필수 사전 지식

리눅스 및 운영 체제 기본 지식

ROS2는 주로 리눅스(Ubuntu) 환경에서 사용되며, 리눅스 명령어와 운영 체제에 대한 기본적인 이해가 필요하다. ROS2 설치, 패키지 관리, 환경 설정 등에서 리눅스 명령어를 자주 사용하므로, 이를 잘 이해하고 있어야 한다.

프로그래밍 언어 (C++ 및 Python)

ROS2는 C++(rclcpp)와 Python(rclpy)을 주로 사용하여 노드(Node)를 작성한다. 두 언어 중 하나 또는 둘 다에 대한 이해가 필요하다. 특히, 고성능 패키지 개발 시 C++이 선호되며, 간단한 구현이나 테스트에는 Python이 유용하게 사용된다.

CMake

ROS2 는 CMakeLists.txt에 기술하고 colcon을 통해 빌드 하게 된다. CMake에 대한 이해와 사용법이 필요하다.

• CMake의 사용법은 이 도서관의 프로그래밍 > C++ > CMake 에 별도로 정리해 두었다.

네트워크 통신 개념

ROS2는 DDS(데이터 분산 서비스) 프로토콜을 기반으로 하여 분산 시스템에서 노드 간 통신을 처리한다. 네트워크 통신의 기본 개념, QoS(품질 서비스) 설정 등은 ROS2의 노드, 토픽, 서비스, 액션 등 통신 구조를 이해하는 데 필수적이다.

로봇 공학 및 제어 이론

ROS2는 로봇 시스템과의 통신 및 제어에 사용되므로, 로봇 공학의 기본 개념을 이해하는 것이 필요하다. 특히 URDF와 로봇 모델링을 사용하여 로봇의 구조를 정의하고 제어할 때 기초적인 로봇 공학 이론이 필수이다.

알고리즘 및 자료구조

ROS2에서 여러 작업을 수행할 때 효율적인 알고리즘과 자료 구조를 이해하고 사용하는 것이 중요하다. 예를 들어, Behavior Tree를 사용한 행동 계획이나 상태 관리, QoS 설정 시 자료 구조와 알고리즘을 활용해 성능을 최적화할 수 있다.

실시간 시스템 개념

ROS2는 실시간 시스템에서의 사용이 가능하므로, 생명주기 노드와 같은 실시간 시스템 요소를 이해하고 구현할 수 있어야 한다. 특히 노드 간 시간 동기화 및 지연 문제(Latency) 해결 방안은 실시간 로봇 제어에 중요한 요소이다.

Git 및 버전 관리 시스템

ROS2는 오픈 소스 생태계를 기반으로 하며, 패키지 배포나 관리, 개발자 협업 시 Git과 같은 버전 관리 시스템을 활용할 수 있어야 한다. 또한 ROS2 패키지 배포 및 오픈 소스 기여에 대한 이해도 중요하다.

선형 대수 및 수학적 모델링

로봇 제어, 센서 데이터 처리, 좌표 변환 등의 과정에서는 선형 대수와 수학적 모델링이 필수적이다. ROS2에서 TF2 좌표 변환이나 센서 데이터 처리 시에도 이러한 수학적 도구들이 필요하다. 특히 URDF나 로봇의 동작 시뮬레이션 시 로봇의 기하학적 모델링이 중요하다.

사전에 알면 도움이 되는 지식

ROS1 경험

ROS2는 ROS1과 여러 가지 차이점이 있으므로, ROS1에 대한 경험이 있다면 ROS2의 새로운 기능 및 차별점(예: 통신 아키텍처의 변화, 생명주기 관리 등)을 이해하는 데 유리한다. ROS1과 ROS2의 네임스페이스 및 리매핑, 서비스와 액션 구조 등의 차이를 이해하면 더욱 쉽게 적응할 수 있다.

로봇 시뮬레이션 도구

ROS2는 Gazebo, rviz2와 같은 시뮬레이션 및 시각화 도구와 함께 사용된다. 로봇 동작을 실제 환경에서 실험하기 전에 시뮬레이션에서 테스트할 수 있는 능력은 필수적이다. Gazebo와 같은 시뮬레이션 도구를 다룰 줄 알면 ROS2와의 통합 및 로봇 시스템을 효과적으로 개발하고 디버깅할 수 있다.

센서 및 액추에이터

ROS2는 다양한 센서(예: 카메라, 라이다, IMU)와 액추에이터(예: 모터, 로봇 팔)와의 통합을 지원한다. 센서 데이터를 처리하고 로봇의 액추에이터를 제어하는 방법을 알고 있다면, ROS2에서 해당 장치들과의 통신을 설정하고 이를 활용한 로봇 제어를 쉽게 다룰 수 있다.

데이터 처리 및 최적화 기술

ROS2는 대용량 센서 데이터(예: 이미지, 3D 점군) 처리와 통신 성능 최적화가 중요하다. QoS 설정이나 데이터 직렬화/역직렬화 과정에서 데이터 처리 및 최적화 기법을 이해하고 있다면 ROS2의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

분산 시스템 및 클라우드 컴퓨팅

ROS2는 여러 컴퓨터에서 노드가 실행되는 분산 시스템을 지원하며, 최근에는 클라우드 컴퓨팅과의 연계도 주목받고 있다. 여러 노드를 클러스터로 구성하거나 멀티 로봇 시스템을 제어할 때 분산 시스템의 개념을 이해하는 것이 필수적이다. 또한 클라우드 기반 로봇 시스템을 운영할 수 있는 능력도 중요하다.

보안 지식

ROS2는 SROS2를 통해 보안을 강화할 수 있다. 로봇 통신에서 암호화, 인증 및 무결성 검사 등을 지원하므로, 네트워크 보안에 대한 기본 지식이 있어야 한다. 로봇과의 통신에서 안전을 보장하려면 보안 기능을 설정하고 관리하는 것이 필수적이다.

실시간 프로그래밍

ROS2는 실시간 시스템에서도 사용될 수 있다. 실시간 성능 요구 사항을 충족시키기 위해 Real-Time Operating System (RTOS)와 같은 실시간 운영 체제를 사용할 수 있는 능력이 필요하다. 특히 RTOS에서 ROS2를 사용하는 경우, 실시간 제어에 대한 이해가 필수이다.