4차 산업혁명 시대의 로봇 기술 구현에 필요한 고급 ROS 가이드 북이다. 이 책을 통해 ROS를 활용한 로봇 시뮬레이션, 머신 비전을 배울 수 있을 뿐만 아니라, 로보틱스의 대표적인 주제인 7-DOF(Degree of Freedom) 로봇 팔과 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)과 AMCL(Adaptive Monte Carlo Localization)을 활용한 이동 로봇의 자율 내비게이션을 디자인할 수 있다. 즉 기초적인 가이드북보다 더욱 실용적인 주제를 접할 수 있다. 따라서 ROS를 활용해 실용적으로 고급 로봇 알고리즘을 구현하고자 하는 독자들에게는 최적의 도서가 될 것이다.

■ 7-DOF 로봇 팔과 차륜 구동 로봇의 로봇 모델 생성
■ 무브잇! 패키지를 활용한 7-DOF 로봇 팔의 모션 계획
■ SLAM과 AMCL을 활용한 차륜 구동 로봇의 자율 내비게이션
■ 플러그인 립, ROS 노드렛, 가제보 플러그인의 심화 학습
■ 아두이노와 같은 I/O 보드, 센서, 액추에이터와 ROS의 인터페이스
■ ABB의 활용과 유니버셜 로봇 팔 시뮬레이션
■ 최신 ROS 버전을 활용한 ROS 프레임워크 탐색

열정적인 로보틱스 지지자거나 ROS를 사용해 로봇 애플리케이션 생성에 관해 더 배우고 싶어하는 연구자라면, 이 책은 바로 당신을 위한 책이다. ROS와 GNU/Linux, C++ 프로그래밍의 기본 지식을 갖추고, ROS의 고급 특징을 탐색하고자 하는 프로그래머들에게 좋을 것이다.

1장, ‘ROS와 패키지 관리 소개’에서는 ROS의 핵심 개념을 이해하기 위한 설명과 ROS 패키지(package)를 이용한 작업 방법을 설명한다.
2장, ‘ROS 3D 로봇 모델링 작업 작업’에서는 두 종류의 로봇 설계를 다룬다. 하나는 7 자유도(seven-DOF, Degree of Freedom) 매니퓰레이터(manipulator)고, 다른 하나는 차륜형 로봇(differential drive robot)이다.
3장, ‘ROS와 가제보를 활용한 로봇 시뮬레이션’에서는 7 자유도 로봇 팔과 차륜형 로봇, 가제보(Gazebo)에서 로봇 조인트를 조작하는 데 도움을 주는 ROS 컨트롤러(controllers)를 설명한다.
4장, ‘ROS 무브잇!과 내비게이션 스택 활용’에서는 ROS 무브잇!(MoveIt!)과 내비게이션 스택(Navigation Stack)을 사용해 별도로 설치하지 않아도 바로 사용할 수 있는 기능인 로봇 매니퓰레이션을 로봇 자율 내비게이션(autonomous navigation)과 인터페이스하는 방법을 알아본다.
5장, ‘플러그인립, 노드렛, 가제보 플러그인 활용’에서는 ROS의 고급 개념을 보여주는데, ROS 플러그인립(pluginlib)과 노드렛(nodelets), 가제보 플러그인(Gazebo plugins)이다. 이 장에서는 각 개념들의 기능과 응용을 살펴보고, 작동을 시연하기 위한 예제를 실행해본다.
6장, ‘ROS 컨트롤러와 시각화 플러그인 생성’에서는 PR2 로봇과 그와 유사한 로봇을 위한 기본 ROS 컨트롤러를 사용하는 방법을 보여준다. 컨트롤러를 생성한 뒤 가제보의 PR2 시뮬레이션을 이용해 컨트롤러를 구동해본다.
7장, ‘ROS와 I/O 보드, 센서, 액추에이터 인터페이싱’에서는 센서와 액추에이터와 같은 하드웨어 요소들과 ROS 간의 인터페이스를 다룬다. 아두이노나 라즈베리 파이(Raspberry Pi), 오드로이드C1(Odroid-C1) 같은 I/O 보드를 사용하는 센서와 ROS 간의 인터페이스를 살펴본다.
8장, ‘ROS와 OpenCV, PCL을 활용한 비전 센서 프로그래밍’에서는 다양한 비전 센서와 ROS 간의 인터페이스 방법, 오픈소스 컴퓨터 비전(Open-CV)과 포인트 클라우드 라이브러리(PCL, Point Cloud Library)와 같은 라이브러리를 사용해 인터페이스 프로그래밍을 하는 방법을 다룬다.
9장, ‘ROS 환경에서 차륜 구동 이동 로봇 하드웨어의 구축과 인터페이싱’에서는 차륜 구동으로 설정된 자율 이동 로봇 하드웨어를 구축하고, 그 하드웨어와 ROS 간 통신을 구현하는 데 도움을 주는 방법을 알아본다.
10장, ‘ROS-무브잇!의 고급 기능’에서는 충돌 회피, 3D 센서를 이용한 주변 인지와 환경 파악, 물체 선별, 특정 위치에 두기와 같은 무브잇!의 기능을 설명한다. 그리고 로봇 매니퓰레이터 하드웨어와 무브잇! 간의 인터페이싱을 살펴본다.
11장, ‘산업용 로봇을 위한 ROS’에서는 ROS 인더스트리얼 패키지(ROS-Industrial Package)를 이해하고 설치해본다. 산업용 로봇의 무브잇! IKFast 플러그인을 개발하는 방법을 알아본다.
12장, ‘ROS 환경에서 트러블슈팅과 최적 실행 방법’에서는 이클립스 통합 개발 환경(Eclipse IDE)에서 ROS 개발환경을 설정하는 방법과 ROS에서 최적 실행, ROS에서 발생하는 문제 해결 팁을 알려준다.

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본문 52페이지의 그림 7

이 책은 ROS의 고급 가이드북으로 이미 ROS 기본 지식이 있는 독자들에게 매우 적합하다. ROS는 로보틱스 기업과 대학, 연구기관에서 로봇 모델을 디자인하고, 빌드(build)하며, 시뮬레이션하고 그 모델을 실제 하드웨어로 인터페이스하는 데 폭넓게 이용된다. 또한 ROS는 이제 로봇 엔지니어에게 필수 사항이다. 이 책은 독자가 ROS의 지식을 획득하도록 도움을 주며, 대화형 예제를 이용해 독자의 ROS 스킬을 단련하도록 도움을 줄 수 있다. 고급 가이드지만 먼저 기본 개념을 다질 수 있도록 1장에서 ROS의 개념을 설명한다. ROS 입문자도 기본을 익힌 뒤 이 책을 시작할 수 있을 것이다. 주로 ROS의 고급 개념에 초점을 두는데, 그 개념들은 ROS 내비게이션 스택(Navigation stack), ROS 무브잇!(MoveIt!), ROS 플러그인(plugins), 노드렛(nodelets), 컨트롤러(controllers), ROS 인더스트리얼(Industrial)과 같은 것들이다.
하드웨어에 상관없이 예제를 실행해볼 수 있다. 하지만 일부 절에서 I/O 보드, 비전 센서, 액추에이터(Actuator)와 ROS 간의 인터페이싱을 볼 수 있다. 이 하드웨어를 실행하려면 주변기기를 구매해야 한다.
이 책은 ROS에 대한 소개로 시작해, ROS에서 시뮬레이션과 시각화를 위해 로봇 모델을 빌드하는 방법을 살펴본다. 가제보(Gazebo)를 활용한 로봇 시뮬레이션 이후에, 로봇과 ROS의 내비게이션 스택, 무브잇!에 연결하는 방법을 볼 수 있을 것이다. 이 외에도 ROS 플러그인, 컨트롤러, 노드렛, I/O 보드, 비전 센서와의 인터페이싱을 볼 수 있다. 마지막으로 ROS 인더스트리얼과 문제점 해결 방법, ROS 추천 실행 방법을 확인할 수 있다.

렌틴 조셉(Lentin Joseph)

저자이자 사업가며, 전자공학자, 로보틱스(Robotics) 열광자, 머신 비전(Machine Vision) 전문가, 임베디드 프로그래머, 인도에 있는 큐보틱스 랩(Qbotics Labs)(http://www.qboticslabs.com)의 창업자 겸 경영자다. 케랄라(Kerala) 주에 있는 연방과학기술대학(FISAT, the Federal Institute of Science and Technology)에서 전자공학과 통신 공학으로 학사학위를 받았다. 졸업하는 해의 마지막 공학 프로젝트에서 사람들과 상호작용할 수 있는 사회 로봇을 만들었다. 그 프로젝트는 큰 성공을 거두었고 많은 영상 보도매체에 언급되었다. 이 로봇의 주요 특징은 사람들과 의사소통할 수 있고, 지능적으로 반응하며, 얼굴의 움직임이나 색 검출(detection)과 같은 영상처리(Image processing) 능력을 가지고 있다는 것이다. 전체 프로젝트는 파이썬 프로그래밍 언어를 사용해 수행했다. 로보틱스와 영상 처리, 파이썬에 대한 관심은 그 프로젝트에서 시작됐다.
졸업 후, 3년 동안 로보틱스와 영상처리 분야에 주력하는 스타트업에서 일했다. 그 기간 동안 로봇운영체제(ROS, Robot Operating System), V-REP, Actin(로봇 시뮬레이션 툴) 같은 로보틱스 소프트웨어 플랫폼과 OpenCV, OpenNI, PCL 같은 영상처리 라이브러리를 배웠다. 또한 3차원 로봇 설계와 아두이노(Arduino), Tiva 런치패드 기반의 임베디드 프로그래밍에 대한 지식이 있다.
직장 생활을 시작한 지 3년 후 큐보틱스 랩이라는 회사를 창업했는데, 주로 로보틱스, 머신 비전과 같은 영역에 속한 위대한 제품을 만드는 연구에 집중하고 있다. 개인 웹 페이지(http://www.lentinjoseph.com)와 테크노랩즈(Technolabsz)라는 기술 블로그(http://www.technolabsz.com)를 운영하며, 작업물을 기술 블로그에 개제하고 있다. 또한 인도에서 열리는 PyCon2013에서 ‘Learning Robotics using Python’이라는 주제로 발표도 했다. 렌틴은 『파이썬 로보틱스』(에이콘, 2015)의 저자다. 이 책은 ROS와 OpenCV를 이용해 자율 주행 로봇을 만드는 것에 관한 책이다. 그 책은 ICRA 2015에서 소개됐고 ROS 블로그와 로보허브(Robohub), OpenCV, 파이썬 웹사이트, 관련된 다양한 포럼에서 다뤄졌다.
ICRA 2015 챌린지, HRATC(http://www2.isr.uc.pt/~embedded/events/HRATC2015/Welcome.html)의 결승 진출자이기도 하다.

2016 다보스 포럼의 주제를 한 단어로 요약하자면 ‘4차 산업혁명’이다. 이 책은 그 4차 산업혁명의 핵심 기술 중의 하나인 로봇 기술을 설명한다. 로봇을 전공하는 사람들과 로봇 기술을 습득하려는 사람들에게 이제 필수적이 될 ROS(Robot Operating System)에 관한 개념들을 실제 소스 코드의 해설과 함께 기술함으로써 독자들의 학습 시간을 효과적으로 줄여줄 것이라 생각된다.
전통적인 로봇 기술자들에게는 많은 기반 지식이 필요했다. 기계 공학과 컴퓨터 공학의 하드웨어 기술에서 IT기술이 접목된 소프트웨어 기술까지 관련 개념을 두루 이해해야 했을 뿐만 아니라, 실제 구현까지 할 수 있어야 했다. 하지만 바야흐로 오픈소스 하드웨어와 소프트웨어가 확산된 시대가 도래하였다. 사람들이 필요한 지식을 빠르고 저비용으로 접할 수 있는 기회가 확산됐고, 이제는 로봇 기술에 대한 진입장벽이 그 이전에 비해 확실히 낮아진 것이 사실이다.
이 책은 로봇 기술의 가장 대중적인 오픈소스 소프트웨어 플랫폼인 ROS의 기본 개념과 고급 개념들을 기술하고, 그를 오픈소스 하드웨어인 아두이노와 라즈베리파이에 적용할 수 있는 인터페이스를 함께 기술한다. 저자는 실무에서 ROS를 이용하여 로봇을 제작한 경험을 바탕으로, 로봇 시뮬레이션과 머신 비전 기술에 특히 집중해 이 책을 집필하였다. 이런 내용 바탕에 로보틱스에서 대표적인 주제인 7-DOF(Degree of Freedom) 로봇 팔과 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 디자인하는 내용을 더함으로써, 독자들은 해당 로봇 알고리즘을 자신의 로봇에 구현할 수 있는 능력을 배양할 수 있을 것이다. 로봇팔의 경우는 제조업계에서 자동화에 필수적인 주제 중의 하나며, SLAM의 경우 구글 자동차로 대변되는 자율주행 자동차의 기반 기술이다.
이 책에서 역자가 인상 깊게 읽은 한 문장은 ‘바퀴의 모양을 새로 발명할 필요가 없다’는 것이다. 로봇의 알고리즘을 구현하려고 할 때, 이미 최적의 형태로 구현되어 있는 알고리즘이 ROS에 무수히 존재하는데, 그를 이용할 생각하지 않고 관련 기능에 대한 새로운 코드를 작성하려고 하는 태도에 대한 언급이었다. 물론 필요에 따라 원형 이외의 바퀴 모양을 새로 발명할 필요는 있다. 하지만, 모방은 창조의 어머니라는 말이 있듯이, 심지어 새로운 바퀴 형태를 개발하려 할 때에도 기존의 최적 형태의 바퀴 모양을 참고해 그를 분석하는 선행 연구가 필요하다.
이제 4차 산업혁명의 시대가 도래함으로 ROS는 로봇을 개발하려는 사람들에게 필수적인 요소가 될 것임이 자명하다. 이 책이 ROS를 습득하는 시간을 줄여줄 효과적인 매체라 생각해서 이 책의 번역을 결심하였다. 고급 개발자들이야 기반 지식과 다양한 매체의 검색 능력을 바탕으로 빨리 로봇을 개발할 수 있지만, 관련 기술이 익숙하지 않은 사람들은 시행착오로 인해 시간을 허비하기 때문에 쉽게 따라 하며 핵심 개념을 이해할 수 있는 가이드북이 필요하다. 효용가치를 생각했을 때, 이 책이 연구자들 및 개발자들, 심지어 로봇에 관심 있는 일반인들에게도 ROS 및 로봇 기술 접근에 대한 진입장벽을 낮춰, 국내 로봇 연구 개발 환경의 활성화에 조금의 기여라도 할 수 있기를 바란다.

배진호

습득한 지식은 문제 해결을 위한 도구로 활용해야 하며, 지식 그 자체보다는 문제 해결 설계를 위한 사고가 더 중요하다는 생각을 가지고 있다. 하지만 무엇보다 중요한 것은 어떤 문제를 풀기 위함인지 방향성을 설정하는 것이라고 생각한다. 서울과학기술대학에서 로봇 공학과 미국 로즈 헐만 공과대학에서 레이저 공학을 전공했으며, 현재 레이저 가공 장비 개발 프로젝트에 소프트웨어 엔지니어로 참여하며 전공 지식을 활용 중이다. 동시에 통계학과 컴퓨터과학에 관한 지식을 습득하면서 고급 지식을 활용해 어떻게 부가가치를 창출해낼 수 있을지 고민하고 있다. 죽을 때까지 질리지 않고 몰두할 수 있는 거리가 바로 배움이 아닐까 생각한다.