ROS机器人编程与SLAM算法解析指南

目前ROS（Robot Operating System）正逐步成为机器人开发领域的主要工具平台，同时SLAM技术也日益成为机器人应用领域的研究热点。本书主要讲解ROS编程与SLAM算法，并介绍 ROS 与机器人仿真软件V-rep的结合应用。书中各章节所涉及的代码均有对应的源代码，可供读者下载，便于调试与应用。

主编： 陶满礼，硕士，毕业于东北大学机械工程与自动化学院机械电子工程专业。曾先后在沈阳新松机器人自动化股份有限公司服务机器人事业部担任软件工程师，在北京天下宏图空间信息技术有限公司担任视觉算法工程师。主要研究方向为机器人激光SLAM与Navigation路径规划算法研究、三维点云及深度学习在物体识别与定位领域的应用。 参编： 夏丽娟，东北大学工商管理学院企业管理专业硕士，辽宁大学商学院企业管理专业学士。主要研究方向为绿色供应链管理、复杂网络研究、项目管理、供应链系统的数学建模及算例分析应用。 张志飞，硕士，毕业于东北大学机械工程与自动化学院，沈阳新松机器人自动化股份有限公司智能交通事业部工程师。主要从事机器人产品开发及ROS相关研究，包括Delta并联机器人无传感器力位混合控制及轮式挂轨巡检机器人等产品的研发。 夏文杰，学士，毕业于中国民航大学，主要从事互联网软件产品研发工作，包括产品定义、方案输出、过程管控及持续更新迭代，熟悉人工智能在智慧零售领域的应用，对人工智能在零售领域的应用具有丰富的实战经验。

这是一本精简实用的ROS基础教程，作者对ROS的基础核心知识进行了详细讲解。本书内容条理清晰，源代码可读性强，非常适合初学者快速上手并掌握ROS。 ——航天系统资深软件工程师 芮崇杰 本书对二维激光SLAM技术的原理进行了详细解析，包括Gmapping建图源码包解析、ROS中的地图、激光数据、TF里程计数据结构说明，以及自定义相关数据实现消息的发布等。此外，本书阐述了Navigation全局路径与局部路径规划算法，并有对应算法的Python代码，实现了路径规划效果可视化，便于读者理解和

第 1章 ROS简介1
1.1 ROS概述2
1.2 Ubuntu系统3
1.2.1 Ubuntu系统的安装3
1.2.2 树莓派安装Ubuntu10
1.3 ROS的安装11
1.4 常用的操作命令13
1.4.1 Ubuntu系统的常用命令13
1.4.2 常用的ROS操作命令14
第 2章 ROS基础15
2.1 开发工具IDE16
2.1.1 RoboWare Studio的安装16
2.1.2 卸载17
2.1.3 使用18
2.2 节点22
2.2.1 发布端23
2.2.2 接收端24
2.2.3 CMakeLists.txt文件24
2.2.4 测试25
2.3 消息26
2.3.1 自定义消息26
2.3.2 编写自定义消息发布端27
2.3.3 编写自定义消息接收端28
2.3.4 CMakeLists.txt文件29
2.3.5 测试30
2.4 服务31
2.4.1 服务通信31
2.4.2 自定义srv31
2.4.3 创建服务器32
2.4.4 创建客户端33
2.4.5 CMakeLists.txt文件34
2.4.6 测试35
2.5 参数36
2.5.1 编写参数设置获取节点36
2.5.2 CMakeLists.txt文件39
2.5.3 测试39
2.6 动态参数设置41
2.6.1 创建cfg文件41
2.6.2 创建动态参数设置可执行文件42
2.6.3 CMakeLists.txt文件43
2.6.4 测试44
2.7 ROS类编程思想45
2.7.1 创建类头文件45
2.7.2 创建类应用可执行文件47
2.7.3 CMakeLists.txt文件49
2.7.4 测试50
第3章 调试及仿真工具52
3.1 Rviz53
3.2 Gazebo56
3.2.1 安装与更新57
3.2.2 Gazebo环境58
3.2.3 选项卡与工具条59
3.2.4 模拟场景组成元素62
3.2.5 搭建简单机器人模型64
3.3 rqt的调试72
3.4 rosbag的使用76
3.5 rosbridge的开发78
3.5.1 rosbridge_suite的安装78
3.5.2 测试html通信79
第4章 TF简介及应用87
4.1 TF包概述88
4.2 TF包的简单使用88
4.3 编写TF发布与接收程序93
第5章 SLAM简介及应用100
5.1 SLAM概述101
5.2 gmapping建图功能应用102
5.3 ROS gmapping功能包解读103
5.4 openslam源码解读108
5.5 ROS建图实战119
5.5.1 ROS地图发布119
5.5.2 TF坐标变换发布124
5.5.3 模拟激光数据126
5.5.4 建图129
5.5.5 建图测试138
第6章 ROS navigation及算法简介140
6.1 ROS navigation stack概述141
6.2 move_base的配置142
6.3 navigation源码解读150
6.4 A-Star算法原理与实现155
6.5 dwa算法166
第7章 基于V-rep的ROS开发176
7.1 V-rep机器人仿真软件概述177
7.1.1 V-rep与Gazebo的区别178
7.1.2 V-rep与ROS通信机制178
7.2 V-rep安装与ROS配置179
7.2.1 环境要求179
7.2.2 V-rep的安装179
7.2.3 配置RosInterface180
7.3 运行V-rep自带ROS控制场景182
7.3.1 熟悉V-rep基本操作182
7.3.2 运行ROS控制场景183
7.3.3 ROS发送数据到V-rep185
7.4 V-rep环境搭建与ROS控制开发190
7.4.1 V-rep环境搭建190
7.4.2 激光雷达ROS参数配置199
7.5 V-rep与ROS联合仿真实验201
7.5.1 gmapping建图测试201
7.5.2 导航测试204

本书以作者在机器人开发过程中遇到的问题及相关解决方案为基础，深入浅出地介绍了ROS的基础知识以及使用方法。 本书的创新之处在于提供了结合ROS进行机器人开发的V-rep环境。国内有关该软件的中文资料较少，与ROS结合进行开发的资料更是稀缺。本书结合ROS与V-rep这两款优秀的机器人开发软件，为读者提供了建图和导航实现的项目实例。 本书包含以下内容： ·ROS开发的基础知识及常用调试工具。 ·SLAM功能包源码解读及自定义功能包再现建图过程。 ·Navigation功能包解读及相关算法。 ·ROS与V-rep联合开发实现机器人建图与导航。