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ESP32와 ROS로 스마트 IoT 로봇의 하모니 만들기

issuefeed1 2025. 3. 31. 05:02

ESP32와 ROS 시리얼 통신으로 IoT 로봇 구축

최근 몇 년 동안 사물인터넷(IoT) 기술이 급속도로 발전하면서 다양한 분야에서 IoT 기반의 로봇 솔루션이 주목받고 있습니다. 특히 ESP32와 ROS(Robot Operating System)를 결합하면 고성능의 IoT 로봇을 쉽게 구축할 수 있습니다. 이 글에서는 ESP32와 ROS를 사용한 시리얼 통신 방법 및 IoT 로봇 구축 절차를 초보자도 이해할 수 있도록 설명하겠습니다.

ESP32란?

ESP32는 Espressif Systems에서 개발한 고성능의 Wi-Fi 및 블루투스 통합 마이크로컨트롤러입니다. 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

이중 코어 프로세서: 효율적인 멀티태스킹을 지원합니다.
Wi-Fi 및 Bluetooth LE 지원: 다양한 통신 방식을 제공합니다.
다양한 GPIO 핀: 여러 센서와 장치와 연결할 수 있습니다.
낮은 전력 소비: 배터리 기반 프로젝트에 적합합니다.

ROS(Robot Operating System)란?

ROS는 로봇 소프트웨어 개발을 위한 오픈소스 프레임워크입니다. 로봇 애플리케이션 개발을 단순화하고, 다양한 기능을 빠르게 통합할 수 있도록 돕는 다양한 도구와 라이브러리를 제공합니다. ROS의 주요 특징은 다음과 같습니다:

모듈화: 소프트웨어를 작은 모듈로 나누어 관리할 수 있습니다.
하드웨어 추상화: 다양한 하드웨어를 쉽게 연결하고 사용할 수 있습니다.
커뮤니티 지원: 방대한 사용자 및 개발자 커뮤니티가 존재합니다.

ESP32와 ROS의 통합

시리얼 통신 이란?

시리얼 통신은 데이터를 한 비트씩 순차적으로 전송하는 통신 방식입니다. ESP32와 ROS 간의 통신을 위해 시리얼 통신을 사용하면 간단하게 데이터를 전송하고 수신할 수 있습니다.

필요한 장비와 소프트웨어

ESP32와 ROS로 IoT 로봇을 구축하기 위한 기본 장비와 소프트웨어는 다음과 같습니다:

ESP32 개발 보드
USB 케이블
로봇 플랫폼 (모터 및 프레임 등)
기본 센서 (초음파 센서, 온도 센서 등)
컴퓨터 (ROS 설치용)
ROS 설치된 Ubuntu 운영체제

ESP32 설정하기

ESP32 개발 환경 설정

ESP32를 사용하기 위해 Arduino IDE를 설치하고 ESP32 보드를 추가해야 합니다. 아래의 절차에 따라 환경 설정을 진행합니다:

Arduino IDE 다운로드 및 설치
파일 > 환경 설정을 열고, "추가 보드 매니저 URL"에 아래의 링크를 추가합니다:
https://dl.espressif.com/dl/packageesp32index.json
도구 > 보드 > 보드 매니저에서 "ESP32" 검색 후 설치

시리얼 통신 코드 구현

ESP32에 ROS와 시리얼 통신을 위한 코드를 작성해야 합니다. 아래는 기본적인 시리얼 통신 예제입니다:

#include "BluetoothSerial.h"

// BluetoothSerial 객체 생성
BluetoothSerial SerialBT;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    SerialBT.begin("ESP32"); // Bluetooth 이름 설정
}

void loop() {
    if (Serial.available()) {
        String message = Serial.readString();
        Serial.println(message); // 받은 데이터 출력
    }
    if (SerialBT.available()) {
        String message = SerialBT.readString();
        Serial.println(message); // Bluetooth로 받은 데이터 출력
    }
}

위 코드를 통해 ESP32는 컴퓨터와 시리얼을 통해 데이터를 송수신할 수 있습니다.

ROS에서 ESP32와 통신하기

ROS 설치하기

ROS를 설치하기 위해 Ubuntu 운영체제를 사용하는 것이 일반적입니다. 다음 명령어를 통해 ROS를 설치할 수 있습니다:

sudo apt update
sudo apt install ros-noetic-desktop-full

ROS 패키지 설정하기

ESP32와 통신하기 위해 ROS 패키지를 설정해야 합니다. 아래의 절차를 따르세요:

새로운 ROS 패키지를 생성합니다:
```
catkincreatepkg esp32serial stdmsgs rospy
```
패키지 디렉토리로 이동 후 src 폴더에 시리얼 통신 코드를 작성합니다.

Python 코드 작성 예시

ROS 노드를 생성하여 ESP32와 데이터를 송수신합니다. 아래는 그 예시입니다:

#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String
import serial

def talker():
    pub = rospy.Publisher('esp32data', String, queuesize=10)
    rospy.initnode('esp32talker', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(10)

10Hz

    ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200)

시리얼 포트 설정

    while not rospy.is_shutdown():
        data = ser.readline().decode('utf-8').rstrip()
        rospy.loginfo(data)
        pub.publish(data)
        rate.sleep()

if name == 'main':
    try:
        talker()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

IoT 로봇 설계 및 구성

로봇 하드웨어 설계

ESP32와 ROS를 통합한 IoT 로봇의 하드웨어 설계는 다음부터 시작할 수 있습니다:

로봇 프레임 구축
모터 및 휠 장착
센서 설치 (초음파 센서, 카메라 등)
전원 관리 시스템 구축

소프트웨어 설계

하드웨어 설계가 완료되면 소프트웨어 설계를 진행합니다. ROS 패키지를 통해 로봇의 동작을 제어할 수 있습니다.

프로젝트 테스트와 디버깅

프로젝트 테스트

구축한 IoT 로봇이 제대로 작동하는지를 확인하기 위해 테스트를 진행합니다. 테스트 과정은 다음과 같습니다:

ESP32와 ROS 노드 간의 시리얼 통신 점검
로봇의 센서 및 모터가 정상 작동하는지 확인
ROS를 통해 로봇을 원격으로 제어해 봅니다.

디버깅 방법

문제가 발생할 경우 다음과 같은 방법으로 디버깅을 수행합니다:

시리얼 모니터를 통해 ESP32 출력을 확인합니다.
ROS 로그를 확인하여 에러 메시지를 분석합니다.
하드웨어 연결 상태를 점검합니다.

결론

ESP32와 ROS를 이용한 IoT 로봇 구축은 초보자도 시작할 수 있는 프로젝트입니다. 기초적인 설정부터 통신, 하드웨어 구성까지 이 글을 통해 충분한 정보를 얻으셨기를 바랍니다. 이러한 기술을 익히는 과정에서 로봇 공학 및 IoT 솔루션에 대한 이해도가 높아질 것입니다. 계속해서 다양한 실습과 프로젝트를 통해 경험을 쌓아 보세요.