了得網計算機/網絡_ROS機器人開發實用案例分析(原書第2版)

●譯者序
前言
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審校者簡介
章 ROS初體驗 1
1.1 ROS的用途以及學習ROS的好處 1
1.2 哪些機器人采用了ROS 2
1.3 安裝並啟動ROS 4
1.3.1 配置Ubuntu繫統的軟件源 4
1.3.2 設置Ubuntu繫統軟件源列表 5
1.3.3 設置Ubuntu繫統密鑰 5
1.3.4 安裝ROS Kinetic 5
1.3.5 初始化rosdep 6
1.3.6 環境設置 6
1.3.7 安裝 rosinstall 6
1.3.8 故障排除—ROS環境測試 7
1.4 創建catkin工作空間 7
1.5 ROS的功能包與清單 8
1.5.1 ROS清單 8
1.5.2 探索ROS功能包 8
1.6 ROS節點、話題與消息 10
1.6.1 ROS節點 11
1.6.2 ROS話題 11
1.6.3 ROS消息 11
1.6.4 ROS節點管理器 12
1.6.5 確定節點和話題的ROS命令 13
1.7 個ROS機器人模擬程序turtlesim 15
1.7.1 啟動turtlesim節點 15
1.7.2 turtlesim節點 16
1.7.3 turtlesim話題與消息 18
1.7.4 通過發布/turtle1/cmd_vel話題控制烏龜運動 20
1.7.5 通過鍵盤或遊戲手柄控制烏龜移動 22
1.7.6 turtlesim的參數服務器 22
1.7.7 控制烏龜移動的ROS服務 24
1.8 ROS命令小結 25
1.9 本章小結 26
第2章構建一個模擬的兩輪ROS機器人 27
2.1 Rviz簡介 27
2.1.1 安裝和啟動Rviz 28
2.1.2 熟悉Rviz界面 29
2.2 生成並構建ROS功能包 32
2.3 構建差分驅動的機器人URDF 33
2.3.1 創建機器人底座 33
2.3.2 使用roslaunch 34
2.3.3 添加輪子 37
2.3.4 添加小腳輪 39
2.3.5 添加顏色 41
2.3.6 添加踫撞屬性 42
2.3.7 移動輪子 43
2.3.8 tf和robot_state_publisher簡介 44
2.3.9 添加物理學屬性 45
2.3.10 試用URDF工具 46
2.4 Gazebo 47
2.4.1 安裝並啟動Gazebo 48
2.4.2 使用roslaunch啟動Gazebo 49
2.4.3 熟悉Gazebo界面 50
2.4.4 機器人URDF的修改 54
2.4.5 Gazebo模型驗證 55
2.4.6 在Gazebo中查看URDF 56
2.4.7 機器人模型調整 57
2.4.8 移動機器人模型 58
2.4.9 其他的機器人模擬環境 59
2.5 本章小結 60
第3章 TurtleBot機器人操控 61
3.1 TurtleBot 2機器人簡介 61
3.2 TurtleBot 2模擬器軟件 63
3.3 在Gazebo中啟動TurtleBot 2模擬器 63
3.3.1 常見問題與故障排除 65
3.3.2 ROS命令與Gazebo 66
3.3.3 模擬環境下使用鍵盤遠程控制TurtleBot 2 68
3.4 控制真正的TurtleBot 2機器人的設置 69
3.5 連接上網本與遠程計算機 71
3.5.1 網絡類型 71
3.5.2 網絡地址 72
3.5.3 遠程計算機網絡設置 73
3.5.4 上網本網絡設置 73
3.5.5 SSH連接 74
3.5.6 網絡設置小結 74
3.5.7 排查網絡連接中的故障 75
3.5.8 TurtleBot 2機器人繫統測試 75
3.6 TurtleBot 2機器人的硬件規格參數 76
3.7 移動真實的TurtleBot 2機器人 78
3.7.1 采用鍵盤遠程控制TurtleBot 2機器人移動 78
3.7.2 采用ROS命令控制TurtleBot 2機器人移動 79
3.7.3 編寫個Python腳本程序控制TurtleBot 2機器人移動 80
3.8 rqt工具簡介 83
3.8.1 rqt_graph 83
3.8.2 rqt的消息發布與話題監控 86
3.9 TurtleBot機器人的測程 87
3.9.1 模擬的TurtleBot 2機器人的測程 91
3.9.2 Rviz下真實的TurtleBot 2機器人的測程顯示 93
3.10 TurtleBot機器人的自動充電 95
3.11 TurtleBot 3介紹 96
3.12 TurtleBot 3模擬軟件 98
3.13 在Rviz中啟動TurtleBot 3模擬軟件 99
3.14 在Gazebo中啟動TurtleBot 3模擬軟件 100
3.15 硬件裝配與測試 103
3.16 TurtleBot 3機器人軟件包 103
3.16.1 在遠程計算機上安裝軟件 103
3.16.2 在SBC上安裝軟件 104
3.17 TurtleBot 3與遠程計算機的網絡連接 107
3.17.1 遠程計算機網絡設置 108
3.17.2 TurtleBot 3網絡設置 108
3.17.3 SSH通信測試 110
3.17.4 網絡連接的故障處理 110
3.18 控制真實的TurtleBot 3移動 111
3.19 本章小結 113
第4章 TurtleBot機器人導航 114
4.1 TurtleBot機器人的3D視覺繫統 115
4.1.1 3D視覺傳感器原理 115
4.1.2 3D傳感器對比 116
4.2 配置TurtleBot機器人並安裝3D 傳感器軟件 123
4.2.1 Kinect 123
4.2.2 ASUS與PrimeSense 123
4.2.3 Intel RealSense 124
4.2.4 攝像頭軟件結構 124
4.2.5 術語定義 125
4.3 獨立模式下測試3D傳感器 125
4.4 運行ROS節點進行可視化 126
4.4.1 使用Image Viewer可視化數據 126
4.4.2 使用Rviz可視化數據 128
4.5 TurtleBot機器人導航 131
4.5.1 采用TurtleBot 2機器人構建房間地圖 132
4.5.2 采用TurtleBot 2機器人實現自主導航 136
4.5.3 導航至指定目標點 142
4.5.4 基於Python腳本與地圖實現航路點導航 144
4.5.5 TurtleBot 3機器人的SLAM 151
4.5.6 使用TurtleBot 3進行自主導航 152
4.5.7 rqt_reconfigure 153
4.5.8 進一步探索ROS導航 155
4.6 本章小結 155
第5章構建模擬的機器人手臂 156
5.1 Xacro的特點 156
5.2 采用Xacro建立一個關節式機器人手臂URDF 157
5.2.1 指定名空間 158
5.2.2 使用Xacro屬性標簽 158
5.2.3 擴展Xacro 161
5.2.4 使用Xacro的包含與宏標簽 163
5.2.5 給機器人手臂添加網格 166
5.3 在Gazebo中控制關節式機器人手臂 171
5.3.1 添加Gazeb素 171
5.3.2 將機器人手臂固定在世界坐標繫下 173
5.3.3 在Gazebo中查看機器人手臂 173
5.3.4 給Xacro添加控制組件 174
5.3.5 采用ROS命令行控制機器人手臂 178
5.3.6 采用rqt控制機器人手臂 179
5.4 本章小結 182
第6章機器人手臂搖擺的關節控制 183
6.1 Baxter簡介 184
6.1.1 研究型機器人Baxter 185
6.1.2 Baxter模擬器 186
6.2 Baxter的手臂 186
6.2.1 Baxter的俯仰關節 187
6.2.2 Baxter的滾轉關節 188
6.2.3 Baxter的坐標繫 188
6.2.4 Baxter手臂的控制模式 189
6.2.5 Baxter手臂的抓手 189
6.2.6 Baxter手臂的傳感器 190
6.3 Baxter軟件 190
6.3.1 安裝Baxter SDK軟件 190
6.3.2 安裝Baxter模擬器 192
6.3.3 配置Baxter shell 193
6.3.4 安裝MoveIt！ 194
6.4 在Gazebo中啟動Baxter模擬器 195
6.4.1 啟動Baxter模擬器 196
6.4.2 “熱身”練習 199
6.4.3 彎曲Baxter手臂 200
6.5 Baxter手臂與正向運動 209
6.5.1 關節與關節狀態發布器 209
6.5.2 理解tf 212
6.5.3 直接指定關節組件角度 215
6.5.4 Rviz下的tf坐標繫 216
6.5.5 查看素的tf樹 217
6.6 MoveIt!簡介 217
6.6.1 使用MoveIt!對Baxter手臂進行運動規劃 219
6.6.2 在場景中添加物體 220
6.6.3 采用MoveIt!進行避障運動規劃 222
6.7 配置真實的Baxter機器人 223
6.8 控制真實的Baxter機器人 225
6.8.1 控制關節到達航路點 225
6.8.2 控制關節的力矩彈簧 226
6.8.3 關節速度控制演示 227
6.8.4 其他示例 227
6.8.5 視覺伺服和抓取 227
6.9 反向運動 228
6.10 使用狀態機實現YMCA 231
6.11 本章小結 236
第7章空中機器人基本操控 237
7.1 四旋翼飛行器簡介 238
7.1.1 風靡的四旋翼飛行器 238
7.1.2 滾轉角、俯仰角與偏航角 238
7.1.3 四旋翼飛行器原理 239
7.1.4 四旋翼飛行器的組成 241
7.1.5 添加傳感器 241
7.1.6 四旋翼飛行器的通信 242
7.2 四旋翼飛行器的傳感器 243
7.2.1 慣性 243
7.2.2 四旋翼飛行器狀態傳感器 243
7.3 飛行前的準備工作 244
7.3.1 四旋翼飛行器檢測 244
7.3.2 飛行前檢測列表 245
7.3.3 飛行中的注意事項 245
7.3.4 需要遵循的規則和條例 245
7.4 在無人機中使用ROS 246
7.5 Hector四旋翼飛行器 246
7.5.1 Hector四旋翼飛行器 248
7.5.2 在Gazebo中啟動Hector四旋翼飛行器 249
7.6 Crazyflie 2.0簡介 256
7.6.1 無ROS情況下的Crazyflie控制 257
7.6.2 使用Crazyradio PA進行通信 258
7.6.3 加載Crazyflie ROS軟件 259
7.6.4 飛行前的檢查 261
7.6.5 使用teleop操控Crazyflie飛行 262
7.6.6 在運動捕獲繫統下飛行 265
7.6.7 控制多個Crazyflie飛行 266
7.7 Bebop簡介 266
7.7.1 加載bebop_autonomy軟件 268
7.7.2 使用命令控制Bebop飛行 270
7.8 本章小結 271
第8章使用外部設備控制機器人 272
8.1 創建自定義ROS遊戲控制器接口 272
8.1.1 測試遊戲控制器 273
8.1.2 使用joy ROS功能包 275
8.1.3 使用自定義遊戲控制器接口控制turtlesim 275
8.2 創建自定義ROS Android設備接口 280
8.2.1 安裝Android Studio和工具 280
8.2.2 安裝ROS-Android開發環境 281
8.2.3 術語定義 282
8.2.4 ROS-Android開發環境介紹 283
8.3 在Arduino或樹莓派上創建ROS節點 284
8.3.1 使用Arduino 284
8.3.2 使用樹莓派 294
8.4 本章小結 295
第9章操控Crazyflie執行飛行任務 296
9.1 執行任務所需的組件 297
9.1.1 Kinect Windows v2 297
9.1.2 Crazyflie操作 298
9.1.3 任務軟件結構 298
9.1.4 OpenCV與ROS 300
9.2 安裝任務所需的軟件 301
9.2.1 安裝libfreenect2 301
9.2.2 安裝iai_kinect2 304
9.2.3 使用iai_kine包 305
9.3 任務設置 311
9.3.1 探測Crazyflie與目標 311
9.3.2 使用Kinect與OpenCV 314
9.3.3 對Crazyflie進行跟蹤 317
9.4 Crazyflie控制 319
9.5 試飛Crazyflie 324
9.5.1 懸停 324
9.5.2 飛往靜止目標 326
9.5.3 學到的經驗 327
9.6 本章小結 328
0章基於MATLAB的Baxter控制 329
10.1 安裝MATLAB機器人繫統工具箱 329
10.1.1 MATLAB與機器人繫統工具箱版本檢查 330
10.1.2 機器人繫統工具箱下的ROS命令 330
10.2 機器人繫統工具箱與Baxter模擬器的使用 330
10.2.1 在MATLAB中安裝Baxter消息 330
10.2.2 運行Baxter模擬器和MATLAB 332
10.2.3 控制Baxter運動 334
10.3 本章小結 337

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