개요

ROS2에서 파라미터 서버는 노드 간의 상태와 값을 동적으로 관리하는 중요한 기능이다. 파라미터는 노드의 설정 값을 조정하거나 런타임 동안 특정 동작을 제어하는 데 사용되며, 노드 간에 공유될 수 있다. ROS1과는 달리, ROS2에서는 파라미터 서버라는 별도의 엔티티가 존재하지 않으며, 각 노드가 자체적으로 파라미터 서버 역할을 수행하게 된다.

ROS2의 파라미터는 노드의 설정을 동적으로 변경할 수 있으며, 이는 로봇 운영 체제에서 다양한 시나리오에 따라 필요한 설정을 실시간으로 수정할 수 있는 강력한 기능을 제공한다.

파라미터의 개념

파라미터는 ROS2에서 특정 노드의 동작을 제어하는 데 필요한 값들을 말한다. 이 값들은 정적이거나 동적으로 설정될 수 있다. 기본적으로 파라미터는 다음과 같은 데이터 타입을 지원한다:

예를 들어, 로봇의 센서 주기나 제어 주기를 파라미터로 설정하면, 이를 통해 시스템의 성능을 동적으로 조정할 수 있다.

파라미터의 사용법

파라미터 선언

파라미터는 노드 내에서 선언되어야 하며, 노드가 실행되기 전에 해당 파라미터들이 초기화된다. ROS2에서 파라미터를 선언하는 일반적인 방법은 다음과 같다:

this->declare_parameter("param_name", default_value);

여기서 "param_name"은 파라미터의 이름을, default_value는 초기 값을 나타낸다.

예를 들어, 제어 주기를 설정하는 파라미터를 선언하는 코드는 다음과 같다:

this->declare_parameter("control_period", 0.01);

파라미터 값 가져오기

파라미터 값을 가져오는 방법은 get_parameter 함수를 사용하는 것이다. 선언된 파라미터의 값을 가져오려면 아래와 같은 코드를 사용한다:

this->get_parameter("param_name", variable);

예를 들어, 앞서 선언한 제어 주기의 파라미터 값을 가져오려면 다음과 같은 코드를 사용할 수 있다:

double control_period;
this->get_parameter("control_period", control_period);

이 코드를 통해 노드 실행 중에 control_period라는 파라미터의 값을 받아올 수 있다.

파라미터의 동적 재설정

ROS2에서는 파라미터를 동적으로 변경할 수 있으며, 이를 통해 런타임 중에도 노드의 동작을 유연하게 제어할 수 있다. 파라미터 값을 동적으로 변경하려면 다음과 같은 명령어를 터미널에서 사용할 수 있다:

ros2 param set /node_name param_name new_value

이 명령어는 노드 이름, 파라미터 이름, 새로운 값으로 구성된다. 예를 들어, 제어 주기를 0.05로 변경하려면 다음과 같이 명령어를 입력할 수 있다:

ros2 param set /control_node control_period 0.05

파라미터를 동적으로 설정하면, 시스템의 성능이나 동작을 실시간으로 조정할 수 있는 강력한 유연성을 제공한다.

파라미터 목록 보기

현재 설정된 모든 파라미터의 목록을 확인하려면 다음 명령어를 사용할 수 있다:

ros2 param list /node_name

이를 통해 특정 노드에 선언된 모든 파라미터를 볼 수 있다. 예를 들어, control_node의 모든 파라미터 목록을 보려면 다음과 같이 명령어를 입력할 수 있다:

ros2 param list /control_node

파라미터의 유효성 검사

파라미터 값을 설정할 때, 특정 조건을 만족해야만 설정이 가능한 경우가 있다. 이러한 유효성 검사는 노드가 파라미터 값을 설정할 때 검증하는 방식을 사용한다. 예를 들어, 파라미터 값이 음수가 아닌지 확인할 수 있다.

rcl_interfaces::msg::SetParametersResult result;
result.successful = true;
result.reason = "Parameter is valid.";

if (param_value < 0) {
    result.successful = false;
    result.reason = "Value cannot be negative.";
}
return result;

이 코드를 사용하여 특정 파라미터의 값이 조건을 만족하지 않으면 설정되지 않도록 할 수 있다.

파라미터 변경 콜백 함수

파라미터가 동적으로 변경될 때, 노드에서 해당 변화를 감지하고 처리하는 방법이 필요하다. 이를 위해 파라미터 변경 시 호출되는 콜백 함수를 설정할 수 있다. 이 콜백 함수는 파라미터가 변경될 때마다 호출되어 새로운 파라미터 값을 처리할 수 있게 한다.

파라미터 변경 콜백을 설정하는 방법은 다음과 같다:

this->set_on_parameters_set_callback(
    [this](const std::vector<rclcpp::Parameter> & parameters)
    {
        for (const auto & param : parameters)
        {
            if (param.get_name() == "control_period")
            {
                double new_value = param.as_double();
                if (new_value < 0)
                {
                    RCLCPP_WARN(this->get_logger(), "control_period cannot be negative.");
                    return rcl_interfaces::msg::SetParametersResult{
                        false, "Invalid value for control_period"};
                }
                control_period_ = new_value;
                RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "control_period set to: %f", new_value);
            }
        }
        return rcl_interfaces::msg::SetParametersResult{true, ""};
    });

이 코드에서 set_on_parameters_set_callback 함수는 파라미터가 변경될 때 호출되는 콜백을 설정한다. 콜백 함수 안에서는 파라미터가 "control_period"인지 확인한 후, 새로운 값이 적절한지 검증하고, 검증이 통과되면 새로운 값으로 업데이트한다.

파라미터 변경 이벤트 처리

파라미터 변경 이벤트를 처리하는 것은 시스템의 유연성을 높이는 중요한 방법 중 하나다. 파라미터의 변경은 시스템의 동작을 실시간으로 수정하는 역할을 하므로, 잘 설계된 이벤트 처리는 안정적인 동작을 보장한다. 콜백 함수를 통해 파라미터가 유효한지 확인하고, 파라미터 값이 유효하지 않은 경우 경고 메시지를 출력하거나 에러 처리를 할 수 있다.

파라미터 값이 변경되었을 때, 이를 기반으로 필요한 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 주기가 변경되면 제어 루프의 동작을 실시간으로 수정하는 기능을 추가할 수 있다. 이때, 파라미터 값에 대한 유효성 검사를 반드시 거쳐야 하며, 부적절한 값이 들어왔을 때 이를 거부할 수 있도록 시스템을 설계해야 한다.

파라미터 변경 시 시스템 반응

파라미터가 변경되면 시스템이 해당 값에 반응하는 방식은 다양하다. 예를 들어, 제어 시스템에서 제어 주기 파라미터가 변경되면, 그 즉시 새 값에 따라 주기가 변경되어야 한다. 이때, 변경된 값이 유효하지 않으면 시스템의 안정성을 저해할 수 있으므로, 적절한 유효성 검사를 통과한 값만 반영되도록 해야 한다.

파라미터 서버를 이용해 시스템의 런타임 설정을 동적으로 변경할 수 있는 점은 실시간 시스템에서 특히 유용하다. ROS2에서는 이러한 파라미터 서버 기능을 통해 다양한 설정을 노드 내에서 간편하게 관리할 수 있으며, 런타임 중에도 필요한 경우 파라미터를 즉시 변경할 수 있어 유연성을 높인다.

파라미터 서버의 장점

파라미터 서버를 활용하면 다음과 같은 장점들이 있다: - 유연한 시스템 동작: 파라미터를 통해 시스템의 다양한 설정을 변경할 수 있어 런타임 중에도 시스템 동작을 유연하게 제어할 수 있다. - 모듈화: 노드 간 파라미터를 공유하거나 독립적으로 관리할 수 있어 모듈화된 시스템을 구현할 수 있다. - 실시간 대응: 실시간 시스템에서 파라미터 변경에 즉시 대응할 수 있어 빠르고 유연한 제어가 가능하다.

파라미터 서버를 잘 활용하면 복잡한 시스템에서도 설정값을 쉽게 관리하고, 시스템의 유연성을 극대화할 수 있다.