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第1章ROS入门1

1.1简介1

1.2在桌面系统中安装ROS2

1.2.1ROS发行版2

1.2.2支持的操作系统3

1.2.3如何完成4

1.3在虚拟机中安装ROS8

1.4在Linux容器中运行ROS10

1.4.1准备工作10

1.4.2如何完成10

1.4.3参考资料13

1.5在基于ARM的开发板上安装ROS13

1.5.1准备工作13

1.5.2如何完成15

1.5.3设置系统位置16

1.5.4设置sources.list（源列表）17

1.5.5设置秘钥17

1.6安装ROS包17

1.6.1添加单个软件包17

1.6.2初始化rosdep18

1.6.3环境配置18

1.6.4获取rosinstall18

第2章ROS的体系结构与概念Ⅰ20

2.1简介20

2.2对ROS文件系统的深入解析21

2.2.1准备工作21

2.2.2如何完成22

2.2.3扩展学习25

2.3ROS计算图分析30

2.3.1准备工作30

2.3.2如何完成32

2.4加入ROS社区37

2.5学习ROS的使用38

2.5.1准备工作38

2.5.2如何完成38

2.5.3工作原理47

2.6理解ROS启动（launch）文件59

第3章ROS的体系结构与概念Ⅱ61

3.1简介61

3.2掌握参数服务器和动态参数62

3.2.1准备工作62

3.2.2如何完成62

3.3掌握ROS actionlib68

3.3.1准备工作68

3.3.2如何完成69

3.4掌握ROS pluginlib78

3.4.1准备工作78

3.4.2如何完成78

3.5掌握ROS nodelet83

3.5.1准备工作83

3.5.2如何完成83

3.5.3扩展学习86

3.6掌握Gazebo框架与插件88

3.6.1准备工作88

3.6.2如何完成89

3.7掌握ROS的TF（坐标变换）91

3.7.1准备工作92

3.7.2如何完成95

3.8掌握ROS可视化工具（RViz）及其插件99

3.8.1准备工作99

3.8.2如何完成101

第4章ROS可视化与调试工具104

4.1简介104

4.2对ROS节点的调试和分析105

4.2.1准备工作105

4.2.2如何完成105

4.3ROS消息的记录与可视化108

4.3.1准备工作108

4.3.2如何完成110

4.3.3更多内容112

4.4ROS系统的检测与诊断114

4.4.1准备工作114

4.4.2如何完成114

4.5标量数据的可视化和绘图118

4.5.1准备工作118

4.5.2如何完成119

4.5.3更多内容120

4.6非标量数据的可视化——2D/3D图像121

4.6.1准备工作122

4.6.2如何完成122

4.7ROS话题的录制与回放126

4.7.1准备工作126

4.7.2如何完成126

4.7.3更多内容129

第5章在ROS中使用传感器和执行器131

5.1简介131

5.2理解Arduino-ROS接口132

5.2.1准备工作132

5.2.2如何完成133

5.2.3工作原理134

5.3使用9 DoF（自由度，Degree of Freedom）惯性测量模块137

5.3.1准备工作138

5.3.2如何完成138

5.3.3工作原理139

5.4使用GPS系统——Ublox141

5.4.1准备工作142

5.4.2如何完成142

5.4.3工作原理143

5.5使用伺服电动机——Dynamixel144

5.5.1如何完成144

5.5.2工作原理144

5.6用激光测距仪——Hokuyo146

5.6.1准备工作146

5.6.2如何完成146

5.6.3工作原理146

5.7使用Kinect传感器查看3D环境中的对象148

5.7.1准备工作149

5.7.2如何完成149

5.7.3工作原理149

5.8用游戏杆或游戏手柄151

5.8.1如何完成151

5.8.2工作原理151

第6章ROS建模与仿真153

6.1简介153

6.2理解使用URDF实现机器人建模154

6.2.1准备工作154

6.2.2工作原理154

6.3理解使用Xacro实现机器人建模163

6.3.1准备工作164

6.3.2工作原理164

6.4理解关节状态发布器和机器人状态发布器165

6.4.1准备动作165

6.4.2工作原理168

6.4.3更多内容172

6.5理解Gazebo系统结构以及与ROS的接口174

6.5.1准备工作174

6.5.2如何完成174

第7章ROS中的移动机器人184

7.1简介184

7.2ROS导航功能包集185

7.2.1准备工作185

7.2.2工作原理185

7.3移动机器人与导航系统的交互196

7.3.1准备工作196

7.3.2如何完成197

7.3.3工作原理198

7.4为导航功能包集创建launch文件201

7.4.1准备工作201

7.4.2工作原理202

7.5为导航功能包集设置Rviz可视化203

7.5.1准备工作203

7.5.2工作原理203

7.5.3更多内容210

7.6机器人定位——自适应蒙特卡罗定位（AMCL）211

7.6.1准备工作211

7.6.2工作原理211

7.7使用rqt_reconfigure配置导航功能包集参数212

7.8移动机器人的自主导航——避开障碍物213

7.8.1准备工作213

7.8.2工作原理213

7.9发送目标214

7.9.1准备工作214

7.9.2工作原理214

第8章ROS中的机械臂217

8.1简介217

8.1.1危险工作场所218

8.1.2重复或令人厌烦的工作218

8.1.3人类难以操作的工作环境218

8.2MoveIt的基本概念220

8.2.1 MoveIt220

8.2.2运动规划220

8.2.3感知221

8.2.4抓取221

8.2.5准备工作221

8.3使用图形化界面完成运动规划223

8.3.1准备工作223

8.3.2如何完成232

8.3.3工作原理234

8.3.4更多内容235

8.4使用控制程序执行运动规划238

8.4.1准备工作238

8.4.2如何完成240

8.4.3执行轨迹245

8.5在运动规划中增加感知246

8.5.1准备工作247

8.5.2如何完成249

8.5.3工作原理251

8.5.4更多内容251

8.5.5参考资料252

8.6使用机械臂或者机械手来完成抓取操作253

8.6.1准备工作253

8.6.2如何完成256

8.6.3工作原理268

8.6.4参考资料273

第9章基于ROS的微型飞行器276

9.1简介276

9.2 MAV系统设计概述277

9.3 MAV/无人机的通用数学模型279

9.4使用RotorS/Gazebo来模拟MAV/无人机283

9.4.1准备工作283

9.4.2如何完成285

9.4.3工作原理292

9.4.4更多内容293

9.4.5参考资料296

9.5MAV/无人机的自主导航框架297

9.5.1准备工作297

9.5.2如何完成299

9.5.3工作原理314

9.6操作真正的MAV/drone——Parrot和Bebop318

9.6.1准备工作319

9.6.2如何完成319

9.6.3工作原理321

第10章ROS-Industrial（ROS-I）323

10.1简介323

10.2了解ROS-I功能包324

10.3工业机器人与MoveIt的3D建模与仿真326

10.3.1准备工作326

10.3.2如何完成327

10.4使用ROS-I软件包——优傲机器人、ABB机器人336

10.5ROS-I机器人支持包342

10.6 ROS-I机器人客户端功能包345

10.7 ROS-I机器人驱动程序规范346

10.8开发自定义的MoveIt IKFast插件348

10.8.1准备工作348

10.8.2如何完成351

10.9了解ROS-I-MTConnect353

10.9.1准备工作354

10.9.2如何完成355

10.10ROS-I的未来——硬件支持、功能和应用356