ROS機器人理論與實踐

第1章 ROS概述與開發環境搭建1
1.1ROS簡介2
1.1.1ROS概要3
1.1.2ROS的設計目標3
1.1.3ROS發展歷程4
1.2ROS安裝6
1.2.1安裝虛擬機器軟體6
1.2.2虛擬一台主機10
1.2.3安裝和優化Ubuntu12
1.2.4安裝ROS20
1.2.5測試ROS22
1.3ROS快速體驗24
1.3.1HelloWorld實現簡介24
1.3.2HelloWorld(C++版)25
1.3.3HelloWorld(Python版)26
1.4ROS整合式開發環境搭建27
1.4.1安裝終端27
1.4.2安裝VSCode29
1.4.3launch檔演示32
1.5ROS架構32
1.5.1ROS檔案系統34
1.5.2ROS檔案系統相關命令40
1.5.3ROS計算圖41
1.6本章小結42

第2章 ROS通信機制43
2.1話題通信43
2.1.1理論模型45
2.1.2基本操作(C++)462.1.3基本操作(Python)49
2.1.4自訂msg51
2.1.5自訂msg調用(C++)53
2.1.6自訂msg調用(Python)56
2.2服務通信58
2.2.1理論模型58
2.2.2自訂srv59
2.2.3自訂srv調用(C++)61
2.2.4自訂srv調用(Python)65
2.3參數伺服器68
2.3.1理論模型68
2.3.2參數操作(C++)69
2.3.3參數操作(Python)73
2.4常用命令75
2.4.1rosnode75
2.4.2rostopic75
2.4.3rosmsg76
2.4.4rosservice77
2.4.5rossrv78
2.4.6rosparam78
2.5通信機制實操79
2.5.1話題發佈80
2.5.2話題訂閱83
2.5.3服務調用86
2.5.4參數設置89
2.6通信機制比較91
2.7本章小結92
〖3〗ROS機器人理論與實踐目錄〖3〗第3章ROS通信機制進階93
3.1常用API93
3.1.1初始化93
3.1.2話題與服務相關物件94
3.1.3迴旋函數99
3.1.4時間99
3.1.5其他函數103
3.2ROS中的標頭檔與原始檔案104
3.2.1自訂標頭檔調用104
3.2.2自訂原始檔案調用106
3.3Python模組導入107
3.4本章小結108

第4章 ROS運行管理109
4.1ROS元功能包109
4.2ROS節點運行管理launch文件110
4.2.1標籤111
4.2.2標籤111
4.2.3標籤112
4.2.4標籤112
4.2.5標籤112
4.2.6標籤113
4.2.7標籤113
4.2.8標籤113
4.3ROS工作空間覆蓋114
4.4ROS節點重名115
4.4.1rosrun設置命名空間與名稱重映射116
4.4.2launch檔設置命名空間與名稱重映射117
4.4.3編碼設置命名空間與名稱重映射117
4.5ROS話題名稱設置117
4.5.1rosrun設置話題重映射118
4.5.2launch檔設置話題重映射119
4.5.3編碼設置話題名稱119
4.6ROS參數名稱設置122
4.6.1rosrun設置參數122
4.6.2launch檔設置參數123
4.6.3編碼設置參數123
4.7ROS分散式通信125
4.8本章小結126

第5章 ROS常用組件127
5.1TF座標變換128
5.1.1座標msg消息129
5.1.2靜態座標變換130
5.1.3動態座標變換136
5.1.4多座標變換142
5.1.5坐標系關係查看145
5.1.6TF座標變換實操146
5.1.7TF2與TF155
5.1.8小結156
5.2rosbag156
5.2.1在命令行使用rosbag157
5.2.2rosbag的編碼實現157
5.3rqt工具箱159
5.3.1rqt安裝、啟動與基本使用160
5.3.2rqt_graph160
5.3.3rqt_console160
5.3.4rqt_plot161
5.3.5rqt_bag162
5.4本章小結163

第6章 ROS機器人系統模擬164
6.1機器人系統模擬概述164
6.1.1機器人系統模擬的概念164
6.1.2機器人系統模擬的作用165
6.1.3相關組件165
6.1.4機器人系統模擬綜合說明166
6.2URDF集成RViz基本流程167
6.2.1創建功能包並導入依賴包168
6.2.2編寫URDF檔168
6.2.3在launch文件中集成URDF與RViz168
6.2.4在RViz中顯示機器人模型168
6.2.5優化RViz啟動169
6.3URDF語法詳解170
6.3.1robot170
6.3.2link171
6.3.3joint172
6.3.4URDF練習176
6.3.5URDF常用工具180
6.4URDF優化——Xacro181
6.4.1Xacro快速體驗181
6.4.2Xacro語法詳解184
6.4.3Xacro完整使用流程示例184
6.4.4Xacro實操188
6.5在RViz中控制機器人模型運動190
6.6URDF集成Gazebo193
6.6.1URDF與Gazebo基本集成流程193
6.6.2URDF集成Gazebo相關設置195
6.6.3URDF集成Gazebo實操196
6.6.4Gazebo模擬環境搭建202
6.7URDF、Gazebo與RViz綜合應用205
6.7.1機器人運動控制以及里程計資料顯示205
6.7.2雷達資料模擬以及顯示208
6.7.3攝像頭資料模擬以及顯示211
6.7.4kinect資料模擬以及顯示212
6.8本章小結216

第7章 模擬環境下的機器人導航218
7.1概述218
7.1.1導航模組簡介219
7.1.2導航中的坐標系221
7.1.3導航條件說明221
7.2導航實現222
7.2.1SLAM建圖222
7.2.2地圖服務225
7.2.3定位227
7.2.4路徑規劃232
7.2.5導航與SLAM建圖238
7.3導航相關消息240
7.3.1地圖240
7.3.2里程計241
7.3.3座標變換241
7.3.4定位242
7.3.5目標點與路徑規劃242
7.3.6雷射雷達243
7.3.7相機244
7.3.8深度圖像資訊轉雷射雷達資料245
7.4本章小結249

第8章 機器人平臺設計250
8.1概述252
8.2Arduino基礎252
8.2.1Arduino開發環境搭建253
8.2.2Arduino基本語法257
8.2.3Arduino基本語法展示之一261
8.2.4Arduino基本語法展示之二262
8.2.5Arduino基本語法展示之三263
8.3電機驅動264
8.3.1電機與電機驅動板264
8.3.2電機基本控制實驗267
8.3.3電機測速理論268
8.3.4電機測速實現270
8.3.5電機調速PID控制理論272
8.3.6電機調速PID控制實現274
8.4底盤設計277
8.4.1底盤實現概述277
8.4.2Arduino端入口279
8.4.3編碼器287
8.4.4Arduino端電機驅動292
8.4.5Arduino端PID控制294
8.5控制系統299
8.5.1樹莓派概述300
8.5.2分散式框架302
8.5.3SSH遠端連接303
8.5.4安裝ros_arduino_bridge305
8.5.5在樹莓派上安裝ROS307
8.6感測器313
8.6.1雷射雷達簡介313
8.6.2雷達的使用314
8.6.3相機簡介316
8.6.4相機的使用316
8.6.5感測器集成318
8.7本章小結320

第9章 實體機器人導航321
9.1概述321
9.2VSCode遠端開發322
9.3導航實現324
9.3.1準備工作325
9.3.2SLAM建圖329
9.3.3地圖服務331
9.3.4定位332
9.3.5路徑規劃333
9.3.6導航與SLAM建圖336
9.4本章小結337

第10章 ROS進階338
10.1action通信338
10.1.1自訂action文件340
10.1.2自訂action文件調用(C++)342
10.1.3自訂action文件調用(Python)346
10.2動態配置參數349
10.2.1動態配置參數用戶端350
10.2.2動態配置參數伺服器端(C++)351
10.2.3動態配置參數伺服器端(Python)354
10.3pluginlib355
10.4nodelet360
10.4.1使用演示361
10.4.2nodelet實現362
10.5本章小結364