第1章 ROS Hydro系统入门 1
1.1 PC安装教程 3
1.2 使用软件库安装ROS Hydro 3
1.2.1 配置Ubuntu软件库 4
1.2.2 添加软件库到sources.list文件中 4
1.2.3 设置密钥 5
1.2.4 安装ROS 5
1.2.5 初始化rosdep 6
1.2.6 配置环境 6
1.2.7 安装rosinstall 7
1.3 如何安装VirtualBox和Ubuntu 8
1.3.1 下载VirtualBox 8
1.3.2 创建虚拟机 8
1.4 在BeagleBone Black上安装ROSHydro 11
1.4.1 准备工作 12
1.4.2 配置主机和source.list文件 13
1.4.3 设置密钥 14
1.4.4 安装ROS功能包 14
1.4.5 初始化rosdep 15
1.4.6 在BeagleBone Black中配置环境 15
1.4.7 在BeagleBone Black中安装rosinstall 15
1.5 本章小结 15
第2章 ROS系统架构及概念 16
2.1 理解ROS文件系统级 16
2.1.1 工作空间 17
2.1.2 功能包 18
2.1.3 综合功能包 19
2.1.4 消息 20
2.1.5 服务 21
2.2 理解ROS计算图级 22
2.2.1 节点与nodelet 23
2.2.2 主题 24
2.2.3 服务 25
2.2.4 消息 26
2.2.5 消息记录包 26
2.2.6 节点管理器 26
2.2.7 参数服务器 27
2.3 理解ROS开源社区级 27
2.4 ROS系统试用练习 28
2.4.1 ROS文件系统导览 28
2.4.2 创建工作空间 29
2.4.3 创建ROS功能包和综合功能包 30
2.4.4 编译ROS功能包 30
2.4.5 使用ROS节点 31
2.4.6 如何使用主题与节点交互 33
2.4.7 如何使用服务 36
2.4.8 使用参数服务器 38
2.4.9 创建节点 38
2.4.10 编译节点 41
2.4.11 创建msg和srv文件 42
2.4.12 使用新建的srv和msg文件 44
2.4.13 启动文件 48
2.4.14 动态参数 50
2.5 本章小结 54
第3章 可视化和调试工具 55
3.1 调试ROS节点 57
3.1.1 使用gdb调试器调试ROS节点 57
3.1.2 ROS节点启动时调用gdb调试器 58
3.1.3 ROS节点启动时调用valgrind分析节点 59
3.1.4 设置ROS节点core文件转储 59
3.2 日志信息 59
3.2.1 输出日志信息 59
3.2.2 设置调试信息级别 60
3.2.3 为特定节点配置调试信息级别 61
3.2.4 信息命名 62
3.2.5 按条件显示信息与过滤信息 62
3.2.6 显示信息的方式——单次、可调、组合 63
3.2.7 使用rqt_console和rqt_logger_level在运行时修改调试级别 63
3.3 检测系统状态 66
3.3.1 检测节点、主题、服务和参数 67
3.3.2 使用rqt_graph在线检测节点状态图 70
3.4 设置动态参数 71
3.5 当出现异常状况时使用roswtf 72
3.6 可视化节点诊断 74
3.7 绘制标量数据图 75
3.8 图像可视化 77
3.9 3D可视化 79
3.9.1 使用rqt_rviz在3D世界中实现数据可视化 79
3.9.2 主题与坐标系的关系 82
3.9.3 可视化坐标变换 82
3.10 保存与回放数据 83
3.10.1 什么是消息记录包文件 84
3.10.2 使用rosbag在消息记录包中记录数据 84
3.10.3 回放消息记录包文件 85
3.10.4 检查消息记录包文件的主题和消息 86
3.11 应用rqt与rqt_gui插件 88
3.12 本章小结 88
第4章 在ROS下使用传感器和执行器 90
4.1 使用游戏杆或游戏手柄 90
4.1.1 ioy_node如何发送游戏杆动作消息 91
4.1.2 使用游戏杆数据在turtlesim中移动海龟 92
4.2 使用激光雷达——Hokuyo URG-04lx 95
4.2.1 了解激光雷达如何在ROS中发送数据 96
4.2.2 访问和修改激光雷达数据 98
4.3 使用Kinect传感器查看3D环境中的对象 100
4.3.1 如何发送和查看Kinect数据 101
4.3.2 创建使用Kinect的示例 102
4.4 使用伺服电动机——Dynamixel 104
4.5 使用Arduino添加更多的传感器和执行器 107
4.6 在Arduino上使用超声波传感器 111
4.7 距离传感器如何发送消息 113
4.7.1 创建使用超声波的示例 113
4.7.2 Xsens如何在ROS中发送数据 116
4.7.3 创建使用Xsens的示例 116
4.8 使用10自由度低成本惯性测量模组IMU 118
4.8.1 下载加速度传感器库 119
4.8.2 Arduino Nano和10自由度传感器编程 120
4.8.3 创建ROS节点以使用10自由度传感器数据 121
4.9 GPS的使用 123
4.9.1 GPS如何发送信息 125
4.9.2 创建一个使用GPS的工程实例 126
4.10 本章小结 127
第5章 计算机视觉 128
5.1 连接和运行摄像头 129
5.1.1 FireWire IEEE1394摄像头 129
5.1.2 USB摄像头 133
5.2 使用OpenCV制作USB摄像头驱动程序 134
5.2.1 通过cv_bridge使用OpenCV处理ROS图像 139
5.2.2 使用image transport发布图像 139
5.2.3 在ROS中使用OpenCV 140
5.2.4 显示摄像头输入的图像 140
5.3 标定摄像头 141
5.4 ROS图像管道 148
5.5 计算机视觉任务中有用的ROS功能包 152
5.6 使用viso2实现视觉里程计 153
5.6.1 摄像头位姿标定 154
5.6.2 运行viso2在线演示 157
5.6.3 使用低成本双目摄像头运行viso2 159
5.7 使用RGBD深度摄像头实现视觉里程计 160
5.7.1 安装fovis 160
5.7.2 用Kinect RGBD深度摄像头运行fovis 160
5.8 计算两幅图像的单应性 161
5.9 本章小结 162
第6章 点云 163
6.1 理解点云库 163
6.1.1 不同的点云类型 164
6.1.2 PCL中的算法 164
6.1.3 ROS的PCL接口 165
6.2 我的第一个PCL程序 166
6.2.1 创建点云 167
6.2.2 加载和保存点云到硬盘 170
6.2.3 可视化点云 173
6.2.4 滤波和缩减采样 176
6.2.5 配准与匹配 181
6.2.6 点云分区 184
6.3 分割 187
6.4 本章小结 191
第7章 3D建模与仿真 192
7.1 在ROS中自定义机器人的3D模型 192
7.2 创建第一个URDF文件 192
7.2.1 解释文件格式 194
7.2.2 在rviz里查看3D模型 195
7.2.3 加载网格到机器人模型 197
7.2.4 使机器人模型运动 198
7.2.5 物理属性和碰撞属性 198
7.3 xacro——一个更好的机器人建模方法 199
7.3.1 使用常量 199
7.3.2 使用数学方法 200
7.3.3 使用宏 200
7.3.4 使用代码移动机器人 201
7.3.5 使用SketchUp进行3D建模 204
7.4 在ROS中仿真 205
7.4.1 在Gazebo中使用URDF 3D模型 206
7.4.2 在Gazebo中添加传感器 208
7.4.3 在Gazebo中加载和使用地图 211
7.4.4 在Gazebo中移动机器人 213
7.5 本章小结 215
第8章 导航功能包集入门 216
8.1 ROS导航功能包集 216
8.2 创建变换 217
8.2.1 创建广播机构 218
8.2.2 创建侦听器 218
8.2.3 查看坐标变换树 221
8.3 发布传感器信息 221
8.4 发布里程数据信息 224
8.4.1 Gazebo如何获取里程数据 225
8.4.2 创建自定义里程数据 228
8.5 创建基础控制器 232
8.5.1 使用Gazebo创建里程数据 233
8.5.2 创建自己的基础控制器 235
8.6 使用ROS创建地图 237
8.6.1 使用map_server保存地图 238
8.6.2 使用map_server加载地图 239
8.7 本章小结 240
第9章 导航功能包集进阶 241
9.1 创建功能包 241
9.2 创建机器人配置 241
9.3 配置全局和局部代价地图 243
9.3.1 基本参数的配置 244
9.3.2 全局代价地图的配置 245
9.3.3 局部代价地图的配置 245
9.3.4 基本局部规划器配置 246
9.4 为导航功能包集创建启动文件 247
9.5 为导航功能包集设置rviz 248
9.5.1 2D位姿估计 248
9.5.2 2D导航目标 249
9.5.3 静态地图 249
9.5.4 粒子云 251
9.5.5 机器人占地空间 251
9.5.6 局部代价地图 252
9.5.7 全局代价地图 252
9.5.8 全局规划 254
9.5.9 局部规划 254
9.5.10 规划器规划 254
9.5.11 当前目标 255
9.6 自适应蒙特卡罗定位 256
9.7 使用rqt_reconfigure修改参数 258
9.8 机器人避障 259
9.9 发送目标 260
9.10 本章小结 262
第10章 使用MoveIt！ 264
10.1 MoveIt！体系结构 264
10.1.1 运动规划 265
10.1.2 规划场景 267
10.1.3 运动学 268
10.1.4 碰撞检测 268
10.2 在MoveIt！中集成一个机械臂 268
10.2.1 工具箱里有什么 268
10.2.2 使用设置助手生成一个MoveIt！包 269
10.2.3 集成到rviz 273
10.2.4 集成到Gazebo或实际机器人的手臂 276
10.3 简单的运动规划 277
10.3.1 规划单个目标 278
10.3.2 规划一个随机目标 278
10.3.3 规划预定义的群组状态 280
10.3.4 显示目标的运动 280
10.4 考虑碰撞的运动规划 280
10.4.1 将对象添加到规划场景中 281
10.4.2 从规划的场景中删除对象 282
10.4.3 应用点云进行运动规划 283
10.5 抓取和放置任务 284
10.5.1 规划的场景 285
10.5.2 感知 288
10.5.3 抓取 288
10.5.4 抓取操作 290
10.5.5 放置操作 292
10.5.6 演示模式 295
10.5.7 在Gazebo中仿真 295
10.6 本章小结 296