| 作者 |
| 拉姆库玛·甘地那坦 郎坦·约瑟夫 卡罗尔·费尔柴尔德托马斯· L.哈曼 怀亚特·S. 纽曼 等 |
| 丛书名 |
| 机器人设计与制作系列 |
| 出版社 |
| 机械工业出版社 |
| ISBN |
| 9782101201425 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介书籍计算机书籍 ---------------------------ROS机器人项目开发11例（原书第2版）--------------------------- 本书涵盖新的ROS发行版中的项目——ROS Melodic Morenia with Ubuntu Bionic（18.04）。从基本原理开始，本书向你介绍了ROS-2，并帮助你了解它与ROS-1的不同之处。你将能够在ROS中建模并构建工业移动机械手臂，并在Gazebo 9中进行模拟。然后，你将了解如何使用状态机处理复杂的机器人应用程序，以及一次处理多个机器人。本书还向你介绍了新的、流行的硬件，如Nvidia的Jetson Nano、华硕修补板和Beaglebone Black，并允许你探索与ROS的接口。 ---------------------------ROS机器人开发：实用案例分析（原书第2版）--------------------------- 本书不仅涵盖ROS的基础知识，还循序渐进地讲解了ROS机器人的高级应用特性。书中首先对ROS的基本配置进行介绍，内容包括ROS的安装、基本概念、主要的功能包与工具等。然后对相应的故障排查方法进行了论述。之后通过模拟的方式，先对Tu rtIesim的ROS组成模块进行描述，再对其他几类典型机器人的ROS组成模块进行相应的介绍。对ROS组成模块的介绍，一般遵循的流程是首先介绍基本的ROS命令，然后对ROS的功能包、节点、主题以及消息进行论述，以此来对ROS机器人操作系统的整体内容进行详细的阐述。为了对书中选用的机器人的整体性能进行描述，书中还给出了相关机器人的技术资料。 ---------------------------ROS机器人编程：原理与应用--------------------------- 本书共分为六部分。第一部分介绍了如何编写ROS节点和ROS工具，也覆盖了消息、类和服务器。第二部分是用ROS进行模拟和可视化，其中包括坐标转换。第三部分讨论了ROS的感知过程。第四部分介绍了ROS中的移动机器人控制和导航。第五部分介绍了ROS机器人臂的相关知识。第六部分涉及系统集成和更高级别的控制，包括基于感知的移动操作。 . ---------------------------精通ROS机器人编程（原书第2版）--------------------------- 本书主要面向机器人开发人员和想充分利用ROS功能的研究人员，是一本侧重ROS框架高级概念的进阶学习指南。书中既介绍了ROS的基本概念，又系统讲解了使用ROS进行复杂机器人设计、建模、仿真和交互的实用技术、工具和编程技巧，包含大量示例，可以为你快速提升ROS实战技能提供翔实参考。 全书共15章，第1章简要介绍ROS基本概念；第2章解释如何使用ROS软件包；第３章讨论７-DOF机械臂和差速驱动机器人的设计；第４章和第5章通过示例详细讲解如何使用Gazebo和V-REP这两个著名的机器人仿真软件；第6章介绍如何使用ROS MoveIt！和导航软件包集的现有功能；第7章讨论ROS pluginlib、小节点和控制器等一些高级概念；第8章进一步讨论RViz插件和ROS控制器；第9章讨论一些硬件组件与ROS的接口；第１０章讨论如何使用ROS连接各种视觉传感器，并利用开源计算机视觉库（ＯｐｅｎＣＶ）和点云库（PCL）进行编程；第１１章介绍如何构建差速驱动的自主移动机器人，并将其与ROS连接；第１２章介绍ＭｏｖｅＩｔ！的高级功能；第１３章讨论如何将Ｍａｔｌａｂ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件与ROS连接；第１４章介绍ＲＯＳ－Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ软件包；第１５章讨论如何在ROS中安装集成开发环境，并介绍ROS实战技巧与调试方法。 ---------------------------ROS机器人开发实践--------------------------- 本书在介绍ROS总体框架和理论要点的基础上，讲解ROS的通信机制、常用组件和进阶功能；同时以实践为主，讲解机器视觉、机器听觉、SLAM与导航、机械臂控制、机器学习等多种ROS应用的主要原理和实现方法；并分析基于ROS的机器人系统设计方法和典型实例；后论述ROS2的框架特点和使用方法，剖析ROS的发展方向。 ---------------------------ROS机器人开发：实用案例分析--------------------------- 本书针对基于ROS的机器人开发技术进行了全面综合的介绍，不仅涵盖ROS框架的基础知识，还详细描述模拟机器人模型的构建方法和真实机器人操控。本书循序渐进地以实例形式讲解移动机器人、飞行机器人、机器人手臂等各类机器人的ROS实现。通过控制这些机器人，无论是模拟还是在现实中，你都可以使用ROS控制来驱动、移动机器人，甚至是让机器人飞行。 ---------------------------ROS机器人编程实践--------------------------- 本书通过将ROS社区的宝贵开发经验和现实案例相结合，为你在机器人开发过程中遇到的问题提供切实可行的指南。不论你是机器人俱乐部的学生，还是专业的机器人科学家和工程师，都可以在本书中找到你想要的内容。书中的每部分都提供了使用ROS工具实现各类机器人系统的完整解决方案，不仅包括实现各种单一机器人任务，也包括将不同模块结合完成组合任务。在本书中，只要你熟悉Python，就可以开始动手实践。 ---------------------------ROS机器人高效编程（原书第3版）--------------------------- 本书包含了大量示例，帮助你开发机器人程序，并为你提供使用开源ROS库和工具的完整解决方案。本书主要内容包括：ROS的概念、命令行工具、可视化GUI以及如何调试ROS，如何将机器人传感器和执行器连接到ROS，如何从摄像头和3D传感器获取数据并分析数据，如何在机器人/传感器和环境仿真中使用Gazebo，如何设计机器人，如何使用OpenCV3.0为机器人添加视觉功能，如何使用新版本的PCL向机器人添加3D感知功能。本书适合各个阶层的机器人开发人员和机器人爱好者阅读。 ---------------------------ROS机器人程序设计（原书第2版）--------------------------- 无论是业余爱好者还是专业的机器人开发人员，在开始进行机器人系统及程序设计时，首先要面对的问题都是基本的如何驱动机器人的轮子的设计。ROS通过软件代码复用集成了众多已经开发完成的功能组件。本书专门帮助读者从对ROS一无所知到能够通过ROS系统完成小型机器人系统的开发和编程工作。本书提供了各种实际的示例代码供读者学习和理解ROS的软件框架。你可以在仿真环境中自行构建机器人相应的功能程序。本书第2版在第1版的基础上增加了与ROSHydro一起工作，如何创建、可视化和处理不同传感器的点云信息，如何控制和利用多关节机械臂，并提供简单易懂的实用教程编写自己的机器人。 |
| 目录 |
---------------------------ROS机器人项目开发11例（原书第2版）--------------------------- 译者序 前言 作者简介 第1章 ROS入门 1 1.1 技术要求 2 1.2 ROS概述 2 1.2.1 ROS发行版 3 1.2.2 支持的操作系统 3 1.2.3 支持的机器人及传感器 4 1.2.4 为什么选择ROS 5 1.3 ROS基础 6 1.3.1 文件系统层级 7 1.3.2 计算图层级 7 1.3.3 ROS社区层级 9 1.3.4 ROS中的通信 9 1.4 ROS客户端库 10 1.5 ROS工具 11 1.5.1 ROS的可视化工具RViz 11 1.5.2 rqt_plot 11 1.5.3 rqt_graph 12 1.6 ROS模拟器 13 1.7 在Ubuntu 18.04 LTS上安装ROS Melodic 13 1.8 在VirtualBox上设置ROS 18 1.9 Docker简介 19 1.9.1 为什么选择Docker 20 1.9.2 安装Docker 20 1.10 设置ROS工作空间 23 1.11 ROS在工业界和学术界的机遇 25 1.12 本章小结 25 第2章 ROS-2及其特性简介 26 2.1 技术要求 27 2.2 ROS-2概述 27 2.2.1 ROS-2发行版 28 2.2.2 支持的操作系统 28 2.2.3 支持的机器人及传感器 29 2.2.4 为什么选择ROS-2 29 2.3 ROS-2基础 30 2.3.1 什么是DDS 30 2.3.2 DDS的实现 30 2.3.3 计算图 31 2.3.4 ROS-2社区层级 32 2.3.5 ROS-2中的通信 32 2.3.6 ROS-2的变化 33 2.4 ROS-2客户端库 33 2.5 ROS-2工具 34 2.5.1 RViz2 34 2.5.2 Rqt 36 2.6 安装ROS-2 36 2.6.1 开始安装 37 2.6.2 获取ROS-2源码 38 2.6.3 ROS-1、ROS-2以及共存环境设置 41 2.6.4 运行测试节点 42 2.7 设置ROS-2工作空间 44 2.8 编写ROS-2节点 45 2.8.1 ROS-1代码示例 45 2.8.2 ROS-2代码示例 46 2.8.3 ROS-1发布者节点与ROS-2发布者节点的区别 49 2.9 ROS-1和ROS-2的通信 50 2.10 本章小结 52 第3章 构建工业级移动机械臂 53 3.1 技术要求 54 3.2 常见的移动机械臂 54 3.3 移动机械臂应用场景 55 3.4 移动机械臂构建入门 56 3.4.1 单位及坐标系 57 3.4.2 Gazebo及ROS机器人模型格式设定 57 3.5 机器人底座构建 58 3.5.1 机器人底座需求 58 3.5.2 软件参数 60 3.5.3 机器人底座建模 60 3.5.4 机器人底座模拟 64 3.5.5 机器人底座测试 68 3.6 机械臂构建 70 3.6.1 机械臂需求 71 3.6.2 软件参数 72 3.6.3 机械臂建模 72 3.6.4 机械臂模拟 74 3.6.5 机械臂测试 77 3.7 系统集成 78 3.7.1 移动机械臂建模 78 3.7.2 移动机械臂模拟与测试 79 3.8 本章小结 80 第4章 基于状态机的复杂机器人任务处理 81 4.1 技术要求 81 4.2 ROS动作机制简介 82 4.2.1 服务器–客户端结构概述 82 4.2.2 actionlib示例：机械臂客户端 83 4.2.3 基于actionlib的服务器–客户端示例：电池模拟器 85 4.3 服务员机器人应用示例 90 4.4 状态机简介 92 4.5 SMACH简介 93 4.6 SMACH入门 96 4.6.1 SMACH-ROS的安装与使用 96 4.6.2 简单示例 96 4.6.3 餐厅机器人应用示例 98 4.7 本章小结 102 第5章 构建工业级应用程序 103 5.1 技术要求 103 5.2 应用案例：机器人送货上门 104 5.3 机器人底座智能化 106 5.3.1 添加激光扫描传感器 106 5.3.2 配置导航栈 108 5.3.3 环境地图构建 110 5.3.4 机器人底座定位 111 5.4 机械臂智能化 111 5.4.1 Moveit简介 112 5.4.2 安装与配置Moveit 113 5.4.3 通过Moveit控制机械臂 117 5.5 应用程序模拟 120 5.5.1 环境地图构建与保存 120 5.5.2 选择目标点 120 5.5.3 添加目标点 121 5.5.4 状态机构建 121 5.6 机器人改进 121 5.7 本章小结 122 第6章 多机器人协同 123 6.1 技术要求 123 6.2 集群机器人基本概念 124 6.3 集群机器人分类 125 6.4 ROS中的多机器人通信 125 6.4.1 单个roscore和公共网络 126 6.4.2 群组/名称空间的使用 127 6.4.3 基于群组/名称空间的多机器人系统构建示例 128 6.5 多master概念简介 131 6.5.1 multimaster_fkie功能包简介 132 6.5.2 安装multimaster_fkie功能包 133 6.5.3 设置multimaster_fkie功能包 133 6.6 多机器人应用示例 136 6.7 本章小结 138 第7章 嵌入式平台上的ROS应用及其控制 139 7.1 技术要求 139 7.2 嵌入式板基础知识 140 7.2.1 重要概念介绍 141 7.2.2 机器人领域微控制器和微处理器的区别 142 7.2.3 板卡选型步骤 142 7.3 微控制器板简介 143 7.3.1 Arduino Mega 143 7.3.2 STM32 144 7.3.3 ESP8266 145 7.3.4 ROS支持的嵌入式板 146 7.3.5 对比表格 147 7.4 单板计算机简介 147 7.4.1 CPU板 148 7.4.2 GPU板 151 7.5 Debian与Ubuntu 152 7.6 在Tinkerboard S平台上设置操作系统 153 7.6.1 基础需求 153 7.6.2 安装Tinkerboard Debian操作系统 153 7.6.3 安装Armbian和ROS 154 7.6.4 使用可用的ROS镜像安装 156 7.7 在BeagleBone Black平台上设置ROS 156 7.7.1 基础需求 156 7.7.2 安装Debian 操作系统 157 7.7.3 安装Ubuntu和ROS 158 7.8 在Raspberry Pi 3/4平台上设置ROS 159 7.8.1 基础需求 159 7.8.2 安装Raspbian和ROS 159 7.8.3 安装Ubuntu和ROS 160 7.9 在Jetson Nano平台上设置ROS 161 7.10 通过ROS控制GPIO 161 7.10.1 Tinkerboard S 162 7.10.2 BeagleBone Black 163 7.10.3 Raspberry Pi 3/4 164 7.10.4 Jetson Nano 165 7.11 嵌入式板基准测试 166 7.12 Alexa入门及连接ROS 168 7.12.1 Alexa 技能构建前提条件 168 7.12.2 创建Alexa技能 169 7.13 本章小结 173 第8章 强化学习与机器人学 174 8.1 技术要求 174 8.2 机器学习概述 175 8.2.1 监督学习 175 8.2.2 无监督学习 175 8.2.3 强化学习 176 8.3 理解强化学习 176 8.3.1 探索与开发 177 8.3.2 强化学习公式 177 8.3.3 强化学习平台 178 8.3.4 机器人领域的强化学习应用 179 8.4 马尔可夫决策过程与贝尔曼方程 179 8.5 强化学习算法 181 8.5.1 出租车问题应用示例 181 8.5.2 TD预测 182 8.5.3 TD控制 183 8.6 ROS中的强化学习功能包 189 8.6.1 gym-gazebo 189 8.6.2 gym-gazebo2 194 8.7 本章小结 196 第9章 ROS下基于TensorFlow的深度学习 197 9.1 技术要求 197 9.2 深度学习及其应用简介 198 9.3 机器人领域的深度学习 198 9.4 深度学习库 199 9.5 TensorFlow入门 200 9.5.1 在Ubuntu 18.04 LTS上安装TensorFlow 200 9.5.2 TensorFlow概念 202 9.5.3 在TensorFlow下编写第一行代码 204 9.6 ROS下基于TensorFlow的图像识别 206 9.6.1 基础需求 207 9.6.2 ROS图像识别节点 207 9.7 scikit-learn简介 210 9.8 SVM及其在机器人领域的应用简介 211 9.9 本章小结 214 第10章 ROS下的自动驾驶汽车构建 215 10.1 技术要求 215 10.2 自动驾驶汽车入门 216 10.3 典型自动驾驶汽车基本组件 218 10.3.1 GPS、IMU和车轮编码器 218 10.3.2 摄像头 219 10.3.3 超声波传感器 219 10.3.4 LIDAR与RADAR 219 10.3.5 自动驾驶汽车的软件模块体系结构 221 10.4 ROS下的自动驾驶汽车模拟与交互 222 10.4.1 Velodyne LIDAR模拟 223 10.4.2 ROS下的Velodyne传感器接口 224 10.4.3 激光扫描仪模拟 225 10.4.4 模拟代码扩展 226 10.4.5 ROS下的激光扫描仪接口 227 10.4.6 Gazebo下的立体与单目摄像头模拟 228 10.4.7 ROS下的摄像头接口 229 10.4.8 Gazebo下的GPS模拟 230 10.4.9 ROS下的GPS接口 231 10.4.10 Gazebo下的IMU模拟 231 10.4.11 ROS下的IMU接口 233 10.4.12 Gazebo下的超声波传感器模拟 233 10.4.13 低成本LIDAR传感器 235 10.5 Gazebo下带传感器的自动驾驶汽车模拟 236 10.6 ROS下的DBW汽车接口 241 10.6.1 功能包安装 241 10.6.2 自动驾驶汽车及传感器数据可视化 241 10.6.3 基于ROS与DBW通信 243 10.7 Udacity开源自动驾驶汽车项目简介 243 10.7.1 Udacity的开源自动驾驶汽车模拟器 244 10.7.2 MATLAB ADAS工具箱 246 10.8 本章小结 246 第11章 基于VR头盔和Leap Motion的机器人遥操作 247 11.1 技术要求 248 11.2 VR头盔和Leap Motion传感器入门 248 11.3 项目设计和实施 250 11.4 在Ubuntu 14.04.5上安装Leap Motion SDK 251 11.4.1 可视化Leap Motion控制器数据 252 11.4.2 使用Leap Motion可视化工具 252 11.4.3 安装用于Leap Motion控制器的ROS驱动程序 253 11.5 RViz中Leap Motion数据的可视化 255 11.6 使用Leap Motion控制器创建遥操作节点 256 11.7 构建ROS-VR Android应用程序 258 11.8 ROS-VR应用程序的使用及与Gazebo的交互 260 11.9 VR下的TurtleBot模拟 262 11.9.1 安装TurtleBot模拟器 262 11.9.2 在VR中控制TurtleBot 262 11.10 ROS-VR应用程序故障排除 263 11.11 ROS-VR应用与Leap Motion遥操作功能集成 264 11.12 本章小结 265 第12章 基于ROS、Open CV和Dynamixel伺服系统的人脸识别与跟踪 266 12.1 技术要求 266 12.2 项目概述 267 12.3 硬件和软件基础需求 267 12.4 使用RoboPlus配置Dynamixel伺服系统 271 12.5 Dynamixel与ROS连接 275 12.6 创建人脸跟踪器ROS功能包 276 12.7 使用人脸跟踪ROS功能包 278 12.7.1 理解人脸跟踪器代码 279 12.7.2 理解CMakeLists.txt 283 12.7.3 track.yaml文件 284 12.7.4 启动文件 284 12.7.5 运行人脸跟踪器节点 285 12.7.6 face_tracker_control功能包 286 12.7.7 平移控制器配置文件 287 12.7.8 伺服系统参数配置文件 287 12.7.9 人脸跟踪控制器节点 288 12.7.10 创建CMakeLists.txt 289 12.7.11 测试人脸跟踪器控制功能包 290 12.7.12 节点集成 291 12.7.13 固定支架并设置电路 291 12.7.14 最终运行 292 12.8 本章小结 292 ---------------------------ROS机器人开发：实用案例分析（原书第2版）--------------------------- 译者序 前言 作者简介 审校者简介 第1章 ROS初体验 1 1.1 ROS的用途以及学习ROS的好处 1 1.2 哪些机器人采用了ROS 2 1.3 安装并启动ROS 4 1.3.1 配置Ubuntu系统的软件源 4 1.3.2 设置Ubuntu系统软件源列表 5 1.3.3 设置Ubuntu系统密钥 5 1.3.4 安装ROS Kinetic 5 1.3.5 初始化rosdep 6 1.3.6 环境设置 6 1.3.7 安装 rosinstall 6 1.3.8 故障排除—ROS环境测试 7 1.4 创建catkin工作空间 7 1.5 ROS的功能包与清单 8 1.5.1 ROS清单 8 1.5.2 探索ROS功能包 8 1.6 ROS节点、话题与消息 10 1.6.1 ROS节点 11 1.6.2 ROS话题 11 1.6.3 ROS消息 11 1.6.4 ROS节点管理器 12 1.6.5 确定节点和话题的ROS命令 13 1.7 第一个ROS机器人模拟程序turtlesim 15 1.7.1 启动turtlesim节点 15 1.7.2 turtlesim节点 16 1.7.3 turtlesim话题与消息 18 1.7.4 通过发布/turtle1/cmd_vel话题控制乌龟运动 20 1.7.5 通过键盘或游戏手柄控制乌龟移动 22 1.7.6 turtlesim的参数服务器 22 1.7.7 控制乌龟移动的ROS服务 24 1.8 ROS命令小结 25 1.9 本章小结 26 第2章 构建一个模拟的两轮ROS机器人 27 2.1 Rviz简介 27 2.1.1 安装和启动Rviz 28 2.1.2 熟悉Rviz界面 29 2.2 生成并构建ROS功能包 32 2.3 构建差分驱动的机器人URDF 33 2.3.1 创建机器人底座 33 2.3.2 使用roslaunch 34 2.3.3 添加轮子 37 2.3.4 添加小脚轮 39 2.3.5 添加颜色 41 2.3.6 添加碰撞属性 42 2.3.7 移动轮子 43 2.3.8 tf和robot_state_publisher简介 44 2.3.9 添加物理学属性 45 2.3.10 试用URDF工具 46 2.4 Gazebo 47 2.4.1 安装并启动Gazebo 48 2.4.2 使用roslaunch启动Gazebo 49 2.4.3 熟悉Gazebo界面 50 2.4.4 机器人URDF的修改 54 2.4.5 Gazebo模型验证 55 2.4.6 在Gazebo中查看URDF 56 2.4.7 机器人模型调整 57 2.4.8 移动机器人模型 58 2.4.9 其他的机器人模拟环境 59 2.5 本章小结 60 第3章 TurtleBot机器人操控 61 3.1 TurtleBot 2机器人简介 61 3.2 下载TurtleBot 2模拟器软件 63 3.3 在Gazebo中启动TurtleBot 2模拟器 63 3.3.1 常见问题与故障排除 65 3.3.2 ROS命令与Gazebo 66 3.3.3 模拟环境下使用键盘远程控制TurtleBot 2 68 3.4 控制真正的TurtleBot 2机器人的设置 69 3.5 连接上网本与远程计算机 71 3.5.1 网络类型 71 3.5.2 网络地址 72 3.5.3 远程计算机网络设置 73 3.5.4 上网本网络设置 73 3.5.5 SSH连接 74 3.5.6 网络设置小结 74 3.5.7 排查网络连接中的故障 75 3.5.8 TurtleBot 2机器人系统测试 75 3.6 TurtleBot 2机器人的硬件规格参数 76 3.7 移动真实的TurtleBot 2机器人 78 3.7.1 采用键盘远程控制TurtleBot 2机器人移动 78 3.7.2 采用ROS命令控制TurtleBot 2机器人移动 79 3.7.3 编写第一个Python脚本程序控制TurtleBot 2机器人移动 80 3.8 rqt工具简介 83 3.8.1 rqt_graph 83 3.8.2 rqt的消息发布与话题监控 86 3.9 TurtleBot机器人的测程 87 3.9.1 模拟的TurtleBot 2机器人的测程 91 3.9.2 Rviz下真实的TurtleBot 2机器人的测程显示 93 3.10 TurtleBot机器人的自动充电 95 3.11 TurtleBot 3介绍 96 3.12 下载TurtleBot 3模拟软件 98 3.13 在Rviz中启动TurtleBot 3模拟软件 99 3.14 在Gazebo中启动TurtleBot 3模拟软件 100 3.15 硬件装配与测试 103 3.16 下载TurtleBot 3机器人软件包 103 3.16.1 在远程计算机上安装软件 103 3.16.2 在SBC上安装软件 104 3.17 TurtleBot 3与远程计算机的网络连接 107 3.17.1 远程计算机网络设置 108 3.17.2 TurtleBot 3网络设置 108 3.17.3 SSH通信测试 110 3.17.4 网络连接的故障处理 110 3.18 控制真实的TurtleBot 3移动 111 3.19 本章小结 113 第4章 TurtleBot机器人导航 114 4.1 TurtleBot机器人的3D视觉系统 115 4.1.1 3D视觉传感器原理 115 4.1.2 3D传感器对比 116 4.2 配置TurtleBot机器人并安装3D 传感器软件 123 4.2.1 Kinect 123 4.2.2 ASUS与PrimeSense 123 4.2.3 Intel RealSense 124 4.2.4 摄像头软件结构 124 4.2.5 术语定义 125 4.3 独立模式下测试3D传感器 125 4.4 运行ROS节点进行可视化 126 4.4.1 使用Image Viewer可视化数据 126 4.4.2 使用Rviz可视化数据 128 4.5 TurtleBot机器人导航 131 4.5.1 采用TurtleBot 2机器人构建房间地图 132 4.5.2 采用TurtleBot 2机器人实现自主导航 136 4.5.3 导航至指定目标点 142 4.5.4 基于Python脚本与地图实现航路点导航 144 4.5.5 TurtleBot 3机器人的SLAM 151 4.5.6 使用TurtleBot 3进行自主导航 152 4.5.7 rqt_reconfigure 153 4.5.8 进一步探索ROS导航 155 4.6 本章小结 155 第5章 构建模拟的机器人手臂 156 5.1 Xacro的特点 156 5.2 采用Xacro建立一个关节式机器人手臂URDF 157 5.2.1 指定名空间 158 5.2.2 使用Xacro属性标签 158 5.2.3 扩展Xacro 161 5.2.4 使用Xacro的包含与宏标签 163 5.2.5 给机器人手臂添加网格 166 5.3 在Gazebo中控制关节式机器人手臂 171 5.3.1 添加Gazebo特性元素 171 5.3.2 将机器人手臂固定在世界坐标系下 173 5.3.3 在Gazebo中查看机器人手臂 173 5.3.4 给Xacro添加控制组件 174 5.3.5 采用ROS命令行控制机器人手臂 178 5.3.6 采用rqt控制机器人手臂 179 5.4 本章小结 182 第6章 机器人手臂摇摆的关节控制 183 6.1 Baxter简介 184 6.1.1 研究型机器人Baxter 185 6.1.2 Baxter模拟器 186 6.2 Baxter的手臂 186 6.2.1 Baxter的俯仰关节 187 6.2.2 Baxter的滚转关节 188 6.2.3 Baxter的坐标系 188 6.2.4 Baxter手臂的控制模式 189 6.2.5 Baxter手臂的抓手 189 6.2.6 Baxter手臂的传感器 190 6.3 下载Baxter软件 190 6.3.1 安装Baxter SDK软件 190 6.3.2 安装Baxter模拟器 192 6.3.3 配置Baxter shell 193 6.3.4 安装MoveIt！ 194 6.4 在Gazebo中启动Baxter模拟器 195 6.4.1 启动Baxter模拟器 196 6.4.2 “热身”练习 199 6.4.3 弯曲Baxter手臂 200 6.5 Baxter手臂与正向运动 209 6.5.1 关节与关节状态发布器 209 6.5.2 理解tf 212 6.5.3 直接指定关节组件角度 215 6.5.4 Rviz下的tf坐标系 216 6.5.5 查看机器人元素的tf树 217 6.6 MoveIt!简介 217 6.6.1 使用MoveIt!对Baxter手臂进行运动规划 219 6.6.2 在场景中添加物体 220 6.6.3 采用MoveIt!进行避障运动规划 222 6.7 配置真实的Baxter机器人 223 6.8 控制真实的Baxter机器人 225 6.8.1 控制关节到达航路点 225 6.8.2 控制关节的力矩弹簧 226 6.8.3 关节速度控制演示 227 6.8.4 其他示例 227 6.8.5 视觉伺服和抓取 227 6.9 反向运动 228 6.10 使用状态机实现YMCA 231 6.11 本章小结 236 第7章 空中机器人基本操控 237 7.1 四旋翼飞行器简介 238 7.1.1 风靡的四旋翼飞行器 238 7.1.2 滚转角、俯仰角与偏航角 238 7.1.3 四旋翼飞行器原理 239 7.1.4 四旋翼飞行器的组成 241 7.1.5 添加传感器 241 7.1.6 四旋翼飞行器的通信 242 7.2 四旋翼飞行器的传感器 243 7.2.1 惯性测量单元 243 7.2.2 四旋翼飞行器状态传感器 243 7.3 飞行前的准备工作 244 7.3.1 四旋翼飞行器检测 244 7.3.2 飞行前检测列表 245 7.3.3 飞行中的注意事项 245 7.3.4 需要遵循的规则和条例 245 7.4 在无人机中使用ROS 246 7.5 Hector四旋翼飞行器 246 7.5.1 下载Hector四旋翼飞行器 248 7.5.2 在Gazebo中启动Hector四旋翼飞行器 249 7.6 Crazyflie 2.0简介 256 7.6.1 无ROS情况下的Crazyflie控制 257 7.6.2 使用Crazyradio PA进行通信 258 7.6.3 加载Crazyflie ROS软件 259 7.6.4 飞行前的检查 261 7.6.5 使用teleop操控Crazyflie飞行 262 7.6.6 在运动捕获系统下飞行 265 7.6.7 控制多个Crazyflie飞行 266 7.7 Bebop简介 266 7.7.1 加载bebop_autonomy软件 268 7.7.2 使用命令控制Bebop飞行 270 7.8 本章小结 271 第8章 使用外部设备控制机器人 272 8.1 创建自定义ROS游戏控制器接口 272 8.1.1 测试游戏控制器 273 8.1.2 使用joy ROS功能包 275 8.1.3 使用自定义游戏控制器接口控制turtlesim 275 8.2 创建自定义ROS Android设备接口 280 8.2.1 安装Android Studio和工具 280 8.2.2 安装ROS-Android开发环境 281 8.2.3 术语定义 282 8.2.4 ROS-Android开发环境介绍 283 8.3 在Arduino或树莓派上创建ROS节点 284 8.3.1 使用Arduino 284 8.3.2 使用树莓派 294 8.4 本章小结 295 第9章 操控Crazyflie执行飞行任务 296 9.1 执行任务所需的组件 297 9.1.1 Kinect Windows v2 297 9.1.2 Crazyflie操作 298 9.1.3 任务软件结构 298 9.1.4 OpenCV与ROS 300 9.2 安装任务所需的软件 301 9.2.1 安装libfreenect2 301 9.2.2 安装iai_kinect2 304 9.2.3 使用iai_kinect2元包 305 9.3 任务设置 311 9.3.1 探测Crazyflie与目标 311 9.3.2 使用Kinect与OpenCV 314 9.3.3 对Crazyflie进行跟踪 317 9.4 Crazyflie控制 319 9.5 试飞Crazyflie 324 9.5.1 悬停 324 9.5.2 飞往静止目标 326 9.5.3 学到的经验 327 9.6 本章小结 328 第10章 基于MATLAB的Baxter控制 329 10.1 安装MATLAB机器人系统工具箱 329 10.1.1 MATLAB与机器人系统工具箱版本检查 330 10.1.2 机器人系统工具箱下的ROS命令 330 10.2 机器人系统工具箱与Baxter模拟器的使用 330 10.2.1 在MATLAB中安装Baxter消息 330 10.2.2 运行Baxter模拟器和MATLAB 332 10.2.3 控制Baxter运动 334 10.3 本章小结 337 ---------------------------ROS机器人编程：原理与应用--------------------------- 译者序 前言 第一部分 ROS基础 / 1 第1章 概述：ROS工具和节点 / 2 1.1 ROS基础概念 / 2 1.2 编写ROS节点 / 5 1.2.1 创建ROS程序包 / 5 1.2.2 编写一个最小的ROS发布器 / 8 1.2.3 编译ROS节点 / 11 1.2.4 运行ROS节点 / 12 1.2.5 检查运行中的最小发布器节点 / 13 1.2.6 规划节点时间 / 15 1.2.7 编写一个最小ROS订阅器 / 17 1.2.8 编译和运行最小订阅器 / 19 1.2.9 总结最小订阅器和发布器节点 / 21 1.3 更多的ROS工具：catkin_simple、roslaunch、rqt_console和rosbag / 21 1.3.1 用catkin_simple简化CMakeLists.txt / 21 1.3.2 自动启动多个节点 / 23 1.3.3 在ROS控制台观察输出 / 25 1.3.4 使用rosbag记录并回放数据 / 26 1.4 最小仿真器和控制器示例 / 28 1.5 小结 / 32 第2章 消息、类和服务器 / 33 2.1 定义自定义消息 / 33 2.1.1 定义一条自定义消息 / 34 2.1.2 定义一条变长的消息 / 38 2.2 ROS服务介绍 / 43 2.2.1 服务消息 / 43 2.2.2 ROS服务节点 / 45 2.2.3 与ROS服务手动交互 / 47 2.2.4 ROS服务客户端示例 / 48 2.2.5 运行服务和客户端示例 / 50 2.3 在ROS中使用C++类 / 51 2.4 在ROS中创建库模块 / 56 2.5 动作服务器和动作客户端介绍 / 61 2.5.1 创建动作服务器包 / 62 2.5.2 定义自定义动作服务器消息 / 62 2.5.3 设计动作客户端 / 68 2.5.4 运行示例代码 / 71 2.6 参数服务器介绍 / 80 2.7 小结 / 84 第二部分 ROS中的仿真和可视化 / 85 第3章 ROS中的仿真 / 86 3.1 简单的2维机器人仿真器 / 86 3.2 动力学仿真建模 / 93 3.3 统一的机器人描述格式 / 95 3.3.1 运动学模型 / 95 3.3.2 视觉模型 / 98 3.3.3 动力学模型 / 99 3.3.4 碰撞模型 / 102 3.4 Gazebo介绍 / 104 3.5 最小关节控制器 / 112 3.6 使用Gazebo插件进行关节伺服控制 / 118 3.7 构建移动机器人模型 / 124 3.8 仿真移动机器人模型 / 132 3.9 组合机器人模型 / 136 3.10 小结 / 139 第4章 ROS中的坐标变换 / 141 4.1 ROS中的坐标变换简介 / 141 4.2 转换侦听器 / 149 4.3 使用Eigen库 / 156 4.4 转换ROS数据类型 / 161 4.5 小结 / 163 第5章 ROS中的感知与可视化 / 164 5.1 rviz中的标记物和交互式标记物 / 168 5.1.1 rviz中的标记物 / 168 5.1.2 三轴显示示例 / 172 5.1.3 rviz中的交互式标记物 / 176 5.2 在rviz中显示传感器值 / 183 5.2.1 仿真和显示激光雷达 / 183 5.2.2 仿真和显示彩色相机数据 / 189 5.2.3 仿真和显示深度相机数据 / 193 5.2.4 rviz中点的选择 / 198 5.3 小结 / 201 第三部分 ROS中的感知处理 / 203 第6章 在ROS中使用相机 / 204 6.1 相机坐标系下的投影变换 / 204 6.2 内置相机标定 / 206 6.3 标定立体相机内参 / 211 6.4 在ROS中使用OpenCV / 217 6.4.1 OpenCV示例：寻找彩色像素 / 218 6.4.2 OpenCV示例：查找边缘 / 223 6.5 小结 / 224 第7章 深度图像与点云信息 / 225 7.1 从扫描LIDAR中获取深度信息 / 225 7.2 立体相机的深度信息 / 230 7.3 深度相机 / 236 7.4 小结 / 237 第8章 点云数据处理 / 238 8.1 简单的点云显示节点 / 238 8.2 从磁盘加载和显示点云图像 / 244 8.3 将发布的点云图像保存到磁盘 / 246 8.4 用PCL方法解释点云图像 / 248 8.5 物体查找器 / 257 8.6 小结 / 261 第四部分 ROS中的移动机器人 / 263 第9章 移动机器人的运动控制 / 264 9.1 生成期望状态 / 264 9.1.1 从路径到轨迹 / 264 9.1.2 轨迹构建器库 / 268 9.1.3 开环控制 / 273 9.1.4 发布期望状态 / 274 9.2 机器人状态估计 / 282 9.2.1 从Gazebo获得模型状态 / 282 9.2.2 里程计 / 286 9.2.3 混合里程计、GPS和惯性传感器 / 292 9.2.4 混合里程计和LIDAR / 297 9.3 差分驱动转向算法 / 302 9.3.1 机器人运动模型 / 303 9.3.2 线性机器人的线性转向 / 304 9.3.3 非线性机器人的线性转向 / 306 9.3.4 非线性机器人的非线性转向 / 308 9.3.5 仿真非线性转向算法 / 309 9.4 相对于地图坐标系的转向 / 312 9.5 小结 / 317 第10章 移动机器人导航 / 318 10.1 构建地图 / 318 10.2 路径规划 / 323 10.3 move_base客户端示例 / 328 10.4 修改导航栈 / 331 10.5 小结 / 335 第五部分 ROS中的机械臂 / 337 第11章 底层控制 / 338 11.1 单自由度移动关节机器人模型 / 338 11.2 位置控制器示例 / 339 11.3 速度控制器示例 / 342 11.4 力控制器示例 / 344 11.5 机械臂的轨迹消息 / 349 11.6 7自由度臂的轨迹插值动作服务器 / 353 11.7 小结 / 354 第12章 机械臂运动学 / 355 12.1 正向运动学 / 356 12.2 逆向运动学 / 360 12.3 小结 / 365 第13章 手臂运动规划 / 366 13.1 笛卡儿运动规划 / 367 13.2 关节空间规划的动态规划 / 368 13.3 笛卡儿运动动作服务器 / 372 13.4 小结 / 376 第14章 Baxter仿真器进行手臂控制 / 377 14.1 运行Baxter仿真器 / 377 14.2 Baxter关节和主题 / 379 14.3 Baxter夹具 / 382 14.4 头盘控制 / 385 14.5 指挥Baxter关节 / 387 14.6 使用ROS关节轨迹控制器 / 390 14.7 关节空间记录和回放节点 / 391 14.8 Baxter运动学 / 397 14.9 Baxter笛卡儿运动 / 399 14.10 小结 / 404 第15章 object-grabber包 / 405 15.1 object-grabber代码组织 / 405 15.2 对象操作查询服务 / 407 15.3 通用夹具服务 / 410 15.4 object-grabber动作服务器 / 412 15.5 object-grabber动作客户端示例 / 415 15.6 小结 / 425 第六部分 系统集成与高级控制 / 427 第16章 基于感知的操作 / 428 16.1 外部相机标定 / 428 16.2 综合感知和操作 / 431 16.3 小结 / 440 第17章 移动操作 / 441 17.1 移动机械手模型 / 441 17.2 移动操作 / 442 17.3 小结 / 446 第18章 总结 / 447 参考文献 / 449 ---------------------------精通ROS机器人编程（原书第2版）--------------------------- 译者序 前言 作者简介 译者简介 第1章 ROS简介 1 1.1 为什么要学习ROS 1 1.2 在机器人开发中，人们为什么更愿意选择ROS 2 1.3 为什么有些人不愿意选择ROS 3 1.4 理解ROS的文件系统 4 1.4.1 ROS软件包 5 1.4.2 ROS超软件包 7 1.4.3 ROS消息 7 1.4.4 ROS服务 9 1.5 理解ROS的计算图 9 1.5.1 ROS节点 11 1.5.2 ROS消息 12 1.5.3 ROS话题 13 1.5.4 ROS服务 13 1.5.5 ROS消息记录包 14 1.5.6 ROS节点管理器 14 1.5.7 应用ROS参数 16 1.6 ROS的社区 17 1.7 学习ROS需要做哪些准备 17 1.8 习题 20 1.9 本章小结 20 第2章 ROS编程入门 21 2.1 创建一个ROS软件包 21 2.1.1 学习ROS话题 23 2.1.2 创建ROS节点 23 2.1.3 编译生成节点 26 2.2 添加自定义的msg和srv文件 28 2.3 使用ROS服务 30 2.3.1 使用ROS动作库 34 2.3.2 编译ROS动作服务器和客户端 37 2.4 创建启动文件 39 2.5 话题、服务和动作库的应用 41 2.6 维护ROS软件包 41 2.7 发布ROS软件包 42 2.7.1 准备发布ROS软件包 43 2.7.2 发布软件包 43 2.7.3 为ROS软件包创建维基页面 45 2.8 习题 47 2.9 本章小结 47 第3章 在ROS中为3D机器人建模 48 3.1 机器人建模的ROS软件包 49 3.2 利用URDF理解机器人建模 50 3.3 为机器人描述创建ROS软件包 52 3.4 创建我们的第一个URDF模型 52 3.5 详解URDF文件 54 3.6 在RViz中可视化机器人3D模型 55 3.7 向URDF模型添加物理属性和碰撞属性 57 3.8 利用xacro理解机器人建模 58 3.8.1 使用属性 58 3.8.2 使用数学表达式 59 3.8.3 使用宏 59 3.9 将xacro转换为URDF 59 3.10 为7-DOF机械臂创建机器人描述 60 3.10.1 机械臂规格 61 3.10.2 关节类型 61 3.11 解析7-DOF机械臂的xacro模型 61 3.11.1 使用常量 61 3.11.2 使用宏 62 3.11.3 包含其他xacro文件 62 3.11.4 在连杆中使用网格模型 63 3.11.5 使用机器人夹爪 63 3.11.6 在RViz中查看7-DOF机械臂 63 3.12 为差速驱动移动机器人创建机器人模型 66 3.13 习题 70 3.14 本章小结 70 第4章 使用ROS和Gazebo进行机器人仿真 71 4.1 使用Gazebo和ROS仿真机械臂 71 4.2 为Gazebo创建机械臂仿真模型 72 4.2.1 为Gazebo机器人模型添加颜色和纹理 73 4.2.2 添加transmission标签来驱动模型 74 4.2.3 添加gazebo_ros_control插件 74 4.2.4 在Gazebo中添加3D视觉传感器 75 4.3 仿真装有Xtion Pro的机械臂 76 4.4 在Gazebo中使用ROS控制器 78 4.4.1 认识ros_control软件包 78 4.4.2 不同类型的ROS控制器和硬件接口 79 4.4.3 ROS控制器如何与Gazebo交互 79 4.4.4 将关节状态控制器和关节位置控制器连接到手臂 80 4.4.5 在Gazebo中启动ROS控制器 81 4.4.6 控制机器人的关节运动 83 4.5 在Gazebo中仿真差速轮式机器人 83 4.5.1 将激光雷达添加到机器人中 85 4.5.2 在Gazebo中控制机器人移动 86 4.5.3 在启动文件中添加关节状态发布者 87 4.6 添加ROS遥控节点 88 4.7 习题 89 4.8 本章小结 89 第5章 用ROS和V-REP进行机器人仿真 91 5.1 安装带有ROS的V-REP 91 5.2 理解vrep_plugin 95 5.2.1 使用ROS服务与V-REP交互 96 5.2.2 使用ROS话题与V-REP交互 98 5.3 使用V-REP和ROS仿真机械臂 101 5.4 在V-REP下仿真差速轮式机器人 107 5.4.1 在V-REP中添加激光传感器 109 5.4.2 在V-REP中添加3D视觉传感器 110 5.5 习题 112 5.6 本章小结 112 第6章 ROS MoveIt!与导航软件包集 113 6.1 安装MoveIt! 113 6.2 使用配置助手工具生成MoveIt!配置软件包 118 6.2.1 第1步：启动配置助手工具 118 6.2.2 第2步：生成自碰撞矩阵 120 6.2.3 第3步：增加虚拟关节 120 6.2.4 第4步：添加规划组 121 6.2.5 第5步：添加机器人姿态 122 6.2.6 第6步：设置机器人的末端执行器 122 6.2.7 第7步：添加被动关节 123 6.2.8 第8步：作者信息 123 6.2.9 第9步：生成配置文件 123 6.3 使用MoveIt!配置软件包在RViz中进行机器人运动规划 124 6.3.1 使用RViz运动规划插件 125 6.3.2 MoveIt!配置软件包与Gazebo的接口 128 6.4 理解ROS导航软件包集 133 6.4.1 ROS导航硬件的要求 133 6.4.2 使用导航软件包 134 6.5 安装ROS导航软件包集 136 6.6 使用SLAM构建地图 136 6.6.1 为gmapping创建启动文件 137 6.6.2 在差速驱动机器人上运行SLAM 138 6.6.3 使用amcl和静态地图实现自主导航 141 6.6.4 创建amcl启动文件 141 6.7 习题 144 6.8 本章小结 144 第7章 使用pluginlib、小节点和Gazebo 插件 145 7.1 理解pluginlib 145 7.2 理解ROS小节点 151 7.3 理解Gazebo插件 156 7.4 习题 160 7.5 本章小结 160 第8章 ROS控制器和可视化插件编程 161 8.1 理解 ros_control软件包集 162 8.1.1 controller_interface软件包 162 8.1.2 控制器管理器 164 8.2 使用ROS编写一个基本的关节控制器 164 8.2.1 第1步：创建控制器软件包 165 8.2.2 第2步：创建控制器头文件 165 8.2.3 第3步：创建控制器源文件 166 8.2.4 第4步：控制器源文件解析 166 8.2.5 第5步：创建插件描述文件 167 8.2.6 第6步：更新package.xml文件 168 8.2.7 第7步：更新CMake-Lists.txt文件 168 8.2.8 第8步：编译控制器 168 8.2.9 第9步：编写控制器配置文件 168 8.2.10 第10步：编写控制器的启动文件 169 8.2.11 第11步：在Gazebo中运行控制器和7-DOF机械臂 169 8.3 理解ROS可视化工具(RViz)及其插件 171 8.3.1 Displays面板 172 8.3.2 RViz工具栏 172 8.3.3 Views面板 172 8.3.4 Time面板 172 8.3.5 可停靠面板 172 8.4 编写用于遥控操作的RViz插件 172 8.5 习题 178 8.6 本章小结 178 第9章 将ROS与I/O开发板、传感器、执行机构连接 179 9.1 理解Arduino-ROS接口 179 9.2 Arduino-ROS接口是什么 180 9.2.1 理解ROS中的rosserial软件包 181 9.2.2 理解Arduino中的ROS节点API 185 9.2.3 ROS-Arduino发布者和订阅者实例 187 9.2.4 Arduino-ROS接口实例——LED灯闪烁/按按钮 190 9.2.5 Arduino-ROS接口实例——ADXL 335加速度计 192 9.2.6 Arduino-ROS接口实例——超声波测距传感器 194 9.2.7 Arduino-ROS接口实例——里程计发布者 197 9.3 非Arduino开发板与ROS接口 199 9.3.1 在Odroid-XU4和树莓派2上配置ROS 199 9.3.2 用ROS控制树莓派2 上的LED灯闪烁 206 9.3.3 在树莓派2上使用ROS测试按钮和LED灯闪烁 208 9.3.4 在树莓派2上运行示例 211 9.4 将DYNAMIXEL驱动器连接到ROS 212 9.5 习题 212 9.6 本章小结 212 第10章 用ROS对视觉传感器编程、OpenCV、PCL 213 10.1 理解ROS-OpenCV开发接口软件包 213 10.2 理解ROS-PCL开发接口软件包 214 10.3 在ROS中连接USB相机 216 10.4 ROS与相机校准 218 10.4.1 使用cv_bridge在ROS和OpenCV之间转换图像 221 10.4.2 使用ROS和OpenCV进行图像处理 221 10.5 在ROS中连接Kinect与华硕Xtion Pro 225 10.6 将英特尔Real Sense相机与ROS连接 228 10.7 在ROS中连接Hokuyo激光雷达 232 10.8 处理点云数据 233 10.8.1 如何发布点云 234 10.8.2 如何订阅和处理点云 235 10.8.3 将点云数据写入点云数据（PCD）文件 236 10.8.4 从PCD文件中读取并发布点云 237 10.9 物体姿态估计与AR标记检测 239 10.10 习题 243 10.11 本章小结 244 第11章 在ROS中构造与连接差速驱动移动机器人 245 11.1 Chefbot DIY移动机器人及其硬件配置 246 11.1.1 使用Energia IDE来烧写Chefbot固件 248 11.1.2 讨论Chefbot的ROS软件包接口 249 11.1.3 从编码器计数计算里程计信息 254 11.1.4 根据ROS twist消息计算马达转速 256 11.1.5 为Chefbot机器人配置导航软件包集 257 11.1.6 配置gmapping节点 257 11.1.7 配置导航软件包集 259 11.1.8 理解AMCL 264 11.1.9 在RViz中使用导航功能 267 11.1.10 导航软件包中避障 272 11.1.11 Chefbot机器人仿真 273 11.1.12 从ROS节点向导航软件包集发送一个目的地 276 11.2 习题 278 11.3 本章小结 278 第12章 探索ROS-MoveIt!的高级功能 279 12.1 使用move_group的C++接口进行运动规划 279 12.1.1 使用MoveIt! C++ API规划随机路径 280 12.1.2 使用MoveIt! C++ API规划自定义路径 281 12.2 使用MoveIt!进行机械臂的碰撞检测 283 12.2.1 向MoveIt!添加碰撞对象 283 12.2.2 从规划场景中移除碰撞对象 286 12.2.3 向机器人连杆上添加一个碰撞对象 286 12.2.4 使用MoveIt! API检查自碰撞 287 12.3 使用MoveIt!和Gazebo处理视觉 288 12.4 使用MoveIt!执行拾取和放置任务 294 12.4.1 使用GPD计算抓握姿态 297 12.4.2 在Gazebo和真实机器人上执行拾取和放置动作 300 12.5 理解用于机器人硬件接口的DYNAMIXEL ROS伺服控制器 300 12.5.1 DYNAMIXEL伺服舵机 300 12.5.2 DYNAMIXEL-ROS接口 301 12.6 7-DOF机械臂与ROS MoveIt! 302 12.6.1 为COOL机械臂创建一个控制器软件包 303 12.6.2 COOL机械臂的MoveIt!配置 306 12.7 习题 308 12.8 本章小结 308 第13章 在MATLAB和Simulink中使用ROS 309 13.1 学习使用MATLAB与MATLAB-ROS 309 13.1.1 机器人系统工具箱和ROS-MATLAB接口入门 310 13.1.2 ROS话题和MATLAB回调函数 313 13.1.3 为Turtlebot机器人设计一个避障系统 317 13.2 学习使用ROS与Simulink 321 13.2.1 在Simulink中创建波形信号积分器 321 13.2.2 在Simulink中使用ROS消息 323 13.2.3 在Simulink中发布ROS消息 323 13.2.4 在Simulink中订阅ROS话题 327 13.3 用Simulink开发一个简单的控制系统 328 13.4 习题 332 13.5 本章小结 332 第14章 ROS与工业机器人 333 14.1 理解ROS-Industrial软件包 333 14.1.1 ROS-Industrial的目标 334 14.1.2 ROS-Industrial简史 334 14.1.3 ROS-Industrial优点 334 14.2 安装ROS-Industrial软件包 334 14.3 ROS-Industrial软件包框图 335 14.4 为工业机器人创建URDF 336 14.5 为工业机器人创建MoveIt!配置 337 14.5.1 更新MoveIt!配置文件 340 14.5.2 测试MoveIt!配置 341 14.6 安装UR机械臂的ROS-Industrial软件包 341 14.7 理解UR机械臂的MoveIt!配置 343 14.8 使用真实的UR机器人和ROS-I 345 14.9 ABB机器人的MoveIt!配置 346 14.10 ROS-Industrial机器人支持软件包 349 14.11 ROS-Industrial 机器人客户端软件包 351 14.12 ROS-Industrial 机器人驱动软件包 352 14.13 理解MoveIt! IKFast插件 354 14.14 为ABB IRB 6640机器人创建MoveIt! IKFast插件 354 14.14.1 开发MoveIt! IKFast插件的前提条件 354 14.14.2 OpenRave和IKFast模块 354 14.15 为使用OpenRave，创建机器人的COLLADA文件 357 14.16 为IRB 6640机器人生成IKFast CPP文件 358 14.17 习题 361 14.18 本章小结 361 第15章 调试方法与最佳实战技巧 362 15.1 在Ubuntu中安装RoboWare Studio 362 15.1.1 安装和卸载RoboWare Studio 363 15.1.2 RoboWare Studio入门 363 15.1.3 在RoboWare Studio中创建ROS软件包 364 15.1.4 在RoboWare Studio中编译ROS工作区 366 15.1.5 在RoboWare Studio中运行ROS节点 367 15.1.6 在RoboWare界面启动ROS工具 368 15.1.7 处理活动的ROS话题、节点和服务 369 15.1.8 使用RoboWare工具创建ROS节点和类 370 15.1.9 RoboWare Studio中的ROS软件包管理器 371 15.2 ROS的最佳实战技巧与经验 372 15.3 ROS软件包中的最佳实战技巧与经验 374 15.4 ROS中的重要调试技巧 374 15.5 习题 377 15.6 本章小结 378 ---------------------------ROS机器人开发实践--------------------------- 推荐序一 推荐序二 推荐序三 前言 第1章 初识ROS 1 1.1 ROS是什么 1 1.1.1 ROS的起源 1 1.1.2 ROS的设计目标 2 1.1.3 ROS的特点 3 1.2 如何安装ROS 4 1.2.1 操作系统与ROS版本的选择 4 1.2.2 配置系统软件源 6 1.2.3 添加ROS软件源 6 1.2.4 添加密钥 7 1.2.5 安装ROS 7 1.2.6 初始化rosdep 8 1.2.7 设置环境变量 8 1.2.8 完成安装 9 1.3 本书源码下载 9 1.4 本章小结 10 第2章 ROS架构 11 2.1 ROS架构设计 11 2.2 计算图 12 2.2.1 节点 12 2.2.2 消息 13 2.2.3 话题 13 2.2.4 服务 13 2.2.5 节点管理器 14 2.3 文件系统 14 2.3.1 功能包 14 2.3.2 元功能包 16 2.4 开源社区 17 2.5 ROS的通信机制 17 2.5.1 话题通信机制 18 2.5.2 服务通信机制 19 2.5.3 参数管理机制 20 2.6 话题与服务的区别 20 2.7 本章小结 21 第3章 ROS基础 22 3.1 第一个ROS例程——小乌龟仿真 23 3.1.1 turtlesim功能包 23 3.1.2 控制乌龟运动 24 3.2 创建工作空间和功能包 25 3.2.1 什么是工作空间 25 3.2.2 创建工作空间 26 3.2.3 创建功能包 27 3.3 工作空间的覆盖 28 3.3.1 ROS中工作空间的覆盖 28 3.3.2 工作空间覆盖示例 28 3.4 搭建Eclipse开发环境 30 3.4.1 安装Eclipse 30 3.4.2 创建Eclipse工程文件 30 3.4.3 将工程导入Eclipse 31 3.4.4 设置头文件路径 31 3.4.5 运行/调试程序 32 3.5 RoboWare简介 35 3.5.1 RoboWare的特点 35 3.5.2 RoboWare的安装与使用 36 3.6 话题中的Publisher与Subscriber 37 3.6.1 乌龟例程中的Publisher与Subscriber 37 3.6.2 如何创建Publisher 37 3.6.3 如何创建Subscriber 40 3.6.4 编译功能包 41 3.6.5 运行Publisher与Subscriber 42 3.6.6 自定义话题消息 44 3.7 服务中的Server和Client 46 3.7.1 乌龟例程中的服务 46 3.7.2 如何自定义服务数据 47 3.7.3 如何创建Server 48 3.7.4 如何创建Client 49 3.7.5 编译功能包 51 3.7.6 运行Server和Client 51 3.8 ROS中的命名空间 52 3.8.1 有效的命名 52 3.8.2 命名解析 53 3.8.3 命名重映射 54 3.9 分布式多机通信 54 3.9.1 设置IP地址 55 3.9.2 设置ROS_MASTER_URI 56 3.9.3 多机通信测试 56 3.10 本章小结 57 第4章 ROS中的常用组件 58 4.1 launch启动文件 58 4.1.1 基本元素 58 4.1.2 参数设置 60 4.1.3 重映射机制 61 4.1.4 嵌套复用 61 4.2 TF坐标变换 62 4.2.1 TF功能包 62 4.2.2 TF工具 63 4.2.3 乌龟例程中的TF 65 4.2.4 创建TF广播器 67 4.2.5 创建TF监听器 68 4.2.6 实现乌龟跟随运动 70 4.3 Qt工具箱 70 4.3.1 日志输出工具（rqt_console） 71 4.3.2 计算图可视化工具（rqt_graph） 71 4.3.3 数据绘图工具（rqt_plot） 72 4.3.4 参数动态配置工具（rqt_reconfigure） 73 4.4 rviz三维可视化平台 73 4.4.1 安装并运行rviz 74 4.4.2 数据可视化 75 4.4.3 插件扩展机制 76 4.5 Gazebo仿真环境 78 4.5.1 Gazebo的特点 78 4.5.2 安装并运行Gazebo 78 4.5.3 构建仿真环境 81 4.6 rosbag数据记录与回放 82 4.6.1 记录数据 82 4.6.2 回放数据 83 4.7 本章小结 84 第5章 机器人平台搭建 85 5.1 机器人的定义 85 5.2 机器人的组成 86 5.2.1 执行机构 87 5.2.2 驱动系统 87 5.2.3 传感系统 87 5.2.4 控制系统 87 5.3 机器人系统搭建 88 5.3.1 MRobot 88 5.3.2 执行机构的实现 88 5.3.3 驱动系统的实现 89 5.3.4 内部传感系统的实现 90 5.4 基于Raspberry Pi的控制系统实现 90 5.4.1 硬件平台Raspberry Pi 91 5.4.2 安装Ubuntu 16.04 91 5.4.3 安装ROS 93 5.4.4 控制系统与MRobot通信 94 5.4.5 PC端控制MRobot 97 5.5 为机器人装配摄像头 99 5.5.1 usb_cam功能包 99 5.5.2 PC端驱动摄像头 100 5.5.3 Raspberry Pi驱动摄像头 102 5.6 为机器人装配Kinect 104 5.6.1 freenect_camera功能包 104 5.6.2 PC端驱动Kinect 106 5.6.3 Raspberry Pi驱动Kinect 109 5.6.4 Kinect电源改造 109 5.7 为机器人装配激光雷达 110 5.7.1 rplidar功能包 110 5.7.2 PC端驱动rplidar 111 5.7.3 Raspberry Pi驱动rplidar 113 5.8 本章小结 113 第6章 机器人建模与仿真 114 6.1 统一机器人描述格式——URDF 114 6.1.1 标签 114 6.1.2 标签 115 6.1.3 标签 116 6.1.4 标签 116 6.2 创建机器人URDF模型 116 6.2.1 创建机器人描述功能包 116 6.2.2 创建URDF模型 117 6.2.3 URDF模型解析 120 6.2.4 在rviz中显示模型 122 6.3 改进URDF模型 124 6.3.1 添加物理和碰撞属性 124 6.3.2 使用xacro优化URDF 125 6.3.3 xacro文件引用 127 6.3.4 显示优化后的模型 127 6.4 添加传感器模型 128 6.4.1 添加摄像头 128 6.4.2 添加Kinect 130 6.4.3 添加激光雷达 132 6.5 基于ArbotiX和rviz的仿真器 133 6.5.1 安装ArbotiX 133 6.5.2 配置ArbotiX控制器 133 6.5.3 运行仿真环境 135 6.6 ros_control 136 6.6.1 ros_control框架 137 6.6.2 控制器 139 6.6.3 硬件接口 139 6.6.4 传动系统 140 6.6.5 关节约束 140 6.6.6 控制器管理器 141 6.7 Gazebo仿真 142 6.7.1 机器人模型添加Gazebo属性 142 6.7.2 在Gazebo中显示机器人模型 145 6.7.3 控制机器人在Gazebo中运动 147 6.7.4 摄像头仿真 147 6.7.5 Kinect仿真 150 6.7.6 激光雷达仿真 153 6.8 本章小结 155 第7章 机器视觉 156 7.1 ROS中的图像数据 156 7.1.1 二维图像数据 156 7.1.2 三维点云数据 158 7.2 摄像头标定 159 7.2.1 camera_calibration功能包 159 7.2.2 启动标定程序 159 7.2.3 标定摄像头 160 7.2.4 标定Kinect 162 7.2.5 加载标定参数的配置文件 162 7.3 OpenCV库 164 7.3.1 安装OpenCV 164 7.3.2 在ROS中使用OpenCV 164 7.4 人脸识别 166 7.4.1 应用效果 167 7.4.2 源码实现 168 7.5 物体跟踪 170 7.5.1 应用效果 170 7.5.2 源码实现 171 7.6 二维码识别 173 7.6.1 ar_track_alvar功能包 173 7.6.2 创建二维码 174 7.6.3 摄像头识别二维码 175 7.6.4 Kinect识别二维码 178 7.7 物体识别 179 7.7.1 ORK功能包 179 7.7.2 建立物体模型库 181 7.7.3 模型训练 183 7.7.4 三维物体识别 184 7.8 本章小结 185 第8章 机器语音 186 8.1 让机器人听懂你说的话 187 8.1.1 pocketsphinx功能包 187 8.1.2 语音识别测试 188 8.1.3 创建语音库 190 8.1.4 创建launch文件 192 8.1.5 语音指令识别 192 8.1.6 中文语音识别 192 8.2 通过语音控制机器人 193 8.2.1 编写语音控制节点 193 8.2.2 语音控制小乌龟运动 194 8.3 让机器人说话 195 8.3.1 sound_play功能包 195 8.3.2 语音播放测试 195 8.4 人工智能标记语言 196 8.4.1 AIML中的标签 196 8.4.2 Python中的AIML解析器 197 8.5 与机器人对话 198 8.5.1 语音识别 199 8.5.2 智能匹配应答 201 8.5.3 文本转语音 202 8.5.4 智能对话 203 8.6 让机器人听懂中文 204 8.6.1 下载科大讯飞SDK 204 8.6.2 测试SDK 206 8.6.3 语音听写 207 8.6.4 语音合成 209 8.6.5 智能语音助手 211 8.7 本章小结 213 第9章 机器人SLAM与自主导航 214 9.1 理论基础 214 9.2 准备工作 216 9.2.1 传感器信息 217 9.2.2 仿真平台 219 9.2.3 真实机器人 222 9.3 gmapping 224 9.3.1 gmapping功能包 224 9.3.2 gmapping节点的配置与运行 227 9.3.3 在Gazebo中仿真SLAM 228 9.3.4 真实机器人SLAM 231 9.4 hector-slam 234 9.4.1 hector-slam功能包 234 9.4.2 hector_mapping节点的配置与运行 236 9.4.3 在Gazebo中仿真SLAM 237 9.4.4 真实机器人SLAM 238 9.5 cartographer 240 9.5.1 cartographer功能包 240 9.5.2 官方demo测试 241 9.5.3 cartographer节点的配置与运行 244 9.5.4 在Gazebo中仿真SLAM 246 9.5.5 真实机器人SLAM 247 9.6 rgbdslam 249 9.6.1 rgbdslam功能包 249 9.6.2 使用数据包实现SLAM 250 9.6.3 使用Kinect实现SLAM 252 9.7 ORB_SLAM 253 9.7.1 ORB_SLAM功能包 253 9.7.2 使用数据包实现单目SLAM 254 9.7.3 使用摄像头实现单目SLAM 256 9.8 导航功能包 258 9.8.1 导航框架 258 9.8.2 move_base功能包 258 9.8.3 amcl功能包 260 9.8.4 代价地图的配置 263 9.8.5 本地规划器配置 266 9.9 在rviz中仿真机器人导航 267 9.9.1 创建launch文件 267 9.9.2 开始导航 268 9.9.3 自动导航 269 9.10 在Gazebo中仿真机器人导航 277 9.10.1 创建launch文件 277 9.10.2 运行效果 278 9.10.3 实时避障 279 9.11 真实机器人导航 280 9.11.1 创建launch文件 280 9.11.2 开始导航 282 9.12 自主探索SLAM 282 9.12.1 创建launch文件 282 9.12.2 通过rviz设置探索 目标 283 9.12.3 实现自主探索SLAM 284 9.13 本章小结 286 第10章 MoveIt!机械臂控制 287 10.1 MoveIt!系统架构 288 10.1.1 运动组（move_group） 288 10.1.2 运动规划器（motion_planner） 290 10.1.3 规划场景 291 10.1.4 运动学求解器 291 10.1.5 碰撞检测 291 10.2 如何使用MoveIt! 292 10.3 创建机械臂模型 292 10.3.1 声明模型中的宏 292 10.3.2 创建六轴机械臂模型 294 10.3.3 加入Gazebo属性 299 10.3.4 显示机器人模型 300 10.4 使用Setup Assistant配置机械臂 302 10.4.1 加载机器人URDF模型 303 10.4.2 配置自碰撞矩阵 304 10.4.3 配置虚拟关节 304 10.4.4 创建规划组 304 10.4.5 定义机器人位姿 307 10.4.6 配置终端夹爪 308 10.4.7 配置无用关节 309 10.4.8 设置作者信息 309 10.4.9 生成配置文件 309 10.5 启动MoveIt! 310 10.5.1 拖动规划 311 10.5.2 随机目标规划 311 10.5.3 初始位姿更新 313 10.5.4 碰撞检测 314 10.6 配置文件 315 10.6.1 SRDF文件 315 10.6.2 fake_controllers.yaml 316 10.6.3 joint_limits.yaml 317 10.6.4 kinematics.yaml 317 10.6.5 ompl_planning.yaml 318 10.7 添加ArbotiX关节控制器 318 10.7.1 添加配置文件 318 10.7.2 运行ArbotiX节点 318 10.7.3 测试例程 319 10.7.4 运行效果 321 10.8 配置MoveIt!关节控制器 322 10.8.1 添加配置文件 323 10.8.2 启动插件 324 10.9 MoveIt!编程学习 324 10.9.1 关节空间规划 324 10.9.2 工作空间规划 328 10.9.3 笛卡儿运动规划 333 10.9.4 避障规划 338 10.10 pick and place示例 345 10.10.1 应用效果 345 10.10.2 创建抓取的目标物体 346 10.10.3 设置目标物体的放置位置 346 10.10.4 生成抓取姿态 346 10.10.5 pick 348 10.10.6 place 348 10.11 Gazebo中的机械臂仿真 349 10.11.1 创建配置文件 350 10.11.2 创建launch文件 350 10.11.3 开始仿真 351 10.12 使用MoveIt!控制Gazebo中的机械臂 353 10.12.1 关节轨迹控制器 354 10.12.2 MoveIt!控制器 355 10.12.3 关节状态控制器 356 10.12.4 运行效果 357 10.13 ROS-I 358 10.13.1 ROS-I的目标 359 10.13.2 ROS-I的安装 359 10.13.3 ROS-I的架构 360 10.14 本章小结 362 第11章 ROS与机器学习 363 11.1 AlphaGo的大脑——Tensor-Flow 364 11.2 TensorFlow基础 364 11.2.1 安装TensorFlow 364 11.2.2 核心概念 366 11.2.3 第一个TensorFlow程序 367 11.3 线性回归 369 11.3.1 理论基础 369 11.3.2 创建数据集 371 11.3.3 使用TensorFlow解决线性回归问题 372 11.4 手写数字识别 374 11.4.1 理论基础 374 11.4.2 TensorFlow中的MNIST例程 377 11.4.3 基于ROS实现MNIST 381 11.5 物体识别 384 11.5.1 安装TensorFlow Object Detection API 385 11.5.2 基于ROS实现动态物体识别 388 11.6 本章小结 390 第12章 ROS进阶功能 391 12.1 action 391 12.1.1 什么是action 391 12.1.2 action的工作机制 392 12.1.3 action的定义 392 12.1.4 实现action通信 393 12.2 plugin 396 12.2.1 工作原理 396 12.2.2 如何实现一个插件 396 12.2.3 创建基类 397 12.2.4 创建plugin类 398 12.2.5 注册插件 399 12.2.6 编译插件的动态链接库 399 12.2.7 将插件加入ROS 399 12.2.8 调用插件 400 12.3 rviz plugin 401 12.3.1 速度控制插件 402 12.3.2 创建功能包 402 12.3.3 代码实现 402 12.3.4 编译插件 407 12.3.5 运行插件 408 12.4 动态配置参数 409 12.4.1 创建配置文件 410 12.4.2 创建服务器节点 412 12.4.3 参数动态配置 413 12.5 SMACH 414 12.5.1 什么是SMACH 415 12.5.2 状态机“跑”起来 415 12.5.3 状态机实现剖析 416 12.5.4 状态间的数据传递 419 12.5.5 状态机嵌套 421 12.5.6 多状态并行 422 12.6 ROS-MATLAB 423 12.6.1 ROS-MATLAB是什么 423 12.6.2 ROS-MATLAB可以做什么 424 12.6.3 连接MATLAB和ROS 425 12.6.4 MATLAB可视化编程 428 12.6.5 创建可视化界面 429 12.6.6 编辑控件的回调函数 431 12.6.7 运行效果 434 12.7 Web GUI 435 12.7.1 ROS中的Web功能包 435 12.7.2 创建Web应用 436 12.7.3 使用Web浏览器控制机器人 439 12.8 本章小结 440 第13章 ROS机器人实例 441 13.1 PR2 441 13.1.1 PR2功能包 442 13.1.2 Gazebo中的PR2 443 13.1.3 使用PR2实现SLAM 446 13.1.4 PR2机械臂的使用 448 13.2 TurtleBot 450 13.2.1 TurtleBot功能包 451 13.2.2 Gazebo中的TurtleBot 451 13.2.3 使用TurtleBot实现导航功能 453 13.2.4 尝试TurtleBot 3 456 13.3 Universal Robots 457 13.3.1 Universal Robots功能包 458 13.3.2 Gazebo中的UR机器人 459 13.3.3 使用MoveIt!控制UR机器人 460 13.4 catvehicle 462 13.4.1 构建无人驾驶仿真系统 463 13.4.2 运行无人驾驶仿真器 465 13.4.3 控制无人驾驶汽车 466 13.4.4 实现无人驾驶汽车的SLAM功能 467 13.5 HRMRP 469 13.5.1 总体架构设计 469 13.5.2 SLAM与导航 471 13.5.3 多机器人扩展 472 13.6 Kungfu Arm 474 13.6.1 总体架构设计 474 13.6.2 具体层次功能 475 13.6.3 功夫茶应用展示 478 13.7 本章小结 478 第14章 ROS 2 479 14.1 ROS 1存在的问题 480 14.2 什么是ROS 2 481 14.2.1 ROS 2的设计目标 481 14.2.2 ROS 2的系统架构 482 14.2.3 ROS 2的关键中间件——DDS 483 14.2.4 ROS 2的通信模型 483 14.2.5 ROS 2的编译系统 485 14.3 在Ubuntu上安装ROS 2 487 14.3.1 安装步骤 487 14.3.2 运行talker和listener例程 488 14.4 在Windows上安装ROS 2 489 14.4.1 安装Chocolatey 489 14.4.2 安装Python 490 14.4.3 安装OpenSSL 490 14.4.4 安装Visual StudioCommunity 2015 491 14.4.5 配置DDS 491 14.4.6 安装OpenCV 492 14.4.7 安装依赖包 492 14.4.8 下载并配置ROS 2 492 14.4.9 运行talker和listener例程 493 14.5 ROS 2中的话题通信 494 14.5.1 创建工作和功能包 494 14.5.2 创建talker 495 14.5.3 创建listener 497 14.5.4 修改CMakeLists.txt 497 14.5.5 编译并运行节点 498 14.6 自定义话题和服务 499 14.6.1 自定义话题 499 14.6.2 自定义服务 499 14.6.3 修改CMakeLists.txt和package.xml 499 14.6.4 编译生成头文件 499 14.7 ROS 2中的服务通信 500 14.7.1 创建Server 500 14.7.2 创建Client 501 14.7.3 修改CMakeLists.txt 503 14.7.4 编译并运行节点 503 14.8 ROS 2与ROS 1的集成 504 14.8.1 ros1_bridge功能包 504 14.8.2 话题通信 504 14.8.3 服务通信 504 14.9 本章小结 505 ---------------------------ROS机器人开发：实用案例分析--------------------------- 译者序 作者简介 前言 第1章 ROS初体验1 1.1 ROS的用途以及学习ROS的好处1 1.2 哪些机器人采用了ROS2 1.3 安装并启动ROS4 1.3.1 配置Ubuntu系统的软件源4 1.3.2 设置Ubuntu系统软件源列表5 1.3.3 设置Ubuntu系统密钥5 1.3.4 安装ROS Indigo5 1.3.5 初始化rosdep6 1.3.6 环境设置6 1.3.7 安装rosinstall7 1.3.8 故障排除—ROS环境测试7 1.4 生成一个catkin工作空间7 1.5 ROS的功能包与清单8 1.5.1 ROS清单9 1.5.2 探索ROS功能包9 1.6 ROS节点与ROS节点管理器11 1.6.1 ROS节点11 1.6.2 ROS节点管理器12 1.6.3 确定节点和主题的ROS命令14 1.7 第一个ROS机器人模拟程序—Turtlesim15 1.7.1 启动Turtlesim节点15 1.7.2 Turtlesim节点16 1.7.3 Turtlesim主题与消息18 1.7.4 Turtlesim的参数服务器20 1.7.5 移动乌龟的ROS服务22 1.8 ROS命令小结23 1.9 本章小结24 第2章 构建一个模拟的两轮ROS机器人25 2.1 rviz25 2.1.1 安装和启动rviz26 2.1.2 使用rviz27 2.2 生成并构建ROS功能包29 2.3 构建差分驱动的机器人URDF30 2.3.1 生成机器人底座31 2.3.2 使用roslaunch32 2.3.3 添加轮子35 2.3.4 添加小脚轮37 2.3.5 添加颜色38 2.3.6 添加碰撞属性40 2.3.7 移动轮子41 2.3.8 tf和robot_state_publisher简介42 2.3.9 添加物理学属性42 2.3.10 试用URDF工具43 2.4 Gazebo45 2.4.1 安装并启动Gazebo45 2.4.2 使用roslaunch启动Gazebo46 2.4.3 使用Gazebo47 2.4.4 机器人URDF的修改50 2.4.5 Gazebo模型验证51 2.4.6 在Gazebo中查看URDF51 2.4.7 机器人模型调整53 2.4.8 移动机器人模型53 2.4.9 其他的机器人仿真环境54 2.5 本章小结55 第3章 TurtleBot机器人操控56 3.1 TurtleBot机器人简介56 3.2 下载TurtleBot模拟器软件57 3.3 在Gazebo中启动TurtleBot模拟器58 3.3.1 常见问题与故障排除60 3.3.2 ROS命令与Gazebo61 3.3.3 模拟环境下使用键盘远程控制TurtleBot63 3.4 控制一台真正的TurtleBot机器人的准备64 3.5 联接上网本与远程计算机66 3.5.1 网络类型67 3.5.2 网络地址67 3.5.3 远程计算机网络设置68 3.5.4 上网本网络设置69 3.5.5 安全外壳协议联接69 3.5.6 网络设置小结70 3.5.7 排查网络联接中的故障70 3.5.8 TurtleBot机器人系统测试70 3.6 TurtleBot机器人的硬件规格参数72 3.7 移动真实的TurtleBot机器人73 3.7.1 采用键盘远程控制TurtleBot机器人移动74 3.7.2 采用ROS命令控制TurtleBot机器人移动75 3.7.3 编写第一个Python脚本程序控制TurtleBot机器人移动76 3.8 rqt工具简介79 3.8.1 rqt_graph79 3.8.2 rqt的消息发布与主题监控82 3.9 TurtleBot机器人的里程计84 3.9.1 模拟的TurtleBot机器人的测程84 3.9.2 真实的TurtleBot机器人的里程计在rviz下的显示86 3.10 TurtleBot机器人的自动充电88 3.11 本章小结90 第4章 TurtleBot机器人导航91 4.1 TurtleBot机器人的3D视觉系统92 4.1.1 3D视觉传感器原理92 4.1.2 3D传感器对比92 4.1.3 障碍物规避的缺陷96 4.2 配置TurtleBot机器人并安装3D传感器软件96 4.2.1 Kinect96 4.2.2 ASUS与PrimeSense98 4.2.3 摄像头软件结构98 4.2.4 术语界定98 4.3 独立模式下测试3D传感器99 4.4 运行ROS可视化节点100 4.4.1 使用Image Viewer可视化数据100 4.4.2 使用rviz可视化数据102 4.5 TurtleBot机器人导航105 4.5.1 采用TurtleBot机器人构建房间地图105 4.5.2 采用TurtleBot机器人实现自主导航109 4.5.3 rqt_reconfigure116 4.5.4 进一步探索ROS导航117 4.6 本章小结117 第5章 构建模拟的机器人手臂119 5.1 Xacro的特点119 5.2 采用Xacro建立一个关节式机器人手臂URDF121 5.2.1 使用Xacro属性标签121 5.2.2 使用roslaunch启动rrbot124 5.2.3 使用Xacro的包含与宏标签126 5.2.4 给机器人手臂添加网格129 5.3 在Gazebo中控制关节式机器人手臂133 5.3.1 添加Gazebo特定的元素133 5.3.2 将机器人手臂固定在世界坐标系下135 5.3.3 在Gazebo中查看机器人手臂135 5.3.4 给Xacro添加控件136 5.3.5 采用ROS命令行控制机器人手臂140 5.3.6 采用rqt控制机器人手臂141 5.4 本章小结143 第6章 机器人手臂摇摆的关节控制144 6.1 Baxter简介145 6.1.1 Baxter，一款研究型机器人146 6.1.2 Baxter模拟器147 6.2 Baxter的手臂147 6.2.1 Baxter的俯仰关节149 6.2.2 Baxter的滚转关节149 6.2.3 Baxter的坐标系149 6.2.4 Baxter手臂的控制模式150 6.2.5 Baxter手臂抓手151 6.2.6 Baxter手臂的传感器152 6.3 下载Baxter软件152 6.3.1 安装Baxter SDK软件152 6.3.2 安装Baxter模拟器154 6.3.3 配置Baxter shell155 6.3.4 安装MoveIt156 6.4 在Gazebo中启动Baxter模拟器157 6.4.1 启动Baxter模拟器157 6.4.2 “热身”练习161 6.4.3 弯曲Baxter手臂163 6.4.4 Baxter手臂控制器的调校173 6.5 Baxter手臂与正向运动学174 6.5.1 关节与关节状态发布器174 6.5.2 理解tf177 6.5.3 rviz下的tf坐标系180 6.5.4 查看机器人元素的tf树181 6.6 MoveIt简介182 6.6.1 采用MoveIt给Baxter手臂进行运动规划184 6.6.2 在场景中添加物体185 6.6.3 采用MoveIt进行避障运动规划186 6.7 配置真实的Baxter机器人188 6.8 控制真实的Baxter机器人190 6.8.1 控制关节到达航路点190 6.8.2 控制关节的力矩弹簧191 6.8.3 关节速度控制演示192 6.8.4 其他示例192 6.8.5 视觉伺服和抓握192 6.9 反向运动学193 6.10 本章小结196 第7章 空中机器人基本操控198 7.1 四旋翼飞行器简介199 7.1.1 风靡的四旋翼飞行器199 7.1.2 滚转角、俯仰角与偏航角200 7.1.3 四旋翼飞行器原理201 7.1.4 四旋翼飞行器的组成203 7.1.5 添加传感器203 7.1.6 四旋翼飞行器的通信204 7.2 四旋翼飞行器的传感器204 7.2.1 惯性测量单元205 7.2.2 四旋翼飞行器状态传感器205 7.3 放飞前的准备工作205 7.3.1 四旋翼飞行器检测206 7.3.2 飞行前检测列表206 7.3.3 飞行中的注意事项207 7.3.4 需要遵循的规则和条例207 7.4 在无人机中使用ROS208 7.5 Hector四旋翼飞行器简介208 7.5.1 下载Hector Quadrotor功能包209 7.5.2 在Gazebo中启动Hector四旋翼飞行器210 7.6 Crazyflie 2.0简介216 7.6.1 无ROS情况下的Crazy-flie控制218 7.6.2 使用Crazyradio PA进行通信218 7.6.3 加载Crazyflie ROS软件219 7.6.4 放飞前的检查222 7.6.5 使用teleop操控Crazy-flie飞行222 7.6.6 在运动捕获系统下飞行226 7.6.7 控制多个Crazyflie飞行226 7.7 Bebop简介227 7.7.1 加载bebop_autonomy软件228 7.7.2 Bebop飞行前的准备229 7.7.3 使用命令控制Bebop飞行230 7.8 本章小结231 第8章 使用外部设备控制机器人233 8.1 创建自定义ROS游戏控制器接口233 8.1.1 测试游戏控制器234 8.1.2 使用joy ROS功能包236 8.1.3 使用自定义游戏控制器接口控制Turtlesim237 8.2 创建自定义ROS Android设备接口242 8.2.1 使用Turtlebot Remocon进行操控242 8.2.2 使用Android设备实现ROS机器人的自定义控制245 8.3 在Arduino或树莓派上创建ROS节点249 8.3.1 使用Arduino249 8.3.2 使用树莓派260 8.4 本章小结261 第9章 操控Crazyflie执行飞行任务262 9.1 执行任务所需的组件263 9.1.1 用于Windows的Kinect v2263 9.1.2 Crazyflie操作263 9.1.3 任务软件结构264 9.1.4 OpenCV与ROS265 9.2 安装任务所需的软件266 9.2.1 安装libfreenect2267 9.2.2 安装iai_kinect2269 9.2.3 使用iai_kinect2元包271 9.3 任务设置277 9.3.1 探测Crazyflie与目标277 9.3.2 使用Kinect与OpenCV281 9.3.3 对Crazyflie进行跟踪283 9.4 Crazyflie控制285 9.5 放飞Crazyflie290 9.5.1 悬停290 9.5.2 飞往静止目标292 9.5.3 吸取的经验294 9.6 本章小结295 第10章 ROS功能扩展296 10.1 通过声音控制机器人296 10.1.1 Sphinx库297 10.1.2 Rospeex库298 10.2 给机器人添加语音功能299 10.3 给机器人添加人脸识别功能299 10.3.1 采用级联分类器进行人脸识别300 10.3.2 采用OpenCV进行人脸识别301 10.4 本章小结303 ---------------------------ROS机器人编程实践--------------------------- 前言 1 第一部分 基础知识 第1章 概述 9 简史 9 理念 10 安装 11 小结 12 第2章 预备知识 13 ROS图 13 roscore 15 catkin、工作区以及ROS程序包 16 rosrun 19 命名、命名空间以及重映射 24 roslaunch 25 tab键 26 tf：坐标系转换 27 小结 30 第3章 话题 31 将消息发布到话题上 32 订阅一个话题 36 锁存话题 38 定义自己的消息类型 39 让发布者和订阅者协同工作 46 小结 47 第4章 服务 48 定义服务 48 实现服务 51 使用服务 54 小结 56 第5章 动作 57 动作的定义 58 实现一个基本的动作服务器 59 动作的使用 62 实现一个更复杂的动作服务器 64 使用更复杂的动作 66 小结 69 第6章 机器人与仿真器 71 子系统 71 机器人系统举例 79 仿真器 83 小结 86 第7章 Wander-bot 88 创建包 88 读取传感器数据 91 感知环境并移动：Wander-bot 94 小结 96 第二部分 使用ROS驱动机器人行走 第8章 遥控机器人 99 开发模式 100 键盘驱动 100 运动生成器 102 参数服务器 107 速度斜坡曲线 109 开车 111 rviz 113 小结 120 第9章 创建环境地图 121 ROS中的地图 121 使用rosbag记录数据 124 创建地图 125 启动地图服务器以及查看地图 131 小结 133 第10章 在真实环境中的导航 135 在地图中定位机器人 135 使用ROS的导航软件包 139 在代码中进行导航 144 小结 145 第11章 下棋机器人 146 关节、连接以及传动链 147 成功的关键 150 安装和运行一台仿真R2 152 在命令行中移动R2 155 在棋盘上移动R2的机械臂 156 操作机械手 158 对棋盘建模 159 重演著名的棋局 163 小结 167 第三部分 感知和行为 第12章 循线机器人 171 采集图像 171 检测指示线 177 循线运动 182 小结 184 第13章 巡航 185 简单巡航 185 状态机 186 用smach构建状态机 188 用状态机实现巡航 195 小结 198 第14章 仓储机器人 199 仓库模拟环境 199 驶入隔间 210 拾取物体 214 小结 224 第四部分 添加自定义ROS组件 第15章 添加你自己的传感器和执行器 227 添加你自己的传感器 227 添加你自己的执行器 234 小结 240 第16章 添加你自己的移动机器人：第一部分 242 小龟机器人 242 ROS 消息接口 244 硬件驱动 247 使用 URDF对机器人建模247 在 Gazebo 中进行仿真 255 小结 261 第17章 添加你自己的移动机器人：第二部分 262 验证坐标变换信息 262 添加激光传感器 266 配置导航程序栈 270 使用 rviz 定位和控制导航中的机器人 275 小结 278 第18章 添加你自己的机械臂 279 猎豹机械臂 279 ROS 消息接口 281 硬件驱动 282 对机器人建模：使用 URDF 282 在 Gazebo 中进行仿真 287 验证坐标变换信息 294 配置 MoveIt 297 使用 rviz 控制机械臂 301 小结 303 第19章 添加软件库 305 让你的机器人开口说话：使用 pyttsx305 小结 312 第五部分 ROS使用小知识 第20章 ROS小工具 315 主机及其相关组件：roscore315 参数管理：rosparam 316 文件系统导航：roscd 317 节点启动：rosrun 318 多节点启动：roslaunch 318 多节点系统测试：rostest 321 系统监控：rosnode、rostopic、rosmsg、rosservice和rossrv 324 小结 327 第21章 机器人行为调试 329 日志消息: /rosout和rqt_console 329 节点、话题和连接：rqt_graph和rosnode 336 传感器融合: 使用 rviz 343 绘制数据图表：使用 rqt_plot 344 数据记录和分析: 使用rosbag和rqt_bag 346 小结 350 第22章 ROS在线社区 351 社区的礼仪 351 ROS 维基 352 ROS Answers: 一个 ROS 问答社区 353 bug 追踪与新特性请求 354 邮件列表与ROS兴趣小组 354 查找和分享代码 354 小结 355 第23章 用C++编写ROS程序 356 C++（或其他语言）的使用场景 356 使用catkin编译C++ 357 在Python和C++之间来回移植程序 359 小结 364 ---------------------------ROS机器人高效编程（原书第3版）--------------------------- 推荐序一 推荐序二 译者序 前言 作者简介 审校者简介 第1章 ROS入门 1 1.1 PC安装教程 3 1.2 使用软件库安装ROS Kinetic 3 1.2.1 配置Ubuntu软件库 4 1.2.2 添加软件库到sources.list文件中 4 1.2.3 设置密钥 5 1.2.4 安装ROS 5 1.2.5 初始化rosdep 6 1.2.6 配置环境 6 1.2.7 安装rosinstall 7 1.3 如何安装VirtualBox和Ubuntu 8 1.3.1 下载VirtualBox 8 1.3.2 创建虚拟机 9 1.4 通过Docker镜像使用ROS 11 1.4.1 安装Docker 11 1.4.2 获取和使用ROS Docker镜像和容器 11 1.5 在BeagleBone Black上安装ROS Kinetic 12 1.5.1 准备工作 13 1.5.2 配置主机和source.list文件 16 1.5.3 设置密钥 16 1.5.4 安装ROS功能包 17 1.5.5 为ROS初始化rosdep 17 1.5.6 在BeagleBone Black中配置环境 18 1.5.7 在BeagleBone Black中安装rosinstall 18 1.5.8 BeagleBone Black基本ROS示例 18 1.6 本章小结 19 第2章 ROS架构及概念 20 2.1 理解ROS文件系统级 20 2.1.1 工作空间 21 2.1.2 功能包 22 2.1.3 元功能包 23 2.1.4 消息 24 2.1.5 服务 25 2.2 理解ROS计算图级 25 2.2.1 节点与nodelet 27 2.2.2 主题 28 2.2.3 服务 29 2.2.4 消息 29 2.2.5 消息记录包 30 2.2.6 节点管理器 30 2.2.7 参数服务器 30 2.3 理解ROS开源社区级 31 2.4 ROS试用练习 32 2.4.1 ROS文件系统导览 32 2.4.2 创建工作空间 32 2.4.3 创建ROS功能包和元功能包 33 2.4.4 编译ROS功能包 34 2.4.5 使用ROS节点 35 2.4.6 如何使用主题与节点交互 37 2.4.7 如何使用服务 39 2.4.8 使用参数服务器 41 2.4.9 创建节点 42 2.4.10 编译节点 44 2.4.11 创建msg和srv文件 45 2.4.12 使用新建的srv和msg文件 48 2.4.13 launch文件 51 2.4.14 动态参数 53 2.5 本章小结 57 第3章 可视化和调试工具 58 3.1 调试ROS节点 60 3.1.1 使用gdb调试器调试ROS节点 60 3.1.2 在ROS节点启动时调用gdb调试器 61 3.1.3 在ROS节点启动时调用valgrind分析节点 62 3.1.4 设置ROS节点core文件转储 62 3.2 日志消息 62 3.2.1 输出日志消息 62 3.2.2 设置调试消息级别 63 3.2.3 为特定节点配置调试消息级别 64 3.2.4 消息命名 65 3.2.5 按条件显示消息与过滤消息 65 3.2.6 显示消息的方式——单次、可调以及其他组合 66 3.2.7 使用rqt_console和rqt_logger_level在运行时修改调试级别 66 3.3 检测系统状态 69 3.4 设置动态参数 73 3.5 当出现异常状况时使用roswtf 75 3.6 可视化节点诊断 77 3.7 绘制标量数据图 78 3.8 图像可视化 81 3.9 3D可视化 83 3.9.1 使用rqt_rviz在3D世界中实现数据可视化 83 3.9.2 主题与坐标系的关系 86 3.9.3 可视化坐标变换 87 3.10 保存与回放数据 88 3.10.1 什么是消息记录包文件 89 3.10.2 使用rosbag在消息记录包文件中记录数据 89 3.10.3 回放消息记录包文件 90 3.10.4 查看消息记录包文件的主题和消息 91 3.11 应用rqt与rqt_gui插件 93 3.12 本章小结 93 第4章 3D建模与仿真 95 4.1 在ROS中自定义机器人的3D模型 95 4.2 创建第一个URDF文件 95 4.2.1 解释文件格式 97 4.2.2 在rviz里查看3D模型 98 4.2.3 加载网格到机器人模型中 100 4.2.4 使机器人模型运动 100 4.2.5 物理和碰撞属性 101 4.3 xacro——一种更好的机器人建模方法 102 4.3.1 使用常量 102 4.3.2 使用数学方法 103 4.3.3 使用宏 103 4.3.4 使用代码移动机器人 103 4.3.5 使用SketchUp进行3D建模 107 4.4 在ROS中仿真 109 4.4.1 在Gazebo中使用URDF 3D模型 109 4.4.2 在Gazebo中添加传感器 112 4.4.3 在Gazebo中加载和使用地图 115 4.4.4 在Gazebo中移动机器人 116 4.5 本章小结 118 第5章 导航功能包集入门 119 5.1 ROS导航功能包集 119 5.2 创建变换 120 5.2.1 创建广播器 121 5.2.2 创建侦听器 121 5.2.3 查看坐标变换树 124 5.3 发布传感器信息 124 5.4 发布里程数据信息 127 5.4.1 Gazebo如何获取里程数据 128 5.4.2 使用Gazebo创建里程数据 131 5.4.3 创建自定义里程数据 132 5.5 创建基础控制器 135 5.6 使用ROS创建地图 139 5.6.1 使用map_server保存地图 141 5.6.2 使用map_server加载地图 141 5.7 本章小结 142 第6章 导航功能包集进阶 144 6.1 创建功能包 144 6.2 创建机器人配置 144 6.3 配置全局和局部代价地图 147 6.3.1 基本参数的配置 147 6.3.2 全局代价地图的配置 148 6.3.3 局部代价地图的配置 149 6.3.4 底盘局部规划器配置 149 6.4 为导航功能包集创建启动文件 150 6.5 为导航功能包集设置rviz 151 6.5.1 2D位姿估计 152 6.5.2 2D导航目标 152 6.5.3 静态地图 154 6.5.4 粒子云 154 6.5.5 机器人占地空间 155 6.5.6 局部代价地图 156 6.5.7 全局代价地图 156 6.5.8 全局规划 157 6.5.9 局部规划 158 6.5.10 规划器规划 158 6.5.11 当前目标 159 6.6 自适应蒙特卡罗定位 160 6.7 使用rqt_reconfigure修改参数 161 6.8 机器人避障 162 6.9 发送目标 163 6.10 本章小结 166 第7章 使用MoveIt! 167 7.1 MoveIt!体系结构 167 7.1.1 运动规划 169 7.1.2 规划场景 169 7.1.3 世界几何结构显示器 170 7.1.4 运动学 170 7.1.5 碰撞检测 170 7.2 在MoveIt!中集成一个机械臂 171 7.2.1 工具箱里有什么 171 7.2.2 使用设置助手生成一个MoveIt!功能包 172 7.2.3 集成到RViz中 176 7.2.4 集成到Gazebo或实际机械臂中 179 7.3 简单的运动规划 180 7.3.1 规划单个目标 181 7.3.2 规划一个随机目标 181 7.3.3 规划预定义的群组状态 183 7.3.4 显示目标的运动 183 7.4 考虑碰撞的运动规划 184 7.4.1 将对象添加到规划场景中 184 7.4.2 从规划的场景中删除对象 185 7.4.3 应用点云进行运动规划 186 7.5 抓取和放置任务 187 7.5.1 规划的场景 188 7.5.2 要抓取的目标对象 189 7.5.3 支撑面 189 7.5.4 感知 191 7.5.5 抓取 191 7.5.6 抓取操作 193 7.5.7 放置操作 195 7.5.8 演示模式 197 7.5.9 在Gazebo中仿真 198 7.6 本章小结 199 第8章 在ROS下使用传感器和执行器 200 8.1 使用游戏杆或游戏手柄 200 8.1.1 joy_node如何发送游戏杆动作消息 201 8.1.2 使用游戏杆数据移动机器人模型 202 8.2 使用Arduino添加更多的传感器和执行器 206 8.2.1 创建使用Arduino的示例程序 207 8.2.2 由ROS和Arduino控制的机器人平台 210 8.3 使用9自由度低成本IMU 217 8.3.1 安装Razor IMU ROS库 219 8.3.2 Razor如何在ROS中发送数据 221 8.3.3 创建一个ROS节点以使用机器人中的9DoF传感器数据 222 8.3.4 使用机器人定位来融合传感器数据 223 8.4 使用IMU——Xsens MTi 225 8.5 GPS的使用 226 8.5.1 GPS如何发送信息 228 8.5.2 创建一个使用GPS的工程示例 229 8.6 使用激光测距仪——Hokuyo URG-04lx 230 8.6.1 了解激光如何在ROS中发送数据 231 8.6.2 访问和修改激光数据 232 8.7 创建launch文件 234 8.8 使用Kinect传感器查看3D环境中的对象 235 8.8.1 Kinect如何发送和查看传感器数据 236 8.8.2 创建使用Kinect的示例 238 8.9 使用伺服电动机——Dynamixel 239 8.9.1 Dynamixel如何发送和接收运动命令 241 8.9.2 创建和使用伺服电动机示例 241 8.10 本章小结 243 第9章 计算机视觉 244 9.1 ROS摄像头驱动程序支持 245 9.1.1 FireWire IEEE1394摄像头 245 9.1.2 USB摄像头 249 9.1.3 使用OpenCV制作USB摄像头驱动程序 250 9.2 ROS图像 255 9.3 ROS中的OpenCV库 256 9.3.1 安装OpenCV 3.0 256 9.3.2 在ROS中使用OpenCV 256 9.4 使用rqt_image_view显示摄像头输入的图像 257 9.5 标定摄像头 257 9.5.1 如何标定摄像头 258 9.5.2 双目标定 261 9.6 ROS图像管道 264 9.7 计算机视觉任务中有用的ROS功能包 269 9.7.1 视觉里程计 270 9.7.2 使用viso2实现视觉里程计 270 9.7.3 摄像头位姿标定 271 9.7.4 运行viso2在线演示 273 9.7.5 使用低成本双目摄像头运行viso2 276 9.8 使用RGBD深度摄像头实现视觉里程计 276 9.8.1 安装fovis 276 9.8.2 用Kinect RGBD深度摄像头运行fovis 277 9.9 计算两幅图像的单应性 278 9.10 本章小结 279 第10章 点云 280 10.1 理解点云库 280 10.1.1 不同的点云类型 281 10.1.2 PCL中的算法 281 10.1.3 ROS的PCL接口 282 10.2 我的第一个PCL程序 283 10.2.1 创建点云 284 10.2.2 加载和保存点云到硬盘中 287 10.2.3 可视化点云 290 10.2.4 滤波和缩减采样 294 10.2.5 配准与匹配 298 10.2.6 点云分区 301 10.3 分割 305 10.4 本章小结 308 ---------------------------ROS机器人程序设计（原书第2版）--------------------------- 推荐序一 推荐序二 译者序 前言 作者简介 审校者简介 第1章 ROS Hydro系统入门 1 1.1 PC安装教程 3 1.2 使用软件库安装ROS Hydro 3 1.2.1 配置Ubuntu软件库 4 1.2.2 添加软件库到sources.list文件中 4 1.2.3 设置密钥 5 1.2.4 安装ROS 5 1.2.5 初始化rosdep 6 1.2.6 配置环境 6 1.2.7 安装rosinstall 7 1.3 如何安装VirtualBox和Ubuntu 8 1.3.1 下载VirtualBox 8 1.3.2 创建虚拟机 8 1.4 在BeagleBone Black上安装ROS Hydro 11 1.4.1 准备工作 12 1.4.2 配置主机和source.list文件 13 1.4.3 设置密钥 14 1.4.4 安装ROS功能包 14 1.4.5 初始化rosdep 15 1.4.6 在BeagleBone Black中配置环境 15 1.4.7 在BeagleBone Black中安装rosinstall 15 1.5 本章小结 15 第2章 ROS系统架构及概念 16 2.1 理解ROS文件系统级 16 2.1.1 工作空间 17 2.1.2 功能包 18 2.1.3 综合功能包 19 2.1.4 消息 20 2.1.5 服务 21 2.2 理解ROS计算图级 22 2.2.1 节点与nodelet 23 2.2.2 主题 24 2.2.3 服务 25 2.2.4 消息 26 2.2.5 消息记录包 26 2.2.6 节点管理器 26 2.2.7 参数服务器 27 2.3 理解ROS开源社区级 27 2.4 ROS系统试用练习 28 2.4.1 ROS文件系统导览 28 2.4.2 创建工作空间 29 2.4.3 创建ROS功能包和综合功能包 30 2.4.4 编译ROS功能包 30 2.4.5 使用ROS节点 31 2.4.6 如何使用主题与节点交互 33 2.4.7 如何使用服务 36 2.4.8 使用参数服务器 38 2.4.9 创建节点 38 2.4.10 编译节点 41 2.4.11 创建msg和srv文件 42 2.4.12 使用新建的srv和msg文件 44 2.4.13 启动文件 48 2.4.14 动态参数 50 2.5 本章小结 54 第3章 可视化和调试工具 55 3.1 调试ROS节点 57 3.1.1 使用gdb调试器调试ROS节点 57 3.1.2 ROS节点启动时调用gdb调试器 58 3.1.3 ROS节点启动时调用valgrind分析节点 59 3.1.4 设置ROS节点core文件转储 59 3.2 日志信息 59 3.2.1 输出日志信息 59 3.2.2 设置调试信息级别 60 3.2.3 为特定节点配置调试信息级别 61 3.2.4 信息命名 62 3.2.5 按条件显示信息与过滤信息 62 3.2.6 显示信息的方式——单次、可调、组合 63 3.2.7 使用rqt_console和rqt_logger_level在运行时修改调试级别 63 3.3 检测系统状态 66 3.3.1 检测节点、主题、服务和参数 67 3.3.2 使用rqt_graph在线检测节点状态图 70 3.4 设置动态参数 71 3.5 当出现异常状况时使用 roswtf 72 3.6 可视化节点诊断 74 3.7 绘制标量数据图 75 3.8 图像可视化 77 3.9 3D可视化 79 3.9.1 使用rqt_rviz在3D世界中实现数据可视化 79 3.9.2 主题与坐标系的关系 82 3.9.3 可视化坐标变换 82 3.10 保存与回放数据 83 3.10.1 什么是消息记录包文件 84 3.10.2 使用rosbag在消息记录包中记录数据 84 3.10.3 回放消息记录包文件 85 3.10.4 检查消息记录包文件的主题和消息 86 3.11 应用rqt与rqt_gui插件 88 3.12 本章小结 88 第4章 在ROS下使用传感器和执行器 90 4.1 使用游戏杆或游戏手柄 90 4.1.1 joy_node如何发送游戏杆动作消息 91 4.1.2 使用游戏杆数据在turtlesim中移动海龟 92 4.2 使用激光雷达——Hokuyo URG-04lx 95 4.2.1 了解激光雷达如何在ROS中发送数据 96 4.2.2 访问和修改激光雷达数据 98 4.3 使用Kinect传感器查看3D环境中的对象 100 4.3.1 如何发送和查看Kinect数据 101 4.3.2 创建使用Kinect的示例 102 4.4 使用伺服电动机——Dynamixel 104 4.5 使用Arduino添加更多的传感器和 执行器 107 4.6 在Arduino上使用超声波传感器 111 4.7 距离传感器如何发送消息 113 4.7.1 创建使用超声波的示例 113 4.7.2 Xsens如何在ROS中发送数据 116 4.7.3 创建使用Xsens的示例 116 4.8 使用10自由度低成本惯性测量模组IMU 118 4.8.1 下载加速度传感器库 119 4.8.2 Arduino Nano和10自由度传感器编程 120 4.8.3 创建ROS节点以使用10自由度传感器数据 121 4.9 GPS的使用 123 4.9.1 GPS如何发送信息 125 4.9.2 创建一个使用GPS的工程实例 126 4.10 本章小结 127 第5章 计算机视觉 128 5.1 连接和运行摄像头 129 5.1.1 FireWire IEEE1394摄像头 129 5.1.2 USB摄像头 133 5.2 使用OpenCV制作USB摄像头 驱动程序 134 5.2.1 通过cv_bridge使用OpenCV处理ROS图像 139 5.2.2 使用image transport发布图像 139 5.2.3 在ROS中使用OpenCV 140 5.2.4 显示摄像头输入的图像 140 5.3 标定摄像头 141 5.4 ROS图像管道 148 5.5 计算机视觉任务中有用的ROS功能包 152 5.6 使用viso2实现视觉里程计 153 5.6.1 摄像头位姿标定 154 5.6.2 运行viso2在线演示 157 5.6.3 使用低成本双目摄像头运行viso2 159 5.7 使用RGBD深度摄像头实现视觉里程计 160 5.7.1 安装fovis 160 5.7.2 用Kinect RGBD深度摄像头运行fovis 160 5.8 计算两幅图像的单应性 161 5.9 本章小结 162 第6章 点云 163 6.1 理解点云库 163 6.1.1 不同的点云类型 164 6.1.2 PCL中的算法 164 6.1.3 ROS的PCL接口 165 6.2 我的第一个PCL程序 166 6.2.1 创建点云 167 6.2.2 加载和保存点云到硬盘 170 6.2.3 可视化点云 173 6.2.4 滤波和缩减采样 176 6.2.5 配准与匹配 181 6.2.6 点云分区 184 6.3 分割 187 6.4 本章小结 191 第7章 3D建模与仿真 192 7.1 在ROS中自定义机器人的3D模型 192 7.2 创建第一个URDF文件 192 7.2.1 解释文件格式 194 7.2.2 在rviz里查看3D模型 195 7.2.3 加载网格到机器人模型 197 7.2.4 使机器人模型运动 198 7.2.5 物理属性和碰撞属性 198 7.3 xacro——一个更好的机器人建模方法 199 7.3.1 使用常量 199 7.3.2 使用数学方法 200 7.3.3 使用宏 200 7.3.4 使用代码移动机器人 201 7.3.5 使用SketchUp进行3D建模 204 7.4 在ROS中仿真 205 7.4.1 在Gazebo中使用URDF 3D模型 206 7.4.2 在Gazebo中添加传感器 208 7.4.3 在Gazebo中加载和使用地图 211 7.4.4 在Gazebo中移动机器人 213 7.5 本章小结 215 第8章 导航功能包集入门 216 8.1 ROS导航功能包集 216 8.2 创建变换 217 8.2.1 创建广播机构 218 8.2.2 创建侦听器 218 8.2.3 查看坐标变换树 221 8.3 发布传感器信息 221 8.4 发布里程数据信息 224 8.4.1 Gazebo如何获取里程数据 225 8.4.2 创建自定义里程数据 228 8.5 创建基础控制器 232 8.5.1 使用Gazebo创建里程数据 233 8.5.2 创建自己的基础控制器 235 8.6 使用ROS创建地图 237 8.6.1 使用map_server保存地图 238 8.6.2 使用map_server加载地图 239 8.7 本章小结 240 第9章 导航功能包集进阶 241 9.1 创建功能包 241 9.2 创建机器人配置 241 9.3 配置全局和局部代价地图 243 9.3.1 基本参数的配置 244 9.3.2 全局代价地图的配置 245 9.3.3 局部代价地图的配置 245 9.3.4 基本局部规划器配置 246 9.4 为导航功能包集创建启动文件 247 9.5 为导航功能包集设置rviz 248 9.5.1 2D位姿估计 248 9.5.2 2D导航目标 249 9.5.3 静态地图 249 9.5.4 粒子云 251 9.5.5 机器人占地空间 251 9.5.6 局部代价地图 252 9.5.7 全局代价地图 252 9.5.8 全局规划 254 9.5.9 局部规划 254 9.5.10 规划器规划 254 9.5.11 当前目标 255 9.6 自适应蒙特卡罗定位 256 9.7 使用rqt_reconfigure修改参数 258 9.8 机器人避障 259 9.9 发送目标 260 9.10 本章小结 262 第10章 使用MoveIt! 264 10.1 MoveIt!体系结构 264 10.1.1 运动规划 265 10.1.2 规划场景 267 10.1.3 运动学 268 10.1.4 碰撞检测 268 10.2 在MoveIt!中集成一个机械臂 268 10.2.1 工具箱里有什么 268 10.2.2 使用设置助手生成一个MoveIt!包 269 10.2.3 集成到rviz 273 10.2.4 集成到Gazebo或实际机器人的手臂 276 10.3 简单的运动规划 277 10.3.1 规划单个目标 278 10.3.2 规划一个随机目标 278 10.3.3 规划预定义的群组状态 280 10.3.4 显示目标的运动 280 10.4 考虑碰撞的运动规划 280 10.4.1 将对象添加到规划场景中 281 10.4.2 从规划的场景中删除对象 282 10.4.3 应用点云进行运动规划 283 10.5 抓取和放置任务 284 10.5.1 规划的场景 285 10.5.2 感知 288 10.5.3 抓取 288 10.5.4 抓取操作 290 10.5.5 放置操作 292 10.5.6 演示模式 295 10.5.7 在Gazebo中仿真 295 10.6 本章小结 296 |