로봇 통신(Robot Communication)의 개요와 핵심 기술

로봇 통신은 로봇이 내부 구성 요소 간, 혹은 외부 시스템 및 다른 로봇과 정보를 교환하는 기술입니다. 자율주행 로봇, 산업용 로봇, 서비스 로봇, 군집 로봇 등 거의 모든 로봇 시스템의 핵심 요소입니다.

 

현대 로봇은 단일 제어기로만 동작하지 않으며, 센서·액추에이터·연산 모듈·네트워크·클라우드가 유기적으로 연결되어 동작합니다. 이때 각 요소를 안정적으로 연결하는 것이 바로 로봇 통신입니다.

 

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1. 로봇 통신의 필요성

로봇 통신이 필요한 이유는 다음과 같습니다.

• 센서 데이터의 실시간 전달이 필요합니다
• 제어 명령을 정확한 시점에 전달해야 합니다
• 다중 로봇 협업 환경이 증가하고 있습니다
• 원격 제어 및 모니터링 요구가 증가하고 있습니다

특히 자율주행이나 인간-로봇 상호작용(HRI) 환경에서는
지연(latency), 신뢰성, 동기화가 매우 중요한 요소입니다.

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2. 로봇 내부 통신 (Intra-Robot Communication)

로봇 내부 통신은 하나의 로봇 안에서
센서, 제어기, 모터 드라이버 간 데이터를 주고받는 통신입니다.

주요 특징은 다음과 같습니다.

• 짧은 거리
• 높은 신뢰성 요구
• 실시간성 중요

 

대표적인 내부 통신 방식

• UART / SPI / I2C
  • 저전력, 단거리 통신에 적합
  • 마이크로컨트롤러 기반 시스템에서 주로 사용됨
• CAN / CAN-FD
  • 산업용 로봇 및 차량 로봇에서 널리 사용됨
  • 노이즈에 강하고 실시간성 우수
• EtherCAT
  • 고속·고정밀 제어에 특화됨
  • 서보 모터 제어에 많이 사용됨

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3. 로봇 외부 통신 (Inter-Robot & Robot-System Communication)

외부 통신은 로봇과 로봇, 혹은 로봇과 서버·클라우드 간의 통신입니다.

 

주요 활용 예시

• 원격 제어
• 상태 모니터링
• 지도 공유
• 다중 로봇 협업

 

대표적인 통신 방식

• TCP/IP / UDP
  • 범용 네트워크 통신
  • 안정성 vs 실시간성 선택 가능
• Wi-Fi / Ethernet
  • 실내 로봇 및 연구용 로봇에서 널리 사용됨
• 5G / LTE
  • 대역폭이 크고 지연이 짧아 자율주행 로봇에 적합

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4. ROS 기반 로봇 통신 구조

ROS(Robot Operating System)는 로봇 통신을 추상화하여 제공하는 미들웨어입니다.

ROS의 통신 방식은 다음과 같습니다.

• Topic
  • 비동기 메시지 송수신
  • 센서 데이터 전달에 적합
• Service
  • 요청-응답 구조
  • 명령 실행에 사용
• Action
  • 장시간 작업에 적합
  • 중간 피드백 제공 가능

ROS2에서는 DDS(Data Distribution Service)를 기반으로 하여 실시간성과 신뢰성이 크게 향상되었습니다.

 

• https://whitecode2718.tistory.com/174

ROS란 무엇인가?

 

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5. 실시간성과 지연 문제

로봇 통신에서 가장 중요한 이슈 중 하나는 지연(latency)입니다.

 

 

지연이 발생할 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 제어 불안정
• 충돌 위험 증가
• 센서 데이터와 제어 명령 불일치

이를 해결하기 위해 다음과 같은 방법이 사용됩니다.

• 실시간 OS(RTOS) 사용
• UDP 기반 통신 활용
• QoS 설정 최적화 (ROS2)
• Edge Computing 도입

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6. 다중 로봇 통신과 군집 로봇

다중 로봇 시스템에서는 로봇 간 정보 공유가 필수적입니다.

주요 이슈는 다음과 같습니다.

• 네트워크 혼잡
• 동기화 문제
• 통신 실패에 대한 복원력

이를 해결하기 위해 분산 통신 구조와 로컬 의사결정 구조가 함께 사용됩니다.

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7. 향후 로봇 통신의 발전 방향

로봇 통신은 다음과 같은 방향으로 발전하고 있습니다.

• 5G/6G 기반 초저지연 통신
• 클라우드-로봇 협업 구조 강화
• AI 기반 네트워크 최적화
• 표준화된 로봇 통신 프로토콜 확산

특히 자율주행, 서비스 로봇, 스마트 팩토리 분야에서 로봇 통신의 중요성은 더욱 커질 것으로 예상됩니다.

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마무리

로봇 통신은 단순한 데이터 전달을 넘어 로봇의 지능과 안전성을 결정하는 핵심 기술입니다.

로봇이 복잡한 환경에서 안정적으로 동작하기 위해서는 통신 구조에 대한 이해와 설계가 필수적입니다.

앞으로 로봇 기술이 발전할수록 로봇 통신의 역할은 더욱 중요해질 것입니다