ROS는 Robot Operating System의 약자로, 로봇 소프트웨어 개발을 위한 오픈소스 미들웨어입니다. 이름에 운영체제(OS)가 들어가 있지만, 실제로는 운영체제 위에서 동작하는 프레임워크이자 통신 인프라입니다.
ROS는 로봇을 구성하는 여러 기능들을 독립적인 프로그램 단위로 나누고, 이들 간의 데이터 통신을 표준화된 방식으로 처리할 수 있도록 지원합니다. 이를 통해 복잡한 로봇 시스템을 효율적으로 개발할 수 있습니다.
1. ROS가 필요한 이유
현대 로봇은 단순한 제어를 넘어 인식, 판단, 제어를 동시에 수행해야 합니다. 예를 들어 자율주행 로봇의 경우 다음과 같은 기능이 필요합니다.
- 카메라, 라이다, IMU 등 센서 데이터 수집
- 객체 인식 및 위치 추정
- 경로 계획(Path Planning)
- 모터 및 액추에이터 제어
이 모든 기능을 하나의 프로그램으로 구현하면 유지보수와 확장이 매우 어렵습니다.
ROS는 이러한 문제를 해결하기 위해 모듈화된 구조와 통신 규칙을 제공합니다.
2. ROS의 핵심 개념
Node
Node는 ROS에서 실행되는 하나의 독립적인 프로그램입니다.
각 노드는 특정 기능만 담당하며, 예를 들어 카메라 노드, 경로 계획 노드, 모터 제어 노드 등으로 나뉩니다.
Topic
Topic은 노드 간에 데이터를 주고받기 위한 비동기 통신 방식입니다.
하나의 노드가 데이터를 발행(Publish)하면, 이를 구독(Subscribe)하는 여러 노드가 동시에 데이터를 받을 수 있습니다.
주로 센서 데이터와 같이 지속적으로 업데이트되는 정보에 사용됩니다.
Message
Message는 Topic을 통해 전달되는 데이터의 형식입니다.
ROS는 기본 메시지 타입뿐만 아니라 사용자가 직접 정의한 메시지도 사용할 수 있습니다.
Service
Service는 요청(Request)과 응답(Response) 구조를 가지는 통신 방식입니다.
일회성 명령이나 즉각적인 응답이 필요한 경우에 사용됩니다.
Parameter Server
Parameter Server는 전역 설정 값을 저장하고 공유하는 공간입니다.
로봇의 속도, 임계값, 설정 옵션 등을 코드 수정 없이 관리할 수 있습니다.
3. ROS의 장점
- 모듈화 구조
기능별로 노드를 분리하여 개발할 수 있어 유지보수가 용이합니다. - 재사용성
이미 만들어진 노드를 다른 프로젝트에서도 쉽게 재사용할 수 있습니다. - 방대한 생태계
SLAM, Navigation, MoveIt, Gazebo 등 검증된 패키지가 풍부합니다. - 시뮬레이션 지원
실제 로봇 없이도 Gazebo, RViz를 이용해 테스트가 가능합니다. - 연구 및 산업 표준
로봇 연구 및 자율주행 분야에서 사실상의 표준으로 사용됩니다.
4. ROS 1과 ROS 2의 차이
ROS 1은 연구 및 교육 중심으로 빠르게 확산되었으나, 산업 환경에는 몇 가지 한계가 있었습니다. ROS 2는 이러한 문제를 개선하여 개발되었습니다.
| 통신 | TCPROS | DDS 기반 |
| 실시간성 | 제한적 | 향상 |
| 멀티 로봇 | 어려움 | 지원 |
| 보안 | 미지원 | 기본 지원 |
| 산업 적용 | 제한적 | 가능 |
현재는 ROS 2가 주력으로 사용되고 있으며, 장기적으로 ROS 2 중심의 생태계가 형성되고 있습니다.
5. ROS는 어디에 사용되는가
ROS는 다음과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.
- 자율주행 로봇 및 모바일 로봇
- 산업용 로봇 및 협동 로봇
- 드론
- 서비스 로봇
- 로봇 연구 및 시뮬레이션
특히 인공지능 기반 로봇 시스템에서 비전, SLAM, 경로 계획을 통합하는 데 매우 유용합니다.
6. 마무리
ROS는 로봇 개발의 복잡도를 획기적으로 낮춰주는 강력한 도구입니다. 처음에는 개념이 어렵게 느껴질 수 있지만, 노드와 토픽 중심으로 이해하면 구조가 명확해집니다.
로봇 개발을 목표로 한다면, ROS는 반드시 익혀야 할 핵심 기술 중 하나입니다.
저는 " ROS 2로 시작하는 로봇 프로그래밍 " 라는 교재로 공부를 했었습니다.
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