职业院校教师

目 录
前言
第1章 初识ROS 1
1.1 ROS简介 1
1.1.1 ROS的基本概念 1
1.1.2 ROS的特点 1
1.1.3 ROS 2简介 2
1.2 环境准备 2
1.2.1 VMware虚拟机 3
1.2.2 Ubuntu 3
1.2.3 ROS Noetic 3
1.2.4 Visual Studio Code 4
1.3 Linux系统的基础知识 7
1.3.1 Linux概述 7
1.3.2 命令行提示符 9
1.3.3 Linux常用命令 9
1.3.4 gedit文本编辑器 12
1.4 ROS安装目录 12
1.4.1 bin文件夹 12
1.4.2 etc文件夹 13
1.4.3 include文件夹 13
1.4.4 lib文件夹 13
1.4.5 share文件夹 13
本章习题 14
第2章 ROS架构与基本命令 16
2.1 ROS开源社区级 16
2.2 ROS文件系统级 17
2.2.1 工作空间 17
2.2.2 功能包 19
2.2.3 元功能包 20
2.3 ROS计算图级 21
2.3.1 节点 22
2.3.2 节点管理器 23
2.3.3 话题 23
2.3.4 消息 24
2.3.5 服务 25
2.3.6 参数服务器 26
2.3.7 消息记录包 28
2.3.8 启动文件入门 29
2.4 ROS基本命令与综合应用实例 30
2.4.1 ROS基本命令 30
2.4.2 综合应用实例 31
本章习题 33
第3章 ROS常用工具 37
3.1 TF及其案例和终端工具 37
3.1.1 TF及其案例 37
3.1.2 终端工具 41
3.1.3 TF综合应用 47
3.2 rosbag数据记录与回放 54
3.2.1 数据记录 54
3.2.2 数据回放 55
3.3 QT工具箱 55
3.3.1 日志输出工具 55
3.3.2 计算图可视化工具 56
3.3.3 数据绘制工具 57
3.3.4 参数动态配置工具 58
3.4 RViz三维可视化平台 59
3.4.1 界面 59
3.4.2 运行RViz 60
3.5 Gazebo仿真平台 61
3.5.1 界面 61
3.5.2 运行Gazebo 65
本章习题 66
第4章 ROS基础编程 69
4.1 ROS工作空间的操作 69
4.1.1 创建工作空间 69
4.1.2 删除工作空间 72
4.2 功能包的创建和编译 73
4.2.1 创建功能包 73
4.2.2 CMakeLists.txt文件 74
4.2.3 package.xml文件 75
4.2.4 编译功能包 75
4.3 话题编程 77
4.3.1 发布者编程实践：海龟速度控制 77
4.3.2 订阅者编程实践：海龟位姿读取 81
4.3.3 ros::spin()和ros::spinOnce()的关系 84
4.4 服务编程 85
4.4.1 服务端编程实践：开关触发海龟运动 85
4.4.2 客户端编程：生成一只海龟 90
4.5 参数编程 93
4.5.1 节点编程操作参数实践：修改海龟背景颜色 93
4.5.2 参数文件 96
4.6 launch文件进阶 98
4.6.1 launch文件结构 99
4.6.2 编写launch文件实践：键盘控制海龟运动 103
本章习题 103
第5章 机器人建模与仿真 106
5.1 URDF简介 106
5.2 URDF常用标签 107
5.2.1 <robot>标签 107
5.2.2 <link>标签 108
5.2.3 <joint>标签 110
5.2.4 <sensor>标签 112
5.2.5 <gazebo>标签 112
5.3 建模案例：编写移动机器人URDF文件 118
5.3.1 主要步骤 118
5.3.2 创建URDF文件 118
5.3.3 显示URDF模型 120
5.3.4 在launch文件中配置RViz启动参数 123
5.3.5 在URDF中添加机器人驱动轮 125
5.3.6 在URDF中添加传感器 129
5.3.7 案例总结 133
5.4 Gazebo仿真案例 133
5.4.1 主要步骤 133
5.4.2 为连杆添加惯性和碰撞属性 133
5.4.3 为连杆添加<gazebo>标签 135
5.4.4 添加机器人底盘坐标系 136
5.4.5 配置传感器 136
5.4.6 添加Gazebo驱动器插件 138
5.4.7 在launch文件中配置Gazebo启动参数 138
5.4.8 键盘控制运动仿真 140
本章习题 141
第6章 机器人运动控制 143
6.1 手柄信息采集 143
6.1.1 原理 143
6.1.2 实施步骤 146
6.2 机器人动起来 148
6.2.1 原理 148
6.2.2 实施步骤 150
本章习题 152
第7章 机器人即时定位与地图构建 154
7.1 机器人即时定位与地图构建原理 154
7.1.1 算法和依赖安装 154
7.1.2 仿真 155
7.1.3 真实机器人即时定位与地图构建（以slam_gmapping为例） 156
7.2 仿真机器人建图实现 158
7.2.1 硬件检查 158
7.2.2 仿真机器人手动建图—启动slam_gmapping 仿真节点 158
7.2.3 仿真机器人自主建图—rrt_exploration仿真 161
7.3 真实机器人建图实现 165
本章习题 168
第8章 机器人导航 170
8.1 导航的基础知识 170
8.2 节点分析 192
8.3 launch文件 193
8.4 机器人自主导航 197
8.4.1 仿真机器人自主导航 197
8.4.2 真实机器人自主导航 198
本章习题 200
第9章 机器人语音功能 202
9.1 语音采集 202
9.1.1 原理 202
9.1.2 实施步骤 203
9.2 语义识别 203
9.2.1 原理 203
9.2.2 实施步骤 204
9.3 语音合成 205
9.3.1 原理 205
9.3.2 实施步骤 205
9.4 语音系统 206
9.4.1 原理 206
9.4.2 实施步骤 209
本章习题 209
参考文献 212