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胡春旭 著

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出版社： 机械工业

ISBN：9787111598237

商品编码：28252613867

基本信息

作者： 胡春旭   

丛书名： 机器人设计与制作系列

出版社：机械工业出版社

ISBN：9787111598237

上架时间：2018-5-15

出版日期：2018 年5月

开本：16开

版次：1-1

所属分类：计算机

目录

序一 

序二 

序三 

前言 

第1章 初识ROS 1

1.1 ROS是什么 1

1.1.1 ROS的起源 1

1.1.2 ROS的设计目标 2

1.1.3 ROS的特点 3

1.2 如何安装ROS 4

1.2.1 操作与ROS版本的选择 4

1.2.2 配置软件源 6

1.2.3 添加ROS软件源 6

1.2.4 添加密钥 7

1.2.5 安装ROS 7

1.2.6 初始化rosdep 8

1.2.7 设置环境变量 8

1.2.8 完成安装 9

1.3 本书源码下载 9

1.4 本章小结 10

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前言

2011年年底，笔者接触ROS。当时实验室的一个师兄在学术会议上听说了ROS并意识到它的前景广阔，考虑到笔者当时的研究方向，于是建议笔者进行研究。那时国内外ROS的学习环境比较艰苦，几乎只有Wiki的基础教程（也没有现在这么完善）。所以一开始，笔者的内心是拒绝的，但还是硬着头皮开始钻研。虽然从拒绝到接受、从未知到熟悉，笔者经历了的磨难，但同时也收获了的喜悦。

在这个过程中，笔者也常常思考：ROS前景无限，但是国内还鲜有人知，即使有人知道，也会被困难吓倒。既然笔者经历过，何不总结一下，让其他人少走弯路。于是，笔者整理了自己学习过程中的一些资料和心得，在CSDN上以博客的形式发表，终形成《ROS探索总结》系列博文，再后来转移到个人网站——古月居，至今仍保持更新。

2017年11月，ROS十周岁了！在走过的十年里，ROS从蹒跚学步的孩童成长为机器人领域的巨人，再华丽蜕变出ROS 2。如今，大多数知名机器人平台和机器人公司都支持ROS，越来越多的机器人开发者也选择ROS作为开发框架。ROS已经逐渐成为机器人领域的事实标准，并将逐步从研发走向市场，助力机器人与人工智能的快速发展。

ROS的重要精神是分享，这也是开源软件的精神，所以才能看到如此活跃的ROS社区和众多软件功能包的源码，并且可以在此基础上快速完成二次开发。为了促进ROS在国内的发展，现在已经有很多人及组织在积极推广ROS，比如ROS星火计划、ROS暑期学校，以及网上各种各样的技术分享等，相信未来这个队伍会更加庞大。

本书以《ROS探索总结》系列博文为基础，重新整理了ROS相关基础要点，让读者能够迅速熟悉ROS的整体框架和设计原理；在此基础上，本书以实践为重心，讲解大量机器视觉、机器语音、机械臂控制、SLAM和导航、机器学习等多方面ROS应用的实现原理和方法，并且翻译了众多ROS中的图表、内容，帮助读者在实现ROS基础功能的同时深入理解基于ROS的机器人开发，将书中的内容用于实践。

本书共有14章，可以分为五个部分。

一部分是ROS基础（第1～4章），帮助了解ROS框架，并且熟悉ROS中的关键概念以及实现方法。这部分的内容适合初学者，也适合作为有一定经验或者开发者的参考手册。

第二部分介绍如何搭建真实或仿真的机器人平台（第5~6章），帮助了解机器人的概念和组成，学习如何使用ROS实现机器人仿真，为后续的机器人实践做好准备。这部分的内容适合希望自己动手设计、开发一个完整机器人平台的读者。

第三部分介绍ROS中常用功能包的使用方法（第7~10章），涉及机器视觉、机器语音、机械臂控制、SLAM和导航等多个机器人研究领域。这部分的内容适合学习ROS基础后希望实践的开发者，以及从事相关领域的机器人开发者。

第四部分是ROS的进阶内容（第11~13章），介绍了ROS的进阶功能、ROS与机器学习的结合、搭载ROS的机器人平台。这部分的内容适合已经对ROS基础和应用有一定了解的读者。

第五部分介绍了新一代ROS——ROS 2（第14章），涉及ROS 2的架构、原理和使用方法。这部分的内容适合对ROS有一定了解，希望了解ROS 2、想要跟上ROS进化步伐的开发者。

因此，本书不仅适合希望了解、学习、应用ROS的机器人初学者，也适合有一定经验的机器人开发人员，同时也可以作为机器人开发者的参考手册。

书中的部分源代码来自社区中的ROS功能包，但是笔者在学习过程中对这些代码进行了大量修改，并且为大部分源代码加入了中文注释，以方便国内ROS初学者理解。这些代码涉及的编程语言不局限于C++或Python中的某一种，编程语言应该服务于具体场景，所以建议读者对这两种语言都有所了解，在不同的应用中发挥每种语言的优势。关于是否需要一款实物机器人作为学习平台，本书并没有特别要求，书中绝大部分功能和源码都可以在单独的计算机或仿真平台中运行，同时也会介绍实物机器人平台的搭建方法并且在实物机器人上完成相应的功能。所以只需要拥有一台运行Ubuntu的计算机，具备Linux工具的基本知识，了解C++和Python的编程方法，即可使用本书。

此外，本书创作过程中参考了众多已经出版的ROS原著、译著，笔者也将这些内容作为参考资料列出，并向这些著作的作者和译者致敬，希望读者在学习ROS的过程中，可以从这些著作中获取更多知识：

《Mastering ROS for Robotics Programming》，Lentin Joseph

《ROS By Example》（Volume 1/Volume 2），Patrick Goebel

《Programming Robots with ROS:A Practical Introduction to the Robot Operating System》， Morgan Quigley, Brian Gerkey & William D. Smart

《Learning ROS for Robotics Programming》，Aaron Martinez，Enrique Fernández

《A Gentle Introduction to ROS》，Jason M. O’Kane

《ROS Robotics Projects》，Lentin Joseph

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《ROS2机器人开发实战：深入探索ROS2架构与前沿应用》 内容概述： 本书旨在为广大ROS2开发者，特别是对ROS2架构、核心原理及前沿应用感兴趣的读者提供一本全面、深入且极具实践指导价值的参考。不同于市面上泛泛而谈的ROS2入门教程，本书将聚焦于ROS2的深层技术细节，剖析其架构设计理念，并结合当前机器人领域的热点技术，提供一系列具有挑战性和前瞻性的实战项目。内容涵盖ROS2通信机制的底层原理、数据流管理、节点与组件的生命周期控制、服务与Action的复杂应用场景，以及如何利用ROS2构建高性能、可扩展的机器人系统。此外，本书还将重点探讨ROS2在人工智能、机器学习、自主导航、感知处理等前沿领域的应用，通过详实的案例分析和代码示例，引领读者掌握将先进算法集成到ROS2机器人系统中的核心技术。 本书特色与亮点： 1. 深度剖析ROS2架构： 本书将跳出表面API的介绍，深入ROS2的内部机制。我们会详细讲解其核心组件，如RMW（ROS Middleware）的抽象层如何屏蔽底层通信差异，DDS（Data Distribution Service）在ROS2中的作用和实现原理，以及rcl（ROS Client Library）如何在不同语言中提供统一的接口。读者将理解ROS2为何能实现跨平台、跨语言的分布式系统，以及其在鲁棒性和实时性方面的优势。 2. 精细化通信机制讲解： 无论是Topic、Service还是Action，本书都会从源码层面或原理图上进行细致解析。我们将探讨不同通信模式的性能特点、适用场景，以及如何优化通信效率，减少延迟。对于多机器人协同、大规模分布式系统等复杂场景下的通信策略，本书将提供独到的见解和实践指导。 3. 节点与组件的生命周期管理： ROS2引入了强大的生命周期管理机制，这对于构建稳定、可控的机器人系统至关重要。本书将详细阐述节点生命周期的各个阶段（配置、激活、运行、清理等），以及如何通过状态机来精确控制节点的行为。我们将通过实际案例，演示如何利用生命周期管理解决机器人启动、关机、故障恢复等关键问题。 4. 动态配置与参数管理： 深入讲解ROS2的参数服务器机制，包括参数的动态修改、事件订阅以及参数的持久化存储。本书将展示如何利用ROS2的Parameter Server实现机器人行为的灵活配置，以及在运行时进行实时调整，极大地提升了机器人的灵活性和可调试性。 5. ROS2工具链的高级应用： 除了ros2命令行工具，本书还将深入介绍rqt（ROS Qt GUI）等可视化工具的高级用法，以及如何利用RViz2进行复杂的3D可视化与调试。我们将探讨如何创建自定义的rqt插件，以及如何利用这些工具来监控、分析和控制机器人系统。 6. 前沿算法集成实战： 机器学习在机器人感知中的应用： 重点介绍如何将深度学习模型（如CNN、RNN、Transformer）集成到ROS2的感知系统中。我们将演示如何利用ROS2的消息机制，将相机、激光雷达等传感器数据传入模型进行处理，并输出目标检测、语义分割、点云分割等结果。 自主导航与路径规划的ROS2实现： 深入讲解ROS2导航栈（Nav2）的架构与配置。本书将带领读者从零开始构建和调优导航系统，涵盖SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）、路径规划（全局规划与局部规划）、局部避障等核心技术。我们将详细解析Nav2中的各个组件，并提供针对不同机器人平台和环境的优化方案。 强化学习在机器人控制中的探索： 介绍如何利用ROS2作为强化学习的仿真环境，将训练好的策略部署到机器人上。我们将探讨如何将ROS2的感知、控制接口与TensorFlow、PyTorch等深度学习框架结合，实现机器人的自主学习和决策。 多机器人协同与分布式控制： 针对多机器人协同作业的场景，本书将探讨ROS2在分布式任务分配、协同感知、联合定位等方面的解决方案。我们将通过案例，展示如何设计和实现一个支持多机器人协作的ROS2系统。 7. 高性能与可靠性设计： 本书将分享ROS2系统设计中的一些最佳实践，以确保机器人的高性能和可靠性。这包括如何进行系统性能分析和瓶颈识别，如何设计低延迟、高吞吐量的通信协议，以及如何处理节点故障和网络不稳定等情况。 8. 代码示例与案例研究： 本书中的所有概念都将配以详细、可运行的代码示例。这些示例从简单到复杂，涵盖了ROS2的各个核心功能和前沿应用。通过实际操作，读者可以快速掌握ROS2的开发技巧，并将所学知识融会贯通。 目标读者： 对ROS2有一定了解，希望深入理解其架构和原理的开发者。 希望将ROS2应用于更复杂项目，如自主移动机器人、服务机器人、无人机等的工程师和研究人员。 对机器人感知、导航、控制等领域的前沿技术感兴趣，并希望将其与ROS2结合的从业者。 在校的机器人、自动化、计算机科学等相关专业的学生和研究者。 本书的学习价值： 本书将帮助读者建立起对ROS2系统从宏观架构到微观实现的全面认知，掌握ROS2的开发技巧和调试方法。通过书中提供的实践案例，读者将能够独立设计、开发和部署复杂的ROS2机器人系统，并能够有效地将最新的AI和机器人技术集成到实际应用中。本书将是您在ROS2开发领域快速成长、突破技术瓶颈的有力助手。 本书内容提纲（示例，详细章节请参考正文）： 第一部分：ROS2核心架构与原理 ROS2简介与发展历程 ROS2通信中间件（RMW）深度解析 DDS在ROS2中的应用与原理 ROS2客户端库（rcl）与语言绑定 ROS2节点与组件生命周期管理 ROS2参数服务器与动态配置 ROS2动作（Action）与服务（Service）的进阶应用 第二部分：ROS2传感器数据处理与感知 ROS2中的点云数据处理与可视化 ROS2图像处理与相机模型 面向目标检测与识别的ROS2集成 ROS2中的语义分割与实例分割 利用ROS2实现激光雷达SLAM 第三部分：ROS2自主导航与路径规划 ROS2导航栈（Nav2）架构解析 ROS2导航栈的配置与调优 SLAM与定位在ROS2导航中的作用 全局路径规划算法与ROS2实现 局部路径规划与避障策略 ROS2导航栈的定制与扩展 第四部分：ROS2前沿技术应用 ROS2与机器学习算法集成（TensorFlow/PyTorch） ROS2中的强化学习环境搭建 ROS2在多机器人协同系统中的应用 ROS2的仿真环境与模型构建 ROS2与其他机器人操作系统/中间件的集成 第五部分：ROS2系统优化与高级实践 ROS2系统性能分析与优化 ROS2中的分布式系统设计 ROS2代码调试与测试技巧 ROS2的安全性考量与实践 本书旨在为读者提供一个坚实的ROS2技术基础，并引导读者探索机器人技术更广阔的可能性。通过本书的学习，您将能够自信地驾驭ROS2，为下一代智能机器人系统的开发奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近一直在寻找一本能够系统性讲解ROS2的书，市面上虽然有不少，但要么过于基础，要么过于偏向某个特定领域。当我在书店看到这本书的封面和标题时，瞬间就被吸引了。标题中“ROS2架构”、“原理使用方法”以及“ROS2机器学习算法教程”这些关键词，精准地击中了我的需求点。我非常期待这本书能够提供一个清晰的ROS2学习路径，从基础原理入手，逐步深入到实际应用，最终能够掌握在ROS2中实现机器学习算法的方法。我更希望作者能够用通俗易懂的语言，配合丰富的图示和代码示例，将ROS2复杂的概念和机制讲解清楚。尤其是在“实践”方面，如果能有实际项目的案例分析，那就更好了。我希望通过阅读这本书，能够解决我在ROS2开发中遇到的各种难题，并能独立完成一些具有挑战性的机器人项目。

评分☆☆☆☆☆

这本《现货 ROS机器人开发实践 ROS2架构 胡春旭 原理使用方法 ROS2机器学习算法教程书籍》对我来说，简直就是一本“救命稻草”。我一直想用ROS2做一些更深入的研究，尤其是在涉及到机器学习算法的部分，但总是找不到一个好的切入点。很多网上零散的资料，要么技术过时，要么讲解不全，要么就是完全看不懂。看到这本书里明确提到了“ROS2机器学习算法教程”，我就觉得这是我一直在找的东西。我非常想了解这本书是如何将ROS2的架构和原理与机器学习算法结合起来的，希望能学到如何在ROS2环境中高效地部署和训练各种机器学习模型，比如用于感知、导航或者决策。此外，“原理使用方法”这部分也让我很期待，我希望作者能详细解释ROS2的核心概念，例如ROS Graph、topic、service、action等，并且能通过实际的例子来演示它们的使用，这样才能真正理解ROS2的强大之处，并运用到我的项目中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是给我这样还在摸索ROS2道路的开发者送来的及时雨。我尝试过很多资料，但往往停留在表面的API调用，对于ROS2底层的通信机制、节点管理、参数服务等核心概念总是感觉隔靴搔痒。看到“ROS2架构”和“原理使用方法”这些字眼，我立刻就觉得这本书可能是我的救星。我非常看重作者是否能把复杂的概念讲明白，而不是简单地罗列代码。希望这本书能够深入剖析ROS2的组件是如何协同工作的，理解了这些，才能在遇到问题时有底气去排查和解决。特别是“现货”这个词，暗示了这本书的内容是经过实际项目检验的，而不是凭空想象。我希望能从书中学习到如何构建健壮的ROS2系统，如何有效地组织代码，以及如何利用ROS2的特性来提高开发效率。对于“机器学习算法教程”部分，我也有很高的期望，毕竟在现代机器人开发中，AI的应用越来越广泛，能够学到如何在ROS2框架下实现和集成机器学习模型，对我来说非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名简直是为我量身定做的。我一直致力于ROS2的学习和开发，但总感觉自己在架构和原理层面不够扎实，尤其是在面对一些复杂的应用场景时，会感到力不从心。看到“ROS2架构”和“原理使用方法”这些字眼，我就知道这本不是一本简单的API手册，而是一本能够帮助我深入理解ROS2的“内功心法”的书。我非常期待书中能有对ROS2通信机制、进程管理、数据流等方面的深入剖析，希望能够通过阅读，彻底理清ROS2的工作原理，从而能够更灵活、更高效地进行开发。另外，“ROS2机器学习算法教程”这部分，更是让我眼前一亮。在我看来，机器人与AI的结合是未来的必然趋势，如果这本书能够提供在ROS2框架下实现和应用主流机器学习算法的指导，那对我来说简直是无价之宝。我希望能学到如何将ROS2的传感器数据和执行器控制与机器学习模型无缝集成，从而开发出更智能、更强大的机器人应用。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我真的挺惊喜的。封面设计就很有质感，黑白配上一点点亮眼的元素，瞬间觉得是那种干货满满的书。我一直对ROS这个领域很感兴趣，但总觉得入门有点门槛，看了不少线上教程，但总感觉零散，不成体系。这本书的标题“现货 ROS机器人开发实践 ROS2架构 胡春旭 原理使用方法 ROS2机器学习算法教程书籍”就给了我一个明确的信号，它不仅涵盖了ROS2的核心架构，还提到了“实践”和“算法教程”，这正是我最需要的。我特别期待书里关于ROS2的原理讲解，希望能够深入浅出，把那些抽象的概念讲清楚，这样我才能更好地理解后续的开发和应用。而且“机器学习算法”这个部分，更是让我眼前一亮，机器人和AI结合是未来的大趋势，如果这本书能在这方面提供一些实用的指导，那绝对是物超所值了。我计划从原理部分开始，一步一步跟着学，希望能快速上手ROS2的开发，为我的项目打下坚实的基础。