RViz 화면 속 로봇은 그냥 3D 모형이에요. 이 모형이 실물 로봇과 같은 명령을 받아 같이 움직이게 만들고, 손수 만든 라이다의 첫 스캔 데이터도 받아봤어요.
방 단면 대신 센서 기울기가 먼저 찍혔지만, 그것까지가 실측의 수확이었어요.
화면에 로봇이 그려지기까지
URDF(Unified Robot Description Format)는 로봇의 구조를 적는 XML 텍스트 파일이에요. 링크(link, 강체 부품)와 조인트(joint, 부품 사이 관절)를 나열하면 로봇 한 대가 기술되고, 모양은 box·cylinder·sphere 같은 기본 도형이나 STL 메쉬 파일로 붙여요. 바퀴처럼 무한 회전하는 관절은 continuous 타입으로 선언하고 회전축(axis)을 지정해요.
이 파일이 화면에 뜨기까지는 역할 분담이 있어요.
URDF (xml)
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v
robot_state_publisher
발행: /robot_description <- 모양
/tf, /tf_static <- 링크 사이 좌표 변환
구독: /joint_states <- 움직이는 관절의 각도
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v
RViz2
/robot_description 에서 모양을, /tf 에서 자세를 가져와 결합 렌더링모델을 처음 확인할 때는 joint_state_publisher_gui의 슬라이더로 관절을 움직여 조인트 축이 맞게 잡혔는지 눈으로 검증해요.
/scan 점군(빨강)까지 결합된 상태예요.명령 하나에 로봇 둘
teleop(teleoperation)는 키보드·조이스틱 입력을 로봇 속도 명령으로 바꾸는 노드예요. 동작 방식이 특이한데, 키를 누를 때만 메시지를 쏘는 게 아니라 설정된 주기로 /cmd_vel에 Twist를 계속 발행하고, 키 입력이 들어오면 그 메시지 안의 속도값만 즉시 바꿔요. Twist는 linear x·y·z와 angular x·y·z 여섯 칸이지만 차동구동 로봇은 linear.x(전진)와 angular.z(회전) 두 칸만 써요.
디지털 트윈의 배선은 이래요.
/car_cmd ("F400" 같은 명령)
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v
트윈 노드 — 같은 명령을 두 갈래로
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+--> 실차: USB 시리얼 직결 (또는 HTTP API)
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+--> 모델: 차동구동 기구학으로 적분
발행: odom -> base_link tf
바퀴 /joint_states
^
| 펌웨어가 100 ms마다 되보내는 주행 로그
+-- 엔코더 카운트 · 자이로 각도이 방식은 **명령 기반 추측항법(dead reckoning)**이에요. 실차의 실제 상태를 보지 않고 “이 명령이면 이만큼 갔겠지”로 위치를 추정하는 거죠.
2π×0.0325 m ÷ 40카운트가 그대로 tf에 실려 나오는지 tf2_echo로 되읽어 400카운트 = 2.042 m를 확인했어요. 같은 수식을 넣고 되읽은 값이라 일치 자체는 당연하고, 이 검사가 잡아주는 건 단위 착오나 계수 오타 같은 배선 실수예요. 실제로 2.042 m를 갔는지는 줄자로 재야 알 수 있고, 그건 아직 못 했어요.
$ ros2 run tf2_ros tf2_echo odom base_link # F400 -> G90 후
- Translation: [2.042, 0.000, 0.000]
- Rotation: in RPY (degree) [0.000, 0.000, -90.000]USB 연결의 장점은 양방향이라는 점이에요. 포트를 여는 순간 우노가 리셋되며 뿜는 부팅 배너부터 그대로 수신돼요. 펌웨어가 100밀리초마다 찍는 주행 로그를 되받아 파싱하면 실측 기반 자세를 따로 적분할 수 있어요.
RViz에 예측 궤적과 실측 궤적을 색을 나눠 겹쳐 그리도록 잡아 뒀는데, 이날은 두 궤적을 비교하지 못했어요. 예측 쪽은 명령대로 도는데 실측 쪽이 원점에 그대로 머물렀거든요.
텔레메트리가 원인을 좁혀 줬어요
주행 명령을 보냈는데 바퀴가 미동도 안 함
A:0/80 pwm=120 — 엔코더 카운트 0인 채로 PWM은 제한값까지 올라갔고 15초 뒤 타임아웃 정지F A:0/80 pwm=120 | B:0/80 pwm=120 | d=0.0 | yaw=-0.0
!! TIMEOUT - 자이로 회전 15초 초과
!! STOP (TIMEOUT)명령을 보내고 화면만 보면 “안 움직인다”까지밖에 못 가요. 되받는 채널이 있으면 그 자리에서 출력은 나갔는데 회전이 없다로 한 층 내려가요. 양방향 연결을 쓴 값이 여기서 나왔어요.
서보 하나로 만드는 2D 라이다
2D 라이다는 평면을 훑어 벽과 장애물의 거리를 재는 센서예요. 시판 라이다 대신 SG90 서보에 VL53L0X ToF(Time of Flight) 거리 센서를 얹어 만들었어요. 빛이 왕복하는 시간으로 거리를 재는 센서인데 사양상 유효 범위가 2미터 정도예요.
서보가 0~180도를 10도 간격으로 훑으며 각도별 거리를 모으면 한 스캔이 되고, 이걸 sensor_msgs/LaserScan 규격(angle_min, angle_increment, ranges 배열, 측정 불가는 inf)으로 발행하면 RViz가 점군으로 그려줘요.
값이 있다와 값이 맞다는 다른 얘기예요
유효율 85.4%는 좋은 숫자로 보여요. 그런데 그 값들의 분포를 보면 얘기가 달라져요.
| 항목 | 실측 | 사양·기대 | 판정 |
|---|---|---|---|
| 유효 광선 비율 | 85.4% | — | 수신 정상 |
| 0.5 m 안쪽 비율 | 97% | 방 크기면 훨씬 낮아야 | 이상 |
| 1.5 m 초과 | 0개 | 유효 범위 2 m | 이상 |
| 거리 중앙값 | 0.21 m | 방향마다 달라야 | 19방향 전부 비슷 |
방향을 바꿔도 거리가 같다는 건 방의 윤곽이 아니라 센서가 바닥을 보고 있다는 뜻이에요. 서보 팔이 살짝 아래로 기울어 있는 것으로 의심돼 수평 장착부터 다시 확인할 예정이에요.
유효율만 보면 통과였어요. 분포를 봐야 기울기가 드러나고요. 센서를 붙였을 때 값이 오는지와 값이 무엇을 보고 있는지는 따로 확인해야 해요.
같은 망에서 남의 로봇이 보일 때
ROS 2는 중앙 서버 없이 노드끼리 서로를 찾는 P2P(DDS) 구조예요. 편리하지만 같은 네트워크에 여러 사람이 있으면 남의 노드와 토픽이 내 화면에 섞여 들어와요. 이럴 때는 ROS_DOMAIN_ID로 통신 영역을 나눠 분리하고, 반대로 한 시스템 안에서 로봇팔·이동로봇·비전 노드가 데이터를 공유해야 한다면 모두 같은 ID를 쓰면 돼요.
빌드 산출물이 사는 곳
colcon build를 돌리면 코드는 install 디렉터리에 파이썬 모듈로 설치돼 어디서든 import해 재사용할 수 있어요. 조심할 건 데이터 파일이에요. urdf·launch·rviz 설정처럼 코드가 아닌 파일은 setup.py의 data_files로 등록해야 install의 share 폴더로 복사되는데, 이때 소스 트리에서 통하던 상대 경로가 더는 안 통해요. 실행 시점에는 get_package_share_directory로 share 경로를 얻어 접근해야 launch가 파일을 찾아요.
모형과 실물 사이에는 아직 간극이 있어요. 추측항법이 못 보는 미끄러짐, 기울어진 센서가 만드는 유령 점 같은 것들이요. 이 간극을 실측으로 좁히는 캘리브레이션이 다음 순서예요.