Booil Jung

ROS2 Humble 완전 정복

로봇 개발의 세계에 첫발을 내딛는 것을 환영한다. 수많은 기술과 프레임워크 속에서 길을 잃기 쉽지만, 현대 로봇 공학의 중심에는 ROS2(Robot Operating System 2)가 굳건히 자리 잡고 있다. 이 섹션에서는 ROS가 무엇인지, 그리고 왜 ROS1에서 ROS2로의 전환이 단순한 업데이트가 아닌 혁명적인 변화인지, 마지막으로 왜 우리가 ‘Humble Hawksbill’ 배포판으로 시작해야 하는지에 대해 깊이 파고들 것이다.

먼저 이름에 대한 오해부터 바로잡자. ROS는 ‘운영체제(OS)’라는 이름을 가지고 있지만, 윈도우나 리눅스 같은 전통적인 의미의 OS는 아니다.1 ROS는 로봇 애플리케이션 개발을 위한 오픈 소스 소프트웨어 프레임워크이자 미들웨어다.1 복잡한 로봇 시스템을 개발하는 과정을 더 쉽고 효율적으로 만들기 위해 탄생했다.3

로봇은 카메라, 라이다(LiDAR), 모터, 관성측정장치(IMU) 등 수많은 하드웨어 센서와 액추에이터, 그리고 이들을 제어하고 데이터를 처리하는 수많은 소프트웨어 알고리즘의 집합체다. ROS는 이처럼 각기 다른 구성 요소들을 표준화된 방식으로 연결하고 서로 통신하게 해주는 ‘접착제’ 역할을 한다. 개발자는 하드웨어 드라이버의 저수준(low-level) 구현에 신경 쓸 필요 없이, ROS가 제공하는 풍부한 라이브러리와 도구를 활용하여 로봇의 ‘지능’을 구현하는 데 집중할 수 있다.3

ROS2는 ROS1의 단순한 버전 업그레이드가 아니다.5 이는 로봇 기술의 적용 분야가 학술 연구를 넘어 실제 산업 현장으로 확장되면서 마주한 근본적인 한계들을 극복하기 위한 아키텍처의 전면적인 재설계다. ROS1이 주로 대학과 연구소 환경에서 단일 로봇 연구를 위해 탄생했다면 6, ROS2는 상업용 제품, 다중 로봇 시스템, 실시간 제어, 강화된 보안 등 산업계의 엄격한 요구사항을 충족시키기 위해 태어났다.6

이러한 변화의 배경에는 로봇 기술의 패러다임 전환이 있다. 더 이상 실험실의 연구 과제가 아닌, 공장, 물류창고, 도로, 심지어 우주에서까지 신뢰성과 안정성을 보장해야 하는 ‘제품’으로서의 로봇을 만들기 위한 필연적인 선택이었던 것이다. ROS2가 산업용 통신 미들웨어의 표준인 DDS를 핵심 아키텍처로 채택한 것은 이러한 변화를 상징적으로 보여준다. ROS2를 배운다는 것은 단순히 새로운 도구를 익히는 것을 넘어, 현대 로봇 산업의 표준을 이해하는 과정이다.

ROS1과 ROS2의 가장 근본적인 차이는 통신 아키텍처에 있다. ROS1은 roscore라는 중앙 집중식 마스터 노드에 모든 노드가 의존하는 ‘Master-Slave’ 구조였다.9 모든 노드는 시작할 때 마스터에 자신의 정보를 등록하고, 다른 노드의 정보를 마스터로부터 받아와야 통신이 가능했다. 이는 명백한 단점을 가졌는데, 바로 마스터가 다운되면 전체 로봇 시스템이 마비되는 단일 장애점(Single Point of Failure) 문제가 존재했다는 것이다.8

ROS2는 이 roscore를 과감히 제거했다.8 대신 산업 표준 통신 미들웨어인 DDS(Data Distribution Service)를 채택하여, 모든 노드가 서로를 자동으로 발견하고 직접 통신하는 완전한 분산 시스템(P2P, Peer-to-Peer)을 구현했다.5 이로 인해 특정 노드 하나가 중단되더라도 전체 시스템의 통신에는 영향을 미치지 않아 시스템의 강건성(robustness)이 획기적으로 향상되었다. 특히, 불안정한 무선 네트워크 환경에서 동작하는 다중 로봇 시스템이나 자율주행차 같은 애플리케이션에서 이점은 극대화된다.5

DDS 도입을 필두로, ROS2는 여러 방면에서 ROS1을 뛰어넘는 혁신을 이루었다.

항목 ROS1 ROS2 핵심 변화의 의미
아키텍처 중앙 집중형 (Master-Slave) 분산형 (Peer-to-Peer) 단일 장애점 제거, 시스템 안정성 및 확장성 증대
통신 미들웨어 TCPROS/UDPROS (자체 개발) DDS (산업 표준) 실시간성, 보안, QoS 등 검증된 산업용 기능 활용
실시간성 미지원 지원 (RTOS 및 RTPS 결합 시) 정밀 제어 및 안전 필수 시스템에 적용 가능
보안 취약 (인증/암호화 부재) 강화 (DDS-Security 기반) 상업용 제품 수준의 보안 요구사항 충족
플랫폼 지원 리눅스 중심 멀티 플랫폼 (리눅스, 윈도우, macOS) 개발 환경 및 적용 분야의 폭넓은 확장
클라이언트 라이브러리 roscpp, rospy 독립 개발 rcl 기반 계층 구조 언어 간 기능적 일관성 확보 및 신규 언어 지원 용이
빌드 시스템 Catkin Ament + Colcon 유연성 및 확장성 개선, Python 패키지 지원 강화
다중 로봇 지원 제한적 기본적으로 지원 다개체 로봇 시스템 개발의 용이성 증대

ROS2는 주기적으로 새로운 배포판(Distribution)을 릴리스한다. 배포판은 크게 두 종류로 나뉜다. 하나는 2년마다 출시되어 5년간 장기 지원되는 LTS(Long Term Support) 버전이고, 다른 하나는 6개월마다 새로운 기능이 추가되는 개발 버전(STS, Short Term Support)이다.18

Humble Hawksbill (험블 혹스빌)은 2022년 5월에 출시된 LTS 버전으로, 2027년 5월까지 공식 지원된다.9 입문자에게 LTS 버전을 강력히 추천하는 이유는 다음과 같다.

따라서, 지금 ROS2를 시작한다면 가장 안정적이고 성숙한 생태계를 갖춘 Humble과 Ubuntu 22.04 조합이 최상의 선택이다.

ROS2 시스템은 마치 레고 블록처럼 여러 개의 작은 부품들이 모여 거대한 구조물을 이루는 것과 같다. 이 ‘부품’에 해당하는 핵심 개념들을 이해하는 것은 ROS2의 작동 방식을 파악하는 첫걸음이다. 이 섹션에서는 노드, 토픽, 서비스, 액션, 파라미터라는 5가지 핵심 개념을 쉬운 비유를 통해 완벽하게 정복해 본다.

노드(Node)는 ROS2 시스템을 구성하는 가장 기본적인 실행 단위다.21 하나의 노드는 특정 임무를 수행하는 독립적인 프로그램(프로세스)이라고 생각하면 된다. 예를 들어, 로봇 청소기는 ‘카메라 센서에서 장애물 인식’, ‘바퀴 모터 제어’, ‘배터리 상태 관리’, ‘청소 경로 계획’ 등 여러 가지 기능을 동시에 수행해야 한다. ROS2에서는 이 각각의 기능을 별개의 노드로 구현한다.

하나의 C++ 또는 Python 실행 파일은 여러 개의 노드를 포함할 수도 있는데, 이를 컴포넌트(Component)라고 부른다.16 컴포넌트들은 동일한 프로세스 내에서 실행되므로 노드 간 통신 시 데이터 복사가 발생하지 않아 매우 효율적이다.

독립적인 노드들은 ROS 그래프(Graph)라는 가상의 네트워크를 통해 서로 정보를 주고받으며 협력한다.21 이 정보 교환 방식, 즉 노드 간의 ‘대화법’에는 크게 세 가지 종류가 있다. 어떤 대화법을 선택하느냐는 전달하려는 정보의 성격과 목적에 따라 달라진다.

이 세 가지 통신 방식의 구분은 단순히 기술적인 차이를 넘어, 로봇이 수행하는 작업의 ‘시간적 특성’과 ‘상호작용의 복잡성’에 따라 통신을 최적화하려는 ROS2의 깊은 설계 철학을 담고 있다. 로봇 시스템을 설계할 때 각 기능의 성격을 명확히 정의하고 그에 맞는 통신 방식을 선택하는 능력은 효율적이고 안정적인 시스템을 만드는 핵심 역량이다.

이론은 충분하다. 이제 직접 ROS2를 설치하고 개발 환경을 구축해 보자. 이 가이드는 ROS2 Humble과 가장 좋은 궁합을 자랑하는 Ubuntu 22.04 LTS(Jammy Jellyfish)를 기준으로 한다. 단계별 명령어를 그대로 따라 하면 누구나 쉽게 설치를 마칠 수 있다.

ROS2를 설치하기 전에, 우리 시스템이 ROS2를 맞이할 준비가 되었는지 확인해야 한다.

이제 본격적으로 ROS2 Humble을 설치할 차례다.

ROS2의 명령어(예: ros2 run)를 터미널에서 사용하려면, ROS2 환경이 설정되어 있어야 한다. 다음 명령어를 실행하여 환경을 설정할 수 있다.

source /opt/ros/humble/setup.bash

하지만 터미널을 새로 열 때마다 이 명령어를 입력하는 것은 매우 번거롭다. 이 과정을 자동화하기 위해, 터미널이 시작될 때마다 자동으로 실행되는 .bashrc 파일에 이 명령어를 추가하자.

echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc

이제 터미널을 새로 열면 자동으로 ROS2 환경이 설정된다.30

모든 설치가 성공적으로 끝났는지 확인해 보자. ROS2는 C++과 Python API가 모두 잘 작동하는지 간단히 테스트해볼 수 있는 예제 노드를 제공한다.

  1. 첫 번째 터미널을 열고 C++로 작성된 talker 노드를 실행한다. 이 노드는 “Hello World” 메시지를 주기적으로 발행(publish)한다.

    ros2 run demo_nodes_cpp talker

  2. 두 번째 터미널을 열고 Python으로 작성된 listener 노드를 실행한다. 이 노드는 talker가 발행하는 메시지를 구독(subscribe)하여 화면에 출력한다.

    ros2 run demo_nodes_py listener

첫 번째 터미널에 Publishing: [...] 메시지가 계속 출력되고, 두 번째 터미널에 I heard: [...] 메시지가 나타난다면, ROS2 Humble이 당신의 시스템에 성공적으로 설치된 것이다.20

ros-humble-desktop 버전을 설치하는 것은 단순히 편의를 위한 선택이 아니다. 이는 ROS2의 핵심 철학 중 하나인 ‘풍부한 도구 생태계(Tooling Ecosystem)’를 처음부터 경험하는 중요한 과정이다. ros-base만 설치하면 ROS2의 핵심 통신 기능만 사용할 수 있지만, ros-desktop에 포함된 RViz2, Gazebo, rqt_graph와 같은 도구들은 복잡한 로봇 시스템의 내부 동작을 시각적으로 분석하고 디버깅하는 데 필수적인 ‘인트로스펙션(Introspection)’ 도구들이다.35 ROS의 진정한 강력함은 개별 노드의 성능뿐만 아니라, 이처럼 시스템 전체를 조망하고 문제를 해결할 수 있는 도구 생태계에서 나온다. 따라서 입문자가 처음부터 이 도구들에 익숙해지는 것은, 단순히 예제를 따라 하는 것을 넘어 ROS 개발자처럼 생각하고 문제를 해결하는 방식을 배우는 첫걸음이 될 것이다.

ROS2 개발은 워크스페이스(Workspace)라는 특별한 디렉토리 안에서 이루어진다. 이곳은 당신의 모든 ROS2 프로젝트 소스 코드를 체계적으로 관리하고, colcon이라는 빌드 도구를 통해 컴파일하고 실행 가능한 형태로 만드는 공간이다. 이 섹션에서는 워크스페이스의 구조를 이해하고 빌드 과정을 마스터하여, 본격적인 개발을 위한 탄탄한 기초를 다진다.

워크스페이스는 ROS2 프로젝트를 위한 최상위 디렉토리다. 여러 개의 패키지(Package, ROS2 코드의 기본 단위)를 한 곳에서 관리하고 빌드하는 작업 공간이라고 생각하면 된다.38

colcon으로 빌드를 수행하면 워크스페이스 내부에 다음과 같은 표준 디렉토리들이 생성된다.

colcon은 ROS1의 catkin_make를 대체하는 ROS2의 표준 빌드 도구다.42

colcon의 핵심 역할은 워크스페이스 내의 여러 패키지들의 의존 관계를 자동으로 파악하여 올바른 순서대로 빌드해주는 것이다.44

빌드 과정은 간단하다:

  1. 워크스페이스의 최상위 디렉토리(예: ~/ros2_ws/)로 이동한다.
  2. 터미널에 colcon build 명령어를 입력한다.
  3. colcon은 src/ 디렉토리 안의 모든 패키지를 탐색한다.
  4. 각 패키지의 package.xml 파일을 읽어 패키지 간의 의존성을 분석하고, 빌드 순서를 결정한다. 예를 들어, 패키지 B가 패키지 A에 의존한다면, 반드시 패키지 A를 먼저 빌드한다.
  5. 결정된 순서에 따라 각 패키지를 빌드하고, 그 결과물을 build/와 install/ 디렉토리에 생성한다.

대규모 프로젝트를 다루거나 개발 속도를 높이기 위해 반드시 알아야 할 colcon의 핵심 옵션 두 가지가 있다.

ROS2 개발 환경은 계층 구조를 가진다. 우리가 apt로 설치한 기본 ROS2 시스템(예: /opt/ros/humble)을 언더레이(Underlay)라고 부른다.41 그리고 우리가 직접 만든 워크스페이스(예: ~/ros2_ws)는 이 언더레이 위에 쌓는 오버레이(Overlay)가 된다.9

터미널에서 source ~/ros2_ws/install/setup.bash 명령을 실행하면, 우리 시스템은 ~/ros2_ws 워크스페이스의 패키지를 /opt/ros/humble의 기본 패키지보다 우선적으로 찾게 된다. 이를 ‘오버레이가 언더레이를 가린다(shadows)’고 표현한다. 이 메커니즘을 통해 우리는 기존 ROS2 패키지의 기능을 수정하거나 확장하는 자신만의 버전을 만들어 테스트할 수 있다.

ROS2의 빌드 시스템은 ‘소스 코드’와 ‘설치된 실행 환경’을 명확히 분리하는 현대적인 소프트웨어 공학 원칙을 따른다. 이는 ROS1의 devel 공간이 야기했던 모호성을 해결한다. ROS1의 catkin은 devel이라는 공간을 만들어, 빌드 후 별도의 설치 과정 없이도 패키지를 사용할 수 있게 했다.10 이는 편리했지만, 소스 공간과 실제 실행 환경이 뒤섞여 패키지 의존성 관리를 복잡하게 만드는 원인이 되기도 했다. 반면, ROS2의 colcon은 이 devel 공간을 없애고, 모든 결과물을 install 공간에 명시적으로 설치하도록 강제한다.10 이는 ‘빌드’와 ‘설치’ 단계를 명확히 분리하여, 배포 및 의존성 관리를 훨씬 깔끔하고 예측 가능하게 만든다. 하지만 Python 코드나 설정 파일을 수정할 때마다 매번 빌드-설치 과정을 거치는 것은 번거로울 수 있다. 바로 이 지점에서 --symlink-install 옵션이 빛을 발한다. 이 옵션은 ROS2의 깔끔한 환경 분리 철학의 이점을 누리면서도, ROS1 devel 공간의 편리함(빠른 코드 수정 및 테스트)을 동시에 얻는 절묘한 타협점이다. 따라서 초보자는 colcon build --symlink-install을 항상 사용하는 습관을 들이는 것이 좋다.

이제 워크스페이스와 빌드 시스템에 대한 이해를 바탕으로, 우리만의 ROS2 패키지를 직접 만들어 볼 차례다. 패키지는 ROS2 코드와 관련 파일들을 담는 컨테이너로, ROS2 개발의 가장 기본적인 구성 단위다.

패키지는 ROS2 코드를 구성하는 기본 단위다. C++이나 Python 소스 코드, 런치 파일, 설정 파일, 메시지/서비스 정의 파일 등 프로젝트에 필요한 모든 자원을 하나의 논리적인 묶음으로 관리한다.45 잘 만들어진 패키지는 다른 사람들과 쉽게 공유하고 재사용할 수 있다.

모든 ROS2 패키지는 반드시 package.xml 파일을 포함해야 한다. 이 파일은 패키지의 ‘신분증’ 또는 ‘명세서’와 같다. 여기에는 다음과 같은 핵심 메타 정보가 담겨 있다 45:

package.xml과 빌드 파일(CMakeLists.txt 또는 setup.py)은 단순히 코드를 컴파일하기 위한 설정 파일이 아니다. 이것들은 당신의 코드가 colcon, rosdep, ros2 run 등 ROS2 생태계 전체와 ‘소통’하기 위한 표준화된 인터페이스다. 이 파일들을 정확하게 작성하는 것은 당신의 코드가 ROS2라는 거대한 생태계의 일부로서 제대로 기능하고, 다른 사람들과 협업하며, 재사용될 수 있도록 만드는 핵심적인 약속이다. 따라서 이 파일들의 중요성을 인지하고 꼼꼼하게 관리하는 습관을 들여야 한다.

매번 패키지 구조와 설정 파일을 수동으로 만드는 것은 번거롭다. ROS2는 ros2 pkg create라는 편리한 명령어를 제공하여 패키지의 기본 골격을 자동으로 생성해준다.46

먼저, 지난 섹션에서 만든 워크스페이스의 src 디렉토리로 이동한다.

mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src

C++로 퍼블리셔와 서브스크라이버 노드를 만들 cpp_pubsub이라는 이름의 패키지를 생성해 보자.

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 cpp_pubsub --dependencies rclcpp std_msgs

이번에는 Python으로 동일한 기능을 하는 py_pubsub 패키지를 생성해 보자.

ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0 py_pubsub --dependencies rclpy std_msgs

명령을 실행하면 src 디렉토리 안에 각 패키지 이름의 폴더가 생성되고, 그 안에 필요한 기본 파일들이 만들어진 것을 확인할 수 있다.

C++ 패키지의 빌드 과정은 CMakeLists.txt 파일에 의해 제어된다. ros2 pkg create로 생성된 기본 파일에 몇 가지를 추가해야 한다.

Python 패키지는 setuptools라는 표준 Python 도구를 사용하여 빌드 및 설치된다.52

setup.py 파일이 C++의 CMakeLists.txt와 유사한 역할을 한다.

setup.py 파일에서 가장 중요한 부분은 entry_points 섹션이다.53 이 섹션은 우리의 Python 스크립트를

ros2 run 명령어로 실행할 수 있는 ‘콘솔 스크립트’로 등록하는 역할을 한다.

entry_points={
    'console_scripts': [
        'talker = py_pubsub.talker_node:main',
        'listener = py_pubsub.listener_node:main',
    ],
},

위 예시는 ros2 run py_pubsub talker를 실행하면 py_pubsub 패키지 안의 talker_node.py 파일에 있는 main 함수를 실행하라고 알려주는 것이다. 이 설정을 통해 Python 스크립트는 ROS2 시스템의 정식 실행 파일로 취급된다.

이론과 설정은 충분하다. 이제 직접 코드를 작성하여 ROS2의 핵심 통신 방식인 퍼블리셔(Publisher)와 서브스크라이버(Subscriber)를 구현해 볼 시간이다. C++과 Python 두 가지 언어로 모두 작성해 보면서, 언어는 다르지만 그 안에 담긴 ROS2의 핵심 개념과 구조는 동일하다는 것을 느껴보자.

C++와 Python 코드는 표면적으로 문법은 다르지만, 내부적으로는 rclcpp::Node와 rclpy.node.Node, create_publisher, create_timer, spin 등 동일한 ROS2 핵심 개념과 디자인 패턴을 공유한다. 이는 ROS2의 계층적 아키텍처 덕분으로, 두 라이브러리 모두 내부적으로는 공통 C 라이브러리인 rcl을 호출하기 때문이다.10 따라서 특정 언어의 문법에 매몰되기보다, 두 언어에 공통적으로 나타나는 이 핵심 패턴을 파악하는 데 집중하는 것이 중요하다. 이 패턴을 한번 익히면, 한 언어를 배운 후 다른 언어로 쉽게 전환할 수 있다.

앞서 생성한 cpp_pubsub 패키지를 사용한다. ros2_ws/src/cpp_pubsub/src/ 디렉토리 안에 두 개의 C++ 파일을 생성하자.

이 노드는 0.5초마다 “Hello, world! [숫자]” 형태의 메시지를 topic이라는 이름의 토픽으로 발행한다.

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalPublisher()
  : Node("minimal_publisher"), count_(0)
  {
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    timer_ = this->create_wall_timer(
      500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
  }

private:
  void timer_callback()
  {
    auto message = std_msgs::msg::String();
    message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
    publisher_->publish(message);
  }
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
  rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
  size_t count_;
};

int main(int argc, char * argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

56

이 노드는 topic 토픽을 구독하고 있다가, 메시지가 들어오면 그 내용을 터미널에 출력한다.

#include <memory>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using std::placeholders::_1;

class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalSubscriber()
  : Node("minimal_subscriber")
  {
    subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
      "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));
  }

private:
  void topic_callback(const std_msgs::msg::String & msg) const
  {
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg.data.c_str());
  }
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
};

int main(int argc, char * argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalSubscriber>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

57

package.xml에 <depend>rclcpp</depend>와 <depend>std_msgs</depend>가 있는지 확인한다. CMakeLists.txt에는 다음과 같이 두 개의 실행 파일을 만들고 설치하도록 설정해야 한다.

#... (find_package for rclcpp and std_msgs)

add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

add_executable(listener src/subscriber_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
  talker
  listener
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

#... (ament_package())

57

이번에는 py_pubsub 패키지를 사용한다. ros2_ws/src/py_pubsub/py_pubsub/ 디렉토리 안에 두 개의 Python 파일을 생성하자.

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String

class MinimalPublisher(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_publisher')
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'topic', 10)
        timer_period = 0.5  # seconds
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        self.i = 0

    def timer_callback(self):
        msg = String()
        msg.data = 'Hello World: %d' % self.i
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)
        self.i += 1

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_publisher = MinimalPublisher()
    rclpy.spin(minimal_publisher)
    minimal_publisher.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

58

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String

class MinimalSubscriber(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_subscriber')
        self.subscription = self.create_subscription(
            String,
            'topic',
            self.listener_callback,
            10)
        self.subscription  # prevent unused variable warning

    def listener_callback(self, msg):
        self.get_logger().info('I heard: "%s"' % msg.data)

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_subscriber = MinimalSubscriber()
    rclpy.spin(minimal_subscriber)
    minimal_subscriber.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

58

package.xml에 <exec_depend>rclpy</exec_depend>와 <exec_depend>std_msgs</exec_depend>가 있는지 확인한다. setup.py의 entry_points를 다음과 같이 설정하여 두 스크립트를 실행 파일로 등록한다.

entry_points={
    'console_scripts': [
        'talker = py_pubsub.publisher_member_function:main',
        'listener = py_pubsub.subscriber_member_function:main',
    ],
},

58

  1. 워크스페이스의 루트(~/ros2_ws)로 이동하여 두 패키지를 빌드한다.

    colcon build --packages-select cpp_pubsub py_pubsub

    62

  2. 첫 번째 터미널을 열고, 워크스페이스 환경을 설정한 뒤 C++ 퍼블리셔를 실행한다.

    source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run cpp_pubsub talker

  3. 두 번째 터미널을 열고, 환경 설정 후 Python 서브스크라이버를 실행한다.

    source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run py_pubsub listener

    두 번째 터미널에서 첫 번째 터미널이 보내는 메시지를 수신하는 것을 확인할 수 있다. 반대로 Python 퍼블리셔와 C++ 서브스크라이버를 실행해도 동일하게 통신이 이루어진다. 이는 ROS2가 언어에 구애받지 않고 통신할 수 있음을 보여준다.62

ROS2 개발은 코드 작성만큼이나 시스템의 상태를 확인하고 디버깅하는 과정이 중요하다. ROS2는 이를 위해 강력하고 다양한 명령줄 인터페이스(CLI) 도구를 제공한다. 이 도구들을 능숙하게 사용하는 것은 개발 효율을 비약적으로 향상시킨다. 이 섹션에서는 가장 필수적인 CLI 명령어들을 마스터하여, 복잡한 로봇 시스템의 내부를 손바닥 보듯 들여다보는 능력을 기른다.

모든 ROS2 명령어는 ros2로 시작하며, 다음과 같은 일관된 구조를 가진다.65

ros2 [arguments]

어떤 명령어나 동사를 사용해야 할지 헷갈릴 때는, 명령어 뒤에 -h 또는 --help를 붙이면 상세한 도움말을 볼 수 있다.66

ROS2 CLI 도구들은 단순히 개별 기능을 제공하는 것을 넘어, 서로 유기적으로 연결되어 ‘탐색 –» 분석 –» 테스트’라는 체계적인 디버깅 워크플로우를 형성한다. 예를 들어, 로봇이 이상하게 움직일 때, 먼저 ros2 node list와 ros2 topic list로 시스템의 전체적인 구조를 파악하고(‘탐색’), 의심스러운 노드나 토픽을 ros2 node info와 ros2 topic info로 상세히 들여다본다(‘분석’). 데이터 자체에 문제가 있다고 판단되면 ros2 topic echo로 실제 값을 확인하고, ros2 topic pub으로 정상적인 값을 직접 주입해보며 문제를 국소화한다(‘테스트’). 이 워크플로우를 익히는 것이 단순히 명령어 목록을 암기하는 것보다 훨씬 중요하다.

구분 명령어 설명 사용 예시
노드 ros2 run 패키지의 실행 파일을 실행하여 노드를 시작한다. ros2 run turtlesim turtlesim_node
  ros2 node list 현재 실행 중인 모든 노드의 목록을 보여준다. ros2 node list
  ros2 node info 특정 노드의 상세 정보(Pub/Sub, Service 등)를 보여준다. ros2 node info /turtlesim
토픽 ros2 topic list 활성화된 모든 토픽 목록을 보여준다. (-t로 타입 표시) ros2 topic list -t
  ros2 topic echo 특정 토픽의 메시지 내용을 실시간으로 출력한다. ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel
  ros2 topic pub 명령줄에서 토픽으로 메시지를 직접 발행한다. ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "{linear: {x: 1.0}}"
  ros2 topic info 특정 토픽의 정보(타입, Pub/Sub 수)를 보여준다. ros2 topic info /turtle1/cmd_vel
서비스 ros2 service list 사용 가능한 모든 서비스 목록을 보여준다. ros2 service list
  ros2 service call 명령줄에서 서비스를 호출하고 응답을 받는다. ros2 service call /clear std_srvs/srv/Empty
액션 ros2 action list 사용 가능한 모든 액션 목록을 보여준다. ros2 action list
파라미터 ros2 param list 특정 노드의 모든 파라미터 목록을 보여준다. ros2 param list /turtlesim
  ros2 param get 특정 파라미터의 값을 읽는다. ros2 param get /turtlesim background_g
  ros2 param set 특정 파라미터의 값을 실시간으로 변경한다. ros2 param set /turtlesim background_r 150

백문이 불여일견(百聞不如一見). 복잡한 로봇 시스템을 개발할 때, 수많은 숫자와 텍스트 로그만으로는 시스템이 어떻게 동작하는지 직관적으로 파악하기 어렵다. 이때 RViz2와 Gazebo는 우리의 눈이 되어준다. RViz2는 보이지 않는 데이터를 시각화하고, Gazebo는 실제 로봇 없이도 가상 환경에서 로봇을 테스트할 수 있게 해준다. 이 둘의 조합은 현대 로봇 개발의 핵심 워크플로우를 완성한다.

RViz2는 ROS2 데이터를 3D 공간에 시각화하는 매우 강력한 도구다.37 RViz2를 통해 우리는 다음과 같은 것들을 눈으로 직접 확인할 수 있다.

RViz2를 처음 실행하면 다소 복잡해 보일 수 있지만, 핵심적인 몇 가지 요소만 이해하면 금방 익숙해질 수 있다.37

Gazebo는 물리 엔진을 갖춘 고성능 3D 로봇 시뮬레이터다.83 비싸고 파손 위험이 있는 실제 로봇 없이도, 가상 환경에서 로봇 모델을 움직여보고 센서 데이터를 생성하며 알고리즘을 안전하고 빠르게 테스트할 수 있다.

Gazebo는 그 자체로 독립적인 시뮬레이션 프로그램이지만, ROS2와 데이터를 주고받으며 긴밀하게 연동될 수 있다. 이 둘을 연결하는 핵심적인 다리 역할을 하는 것이 바로 ros_gz_bridge 패키지다.84

Gazebo는 자체적인 통신 시스템인 ‘Gazebo Transport’를 사용하고, ROS2는 DDS를 사용한다. ros_gz_bridge는 이 두 개의 서로 다른 통신 시스템 사이에서 메시지를 번역하고 전달해주는 역할을 한다. 예를 들어, Gazebo 시뮬레이터의 가상 라이다 센서가 생성한 데이터를 ROS2의 sensor_msgs/msg/LaserScan 타입의 토픽으로 변환하여 발행해주거나, ROS2 노드가 발행한 geometry_msgs/msg/Twist 타입의 속도 제어 명령을 Gazebo의 로봇 모델에 전달하여 움직이게 할 수 있다.84

RViz2와 Gazebo의 연동은 ‘시뮬레이션 기반 개발(Simulation-driven Development)’이라는 현대 로봇 개발의 핵심 워크플로우를 가능하게 한다. 과거에는 로봇 알고리즘을 개발하고 테스트하려면 항상 실제 로봇 하드웨어가 필요했다. 이는 비용과 시간이 많이 들고, 테스트 중 하드웨어 파손의 위험도 컸다. 하지만 이제는 Gazebo를 통해 물리적으로 정확한 가상 로봇으로 알고리즘을 충분히 테스트하고, RViz2를 통해 시뮬레이션 내부에서 보이지 않는 데이터(센서 값, 좌표계, 계획된 경로 등)를 시각화하며 알고리즘이 의도대로 작동하는지 직관적으로 디버깅할 수 있다. 이렇게 시뮬레이션 환경에서 충분히 검증된 소프트웨어를 실제 로봇에 적용함으로써, 개발 비용과 시간을 획기적으로 줄이고 안전성을 높일 수 있다. 이 워크플로우를 이해하고 활용하는 것은 로봇 개발자로서 반드시 갖춰야 할 역량이다.

지금까지 ROS2의 기본적인 사용법을 익혔다. 하지만 진정한 전문가로 성장하기 위해서는 그 내부 동작 원리에 대한 깊은 이해가 필요하다. 이 마지막 섹션에서는 ROS2 통신의 심장인 DDS, 통신의 품질을 제어하는 QoS, 그리고 고성능 로봇 시스템의 필수 조건인 실시간성이라는 세 가지 고급 주제를 소개한다. 입문 단계에서 이 모든 것을 완벽히 마스터할 필요는 없지만, 이러한 개념이 왜 존재하고 어떤 가능성을 열어주는지 이해하는 것은 앞으로의 학습 방향을 설정하는 데 큰 도움이 될 것이다.

앞서 언급했듯이, ROS2는 통신 미들웨어로 DDS를 채택했다. DDS는 단순히 메시지를 주고받는 프로토콜이 아니라, 데이터 자체를 중심으로(Data-Centric) 통신하는 발행-구독(Publish-Subscribe) 모델을 기반으로 하는 강력한 산업 표준이다.11 항공, 국방, 금융 등 극도의 신뢰성이 요구되는 시스템에서 오랫동안 사용되어 온 기술이다.

ROS2는 RMW(ROS Middleware Interface)라는 추상화 계층을 두고 있어, 특정 DDS 구현체에 종속되지 않는다.88 덕분에 개발자는 필요에 따라 eProsima의 Fast DDS(기본값), RTI의 Connext DDS, Eclipse의 Cyclone DDS 등 다양한 DDS 벤더의 구현체를 선택하거나 심지어 Zenoh와 같은 비-DDS 미들웨어로 교체할 수도 있다.88 이러한 유연성은 ROS2의 큰 장점 중 하나다.

DDS의 가장 강력하고 독특한 기능은 바로 QoS(서비스 품질) 설정이다. QoS는 개발자가 각 퍼블리셔와 서브스크라이버의 통신 방식을 매우 세밀하게 제어할 수 있게 해주는 정책들의 집합이다.15 ROS1의 TCP 기반 통신이 ‘모든 메시지를 안정적으로 전달’하는 한 가지 방식만 제공했다면, ROS2의 QoS는 ‘어떤 종류의 데이터를, 얼마나 중요하게, 어떻게 전달할 것인가’를 직접 설계할 수 있는 권한을 개발자에게 부여한다.

주요 QoS 정책 몇 가지를 살펴보자.

이 외에도 Deadline(메시지 도착 시간 제한), Lifespan(메시지 유효 기간), Liveliness(노드 생존 확인) 등 다양한 QoS 정책이 있다.91 ROS2는 ‘센서 데이터용’, ‘서비스 기본값’ 등 일반적인 사용 사례에 맞는 QoS 프로파일을 미리 정의해두어, 초보자도 쉽게 적절한 설정을 선택할 수 있도록 돕는다.92

많은 사람들이 ‘실시간’을 ‘매우 빠름’과 혼동하지만, 공학에서 실시간 시스템이란 ‘빠른’ 시스템이 아니라, 정해진 시간(Deadline) 안에 작업을 완료하는 것을 ‘보장’하는 결정론적(Deterministic) 시스템을 의미한다.13 예를 들어, 자동차의 에어백은 충돌 후 수십 밀리초 안에 반드시 터져야만 의미가 있다. 0.1초만 늦어도 치명적인 결과를 낳는다.

ROS2는 그 자체로 실시간 시스템은 아니지만, 실시간 시스템을 구축할 수 있도록 설계되었다. 진정한 실시간 성능을 달성하기 위해서는 ROS2뿐만 아니라 시스템의 모든 계층에서 결정론적인 동작이 보장되어야 한다.96

입문자 단계에서는 이러한 복잡한 요소들을 모두 다룰 필요는 없다. 다만, ROS2가 단순한 로봇 제어를 넘어, 안전과 신뢰성이 극도로 중요한 고성능 실시간 시스템을 구축할 수 있는 잠재력을 가진 강력한 프레임워크라는 점을 이해하는 것이 중요하다.

QoS와 실시간성 지원은 ROS2가 ‘최선을 다하는(best-effort)’ 연구용 프레임워크를 넘어, ‘성능을 보장해야 하는(guaranteed-performance)’ 산업용 프레임워크로 도약했음을 보여주는 핵심 증거다. 이는 개발자에게 더 많은 제어 권한과 동시에 더 큰 책임을 부여한다. ROS2 개발자는 이제 단순한 ‘사용자’를 넘어, 시스템의 통신 동작까지 정밀하게 설계하는 ‘시스템 아키텍트’의 역할을 수행해야 한다. 이것이 바로 당신이 앞으로 나아가야 할 방향이다. 이 안내서가 그 여정의 훌륭한 첫걸음이 되기를 바란다.

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  57. Writing a simple publisher and subscriber (C++) - ROS 2 …, accessed July 27, 2025, https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Beginner-Client-Libraries/Writing-A-Simple-Cpp-Publisher-And-Subscriber.html
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