초기 개발 배경

ROS (Robot Operating System)는 2007년에 Willow Garage라는 로봇 연구소에서 시작되었다. Willow Garage는 로봇 연구를 위한 공통 소프트웨어 프레임워크가 필요하다는 인식 하에, 로봇 연구자들이 쉽게 접근하고 사용할 수 있는 툴을 제공하고자 하였다. 이러한 환경에서 ROS가 탄생하게 된 것이다. ROS는 원래 PR2라는 Willow Garage의 개인 서비스 로봇 플랫폼을 위한 소프트웨어 프레임워크로 개발되었다.

ROS는 로봇 소프트웨어의 모듈화와 재사용성을 강조하며, 다음과 같은 주요 목표를 가지고 있다.

  1. 코드 재사용성: 로봇 소프트웨어는 여러 연구기관에서 다양한 목적을 위해 개발되고 있으며, 연구자들은 기존의 코드를 다시 사용하고 쉽게 수정할 수 있어야 한다.
  2. 하드웨어 추상화: 다양한 로봇 플랫폼에서 동일한 소프트웨어를 사용할 수 있도록, 하드웨어에 의존하지 않는 소프트웨어 설계가 필요하다.
  3. 오픈 소스 기반: 로봇 연구자들이 ROS의 소스 코드를 자유롭게 사용할 수 있도록 오픈 소스로 제공함으로써 연구와 개발 속도를 높이는 것을 목표로 하였다.

이러한 초기 목표는 ROS의 지속적인 발전과 더불어 커뮤니티의 성장에 중요한 역할을 하였다. 특히 오픈 소스 모델 덕분에 전 세계의 다양한 연구자들이 ROS의 발전에 기여할 수 있게 되었다.

ROS의 발전과 확장

ROS는 그 이후로 많은 진화 과정을 겪었다. 초기에는 Willow Garage의 프로젝트로 시작되었지만, 이후 다양한 연구 기관과 기업에서 ROS를 채택하고 확장하게 되면서 ROS는 단순한 실험적 도구를 넘어, 로봇 소프트웨어의 표준으로 자리 잡게 되었다.

ROS는 계속해서 업데이트와 확장이 이루어졌으며, 여러 버전이 배포되었다. 각각의 버전은 특정 동물 이름을 코드네임으로 사용하고 있으며, ROS 1 시리즈는 기본적으로 한 개의 마스터 노드를 사용하여 여러 노드 간의 통신을 중앙에서 관리하는 구조였다.

ROS1의 한계

ROS1은 많은 장점을 가지고 있었으나, 몇 가지 중요한 한계점을 가지고 있었다.

이러한 한계점들을 보완하기 위해 ROS2가 개발되었으며, ROS2는 처음부터 이러한 문제들을 해결할 수 있도록 설계되었다.

ROS2의 등장과 발전

ROS1에서 나타난 여러 문제점들을 해결하기 위해 ROS2의 개발이 시작되었다. ROS2는 처음부터 더 넓은 범위의 로봇 플랫폼과 응용을 염두에 두고 설계되었다. ROS2는 원래 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)의 지원을 받아 시작되었으며, 특히 실시간 시스템, 분산 시스템, 멀티 플랫폼 지원에 중점을 두고 개발되었다.

주요 발전 사항

  1. 분산 시스템 지원
    ROS1은 단일 마스터 노드를 기반으로 했지만, ROS2는 분산 시스템 아키텍처를 지원하도록 설계되었다. 이는 ROS2가 중앙 노드에 의존하지 않고, 각 노드가 독립적으로 통신할 수 있다는 것을 의미한다. 이를 통해 더 안정적이고 확장 가능한 로봇 시스템을 구축할 수 있게 되었다.

  2. 실시간 성능 강화
    ROS2는 실시간 작업을 지원하도록 설계되었다. 실시간성을 위해 DDS(Data Distribution Service)를 통신 미들웨어로 사용하여, 각 노드 간의 통신에서 발생할 수 있는 지연 시간을 줄이고, 실시간 시스템에서도 안정적인 동작을 보장할 수 있다.

특히, ROS2에서는 Quality of Service (QoS) 정책을 통해 통신의 신뢰성, 대역폭, 지연 시간 등을 세밀하게 조정할 수 있어, 실시간 성능을 필요로 하는 애플리케이션에서 매우 유용하다.

  1. 멀티 플랫폼 지원
    ROS2는 다양한 운영 체제에서 구동될 수 있도록 설계되었다. ROS1은 주로 리눅스 기반의 운영 체제에서만 구동되었으나, ROS2는 Windows, macOS, 리눅스 등 다양한 플랫폼에서 실행 가능한다. 이를 통해 ROS2는 산업용 로봇, 임베디드 시스템, 그리고 데스크탑 환경에서도 쉽게 사용할 수 있게 되었다.

DDS의 도입

ROS2에서 가장 큰 변화 중 하나는 DDS(Data Distribution Service)의 도입이다. DDS는 미들웨어로서 노드 간의 데이터 교환을 효율적으로 관리하는 데 사용된다. 기존의 ROS1은 자체적인 통신 방식을 사용했으나, DDS는 산업 표준으로서 이미 다양한 분야에서 실시간 데이터 교환에 사용되고 있었기 때문에 ROS2에서 이를 채택하게 되었다.

DDS는 퍼블리셔-서브스크라이버 모델을 기반으로 하며, 각 데이터의 중요도와 전송 빈도에 따라 다양한 QoS (Quality of Service) 정책을 설정할 수 있다. 예를 들어, 실시간성이 중요한 센서 데이터는 더 높은 우선순위와 더 짧은 지연 시간을 요구할 수 있으며, DDS는 이를 설정에 따라 자동으로 관리한다.

ROS2의 모듈화 및 확장성

ROS2는 보다 모듈화된 구조로 개발되어 확장성이 매우 뛰어난다. 각 컴포넌트는 독립적으로 동작하며, 시스템의 요구에 따라 쉽게 교체하거나 확장할 수 있다. 예를 들어, 로봇의 특정 하드웨어에 맞춘 드라이버를 쉽게 추가하거나, 특정 기능에 대한 패키지를 다른 ROS2 시스템에 재사용할 수 있다.

ROS2의 모듈화는 특히 큰 규모의 로봇 시스템이나, 다양한 환경에서 동작해야 하는 로봇에 매우 유리한다. 여러 하드웨어 플랫폼에서 동일한 ROS2 패키지를 사용할 수 있고, 새로운 하드웨어가 도입되더라도 소프트웨어를 크게 수정하지 않고 적응할 수 있는 유연성을 제공한다.

ROS2의 커뮤니티와 생태계 확장

ROS2는 ROS1에서 구축된 커뮤니티와 생태계를 이어받아 더욱 발전시켰다. 수많은 개발자, 연구자, 기업들이 ROS2의 발전에 기여하고 있으며, 특히 산업계에서 ROS2의 사용이 급격히 증가하고 있다. 이는 ROS2의 실시간 성능과 안정성, 그리고 멀티 플랫폼 지원 덕분에 더욱 다양한 분야에 적용될 수 있기 때문이다.

ROS2의 산업적 적용

ROS1은 주로 연구와 교육 분야에서 많이 사용되었지만, ROS2는 설계 초기부터 산업적 용도로도 활용될 수 있도록 개발되었다. 특히, ROS2는 실시간 요구 사항을 만족시키고, 다양한 하드웨어 플랫폼을 지원하며, 분산 시스템에서 확장성을 가질 수 있도록 설계되어 자율 주행 자동차, 제조 로봇, 드론 등 여러 산업 분야에서 사용되고 있다.

자율 주행 자동차

ROS2는 자율 주행 자동차 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 자율 주행 자동차는 실시간으로 다량의 센서 데이터를 처리하고, 빠른 결정을 내려야 하기 때문에 실시간 시스템 지원이 필수적이다. ROS2는 실시간 성능을 보장할 수 있도록 설계되었으며, 특히 DDS를 통한 실시간 통신이 자율 주행 시스템의 핵심 구성 요소로 자리 잡았다.

또한, ROS2는 자율 주행 시스템에서 분산 처리가 가능한데, 이는 차량의 여러 센서와 프로세서가 동시에 동작하며 데이터를 교환할 수 있도록 돕는다. ROS2의 QoS 정책을 통해 각 센서 데이터의 중요도를 설정할 수 있으며, 이를 통해 중요한 데이터는 더 빠르고 신뢰성 있게 처리될 수 있다.

제조 로봇

제조 산업에서도 ROS2의 사용이 증가하고 있다. 제조 로봇은 빠르고 정밀한 동작이 요구되며, 다수의 로봇이 협업하여 작업하는 환경에서 로봇 간의 통신이 매우 중요하다. ROS2는 이러한 환경에서 로봇 간의 통신을 효율적으로 관리할 수 있으며, 특히 분산 시스템을 통해 여러 로봇이 동시에 작업을 수행할 수 있도록 지원한다.

ROS2의 모듈화된 아키텍처 덕분에, 새로운 제조 환경에 맞춰 소프트웨어를 쉽게 수정하고 확장할 수 있다. 또한, ROS2의 멀티 플랫폼 지원 덕분에, 제조 현장에서 사용하는 다양한 운영 체제와 하드웨어에 적응할 수 있어, 로봇 시스템의 통합이 용이한다.

드론 및 무인 시스템

드론이나 무인 시스템은 이동 중에도 실시간으로 데이터를 처리하고, 정확한 위치 및 상태 정보를 기반으로 동작해야 한다. ROS2는 이러한 요구를 만족시키기 위해 실시간 통신과 실시간 제어를 지원하며, 다양한 센서와 통합하여 드론이 환경을 인식하고 대응할 수 있도록 돕는다.

특히, 다중 노드를 사용하는 시스템에서 ROS2는 노드 간 통신 지연을 최소화하고, QoS를 통해 각 데이터의 신뢰성을 보장할 수 있어, 드론 제어 및 경로 계획에서 중요한 역할을 하고 있다. ROS2는 또한, 다양한 드론 하드웨어 플랫폼에 쉽게 이식될 수 있으며, 드론 개발자들이 손쉽게 ROS2를 적용할 수 있는 환경을 제공한다.

ROS의 미래

ROS는 계속해서 발전 중이며, 특히 ROS2는 더 많은 기능과 성능 향상을 통해 다양한 로봇 응용 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. ROS2의 실시간성, 확장성, 안정성은 앞으로도 더욱 강화될 것이며, 산업 및 연구 분야에서의 사용은 계속해서 증가할 것이다.

또한, ROS2는 오픈 소스 소프트웨어로서 전 세계의 많은 연구자와 개발자가 지속적으로 기여하고 있다. 이로 인해 ROS 생태계는 더욱 빠르게 성장하고 있으며, 새로운 기술과 요구 사항을 반영한 기능들이 지속적으로 추가되고 있다.

ROS의 역사는 그 자체로 로봇 공학의 발전과 맞물려 있으며, 앞으로의 발전 가능성 역시 매우 높다.