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Arduino와 ROS를 활용한 저비용 로봇 프로토타입 개발의 새로운 길

tech-fin 2025. 3. 17. 12:31

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ROS와 Arduino 연동으로 저가형 로봇 프로토타이핑

로봇 공학은 미래 기술의 핵심 분야 중 하나로, 다양한 산업에서 로봇의 사용이 증가하고 있습니다. 이 글에서는 ROS(Robot Operating System)와 Arduino를 연동하여 저가형 로봇 프로토타이핑을 진행하는 방법을 다룰 것입니다. 이 방법은 초보자에게도 쉽게 접근할 수 있도록 설계되어 있으며, 필요한 장비와 설정 방법, 실습 예제를 포함합니다.

ROS란 무엇인가?

ROS는 로봇 소프트웨어 플랫폼으로, 다양한 로봇 작동을 관리할 수 있는 프레임워크를 제공합니다. ROS는 모듈화된 구조를 가지고 있어, 사용자들이 필요한 기능을 쉽게 추가하고 수정할 수 있습니다. ROS는 다음과 같은 주요 특징을 가지고 있습니다.

  • 공유 가능한 라이브러리: 다양한 로봇 시스템에서 공유하는 라이브러리와 도구 모음이 포함되어 있습니다.
  • 모듈화: 각 기능은 노드(Node)로 구성되어 있으며, 서로 독립적으로 작동합니다.
  • 오픈소스: 무료로 제공되어 누구나 사용할 수 있으며, 개발자들이 쉽게 기여할 수 있습니다.

Arduino란 무엇인가?

Arduino는 마이크로컨트롤러 플랫폼으로, 간단한 하드웨어와 소프트웨어를 통해 손쉽게 로봇 및 전자 기기를 프로토타입할 수 있도록 도와줍니다. Arduino는 초보자에게 친숙한 인터페이스를 제공하고, 다양한 센서 및 모터를 제어할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.

Arduino의 특징

  • 쉬운 프로그래밍: C/C++ 언어에 기반하여 직관적인 코드 작성을 지원합니다.
  • 확장성: 다양한 쉴드(Shield)와 센서, 모듈을 추가하여 기능을 확장할 수 있습니다.
  • 커뮤니티 지원: 전 세계적으로 많은 사용자들이 있으며, 다양한 자료와 튜토리얼을 통해 도움을 받을 수 있습니다.

ROS와 Arduino의 연동

ROS와 Arduino를 연동하면 로봇의 센서 및 모터를 효율적으로 제어할 수 있습니다. 이는 로봇의 자율성 및 기능성을 크게 향상시킵니다. 연동할 때 다음과 같은 요소를 고려해야 합니다.

필요한 장비

저가형 로봇 프로토타이핑을 위해 다음 장비들이 필요합니다.

  • Arduino 보드 (예: Arduino Uno)
  • ROS가 설치된 컴퓨터 (예: Ubuntu Linux)
  • 모터 드라이버 (예: L298N)
  • DC 모터 및 바퀴
  • 초음파 센서 또는 기타 센서
  • 연결 케이블 및 브레드보드

설치 및 설정

먼저, ROS와 Arduino를 설치하고 연동 환경을 설정해야 합니다. 다음 단계에 따라 진행하세요.

1. ROS 설치

ROS는 Ubuntu에서 가장 잘 작동합니다. 아래의 과정을 따라 설치할 수 있습니다.

  • Ubuntu를 설치한 후, 패키지를 업데이트합니다.
  • ROS의 설치를 위한 소스 리스트를 추가합니다.
  • ROS를 설치합니다. (예: sudo apt install ros-noetic-desktop-full)
  • 설치 후, 환경 변수를 설정합니다. (echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc)
  • 의존성 패키지를 설치합니다. (sudo rosdep init 및 rosdep update)

2. Arduino IDE 설치

Arduino IDE를 설치하면 코드 작성을 쉽게 할 수 있습니다. 공식 웹사이트에서 IDE를 다운로드하여 설치하세요.

3. ROS Arduino 브릿지 설치

ROS와 Arduino 간의 통신을 위한 패키지를 설치합니다.

  • sudo apt install ros-noetic-rosserial-arduino
  • sudo apt install ros-noetic-rosserial

로봇 프로토타이핑 예제

이제 로봇을 프로토타입하기 위한 간단한 예제를 실행해 보겠습니다. 이 예제에서는 모터를 제어하고 초음파 센서를 사용하여 장애물을 감지하는 기본 로봇을 제작합니다.

하드웨어 연결

아래의 회로도에 따라 하드웨어를 연결합니다.

  • DC 모터를 L298N 모터 드라이버에 연결합니다.
  • 모터 드라이버를 Arduino의 디지털 핀에 연결합니다.
  • 초음파 센서를 Arduino에 연결합니다.

Arduino 코드

아래의 코드를 Arduino IDE에 복사하여 실행합니다.

#include 

#define TRIGGER_PIN  12
#define ECHO_PIN     11
#define MAX_DISTANCE 200 

NewPing sonar(TRIGGERPIN, ECHOPIN, MAX_DISTANCE);

void setup() {
    pinMode(8, OUTPUT);
    pinMode(9, OUTPUT);
}

void loop() {
    delay(50);
    int distance = sonar.ping_cm();
    if (distance > 20) {
        digitalWrite(8, HIGH); // 모터 A 회전
        digitalWrite(9, LOW);
    } else {
        digitalWrite(8, LOW); // 모터 A 정지
        digitalWrite(9, LOW); // 모터 B 정지
    }
}

ROS 패키지 생성

ROS에서 사용할 패키지를 생성하고, 다음 파일을 추가하여 Arduino와의 통신을 설정합니다.

  • 패키지를 생성합니다. (catkincreatepkg myrobot stdmsgs rospy)
  • src 디렉토리 안에 robot_control.py 파일을 생성 후 아래 코드를 추가합니다.
#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String

def control_robot():
    pub = rospy.Publisher('robotcontrol', String, queuesize=10)
    rospy.initnode('robotcontrol_node', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(10)
    while not rospy.is_shutdown():
        command = "forward"
        pub.publish(command)
        rate.sleep()

테스트 및 검증

모든 하드웨어가 연결되고 코드가 업로드되면 로봇을 테스트할 수 있습니다. ROS에서 아래 명령어를 실행하여 로봇이 제대로 작동하는지 확인합니다.

  • rosrun myrobot robotcontrol.py
  • 로봇이 장애물에 접근할 때 모터가 정지하는지 관찰합니다.

결론

이 글에서는 ROS와 Arduino를 연동하여 저가형 로봇 프로토타이핑을 위한 기본 개념과 실습 과정을 다루었습니다. 초보자라도 따라 할 수 있을 만큼 간단한 예제를 제공하였으며, 이를 통해 더욱 깊이 있는 로봇 공학의 세계에 들어갈 수 있는 기회를 제공합니다. 로봇 공학 분야에서의 지속적인 학습과 실습을 통해 더 나은 기술력을 갖춘 엔지니어로 성장할 수 있기를 바랍니다.

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