ROS機(jī)器人程序設(shè)計(jì)

譯者序
前　言
第1章　ROS系統(tǒng)入門(mén) 1
1.1　使用軟件源安裝ROS Electric 3
1.1.1　添加軟件源到sources.list文件中 4
1.1.2　設(shè)置密碼 4
1.1.3　安裝 4
1.1.4　環(huán)境配置 5
1.2　使用軟件源安裝ROS Fuerte 6
1.2.1　配置Ubuntu軟件源 6
1.2.2　配置source.list文件 6
1.2.3　設(shè)置密碼 7
1.2.4　安裝 7
1.2.5　環(huán)境配置 8
1.2.6　獨(dú)立工具 9
1.3　如何安裝VirtualBox和Ubuntu 9
1.3.1　下載VirtualBox 9
1.3.2　創(chuàng)建虛擬機(jī) 10
1.4　本章小結(jié) 12
第2章　ROS系統(tǒng)架構(gòu)及示例 13
2.1　理解ROS文件系統(tǒng)級(jí) 13
2.1.1　功能包 14
2.1.2　功能包集 16
2.1.3　消息類(lèi)型 16
2.1.4　服務(wù)類(lèi)型 17
2.2　理解ROS計(jì)算圖級(jí) 18
2.2.1　節(jié)點(diǎn) 19
2.2.2　主題 20
2.2.3　服務(wù) 21
2.2.4　消息 22
2.2.5　消息記錄包 22
2.2.6　節(jié)點(diǎn)管理器 22
2.2.7　參數(shù)服務(wù)器 22
2.3　理解ROS開(kāi)源社區(qū)級(jí) 23
2.4　ROS系統(tǒng)試用練習(xí) 23
2.4.1　ROS文件系統(tǒng)導(dǎo)覽 24
2.4.2　創(chuàng)建工作空間 24
2.4.3　創(chuàng)建ROS功能包 25
2.4.4　編譯ROS功能包 26
2.4.5　使用ROS節(jié)點(diǎn) 26
2.4.6　使用主題與節(jié)點(diǎn)交互 28
2.4.7　學(xué)習(xí)如何使用服務(wù) 31
2.4.8　使用參數(shù)服務(wù)器 33
2.4.9　創(chuàng)建節(jié)點(diǎn) 34
2.4.10　編譯節(jié)點(diǎn) 36
2.4.11　創(chuàng)建msg和srv文件 37
2.4.12　使用新建的srv和msg文件 38
2.5　本章小結(jié) 42
第3章　調(diào)試和可視化 43
3.1　調(diào)試ROS節(jié)點(diǎn) 44
3.1.1　使用GDB調(diào)試器調(diào)試ROS節(jié)點(diǎn) 45
3.1.2　ROS節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)調(diào)用GDB調(diào)試器 46
3.1.3　設(shè)置ROS節(jié)點(diǎn)core文件轉(zhuǎn)存 47
3.2　調(diào)試信息 47
3.2.1　輸出調(diào)試信息 47
3.2.2　設(shè)置調(diào)試信息級(jí)別 48
3.2.3　為特定節(jié)點(diǎn)配置調(diào)試信息級(jí)別 48
3.2.4　信息命名 50
3.2.5　條件顯示信息與過(guò)濾信息 50
3.2.6　信息的更多功能——單次顯示、可調(diào)、組合 51
3.2.7　使用rosconsole和rxconsole在運(yùn)行時(shí)修改調(diào)試級(jí)別 52
3.3　監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài) 56
3.3.1　節(jié)點(diǎn)、主題與服務(wù)列表 56
3.3.2　使用rxgraph在線監(jiān)視節(jié)點(diǎn)狀態(tài)圖 56
3.4　當(dāng)奇怪的事情發(fā)生——使用roswtf 58
3.5　畫(huà)標(biāo)量數(shù)據(jù)圖 58
3.5.1　用rxplot畫(huà)出時(shí)間趨勢(shì)曲線 59
3.5.2　另一個(gè)畫(huà)圖工具rxtools 60
3.6　圖像可視化 61
3.6.1　顯示單一圖片 61
3.6.2　FireWire接口攝像頭 62
3.6.3　使用雙目立體視覺(jué) 63
3.7　3D可視化 64
3.7.1　使用rviz在3D世界中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化 64
3.7.2　主題與坐標(biāo)系的關(guān)系 66
3.7.3　可視化坐標(biāo)變換 67
3.8　保存與回放數(shù)據(jù) 68
3.8.1　什么是消息記錄包文件 69
3.8.2　使用rosbag在包文件中記錄數(shù)據(jù) 69
3.8.3　回放消息記錄文件 70
3.8.4　使用rxbag檢查消息記錄包的主題和消息 71
3.9　rqt插件與rx應(yīng)用 72
3.10　本章小結(jié) 73
第4章　在ROS下使用傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 74
4.1　使用游戲桿或游戲手柄 74
4.1.1　joy_node如何發(fā)送游戲桿動(dòng)作消息 75
4.1.2　使用游戲桿數(shù)據(jù)在turtlesim中移動(dòng)海龜 76
4.2　使用激光雷達(dá)——Hokuyo URG-04lx 79
4.2.1　了解激光雷達(dá)如何在 ROS 中發(fā)送數(shù)據(jù) 80
4.2.2　訪問(wèn)和修改激光雷達(dá)數(shù)據(jù) 82
4.3　使用Kinect傳感器查看3D環(huán)境 84
4.3.1　如何發(fā)送和查看Kinect數(shù)據(jù) 85
4.3.2　創(chuàng)建和使用Kinect示例 86
4.4　使用伺服電動(dòng)機(jī)——Dynamixel 88
4.4.1　Dynamixel如何發(fā)送和接收運(yùn)動(dòng)命令 89
4.4.2　創(chuàng)建和使用伺服電動(dòng)機(jī)示例 90
4.5　使用Arduino添加更多的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 91
4.6　使用慣性測(cè)量模組——Xsens MTi 94
4.6.1　Xsens如何在ROS中發(fā)送數(shù)據(jù) 95
4.6.2　創(chuàng)建和使用Xsens示例 96
4.7　使用低成本慣性測(cè)量模組IMU-10自由度 98
4.7.1　下載加速度傳感器庫(kù) 99
4.7.2　Arduino Nano和10自由度傳感器編程 99
4.7.3　創(chuàng)建ROS節(jié)點(diǎn)并使用10自由度傳感器數(shù)據(jù) 101
4.8　本章小結(jié) 103
第5章　3D建模與仿真 104
5.1　自定義機(jī)器人在ROS中的3D模型 104
5.2　創(chuàng)建第一個(gè)URDF文件 104
5.2.1　解釋文件格式 106
5.2.2　在rviz里查看3D模型 107
5.2.3　加載圖形到機(jī)器人模型 109
5.2.4　使機(jī)器人模型運(yùn)動(dòng) 109
5.2.5　物理和碰撞屬性 110
5.3　xacro——一個(gè)寫(xiě)機(jī)器人模型的更好方法 111
5.3.1　使用常量 111
5.3.2　使用數(shù)學(xué)方法 112
5.3.3　使用宏 112
5.3.4　使用代碼移動(dòng)機(jī)器人 112
5.3.5　使用SketchUp進(jìn)行3D建模 116
5.4　在ROS中仿真 117
5.4.1　在Gazebo中使用URDF3D模型 117
5.4.2　在Gazebo中添加傳感器 120
5.4.3　在Gazebo中加載和使用地圖 121
5.4.4　在Gazebo中移動(dòng)機(jī)器人 123
5.5　本章小結(jié) 125
第6章　機(jī)器視覺(jué) 126
6.1　連接和運(yùn)行攝像頭 128
6.1.1　FireWire IEEE1394 攝像頭 128
6.1.2　USB攝像頭 132
6.2　使用OpenCV制作USB攝像頭驅(qū)動(dòng)程序 133
6.2.1　創(chuàng)建 USB 攝像頭驅(qū)動(dòng)功能包 134
6.2.2　使用ImageTransport API發(fā)布攝像頭幀 135
6.2.3　使用 cv_bridge 進(jìn)行OpenCV 和 ROS 圖像處理 138
6.2.4　使用ImageTransport 發(fā)布圖像 139
6.2.5　在ROS中使用OpenCV 139
6.2.6　顯示攝像頭輸入的圖像 140
6.3　如何標(biāo)定攝像頭 140
6.4　ROS 圖像管道 147
6.5　對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)任務(wù)有用的 ROS功能包 152
6.6　使用viso2執(zhí)行視覺(jué)測(cè)距 153
6.6.1　攝像頭位姿標(biāo)定 154
6.6.2　運(yùn)行 viso2 在線演示 156
6.6.3　使用低成本雙目攝像頭運(yùn)行 viso2 158
6.7　本章小結(jié) 159
第7章　導(dǎo)航功能包集入門(mén) 160
7.1　ROS導(dǎo)航功能包集 160
7.2　創(chuàng)建轉(zhuǎn)換 161
7.2.1　創(chuàng)建廣播機(jī)構(gòu) 162
7.2.2　創(chuàng)建偵聽(tīng)器 162
7.2.3　查看坐標(biāo)變換樹(shù) 164
7.3　發(fā)布傳感器信息 165
7.4　發(fā)布里程數(shù)據(jù) 168
7.4.1　Gazebo如何獲取里程數(shù)據(jù) 169
7.4.2　創(chuàng)建自定義里程數(shù)據(jù) 171
7.5　創(chuàng)建基礎(chǔ)控制器 175
7.5.1　使用Gazebo 創(chuàng)建里程數(shù)據(jù) 176
7.5.2　創(chuàng)建基礎(chǔ)控制器 178
7.6　使用ROS創(chuàng)建地圖 180
7.6.1　使用map_server保存地圖 181
7.6.2　使用map_server加載地圖 182
7.7　本章小結(jié) 183
第8章　導(dǎo)航功能包集進(jìn)階 184
8.1　創(chuàng)建功能包 184
8.2　創(chuàng)建機(jī)器人配置 184
8.3　配置全局和局部代價(jià)地圖 187
8.3.1　基本參數(shù)的配置 187
8.3.2　全局代價(jià)地圖的配置 188
8.3.3　局部代價(jià)地圖的配置 189
8.4　基本局部規(guī)劃器配置 189
8.5　為導(dǎo)航功能包集創(chuàng)建啟動(dòng)文件 190
8.6　為導(dǎo)航功能包集設(shè)置rviz 191
8.6.1　2D位姿估計(jì) 191
8.6.2　2D導(dǎo)航目標(biāo) 192
8.6.3　靜態(tài)地圖 193
8.6.4　點(diǎn)云 193
8.6.5　機(jī)器人立足點(diǎn) 193
8.6.6　障礙 194
8.6.7　膨脹障礙 194
8.6.8　全局規(guī)劃 195
8.6.9　局部規(guī)劃 195
8.6.10　規(guī)劃器規(guī)劃 196
8.6.11　當(dāng)前目標(biāo) 196
8.7　自適應(yīng)蒙特卡羅定位 197
8.8　避免障礙 199
8.9　發(fā)送目標(biāo) 200
8.10　本章小結(jié) 202
第9章　在實(shí)踐中學(xué)習(xí) 203
9.1　REEM——類(lèi)人形PAL機(jī)器人 204
9.1.1　從官方軟件源安裝REEM 205
9.1.2　使用Gazebo仿真環(huán)境運(yùn)行REEM 208
9.2　PR2——柳樹(shù)車(chē)庫(kù)機(jī)器人 210
9.2.1　安裝 PR2仿真環(huán)境 210
9.2.2　在仿真環(huán)境中運(yùn)行PR2 211
9.2.3　生成地圖與定位 214
9.2.4　在仿真環(huán)境中運(yùn)行PR2演示程序 216
9.3　Robonaut 2——NASA的敏捷型人形機(jī)器人 217
9.3.1　從軟件源安裝Robonaut 2 217
9.3.2　在國(guó)際空間站的固定支座上運(yùn)行Robonaut2 218
9.4　Husky——Clearpath的輪式機(jī)器人 222
9.4.1　安裝Husky仿真環(huán)境 222
9.4.2　運(yùn)行Husky仿真環(huán)境 222
9.5　TurtleBot——低成本移動(dòng)機(jī)器人 224
9.5.1　安裝TurtleBot仿真環(huán)境 224
9.5.2　運(yùn)行TurtleBot仿真環(huán)境 224
9.6　本章小結(jié) 225