ROS機(jī)器人開發(fā)實踐

目　錄　　Contents
推薦序一
推薦序二
推薦序三
前言
第1章　初識ROS 1
1.1　ROS是什么 1
1.1.1　ROS的起源 1
1.1.2　ROS的設(shè)計目標(biāo) 2
1.1.3　ROS的特點 3
1.2　如何安裝ROS 4
1.2.1　操作系統(tǒng)與ROS版本的選擇 4
1.2.2　配置系統(tǒng)軟件源 6
1.2.3　添加ROS軟件源 6
1.2.4　添加密鑰 7
1.2.5　安裝ROS 7
1.2.6　初始化rosdep 8
1.2.7　設(shè)置環(huán)境變量 8
1.2.8　完成安裝 9
1.3　本書源碼下載 9
1.4　本章小結(jié) 10
第2章　ROS架構(gòu) 11
2.1　ROS架構(gòu)設(shè)計 11
2.2　計算圖 12
2.2.1　節(jié)點 12
2.2.2　消息 13
2.2.3　話題 13
2.2.4　服務(wù) 13
2.2.5　節(jié)點管理器 14
2.3　文件系統(tǒng) 14
2.3.1　功能包 14
2.3.2　元功能包 16
2.4　開源社區(qū) 17
2.5　ROS的通信機(jī)制 17
2.5.1　話題通信機(jī)制 18
2.5.2　服務(wù)通信機(jī)制 19
2.5.3　參數(shù)管理機(jī)制 20
2.6　話題與服務(wù)的區(qū)別 20
2.7　本章小結(jié) 21
第3章　ROS基礎(chǔ) 22
3.1　第一個ROS例程——小烏龜仿真 23
3.1.1　turtlesim功能包 23
3.1.2　控制烏龜運(yùn)動 24
3.2　創(chuàng)建工作空間和功能包 25
3.2.1　什么是工作空間 25
3.2.2　創(chuàng)建工作空間 26
3.2.3　創(chuàng)建功能包 27
3.3　工作空間的覆蓋 28
3.3.1　ROS中工作空間的覆蓋 28
3.3.2　工作空間覆蓋示例 28
3.4　搭建Eclipse開發(fā)環(huán)境 30
3.4.1　安裝Eclipse 30
3.4.2　創(chuàng)建Eclipse工程文件 30
3.4.3　將工程導(dǎo)入Eclipse 31
3.4.4　設(shè)置頭文件路徑 31
3.4.5　運(yùn)行/調(diào)試程序 32
3.5　RoboWare簡介 35
3.5.1　RoboWare的特點 35
3.5.2　RoboWare的安裝與使用 36
3.6　話題中的Publisher與Subscriber 37
3.6.1　烏龜例程中的Publisher與Subscriber 37
3.6.2　如何創(chuàng)建Publisher 37
3.6.3　如何創(chuàng)建Subscriber 40
3.6.4　編譯功能包 41
3.6.5　運(yùn)行Publisher與Subscriber 42
3.6.6　自定義話題消息 44
3.7　服務(wù)中的Server和Client 46
3.7.1　烏龜例程中的服務(wù) 46
3.7.2　如何自定義服務(wù)數(shù)據(jù) 47
3.7.3　如何創(chuàng)建Server 48
3.7.4　如何創(chuàng)建Client 49
3.7.5　編譯功能包 51
3.7.6　運(yùn)行Server和Client 51
3.8　ROS中的命名空間 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　分布式多機(jī)通信 54
3.9.1　設(shè)置IP地址 55
3.9.2　設(shè)置ROS_MASTER_URI 56
3.9.3　多機(jī)通信測試 56
3.10　本章小結(jié) 57
第4章　ROS中的常用組件 58
4.1　launch啟動文件 58
4.1.1　基本元素 58
4.1.2　參數(shù)設(shè)置 60
4.1.3　重映射機(jī)制 61
4.1.4　嵌套復(fù)用 61
4.2　TF坐標(biāo)變換 62
4.2.1　TF功能包 62
4.2.2　TF工具 63
4.2.3　烏龜例程中的TF 65
4.2.4　創(chuàng)建TF廣播器 67
4.2.5　創(chuàng)建TF監(jiān)聽器 68
4.2.6　實現(xiàn)烏龜跟隨運(yùn)動 70
4.3　Qt工具箱 70
4.3.1　日志輸出工具（rqt_console） 71
4.3.2　計算圖可視化工具（rqt_graph） 71
4.3.3　數(shù)據(jù)繪圖工具（rqt_plot） 72
4.3.4　參數(shù)動態(tài)配置工具（rqt_reconfigure） 73
4.4　rviz三維可視化平臺 73
4.4.1　安裝并運(yùn)行rviz 74
4.4.2　數(shù)據(jù)可視化 75
4.4.3　插件擴(kuò)展機(jī)制 76
4.5　Gazebo仿真環(huán)境 78
4.5.1　Gazebo的特點 78
4.5.2　安裝并運(yùn)行Gazebo 78
4.5.3　構(gòu)建仿真環(huán)境 81
4.6　rosbag數(shù)據(jù)記錄與回放 82
4.6.1　記錄數(shù)據(jù) 82
4.6.2　回放數(shù)據(jù) 83
4.7　本章小結(jié) 84
第5章　機(jī)器人平臺搭建 85
5.1　機(jī)器人的定義 85
5.2　機(jī)器人的組成 86
5.2.1　執(zhí)行機(jī)構(gòu) 87
5.2.2　驅(qū)動系統(tǒng) 87
5.2.3　傳感系統(tǒng) 87
5.2.4　控制系統(tǒng) 87
5.3　機(jī)器人系統(tǒng)搭建 88
5.3.1　MRobot 88
5.3.2　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實現(xiàn) 88
5.3.3　驅(qū)動系統(tǒng)的實現(xiàn) 89
5.3.4　內(nèi)部傳感系統(tǒng)的實現(xiàn) 90
5.4　基于Raspberry Pi的控制系統(tǒng)實現(xiàn) 90
5.4.1　硬件平臺Raspberry Pi 91
5.4.2　安裝Ubuntu 16.04 91
5.4.3　安裝ROS 93
5.4.4　控制系統(tǒng)與MRobot通信 94
5.4.5　PC端控制MRobot 97
5.5　為機(jī)器人裝配攝像頭 99
5.5.1　usb_cam功能包 99
5.5.2　PC端驅(qū)動攝像頭 100
5.5.3　Raspberry Pi驅(qū)動攝像頭 102
5.6　為機(jī)器人裝配Kinect 104
5.6.1　freenect_camera功能包 104
5.6.2　PC端驅(qū)動Kinect 106
5.6.3　Raspberry Pi驅(qū)動Kinect 109
5.6.4　Kinect電源改造 109
5.7　為機(jī)器人裝配激光雷達(dá) 110
5.7.1　rplidar功能包 110
5.7.2　PC端驅(qū)動rplidar 111
5.7.3　Raspberry Pi驅(qū)動rplidar 113
5.8　本章小結(jié) 113
第6章　機(jī)器人建模與仿真 114
6.1　統(tǒng)一機(jī)器人描述格式——URDF 114
6.1.1　標(biāo)簽 114
6.1.2　標(biāo)簽 115
6.1.3　標(biāo)簽 116
6.1.4　標(biāo)簽 116
6.2　創(chuàng)建機(jī)器人URDF模型 116
6.2.1　創(chuàng)建機(jī)器人描述功能包 116
6.2.2　創(chuàng)建URDF模型 117
6.2.3　URDF模型解析 120
6.2.4　在rviz中顯示模型 122
6.3　改進(jìn)URDF模型 124
6.3.1　添加物理和碰撞屬性 124
6.3.2　使用xacro優(yōu)化URDF 125
6.3.