gazebo를 활용하여 로봇 시뮬레이션 환경을 구축하는 과정에서 발생할 수 있는 문제점들을 해결하고, 실제 환경에서 로봇 개발 시 맞닥뜨릴 수 있는 다양한 도전 과제들에 대한 해법도 제시한다.

대상 독자

이 책은 로봇 공학에 대한 기본 지식을 이미 갖추고 있는 독자를 대상으로 한다. 독자들은 다음과 같은 기본 배경 지식을 가지고 있으면 본 책을 더욱 효과적으로 활용할 수 있다.

• 기본 프로그래밍 능력: 특히 Python 또는 C++과 같은 언어를 사용할 수 있어야 한다. 본 책에서는 URDF 및 Gazebo 시뮬레이션 환경에서 로봇 제어와 관련된 코드를 작성하는 방법을 다루기 때문에, 이를 이해하기 위한 기본적인 프로그래밍 능력이 필요하다.

• 로봇 공학 기초: 로봇의 링크와 조인트, 센서와의 상호작용, 동역학 및 운동학에 대한 기본적인 이해가 필요하다. 예를 들어, 링크와 조인트의 정의, 로봇 팔의 자유도(Degree of Freedom, DoF), 로봇의 조인트 운동 등을 이해할 수 있어야 한다.

• 수학적 배경: 로봇 공학에서 많이 사용되는 기초적인 선형대수학 및 물리학적 개념을 이해할 수 있어야 한다. 특히, 벡터 및 행렬을 다루는 능력이 중요하다. 예를 들어, 로봇의 위치를 나타내는 벡터 $\mathbf{p}$, 로봇의 회전 행렬 $\mathbf{R}$, 관성 모멘트를 나타내는 $\mathbf{I}$ 등을 이해할 수 있어야 한다.

• ROS 사용 경험: ROS(Robot Operating System)에 대한 기본적인 사용 경험이 있는 독자에게 적합하다. ROS는 로봇 소프트웨어 개발의 사실상 표준으로 자리 잡았으며, URDF와의 통합이 중요한 역할을 한다. 이 책에서는 URDF와 ROS의 통합을 설명하고 있으므로, ROS 환경에서의 노드 관리, 메시지 전달, 패키지 관리 등의 기본 개념을 이해하고 있는 것이 도움이 될 것이다.

• Gazebo 시뮬레이터 경험: Gazebo는 로봇 시뮬레이션을 위한 강력한 도구로, URDF 또는 SDF를 사용하여 로봇과 환경을 시뮬레이션할 수 있다. 이 책에서는 Gazebo에서의 시뮬레이션 방법에 대해 다루기 때문에, 기본적인 Gazebo 환경 설정 및 사용법에 대한 사전 지식이 있다면 본 책을 학습하는 데 더욱 효과적이다.

이 책의 활용 방법

독자는 URDF, SDF, xacro를 이용하여 점진적으로 복잡한 로봇 모델을 설계하는 방법을 학습하게 될 것이다. 각 장에서는 이론적인 설명과 함께 실제 코드를 작성하여 테스트해 볼 수 있는 실습을 제공한다. 이를 통해 독자들은 개념을 더 깊이 이해하고, 이를 실제 프로젝트에 적용할 수 있게 될 것이다.

• 실습 중심의 학습: 본 책의 각 장은 개념적인 설명에 그치지 않고, 실습 중심으로 구성되어 있다. 독자들은 책에서 제공하는 예제를 따라 직접 URDF 파일을 작성하고 Gazebo에서 로봇 모델을 시뮬레이션하게 될 것이다.

• 문제 해결 능력 향상: URDF와 Gazebo를 사용한 시뮬레이션 환경에서 발생할 수 있는 여러 가지 문제점들을 실습을 통해 다루게 된다. 이 과정에서 발생할 수 있는 오류나 문제들을 해결하는 방법도 함께 제공될 것이다.

• 단계적 접근: 이 책은 기초부터 고급까지 단계적으로 다룬다. URDF의 기본 개념을 학습한 후, 점차적으로 SDF와 xacro의 사용법을 익히고, 나아가 복잡한 로봇 시스템을 모델링하는 방법까지 습득하게 될 것이다.