카메라 센서 설정

카메라 센서를 설정할 때, SDF에서 주로 사용되는 요소는 <sensor> 태그이며, type 속성으로 카메라를 명시할 수 있다. 기본적으로 SDF에서 카메라 센서는 3D 환경을 시뮬레이션하고 이미지 데이터를 생성하는 역할을 한다.

<sensor name="camera" type="camera">
  <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <!-- 카메라의 위치와 방향 -->
  <camera>
    <horizontal_fov>1.047</horizontal_fov> <!-- 수평 시야각 (라디안) -->
    <image>
      <width>800</width> <!-- 이미지의 가로 픽셀 수 -->
      <height>600</height> <!-- 이미지의 세로 픽셀 수 -->
      <format>R8G8B8</format> <!-- 이미지 형식 (RGB) -->
    </image>
    <clip>
      <near>0.1</near> <!-- 근거리 절단면 -->
      <far>100</far> <!-- 원거리 절단면 -->
    </clip>
  </camera>
  <update_rate>30</update_rate> <!-- 카메라 업데이트 속도 (Hz) -->
</sensor>

카메라의 주요 파라미터는 pose, horizontal_fov, image, 그리고 clip이다. pose는 카메라의 위치와 방향을 나타내며, 일반적으로 로봇의 특정 링크에 상대적으로 설정된다. horizontal_fov는 카메라의 수평 시야각을 정의하며, 라디안 단위로 설정된다.

image 태그에서는 카메라가 생성하는 이미지의 해상도를 설정할 수 있으며, width와 height는 각각 가로와 세로 픽셀 수를 의미한다. 마지막으로 clip에서는 카메라가 처리할 수 있는 근거리와 원거리 절단면을 설정할 수 있다. 근거리 절단면은 카메라의 가장 가까운 인식 범위, 원거리 절단면은 가장 먼 인식 범위를 뜻한다.

LIDAR 센서 설정

LIDAR 센서는 3D 환경에서 거리 데이터를 수집하는 역할을 한다. LIDAR는 각도와 범위 데이터를 수집하며, 주로 거리 측정 및 3D 맵 생성에 사용된다. SDF에서 LIDAR 센서를 설정하는 방법은 다음과 같다.

<sensor name="lidar" type="ray">
  <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <!-- LIDAR의 위치와 방향 -->
  <ray>
    <scan>
      <horizontal>
        <samples>1080</samples> <!-- 수평 방향 스캔 샘플 수 -->
        <resolution>1</resolution> <!-- 해상도 -->
        <min_angle>-1.57</min_angle> <!-- 최소 각도 (라디안) -->
        <max_angle>1.57</max_angle> <!-- 최대 각도 (라디안) -->
      </horizontal>
      <vertical>
        <samples>1</samples> <!-- 수직 방향 스캔 샘플 수 -->
        <min_angle>0</min_angle> <!-- 수직 최소 각도 -->
        <max_angle>0</max_angle> <!-- 수직 최대 각도 -->
      </vertical>
    </scan>
    <range>
      <min>0.1</min> <!-- 최소 감지 거리 -->
      <max>30.0</max> <!-- 최대 감지 거리 -->
      <resolution>0.01</resolution> <!-- 거리 해상도 -->
    </range>
  </ray>
  <update_rate>40</update_rate> <!-- LIDAR 업데이트 속도 (Hz) -->
</sensor>

LIDAR 센서의 중요한 설정 중 하나는 ray 태그이다. 이 태그는 레이저 스캔과 관련된 설정을 포함하며, scan과 range의 세부 설정이 포함된다.

수평 방향 스캔(horizontal)에서 samples는 LIDAR가 수집하는 수평 샘플의 수를 나타내며, min_angle과 max_angle은 LIDAR의 수평 스캔 각도를 설정한다. 예를 들어, 위 코드에서는 -1.57에서 1.57 라디안까지의 범위로 스캔을 수행하며, 이는 약 180도의 스캔 범위를 의미한다.

또한, range 태그에서는 LIDAR의 감지 가능한 최소 거리와 최대 거리를 설정할 수 있으며, resolution은 감지 거리의 정밀도를 나타낸다.

IMU 센서 설정

IMU(관성 측정 장치) 센서는 가속도계, 자이로스코프, 그리고 종종 자기 센서로 구성되어 로봇의 3축 가속도와 각속도를 측정한다. IMU 센서를 SDF에서 설정하는 예시는 다음과 같다.

<sensor name="imu" type="imu">
  <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <!-- IMU의 위치와 방향 -->
  <imu>
    <angular_velocity>
      <x>
        <noise type="gaussian">
          <mean>0.0</mean> <!-- x축 각속도의 평균값 -->
          <stddev>0.01</stddev> <!-- x축 각속도의 표준 편차 -->
        </noise>
      </x>
      <y>
        <noise type="gaussian">
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </y>
      <z>
        <noise type="gaussian">
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </z>
    </angular_velocity>
    <linear_acceleration>
      <x>
        <noise type="gaussian">
          <mean>0.0</mean> <!-- x축 가속도의 평균값 -->
          <stddev>0.1</stddev> <!-- x축 가속도의 표준 편차 -->
        </noise>
      </x>
      <y>
        <noise type="gaussian">
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.1</stddev>
        </noise>
      </y>
      <z>
        <noise type="gaussian">
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.1</stddev>
        </noise>
      </z>
    </linear_acceleration>
  </imu>
  <update_rate>100</update_rate> <!-- IMU 업데이트 속도 (Hz) -->
</sensor>

IMU 센서 설정에서 중요한 요소는 각속도(angular_velocity)와 선형 가속도(linear_acceleration)의 노이즈 설정이다. 각 축(x, y, z)에 대해 노이즈가 추가될 수 있으며, 일반적으로 가우시안 노이즈가 적용된다. mean은 각속도 또는 가속도의 평균값을 나타내며, stddev는 표준 편차를 나타낸다. 이 값들은 센서 데이터의 불확실성을 시뮬레이션할 때 유용하다.

IMU 센서에서 중요한 파라미터는 다음과 같다: - pose: 센서의 위치와 방향을 나타낸다. - angular_velocity: 각속도 데이터를 출력하는 설정으로, 노이즈 파라미터를 포함한다. - linear_acceleration: 선형 가속도 데이터를 출력하는 설정으로, 마찬가지로 노이즈 파라미터를 포함한다. - update_rate: 센서의 업데이트 속도를 설정하며, Hz 단위로 설정된다.

초음파 센서 설정

초음파 센서는 물체와의 거리를 측정하는데 사용되며, 특히 장애물 회피와 근거리 탐지에서 유용하다. SDF에서 초음파 센서를 설정하는 방법은 다음과 같다.

<sensor name="sonar" type="sonar">
  <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <!-- 초음파 센서의 위치와 방향 -->
  <sonar>
    <range>
      <min>0.02</min> <!-- 최소 감지 거리 (m) -->
      <max>4.0</max> <!-- 최대 감지 거리 (m) -->
      <resolution>0.01</resolution> <!-- 거리 해상도 -->
    </range>
    <radius>0.05</radius> <!-- 감지 범위의 반경 -->
  </sonar>
  <update_rate>20</update_rate> <!-- 초음파 센서 업데이트 속도 (Hz) -->
</sensor>

초음파 센서의 중요한 설정 요소는 range와 radius이다. range는 초음파 센서가 감지할 수 있는 최소 거리와 최대 거리를 나타내며, resolution은 측정 거리의 정밀도를 나타낸다. radius는 초음파의 감지 범위를 설정하며, 보통 원형의 범위 내에서 물체를 감지한다.

초음파 센서는 주로 로봇 주변의 장애물을 감지하고, 근거리에서의 정확한 거리 데이터를 제공하는데 사용된다. 센서의 업데이트 속도(update_rate)는 거리 데이터를 얼마나 자주 갱신할 것인지를 결정한다.

자이로센서와 가속도계 설정

가속도계와 자이로센서는 로봇의 자세를 추정하는 데 필수적인 역할을 한다. 가속도계는 로봇의 선형 가속도를 측정하고, 자이로센서는 각속도를 측정하여 회전 운동을 감지한다.

자이로센서의 경우 각 축에서의 회전 속도를 측정하며, 가속도계는 축 방향으로의 가속도를 측정한다. SDF에서는 다음과 같이 자이로센서와 가속도계를 설정할 수 있다.

<sensor name="gyro_accel" type="imu">
  <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <!-- IMU의 위치와 방향 -->
  <imu>
    <angular_velocity>
      <noise type="gaussian">
        <mean>0.0</mean>
        <stddev>0.01</stddev> <!-- 각속도의 표준편차 -->
      </noise>
    </angular_velocity>
    <linear_acceleration>
      <noise type="gaussian">
        <mean>0.0</mean>
        <stddev>0.1</stddev> <!-- 가속도의 표준편차 -->
      </noise>
    </linear_acceleration>
  </imu>
  <update_rate>100</update_rate> <!-- 자이로 및 가속도계 업데이트 속도 (Hz) -->
</sensor>

이 설정은 자이로와 가속도계의 동작을 시뮬레이션할 때 중요한 변수들을 다룬다. 가우시안 노이즈는 센서 데이터의 불확실성을 반영하기 위해 추가된다. update_rate는 센서 데이터가 갱신되는 빈도를 나타내며, 높은 주파수로 설정하는 것이 일반적이다.