ROS機械臂開發(fā)與實踐

第1章 機械臂基礎
1.1 機械臂系統(tǒng)組成  001
1.1.1 機械系統(tǒng)    001
1.1.2 驅(qū)動系統(tǒng)    001
1.1.3 感知系統(tǒng)    002
1.1.4 控制系統(tǒng)    002
1.2 機械臂主要技術(shù)參數(shù)  002
1.2.1 自由度    002
1.2.2 定位精度    003
1.2.3 工作空間    003
1.2.4 速度和加速度    004
1.2.5 承載能力    004
1.3 空間描述和變換  004
1.3.1 位置描述    005
1.3.2 姿態(tài)描述    005
1.3.3 機器人位姿    007
1.3.4 坐標變換    007
1.4 機械臂正、逆運動學  008
1.4.1 關(guān)節(jié)空間和笛卡兒空間    008
1.4.2 正運動學    009
1.4.3 逆運動學    009
1.5 推薦閱讀 009
本章小結(jié)  009
習題1    010
第2章 認識ROS
2.1 什么是ROS    011
2.2 ROS 的安裝與測試    011
2.2.1 操作系統(tǒng)和ROS 版本選擇  011
2.2.2 安裝ROS Melodic Morenia 版本    012
2.2.3 測試ROS  015
2.3 ROS 文件系統(tǒng)    015
2.3.1 catkin 工作空間和ROS 功能包    015
2.3.2 創(chuàng)建工作空間    017
2.4 教學代碼包  018
2.4.1 下載安裝教學代碼包    018
2.4.2 Qt Creator 開發(fā)環(huán)境    019
2.4.3 教學代碼包簡要說明    025
2.5 ROS 的通信架構(gòu)    026
2.5.1 節(jié)點與ROS Master  027
2.5.2 消息  027
2.5.3 話題  027
2.5.4 服務  028
2.5.5 動作  028
2.5.6 話題、服務和動作對比    028
2.5.7 參數(shù)服務器    028
2.6 ROS 計算圖和命名空間    029
本章小結(jié)  029
習題2    030
第3章 ROS 基礎實踐
3.1 消息的定義和使用  031
3.1.1 消息的描述和類型    031
3.1.2 自定義消息類型    033
3.1.3 消息的使用    035
3.2 rospy 和roscpp 客戶端  035
3.3 話題通信和編程實現(xiàn)  036
3.3.1 話題的發(fā)布節(jié)點（Python）  036
3.3.2 話題的訂閱節(jié)點（Python）  040
3.3.3 話題的發(fā)布節(jié)點（C ）  042
3.3.4 話題的訂閱節(jié)點（C ）  046
3.3.5 話題通信測試    049
3.4 服務通信和編程實現(xiàn)  052
3.4.1 服務的定義    052
3.4.2 自定義服務類型    053
3.4.3 服務的服務端節(jié)點（Python）  055
3.4.4 服務的客戶端節(jié)點（Python）  057
3.4.5 服務的服務端節(jié)點（C ）  059
3.4.6 服務的客戶端節(jié)點（C ）  061
3.4.7 服務通信測試    062
3.5 ROS 中的參數(shù)    064
3.5.1 rosparam 命令行工具    064
3.5.2 參數(shù)服務器（Python）    066
3.5.3 參數(shù)服務器（C ）  068
本章小結(jié)  071
習題3    071
第4章 ROS 進階實踐
4.1 動作通信和編程實現(xiàn)  073
4.1.1 Action 的定義    073
4.1.2 Action 的服務端節(jié)點（Python）  076
4.1.3 Action 的客戶端節(jié)點（Python）  079
4.1.4 Action 的服務端節(jié)點（C ）  081
4.1.5 Action 的客戶端節(jié)點（C ）  084
4.1.6 Action 通信測試    085
4.2 ROS 常用組件和工具    089
4.2.1 XML 語法規(guī)范    089
4.2.2 launch 啟動文件    090
4.2.3 RViz 可視化平臺  096
4.2.4 rqt 工具箱  101
4.2.5 rosbag 數(shù)據(jù)記錄與回放  101
4.3 動態(tài)參數(shù)配置  101
4.3.1 編寫.cfg 文件 102
4.3.2 設置動態(tài)參數(shù)節(jié)點（Python）  103
4.3.3 設置動態(tài)參數(shù)節(jié)點（C ）  107
4.3.4 測試動態(tài)參數(shù)配置    108
4.4 ROS 中的坐標系和TF2    110
4.4.1 ROS 中的TF  110
4.4.2 編寫TF2 廣播節(jié)點（Python）    113
4.4.3 編寫TF2 監(jiān)聽節(jié)點（Python）    117
4.4.4 編寫TF2 廣播節(jié)點（C ）    119
4.4.5 編寫TF2 監(jiān)聽節(jié)點（C ）    121
4.4.6 TF 測試和常用工具    123
4.5 擴展閱讀 126
本章小結(jié)  127
習題4    127
第5章 ROS 機械臂建模
5.1 URDF 建模原理和語法規(guī)范    128
5.1.1 什么是URDF    128
5.1.2 urdf 功能包    128
5.1.3 URDF 語法規(guī)范    129
5.2 機械臂URDF 建模    133
5.2.1 創(chuàng)建機械臂描述功能包    134
5.2.2 創(chuàng)建機械臂URDF 模型    134
5.2.3 添加機械臂夾爪模型    136
5.2.4 URDF 調(diào)試工具    139
5.2.5 在RViz 中可視化模型    140
5.3 xacro 語言簡化URDF 模型  142
5.3.1 xacro 模型文件常用語法    143
5.3.2 使用xacro 簡化機械臂URDF 模型  145
5.3.3 為機械臂添加移動底盤    148
5.4 sw2urdf 插件  149
5.4.1 sw2urdf 插件簡介    150
5.4.2 sw2urdf 插件導出的功能包    150
5.4.3 XBot-Arm 機械臂的URDF 模型  153
5.5 robot_state_publisher 發(fā)布TF    157
5.5.1 robot_state_publisher 原理簡介    157
5.5.2 編寫/joint_states 話題發(fā)布節(jié)點    160
本章小結(jié)  163
習題5    163
第6章 MoveIt!基礎
6.1 MoveIt!軟件架構(gòu)    164
6.1.1 move_group 節(jié)點  165
6.1.2 運動學求解器    166
6.1.3 運動規(guī)劃器    166
6.1.4 規(guī)劃場景    168
6.1.5 碰撞檢測    168
6.2 MoveIt!可視化配置    168
6.2.1 安裝MoveIt!并啟動配置助手    169
6.2.2 生成自碰撞矩陣    170
6.2.3 添加虛擬關(guān)節(jié)    171
6.2.4 添加規(guī)劃組    173
6.2.5 添加機器人位姿    176
6.2.6 添加末端執(zhí)行器    179
6.2.7 添加被動關(guān)節(jié)    180
6.2.8 ROS 控制  181
6.2.9 Simulation 仿真    182
6.2.10 設置3D 傳感器  182
6.2.11 添加作者信息    182
6.2.12 自動生成配置文件    182
6.3 使用RViz 快速上手MoveIt!  183
6.3.1 啟動Demo 并配置RViz 插件    184
6.3.2 使用MotionPlanning 交互    187
6.3.3 設置規(guī)劃場景測試碰撞檢測    189
6.4 MoveIt!配置功能包解析    193
6.4.1 SRDF 文件  193
6.4.2 kinematics.yaml 文件    195
6.4.3 joint_limits.yaml 文件  195
6.4.4 ompl_planning.yaml 文件    196
6.4.5 fake_controllers.yaml 文件    196
6.4.6 demo.launch 啟動文件    196
6.4.7 move_group.launch 文件  198
6.4.8 setup_assistant.launch 文件  200
6.5 MoveIt!控制真實機械臂    201
6.5.1 通信機制和系統(tǒng)架構(gòu)    201
6.5.2 添加MoveIt!啟動文件    204
6.5.3 真實機械臂測試    205
6.6 使用MoveIt!的命令行工具  206
本章小結(jié)  210
習題6    210
第7章 MoveIt!的編程
7.1 關(guān)節(jié)目標和位姿目標規(guī)劃  211
7.1.1 演示模式下測試    212
7.1.2 關(guān)節(jié)目標規(guī)劃示例（Python）  213
7.1.3 關(guān)節(jié)目標規(guī)劃示例（C ）  216
7.1.4 位姿目標規(guī)劃示例（Python）  218
7.1.5 位姿目標規(guī)劃示例（C ）  222
7.2 笛卡兒路徑規(guī)劃  223
7.2.1 演示模式下測試    224
7.2.2 直線運動示例（Python）  226
7.2.3 直線運動示例（C ）  230
7.2.4 圓弧運動示例（Python）  232
7.2.5 圓弧運動示例（C ）  235
7.3 避障規(guī)劃  237
7.3.1 演示模式下測試    237
7.3.2 避障規(guī)劃示例（Python）  240
7.3.3 避障規(guī)劃示例（C ）  245
7.4 物品抓取與放置  247
7.4.1 演示模式下測試    247
7.4.2 pick 和place 編程接口  250
7.4.3 編程實現(xiàn)物品抓取與放置（Python）    252
7.4.4 編程實現(xiàn)物品抓取與放置（C ）  257
本章小結(jié)  260
習題7    260
第8章 機械臂的視覺系統(tǒng)
8.1 視覺系統(tǒng)概述  261
8.2 ROS 圖像接口和相機驅(qū)動 261
8.2.1 使用usb_cam 功能包測試USB攝像頭    262
8.2.2 Image 和CompressedImage圖像消息    264
8.2.3 RealSense 相機的驅(qū)動安裝和測試  265
8.2.4 PointCloud2 點云消息  269
8.3 相機的標定  270
8.3.1 camera_calibration 簡介和安裝  270
8.3.2 camera_calibration 的相機標定  270
8.4 cv_bridge 功能包    275
8.4.1 cv_bridge 安裝和測試  275
8.4.2 cv_bridge 的使用示例（Python）    277
8.4.3 cv_bridge 的使用示例（C ）    279
8.5 顏色檢測 282
8.5.1 HSV 顏色檢測和測試  282
8.5.2 編程實現(xiàn)HSV 顏色檢測（Python）  285
8.5.3 編程實現(xiàn)HSV 顏色檢測（C ）    288
8.6 ROS 中的物體檢測    289
8.6.1 物體檢測簡述    289
8.6.2 find_object_2d 節(jié)點的測試  291
8.6.3 find_object_3d 節(jié)點的測試  293
8.6.4 darknet_ros 的安裝和測試    295
本章小結(jié)  297
習題8    297
第9章 機械臂的視覺抓取
9.1 視覺抓取關(guān)鍵技術(shù)分析  298
9.2 AR 標簽檢測與定位  302
9.2.1 ar_track_alvar 的簡介與安裝    302
9.2.2 創(chuàng)建AR 標簽 303
9.2.3 檢測AR 標簽 304
9.3 機械臂手眼標定  306
9.3.1 手眼標定的基本原理    306
9.3.2 easy_handeye 的安裝和準備工作  308
9.3.3 眼在手外的手眼標定    312
9.3.4 手眼標定結(jié)果的發(fā)布和使用    318
9.4 基于AR 標簽識別的自動抓取  319
9.4.1 應用系統(tǒng)原理    319
9.4.2 應用測試    322
9.4.3 編程實現(xiàn)自動抓?。≒ython）  324
9.4.4 編程實現(xiàn)自動抓?。– ）  327
本章小結(jié)  330
習題9    330
參考文獻