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IoT 로봇 제작을 위한 ESP32와 ROS의 시리얼 소통 방법

cashmodule 2025. 3. 18. 13:52

ESP32와 ROS 시리얼 통신으로 IoT 로봇 구축

현대의 IoT(사물인터넷) 기술은 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그 중에서도 로봇 기술은 특히 두각을 나타내고 있습니다. ESP32는 저렴한 가격과 높은 성능 덕분에 IoT 애플리케이션에서 널리 사용되고 있습니다. ROS(Robot Operating System)는 로봇 개발을 위한 인기 있는 오픈 소스 프레임워크로, 강력한 기능과 다양한 패키지를 제공합니다. 본 글에서는 ESP32와 ROS를 사용하는 시리얼 통신을 통해 IoT 로봇을 구축하는 방법을 초보자도 이해할 수 있도록 자세히 설명하겠습니다.

1. ESP32란?

ESP32는 Espressif Systems에서 개발한 마이크로컨트롤러로, Wi-Fi와 Bluetooth 통신 기능을 모두 갖추고 있습니다. 다음은 ESP32의 장점입니다.

  • Wi-Fi 및 Bluetooth 지원: 무선 통신이 가능하여 다양한 IoT 장치와 쉽게 연결할 수 있습니다.
  • 저전력 모드: 배터리 구동 장치에서의 효율성을 극대화할 수 있습니다.
  • 다양한 프로그래밍 언어 지원: C++ 및 MicroPython 등 다양한 언어로 프로그래밍할 수 있습니다.
  • 다수의 GPIO 핀: 다양한 센서와 액추에이터를 연결할 수 있습니다.

2. ROS란?

ROS(Robot Operating System)는 로봇 프로그램을 작성하기 위한 소프트웨어 플랫폼입니다. ROS는 다음과 같은 기능을 제공합니다.

  • 모듈화: 다양한 기능을 가진 패키지를 모듈화하여 개발 가능.
  • 우수한 커뮤니티 지원: 방대한 커뮤니티와 다양한 라이브러리, 도구를 이용할 수 있습니다.
  • 분산 처리: 여러 컴퓨터로 분산 처리하여 로봇의 기능을 확장할 수 있습니다.

3. ESP32와 ROS의 통신 방식

ESP32와 ROS 간의 통신은 여러 방식으로 이루어질 수 있지만, 여기서는 시리얼 통신 방식에 대해 설명합니다. 시리얼 통신은 직렬 데이터 전송 방식으로, 두 장치 간의 간편한 연결을 제공합니다.

  • Serial Port: ESP32의 UART 포트를 통해 데이터를 전송합니다.
  • Data Format: 전송하는 데이터는 일반적으로 문자열 형태로 포맷됩니다.
  • Communication Protocol: 간단한 프로토콜을 정의하여 데이터를 송수신합니다.

4. IoT 로봇 구축을 위한 준비물

ESP32와 ROS를 이용한 IoT 로봇을 구축하기 위해서는 다음과 같은 준비물이 필요합니다.

  • ESP32 개발 보드
  • 로봇 구조체(차체 및 바퀴 등)
  • 센서(예: 초음파 센서, 온도 센서)
  • 액추에이터(예: 서보 모터)
  • Arduino IDE 또는 PlatformIO
  • ROS 설치된 컴퓨터

5. ESP32의 설정

ESP32를 설정하기 위해 Arduino IDE에서 ESP32 보드를 추가하고, 필요 라이브러리를 설치해야 합니다. 아래는 ESP32 설정 단계입니다.

  • Arduino IDE를 설치합니다.
  • File > Preferences 메뉴로 이동하여, "Additional Board Manager URLs"에 ESP32 보드 URL을 추가합니다.
  • Tools > Board > Board Manager로 이동하여 ESP32를 설치합니다.
  • 필요한 라이브러리(예: HardwareSerial)를 Arduino IDE에 추가합니다.

6. ROS의 설정

ROS 환경을 설정하기 위해 아래의 단계를 따르십시오.

  • ROS 배포판을 설치합니다. (예: ROS Noetic)
  • 작업공간을 생성하고, 패키지를 초기화합니다.
  • 필요한 ROS 패키지를 설치하세요. (예: rosserial)

7. 시리얼 통신 구현

ESP32와 ROS 간의 시리얼 통신을 구현하기 위해 다음과 같은 코드 예시를 사용할 수 있습니다. 이 코드는 ESP32의 데이터를 ROS로 전송하는 간단한 예시입니다.

#include 
#include 

ros::NodeHandle nh;
HardwareSerial mySerial(1);

void setup() {
    mySerial.begin(115200, SERIAL_8N1, 16, 17); 
    nh.initNode(mySerial);
}

void loop() {
    nh.spinOnce();
    delay(100);
}

위 코드는 ESP32의 시리얼 포트를 통해 ROS와 통신하는 기본 구조를 보여줍니다. setup() 함수에서는 시리얼 포트를 초기화하고 노드를 설정합니다. loop() 함수에서는 노드를 주기적으로 업데이트합니다.

8. 로봇 동작 제어

센서와 액추에이터를 통해 로봇의 동작을 제어하는 방법에 대해 설명하겠습니다. 로봇이 주행해야 할 방향을 결정하기 위한 센서 데이터를 수집하고 이를 처리하는 과정은 다음과 같습니다.

  • 센서 데이터 수집: 초음파 센서를 이용하여 장애물과의 거리를 측정합니다.
  • 데이터 처리: 거리에 따라 로봇의 주행 방향을 결정합니다.
  • 모터 제어: 서보 모터를 통해 로봇의 방향을 조정합니다.

9. 결론

ESP32와 ROS를 통한 시리얼 통신으로 IoT 로봇을 구축하는 과정은 처음에는 어려울 수 있지만, 제대로 된 지침을 따르면 초보자도 충분히 실행할 수 있습니다. 본 글에서 설명한 내용을 바탕으로 여러분만의 IoT 로봇을 만들어 보시기 바랍니다. 최종적으로, IoT 로봇을 통해 다양한 응용 프로그램을 구현하고 발전시키는 기회를 가지시길 바랍니다.

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