ROS機器人開發技術基礎

本書是內容全面、偏重基礎的ROS機器人開發入門書籍，是作者總結多年科研教學成果並在吸收國內外**理論、方法和技術的基礎上完成的。本書詳細介紹了ROS機器人基礎和ROS常用開發工具，詳細講解了ROS系統架構、ROS用戶端庫和機器人建模與模擬；以工程開發為重心，詳細講解機器視覺、機器語音、SLAM和導航等多方面ROS應用的實現原理和方法。本書結合大量實例，説明讀者在實現ROS基礎功能的同時深入理解基於ROS的機器人開發技術，將書中的內容用於實踐。本書注重運用CDIO工程教育理念，立足培養實際動手能力、綜合應用能力、創新思維能力。

本書配有免費教學套裝軟體，幫助讀者更好理解和實踐書中內容；配有免費電子課件，歡迎選用本書作教材的師生下載使用。

本書可作為普通高等院校機器人工程、自動化、人工智慧、電子資訊工程、軟體工程等相關專業的教材，也可供廣大科技工作者和工程技術人員參考使用。

第1章ROS機器人基礎
1.1機器人時代與ROS的誕生
1.2初識ROS
1.3ROS的安裝及測試
1.3.1選擇作業系統與ROS版本
1.3.2ROS的安裝步驟
1.3.3測試ROS
1.4安裝教學包
1.5二進位包與原始程式碼包
1.6本章小結
習題一

第2章ROS系統架構
2.1ROS檔案系統
2.1.1catkin工作空間
2.1.2catkin編譯系統
2.1.3package功能包
2.1.4CMakeLists.txt文件
2.1.5package.xml文件
2.1.6其他常見檔案類型
2.1.7Metapackage元功能包
2.2ROS通信架構
2.2.1Node與NodeMaster
2.2.2launch開機檔案
2.2.3話題
2.2.4服務
2.2.5參數伺服器
2.2.6動作庫
2.3本章小結
習題二

第3章ROS常用元件和開發工具
3.1Gazebo模擬工具
3.1.1認識Gazebo
3.1.2操作演示
3.2Rviz視覺化平臺
3.2.1認識Rviz
3.2.2操作演示
3.3rqt視覺化工具
3.3.1認識rqt
3.3.2操作演示
3.4rosbag功能包
3.4.1認識rosbag
3.4.2操作演示
3.5RoboWareStudio整合式開發環境
3.5.1安裝RoboWareStudio
3.5.2操作演示
3.6代碼管理Git
3.6.1認識Git
3.6.2操作演示
3.7本章小結
習題三

第4章ROS用戶端庫
4.1ClientLibrary簡介
4.2roscpp
4.2.1節點
4.2.2topic
4.2.3service
4.2.4param
4.2.5時鐘
4.2.6日誌和異常
4.3rospy
4.3.1rospy與roscpp的比較
4.3.2rospy結構
4.3.3rospyAPI
4.3.4topic
4.3.5service
4.3.6param與Time
4.4本章小結
習題四

第5章座標變換TF及程式設計
5.1認識TF
5.1.1簡介
5.1.2ROS中的TF
5.1.3ROS中TF座標的基本規則
5.2TF原理和TF消息
5.2.1TF基本原理
5.2.2TF資料類型
5.2.3TF特點
5.2.4TF消息
5.3TF程式設計基礎
5.3.1TF功能包及官方實例
5.3.2TF程式設計基礎
5.4TFinC++
5.4.1簡介
5.4.2資料類型
5.4.3資料轉換
5.4.4TF類
5.5TFinPython
5.5.1簡介
5.5.2資料類型
5.5.3TF庫
5.5.4TF類
5.6TF相關工具命令
5.7本章小結
習題五

第6章機器人建模與模擬
6.1機器人URDF模型
6.2創建與顯示URDF模型
6.2.1機器人描述功能包
6.2.2創建URDF模型
6.2.3解析URDF模型
6.2.4在Rviz中顯示模型
6.2.5讓機器人動起來
6.3添加碰撞和物理屬性
6.4xacro檔簡化URDF模型
6.5添加感測器模型
6.5.1添加攝像頭
6.5.2添加Kinect
6.5.3添加雷射雷達
6.6ArbotiX+Rviz機器人運動模擬
6.6.1安裝ArbotiX
6.6.2配置ArbotiX控制器
6.6.3運行模擬環境
6.7ros_control
6.7.1ros_control框架
6.7.2ros_control安裝
6.7.3控制器
6.7.4硬體介面
6.7.5傳動裝置
6.7.6關節約束
6.7.7控制器管理器
6.8機器人Gazebo模擬
6.8.1在Gazebo中顯示機器人模型
6.8.2Gazebo外掛程式
6.8.3Gazebo傳動裝置
6.8.4攝像頭模擬
6.8.5Kinect模擬
6.8.6雷射雷達模擬
6.9本章小結
習題六

第7章機器視覺開發技術
7.1ROS圖像資料
7.1.1二維圖像資料
7.1.2三維點雲和深度圖像
7.1.3查看點雲圖像
7.1.4ROS-PCL開發介面
7.2攝像頭標定
7.2.1camera_calibration功能包
7.2.2啟動標定程式
7.2.3標定攝像頭
7.2.4Kinect相機的標定
7.2.5載入標定參數的設定檔
7.2.6校正圖像
7.3OpenCV庫和人臉識別
7.3.1安裝OpenCV庫
7.3.2使用OpenCV庫
7.3.3使用OpenCV實現人臉識別
7.4二維碼識別
7.4.1ar_track_alvar功能包
7.4.2創建二維碼
7.4.3攝像頭識別二維碼
7.4.4物體姿態估計與AR標記檢測
7.5物體檢測
7.5.1find_object_2d功能包
7.5.2物體檢測實例
7.5.3話題和參數
7.6本章小結
習題七

第8章機器語音開發技術
8.1語音辨識
8.1.1PocketSphinx功能包
8.1.2PocketSphinx功能包測試
8.1.3添加語音庫
8.1.4創建PocketSphinx的launch文件
8.2語音播放
8.2.1播放指定檔
8.2.2將輸入的文字轉化為語音
8.3通過語音控制機器人
8.3.1語音控制小海龜
8.3.2XBot對話和語音控制
8.3.3自訂對話內容
8.3.4監控talker功能包的運