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| 編輯推薦： |
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本书涵盖的项目使用了ROS发行版ROS Melodic Morenia以及Ubuntu Bionic 18.04操作系统。本书将从基本原理开始介绍ROS-2，并阐述它与ROS-1的不同之处。你将能够在ROS中建模和构建工业移动机械臂，并在Gazebo 9中进行模拟。然后，你将了解如何使用状态机处理复杂的机器人应用，以及一次控制多个机器人。本书还将介绍新的流行硬件，如NVIDIA Jetson Nano、华硕Tinkerboard和BeagleBone Black，并介绍其与ROS的接口。你将在构建有趣的ROS项目（如自动驾驶汽车）的同时学习深度学习、强化学习和其他关键的人工智能概念。通过学习本书，你将能够使用ROS建立有趣而复杂的项目。
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| 內容簡介： |
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本书涵盖新的ROS发行版中的项目——ROS Melodic Morenia with Ubuntu Bionic（18.04）。从基本原理开始，本书向你介绍了ROS-2，并帮助你了解它与ROS-1的不同之处。你将能够在ROS中建模并构建工业移动机械手臂，并在Gazebo 9中进行模拟。然后，你将了解如何使用状态机处理复杂的机器人应用程序，以及一次处理多个机器人。本书还向你介绍了新的、流行的硬件，如Nvidia的Jetson Nano、华硕修补板和Beaglebone Black，并允许你探索与ROS的接口。
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| 關於作者： |
第1章 ROS入门1
1.1 技术要求2
1.2 ROS概述2
1.2.1 ROS发行版3
1.2.2 支持的操作系统3
1.2.3 支持的机器人及传感器4
1.2.4 为什么选择ROS5
1.3 ROS基础6
1.3.1 文件系统层级7
1.3.2 计算图层级7
1.3.3 ROS社区层级9译者序前言作者简介第1章 ROS入门11.1 技术要求21.2 ROS概述21.2.1 ROS发行版31.2.2 支持的操作系统31.2.3 支持的机器人及传感器41.2.4 为什么选择ROS51.3 ROS基础61.3.1 文件系统层级71.3.2 计算图层级71.3.3 ROS社区层级91.3.4 ROS中的通信91.4 ROS客户端库101.5 ROS工具111.5.1 ROS的可视化工具RViz111.5.2 rqt_plot111.5.3 rqt_graph121.6 ROS模拟器131.7 在Ubuntu 18.04 LTS上安装ROS Melodic131.8 在VirtualBox上设置ROS181.9 Docker简介191.9.1 为什么选择Docker201.9.2 安装Docker201.10 设置ROS工作空间231.11 ROS在工业界和学术界的机遇251.12 本章小结25第2章 ROS-2及其特性简介262.1 技术要求272.2 ROS-2概述272.2.1 ROS-2发行版282.2.2 支持的操作系统282.2.3 支持的机器人及传感器292.2.4 为什么选择ROS-2292.3 ROS-2基础302.3.1 什么是DDS302.3.2 DDS的实现302.3.3 计算图312.3.4 ROS-2社区层级322.3.5 ROS-2中的通信322.3.6 ROS-2的变化332.4 ROS-2客户端库332.5 ROS-2工具342.5.1 RViz2342.5.2 Rqt362.6 安装ROS-2362.6.1 开始安装372.6.2 获取ROS-2源码382.6.3 ROS-1、ROS-2以及共存环境设置412.6.4 运行测试节点422.7 设置ROS-2工作空间442.8 编写ROS-2节点452.8.1 ROS-1代码示例452.8.2 ROS-2代码示例462.8.3 ROS-1发布者节点与ROS-2发布者节点的区别492.9 ROS-1和ROS-2的通信502.10 本章小结52第3章 构建工业级移动机械臂533.1 技术要求543.2 常见的移动机械臂543.3 移动机械臂应用场景553.4 移动机械臂构建入门563.4.1 单位及坐标系573.4.2 Gazebo及ROS机器人模型格式设定573.5 机器人底座构建583.5.1 机器人底座需求583.5.2 软件参数603.5.3 机器人底座建模603.5.4 机器人底座模拟643.5.5 机器人底座测试683.6 机械臂构建703.6.1 机械臂需求713.6.2 软件参数723.6.3 机械臂建模723.6.4 机械臂模拟743.6.5 机械臂测试773.7 系统集成783.7.1 移动机械臂建模783.7.2 移动机械臂模拟与测试793.8 本章小结80第4章 基于状态机的复杂机器人任务处理814.1 技术要求814.2 ROS动作机制简介824.2.1 服务器–客户端结构概述824.2.2 actionlib示例：机械臂客户端834.2.3 基于actionlib的服务器–客户端示例：电池模拟器854.3 服务员机器人应用示例904.4 状态机简介924.5 SMACH简介934.6 SMACH入门964.6.1 SMACH-ROS的安装与使用964.6.2 简单示例964.6.3 餐厅机器人应用示例984.7 本章小结102第5章 构建工业级应用程序1035.1 技术要求1035.2 应用案例：机器人送货上门1045.3 机器人底座智能化1065.3.1 添加激光扫描传感器1065.3.2 配置导航栈1085.3.3 环境地图构建1105.3.4 机器人底座定位1115.4 机械臂智能化1115.4.1 Moveit简介1125.4.2 安装与配置Moveit1135.4.3 通过Moveit控制机械臂1175.5 应用程序模拟1205.5.1 环境地图构建与保存1205.5.2 选择目标点1205.5.3 添加目标点1215.5.4 状态机构建1215.6 机器人改进1215.7 本章小结122第6章 多机器人协同1236.1 技术要求1236.2 集群机器人基本概念1246.3 集群机器人分类1256.4 ROS中的多机器人通信1256.4.1 单个roscore和公共网络1266.4.2 群组名称空间的使用1276.4.3 基于群组名称空间的多机器人系统构建示例1286.5 多master概念简介1316.5.1 multimaster_fkie功能包简介1326.5.2 安装multimaster_fkie功能包1336.5.3 设置multimaster_fkie功能包1336.6 多机器人应用示例1366.7 本章小结138第7章 嵌入式平台上的ROS应用及其控制1397.1 技术要求1397.2 嵌入式板基础知识1407.2.1 重要概念介绍1417.2.2 机器人领域微控制器和微处理器的区别1427.2.3 板卡选型步骤1427.3 微控制器板简介1437.3.1 Arduino Mega1437.3.2 STM321447.3.3 ESP82661457.3.4 ROS支
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译者序前言作者简介第1章 ROS入门11.1 技术要求21.2 ROS概述21.2.1 ROS发行版31.2.2 支持的操作系统31.2.3 支持的机器人及传感器41.2.4 为什么选择ROS51.3 ROS基础61.3.1 文件系统层级71.3.2 计算图层级71.3.3 ROS社区层级91.3.4 ROS中的通信91.4 ROS客户端库101.5 ROS工具111.5.1 ROS的可视化工具RViz111.5.2 rqt_plot111.5.3 rqt_graph121.6 ROS模拟器131.7 在Ubuntu 18.04 LTS上安装ROS Melodic131.8 在VirtualBox上设置ROS181.9 Docker简介191.9.1 为什么选择Docker201.9.2 安装Docker201.10 设置ROS工作空间231.11 ROS在工业界和学术界的机遇251.12 本章小结25第2章 ROS-2及其特性简介262.1 技术要求272.2 ROS-2概述272.2.1 ROS-2发行版282.2.2 支持的操作系统282.2.3 支持的机器人及传感器292.2.4 为什么选择ROS-2292.3 ROS-2基础302.3.1 什么是DDS302.3.2 DDS的实现302.3.3 计算图312.3.4 ROS-2社区层级322.3.5 ROS-2中的通信322.3.6 ROS-2的变化332.4 ROS-2客户端库332.5 ROS-2工具342.5.1 RViz2342.5.2 Rqt362.6 安装ROS-2362.6.1 开始安装372.6.2 获取ROS-2源码382.6.3 ROS-1、ROS-2以及共存环境设置412.6.4 运行测试节点422.7 设置ROS-2工作空间442.8 编写ROS-2节点452.8.1 ROS-1代码示例452.8.2 ROS-2代码示例462.8.3 ROS-1发布者节点与ROS-2发布者节点的区别492.9 ROS-1和ROS-2的通信502.10 本章小结52第3章 构建工业级移动机械臂533.1 技术要求543.2 常见的移动机械臂543.3 移动机械臂应用场景553.4 移动机械臂构建入门563.4.1 单位及坐标系573.4.2 Gazebo及ROS机器人模型格式设定573.5 机器人底座构建583.5.1 机器人底座需求583.5.2 软件参数603.5.3 机器人底座建模603.5.4 机器人底座模拟643.5.5 机器人底座测试683.6 机械臂构建703.6.1 机械臂需求713.6.2 软件参数723.6.3 机械臂建模723.6.4 机械臂模拟743.6.5 机械臂测试773.7 系统集成783.7.1 移动机械臂建模783.7.2 移动机械臂模拟与测试793.8 本章小结80第4章 基于状态机的复杂机器人任务处理814.1 技术要求814.2 ROS动作机制简介824.2.1 服务器–客户端结构概述824.2.2 actionlib示例：机械臂客户端834.2.3 基于actionlib的服务器–客户端示例：电池模拟器854.3 服务员机器人应用示例904.4 状态机简介924.5 SMACH简介934.6 SMACH入门964.6.1 SMACH-ROS的安装与使用964.6.2 简单示例964.6.3 餐厅机器人应用示例984.7 本章小结102第5章 构建工业级应用程序1035.1 技术要求1035.2 应用案例：机器人送货上门1045.3 机器人底座智能化1065.3.1 添加激光扫描传感器1065.3.2 配置导航栈1085.3.3 环境地图构建1105.3.4 机器人底座定位1115.4 机械臂智能化1115.4.1 Moveit简介1125.4.2 安装与配置Moveit1135.4.3 通过Moveit控制机械臂1175.5 应用程序模拟1205.5.1 环境地图构建与保存1205.5.2 选择目标点1205.5.3 添加目标点1215.5.4 状态机构建1215.6 机器人改进1215.7 本章小结122第6章 多机器人协同1236.1 技术要求1236.2 集群机器人基本概念1246.3 集群机器人分类1256.4 ROS中的多机器人通信1256.4.1 单个roscore和公共网络1266.4.2 群组名称空间的使用1276.4.3 基于群组名称空间的多机器人系统构建示例1286.5 多master概念简介1316.5.1 multimaster_fkie功能包简介1326.5.2 安装multimaster_fkie功能包1336.5.3 设置multimaster_fkie功能包1336.6 多机器人应用示例1366.7 本章小结138第7章 嵌入式平台上的ROS应用及其控制1397.1 技术要求1397.2 嵌入式板基础知识1407.2.1 重要概念介绍1417.2.2 机器人领域微控制器和微处理器的区别1427.2.3 板卡选型步骤1427.3 微控制器板简介1437.3.1 Arduino Mega1437.3.2 STM321447.3.3 ESP82661457.3.4 ROS支
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机器人操作系统（Robot Operating System，ROS），是目前最流行的机器人学中间件，在全世界诸多大学和与机器人相关的行业中得到了广泛应用。自从ROS推出以来，许许多多搭载了ROS的机器人进入市场，用户能够通过其应用程序轻松使用这些机器人。ROS的一个主要特点是它的开源特性。ROS不需要用户重新发明“轮子”；相反，ROS中标准化的机器人操作和应用程序开发十分简单。本书全面更新和修订了第1版，将介绍更新的ROS功能包、更引人入胜的项目案例以及一些新增特性。本书中的项目案例均基于ROS Melodic Morenia，对应的Ubuntu版本为Ubuntu Bionic 18.04。通过本书，读者将理解机器人是怎样应用于各行各业的，并将一步步地了解构建异构机器人解决方案的流程与步骤。除了介绍ROS中的服务调用和动作特性之外，本书还将介绍一些更酷的技术，让机器人以智能的方式处理复杂的任务。这些知识将为读者构建更智能、更具自主化能力的机器人铺平道路。此外，我们还将介绍ROS-2，以便读者能够了解此版本与以前的ROS版本之间的差异，并在为应用程序选择特定中间件方面提供帮助。企业和研究机构主要关注计算机视觉和自然语言处理领域。虽然本书的第1版介绍了一些简单的视觉应用程序，如物体检测和人脸跟踪，但本版还将介绍行业中使用最广泛的智能扬声器平台之一——亚马逊的Alexa，以及如何使用它控制机器人。同时，我们将引入新的硬件，如NVIDIA Jetson Nano、华硕Tinkerboard和BeagleBone Black，并探索它们与ROS融合应用的能力。虽然人们可能知道如何控制单台机器人，但ROS社区用户面临的最常见问题之一是使用多个机器人协同工作，无论它们是否属于同一类型。在这种情况下，控制问题将变得十分复杂，因为机器人可能遵循相似的话题名称，并可能导致操作序列的混乱。本书将重点针对可能的冲突提出相应的解决方案。本书还涉及强化学习，包括如何将强化学习应用于机器人学和ROS之中。此外，读者还将发现其他更有趣的项目，如构建自动驾驶汽车、使用ROS进行深度学习，以及使用虚拟现实头盔（VR头盔）和Leap Motion（一种体感控制器）构建遥操作解决方案。目前这些领域的技术还处于发展之中，相应的研究人员正在不断地进行研究。读者对象本书主要面向学生、机器人技术爱好者、相关领域的专业人员。此外，本书还适用于那些对从头开始学习和编写运动控制与传感器感知程序、算法感兴趣的人。本书甚至可能有助于初创企业开发新产品，或帮助研究人员利用现有资源创造新的创新成果。本书也适用于那些想在软件领域工作或成为机器人软件工程师的人。本书主要内容第1章主要向初学者概述ROS的基础知识。本章将帮助读者理解ROS软件框架的基本思想和概念。第2章介绍ROS的最新框架——ROS-2。基于该框架，读者将能够使用ROS进行实时应用程序的开发。本章的结构与第1章类似，主要是帮助读者厘清ROS-1与ROS-2之间的区别，同时理解两个版本的能力与局限。第3章介绍怎样在模拟环境下构建移动机器人以及机械臂，并将两者结合起来，通过ROS 对其进行控制。第4章介绍基于状态机进行复杂机器人任务处理的技术，这些技术使得读者可以在使用机器人执行连续和复杂的任务管理时进行策略调整。第5章是第3章、第4章内容的综合应用，基于这两章内容构建一个用户应用程序。该应用程序的功能是控制移动机械臂运送物品。本章将详细介绍上述应用程序的构建过程。第6章介绍通过ROS在多个机器人间进行通信的方法，其中的机器人既可以是同类型的，也可以是不同类型的（即异构多机器人系统）。在此基础上，还将介绍对一组多机器人进行单独或同时控制的方法。第7章介绍新型的嵌入式控制器及处理器板，例如基于STM32的控制器、Tinkerboard、Jetson Nano以及其他类似产品。本章还将介绍怎样通过ROS控制这些板卡的GPIO（General-Purpose InputOutput，通用输入输出接口），以及如何通过Alexa提供的语音交互功能进行语音控制。第8章介绍机器人学领域最重要的学习技术之一——强化学习。本章将介绍强化学习的内涵，并通过实例介绍强化学习背后的数学知识。此外，还将通过一系列实例展示强化学习技术是如何在ROS中进行应用的。第9章介绍深度学习在机器人领域的应用。本章将介绍如何使用深度学习实现图像识别，还将介绍使用SVM（Support Vector Machine，支持向量机）的应用程序。第10章是本书中最有趣的内容之一。本章将展示如何使用ROS和Gazebo构建一辆模拟的自动驾驶汽车。第11章展示如何通过VR头盔和体感控制器Leap Motion实现对机器人的远程操控。本章将介绍VR头盔的应用，这是当前最流行的技术之一。第12章通过一个项目展示如何在ROS下使用OpenCV库。在本项目中，将构建一个最基本的人脸跟踪器，实现摄像头对人脸的实时跟踪。本章将使用诸如Dynamixel的智能伺服系统实现机器人的旋转。充分利用本书读者需要一台运行Linux系统（最佳版本为Ubuntu 18.04）的个人计算机。个人计算机配置需求为：具有显卡，内存不小于4GB（8GB更佳）。这主要是为
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