ROS機器人開發：實用案例分析(原書第2版)（簡體書）

本書不僅涵蓋ROS的基礎知識，還循序漸進地講解了ROS機器人的高級應用特性。書中首先對ROS的基本配置進行介紹，內容包括ROS的安裝、基本概念、主要的功能包與工具等。然後對相應的故障排查方法進行了論述。之後通過模擬的方式，先對Tu rtIesim的ROS組成模塊進行描述，再對其他幾類典型機器人的ROS組成模塊進行相應的介紹。對ROS組成模塊的介紹，一般遵循的流程是首先介紹基本的ROS命令，然後對ROS的功能包、節點、主題以及消息進行論述，以此來對ROS機器人操作系統的整體內容進行詳細的闡述。為了對書中選用的機器人的整體性能進行描述，書中還給出了相關機器人的技術資料。

本書由長期從事ROS機器人研究與教學的專家撰寫，深入淺出地對基於ROS的機器人開發技術進行了全面介紹，並通過豐富的實例，詳細講解移動機器人、飛行機器人與機器人手臂等各類機器人的ROS實現。本書不僅涵蓋ROS的基礎知識，還循序漸進地講解了ROS機器人的高級應用特性。書中首先對ROS的基本配置進行介紹，內容包括ROS的安裝、基本概念、主要的功能包與工具等。然後對相應的故障排查方法進行了論述。之後通過模擬的方式，先對Turtlesim的ROS組成模塊進行描述，再對其他幾類典型機器人的ROS組成模塊進行相應的介紹。對ROS組成模塊的介紹，一般遵循的流程是首先介紹基本的ROS命令，然後對ROS的功能包、節點、主題以及消息進行論述，以此來對ROS機器人操作系統的整體內容進行詳細的闡述。為了對書中選用的機器人的整體性能進行描述，書中還給出了相關機器人的技術資料。

譯者序前言作者簡介審校者簡介第1章 ROS初體驗 11.1 ROS的用途以及學習ROS的好處 11.2 哪些機器人採用了ROS 21.3 安裝並啟動ROS 41.3.1 配置Ubuntu系統的軟件源 41.3.2 設置Ubuntu系統軟件源列表 51.3.3 設置Ubuntu系統密鑰 51.3.4 安裝ROS Kinetic 51.3.5 初始化rosdep 61.3.6 環境設置 61.3.7 安裝 rosinstall 61.3.8 故障排除―ROS環境測試 71.4 創建catkin工作空間 71.5 ROS的功能包與清單 81.5.1 ROS清單 81.5.2 探索ROS功能包 81.6 ROS節點、話題與消息 101.6.1 ROS節點 111.6.2 ROS話題 111.6.3 ROS消息 111.6.4 ROS節點管理器 121.6.5 確定節點和話題的ROS命令 131.7 第一個ROS機器人模擬程序turtlesim 151.7.1 啟動turtlesim節點 151.7.2 turtlesim節點 161.7.3 turtlesim話題與消息 181.7.4 通過發佈/turtle1/cmd_vel話題控制烏龜運動 201.7.5 通過鍵盤或遊戲手柄控制烏龜移動 221.7.6 turtlesim的參數服務器 221.7.7 控制烏龜移動的ROS服務 241.8 ROS命令小結 251.9 本章小結 26第2章 構建一個模擬的兩輪ROS機器人 272.1 Rviz簡介 272.1.1 安裝和啟動Rviz 282.1.2 熟悉Rviz界面 292.2 生成並構建ROS功能包 322.3 構建差分驅動的機器人URDF 332.3.1 創建機器人底座 332.3.2 使用roslaunch 342.3.3 添加輪子 372.3.4 添加小腳輪 392.3.5 添加顏色 412.3.6 添加碰撞屬性 422.3.7 移動輪子 432.3.8 tf和robot_state_publisher簡介 442.3.9 添加物理學屬性 452.3.10 試用URDF工具 462.4 Gazebo 472.4.1 安裝並啟動Gazebo 482.4.2 使用roslaunch啟動Gazebo 492.4.3 熟悉Gazebo界面 502.4.4 機器人URDF的修改 542.4.5 Gazebo模型驗證 552.4.6 在Gazebo中查看URDF 562.4.7 機器人模型調整 572.4.8 移動機器人模型 582.4.9 其他的機器人模擬環境 592.5 本章小結 60第3章 TurtleBot機器人操控 613.1 TurtleBot 2機器人簡介 613.2 下載TurtleBot 2模擬器軟件 633.3 在Gazebo中啟動TurtleBot 2模擬器 633.3.1 常見問題與故障排除 653.3.2 ROS命令與Gazebo 663.3.3 模擬環境下使用鍵盤遠程控制TurtleBot 2 683.4 控制真正的TurtleBot 2機器人的設置 693.5 連接上網本與遠程計算機 713.5.1 網絡類型 713.5.2 網絡地址 723.5.3 遠程計算機網絡設置 733.5.4 上網本網絡設置 733.5.5 SSH連接 743.5.6 網絡設置小結 743.5.7 排查網絡連接中的故障 753.5.8 TurtleBot 2機器人系統測試 753.6 TurtleBot 2機器人的硬件規格參數 763.7 移動真實的TurtleBot 2機器人 783.7.1 採用鍵盤遠程控制TurtleBot 2機器人移動 783.7.2 採用ROS命令控制TurtleBot 2機器人移動 793.7.3 編寫第一個Python腳本程序控制TurtleBot 2機器人移動 803.8 rqt工具簡介 833.8.1 rqt_graph 833.8.2 rqt的消息發佈與話題監控 863.9 TurtleBot機器人的測程 873.9.1 模擬的TurtleBot 2機器人的測程 913.9.2 Rviz下真實的TurtleBot 2機器人的測程顯示 933.10 TurtleBot機器人的自動充電 953.11 TurtleBot 3介紹 963.12 下載TurtleBot 3模擬軟件 983.13 在Rviz中啟動TurtleBot 3模擬軟件 993.14 在Gazebo中啟動TurtleBot 3模擬軟件 1003.15 硬件裝配與測試 1033.16 下載TurtleBot 3機器人軟件包 1033.16.1 在遠程計算機上安裝軟件 1033.16.2 在SBC上安裝軟件 1043.17 TurtleBot 3與遠程計算機的網絡連接 1073.17.1 遠程計算機網絡設置 1083.17.2 TurtleBot 3網絡設置 1083.17.3 SSH通信測試 1103.17.4 網絡連接的故障處理 1103.18 控制真實的TurtleBot 3移動 1113.19 本章小結 113第4章 TurtleBot機器人導航 1144.1 TurtleBot機器人的3D視覺系統 1154.1.1 3D視覺傳感器原理 1154.1.2 3D傳感器對比 1164.2 配置TurtleBot機器人並安裝3D 傳感器軟件 1234.2.1 Kinect 1234.2.2 ASUS與PrimeSense 1234.2.3 Intel RealSense 1244.2.4 攝像頭軟件結構 1244.2.5 術語定義 1254.3 獨立模式下測試3D傳感器 1254.4 運行ROS節點進行可視化 1264.4.1 使用Image Viewer可視化數據 1264.4.2 使用Rviz可視化數據 1284.5 TurtleBot機器人導航 1314.5.1 採用TurtleBot 2機器人構建房間地圖 1324.5.2 採用TurtleBot 2機器人實現自主導航 1364.5.3 導航至指定目標點 1424.5.4 基於Python腳本與地圖實現航路點導航 1444.5.5 TurtleBot 3機器人的SLAM 1514.5.6 使用TurtleBot 3進行自主導航 1524.5.7 rqt_reconfigure 1534.5.8 進一步探索ROS導航 1554.6 本章小結 155第5章 構建模擬的機器人手臂 1565.1 Xacro的特點 1565.2 採用Xacro建立一個關節式機器人手臂URDF 1575.2.1 指定名空間 1585.2.2 使用Xacro屬性標簽 1585.2.3 擴展Xacro 1615.2.4 使用Xacro的包含與宏標簽 1635.2.5 給機器人手臂添加網格 1665.3在Gazebo中控制關節式機器人手臂 1715.3.1 添加Gazebo特性元素 1715.3.2 將機器人手臂固定在世界坐標系下 1735.3.3 在Gazebo中查看機器人手臂 1735.3.4 給Xacro添加控制組件 1745.3.5 採用ROS命令行控制機器人手臂 1785.3.6 採用rqt控制機器人手臂 1795.4 本章小結 182第6章 機器人手臂搖擺的關節控制 1836.1 Baxter簡介 1846.1.1 研究型機器人Baxter 1856.1.2 Baxter模擬器 1866.2 Baxter的手臂 1866.2.1 Baxter的俯仰關節 1876.2.2 Baxter的滾轉關節 1886.2.3 Baxter的坐標系 1886.2.4 Baxter手臂的控制模式 1896.2.5 Baxter手臂的抓手 1896.2.6 Baxter手臂的傳感器 1906.3 下載Baxter軟件 1906.3.1 安裝Baxter SDK軟件 1906.3.2 安裝Baxter模擬器 1926.3.3 配置Baxter shell 1936.3.4 安裝MoveIt！ 1946.4 在Gazebo中啟動Baxter模擬器 1956.4.1 啟動Baxter模擬器 1966.4.2 “熱身”練習 1996.4.3 彎曲Baxter手臂 2006.5 Baxter手臂與正向運動 2096.5.1 關節與關節狀態發佈器 2096.5.2 理解tf 2126.5.3 直接指定關節組件角度 2156.5.4 Rviz下的tf坐標系 2166.5.5 查看機器人元素的tf樹 2176.6 MoveIt!簡介 2176.6.1 使用MoveIt!對Baxter手臂進行運動規劃 2196.6.2 在場景中添加物體 2206.6.3 採用MoveIt!進行避障運動規劃 2226.7 配置真實的Baxter機器人 2236.8 控制真實的Baxter機器人 2256.8.1 控制關節到達航路點 2256.8.2 控制關節的力矩彈簧 2266.8.3 關節速度控制演示 2276.8.4 其他示例 2276.8.5 視覺伺服和抓取 2276.9 反向運動 2286.10 使用狀態機實現YMCA 2316.11 本章小結 236第7章 空中機器人基本操控 2377.1 四旋翼飛行器簡介 2387.1.1 風靡的四旋翼飛行器 2387.1.2 滾轉角、俯仰角與偏航角 2387.1.3 四旋翼飛行器原理 2397.1.4 四旋翼飛行器的組成 2417.1.5 添加傳感器 2417.1.6 四旋翼飛行器的通信 2427.2 四旋翼飛行器的傳感器 2437.2.1 慣性測量單元 2437.2.2 四旋翼飛行器狀態傳感器 2437.3 飛行前的準備工作 2447.3.1 四旋翼飛行器檢測 2447.3.2 飛行前檢測列表 2457.3.3 飛行中的注意事項 2457.3.4 需要遵循的規則和條例 2457.4 在無人機中使用ROS 2467.5 Hector四旋翼飛行器 2467.5.1 下載Hector四旋翼飛行器 2487.5.2 在Gazebo中啟動Hector四旋翼飛行器 2497.6 Crazyflie 2.0簡介 2567.6.1 無ROS情況下的Crazyflie控制 2577.6.2 使用Crazyradio PA進行通信 2587.6.3 加載Crazyflie ROS軟件 2597.6.4 飛行前的檢查 2617.6.5 使用teleop操控Crazyflie飛行 2627.6.6 在運動捕獲系統下飛行 2657.6.7 控制多個Crazyflie飛行 2667.7 Bebop簡介 2667.7.1 加載bebop_autonomy軟件 2687.7.2 使用命令控制Bebop飛行 2707.8 本章小結 271第8章 使用外部設備控制機器人 2728.1 創建自定義ROS遊戲控制器接口 2728.1.1 測試遊戲控制器 2738.1.2 使用joy ROS功能包 2758.1.3 使用自定義遊戲控制器接口控制turtlesim 2758.2 創建自定義ROS Android設備接口 2808.2.1 安裝Android Studio和工具 2808.2.2 安裝ROS-Android開發環境 2818.2.3 術語定義 2828.2.4 ROS-Android開發環境介紹 2838.3 在Arduino或樹莓派上創建ROS節點 2848.3.1 使用Arduino 2848.3.2 使用樹莓派 2948.4 本章小結 295第9章 操控Crazyflie執行飛行任務 2969.1 執行任務所需的組件 2979.1.1 Kinect Windows v2 2979.1.2 Crazyflie操作 2989.1.3 任務軟件結構 2989.1.4 OpenCV與ROS 3009.2 安裝任務所需的軟件 3019.2.1 安裝libfreenect2 3019.2.2 安裝iai_kinect2 3049.2.3 使用iai_kinect2元包 3059.3 任務設置 3119.3.1 探測Crazyflie與目標 3119.3.2 使用Kinect與OpenCV 3149.3.3 對Crazyflie進行跟蹤 3179.4 Crazyflie控制 3199.5 試飛Crazyflie 3249.5.1 懸停 3249.5.2 飛往靜止目標 3269.5.3 學到的經驗 3279.6 本章小結 328第10章 基於MATLAB的Baxter控制 32910.1 安裝MATLAB機器人系統工具箱 32910.1.1 MATLAB與機器人系統工具箱版本檢查 33010.1.2 機器人系統工具箱下的ROS命令 33010.2 機器人系統工具箱與Baxter模擬器的使用 33010.2.1 在MATLAB中安裝Baxter消息 33010.2.2 運行Baxter模擬器和MATLAB 33210.2.3 控制Baxter運動 33410.3 本章小結 337