目　錄　　Contents
推薦序一
推薦序二
前言
第1章　啟程讓你的第一個(gè)
機(jī)器人動(dòng)起來　1
1.1　ROS部落的自我介紹　1
1.1.1　機(jī)器人與ROS　2
1.1.2　ROS 2系統(tǒng)架構(gòu)　3
1.1.3　ROS 2的已發(fā)布版本　4
1.1.4　ROS 2機(jī)器人開發(fā)特色　4
1.2　開發(fā)環(huán)境搭建　5
1.2.1　準(zhǔn)備所需軟件　6
1.2.2　安裝虛擬機(jī)VirtualBox　6
1.2.3　在虛擬機(jī)中安裝
Ubuntu 22.04　7
1.2.4　安裝ROS 2　11
1.3　運(yùn)行你的第一個(gè)機(jī)器人　14
1.3.1　啟動(dòng)海龜模擬器　14
1.3.2　使用鍵盤控制海龜　15
1.3.3　海龜例子的簡(jiǎn)單分析　16
1.4　ROS 2基礎(chǔ)之Linux　17
1.4.1　Linux終端基礎(chǔ)操作　17
1.4.2　在Linux中安裝軟件　20
1.4.3　在Linux中編寫Python
程序　23
1.4.4　在Linux中編寫C 程序　26
1.4.5　Linux基礎(chǔ)之環(huán)境變量　28
1.5　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　29
第2章　ROS 2基礎(chǔ)入門
從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始　30
2.1　編寫你的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)　30
2.1.1　Python示例　30
2.1.2　C 示例　33
2.2　使用功能包組織Python節(jié)點(diǎn)　37
2.2.1　在功能包中編寫Python
節(jié)點(diǎn)　37
2.2.2　功能包結(jié)構(gòu)分析　40
2.3　使用功能包組織C 節(jié)點(diǎn)　41
2.3.1　在功能包中編寫C 節(jié)點(diǎn)　41
2.3.2　功能包結(jié)構(gòu)分析　44
2.4　多功能包的最佳實(shí)踐Workspace　44
2.5　ROS 2基礎(chǔ)之編程　46
2.5.1　面向?qū)ο缶幊獭?6
2.5.2　用得到的C 新特性　53
2.5.3　多線程與回調(diào)函數(shù)　58
2.6　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　62
第3章　訂閱和發(fā)布話題通信
探索　63
3.1　話題通信介紹　63
3.2　Python話題訂閱與發(fā)布　66
3.2.1　通過話題發(fā)布小說　66
3.2.2　訂閱小說并合成語音　69
3.3　C 話題訂閱與發(fā)布　71
3.3.1　發(fā)布速度控制海龜畫圓　71
3.3.2　訂閱Pose實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制　74
3.4　話題通信最佳實(shí)踐　77
3.4.1　完成工程架構(gòu)設(shè)計(jì)　77
3.4.2　自定義通信接口　78
3.4.3　系統(tǒng)信息獲取與發(fā)布　81
3.4.4　在功能包中使用Qt　83
3.4.5　訂閱數(shù)據(jù)并用Qt顯示　84
3.5　ROS 2基礎(chǔ)之Git入門　87
3.5.1　新建代碼倉庫　87
3.5.2　學(xué)會(huì)提交代碼　88
3.5.3　學(xué)會(huì)使用Git忽略文件　90
3.6　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　90
第4章　服務(wù)和參數(shù)深入
ROS 2通信　92
4.1　服務(wù)與參數(shù)通信介紹　92
4.1.1　服務(wù)通信介紹　92
4.1.2　基于服務(wù)的參數(shù)通信　95
4.2　用Python服務(wù)通信實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)　97
4.2.1　自定義服務(wù)接口　98
4.2.2　人臉檢測(cè)　100
4.2.3　人臉檢測(cè)服務(wù)實(shí)現(xiàn)　102
4.2.4　人臉檢測(cè)客戶端的實(shí)現(xiàn)　104
4.3　用C 服務(wù)通信做一個(gè)巡邏
海龜　106
4.3.1　自定義服務(wù)接口　107
4.3.2　服務(wù)端代碼實(shí)現(xiàn)　107
4.3.3　客戶端代碼實(shí)現(xiàn)　109
4.4　在Python節(jié)點(diǎn)中使用參數(shù)　111
4.4.1　參數(shù)聲明與設(shè)置　112
4.4.2　訂閱參數(shù)更新　113
4.4.3　修改其他節(jié)點(diǎn)的參數(shù)　114
4.5　在C 節(jié)點(diǎn)中使用參數(shù)　116
4.5.1　參數(shù)聲明與設(shè)置　117
4.5.2　接收參數(shù)事件　117
4.5.3　修改其他節(jié)點(diǎn)的參數(shù)　119
4.6　使用launch啟動(dòng)腳本　121
4.6.1　使用launch啟動(dòng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)　121
4.6.2　使用launch傳遞參數(shù)　123
4.6.3　launch使用進(jìn)階　124
4.7　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　126
第5章　ROS 2常用開發(fā)工具　127
5.1　坐標(biāo)變換工具介紹　127
5.1.1　通過命令行使用TF　128
5.1.2　對(duì)TF 原理的簡(jiǎn)單探究　131
5.2　Python中的手眼坐標(biāo)變換　133
5.2.1　通過Python發(fā)布靜態(tài)TF　133
5.2.2　通過Python發(fā)布動(dòng)態(tài)TF　136
5.2.3　通過Python查詢TF關(guān)系　137
5.3　C 中的地圖坐標(biāo)系變換　139
5.3.1　通過C 發(fā)布靜態(tài)TF　139
5.3.2　通過C 發(fā)布動(dòng)態(tài)TF　141
5.3.3　通過C 查詢TF關(guān)系　143
5.4　常用可視化工具rqt與RViz　145
5.4.1　GUI框架rqt　145
5.4.2　數(shù)據(jù)可視化工具RViz　147
5.5　數(shù)據(jù)記錄工具ros2 bag　149
5.6　ROS 2基礎(chǔ)之Git進(jìn)階　153
5.6.1　查看修改內(nèi)容　153
5.6.2　學(xué)會(huì)撤銷代碼　154
5.6.3　進(jìn)階掌握Git分支　156
5.7　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　158
第6章　建模與仿真創(chuàng)建
自己的機(jī)器人　160
6.1　機(jī)器人建模與仿真概述　160
6.1.1　移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)介紹　160
6.1.2　常用機(jī)器人仿真平臺(tái)　161
6.2　使用URDF創(chuàng)建機(jī)器人　162
6.2.1　幫機(jī)器人創(chuàng)建一個(gè)身體　162
6.2.2　在RViz中顯示機(jī)器人　165
6.2.3　使用Xacro簡(jiǎn)化URDF　170
6.2.4　創(chuàng)建機(jī)器人及傳感器部件　173
6.2.5　完善機(jī)器人執(zhí)行器部件　177
6.2.6　貼合地面，添加虛擬部件　179
6.3　添加物理屬性讓機(jī)器人更真實(shí)　180
6.3.1　為機(jī)器人部件添加碰撞
屬性　180
6.3.2　為機(jī)器人部件添加質(zhì)量
與慣性　181
6.4　在Gazebo中完成機(jī)器人仿真　183
6.4.1　安裝與使用Gazebo構(gòu)建
世界　184
6.4.2　在Gazebo中加載機(jī)器人
模型　189
6.4.3　使用Gazebo標(biāo)簽擴(kuò)展
URDF　191
6.4.4　使用兩輪差速插件控制
機(jī)器人　193
6.4.5　激光雷達(dá)傳感器仿真　197
6.4.6　慣性測(cè)量傳感器仿真　200
6.4.7　深度相機(jī)傳感器仿真　203
6.5　使用ros2_control驅(qū)動(dòng)機(jī)器人　205
6.5.1　ros2_control介紹與安裝　205
6.5.2　使用Gazebo接入
ros2_control　209
6.5.3　使用關(guān)節(jié)狀態(tài)發(fā)布控制器　213
6.5.4　使用力控制器控制輪子　216
6.5.5　使用兩輪差速控制器控制
機(jī)器人　218
6.6　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　221
第7章　自主導(dǎo)航讓機(jī)器人
自己動(dòng)起來　222
7.1　機(jī)器人導(dǎo)航介紹　222
7.1.1　同步定位與地圖構(gòu)建　222
7.1.2　機(jī)器人導(dǎo)航　224
7.2　使用slam_toolbox完成建圖　225
7.2.1　構(gòu)建第一張導(dǎo)航地圖　225
7.2.2　將地圖保存為文件　227
7.3　機(jī)器人導(dǎo)航框架Navigation 2　229
7.3.1　Navigation 2介紹與安裝　229
7.3.2　配置Navigation 2參數(shù)　231
7.3.3　編寫launch并啟動(dòng)導(dǎo)航　232
7.3.4　進(jìn)行單點(diǎn)與路點(diǎn)導(dǎo)航　234
7.3.5　導(dǎo)航過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)避障　236
7.3.6　優(yōu)化導(dǎo)航速度和膨脹半徑　237
7.3.7　優(yōu)化機(jī)器人到點(diǎn)精度　239
7.4　導(dǎo)航應(yīng)用開發(fā)指南　240
7.4.1　使用話題初始化機(jī)器人
位姿　240
7.4.2　使用TF獲取機(jī)器人實(shí)時(shí)
位置　243
7.4.3　調(diào)用接口進(jìn)行單點(diǎn)導(dǎo)航　244
7.4.4　使用接口完成路點(diǎn)導(dǎo)航　250
7.5　導(dǎo)航最佳實(shí)踐之做一個(gè)自動(dòng)巡檢
機(jī)器人　253
7.5.1　完成機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)　253
7.5.2　編寫巡檢控制節(jié)點(diǎn)　253
7.5.3　添加語音播報(bào)功能　258
7.5.4　訂閱圖像并記錄　261
7.6　ROS 2基礎(chǔ)之Git倉庫托管　262
7.6.1　添加自描述文件　262
7.6.2　將代碼托管在Gitee　265
7.6.3　將代碼托管在GitHub　266
7.7　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　270
第8章　使用自己的規(guī)劃器和
控制器導(dǎo)航　271
8.1　掌握ROS 2插件機(jī)制　271
8.1.1　pluginlib介紹與安裝　271
8.1.2　定義插件抽象類　272
8.1.3　編寫并生成第一個(gè)插件　272
8.1.4　編寫插件測(cè)試程序　275
8.2　自定義導(dǎo)航規(guī)劃器　276
8.2.1　自定義規(guī)劃器介紹　276
8.2.2　搭建規(guī)劃器插件框架　279
8.2.3　實(shí)現(xiàn)自定義規(guī)劃算法　283
8.2.4　配置導(dǎo)航參數(shù)并測(cè)試　284
8.3　自定義導(dǎo)航控制器　286
8.3.1　自定義控制器介紹　286
8.3.2　搭建控制器插件框架　287
8.3.3　實(shí)現(xiàn)自定義控制算法　292
8.3.4　配置導(dǎo)航參數(shù)并測(cè)試　294
8.4　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　295
第9章　搭建一個(gè)實(shí)體移動(dòng)
機(jī)器人　296
9.1　移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)　296
9.1.1　機(jī)器人傳感器　296
9.1.2　機(jī)器人執(zhí)行器　297
9.1.3　機(jī)器人決策系統(tǒng)　298
9.2　單片機(jī)開發(fā)基礎(chǔ)　298
9.2.1　開發(fā)平臺(tái)介紹與安裝　298
9.2.2　第一個(gè)HelloWorld工程　301
9.2.3　使用代碼點(diǎn)亮LED燈　303
9.2.4　使用超聲波測(cè)量距離　304
9.2.5　使用開源庫驅(qū)動(dòng)IMU　305
9.3　機(jī)器人控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)　306
9.3.1　使用開源庫驅(qū)動(dòng)多路
電動(dòng)機(jī)　307
9.3.2　電動(dòng)機(jī)速度測(cè)量與轉(zhuǎn)換　308
9.3.3　使用PID控制輪子轉(zhuǎn)速　311
9.3.4　運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解的實(shí)現(xiàn)　315
9.3.5　機(jī)器人里程計(jì)計(jì)算　320
9.4　使用micro-ROS接入ROS 2　322
9.4.1　第一個(gè)節(jié)點(diǎn)　323
9.4.2　訂閱話題控制機(jī)器人　327
9.4.3　發(fā)布機(jī)器人里程計(jì)話題　329
9.5　移動(dòng)機(jī)器人建圖與導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)　333
9.5.1　驅(qū)動(dòng)并顯示雷達(dá)點(diǎn)云　334
9.5.2　移動(dòng)機(jī)器人的坐標(biāo)系框架
介紹　337
9.5.3　準(zhǔn)備機(jī)器人URDF　338
9.5.4　發(fā)布里程計(jì)TF　341
9.5.5　完成機(jī)器人建圖并保存
地圖　343
9.5.6　完成機(jī)器人導(dǎo)航　347
9.6　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　348
第10章　ROS 2使用進(jìn)階　349
10.1　消息服務(wù)質(zhì)量之QoS　349
10.1.1　QoS策略介紹　349
10.1.2　QoS的兼容性　352
10.1.3　Python QoS兼容性測(cè)試　353
10.1.4　C QoS兼容性測(cè)試　354
10.2　執(zhí)行器與回調(diào)組　356
10.2.1　執(zhí)行器與回調(diào)組介紹　356
10.2.2　在Python中使用回
調(diào)組　358
10.2.3　在C 中使用回調(diào)組　361
10.3　生命周期節(jié)點(diǎn)　364
10.3.1　生命周期節(jié)點(diǎn)介紹　364
10.3.2　在Python中編寫生命
周期節(jié)點(diǎn)　367
10.3.3　在C 中編寫生命周期
節(jié)點(diǎn)　369
10.4　同一進(jìn)程組織多個(gè)節(jié)點(diǎn)　371
10.4.1　使用執(zhí)行器組織多個(gè)
節(jié)點(diǎn)　371
10.4.2　使用組件運(yùn)行組合
節(jié)點(diǎn)　375
10.4.3　編寫自己的組件　378
10.5　使用消息過濾器同步數(shù)據(jù)　380
10.5.1　消息過濾器介紹　380
10.5.2　在Python中同步傳感器
數(shù)據(jù)　380
10.5.3　在C 中同步傳感器
數(shù)據(jù)　381
10.6　DDS中間件進(jìn)階　384
10.6.1　使用不同的DDS進(jìn)行
通信　384
10.6.2　配置局域網(wǎng)通信　386
10.6.3　調(diào)整DDS配置　386
10.6.4　使用DDS共享內(nèi)存　388
10.7　小結(jié)與點(diǎn)評(píng)　390