ROS机器人开发：实用案例分析 PDF下载

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内容简介

　《ROS机器人开发：实用案例分析》由长期从事ROS机器人研究与教学的专家撰写，深入浅出地对基于ROS的机器人开发技术进行了全面介绍，并通过丰富的实例，详细讲解移动机器人、飞行机器人与机器人手臂等各类机器人的ROS实现。　　《ROS机器人开发：实用案例分析》不仅涵盖ROS的基础知识，还循序渐进地讲解了ROS机器人的高级应用特性。书中首先对ROS的基本配置进行介绍，内容包括ROS的安装、基本概念、主要的功能包与工具等。然后对相应的故障排查方法进行了论述。之后通过模拟的方式，先对Tu rtIesim的ROS组成模块进行描述，再对其他几类典型机器人的ROS组成模块进行相应的介绍。对ROS组成模块的介绍，一般遵循的流程是首先介绍基本的ROS命令，然后对ROS的功能包、节点、主题以及消息进行论述，以此来对ROS机器人操作系统的整体内容进行详细的阐述。为了对书中选用的机器人的整体性能进行描述，书中还给出了相关机器人的技术资料。作者简介

　《ROS机器人开发：实用案例分析》由长期从事ROS机器人研究与教学的专家撰写，深入浅出地对基于ROS的机器人开发技术进行了全面介绍，并通过丰富的实例，详细讲解移动机器人、飞行机器人与机器人手臂等各类机器人的ROS实现。
　　《ROS机器人开发：实用案例分析》不仅涵盖ROS的基础知识，还循序渐进地讲解了ROS机器人的高级应用特性。书中首先对ROS的基本配置进行介绍，内容包括ROS的安装、基本概念、主要的功能包与工具等。然后对相应的故障排查方法进行了论述。之后通过模拟的方式，先对Tu rtIesim的ROS组成模块进行描述，再对其他几类典型机器人的ROS组成模块进行相应的介绍。对ROS组成模块的介绍，一般遵循的流程是首先介绍基本的ROS命令，然后对ROS的功能包、节点、主题以及消息进行论述，以此来对ROS机器人操作系统的整体内容进行详细的阐述。为了对书中选用的机器人的整体性能进行描述，书中还给出了相关机器人的技术资料。

作者简介

卡罗尔·费尔柴尔德（Carol Fairchild），Fairchild Robotics公司的所有人、首席工程师，该公司致力于机器人技术的开发与集成。Carol是休斯顿大学明湖分校巴克斯特机器人实验室的研究员，同时也是兼职教授。她的研究领域主要是基于Baxte件几器人的扩展应用开发。　　　　托马斯 L.哈曼（Thomas L.Harman）休斯顿大学明湖分校工程系的主任。他的研究领域主要是控制系统、机器人技术与微处理器技术的应用等。2005年，他当选为休斯顿大学明湖分校的特聘教授。他曾担任FIRST机器人大赛的裁判与安全顾问。托马斯博士已经出版的专著、合著书籍有18本，主题涉及微处理器技术、MATLAB与仿真以及美国国家电气规程等。

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译者序
作者简介
前言
第1章 ROS初体验1
1.1 ROS的用途以及学习ROS的好处1
1.2 哪些机器人采用了ROS2
1.3 安装并启动ROS4
1.3.1 配置Ubuntu系统的软件源4
1.3.2 设置Ubuntu系统软件源列表5
1.3.3 设置Ubuntu系统密钥5
1.3.4 安装ROS Indigo5
1.3.5 初始化rosdep6
1.3.6 环境设置6
1.3.7 安装rosinstall7
1.3.8 故障排除—ROS环境测试7
1.4 生成一个catkin工作空间7
1.5 ROS的功能包与清单8
1.5.1 ROS清单9
1.5.2 探索ROS功能包9
1.6 ROS节点与ROS节点管理器11
1.6.1 ROS节点11
1.6.2 ROS节点管理器12
1.6.3 确定节点和主题的ROS命令14
1.7 第一个ROS机器人模拟程序—Turtlesim15
1.7.1 启动Turtlesim节点15
1.7.2 Turtlesim节点16
1.7.3 Turtlesim主题与消息18
1.7.4 Turtlesim的参数服务器20
1.7.5 移动乌龟的ROS服务22
1.8 ROS命令小结23
1.9 本章小结24
第2章构建一个模拟的两轮ROS机器人25
2.1 rviz25
2.1.1 安装和启动rviz26
2.1.2 使用rviz27
2.2 生成并构建ROS功能包29
2.3 构建差分驱动的机器人URDF30
2.3.1 生成机器人底座31
2.3.2 使用roslaunch32
2.3.3 添加轮子35
2.3.4 添加小脚轮37
2.3.5 添加颜色38
2.3.6 添加碰撞属性40
2.3.7 移动轮子41
2.3.8 tf和robot_state_publisher简介42
2.3.9 添加物理学属性42
2.3.10 试用URDF工具43
2.4 Gazebo45
2.4.1 安装并启动Gazebo45
2.4.2 使用roslaunch启动Gazebo46
2.4.3 使用Gazebo47
2.4.4 机器人URDF的修改50
2.4.5 Gazebo模型验证51
2.4.6 在Gazebo中查看URDF51
2.4.7 机器人模型调整53
2.4.8 移动机器人模型53
2.4.9 其他的机器人仿真环境54
2.5 本章小结55
第3章 TurtleBot机器人操控56
3.1 TurtleBot机器人简介56
3.2 下载TurtleBot模拟器软件57
3.3 在Gazebo中启动TurtleBot模拟器58
3.3.1 常见问题与故障排除60
3.3.2 ROS命令与Gazebo61
3.3.3 模拟环境下使用键盘远程控制TurtleBot63
3.4 控制一台真正的TurtleBot机器人的准备64
3.5 联接上网本与远程计算机66
3.5.1 网络类型67
3.5.2 网络地址67
3.5.3 远程计算机网络设置68
3.5.4 上网本网络设置69
3.5.5 安全外壳协议联接69
3.5.6 网络设置小结70
3.5.7 排查网络联接中的故障70
3.5.8 TurtleBot机器人系统测试70
3.6 TurtleBot机器人的硬件规格参数72
3.7 移动真实的TurtleBot机器人73
3.7.1 采用键盘远程控制TurtleBot机器人移动74
3.7.2 采用ROS命令控制TurtleBot机器人移动75
3.7.3 编写第一个Python脚本程序控制TurtleBot机器人移动76
3.8 rqt工具简介79
3.8.1 rqt_graph79
3.8.2 rqt的消息发布与主题监控82
3.9 TurtleBot机器人的里程计84
3.9.1 模拟的TurtleBot机器人的测程84
3.9.2 真实的TurtleBot机器人的里程计在rviz下的显示86
3.10 TurtleBot机器人的自动充电88
3.11 本章小结90
第4章 TurtleBot机器人导航91
4.1 TurtleBot机器人的3D视觉系统92
4.1.1 3D视觉传感器原理92
4.1.2 3D传感器对比92
4.1.3 障碍物规避的缺陷96
4.2 配置TurtleBot机器人并安装3D传感器软件96
4.2.1 Kinect96
4.2.2 ASUS与PrimeSense98
4.2.3 摄像头软件结构98
4.2.4 术语界定98
4.3 独立模式下测试3D传感器99
4.4 运行ROS可视化节点100
4.4.1 使用Image Viewer可视化数据100
4.4.2 使用rviz可视化数据102
4.5 TurtleBot机器人导航105
4.5.1 采用TurtleBot机器人构建房间地图105
4.5.2 采用TurtleBot机器人实现自主导航109
4.5.3 rqt_reconfigure116
4.5.4 进一步探索ROS导航117
4.6 本章小结117
第5章构建模拟的机器人手臂119
5.1 Xacro的特点119
5.2 采用Xacro建立一个关节式机器人手臂URDF121
5.2.1 使用Xacro属性标签121
5.2.2 使用roslaunch启动rrbot124
5.2.3 使用Xacro的包含与宏标签126
5.2.4 给机器人手臂添加网格129
5.3 在Gazebo中控制关节式机器人手臂133
5.3.1 添加Gazebo特定的元素133
5.3.2 将机器人手臂固定在世界坐标系下135
5.3.3 在Gazebo中查看机器人手臂135
5.3.4 给Xacro添加控件136
5.3.5 采用ROS命令行控制机器人手臂140
5.3.6 采用rqt控制机器人手臂141
5.4 本章小结143
第6章机器人手臂摇摆的关节控制144
6.1 Baxter简介145
6.1.1 Baxter，一款研究型机器人146
6.1.2 Baxter模拟器147
6.2 Baxter的手臂147
6.2.1 Baxter的俯仰关节149
6.2.2 Baxter的滚转关节149
6.2.3 Baxter的坐标系149
6.2.4 Baxter手臂的控制模式150
6.2.5 Baxter手臂抓手151
6.2.6 Baxter手臂的传感器152
6.3 下载Baxter软件152
6.3.1 安装Baxter SDK软件152
6.3.2 安装Baxter模拟器154
6.3.3 配置Baxter shell155
6.3.4 安装MoveIt156
6.4 在Gazebo中启动Baxter模拟器157
6.4.1 启动Baxter模拟器157
6.4.2 “热身”练习161
6.4.3 弯曲Baxter手臂163
6.4.4 Baxter手臂控制器的调校173
6.5 Baxter手臂与正向运动学174
6.5.1 关节与关节状态发布器174
6.5.2 理解tf177
6.5.3 rviz下的tf坐标系180
6.5.4 查看机器人元素的tf树181
6.6 MoveIt简介182
6.6.1 采用MoveIt给Baxter手臂进行运动规划184
6.6.2 在场景中添加物体185
6.6.3 采用MoveIt进行避障运动规划186
6.7 配置真实的Baxter机器人188
6.8 控制真实的Baxter机器人190
6.8.1 控制关节到达航路点190
6.8.2 控制关节的力矩弹簧191
6.8.3 关节速度控制演示192
6.8.4 其他示例192
6.8.5 视觉伺服和抓握192
6.9 反向运动学193
6.10 本章小结196
第7章空中机器人基本操控198
7.1 四旋翼飞行器简介199
7.1.1 风靡的四旋翼飞行器199
7.1.2 滚转角、俯仰角与偏航角200
7.1.3 四旋翼飞行器原理201
7.1.4 四旋翼飞行器的组成203
7.1.5 添加传感器203
7.1.6 四旋翼飞行器的通信204
7.2 四旋翼飞行器的传感器204
7.2.1 惯性测量单元205
7.2.2 四旋翼飞行器状态传感器205
7.3 放飞前的准备工作205
7.3.1 四旋翼飞行器检测206
7.3.2 飞行前检测列表206
7.3.3 飞行中的注意事项207
7.3.4 需要遵循的规则和条例207
7.4 在无人机中使用ROS208
7.5 Hector四旋翼飞行器简介208
7.5.1 下载Hector Quadrotor功能包209
7.5.2 在Gazebo中启动Hector四旋翼飞行器210
7.6 Crazyflie 2.0简介216
7.6.1 无ROS情况下的Crazy-flie控制218
7.6.2 使用Crazyradio PA进行通信218
7.6.3 加载Crazyflie ROS软件219
7.6.4 放飞前的检查222
7.6.5 使用teleop操控Crazy-flie飞行222
7.6.6 在运动捕获系统下飞行226
7.6.7 控制多个Crazyflie飞行226
7.7 Bebop简介227
7.7.1 加载bebop_autonomy软件228
7.7.2 Bebop飞行前的准备229
7.7.3 使用命令控制Bebop飞行230
7.8 本章小结231
第8章使用外部设备控制机器人233
8.1 创建自定义ROS游戏控制器接口233
8.1.1 测试游戏控制器234
8.1.2 使用joy ROS功能包236
8.1.3 使用自定义游戏控制器接口控制Turtlesim237
8.2 创建自定义ROS Android设备接口242
8.2.1 使用Turtlebot Remocon进行操控242
8.2.2 使用Android设备实现ROS机器人的自定义控制245
8.3 在Arduino或树莓派上创建ROS节点249
8.3.1 使用Arduino249
8.3.2 使用树莓派260
8.4 本章小结261
第9章操控Crazyflie执行飞行任务262
9.1 执行任务所需的组件263
9.1.1 用于Windows的Kinect v2263
9.1.2 Crazyflie操作263
9.1.3 任务软件结构264
9.1.4 OpenCV与ROS265
9.2 安装任务所需的软件266
9.2.1 安装libfreenect2267
9.2.2 安装iai_kinect2269
9.2.3 使用iai_kinect2元包271
9.3 任务设置277
9.3.1 探测Crazyflie与目标277
9.3.2 使用Kinect与OpenCV281
9.3.3 对Crazyflie进行跟踪283
9.4 Crazyflie控制285
9.5 放飞Crazyflie290
9.5.1 悬停290
9.5.2 飞往静止目标292
9.5.3 吸取的经验294
9.6 本章小结295
第10章 ROS功能扩展296
10.1 通过声音控制机器人296
10.1.1 Sphinx库297
10.1.2 Rospeex库298
10.2 给机器人添加语音功能299
10.3 给机器人添加人脸识别功能299
10.3.1 采用级联分类器进行人脸识别300
10.3.2 采用OpenCV进行人脸识别301
10.4 本章小结303