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ROS（Robot Operating System）是一个机器人软件平台，是用于实现机器人编程和开发复杂机器人应用的开源软件框架，它能为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。ROS的前身是斯坦福人工智能实验室为了支持斯坦福智能机器人STAIR而建立的交换庭（switchyard）项目。

本书包含10章内容，循序渐进地介绍了ROS相关的知识，包括ROS入门、结构与概念、可视化和调试工具、传感器和执行器、建模与仿真、移动机器人、机械臂、微型飞行器、ROS工业软件包等。

本书适合机器人领域的工程师及研究人员阅读，书中涉及许多实用的案例和解决方案，同时涵盖了未来机器人应用开发中可预见的研究问题。

第 1章 ROS入门1

1.1 简介1

1.2 在桌面系统中安装ROS2

1.2.1 ROS 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

2.3 ROS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

4.3 ROS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 多内容112

4.4 ROS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 多内容120

4.6 非标量数据的可视化—— 2D3D图像121

4.6.1 准备工作122

4.6.2 如何完成122

4.7 ROS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 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 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

7.2 ROS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launc 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 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 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

8.2 MoveIt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 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 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RotorSGazebo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 多内容293

9.4.5 参考资料296

9.5 MAV无人机的自 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MAVdrone—— 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

10.5 ROS-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

10.10 ROS-I的未来——硬件支持、功能和应用356

库马尔·比平（Kumar Bipin）拥有在意法半导体和摩托罗拉等 知名消费电子公司15年以上的研发经验。他曾参加 计算教育研究中心（SERC）和印度科技学院（简称IISc，位于班加罗尔）的研究奖学金项目，并在信息技术 学院（位于海德拉巴）获得机器人学和计算机视觉的硕士学位。他一直致力于为消费类电子产品提供系统级的解决方案。这些解决方案包括系统软件、自动驾驶汽车的感知规划和控制。目前，他在Tata Elxsi领导自主汽车产品（Autonomai）的开发。

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书籍介绍

ROS（Robot Operating System）是一个机器人软件平台，是用于实现机器人编程和开发复杂机器人应用的开源软件框架，它能为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。ROS的前身是斯坦福人工智能实验室为了支持斯坦福智能机器人STAIR而建立的交换庭（switchyard）项目。

本书包含10章内容，循序渐进地介绍了ROS相关的知识，包括ROS入门、结构与概念、可视化和调试工具、传感器和执行器、建模与仿真、移动机器人、机械臂、微型飞行器、ROS工业软件包等。

本书适合机器人领域的工程师及研究人员阅读，书中涉及许多实用的案例和解决方案，同时涵盖了未来机器人应用开发中可预见的研究问题。