[로보틱스] TurtleSim을 이용한 ROS2 기본 개념과 명령어 (Node, Service, Topic, Action)

이 글은 ROS2의 기본 개념과 명령어에 대해 정리한 글입니다.

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✅ 개발 환경

• OS : Ubuntu 22.04
• ROS : ROS2 Humble

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🐢 TurtleSim 설치 및 실행

⚙️ TurtleSim 설치

turtlesim은 ROS를 설치할 때 같이 설치된다. 만약 설치가 되어있지 않다면, 아래 명령어로 설치할 수 있다.

sudo apt install ros-humble-turtlesim

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🐢 TurtleSim 실행

ROS 명령어를 사용하기 위한 ROS 환경을 실행한다.

source /opt/ros/humble/setup.bash

그리고 node를 실행한다. (노드(node)는 ROS에서 실행 가능한 최소한의 단위로, ros2 run 명령으로 실행할 수 있다.)

# ros2 run <PKG Name> <Node Name>
ros2 run turtlesim turtlesim_node

그러면 아래와 같이 TurtleSim이 실행된다.

TurtleSim 실행

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📌 ROS2 Node

• Node는 ROS2 애플리케이션의 가장 작은 실행 단위이다.
  • 로봇 소프트웨어 안에서 특정 역할을 수행하는 하나의 프로그램/프로세스

➡️ ROS2 Node는 로봇 시스템 안에서 독립적인 기능을 수행하고, DDS를 통해 다른 Node와 데이터를 주고받는 최소 실행 단위

🧩 ROS2 Node 특징

• 하나의 Node = 하나의 기능
  • 하나의 Node가 하나의 기능을 담당하기 떄문에 역할을 쪼개서 관리하면 유지보수와 확장이 쉬워진다.
• 통신의 기본 단위
  • Node는 Topic, Service, Action을 통해 다른 Node와 통신한다.
  • 센서 데이터 발행(Publish), 명령 구독(Subscribe), 서비스 요청/응답, 액션 수행 등이 모두 Node에서 이루어진다.
• 네임스페이스와 이름
  • Node마다 고유한 이름이 존재하며, 이름을 통해 네트워크 안에서 Node를 구분한다.

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🐢 TurtleSim Node 정보 확인

실행 중인 환경의 node 목록을 확인한다.

ros2 node list

node 목록 중에서 자세한 정보를 확인하고 싶은 경우, 아래와 같은 명령어로 정보를 확인할 수 있다.

# ros2 node info <Node Name>
ros2 node info /turtlesim

turtlesim Node 정보

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📌 ROS2 Service

출처: https://www.mathworks.com/help/ros/gs/ros2-services.html

• ROS2의 Service는 요청(Request) - 응답(Response) 방식의 통신이다.
• 한쪽 Node는 Service Server로서 기능을 제공하며, 다른 Node는 Service Client로서 요청을 보낸다.

➡️ ROS2 Service는 요청(Request)를 보내고, 처리 후 응답(Response)을 받는 동기적 통신 방식

🧩 ROS2 Service 특징

• 양방향 통신
  • Topic은 일방향 데이터 스트림(publish/subscribe)이라면, Service는 요청-응답 형태로 요청하면 결과를 바로 돌려받는다.
• 동기적 성격
  • Client가 요청을 보내면 Server가 처리하고 응답을 돌려줄 때까지 기다린다. ➡️ RPC(Remotre Procedure Call)와 비슷한 개념
• 메시지 구조
  • Service는 .srv 파일로 정의되며, --- 구분자를 기준으로 Request와 Response가 나뉜다.
• 즉시 결과가 필요한 작업에 적합

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🐢 TurtleSim Service

🕹️ Service 정보 확인

실행 중인 Node의 Service 정보를 확인한다.

ros2 service list

특정 ROS2 Service의 Type을 확인한다.

# ros2 service type <Service Name>
ros2 service type /turtle1/set_pen

TurtleSim의 /turtle1/set_pen Service Type

Service의 인터페이스를 확인하고 싶을 때는 interface show 명령어를 사용한다.

# ros2 interface show <Service Type>
ros2 interface show turtlesim/srv/SetPen

/turtlesim/srv/SetPen의 interface

🕹️ Service Call 사용

Service로 요청(Request)를 보낼 때에는 call을 사용한다.

# ros2 service call <Service Name> <Service Type> "{Value}"
ros2 service call /turtle1/teleport_absolute turtlesim/srv/TeleportAbsolute "{x: 2, y: 2, theta: 1.57}"

왼쪽: 명령 입력 전 (초기상태) 오른쪽: 명령 입력 후 (절대 좌표 기준으로 텔레포트한 모습)

상태 초기화를 할 때에는 /reset Service로 call 명령을 호출한다.

ros2 service call /reset std_srvs/srv/Empty {}

/reset으로 초기 위치로 복귀

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📌 ROS2 Topic

출처: https://docs.ros.org/en/foxy/Tutorials/Beginner-CLI-Tools/Understanding-ROS2-Topics/Understanding-ROS2-Topics.html

• ROS2 Topic은 발행(Publish) - 구독(Subscribe) 방식의 통신 채널이다.
• 여러 Node들이 데이터 스트림을 주고 받을 때 사용하는 가장 기본적인 통신 방법이다.

➡️ ROS2 Topic은 Publisher가 발행한 데이터를 Subscriber들이 실시간 스트림 형태로 수신하는 비동기 통신 채널

🧩 ROS2 Topic의 특징

• 일방향 데이터 흐름
  • Publisher Node가 메시지를 발행하면, Subscriber Node는 Topic을 구독하고 데이터를 받는다.
  • Publiser는 구독자를 몰라도 되며, Subscriber는 발행자를 몰라도 된다. ➡️ 느슨한 결합
• 비동기적 통신
  • Publisher는 데이터를 보내면 끝이고, Subscriber는 데이터를 받을 때에만 반응한다.
  • 요청 - 응답 구조가 아니라 흘러가는 데이터 스트림에 적합하다.
• 메시지 타입
  • Topic은 특정한 메시지 타입을 사용하며, 같은 토픽을 사용하기 위해서는 Publisher와 Subscriber가 동일한 메시지 타입을 사용해야 한다.
• 센서 데이터 스트림이나 로봇 제어 명령, 상태 방송(위치, 속도, 장애물 정보 등)에 적합

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🐢 TurtleSim Topic

🕹️ Topic 정보 확인

실행 중인 Node의 Topic 목록을 확인한다.

ros2 topic list

# 목록과 타입을 한번에 확인하려면
ros2 topic list -t

# 발행과 구독을 나눠서 확인하려면
ros2 topic list -v

옵션에 따른 Topic 목록 확인

특정 Topic의 Type을 확인한다.

# ros2 topic type <Topic Name>
ros2 topic type /turtle1/pose

특정 Topic의 정보는 topic info 명령으로 확인한다.

# ros2 topic info <Topic Name>
ros2 topic info /turtle1/pose

특정 Topic 정보 확인

Topic의 인터페이스는 interface show 명령어로 확인한다.

# ros2 interface show <Topic Type>
ros2 interface show turtlesim/msg/Pose

Topic Interface 확인

🕹️ Topic Subscribe

Topic을 구독할 때에는 topic echo 명령을 사용한다. (터미널에서 구독하는 경우)

# ros2 topic echo <Topic Name>
ros2 topic echo /turtle1/pose

Topic Subscribe 모습

🕹️ Topic Publish

Topic을 발행할 때에는 topic pub 명령을 사용한다.

# ros2 topic pub <Option> <Topic Name> <Topic Type> <Value>
ros2 topic pub --once /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist  "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}}"

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📌 ROS2 Action

출처: https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Beginner-CLI-Tools/Understanding-ROS2-Actions/Understanding-ROS2-Actions.html

• ROS2의 Action은 Service와 Topic의 중간 성격을 가진 통신 방식이다.
• 시간이 오래 걸리는 작업을 실행하고, 그 과정에서 진행 상황(Feedback)을 주고받으며, 최종 결과(Result)를 반환하는 구조이다.

➡️ ROS2 Action은 장시간 실행되는 작업을 요청하고, 중간 진행 상황을 주고받으며, 최종 결과를 반환하는 비동기 통신 방식

🧩 ROS2 Action의 특징

• 비동기적 요청 - 응답
  • Service와 동일하게 요청 - 응답 구조를 가지지만, Action은 실행 시간이 긴 작업을 처리할 수 있다.
• Feedback 제공
  • 작업이 진행되는 동안 주기적으로 진행 상황(Feedback 메시지)을 Client에게 보낸다.
• 취소 가능
  • 실행 중에 작업을 취소할 수 있다.
• 구조
  • .action 파일에 Action을 정의하며, Goal(요청), Result(최종 응답), Feedback(진행 상황)으로 나눠서 정의한다.
• 특정 작업을 수행하는 명령(ex. 목표까지 로봇 이동)이나 오래 걸리는 연산을 요청할 때 사용

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🐢 TurtleSim Action

🕹️ TurtleSim Action Test

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

rqt_graph 실행 결과

🕹️ Action 정보 확인

ROS2 Action의 목록을 확인한다.

ros2 action list

# 데이터 타입 함께 확인
ros2 action list -t

Action의 인터페이스를 확인하기 위해서는 interface show 명령을 사용한다.

# ros2 interface show <Action Type>
ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute

🕹️ Shell에서 Action 명령

action send_goal 명령으로 액션의 목표를 지정한다.

# ros2 action send_goal <Action Name> <Action Type> "{Value}"
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 3.14}"