正版新书]精通ROS机器人编程(原书第3版)(印)郎坦·约瑟夫,(意)乔

目  录    Contents<br />前言<br />作者简介<br />审校者简介<br />第一部分  ROS编程基本技能<br />第1章  ROS简介  2<br />1.1  为什么选择ROS  2<br />1.2  理解ROS文件系统级别  3<br />1.2.1  ROS功能包  4<br />1.2.2  ROS元功能包  5<br />1.2.3  ROS消息  6<br />1.2.4  ROS服务  7<br />1.3  理解ROS计算图级别  8<br />1.3.1  ROS节点  9<br />1.3.2  ROS信息  11<br />1.3.3  ROS主题  11<br />1.3.4  ROS服务  12<br />1.3.5  ROS bag文件  12<br />1.3.6  ROS节点管理器  13<br />1.3.7  使用ROS参数  14<br />1.4  ROS社区级别  15<br />1.5  准备工作  15<br />1.5.1  ROS发行版  15<br />1.5.2  运行ROS节点管理器和<br />ROS参数服务器  16<br />1.5.3  检查roscore命令的输出  18<br />1.6  总结  19<br />1.7  问题  19<br />第2章  ROS编程入门  20<br />2.1  创建ROS功能包  20<br />2.1.1  使用ROS主题  22<br />2.1.2  创建ROS节点  22<br />2.1.3  编译节点  25<br />2.2  添加自定义的.msg文件和.srv<br />文件  26<br />2.3  使用ROS 服务  29<br />2.3.1  使用ROS actionlib  33<br />2.3.2  编译ROS动作服务器和<br />客户端  36<br />2.4  创建启动文件  38<br />2.5  主题、服务和actionlib的应用  40<br />2.6  总结  40<br />2.7  问题  41<br />第二部分  ROS机器人仿真<br />第3章  使用ROS进行3D建模  44<br />3.1  用于机器人建模的ROS软件包  44<br />3.2  使用URDF理解机器人建模  45<br />3.3  为机器人描述创建ROS软件包  47<br />3.4  创建我们的第一个URDF模型  48<br />3.5  解析URDF文件  49<br />3.6  在RViz中可视化3D机器人模型  51<br />3.7  向URDF模型添加物理属性和碰撞<br />属性  53<br />3.8  使用xacro理解机器人建模  54<br />3.8.1  使用属性  55<br />3.8.2  使用数学表达式  55<br />3.8.3  使用宏  55<br />3.9  将xacro转换为URDF  56<br />3.10  为7-DOF机械臂创建机器人<br />描述  56<br />3.11  解析7-DOF机械臂的xacro<br />模型  58<br />3.11.1  使用常量  58<br />3.11.2  使用宏  58<br />3.11.3  包含其他xacro文件  59<br />3.11.4  在连杆中使用网格模型  59<br />3.11.5  使用机器人夹爪  60<br />3.11.6  在RViz中查看7-DOF<br />机械臂  61<br />3.12  为差速驱动机器人创建机器人<br />模型  63<br />3.13  总结  66<br />3.14  问题  67<br />第4章  使用ROS和Gazebo<br />进行机器人仿真  68<br />4.1  使用Gazebo 和ROS仿真机械臂  68<br />4.2  为Gazebo创建机械臂仿真模型  69<br />4.2.1  为Gazebo机器人模型添加<br />颜色和纹理  70<br />4.2.2  添加transmission标签来<br />驱动模型  71<br />4.3  添加gazebo_ros_control插件  71<br />4.4  仿真装有Xtion Pro的机械臂  73<br />4.5  在Gazebo中使用ROS控制器<br />移动机器人关节  76<br />4.5.1  理解ros_control<br />软件包  76<br />4.5.2  不同类型的ROS控制器与<br />硬件接口  76<br />4.5.3  ROS控制器如何与Gazebo<br />交互  77<br />4.5.4  将关节状态控制器和关节<br />位置控制器连接到机械臂  78<br />4.5.5  在Gazebo中启动ROS<br />控制器  79<br />4.5.6  移动机器人关节  81<br />4.6  在Gazebo中仿真差速轮式<br />机器人  82<br />4.6.1  向Gazebo中添加激光<br />雷达  83<br />4.6.2  在Gazebo中控制机器人<br />移动  85<br />4.6.3  为启动文件添加关节状态<br />发布者  86<br />4.7  添加ROS遥控节点  86<br />4.8  总结  88<br />4.9  问题  88<br />第5章  使用ROS、CoppeliaSim和Webots进行机器人仿真  89<br />5.1  使用ROS配置CoppeliaSim  89<br />5.1.1  理解RosInterface插件  92<br />5.1.2  处理ROS消息  95<br />5.2  使用CoppeliaSim和ROS仿真机<br />械臂  96<br />5.3  使用ROS设置Webots  99<br />5.3.1  Webots仿真器简介  100<br />5.3.2  使用Webots仿真移动<br />机器人  101<br />5.4  编写第一个控制器  103<br />5.5  使用webots_ros编写遥控节点  107<br />5.6  总结  110<br />5.7  问题  111<br />第6章  使用ROS MoveIt!与Navigation栈  112<br />6.1  MoveIt!架构  113<br />6.1.1  move_group节点  113<br />6.1.2  基于MoveIt!的运动规划  114<br />6.1.3  运动规划请求适配器  115<br />6.1.4  MoveIt!规划场景  116<br />6.1.5  MoveIt!运动学处理  117<br />6.1.6  MoveIt!碰撞检测  117<br />6.2  基于设置助手生成MoveIt!<br />配置包  117<br />6.3  在RViz中使用MoveIt!配置包<br />进行机器人运动规划  123<br />6.3.1  使用RViz的运动规划<br />插件  124<br />6.3.2  MoveIt!配置包与Gazebo<br />交互  127<br />6.4  理解ROS导航栈  132<br />6.4.1  导航栈的硬件需求  132<br />6.4.2  使用导航软件包  133<br />6.4.3  使用导航栈  134<br />6.5  使用SLAM构建地图  135<br />6.5.1  为gmapping创建启动<br />文件  136<br />6.5.2  在差速驱动机器人上运行SLAM  137<br />6.5.3  基于amcl和静态地图实现<br />自主导航  140<br />6.5.4  创建amcl启动文件  140<br />6.6  总结  143<br />6.7  问题  143<br />第7章  探索ROS MoveIt!的高级<br />功能  144<br />7.1  使用move_group的C++接口<br />进行运动规划  144<br />7.1.1  使用MoveIt! C++ API规划<br />随机路径  144<br />7.1.2  使用MoveIt! C++ API规划<br />自定义路径  145<br />7.1.3  使用MoveIt!进行机械臂的<br />碰撞检测  147<br />7.2  使用MoveIt!和Gazebo进行<br />感知  153<br />7.3  使用MoveIt!操作对象  158<br />7.3.1  使用MoveIt!执行拾取和<br />放置任务  158<br />7.3.2  在Gazebo和真实的机器人<br />中应用抓取和放置动作  162<br />7.4  了解用于机器人硬件接口的DYNAMIXEL ROS伺服控制器  162<br />7.4.1  DYNAMIXEL伺服舵机  163<br />7.4.2  DYNAMIXEL-ROS接口  164<br />7.5  7-DOF机械臂与ROS MoveIt!  164<br />7.5.1  为COOL机械臂创建一个<br />控制器软件包  165<br />7.5.2  COOL机械臂的MoveIt!<br />配置  168<br />7.6  总结  170<br />7.7  问题  170<br />第8章  ROS在空中机器人上的<br />应用  171<br />8.1  使用空中机器人  171<br />8.1.1  UAV硬件  172<br />8.1.2  Pixhawk自动驾驶仪  172<br />8.2  使用PX4飞行控制栈  173<br />8.2.1  PX4固件架构  176<br />8.2.2  PX4 SITL  178<br />8.3  PC/自动驾驶仪通信  179<br />8.4  编写ROS-PX4应用程序  181<br />8.4.1  编写轨迹流线  186<br />8.4.2  PX4的外部位姿估计  187<br />8.5  使用RotorS仿真框架  188<br />8.5.1  安装RotorS   188<br />8.5.2  RotorS软件包  190<br />8.5.3  创建一种新的无人机<br />模型  192<br />8.5.4  与RotorS电机模型交互  199<br />8.6  总结  200<br />8.7  问题  200<br />第三部分  ROS机器人硬件<br />原型开发<br />第9章  将I/O板传感器和执行器<br />连接到ROS  202<br />9.1  理解Arduino-ROS接口  202<br />9.2  Arduino-ROS接口  203<br />9.2.1  理解ROS中的<br />rosserial包  203<br />9.2.2  理解Arduino中的ROS<br />节点API  207<br />9.2.3  ROS-Arduino发布者和<br />订阅者示例  210<br />9.2.4  ROS-Arduino示例：用按钮<br />闪烁LED  213<br />9.2.5  ROS-Arduino示例：加速度<br />计ADXL 335  215<br />9.2.6  ROS-Arduino示例：超声波<br />距离传感器  216<br />9.2.7  ROS-Arduino示例：里程计<br />数据发布器  220<br />9.3  将非Arduino板连接到ROS  222<br />9.3.1  设置Odroid-C4、树莓派4<br />和Jetson Nano用于安装<br />ROS  222<br />9.3.2  在树莓派4上使用ROS<br />闪烁LED  228<br />9.3.3  在树莓派2上使用ROS<br />通过按钮闪烁LED  230<br />9.3.4  在树莓派4上运行示例  233<br />9.4  将DYNAMIXEL执行器连接到<br />ROS  234<br />9.5  总结  235<br />9.6  问题  235<br />第10章  使用ROS、OpenCV和PCL编程视觉传感器  236<br />10.1  软硬件需求  236<br />10.2  理解ROS-OpenCV接口<br />软件包  236<br />10.3  理解ROS-PCL接口软件包  237<br />10.4  连接ROS与USB网络摄像头  239<br />10.5  校准ROS摄像机  241<br />10.6  将Kinect和Asus Xtion Pro与<br />ROS连接  249<br />10.7  连接Intel RealSense摄像机与<br />ROS  251<br />10.8  连接Hokuyo激光雷达与ROS  255<br />10.9  使用点云数据  257<br />10.9.1  如何发布点云  257<br />10.9.2  如何订阅和处理点云  259<br />10.9.3  从PCD文件读取和<br />发布点云  262<br />10.10  总结  264<br />10.11  问题  265<br />第11章  在ROS中构建<br />与连接差速驱动<br />移动机器人硬件  266<br />11.1  技术要求  266<br />11.1.1  软件要求  267<br />11.1.2  网络设置  268<br />11.1.3  硬件要求  268<br />11.2  一款DIY自主移动机器人—<br />Remo简介  268<br />11.2.1  Remo硬件组件  269<br />11.2.2  ROS Navigation Stack的<br />软件需求   271<br />11.3  为差速驱动机器人开发底层<br />控制器和ROS Control高级<br />硬件接口  272<br />11.3.1  为Remo实现底层基本<br />控制器   274<br />11.3.2  用于差速驱动机器人<br />的ROS Control高级<br />硬件接口  278<br />11.3.3  Remo机器人的ROS<br />节点和主题概述  280<br />11.4  配置和使用Navigation Stack  283<br />11.4.1  配置gmapping节点并<br />创建地图  284<br />11.4.2  使用gmapping节点   284<br />11.4.3  配置move_base节点  285<br />11.4.4  配置AMCL节点  286<br />11.4.5  AMCL规划  287<br />11.4.6  在仿真环境中使用Remo<br />机器人  289<br />11.5  总结  291<br />11.6  问题  291<br />第四部分  高级ROS编程<br />第12章  使用pluginlib、nodelet<br />和Gazebo插件  294<br />12.1  理解pluginlib  294<br />12.2  理解ROS小节点  300<br />12.3  理解并创建Gazebo插件  306<br />12.4  总结  309<br />12.5  问题  310<br />第13章  编写ROS控制器<br />和可视化插件  311<br />13.1  理解ros_control包  311<br />13.2  在ROS中编写一个基本的关节<br />控制器  314<br />13.2.1  创建控制器包  314<br />13.2.2  创建控制器头文件  315<br />13.2.3  创建控制器源文件  315<br />13.2.4  控制器源文件的详细<br />说明  317<br />13.2.5  创建插件描述文件  318<br />13.2.6  更新package.xml  318<br />13.2.7  更新CMakeLists.txt  318<br />13.2.8  构建控制器  319<br />13.2.9  编写控制器配置文件  319<br />13.2.10  编写控制器的启动<br />文件  319<br />13.2.11  在Gazebo中运行控制器<br />和7-DOF机械臂  320<br />13.3  了解RViz工具及其插件  322<br />13.3.1  Displays面板  323<br />13.3.2  RViz工具栏  323<br />13.3.3  Views面板  323<br />13.3.4  Time面板  323<br />13.3.5  可停靠面板  324<br />13.4  为远程操作编写RViz插件  324<br />13.5  总结  330<br />13.6  问题  330<br />第14章  在MATLAB和Simulink中使用ROS  331<br />14.1  开始使用MATLAB  331<br />14.2  开始使用ROS Toolbox<br />和MATLAB  332<br />14.3  利用MATLAB和Gazebo开发<br />机器人应用程序  338<br />14.4  开始使用ROS和Simulink  341<br />14.4.1  在Simulink中创建一个<br />波信号积分器  342<br />14.4.2  在Simulink中发布ROS<br />消息  344<br />14.4.3  在Simulink中订阅ROS<br />主题  346<br />14.5  在Simulink中开发一个简单的<br />控制系统  348<br />14.6  总结  351<br />14.7  问题  351<br />第15章  ROS在工业机器人中的<br />应用  352<br />15.1  理解ROS-Industrial包  352<br />15.2  ROS-Industrial的目标  352<br />15.3  ROS-Industrial简史  353<br />15.4  安装ROS-Industrial包  353<br />15.5  为工业机器人创建URDF  355<br />15.6  为工业机器人创建MoveIt!配置  356<br />15.7  更新MoveIt!的配置文件  359<br />15.8  为UR机器人的机械臂安装<br />ROS-Industrial软件包  361<br />15.9  为UR机器人安装ROS接口  362<br />15.10  理解UR机械臂的MoveIt!<br />配置  363<br />15.11  UR硬件和ROS-I  365<br />15.12  使用MoveIt!配置ABB<br />机器人  366<br />15.13  了解ROS-Industrial机器人<br />支持包  369<br />15.14  了解ROS-Industrial机器人<br />客户端包  370<br />15.15  设计工业机器人客户端节点  371<br />15.16  了解ROS-Industrial机器人<br />驱动程序包  372<br />15.17  理解MoveIt! IKFast插件  374<br />15.18  为ABB IRB 6640机器人创建MoveIt! IKFast插件  374<br />15.19  OpenRave和IKFast模块  375<br />15.19.1  MoveIt! IKFast  375<br />15.19.2  安装MoveIt! <br />IKFast包  375<br />15.19.3  在Ubuntu 20.04上<br />安装OpenRave  375<br />15.20  创建使用OpenRave的机器人的COLLADA文件  376<br />15.21  为IRB 6640机器人生成IKFast CPP文件  378<br />15.22  创建MoveIt! IKFast插件  379<br />15.23  总结  380<br />15.24  问题  380<br />第16章  ROS的故障排除和<br />很好实践  381<br />16.1  为ROS设置Visual Studio Code <br />IDE开发环境  381<br />16.1.1  安装/卸载Visual Studio Code  382<br />16.1.2  开始使用Visual Studio <br />Code  382<br />16.1.3  安装新的Visual Studio <br />Code扩展  383<br />16.1.4  从Visual Studio Code的 ROS扩展开始  384<br />16.1.5  检查和构建ROS工作<br />空间  386<br />16.1.6  使用Visual Studio Code<br />管理ROS包  387<br />16.1.7  可视化URDF文件的<br />预览  387<br />16.2  ROS的很好实践  388<br />16.3  ROS包的很好编程实践  391<br />16.4  ROS中的重要故障排除提示  392<br />16.5  总结  394<br />16.6  问题  395

机器人操作系统（ROS）是一个用于复杂机器人编程的软件框架，你无须从头开始编写代码，即可用它开发用于构建复杂机器人的软件，从而节省宝贵的开发时间。本书通过通俗易懂的实用示例和对基本概念的逐步解释，全面介绍了可应用于ROS 机器人项目的高级概念。
本书首先帮助你掌握使用ROS对机器人进行编程所需的基本概念。然后带你探索开发仿真机器人和实际机器人，以及从头开始应用导航和操纵等高级功能。随着阅读的深入，你将学习如何创建 ROS 控制器和插件，并探索 ROS 的工业应用程序及其与空中机器人的交互。最后，你将了解高效使用 ROS 的很好实践和方法。
最终，你将学会如何在 ROS 中创建各种应用程序，并构建自己的第一个ROS机器人。
阅读本书，你将学到：
·使用7自由度机械臂和差动轮式移动机器人创建机器人模型。
·使用Gazebo、CoppeliaSim和Webots等机器人模拟器。
·使用SLAM和AMCL软件包实现差动驱动机器人的自主导航。
·使用ROS与空中机器人进行并对它进行仿真。
·探索ROS pluginlib、ROS nodelets 和 Gazebo等插件。
·连接Arduino、机器人传感器和高端执行器等I/O板。